西門子PLC的工程應用系列講座第2講 基于西門子PLC的恒壓供水系統Water Supply System with the Constant Pressure Based on Siemens PLC

西門子PLC的工程應用系列講座第2講 基于西門子PLC的恒壓供水系統
Water Supply System with the Constant Pressure Based on Siemens PLC

浙江工商職業技術學院 李方園

恒壓供水方式與傳統供水方式相比，不論是設備的投資、運行的經濟性，還是系統的穩定性、可靠性、自動化程度等方面都具有無法比擬的優勢，而且具有節能效果。本文主要闡述了西門子PLC在恒壓供水系統中的應用。

西門子PLC；恒壓供水；變頻器；反饋原理

1 概述

用戶用水的多少是經常變動的，因此供水不足或供水過剩的情況時有發生。而用水和供水之間的不平衡集中反映在供水的壓力上，即用水多而供水少，則壓力低；用水少而供水多，則壓力大。保持供水壓力的恒定，可使供水和用水之間保持平衡，即用水多時供水也多，用水少時供水也少，從而提高了供水的質量。

根據反饋原理，要想維持一個物理量不變或基本不變，就應該用這個物理量與恒值比較，形成閉環系統。要想保持水壓的恒定，根據反饋定理在管網系統上安裝了壓力變送器作為反饋元件，引入水壓反饋值與給定值比較，并通過變頻器來調節供水量，從而形成閉環系統。

2 恒壓供水系統的配置

某恒壓供水系統包括11kW給水泵2臺，一工泵一變頻；7.5kW循環泵2臺（工頻）；3.5kW冷卻塔風機2臺（工頻）；3kW洗澡水泵1臺（工頻）。其中電氣系統由檢測部分、控制部分和執行部分組成。電氣系統的檢測部分包括：管網水壓檢測儀，給水池和會水池水位高度檢測浮球，電機熱保護繼電器，變頻器故障信號繼電器。電氣系統的控制部分包括：恒壓供水系統控制核心PLC，手動控制面板，手動控制開關，二次控制儀表，電器輔助元件。電氣系統的執行部分包括：電機變頻器，電動水閥，水泵電機，冷卻塔冷卻風機，聲光報警器，柜內電器執行元件，如：交流接觸器，中間繼電器。圖1是恒壓供水系統中給水泵變頻器控制回路。

圖1 給水泵變頻器控制回路

恒壓供水系統中西門子S7-200 PLC及其I/O資源定義如圖2和表1所示。

圖2 S7-200 PLC控制示意

表1 I/O資源定義

3 恒壓供水系統的工藝控制與編程說明

本恒壓供水系統的工作狀態分為自動運行和手動運行兩種工作方式。設備運行過程中操作人員必須經常檢查給水池和回水池水位，水位必須符合水位要求，避免水位處在極限低水位上。圖3所示為恒壓供水系統的板面安裝示意。

圖3 板面安裝圖

自動運行為所有設備正常情況下采取的運行方式，其特點在于設備系統投入后，控制單元自動根據供水管網中供水壓力和用水流量，智能采取變頻控制和自動智能投切工頻供水水泵，并根據用水量和水池水位自動發出報警信號，同時能檢測變頻器和各個水泵電機的工作情況，如果變頻器和水泵電機有故障則自動切除設備并發出報警信號。

（1）手動運行

手動運行為設備在發生故障或在檢修狀態時使用，手動狀態可以作為整個系統應急狀態使用，但必須要確保給水池和回水池水位符合要求，即確保水池水位不在極限低水位之下，以避免燒壞給水泵或回水泵。

手動運行方式前需要檢查確認給水池和回水池水位，確保水位符合運行要求，即水位應該遠高于極限低水位。將控制面板上手自動選擇開關SB1旋轉至手動位，系統進入手動運行狀態。在此狀態下SB2、SB3、SB4、SB5四個旋轉開關如果旋轉至啟動位，則相應的電機投入運行，即分別對應變頻供水泵、工頻供水泵、1#冷卻水泵和冷卻風機、2#冷卻水泵和冷卻風機。

將控制面板上SB2變頻供水啟動旋轉開關旋轉至啟動位，恒壓供水系統投入手動運行。如果此時不投入其他電機，即SB3、SB4、SB5旋轉在停止位，則只有變頻供水泵投入工作。此時如果系統管網用水量＞100m3/h時，系統只報警，不會自動投入工頻供水泵。

同理如果只將控制面板上SB3工頻供水啟動旋轉開關旋轉至啟動位，則只有工頻供水泵投入運行。如果同時將SB2、SB3旋轉至啟動位，則變頻供水泵和工頻供水泵都投入運行。此時如果系統管網用水量＞100m3/h，則兩臺泵中工頻供水泵以工頻狀態工作，而變頻供水泵根據管網供水水壓變化以變頻狀態工作。此時如果系統管網用水量≤100m3/h，則兩臺泵中工頻供水泵以工頻狀態工作，而變頻供水泵在通過以最低頻率延時后，變頻器停止變頻輸出，即1#變頻電機不轉，同時發出聲光報警。

在手動狀態下，分別旋轉SB4、SB5旋鈕開關至啟動位，則1＃和2＃冷卻風機及循環水泵分別投入運行。

（2）自動運行

在自動運行狀態下系統自動檢測管網壓力，并且根據供水流量來自動投切工頻供水水泵。

當系統用水流量≤100m3/h時，系統只投入變頻供水泵，并根據管網供水壓力大小來改變變頻器的輸出頻率，以便使得管網供水壓力保持在0.15～0.22MPa范圍內恒定。

當系統用水流量＞100m3/h時，系統檢測到流量信號并延時5分鐘后，自動投入工頻供水泵，并根據管網供水壓力自動調節變頻器的輸出頻率，以便使得管網供水壓力保持在0.15～0.22MPa范圍內恒定。

當工頻供水泵投入后，如果系統檢測到管網用水流量≤100m3/h后延時5分鐘，自動切除工頻供水泵，此時系統供水恢復到由變頻供水泵供水。

在自動運行狀態下，系統根據給水池水位來自動控制1#和2#冷卻水循環系統的工作和補水電動閥的開關。

當給水池水位在-1.0m時，1#冷卻系統工作，即1#循環水泵投入，1#冷卻塔冷卻風機投入。當水位回升至-0.3m時，1#冷卻系統切除。

當給水池水位在-1.7m時，2#冷卻系統工作，即2#循環水泵投入，2#冷卻塔冷卻風機投入。當水位回升至-1.0m時，2#冷卻系統切除。

當給水池水位在-1.7m時，給水池補水電磁閥打開。當水位回升至-1.0m時，給水池補水電磁閥關閉。

當給水池水位在-2.4m以下時，系統給水池低水位報警，并且自動切除變頻供水泵和工頻供水泵，以保護水泵和電機，當水位恢復到-1.7m時系統恢復自動運行。

恒壓供水系統主程序略，PLC程序變量說明如表2所示。

Compared with the traditional water supply method, the instant pressure water supply system has the incomparable advantages, such as low investment, operation economy, stability, reliability, energy-saving effect and so on. This paper describes the topic of the water supply system with the constant pressure based on Siemens PLC.

Siemens PLC; Water supply system with the constant pressure; AC inverter; Feedback principle