淺析PLC在變頻恒壓供水控制系統中的應用改進

摘 要：為實現恒壓供水采用可編程序控制器（PLC）為主控器，變頻器為執行機構，完成變頻恒壓供水系統的硬件和軟件的設計。實現管網壓力的準確采集，自動調節某臺水泵的轉速和多臺水泵的投入及退出，使管網主干管出口端的壓力基本保持在一定的范圍內。供水控制系統投入運行瓜各項指標達到了設計要求，充分的滿足居民和工業用水的需要。

關鍵詞：恒壓供水;PLC控制;變頻器;設計

1.系統工作原理

恒壓給水指的是不限制用水量的大小，使給水管網的水壓保持在大約一定的水平，從而滿足用戶對用水量的需要，不會使發動機空轉，造成電能的浪費。

恒壓供為了實現，利用水力排管網壓力傳感器采集信號，這個信號，標準模擬量信號轉換成plc的模擬量輸入模塊反饋，plc在pid控制算法在頻率轉換器控制供水泵馬達的旋轉速度，同時調整，編程實現了供水泵馬達。數量的增減由此達到一定控制管網水壓的目的。

2.系統總體方案改進設計

2.1變頻恒壓供水原理

所謂的恒壓給水其實指的是自動維持水管水壓的給水過程。所謂保持水壓一定，就是指保持水管中的水流動一定。根據流體力學原理，泵的流量與轉速成正比。馬達軸上消耗的電力與轉速的平方成比例。因此，頻率轉換器的恒壓供的基本原理，系統設置的壓力測量裝置，使系統壓力信號和設定值進行了比較，并進一步通過控制器調整頻率轉換器的輸出，泵的旋轉速度無級調整，并調節泵的數量，并系統的水力流量變化時，那么就可以一定范圍內得到極大的穩定。

2.2系統的技術要求

1）給水壓力的正常設置值為0.5 Mp，給水壓力的范圍為0.1 mpawa -00.6 Mpa，允許壓力范圍為士1%。

2）用4臺水泵供水，可以自動、手動控制。

3）系統運行安全可靠，具有短路、無電壓、掉電保護、硬件自動鎖定、互鎖、故障報警等保護功能。

2.3控制系統組成及控制過程

2.3.1控制系統組成

根據系統的技術要求，本系統采用當前比較先進的交流頻率變換速度恒壓給水控制方案。當前的系統主要就是由PLC、逆變器、儲水罐、供水單元以及儀表組成。

2.3.2系統的控制過程

主要就是及時的用壓力計檢測出當前管網的壓力值，然后發送到PLC。PLC在對測量值和設置值進行比較之后，用PID進行調節，將控制量傳送給反相器，以控制泵的單元。開始泵的頻率變頻器啟動。水力不足的時候，第一剪下的泵頻率開車，第二的頻率變換泵，這樣，第四的水泵起動之前，水泵停止時，首先第一個頻率泵停止，最后頻率變動換器泵停止。

3.硬件系統改進設計

3.1主機的選擇與設計

3.1.1主機的選擇

頻率轉換恒壓供水系統的技術要求，能夠實現數據的通信、收集、監視、管理、實時顯示等功能。因此，本系統主要就是及時的采用了主要的1個構造，即上下2個計算機控制。上位計算機采用了PLC控制，下位機通過串行接口管理，操作簡單，認性很好，利用功能強大的全能，windows軟件平臺合作，形成了強有力的控制管理系統。程序控制器（PLC）具有編程簡單、使用方便、功能強大、性能價格高、可靠性高、抗干擾能力強等諸多優點，因此被廣泛應用于工業生產、生活等各個領域。通過PLC產品的系統化和模塊化，用戶可以靈活地配置不同規模和需求的控制系統。

3.1.2主機PLC的設計

1）I/0模塊分數的估計。在當前本次的plc系統中請求的I/0的分數與訪問的輸出裝置類型有關。實際選擇的時候一般需要10%-15%的富余時間。根據控制請求，估計本系統有20個開關量的輸入輸出點，除此之外有電壓、電流、電力、壓力、溫度以及流量等相關的模擬量的輸入輸出點。

2）存儲器容量的估計。PLC的程序存儲器容量通常為字節單位。在本系統中，開關量輸入所需要的存儲器的字數為10x10=100b，開關量輸出所需要的存儲器的字數為12x8=96b。

3）通過以上計算，系統存儲器容量需要2756b，并且考慮到程序存儲空間和備用存儲空間，該備用估計系統需要5kb。

3.2變頻器的選擇。

當前的頻率轉換器是控制泵轉速的單元，它通過跟蹤PID控制器提供來的控制信號來改變調速泵的工作頻率，從而完成調速泵的轉速控制。本系統的頻率轉換器是循環動作方式采用了毒品，而且頻率轉換器的速度調整泵啟動，但其供量還沒有達到水的要求時，系統首先在頻率轉換器，該泵從切除，這個泵頻率，頻率轉換器轉變成其他泵馬達毒品并駕駛。

4.軟件系統改進設計

4.1控制器設計

4.1.1控制器控制算法的選取

頻率變換速度恒壓給水系統是時變、小非線性、滯回性時間短、模型不穩定的控制對象。系統將給水出口管網的水壓力作為控制量，使出口管網的實際壓力和設定的給水壓力一致。設定的給水壓力可以是常數，也可以是當前的時間劃分函數，還可以是每個時間段的常數。

4.1.2控制周期的選擇和PID參數自整定

根據系統控制質量的要求，控制周期Tc變小，控制效果更好。但是，本系統采用的電動調節閥的響應速度很慢，T太短，執行機構無法及時響應。達不到控制的目的。從經驗控制周期來看，壓力的測量值是3.1和8s。上述因素的綜合，系統的時機取樣時間是200 ms，時機一次取樣時間記憶，對應的數值，此后，調整算術平均值進行過濾。濾波周期和控制周期均為6.4s。

4.2軟件程序改進設計

系統程序設計主要就是及時的采用模塊化設計方法，主要就是包括主程序、定時采樣子程序、PID控制子程序、參數顯示子程序以及故障報警子程序等。

結論

用PLC控制變頻器實現恒壓供水，與其它供水方式相比較而言，其優點是系統啟動平穩，啟動電流小，避免了電機啟動時對電網的沖擊，延長了泵和閥門等的使用壽命，消除了啟動和停機時的水錘效應。降低了自來水的生產成本，提高了小區的供水質量。

參考文獻

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作者簡介：李詩然，男、1991.4、漢族、河南鄭州人、碩士研究生、助理工程師、研究方向：工業自動化。