PLC及變頻器在恒壓供水系統中的應用

摘 要 文章探討了基于PLC、變頻器為核心的恒壓供水系統，PLC作為整個系統的控制部分，接收管網水壓反饋信號等，內部采用PID調節，并發出命令，控制變頻器等設備的運行;變頻器根據接收到的PLC發出的指令調節其輸出頻率，改變水泵快慢，從而實現管網的恒壓供水。

關鍵詞 PLC 變頻器 PID 恒壓供水

中圖分類號：TP273.2文獻標識碼：A

0引言

傳統水塔供水系統已不能適合現在生產生活的要求，對傳統供水系統的現代化改造勢不可擋。由于變頻恒壓供水系統的諸多優點，使其無疑是最為理想的改造目標。

（1）水泵為二次方率負載，實施變頻供水，其節能效果十分可觀，約20%～40%。

（2）采用變頻調速，可以徹底消除水錘效應。

1工作原理

對供水系統進行的控制，考慮在動態情況下，管道中水壓p的大小與供水能力（用流量QG表示）和用水流量（QU）之間的平衡情況有關。如：QG>QU時，則p↑;QG

保持供水系統中某處壓力的恒定，也就保證了使該處的供水能力和用水流量處于平衡狀態，恰到好處地滿足了用戶所需的用水流量，這就是恒壓供水所需要達到的目的。

2 1控3的實施方案

該方案探討的是基于PLC、變頻器（一控三）為核心的恒壓供水系統。PLC作為整個系統的控制部分，將接收到的壓力傳感器反饋信號與預設值作比較、數據處理，并發出邏輯控制命令，控制變頻器輸出頻率的高低，改變水泵快慢轉速，從而實現管網的恒壓供水。圖1是變頻恒壓供水的系統框圖。

首先確定一個壓力值，該壓力值為正常情況下保證相對泵站垂直距離最大的用戶能正常用水的管網壓力值。設3臺水泵分別為1#泵、2#泵、3#泵，正常供水時只需2臺水泵，其工作過程如下：

先由變頻器起動1#泵變頻運行，如管網水壓大于p，則PLC輸出指令控制變頻器減小輸出頻率，降低水泵轉速，最終保證管網水壓等于p;如管網水壓小于p，則變頻器增大頻率輸出，水泵轉速升高，保證管網水壓等于p。若此時，1#泵頻率為50Hz，而管網水壓仍小于p，則系統自動延時1分鐘，之后將1#泵轉換為工頻運行，起動2#泵變頻運行，頻率不斷上升直至管網水壓達到p，此時供水系統處于“1工1變”的運行狀態。當用水量減小，管網水壓升高時（大于p），變頻器輸出頻率降低，2#泵轉速降低，保證管網水壓恒定。當頻率降到下限值時，管網水壓仍高于p時，系統延時1分鐘后則自動停掉2#泵，并將1#泵由工頻運行轉換為變頻運行，繼續保持水壓為p。如此循環。

3電路

電源開關可以實現人工手動控制和PLC、變頻器智能控制的轉換。任意時刻，水泵只能處于變頻控制和工頻運行的一種狀況，KM2＼KM3、KM4＼KM5、KM6＼KM7接觸器需要連鎖控制。電機變頻運行時，無過載現象;當PLC處于工頻運行時，為防止電機過載，需將熱繼電器串聯電路中。

4 PLC、變頻器選型

4.1 PLC選擇

采用西門子S7-200型。SIMATIC？S7-200？可編程序控制器是模塊化中小型PLC系統，能滿足中等性能要求的應用;大范圍的各種功能模塊可以非常好的滿足和適應自動控制任務，當控制任務增加時，可以自由擴展;大范圍的集成功能使得它的功能非常強勁。

4.2 變頻器選擇

選用ABB ACS800系列變頻器。ABB變頻器獨特的直接轉矩控制（DTC）功能是目前最佳的電機控制方式，它可以對所有交流電機的核心變量進行直接控制，無需速度反饋就可以實現電機速度和轉速的精確控制。

5 PID預置要點

壓力傳感器安裝在供水泵站出口總管處，在工作過程中，其將反饋的水壓信號xf送人PLC內部，利用PLC自身提供的PID模塊與預設值xt進行比較，據此調整變頻器頻率，從而改變水泵轉速。

在設置PID整定參數時，觀察系統的工作過程：如反應過程太慢，例如當xf>xt時，通過電動機減速，使系統回復至xf=xt所需的時間太長，則應將比例增益調整的大些;如上述過程反應太快，反饋量xf忽大忽小，很難穩定到與目標值xt相符時，則應加大積分時間。

功能預置時注意：

（1）上限頻率：上限頻率fH不準許額定頻率fN，即fH<fN。

（2）下限頻率：在決定下限頻率時，有兩種情況應予考慮：一是水泵的揚程必須滿足供水所需的基本揚程;二是供水系統常常是多臺水泵共同供水，如果其他水泵在高速下運行，一臺水泵過低，實際上將無法供水。故下限頻率一般預置為?30HZ≤fL≤35HZ

（3）加減速時間：水泵由于水管中有一定壓力的緣故，因此在轉速上升和下降的過程中，慣性的作用很小。但過快地升速或降速，會在管道中引起水錘效應。因此，應將加、減速時間適當的預置長一些。

6結束語

該系統采用閉環控制，參數超調波動范圍小，偏差能及時進行控制。變頻器的加速和減速可根據工藝要求自動調節，控制精度高，能保證生產工藝穩定，，提高了水泵運行的可靠性。采用PLC和變頻器為核心部件構成的變頻恒壓供水系統，具有很強的實用性，為供水領域的技術革新，開辟了切實有效的途徑。

作者簡介：楊郁（1983-）男，漢族，江蘇徐州人，本科，助理工程師，研究方向：機械工程。

參考文獻

[1] 趙崇剛.變頻器在小區變頻恒壓供水系統中的應用[J].機電工程技術，2018（08）：41-43.

[2] ABB ACS800 標準應用程序7.x固件手冊[M].

[3] 黃全振.基于模糊PID控制器的恒壓供水系統[J].儀表技術與傳感器，2018（07）：81-82+89.