基于PLC校園供水控制系統設計

李寧

（鹽城生物工程高等職業技術學校，江蘇鹽城，224000）

某校原供水控制系統基于傳統電拖式，水泵控制以電拖方式為主，長期運行于工頻模式下，利用閥門開度變化控制出水量，雖然可以解決供水問題，但是極可能引起“水錘效應”與能量浪費。校園生活用水期間，因出水點數不確定性，管網水壓常常不穩定，使供水系統與管網受到惡劣影響，管路頻繁發生水壓偏高所引起破裂漏水問題。而恒壓供水模式能克服傳統模式一系列缺陷，隨著交流電機變頻調速技術不斷進步和完善，依托PLC、變頻技術開發一款恒壓供水系統，一方面能調控水泵合理運行，解決師生用水問題，另一方面能改善供水效率，減少能耗，真正實現節能減排目標。

1 校園供水控制系統概述

根據某校生活用水量監控數據可知，實際用水高峰大致分為早、中、晚時段，其它時段相對偏低，高峰期、低谷期供水管路壓力分別呈降低、升高趨勢。有鑒于此，選擇變頻恒壓調速供水方式后，不但可以實現節能目標，而且避免水泵電機軟啟動給電網造成嚴重沖擊，為電機壽命提供良好保障，平常運行于低頻模式，噪音污染少，有利于營造更理想學習生活環境。不難理解，依托這種方式解決間歇性供水需求，展現出巨大優勢。因此，本文設計的供水系統應采用恒壓供水，力爭做到既能保障正常供水，又能節能減排減輕運行維護成本。學校生活用水整體布局圖如圖1所示。

圖1 學校生活用水整體布局圖

2 校園生活供水控制系統硬件設計

■2.1 校園生活恒壓供水系統主電路設

結合圖2進行說明，QS、FU分別表示系統總電源隔離開關、熔斷器，QS選擇空氣開關，具備短路、過載、漏電保護能力，而FU可實現總電源短路保護；FR1、FR2與FR3分別是噴淋泵過載保護、生活水泵1與2的熱繼電器，三者均能實現過載保護；KM1表示噴淋泵運行控制接觸器，泵運行期間KM1接通；KM2與 KM_5分別是生活水泵1與2工頻控制接觸器；針對生活水泵1、2，KM2與KM_5分別給1、2提供工頻工作電源，調控兩者工頻運行，KM3與KM34分別給1、2提供變頻工作電源，和系統變頻器一起調控兩者變頻運行；端子排負責控制柜和外部設備間實現電路連接。

圖2 校園供水系統主電路

■2.2 校園生活恒壓供水系統控制電路設計

（1）PLC周邊控制電路設計

按照系統需求以及PLC I/O端口分配結果，科學分析并合理設計系統PLC控制電路，然后繪制成圖，詳情參見圖3。結合圖例進行說明，通過圖例分析不難發現，PLC利用模擬量輸出接口調控變頻器（以0-lOV模擬電壓控制）實現無極調速；壓力控制器把供水管道水壓信號轉換為4-20mA電流信號，再依靠Siemens模擬量輸入A端，最后依靠PLC模擬量輸入端子到達PLC內置寄存器。

圖3 校園生活供水系統PLC控制電路

（2）控制電路設計

基于上述系統控制電路設計，不但可自由切換手動/自動操作模式，而且具備手動功能模式，只需打開操作面板選擇轉換開關，便能控制噴淋泵、生活泵1與2工頻運行。綜上所述，系統控制電路設計詳情參見圖4。

圖4 校園生活供水系統控制

3 校園生活供水控制系統軟件設計

圍繞實際需求出發，針對系統控制流程進行科學分析與設計，系統日常運行于自動模式下，一旦需要調試或兩套設備PLC全部異常，則臨時切換手動模式，半自動模式主要面向變頻器異常狀態下，為避免師生用水受影響而實現。本次設計之初充分兼顧未來各種情形與需求，通過全面分析與探討，分別制定與之對應處理方案，即使面對突發事件，也能啟動緊急應對方案，促使整個供水過程更穩定，不但達到預期設計要求，而且真正解決師生用水需求，具備良好可行性與實用性，現實意義非常重大。

■3.1 主程序控制流程

結合圖5進行說明，通過圖例分析不難發現，本次設計完全符合控制需求，系統通常運行于自動模式下，一旦需要調試或設備PLC出現異常，可臨時切換手動模式。半自動模式主要面向變頻器異常狀態下，為避免師生用水受影響而實現。依靠不同模式間高效、可靠切換，促使系統始終正常、穩定運行，為師生提供更良好供水服務。

圖5 PLC程序控制流程圖

■3.2 自動控制模式下設備加、減泵程序控制工藝流程

為了讓管道供水壓力始終平穩，用水高峰期水壓將迅速降低，系統必須及時投入水泵，借此保證供水量符合要求，進而解決實際需求。經歸納梳理，加泵流程詳情參見圖6。

圖6 設備加泵工作流程

結合圖7進行說明，圖例給出了減泵流程，通過圖例分析不難發現，為了讓管道供水壓力始終平穩，用水低谷期系統減泵降低供水量，保證當前水壓處于設定值且不會超過安全值，一方面避免管路受到影響，另一方面又能解決實際用水問題。

圖7 設備減泵工作流程

4 結束語

本文對學校生活用水情況進行了分析，通過實地監控發現學校用水量變化為間歇式類型，根據用水量變化情況結合供水管理人員對供水系統的具體要求，本設計決定采用PLC、變頻器控制的恒壓供水系統，并給出了系統框圖與軟件控制框圖，初步構建了學校生活恒壓供水系統平臺。

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