基于LC的恒壓供水控制系統設計

蔣守輝

摘 要文章分析了恒壓供水控制系統的主要工作原理，同時闡述了恒壓供水控制系統基本的節能措施，最后查閱大量文獻與資料，再結合自身多年工作經驗總結，基于PLC的恒壓供水控制系統硬件設計進行分析闡述。旨在維護整個系統設計的科學與有效。

【關鍵詞】PLC 恒壓供水控制系統 工作原理 設計

1 解讀恒壓供水控制系統主要的工作原理

采用西門子S7-300作為恒壓變頻器的供水系統為主控器件，針對于單個的S7-300系列，PLC能夠擴展8個模擬輸入模塊，西門子6ES7-331模擬輸入模塊為8路輸入信號。所以，針對于單個的S7-300系列能夠處理64路模擬量的輸入。利用其中的流量變送器，將用戶使用的流量模擬量方式直接輸入到PLC的模擬輸入塊里，通過PLC對用戶的使用量進行記錄。使用DOPA系列的觸摸屏為人機交互接口，通過這種觸摸屏能夠和PLC進行通訊。通過臺達DOPA的觸摸屏能夠幫助PLC處理較為復雜的運算和PLC控制器的工作；另外還可以通過與通訊宏指令相配合撰寫通信協議，經過串行口和固定的控制器相互連接；另外還可以與不同的通訊端口連接，對相同的或兩臺不同的控制器相連；除上述之外，還可以通過觸摸屏的SMC卡對資料進行備份，可用于作為報警信息或存儲歷史資料等用途。

通過變頻器可以調節恒壓變頻器供水系統的速度，實際的供水壓力同樣也可以通過壓力變送器進行檢測，將反饋的數值送入PLC行預設的供水壓力進行對比，當實際壓力大于預設壓力時，必須要對水泵進行一個降速處理；相反則需要對水泵進行升速處理，要使得預設壓力與供水壓力值相等。

觸摸屏RS232與PLC進行通訊，通過輸出端口能夠對變頻器的頻率進行設定同時能夠控制變頻器的啟動。一旦當用戶打開水管后，其中的壓力會迅速降低，變送器會將壓力值轉換為電信號輸送至PLC輸入口，通過CPU的運算后和設定的信號進行運算，最終通過系統的輸出模塊對變頻器的頻率進行設置以及控制。一旦設定值小于壓力值時，變頻器將會啟動，變頻器將會輸出三相電，即P1-P3，PLC輸出口O0.00會使得交流接觸器1吸合，啟動水泵1的變頻。

離心式水泵作為恒壓供水系統尤為常見的水泵，屬于典型的平方律負載。揚程以及流量是水泵最為關鍵和主要的參數，揚程以及供水率的乘積應當成正比。通過揚程的特性能夠反應出水流量的大小，用戶用水量越大，供水系統的揚程也就會越來越小；當水泵的轉速降低之后，供水的能力也就會減弱。

除此之外，管阻的主要特性就只是在管路中獲得所需的揚程；其中管道粗細、閥門開度以及長短都與管阻特性息息相關。

2 基于PLC的恒壓供水控制系統硬件設計流程

已知基于PLC的恒壓式供水控制系統的工作原理后，便可得到該系統涉及到的電氣控制總流程。根據流程可知，恒壓式供水控制系統涉及到的硬件設備主要有水泵機組、PLC、壓力變送器、擴展模塊、液位變送器和變頻器。

2.1 科學選擇與設計PLC

按照恒壓式供水控制系統具體的運行需求，諸如：端子數目，在選擇與設計PLC端子的數目時應當考慮一定余量，結合已有經驗，應選擇CPU226來當作S7-200型號PLC主模塊，這是因為該模塊能夠實現16點的開關量輸出，切輸出的形式為AC220V的繼電器輸出形式。此外，還能實現24點的開關量輸入CPU226，且輸入的形式為+24V的直流輸入形式。需注意的是，因為在實際應用選擇需要的模擬量為1個輸入點，同時模擬量的輸出點也只有1個，便需要進行適當擴展，并選用EM235擴展模塊。

基于PLC的恒壓式供水控制系統包含了5個輸入量，而這5個輸入量分別是由1個模擬量與4個數字量構成。當檢測管網壓力通過壓力變送器向PLC擴展模塊（EM235）中輸入時，其中涉及到的模擬量實質上是模擬輸入量，此時SAI開關會被用來控制與切換白天和黑夜這兩種模式。需注意的是，基于PLC的恒壓式供水系統本身含有1個模擬量的輸出信號和11個數字量的輸出信號。

2.2 合理選擇變頻器

文章所提及的PLC使用的是西門子S7-200型號，為順利實現變頻器同PLC間的通信功能，結合已有經驗，應選擇MicroMaster440型號的西門子變頻器。MicroMaster440型號的西門子變頻器主要是通過微處理器來控制，其中涉及到的功率輸出器件為絕緣式柵雙極型號晶體管，該功率輸出器件不僅有著強大的運行功能，而且在可靠性方面表現良好，即能夠很好的滿足系統設計要求。

2.3 有效選擇壓力變送器

基于PLC的恒壓式供水控制系統設計，在具體設計環節使用的是普通型號的壓力表（Y-100）和數字儀（XMT-1270）來檢測壓力和顯示變送過程。其中，壓力表測量的實際范圍為0-1Mpa，且精度在1.0左右，在數字儀與模擬量模塊的聯合應用下，能夠對反饋電信號進行調節，如：設定壓力上下限等，以此確保輸出壓力信號的有效。

2.4 適宜選擇液位變送器

在具體設計中選用DS26型號的分體式液位變送器作為恒壓式供水控制系統的變送器，該變送器的量程在0-200m內，能夠被使用在深井、水池等液位測量中，且滿量程與零點均可調，滿足設計要求。

3 總結

綜上所述，科技水平不斷前行與發展，新的一些技術與理念應用到恒壓式供水控制系統設計中，而本文主要基于PLC視角，探討恒壓式供水控制系統設計流程，通過對其主要構成與基本原理進行分析，詳述了硬件系統設計，而針對軟件系統設計，設計者在這一方面的經驗已非常成熟，這里便不再一一贅述。

參考文獻

[1]田亞娟，郭麗穎.變頻恒壓供水PLC控制系統的設計[J].計算技術與自動化，2010，29（01）：25-28.

[2]門順治，鄭欣，徐保國等.基于S7-300 PLC的Fuzzy-PID控制恒壓供水系統設計[J].自動化與儀表，2014，29（05）：26-30.

作者單位

桂林市自來水公司 廣西壯族自治區桂林市 541001