基于PLC的雙水源自動切換供水系統

羅來義

摘 要：某企業雖然有自來水和蓄水池雙水源供水，但由于依靠人工操作，以致供水狀況不理想。通過加裝壓力繼電器、電動閥、水位開關等自動化器件，并設計了基于PLC的控制系統，解決了企業提出的所有問題，還指出了在此基礎上繼續改進提高的方向。

關鍵詞：雙水源；PLC；自動切換；供水

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.11.215

1 引言

某企業的生產工藝要求不能停止供水，供水的水源為自來水。由于種種原因，自來水經常無規律停水，給企業生產和員工生活帶來了很大的困擾，于是企業自建了一個容量為60噸的蓄水池。當自來水停水時，人為啟動抽水泵從蓄水池抽水，并操作相關閥門進行切換；當自來水恢復供水時，人為停止抽水泵，并操作相關閥門切換成由自來水供水。

2 問題及解決對策

上述方案雖然使企業不再受自來水供水不可靠的影響，但也存在明顯的不足：

（1）當自來水停水時，如果操作人員因故未及時操作，全廠照樣停水；當自來水恢復供水時，如果操作人員未及時發現，則繼續從蓄水池抽水，浪費了電能。

（2）為防止蓄水池內的水長時間沒有使用而水質變壞，必須定期抽上來使用，但操作人員經常會忘記，以致水質變壞，再抽上來使用時，影響員工的健康。

（3）抽水過程中，蓄水池的水位下降到抽水泵底閥露出水面時，空氣會進入水泵及其吸水管。下次用水泵抽水之前，必須進行排空氣處理，否則水泵抽不上水。

（4）蓄水池的進水端是用機械式浮球閥控制的，在自來水沒有停水的情況下，為防止蓄水池內的水質變壞而抽用蓄水池的水時，浮球閥必須人為關閉，否則一邊抽水，一邊進水，水體輪換不徹底。

在筆者的指導下，加裝壓力繼電器、電動閥、水位開關等器件后，供水系統如圖1所示，還設計、安裝了一套基于PLC的控制系統，一攬子解決了上述問題，可實現下列功能：

（1）只要自來水壓力下降到設定值（可調），就自動啟動抽水泵從蓄水池抽水，并自動進行切換。抽水期間，只要自來水壓力上升到另一設定值（可調），就自動停止抽水泵從蓄水池抽水，并自動切換成自來水供水。

（2）為防止蓄水池內的水較長時間沒有使用而水質變壞，定期

（可調）自動啟動抽水泵從蓄水池抽水，并自動進行切換。

（3）抽水過程中，當蓄水池的水位下降到抽水水位開關所設定的水位（可調，高于抽水泵底閥閥瓣所處的水位）時，抽水泵自動停止，防止空氣進入抽水泵及其吸水管。

（4）蓄水池的進水通過進水電動閥自動控制：1）定期從蓄水池抽水期間，進水電動閥關閉，保證水體徹底輪換。2）其余情況下，根據進水水位開關的信號變化情形而控制進水電動閥開或關。

（5）蓄水池出現滲漏水的情況時，蜂鳴器響起、指示燈閃爍，提醒工作人員前往處理。

（6）設有自動/手動選擇開關：一般情況下，打在“自動”位置；打在“手動”位置時，水泵和三個電動閥有手動控制的功能，便于調試及特殊情況下的靈活運用。

3 器件選型

（1）為了保證控制系統可靠運行及將來繼續完善預留適當的點數，選用了三菱公司的FX3U-64MR型PLC。

（2）電動閥選用關斷型即可。

（3）壓力繼電器選用DPDT（雙刀雙擲）型，其內有兩組開關，動作壓力可以分別調整，能防止控制系統振蕩工作。

（4）水位開關選用電纜浮球液位開關比較可靠。我們試用過帶探棒的液位控制器，但工作不可靠，用一段時間就會失靈，原因是水中雜質導致探棒表面形成“保護層”而失效，需拆下來保養后才能繼續使用。后來改用電纜浮球液位開關，工作很可靠。

4 PLC的輸入/輸出地址分配

（1）輸入部分，共28個點。

1）旋鈕（4個點）：自動/手動選擇、自來水電動閥開/關、抽水電動閥開/關和水池進水電動閥開/關。

2）按鈕（4個點）：水泵啟動、水泵停止、蓄水池滲漏水蜂鳴器（及指示燈）復位和試燈（按下后，所有指示燈全亮）。

3）壓力繼電器（2個點）：低壓側和高壓側。

4）水位開關（2個點）：進水和抽水。

5）電動閥限位開關和轉矩控制開關（各6個點，共12個點）：自來水電動閥開向、自來水電動閥關向、抽水電動閥開向、抽水電動閥關向、水池進水電動閥開向和水池進水電動閥關向。

6）熱繼電器（4個點）：水泵電機、自來水電動閥電機、抽水電動閥電機、水池進水電動閥電機。

（2）輸出部分，共20個點。

1）接觸器（9個點）：水泵電機（3個接觸器，Y-△降壓啟動）、自來水電動閥開向、自來水電動閥關向、抽水電動閥開向、抽水電動閥關向、水池進水電動閥開向和水池進水電動閥關向。

2）指示燈（10個點）：手動、自動、水泵電機運轉、自來水電動閥開向到位、自來水電動閥關向到位、抽水電動閥開向到位、抽水電動閥關向到位、水池進水電動閥開向到位、水池進水電動閥關向到位和蓄水池滲漏水指示。

3）蜂鳴器（1個點）：當出現蓄水池滲漏的情況，蜂鳴器響起。

5 編寫PLC程序

電氣控制系統處理的信號都是開關量，編寫PLC程序的難度不大，在此不再贅述，只強調以下幾點：

（1）電動閥沒有斷電復位的功能，開和關要通過電機正反轉來完成，這一點與電磁閥是不同的。

（2）為了避免因自來水水壓短時急劇變化而導致控制系統振蕩工作，當采集到壓力繼電器的信號發生變化后，要經過適當的延時才予以采信。

（3）如果在自來水電動閥因故不能關到位的情況下就開始抽水，勢必造成從蓄水池抽上來的水“倒流”向外部供水網的后果（止回閥有時并不能徹底防止），采取的措施是順序控制：自來水電動閥關到位→抽水電動閥開到位→水泵電機啟動。其它情形類推。

（4）為了及時發現電動閥開/關不到位的情況，以相應的指示燈不同的點亮方式予以區分：電動閥開/關過程中，指示燈閃爍；電動閥開/關到位后，指示燈變為長亮。

（5）為了防止短路現象，需要聯鎖的接觸器之間，必須有軟件和硬件接線雙重聯鎖。

（6）抽水泵停止、蓄水池進水到位后，如果再次出現進水（進水水位開關從斷開變為閉合，編程時要經過適當的延時才予以采信，避免短時擾動造成誤判）的情況，則蓄水池可能有滲漏，蜂鳴器響起、指示燈閃爍，提醒工作人員前往處理。按下蜂鳴器（及指示燈）復位按鈕，蜂鳴器不再響、指示燈不再閃爍。

6 結束語

實踐證明，上述供水系統能可靠運行。雖然如此，但還有改進的余地：一是采用變頻器控制水泵電動機，可以節約電能并使供水壓力更加穩定；二是為了防止在自來水壓力偏低甚至停水的同時又出現抽水泵故障的情況，可以再增加一臺抽水泵，兩臺輪換使用，互為備用。關于這兩點，筆者曾經向企業提出過可行性建議，但對方因故未予采納。

另外，將壓力繼電器改為壓力變送器，將水位開關改為水位變送器，并加裝觸摸屏，即可數字化或動畫顯示水壓、水池水位等參數，按（旋）鈕、指示燈、壓力表等硬件也可省去，使整個供水系統的功能更加完善。

參考文獻：

[1]王志勇.給排水與采暖工程技術手冊[M].北京：中國建筑工業出版社，2009.

[2]向曉漢.三菱FX系列PLC完全精通教程[M].北京：化學工業出版社，2012.

[3]相關產品的技術樣本[S].