恒水位控制系統改造

摘 要：介紹了采用帶PID功能的西門子S7-300可編程控制器控制變頻器進行水位調節，系統存在工作可靠，使用方便，水位穩定，無沖擊等優越性。

關鍵詞：PLC；恒水位供水；變頻器；PID控制

1 概述

曲靖卷煙廠的供水系統如圖1所示，三臺水泵將蓄水池中的水加壓后供生產、消防、生活和綠化用水，系統中并聯35m水塔，起到穩定供水壓力、高峰期補水的作用。水泵的啟停由35m水塔浮子開關控制，水位在400mm以下時水泵啟動，水位達到2200mm以上時水泵停止，三臺水泵由軟啟動器驅動。

供水系統存在的問題是：

（1）水泵啟動的瞬間，對電網造成一定的沖擊。水泵啟動時，易產生水錘效應，對加壓管道和水塔出水單向閥造成較大的沖擊，破壞性大，安全隱患大。（2）水塔水位的波動較大，且這種供水方式無法對供水管網的壓力做出及時的反應，供水質量差，供水壓力波動對生產造成嚴重的影響。（3）水位檢測采用浮子開關，容易卡滯，可靠性差。（4）水泵全負荷運行，頻繁啟停，能耗較高且使用壽命縮短。

2 改造方案的提出

針對此供水系統存在的不足，為了提高供水質量，提高系統的穩定性和可靠性，我們提出使用PLC和變頻器改造成恒水位供水系統，保證水塔水位恒定，也就能保證系統恒壓供水。

3 改造方案實施

3.1 控制系統設計

其中PLC可編程控制器系統根據設定的水位值與反饋的實際值進行比較，其差值經PID運算處理后，發出控制指令，控制水泵的投運臺數和水泵電機的轉速，從而達到水塔水位穩定在設定值附近。

3.2 水泵的控制策略

PLC自動累計三臺水泵電機的運行時間，水泵電機的切換采用連續運行24小時即自動停止，當水位降低水位時，啟動兩臺備用水泵中總運行時間最短的那臺。若一臺水泵運行在50Hz仍不能滿足供水，水位繼續下降至1800mm時，則系統會自動運行總運行時間較短的備用泵。水泵電機是根據水位檢測當前水位值送入PLC和給定值之間偏差進行PID運算，從而控制變頻器的輸出電壓和頻率，進而改變水泵電機的轉速來改變供水量，使水塔水位穩定，達到供水管網壓力的恒定。

3.3 控制系統的選型

本系統選用西門子S7-300型PLC、變頻器選用丹佛斯FC300型、水位傳感器選用E+H超聲波液位計、人機界面選用WINCC7.02。其中PLC控制系統采用分布式控制系統，PLC主站安裝在控制室的主控制柜內，35m水塔裝有從站，主、從站通過Profibus網絡通訊。

3.4 程序設計

程序功能包含工作模式、模擬量輸入輸出處理、水泵自動選擇、水塔水位的PID控制、聲光報警等功能。

系統的工作模式有手動運行和自動運行兩種，考慮到系統的可靠性，當自動模式出故障時，系統能切換到手動運行模式，可以通過控制柜的按鈕進行對系統手動操作，為了保證水塔水位，不影響供水質量，在水塔上同時裝了兩塊E+H超聲波水位計，一塊接入PLC，另一塊接入操作室的二次顯示表。當接入PLC的水位計故障或PLC系統故障時，可通過變頻器的手操板控制變頻器運行。

3.6 系統的調試

根據現場測試水塔水位在1800-2200mm之間，供水壓力穩定，能夠滿足生產、生活用水的需求。水塔水位的下下限設為1800mm，下限設為1900mm，上限設為2100mm，上上限設為2200mm，整定PID控制參數后，獲得了理想的效果，圖6是2#泵供水時水塔水位與運行頻率的趨勢圖，從圖中可以看出，水塔水位十分穩定。

4 結束語

文章針對曲靖卷煙廠生產、消防、生活和綠化用水的特點，摒棄原軟啟動控制裝置，重新設計開發了一套基于PLC的變頻恒水位供水自動控制系統。該系統不僅有效地保證了供水系統水壓的恒定，而且具有工作安全可靠、施工簡單、節能效果顯著、全自動控制、無二次污染等優點。

參考文獻

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[4]丹佛斯變頻器FC300設計指南[Z].2008，7.

[5]丹佛斯變頻器FC300編程指南[Z].2011，6.

作者簡介：王勤標，男，本科學歷，工程師，研究方向：計算機應用。