基于PLC的變頻調速恒壓供水系統設計與實現

熊建國　楊代強

摘 要：隨著社會經濟的不斷發展，帶來的結果就是城市的不斷擴展。而隨著城市常住人口的增多和人們生活水平的不斷提高，人們對城市供水系統的質量、數量和穩定性要求也越來越高。城市供水系統通常都是在超壓狀態下運行，不僅效率低下，同時也使得城市管網的報損比較嚴重。在這種狀況下，為了保證對城市的供水，考慮到我國中小城市供水系統的狀況，對基于PLC的變頻調速恒壓自動控制供水系統進行設計。

關鍵詞：PLC；變頻調速；恒壓供水

近年來，隨著經濟社會的持續發展，使得城市規模的逐漸擴展。而隨著城市常駐人口數量的日益增加以及居民經濟狀況的逐漸提高，居民對城市供水系統的要求愈發提高。按照相關單位調查結果顯示，自2008年一直至2013年這五年時間內，中國平均每人每天生活用水量顯著增加，從180余升增加到240余升，增加比例約為4成，同時，我國的城市家庭人均日生活用水量也在逐年提高。跟人們用水量增加形成對比的，是在我國的666個城市里面，大概三百三十個城市或多或少缺水，其中嚴重缺水的超過一百一以上；尤其需要注意的是，在三十二個特大城市里面，存在三十個城市長時間受擾于供水不足，尤其是那些水資源相對不足地方，供水短缺更是影響人們日常生活的主要矛盾。現在，由于供水問題和供水系統的不合理，已經成為我國城市社會的一種潛在隱患。

一、變頻調速恒壓供水系統的能耗分析

所以，在這里，不必對電動機的極對數進行改變，僅僅對電源的頻率進行改變，其轉速就能夠根據一定的比例進行改變。恒壓供水的實質就是根據供水管網的壓力變化來改變水泵電機的供電頻率，就可以改變水泵的運轉速度。也可以改變供水泵的性能特性曲線，以達到供水泵工作狀態的調節。

在供水時，如果用戶的用水量急劇增加，供水管網的流量變小時，使供電頻率減小，就可以使供水電機的轉速降低。同時，根據葉片泵相似理論可知，改變水供的轉速，就可以讓供水泵泵軸功率N，揚程H以及流量Q按照一定的規律進行變化。

在變頻調速恒壓供水系統里面，調節水泵主要是利用變頻器對電源的頻率f進行改變，利用這一種方式使其轉速n有所改變，最終使水泵性能曲線能夠改變。通過變頻調速完成恒壓供水，當轉速減少的時候，功率按照轉速的三次方的趨勢減小，和恒速泵供水過程中通過閘閥提高阻力的節流進行比較來說，能夠降低能量損耗，具有非常大的節能效果。

二、控制系統的硬件設計

恒壓供水系統在消防、生產與生活等領域供水均非常適合，

這一個系統能夠最高向四臺主泵提供支持，文中主要以包括四臺水泵的生活供水系統為研究對象，其原理框圖具體如圖2-1所示。

通過分析上圖，能夠發現這一個變頻調速恒壓供水系統主要包括信號檢測、執行機構、控制系統與其他部分等方面的內容。

1.執行機構

其主要是負責抽取儲水池里面的水并將其傳至用戶管網里面，上面的圖中主要涉及三種泵。

2.信號檢測

需進行檢測的信號主要涉及液位、水壓、變頻器故障，以及消防等諸多方面的信號。

3.控制系統

通常情況下，設置于控制柜里面，主要由電控設備、變頻器以及PLC系統組成。

4.人機界面

這是人和控制系統實施信息溝通的位置，對于用戶來說，其能夠利用這一個界面對設定壓力值進行適當的更改，確定控制的應用宏，確定各種功能以符合各種場合的需要，并且用戶還能夠自這一個界面得到這一個系統的各種關鍵信息，將報警與故障問題解決，最終能夠有效地控制系統。這一部分同時也能夠監控設備的狀態，因此就沒有必要非要去現場監控，出現報警時對報警信號進行顯示。

三、恒壓供水軟件系統的實現

恒壓供水控制系統軟件設計主要由PLC程序設計，監控系統的軟件設計，PLC與PC上位機通訊設計等幾方面組合而成。構成一個完整的恒壓供水系統。

1.PLC程序設計

PLC程序流程圖如圖3-1所示。

2.恒壓供水系統的監測軟件設計

按照軟件總體功能設計的相關條件以及具體步驟，在這里根據功能將系統的信息監控與管理程序分成各種模塊。對于供水自動化計算機控制系統來說，其信息管理及監控軟件大體上有數據管理模塊、設備狀態控制模塊、數據采集及通信模塊等方面組合而成。

通過對恒壓供水系統的研究，雖然研究工作獲得了一定的成果，但仍然還有很多的不足之處。比如本文設計的上位機組態軟件監控界面圖形比較簡單，功能還需要進行優化；PLC控制程序編寫時考慮不完善，功能不齊全等。軟件的本身功能是比較強大的，為用戶提供豐富的接口。設計中的不足之處將在以后的工作和學習中進一步進行完善。

參考文獻：

宋序彤.我國城市供水發展有關問題分析[J].城鎮供水，2001.

（作者單位 重慶科創職業學院）