淺談恒壓供水系統中PLC、變頻器的應用

劉興　邱利軍

摘 要：THPWSD-1實訓裝置是根據民用建筑、工業建筑給排水工程特點設計的實訓教學模型，學生練習后可具備安裝與控制給排水設備的綜合能力，并培養學生的團隊協作意識、安全施工意識以及職業素養等。

關鍵詞：變頻器 PLC PID控制

一、實訓裝置簡介

1.生活給水系統概述

生活給水系統能完成給水系統的恒壓變頻供水控制，實現兩臺水泵之間變頻、工頻控制自動切換功能。生活給水系統工藝流程圖如圖1所示。

圖1 生活給水系統工藝流程圖

1-給水箱 2-閘閥 3-橡膠軟接頭 4-變頻磁力水泵 5-止回閥 6-壓力變送器 7-脈沖式水表 8-淋浴混合水龍頭 9-角閥 10-淋浴噴頭 11-混合水龍頭

2.滅火噴淋系統概述

滅火噴淋系統主要實現自動噴水滅火體系，在發生火災時，噴頭噴水滅火系統自動打開并發出火災報警信號，完成自動探測、噴水滅火以及報警等功能。

二、生活給水系統、消防給水系統的控制

1.生活給水控制系統工作原理

為了滿足用水終端用水量，供水系統內管道壓力必須維持在允許范圍內，通常由2臺以上的變頻磁力泵驅動。本裝置僅由2臺變頻磁力泵、1只壓力變送器、終端用水系統及附件等構成。變頻恒定壓力供水系統結構圖如圖2所示。

圖2 變頻恒定壓力供水系統結構圖

其中PLC控制器采用西門子公司CPU224XP主機，變頻器采用西門子公司MM420。

生活給水控制系統有兩種自動工作狀態。

（1）單臺水泵的自動運行。當管道需要用水量壓力值小于泵Ⅰ提供的供水量時，給水系統處于泵Ⅰ變頻運行工作狀態。此時，泵Ⅰ工作的狀態處于變頻狀態。

（2）兩泵運行。泵Ⅰ處于變頻狀態時，管道需要的用水量驟然增加，泵Ⅰ的工作狀態接近工頻（50Hz），但還是無法滿足用水量的需求；此時PLC發出命令，泵1工頻運行，泵Ⅱ開始啟動到變頻，來增大管道壓力值，以滿足實際用水量。泵Ⅰ、泵Ⅱ的工作狀態相關聯，受管道實際用水量影響。

2.消防控制系統給水的工作原理

消防給水控制系統的工作模式有預備和報警兩種狀態。預備狀態是指正常調試噴淋滅火系統后火災發生前的準備狀態。每次操作切記都要使系統處于預備可靠狀態，閥前壓力表要求約為0.3MPa的壓力，以確保火災發生時完成滅火過程。

3.生活給水和消防給水控制系統操作環節

（1）檢查所有電氣元件狀態、硬件接線無誤；檢查管路是否暢通、各閥門狀態是否正確。

（2）將電氣控制開關柜通電。閉合控制柜上的斷路器，狀態選擇開關置為手動位置，分別啟、停泵Ⅰ、泵Ⅱ，要保證水泵正轉；同時，確保管路正常；啟動噴淋泵，當閥前壓力指示數值≥0.3MPa 時，立即停止噴淋泵。完成該泵預備狀態，系統切換至自動狀態。

（3）開啟計算機，打開STEP 7 SP6編程軟件并按要求編寫程序，編譯后用RS-232/PPI智能多主站電纜將CPU224XP主機連接到PC機的串口上，下載程序到CPU224XP中運行。

（4）打開力控組態監控的畫面，進入主畫面，設置給水管道的壓力設定值及PID相關參數（本實驗參數推薦：設定壓力值為80kPa～120kPa，比例系數為1，微分時間為0，積分時間為5min）。

（5）滿足管道壓力設定值的要求，很快達到泵Ⅰ工頻（50Hz）運行泵Ⅱ變頻運行的工作狀態；此時，模擬火災狀態，噴淋泵工作；泵Ⅰ、泵Ⅱ都停止工作，保證消防系統給水的壓力，達到實驗效果。

此系統利用PLC控制一臺變頻器實現兩臺水泵電動機的軟啟動、調速，管網的壓力信號由壓力變送器采樣后送入CPU224XP模擬量輸入端，與管道壓力設定值相比較；經PLC的PID處理后再經CPU224XP模擬量輸出端送到變頻器模擬量輸入端，此時變頻器根據管網實際壓力的大小自動調節給水泵Ⅰ、泵Ⅱ轉速，從而調節水泵的流量，實現管網壓力的恒定。

（作者單位：北京電子科技職業學院）