恒壓供水系統的實現

趙敏鵬

摘 要：生產生活都離不開水但由于用戶或用水設備數量的變化會導致送水管路中水壓的變化，水壓的升降會使用戶或用水設備受到影響，因此需要保證送水管路中的水壓保持恒定。傳統維持水壓的方法是采用水塔、高位水箱等，水塔或水箱中水位的變化相對于水塔的高度是很小的，因而水塔或水箱能維持水壓的基本恒定。由于建造水塔或水箱需要二次投入，并會造成水的二次污染，隨著科技的發展，利用PLC和變頻器來實現恒壓

供水。

關鍵詞：恒壓供水；水壓恒定；控制

本控制系統主要對供水系統水壓進行實時控制，保證用戶或用水設備所需水壓在規定范圍內。恒壓供水系統主要由水泵、壓力傳感器、調節器及變頻器構成。

恒壓供水系統中產生水壓的設備是水泵、水泵轉動越快產生的水壓就越高；壓力傳感器主要用于檢測管路中的水壓，常裝設在泵站的出水口，當用水量大時水壓降低，用水量小時水壓升高。壓力傳感器將水壓的變化轉變為電流或電壓的變化送給調節器。調節器是一種電子裝置，在系統中可以設定管路壓力，接受傳感器送來的管路水壓實測值，并與給定值進行比較，輸出調節信號。

1 系統控制要求

本恒壓控制系統要求如下

（1）系統設有手動和自動兩種工作方式

（2）系統設有兩臺水泵，由兩臺10Kw的電動機驅動，一臺工頻運行，一臺變頻運行，累計工作10h輪換一次，手動工作方式時不

切換。

（3）PLC采用PID調節指令，實時調節系統水壓。

（4）變頻器采用PLC的特殊功能模塊的模擬輸出來調節電動機的轉速。變頻器的其他參數自行設定。

（5）系統設有電源指示、工作方式指示、電動機運行指示。

（6）因管路發生破裂或某電臺電動機損壞不能正常工作等原因導致管路壓力較低時，變壓運行的電動機以最大設定頻率連續工作1h以上或電動機過載時，系統發出報警指示。

2 PID調節指令

PLC技術不斷增強，運行速度不斷提高，不但可以完成順序控制的功能，還可以完成復雜的閉環控制功能。

PID控制系統在工業中主要對連續變化的量實現實時調節，如溫度、流量、壓力、速度、位置等，它是閉環模擬量控制中的傳統調節方式，在改善控制系統品質、保證系統偏差達到預定指標、使系統實現穩定狀態具有良好效果。

3 變頻器

（1）變頻器的基本結構

變頻器主要是將電網的交流電整流成直流電；逆變器通過三相橋式逆變電路將直流轉換成任意頻率的三相交流；由于變頻器的負載一般為電動機，屬于感性負載，中間直流環節和電動機之間總會有無功功率交換，這種無功功率將由中間環節的儲能元件來緩沖；控制電路主要是完成逆變器的開關控制、對整流器的電壓控制以及各種保護功能。

4 系統硬件配置

系統要求交流輸出，故選用較為常用的繼電器輸出型PLC；根據控制系統需求并留有余量為以后增加系統功能作準備，PLC的輸入和輸出點數選用48點。

5 系統編程

控制系統通過壓力傳感器將采集的管路水壓值轉換成4～20mA電信號，通過特殊功能模塊將此電流模擬量轉換成數字量傳送給PLC，再通過PLC進行運算，運算結果通過DA模塊轉換成模擬量從而控制變頻器的轉速。水壓檢測值與設置值相差很大時，水泵的轉速就大；反之則小，從而使壓力差保持在一定范圍內，達到恒壓供水目的。變頻器的頻率上限值設置為50HZ，頻率下限值設置為30HZ，數據90ms采樣

一次。

PLC開始工作時，通過特殊輔助電器產生的初始脈沖進行初始化，包括將變頻器工作頻率的上下限、系統壓力目標值、PID調節參數寫入到有關數據寄存器中。

90ms采樣時間到達后，系統啟動A＼D、PID及D＼A，實時調節供水系統壓力。

將采樣值與目標值進行比較，若壓力小系統會根據壓力差使變頻器運行電動機轉速提高，即提高供水壓力；反之則降低供水壓力。若變頻器連續在工頻狀態工作1h，則進行閃爍報警，系統過電壓時也會進行閃爍報警。

6 系統調試

設定變頻器相關參數；上限頻率Pr1=50Hz，下限頻率Pr2=30Hz，基底頻率Pr3=50Hz，加速時間Pr7=3s，減速時間Pr8=3s，過電流保護Pr9等于電動機的額定電流，起動節能模式Pr60=4，選擇端子2～5為0—10v的電壓信號Pr73=0，允許所有參數的讀/寫Pr160=0，操作模式選擇外部運行Pr79=2等。

將PLC與變頻器、A＼D及D＼A特殊模塊連接好，進行控制系統空載調試。將轉換開關撥向手動方式，分別起動電動機，觀察電動機運行是否正常。正常后將轉換開關撥向自動操作方式，按下自動啟動按鈕，通過變頻器的操作面板觀察變頻器的輸出頻率是否符合要求。否則檢查系統界限、變頻器參數、PLC程序及參數，直至變頻器按要求運行。再逐一調節各種輸入及輸出，觀察PLC及變頻器的輸出是否符合設計要求，否則作相應調整及修改。

7 系統維護

繼電器和PLC控制系統長期運行后，總會出現故障，由于維護人員的不斷更換和維修人員的水平或經驗有限，控制系統長期維護后，系統接線及元器件不斷拆裝和更換也會給后續維護工作帶來困難。若控制系統出現剛開機熔斷器就燒斷現象，就是熔斷器參數選擇不當所致。若控制系統出現按下啟動按鈕后系統運行，經查發現控制回路熔斷器已燒斷，更換熔斷器后按下啟動按鈕聽到控制柜有爆炸聲，打開控制柜發現還是熔斷器燒斷了，再試還出現這種情況，再開機還燒毀熔斷器，維護檢修人員經過思考后回想起熔斷器的參數是否合適。

恒壓供水控制系統中的變頻器也是主要維護元器件之一，首先要了解變頻器的工作原理，然后根據變頻器自診斷及保護功能動作時的現實信息進行分析，通過檢測找到硬件故障進行修復或更換。上述故障發生時，變頻器觸摸面板顯示的故障現象為短路、接地、過電流、散熱器過熱等。檢修人員檢測負載側沒有短路、接地現象；檢查機組運轉超載，過電流顯示不可能。很可能是過載故障，經檢查內部冷卻風扇，發現頂部一只已不運轉，這時只需維修或更換風扇即可排除故障。

參考文獻

[1]宋建新 IO-LINK在自動化生產線上的應用 可編程控制器與工廠自動化 2012-5

[2]FX-20P-E手持編程器使用手冊 三菱機電公司 2006

[3]雷紅玲 模擬自動化生產線控制系統設計 工業儀表與自動化裝置 2009-8