基于PLC的恒壓供水系統設計

中圖分類號：TB 文獻標識碼：A 文章編號：1008-925X(2012)O7-0149-01

摘要：現針對小區供水系統研究并設計了一種基于PLC與變頻調速恒壓供水控制器，主要是為了解決很多小區中供水系統所出現的供水質量差、不穩定、浪費水和電的現象。這種系統設計是根據水壓設定參數，再根據水量的大小由PLC控制投入運行的電機的轉速和水泉的數量，從而進行的閉環調解，以此來保證小區的恒壓供水。

關鍵詞：PLC；變頻；恒壓供水；系統；設計

水泵、閥門、管道、甩動機等結構構成了變頻恒壓供水系統供水的主要部分。次系統一般是把電機和水泵做成一體，然后通過電機驅動水泵來實現供水。而變頻機則是調解電機的速率，從而控制水泵的流量來達到恒壓供水。所以這個系統的關鍵是異步電動機的變頻調速。異步電動機的變頻調速是通過改變定子供電頻率來改變同步轉速而實現調速的。本文主要通過介紹PLC和變頻調速恒壓供水系統來推廣此技術的廣泛應用。

一、系統方案的設計與選擇

該系統主要有恒壓控制單元、低壓電器、壓力變送器、水泵機組以及變頻器組成。系統主要的設計任務是利用恒壓控制單元使變頻器控制一臺水泵或循環控制多臺水泵，實現管網水壓的恒定和水泵電機的軟起動以及變頻水泵與工頻水泵的切換，同時還要能對運行數據進行傳輸結合系統的實際使用情況，可以分為以下幾類設計方案：

1.有供水基板的變頻器+水泵機組+壓力傳感器。這是一種常見的結構設計，運用比較廣泛的運用。它將PTD調節器和PLC可編程控制器等硬件集成在變頻器供水基板上，通過設置指令代碼實現PLC和PID等電控系統的功能。這種設計結構比較簡單，而且相對成本也比較低。但是缺點在于沒有相關壓力數據的顯示，不能適時的適應不同時間的恒壓要求。

2.通用變頻器+單片機(包括變頻控制、調節器控制)+人機界面+壓力傳感器。此控制方法精確度比較高，比較精細，數據比較精確，比較科學。但是缺點在于開發的時間比較長，一旦程序設計好，難以做出靈活的調整。所以在調試的過程中比較麻煩，靈活性較差。而且還有一個很大的缺點是干擾較強，而且功率越大，干擾就越強。

3.通用變頻器+PLC+人機界面+壓力傳感器。這個控制方法通信接口比較好，同其他系統數據交換也比較方便快捷。由于PLC產品的系列化和模塊化，用戶可靈活組成各種規模和要求不同控制系統，所以這個系統的通用性很強。在硬件設計上，只需確定PLC的硬件配置和外部接線，當程序控制要求變化時，這個控制方法可以靈活的進行調整。有這個程序的PLC的抗干擾能力比較強所以適應的能力也比較好，而且不會受到供水機組的容量大小的影響。

通過上述的分析和對比，可以看出第三種方案比較實用，各方面的能力也比較強，因此第三種方案是目前最佳的選擇。

二、系統運行方式的分析

筆者在本文談到的供水系統主要運用于小區的日常供水，而且主要是早晚兩個時間段。一般平時的流量比較低，屬于連續性的低流量。這種用水的類型主要表現為在長時間內的用水流量比較低，相對于設計流量有較大的余量。通過使用變頻調速方式來保障低流量的恒壓供水的在節能方面的效果比較明顯，比通常普通的設備能夠節省30%左右，節能效果比較好。同時沖擊電流量比較小，這對于延長水泵的壽命是很有利的。考慮到PLC的變頻恒壓供水系統的設計處在水流量較小的時候，為了節約能源，通常是采用一臺水泵來維持正常的工作。多泵變頻循環操作方式的可靠切換，是實現多泵分級調節的關鍵，通常選擇可靠性強，抗壓抗干擾能力強，易操作易控制，容易編程的PLC通過編程來實現。供水系統的恒壓通過壓力變送器、PID調節器和變頻器組成的閉環調節系統控制。當水壓發生變化時，變頻器就開始發揮作用實現恒壓。這種系統可分為：執行機構、信號檢測機構、控制機構三大部分，具體表現為：

1.執行機構：三臺水泵組成了該系統的執行機構，他們的主要作用在將水傳入用戶管，變頻器則負責控制，水泵則可以進行變頻調整，從而根據誰呀的變化控制速率，來保證恒壓供水。在該系統中采取這樣的水泵組合的原因在于：使用幾臺水泵的好處在于可以代替一臺大功率的水泵。水泵選機容易；同時使用幾臺水泵增減容量容易，不用更換水泵；以小功率的變頻器代替大功率的變頻調速器，以降低系統成本，增加系統運行可靠性。

2.信號檢測機構：在該系統的操縱過程中，水壓信號和報警信號是需要檢測的信號。水壓信號的作用是反饋用戶網的水壓的模擬信號。必須經過AD轉換，不過某些也可以直接將信號傳輸出來。報警信號則是一種警示性的信號，當水壓出現失常等問題時就會出現報警信號。

3.控制機構：供水控制柜是安裝供水控制系統的地方，包括電控設備、、變頻器和供水控制器(PLC系統)三個部分。供水控制器作為整個系統核心，發揮的作用是關鍵性的。供水控制器通過變頻調速器和接觸器對執行機構(即水泵)進行控制；變頻器是對水泵進行轉速控制的單元，其跟蹤供水控制器送來的控制信號改變調速泵的運行頻率，完成對調速泵的轉速控制。該系統應用范圍較廣，適用于各種水域當中，為了保障該系統的健康有序的運行，為了避免發生超負荷運轉，報警器報警等故障，通常的做法是加強對系統的監控，同時對系統報警加強管理通過辨別報警器的報警類別來判斷故障，以此來減少不必要的損失，規避不必要的風險。

三、結語

本文提出的基于PLC與變頻調速的恒壓供水系統，改變了以往傳統的供水系統存在的效率低下，不穩定，操作繁瑣不夠自動化的問題。一方面節約了能源，另一方面也增強了可操縱性。采用了可靠性高、使用簡單、編程靈活的工控設備PLC和內置PTD調節模塊的變頻器作為主要控制設備，在全流量范圍內利用變頻泵的連續調節和工頻泵的分級調節相結合，確保恒壓供水。

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