PLC與變頻器在恒壓供水系統中的應用

陳淑晴 付瑩

遼寧錦州渤海大學工學院

PLC與變頻器在恒壓供水系統中的應用

陳淑晴 付瑩

遼寧錦州渤海大學工學院

恒壓供水系統的應用十分廣泛，目前已經穿透到很多的領域中，而且對人們的生活也起到了很大的作用，現今確保供水系統是足夠的安全以及足夠的穩定，這對于在大多數的行業中受到了很大的關注，同時在供水的領域中的采用到一些先進的技術，比如PLC相關的控制技術以及一些重要的變頻技術等，這些技術都在供水領域中得到了廣泛的應用，而且也是系統的重要需求。PLC與變頻器控制的恒壓供水系統，采用PLC進行邏輯控制，變頻器進行壓力調節。PLC與變頻器中系統控制是屬于核心的部件。

恒壓供水系統 PLC 變頻器

1 引言

在供水系統的，供水網的末端相關的工作以及供水始端的工作可以說實在整個供水系統中的地位舉足輕重。通常而言，在供水系統中不論一天的哪個時間段，對水的需求量都是很多了，人們幾乎任何時候都需要水的供應，但是時間段不同，這種需求的強度也就不同，所以對于不同的時候就需要對供水的需求進行不同的調整，這樣才能盡量減少供水管網所面臨的壓力，倘若如果這種調整沒有把握好的話，則會對供水的質量產生巨大的影響，最壞的結果甚至會引起由于供水的需求過大，從而導致水管大爆炸。所以對于供水系統，需要根據調整水閥門從而對用戶用水量進行合理的調整，這樣有利于減少在供水壓力在控制的范圍下，減少資源的浪費以及降低安全隱患。所以為了滿足用戶用水量多以及對水壓的控制比較高的這些情況從而在供水系統中運用變頻的技術，這對于供水系統有著十分重要的意義。

2 變頻恒壓供水系統的國內外研究現狀

在20世紀60年代的時候，隨著計算機技術的不斷發展以及可編程控制器的飛速引入，在相關的制造業中運用可編程控制器這已經成為了一種重要的趨勢。同時隨著后期技術的不斷發展，電氣控制領域中也不斷運用了變頻器的技術，而這種廣泛的運用主要是集中在20世紀90年代，因此不言而喻，新生的變頻器迅速在國內外受到了很大的重視，成為許多業界人士所關注的重大焦點。現今關于變頻器的應用也是十分廣泛的，通常在許多的領域中都有用到變頻器，比如鋼鐵企業，水泥冶煉以及環保和供水系統中都有普遍運用到，這些領域中對變頻器的運用，從而說明了變頻器的發展對于各行各業都有著重大的影響意義。

同一時期，在PLC網絡中應用PLC的構成以及將變頻器進行了充分的結合，這可以說是目前的現代工業領域中的一個重大的發展與突破，在現代工業化領域中，第一選擇的控制裝置就是基于PLC的技術，也迅速成為工業中的不可替代的重要角色。20世紀90年代初的時候PLC技術就首次運用到了國內，但是的PLC是來自西門子公司所研究的技術，而且在這一時刻，變頻器的發展已經處于了萌芽的階段，同時變頻器也獲得很大的進步，恒壓調速供水系統實現不斷發展是一個漫長的過程，在這個過程中該系統不斷得到了完善與改進。從2008年以來，隨著基于變頻恒壓自動供水相關的設備不斷在市場中獲得廣泛的發展，而且生產出的產品也在不斷的增多，在恒壓供水系統中應用PLC與變頻器相結合得到國家政府的支持，我國的一些企業在這方面的投資也不斷地提高。而且這些商家迅速發現了恒壓供水系統中的商機，這足以證明了變頻器的意義重大。

3 PLC的概述

PLC主要是用在工業控制領域，其特點主要如下：

方便維修。PLC不同于繼電接觸器的一點是，PLC自身自帶有故障診斷的功能，所以當裝置出現故障的時候，通過觀察設備上的故障提醒顯示，可以很方便地查看故障原因，而故障的提示是通過裝置上的發光二極管進行判斷的。PLC方便維修的另一個因素是PLC的體積比較小，同時也可以根據模塊化進行故障的檢測。

編程簡單，易操作。PLC中編程語言最常見的是梯形圖語言，該語言不僅僅最常見，而且在PLC編程中也是占有重要位置的，梯形圖語言的原理圖和繼電接觸器大體類似，所以在繼電接觸器的基礎上很容易快速掌握梯形圖語言的語法，從而可以在編程中采用這門語言。

可靠性強。PLC應用到傳統的繼電接觸器中，這樣可以大大地減少硬件路線中的連線的數量和線路中的接觸點的數量。所以從這一方面而言，PLC可靠性是比繼電接觸器系統高。

4 恒壓供水系統組成

本文設計的恒壓供水系統的總體結構圖如圖1所示。

圖1 恒壓供水系統的總體結構圖

本文設計的系統的供水方式選擇的是通過3臺主水泵機組以及1臺輔助泵機組進行并聯從而實現供水，變頻器選擇的是三菱，在變頻器的里面有嵌入PID的控制模塊。而在選擇PLC方面選取的是FX2N－32MR，這種PLC的輸入點和輸出點都是16。壓力變送器選擇的是尋常的壓力表，通過該表最終對水壓力進行檢測以及對水壓進行顯示和變送的功能。本系統中的K為選擇開關，系統的工作模式可以是自動的也可以是手動的，如果選擇了工作狀態是手動的時候，那么如果需要停止工作的話可以根據按鈕來對4臺泵進行控制，這個功能主要的目的是為了實現對供應水進行檢測并且提供臨時的供水功能。

如果選擇的工作狀態是自動的時候，那么PLC首先就會根據變頻器對1臺加壓泵實施軟啟動，這個時候檢測到的管網壓力就會傳到變頻器中，而這個管網壓力的值的獲取是通過傳感器實現的，然后接著就將測得管網壓力和變頻器面板重提前設置好的壓力比較，在經過了變頻器內部的PID運算之后，調節變頻器從而得到輸出功率。當用水量處于高峰期，需求量比較大的時候，變頻器的輸出頻率就會和工頻比較接近，但是管網的壓力還是不能夠接近提前設置的壓力值。PLC把當前的工作的變頻泵會進行一個改變，從變頻改到工頻，同時將變頻器關掉，接著再把變頻器換成另一臺泵，接著由變頻器對該軟泵進行軟啟動，從而能夠通過用水量的數值對選擇的水泵臺數進行調整。在保持了全流量的情況下根據變結合頻泵的不斷調節以及對工頻泵進行分級，最終實現供水壓力和設定值保持一致。

5 控制系統設計

5.1 溫度變送器接線

圖2 溫度變送器接線圖

將溫度傳感器的二次儀表的接口4以及接口5進行短接，其中溫度變送器中的C+表示的是PLC模擬量輸入口，而C-表示的是PLC模擬量輸入口，同時溫度傳感器二次儀表輸出的正極和C+進行相互連接，而相反的溫度傳感器二次儀表的輸出的負極和C－口進行相互連接，短接C+口以及RC口，對C－與PLC的M口也進行短接。溫度變送器接線圖如圖2所示。

5.2 變頻器的PID參數設置

所謂的PID控制的含義指的是通過進行PID的運算從而對執行量獲取的一個過程，并且可以對輸出的頻率進行相應的控制。與此同時PID運算中的P指的是比例運算，而I指的是進行積分的運算，而D指的是微分運算，所以PID是集合了這三種運算的一種技術。PID運算中可以分為正和負兩種類型。而且通常的情況下，選擇負的作用占多數，而這里的負作用的含義就是如果設定值和反饋量的差值是為正的時候，這里的差值可以記為△，那么就會執行量增加，也就是增加輸出頻率，反之當偏差取為負的時候，執行量就會得到減少。處于PID的控制器中，當有壓力控制加到誤差信號的時候，控制電源驅動電路的放大方式可以分為三種。所謂的比例增益指的是向誤差信號所給出的瞬時響應。而積分增益則是將誤差信號的積分得出，同時可以使得誤差能夠減到趨近于零。積分增益對于壓力信號中進行過濾有很大的作用，能夠將噪音去掉。而且微分增益會對實測壓力進行依賴，如果運用是正確的時候，那么微分增益就會將受到的干擾的時間盡量縮短。關于PID設置相關參數如表1所示。

表1 變頻器的參數設置

6 結語

本文主要是對恒壓供水的進行了介紹，對該系統的組成結構進行了概述，分析了目前的國內外關于恒壓供水的現狀以及還對恒壓供水中設計的參數進行了分析。

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