PLC變頻調速恒壓供水系統原理

鄭先銳

1 PLC變頻調速恒壓供水系統結構及控制流程

1.1PLC變頻調速恒壓供水系統結構

基于PLC和變頻調速器控制的智能恒壓供水系統，具有完善的控制和保護功能，明顯的經濟節能效益。恒壓供水是指用戶端在任何時候，不管用水量的大小，總能保持管網中水壓的基本恒定。恒壓供水系統的控制策略是采用可編程控制器（PLC）和變頻調速裝置優化控制泵組的調速運行，并自動調整泵組的運行臺數， 完成供水壓力的閉環控制，在管網流量變化時能達到穩定供水壓力和節約電能的目的。變頻調速恒壓供水系統一般由信號檢測、控制器、變頻器、執行機構、電控設備和報警裝置等組成。

信號檢測包括水壓信號檢測和液位信號檢測。水壓信號檢測反映的是用戶管網的水壓值，它是恒壓供水控制的主要反饋信號。液位信號檢測反映水泵的進水水源是否充足，信號有效時控制系統要對系統實施保護控制，以防止水泵空抽而損壞電機和水泵。

控制器是整個供水控制系統的核心。控制器根據變送器檢測到的壓力和液位信號進行分析， 通過變頻調速器和接觸器對執行機構（水泵）進行控制。

在供水控制系統中，變頻器根據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。變頻器還為電機提供可變頻率的電源，實現電機的無級調速，從而使管網水壓連續變化，同時變頻器還可作為電機軟啟動裝置，限制電機的啟動電流。壓力變送器的作用是檢測管網水壓。智能PID調節器實現管網水壓的PID調節。PLC控制單元則是泵組管理的執行設備，同時還是變頻器的驅動控制，根據用水量的實際變化，自動調整其它工頻泵的運行臺數。變頻器和PLC的應用為水泵轉速的平滑性連續調節提供了方便。水泵電機實現變頻軟啟動， 消除了對電網、電氣設備和機械設備的沖擊，延長機電設備的使用壽命。

執行機構由一組水泵組成，它們用于將水送人用戶管網。水泵分為兩種類型：調速泵和輔助泵。調速泵由變頻調速器控制，根據用水量的變化改變電機的轉速，以維持管網的水壓恒定。輔助泵只在工頻狀態下運行。速度恒定。此泵主要工作在夜間用水量很少的情況下，用以維持管網壓力。

電控設備由繼電器、接觸器、轉換開關等電氣元件組成。在供水系統中用于控制器完成對水泵的變頻—工頻切換和手動—自動切換等。接觸器主要用于頻繁接通或分斷交、直流電路，具有控制容量大，可遠距離操作，配合繼電器可以實現定時操作，聯鎖控制，各種定量控制和失壓及欠壓保護，廣泛應用于自動控制電路，完成對電動機的控制。

作為一個控制系統，報警時必不可少的重要組成部分。由于供水系統的設計要求進行壓力閉環調節和水泵機組的變頻運行與工頻運行的同步切換，所以，為了保證系統的安全、可靠、平穩運行，防止因超調、過電壓、過電流、缺水造成故障，因此對主電路的電壓、電流等進行監測，通過檢測變送裝置，有PLC判別報警類別，進行顯示和保護動作控制。為了保證供水系統的正常運行，設計了水位、壓力上下限等報警裝置。

1.2 PLC變頻調速恒壓供水原理

恒壓供水的基本思路是： 變頻恒壓供水系統主要是由PLC、變頻器、動力控制線路以及水泵等組成。通過安裝在出水管網上的壓力傳感器，把出口壓力信號通過A/D變換變成標準數字信號送入變頻器的PID調節器，經運算與給定壓力參數進行比較，得出調節參數，送給變頻器，由變頻器控制水泵的轉速調節系統供水量，使供水系統管網中的壓力保持在給定壓力；當用水量超過或低于一臺泵的供水量時，通過PLC控制器加減泵。根據用水量的大小由PLC控制工作泵數量的增減及變頻器對水泵的凋速，實現恒壓供水。

2 PLC變頻調速恒壓供水系統的硬件設計

根據PLC恒壓供水的原理，系統的電氣控制圖主要框圖為：

圖 系統的電氣控制總框圖

由以上系統電氣總框圖可以看出，系統所需要的主要硬件包括：水泵機組、變頻器、PLC及擴張模塊、壓力變送器及數顯儀構成。

3 PLC變頻調速恒壓供水系統的軟件設計

3.1PLC變頻調速恒壓供水系統的程序

PLC變頻調速恒壓供水系統的程序如圖5：

圖5 PLC變頻調速恒壓供水系統程序圖

在供水系統中，變頻器、PID調節器、壓力變送器、電機、水泵等構成了一個閉環控制系統，可以對供水能力實現有效的自動調節，從而實現恒壓供水。其實現方法是，首先據用戶對水壓的要求，給PID調節器預置一個目標壓力值，管道中的實際水壓，經壓力變送器轉換成的模擬電流信號反饋給變頻器內置的PID調節器，PID調節器根據目標壓力值和實際壓力值的偏差，給出調節量，自動調節變頻器輸出頻率，調節電機轉速，使供水量適應用水量的變化，取得動態平衡，維持水壓不變。

4結論

本文介紹了基于PLC的變頻調速恒壓自動控制供水系統，PLC變頻調速的應用實際運行分析表明，PLC變頻控制系統設計方案是合理的、經濟的，它為該系統的安全、經濟運行提供可靠的技術保障，并具有節能、PID調節、運行可靠、經濟性好電機控制更容易實現負荷自動調節等優點，是供水系統設計與改造中最先進的選擇之一，同時PLC變頻控制系統技術還可以用于引風機、送風機等自動控制系統中，是過程控制發展的新方向。

參考文獻

[1]付立思，王衛星.可編程邏輯[M].第一版.北京：中國水利水電出版社，2002.1-40.

[2]齊占慶，王振臣.電氣控制技術[M].第一版.北京：機械工業出版社，2002.179-213.

[3]邱文淵，童國道.國內外變頻器技術的現狀及我國發展策略初探[J].電子與自動化，1995，（5）：3-5.

[4]林俊贊，李雄松.PLC在恒壓供水控制系統中的應用[J].電機電器技術，1999，45-48.

[5]曾毅，王效良，吳皓，張朝平.變頻調速控制系統的設計與維護[M].山東科學技術出版社，2002，212-214.