淺談變頻器和PLC配合實現恒壓供水

閔志成

【摘要】介紹變頻器與PLC的配合實現恒壓供水系統。采用變頻調速方式，通過PLC的PID功能，自動調節水泵電機轉速，保持供水壓力的穩定。系統具有節能、可靠、自動化等優點，提高了供水質量。

【關鍵詞】PLC 變頻器 恒壓供水

可編程控制器（PLC）和變頻器已經成為當代工業自動化的主要裝置之一，在工業生產領域得到廣泛使用，在其它領域（如民用和家庭自動化）的應用也得到了迅速的發展。

變頻器和可編程程序控制器在恒壓供水系統中也得到廣泛的應用。采用PLC作為控制單元，利用變頻器與PLC的結合，根據系統運行水壓可快速調整供水系統的工作壓力，達到恒壓供水的目的，不但提高了系統的工作穩定性，而且達到了節能的目的。

1恒壓供水系統的原理

它主要有PLC、變頻器、壓力變送器、線路以及水泵組成。用戶可通過控制柜面板上的指示燈和按鈕、轉換開關來控制系統的運行。通過安裝在泵出口管網上的壓力變送器，把壓力信號（4～20mA標準信號）送入PLC，經PLC的PID運算后，送出4～20mA信號，4～20mA信號再送至變頻器，再由變頻器根據4～20mA信號輸出對應的頻率（0～50Hz），以此控制水泵的轉速以調節供水量。為了降低成本，一般采用一臺變頻器對應多臺水泵的配置。當采用一對多方式時，一臺水泵是用于變頻調節的，根據水壓來調節變頻器的頻率，來控制水泵的轉速。在變頻器設置中設定一個上限頻率和下限頻率，當用水壓力低于要求值，變頻器迅速上升到上限頻率，此時，變頻器輸出一個開關信號給PLC，啟動一臺工頻運行的水泵，然后，變頻器和PLC根據水壓調節變頻水泵的轉速。當用水壓力高于要求值，變頻器輸出達到下限頻率，變頻器也輸出一個開關信號給PLC，停止一臺工頻運行的水泵，然后，變頻器和PLC根據水壓調節變頻水泵的轉速。啟停工頻水泵數量根據壓力依次類推。總的來說，通過調整投入工作的電機臺數和控制電機組中一臺電機的變頻轉速，使系統管網的工作壓力始終穩定，進而達到恒壓供水的目的。

以往的變頻恒壓供水系統在水壓高時，通常采用停變頻泵，再將變頻器以工頻運行方式切換到正在以工頻運行的泵上進行調節。這種切換的方式理論上要比直接切換工頻的方式先進，但其容易引起泵組的頻繁起停，從而減少變頻器和水泵的使用壽命。而在該系統中采用直接停工頻泵的運行方式，同時由變頻器迅速調節，只要參數設置合適，即可實現泵組的無沖擊切換，使水壓過渡平穩，有效的防止了水壓的大范圍波動及水壓太低時的短時間缺水的現象，即提高了供水穩定，同時延長了設備的使用壽命。

變頻器恒壓供水的原理圖如圖1。

2變頻器

該系統變頻器采用ABB公司生產的ACS510系列變頻器。ACS510采用獨特的控制方式，專用于水泵的控制，實現了高轉矩、高精度、寬調速驅動、循環軟起，用于降低諧波的變感式電抗器專利技術，滿足通用變頻器高性能化的要求，具有超出同類產品的防跳閘功能和適應惡劣電網溫度、濕度和粉塵能力，極大提高產品可靠性。

3PLC控制系統

該系統采用OMRON的CPM2A，I/O點數為20點，繼電器輸出，PLC編程采用OMRON的PLC專用編程軟件Cx-programmer，PLC可編程程序控制器及軟件提供完整的編程環境，可進行離線編程、在線連接和調試。為了提高整個系統的性價比，該系統采用可編程控制器的開關量輸入輸出來控制電機的起停、自動投入、定期切換，供水泵的變頻及故障的報警等，而電機的轉速、設定壓力、頻率、電流、電壓等模擬信號量及實際運行參數則由變頻器及其內置PID來顯示和控制。

4注意事項

要使系統穩定快速準確的運行，應注意以下參數：

4.1變頻、工頻切換時間

切換時間在PLC程序中設定，設置時為了確保在加泵時，泵由變頻轉換為工頻過程中，同一臺泵的變頻運行和工頻運行各自對對應的交流接觸器不會同時吸合，而損壞變頻器，同時為了避免工頻啟動時啟動電流大而對電網產生沖擊，所以在允許的范圍內時間必須盡可能小。

4.2上、下限頻率持續時間

變頻器運行的頻率隨水量增大而升高，本系統以變頻運行的頻率是否達到上限或下限，并保持一定的時間來判斷是否加泵或減泵，這個判斷時間就是上下限頻率持續時間，如果設定值過大，系統就不能迅速的對管網用水量的變化做出反應；如果設定值過小，管網用水量變化時就很可能引起頻繁的加減泵工作。

5結語

此系統采用PLC和變頻器結合，系統運行可靠，降低了能耗，實現無人職守的全自動循環倒泵、變頻運行，保證了各臺水泵運行效率的最優。由于泵的頻繁啟停減少了，從而可延長泵的使用壽命，可以消除啟動和停機時的水錘效應。該設計系統是性能、價格比較高的優選方案。并通過多年的工程運用，運行穩定，節能效果顯著。

參考文獻

[1]《OMRONCS1系列硬件手冊》.

[2]《Cx-programmer3.1編程手冊》.

[3]《ACS510技術樣本》.

[4]《ACS510使用手冊》.