變頻恒壓供水控制系統設計

張靜偉

摘 要：本文是關于，步進順序控制功能基于PLC和變頻器PID頻率自動調整功能相結合的恒壓供水控制系統，由變頻器、PLC和三個泵，系統的操作，管網壓力傳感器在4～20ma電流信號輸入到變頻器PID控制器，PID控制器來調整頻率輸出值，改變泵速。當用戶用水量增加，管網壓力低于設定壓力時，變頻器的輸出頻率增加。當達到設定壓力時，水泵轉速不再變化，管網壓力不變。當泵不能滿足用水量的增加時，PLC會根據壓力的變化自動增加泵的數量。當管網用水量減少，不需要多臺泵同時運行時，PLC會自動減少泵的數量，使管網壓力恒定輸出，從而實現系統的自動控制。

關鍵詞：變頻器；可編程控制器PLC；自動控制

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.08.128

0 前言

我國城鎮市政管網的供水壓力通常維持在0.14MP左右，這樣的水壓只能滿足低層建筑供水的要求，高層建筑必須通過二次加壓才能滿足用水要求。以前大多采用常高壓給水系統，由水泵把水提升到水塔，再由水塔把水輸送給各用戶，結果增大了水泵的軸功率和能量損耗，非常不經濟；本系統將采用PLC與變頻器相結合的方式來控制水泵的切換和轉速調節，使管網壓力恒定輸出。

1 變頻恒壓供水系統組成和設備選擇

1.1 系統組成

小區變頻恒壓供水系統通常是由水井、水泵、壓力傳感器、變頻器、管網組成。工作流程是利用設置在管網上的壓力傳感器將管網系統內因用水量的變化引起的水壓變化，及時將信號（4-20mA或0-10V）反饋到變頻器PID調節器，PID調節器對比設定控制壓力進行運算后給出相應的變頻指令，改變水泵的轉速，使得管網的水壓與控制壓力一致。

1.2 變頻器和可編程控制器（PLC）選型

本文選用日本三菱公司的FX2N系列的PLC和 FR-A700系列變頻器。

2 控制原理簡述如下

2.1 控制過程

該系統由一個變頻器、一個PLC和三個泵組成。利用變頻器的PID功能和PLC實現1 - 3自動恒壓供水的變頻。自動/手動切換。

控制過程：系統啟動后，壓力傳感器對水管內壓力進行測量。如果水管的壓力小于設定值，PID值調整，輸出值增加時，變頻器的輸出頻率的增加，泵的速度增加 ，當變頻器輸出頻率達到49赫茲，從變頻水泵切換操作電源頻率操作。如果水壓沒有達到設定值，則繼續變頻啟動第二臺水泵，直到三臺水泵都啟動到最大供水壓力為止。當供水大于用水量時，逆變器降低輸出頻率，泵轉速降低。當變頻器輸出頻率降低到20HZ時，泵停止工作。如果在半夜不用水，所有的水泵就會停止運行。

2.2 PLC控制的步進程序

該程序由步驟指令的設置和復位指令完成。步控實際上只有兩條指令。 STL，步控制開始。完成所有步驟控制后，使用返回命令RET返回到開始步驟S0然后循環向下。從一個STL開始到下一個STL是一個“步驟”； SET是一個設置命令，將線圈設置為1狀態 - “上電”，RST是復位命令，將線圈復位為0狀態 - “斷電釋放”； ZRST是批量復位命令。例如，所有三個計數器，例如C10-C12，都會立即復位； M8002是一個特殊繼電器，當它接觸電源時（相當于上升沿）電氣閉合。脈沖），它將在以后正常打開。這里使用的是程序啟動時的初始化過程。

3 結論

本文研究了變頻器與PLC相結合的恒壓供水系統。采用三菱FX系列PLC靈活的步進指令控制功能，可根據管網用水量隨時切換三臺泵。壓力傳感器的管網壓力信號為4 - 20毫安電流信號給變頻器PID 控制器、PID比例積分控制器根據壓力變化自動調節變頻器的輸出頻率，控制水泵的運行速度，實現了恒壓供水自動控制，不需要人工干預，節省了大量水和能源，實現節能的最佳方式。

參考文獻：

[1]李金城.三菱FX2NPLC功能指令應用詳解[M].北京：電子工業出版社，2013（01）.

[2]程子華.PLC原理與編程實例分析[M].北京：國防工業出版社，2007

（10）.

[3]周志敏，周紀海，紀愛華.變頻調速系統[M].北京：電子工業出版社，2008（02）.

[4]李自先，黃哲，汪寶標.變頻實用技術與維修精要[M].北京：人民郵電出版社，2009（31）.