PLC與變頻器在高層樓宇恒壓供水系統的設計與應用

許更亮

摘 要：供水系統對我國人民生活生產而言是必不可少的。傳統的供水系統易使水質受到污染，占地面積相對較大，同時傳統的供水方式還存在浪費水電、使用效率低、可靠性差等一系列的問題，嚴重影響了居民用水和工業用水。這時，PLC與變頻器便應運而生。在變頻器調速的恒壓供水系統中，水泵的工作方式以及開始與停止的切換，都是由PLC控制的。實驗證明，在利用變頻器來進行調速恒壓供水的時候，隨著轉速的降低，流量和轉速是成正比的，而功率則以轉速的三次方下降，這與傳統的供水方式相比，具有耗能少、易管理等優勢。

關鍵詞：PLC與變頻器 恒壓供水系統 設計應用

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1672-1578（2016）07-0078-01

隨著我國經濟、政治的快速發展，高層建筑的不斷地增多，再加上居民用水量不穩定，我國就經常會發生在用水高峰期時水壓變低，供水量不足的問題，這一問題對于高層的用戶來講顯得尤為突出。為保證我國居民的用水方便，并在一定程度上在供水方法實現經濟科學、高效節能等目的，我國開始普遍采用基于PLC與變頻器的變頻恒壓式供水系統，并采用增量式的PID計算法，對這一供水系統進行分析，以確定更好的設計方案和實施策略。恒壓供水系統相較于傳統的供水方式，要更加的經濟高效、功能齊全，可以在生產以及生活中得到廣泛的應用。

1 恒壓供水的現狀及發展

傳統的供水方式有高位水箱水塔供水、恒速泵加壓供水等，本文就這兩個傳統供水方式進行分析。首先是高位水箱水塔供水。這種供水方式簡單方便，在短時間停電或是維修的狀況下是可以不用停水的，但是其占地面積較大，基礎建設的投資巨大，就電機水泵的啟動而言，是屬于硬啟動的一種，這種方式極易損壞電機軸?，F階段主要應用在高層建筑中。其次是恒速泵加壓供水。這種傳統供水方式沒有辦法及時的對供水管網的壓力做出反應，而且其自動化的程度非常低，在增減水泵的問題上，都需要人力操作，為了保證水的供應，水泵的機組還常常處在一種滿負荷運行狀態，這就產生了能源消耗大、運行效率低、損壞嚴重等問題，現階段，這種供水方式已經很少使用了。由上面的分析可以看出，傳統的供水方式已經不能滿足現代的需求，而現階段的供水方式則在往高效、節約、自動化的方向發展，基于PLC以及變頻器的高層恒壓供水系統使將變頻、現代控制、電氣一體化的系統設計，該系統可以有效地將供水的穩定性及可靠性表現出來，真實的為提高人們的生活質量以及促進企業生產做出了不小的貢獻。

2 系統硬件電路設計

首先是PLC。PLC的工作原理基本上與計算機相一致，即PLC系統程序管理下的，通過應用程序的運行來完成客戶需求的系統，同時PLC在進行工作任務的管理以及應用程序的執行時，都是通過循環掃描實現的。其基本功能一般包括數據采集、多功能控制、輸入與輸出接口調節的功能、編程與調試功能等。在PLC的選型上，FX是PLC繼F1與F2系列之后推出的小型以及超小型機，主要的機型有FXON、FX2、FX2N等。FX系列的PLC而言配有多種擴展單元以及擴展的模式，這些單元及模式與基本單元進行連接配合的使用，利于增添PLC的輸入點以及輸出的點數，進而改變了I/O點數的比例，滿足的用戶的實際需求。同時這一系列的PLC有能獨立運行的基本單元，并由此構成了控制系統，但是其擴展單元以及擴展模板等則需要配合使用，不能形成單獨的運行系統。其次是變頻器。變頻調速的系統能將電網提供的恒頻、恒壓的交流電源都轉化電壓以及頻率都可調節的電源，并將其用以電動機的驅動，實現電動機高效、靈活的特點及價值。變頻器在選型時要注意以下幾個問題：采用這一技術的目的是將其應用于恒壓控制或是恒流的控制；選用像是葉片水泵和容積泵的負載類型，注意負載的性能曲線；變頻器如果需要長電纜運行，則要避免長電纜對地禍合電容的影響，防止變頻器出現出力不足的現象，因此，技術人員就需要將變頻器的容量擴大或是在變頻器輸出的端口安裝上輸出電抗器。對變頻器而言，PID控制宏設計是參與整個系統布置的關鍵，第一，預設PID功能，當變頻器PID的調節功能實現其有效性時，它的升降速度全部都取決于憑借P、I、D數據決定的動態響應布置，而原來的預設升速與降速則不會再起作用。第二，目標值的預設。PID調節的依據其實就是反饋量和目標值之間的比較結果。

3 系統控制程序設計

根據恒壓供水系統的實際需求，PLC控制系統需要隨時的對供水口的情況以及自來水問題進行實時監控，為是否要開啟水泵做準備，或是在采用抽水池抽壓還是采用直抽水抽壓方案進行決策。供水控制系統相對而言還是比較復雜的，PLC的控制程序主要是以接收外部開關量的具體信號的輸入，進而判斷現階段的供水狀態并輸出相關的信號來控制繼電器、信號燈、接觸器等電器的運行狀態，以實現水泵的正常運行為主要目標的。首先，壓力上、下限的報警。在輸入和輸出的報警信號在三十秒內沒有解除時，則要進入水壓報警的處理模塊，將全部運行電機停止，當信號解除以后再進入自動運用之后的程序。其次，變頻器的故障問題。當變頻器發生問題時，與之對應的PLC系統就會自動轉到自動的運行模式，這時，變頻器停止運行，三個主要水泵則工作在工頻狀態下，這種方式下投入的水泵以及其切除的順序都會與自動變頻的恒壓運行模式步調大致相同，僅僅是將原來的運行從變頻的狀態下變成了工頻運行。因為變頻器不再進行調速以及PID的調節，水壓則無法保持恒定，為了方式開一個水泵水壓太小，而開兩臺又太大以及頻繁切換的問題，技術人員則需要通過延時增加的方式來解決這一問題，并將設定的時間定為二十分鐘。

4 結語

總而言之，在恒壓供水系統中加入PLC以及變頻器的設計方案，能夠有效的實現全自動式的啟閉、生活生產中用水低恒壓的變頻運行、循環式的切換水泵，切實地保障了水泵的最優化運行和相關設備的有效運轉，因為變頻器的軟啟動程序，使得水泵使用壽命有所延長。這一新型的供水系統不僅保障了人們的用水需求，同時還解決了許多傳統供水系統中存在的問題，真正的提高了用戶的生產生活質量。

參考文獻：

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