PLC變頻調速恒壓供水在供水系統中的實踐

楊揚

摘 要：近年來，隨著經濟的發展和社會的進步，人們的生活水平在不斷提高，對生活質量也有了更高的要求。在傳統的供水系統中，恒速供水和高塔供水與人們日益增長的生產、生活用水需求之間產生了矛盾。為了提高供水質量和供水效率，滿足人們的生產、生活用水需求，需要借助PLC變頻調速恒壓供水系統的強大功能。

關鍵詞：PLC；變頻調速；恒壓供水；供水系統

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.03.104

隨著第三次科技革命在世界范圍內的影響不斷加深，各種先進技術為經濟發展作出了重要貢獻。隨著PLC技術的不斷完善，其在供水系統中的應用也日趨成熟，逐漸形成了現在的PLC變頻調速恒壓供水系統。新型供水系統的應用，一方面，改善了傳統的間斷式供水方式，解除了供水系統對生產和生活用水的束縛；另一方面，有效解決了管路壓力的調節問題和能耗問題。

1 PLC變頻調速恒壓供水系統分析

1.1 PLC變頻調速概念

所謂的“PLC”，是指可編程邏輯控制器，是能夠編程的存儲器，可實現對系統內部程序的存儲。具體來說，PLC是集順序控制、邏輯運算、算數操作等功能于一體的面向用戶的指令。

1.2 PLC變頻調速原理

PLC變頻調速功能的實現，主要得益于內部的異步電動機。異步電動機的轉速可采用以下公式計算：

n=60f（1-s）/p. （1）

式（1）中：n為異步電動機的轉速，r/s；f為電網頻率，Hz；s為異步電動機的轉差率；p為極對數。

從式（1）中不難看出，異步電動機的轉速n與電網頻率f成正比，通過改變電網頻率，可以實現對轉速的改變。當電網頻率f介于1～50 Hz之間時，異步電動機的調節范圍最佳。由此可見，PLC變頻調速功能是通過調節電源頻率實現的。

2 新型供水系統結構和控制流程

2.1 PLC變頻調速恒壓供水系統結構

基于PLC和變頻調速器控制的恒壓供水系統，控制和保護功能完善，經濟效益、社會效益和環保效益突出。所謂的“恒壓供水”，是指無論何時、無論用水量多大，用戶端管網水壓總處于恒定狀態。在恒壓供水方式下，可以采用的控制策略通常是借助PLC和變頻調速裝置控制泵組，通過對泵組運行臺數的控制，形成供水壓力的閉環控制，在管網流量變化時，供水壓力也能夠被控制在基本恒定的狀態，從而有效降低了能源消耗。

PLC變頻調速恒壓供水系統主要包括信號檢測裝置、控制器、變頻器、執行機構、電控設備和警報裝置。信號檢測裝置主要承擔水壓信號和液位信號的檢測工作。其中，水壓信號是系統的主要反饋信號，水壓信號檢測是反映永固管網水壓值的重要方式。而液位信號檢測則是對水泵進水水源的檢測。通過檢測，能夠對系統起到有效的保護作用，防止水泵因干抽而受損。控制器作為PLC變頻調速恒壓供水系統的核心，主要承擔檢測信號的分析工作，并通過變頻調速器和接觸器對水泵進行控制。變頻器在供水系統中能夠起到有效控制運行頻率的作用。控制器向變頻器輸送信號，變頻器根據信號改變運行頻率，從而實現對轉速的控制。變頻器的另一功能是充當電源，從而實現電機的無級調速，保持管網水壓處于恒定狀態。壓力變送器主要用于管網水壓的檢測。通過使用PID智能調節器，能夠實現對管網水壓的調節。PLC控制單元是執行設備的一種，既是泵組管理命令的執行者，又是變頻器的驅動控制者，通過感知水量，實現對工頻泵的自動控制。執行機構主要由水泵構成，其主要功能是將水資源送入用戶管網。水泵主要由調速泵和輔助泵構成，調速泵受到變頻調速器的控制后，能根據水量適時調整電機轉速，保持水壓恒定；只有處于工頻狀態時，輔助泵才能運行，適用于夜間等用水量不大的情況。電控設備主要包括繼電器、接觸器、轉換開關等電氣元件。此外，報警裝置也是供水系統必不可少的組成部分。為了保證系統的安全、穩定運行，防止過電壓、過電流、缺水等故障發生，需要對主電路進行監測，通過PLC的報警判別，執行保護動作。

2.2 PLC變頻調速恒壓供水原理

將壓力傳感器應用于出水管網后，壓力信號就會通過A/D轉化為數字信號，進入變頻器的調節器中，通過運算，得出具體的壓力參數，并與給定的壓力參數對比后，得出調節參數；接著，調節參數被傳送到變頻器，變頻器通過控制水泵轉速來調節供水量，并維持供水管網中的壓力處于恒定狀態。當用水量過大或過小時，可以通過PLC控制器的加減泵調節，并根據用水量控制工作泵的數量和轉速，從而實現恒壓供水。

2.3 PLC變頻調速恒壓供水系統節能原理

在恒壓供水系統中，應用變頻器調速可取代恒速電機，從而有效降低能源消耗，達到節能降耗的目的。根據流體動力學的有關理論，水泵工作效率的計算公式為：

ηp=C1（Q/n）-C2（Q/n）2. （2）

式（2）中：C1，C2為常數；Q為供水量；n為異步電動機的轉速。

從式（2）中可以看出，當通過閥門控制水量時，在保持轉速不變的情況，如果供水量下降，那么工作效率也隨之下降；當通過轉速控制供水量時，供水量與異步電動機的轉速成正比，供水量與轉速的比值是個定值，因此，供水效率能夠保持最佳狀態。

3 PLC變頻調速恒壓供水系統的構成

3.1 硬件設計

根據PLC變頻調速恒壓供水原理，系統的電氣控制如圖1所示。該系統主要由水泵機組、變頻器、PLC及其擴張模塊、壓力流量傳感器、人機界面等組成。

3.2 軟件設計

PLC變頻調速恒壓供水系統的軟件控制程序如圖2所示。在供水系統中，變頻器、PID調節器、電機、壓力變送器和水泵構成了一個完整的閉環控制系統。通過系統的運行，能夠實現對供水能力的自動調節，從而保證供水過程中的水壓處于恒定狀態。具體的實現方法為：①了解不同用戶對用水的需求，并為PID調節器確定合理的壓力值；②對管道中的水壓進行實際測量，并將實際測量結果通過壓力變送器傳輸給PID調節器；

③PID調節器能夠進行比較運算，比較目標值與實際值的偏差，并確定調節量；④自動調節變頻器收到調節指令后，輸出頻率，對電機轉速進行調節，從而改變供水量，使供水量與用水量相互平衡，實現供求關系的動態平衡。

4 結束語

綜上所述，隨著我國經濟的快速發展，人們的生活水平逐漸提高。在此情況下，傳統的供水方式已不能滿足用戶日益增長的用水需求。而PLC變頻調速恒壓供水系統的使用，能夠有效解決現階段的供水問題。根據現有的實踐經驗，PLC變頻調速恒壓供水系統在供水管網中的應用具有明顯的經濟價值和環保價值，且安全性和可靠性較高，能滿足現階段的用水需求。

參考文獻

[1]莫慧芳，饒明輝，陳瑞，等.PLC變頻調速恒壓供水技術在某自來水廠中的應用[J].工業儀表與自動化裝置，2013（5）：36-38.

[2]吳海霞.PLC變頻調速恒壓供水在供水系統中的應用[J].能源與節能，2015（2）：175-176，179.

[3]鄭先銳.PLC變頻調速恒壓供水系統原理[J].建筑工程技術與設計，2014（35）：1002.

[4]姬建梅.基于PLC變頻調速恒壓供水系統設計[J].湖南農機，2012，39（1）：57，61.

〔編輯：劉曉芳〕