基于FX3u PLC的變頻恒壓供水系統

摘 要：本系統基于FX3u PLC的變頻恒壓供水系統，包括FX3u系列PLC、與PLC連接的蓄水系統和水泵機組以及變頻器。本系統可解決變頻恒壓供水，達到節能環保的目的。

關鍵詞：PLC；變頻器；PID水位控制；水錘效應

1 概述

在現代人生活水平不斷提高的今天，人們對物質的追求也越來越強烈，更加追求品質生活，而生活中到處都需要用到水，但是傳統生活供水的方法卻達不到人們的要求，特別是高層建筑供水問題，一方面要求提高供水質量，不能因水壓的波動形成供水時斷時續水量時多時少的情況，另一方面要求滿足供水的安全與可靠。而以前的供水方式卻有很多缺點，如用水高峰期水壓過小和不穩定以及低峰期水壓過大造成管道閥門更容易損壞等。而作為工業自動化控制裝置的PLC具有可靠性高、抗干擾性強、功能強大、編程簡便、性價比高、維修工作量大等特點，因此，本系統提出基于FX3u系列的PLC變頻恒壓供水系統，用于實現高層建筑恒壓供水提高供水質量和安全可靠節能的要求[1]。

2 系統構成和控制原理

基于FX3u系列的PLC變頻恒壓供水系統由FX3u PLC、與PLCX相連接的蓄水系統、水泵機組和變頻器構成[2]，而蓄水系統主要由連接管閥的電動閥A以及與電動閥A連接的蓄水罐構成。與PLC連接的電動閥A并聯有手動閥A，蓄水罐與水泵機組連接，且水泵機組內部設置有與PLC相連接的水位控制器。

內置PID控制器的FX3u PLC為主控單元，控制著蓄水系統，使得蓄水系統作為緩沖區域，對管閥的水起到緩沖作用。在PLC與變頻器的共同作用下，可對水泵機組進行切換。本系統中的蓄水罐還設置有水位控制器，通過水位控制器可將水位信息傳輸給控制處理器PLC，在控制處理器PLC的信息處理下，當水位降低到一定位置時，控制處理器PLC會發出讓電動閥A打開的命令，使得蓄水罐在低水位時，自動打開電動閥A，給蓄水罐充水。另外，電動閥A并聯有手動閥A，這樣就可以避免在電動閥A出現故障時會影響水的供給。

水泵機組主要由連接蓄水罐的電動閥B、與電動閥B連接的提水機組和壓力傳感器構成。壓力傳感器與PLC相連接。提水機組包括并聯的主提水機組和副提水機組，主提水機組主要由依次串聯的電動閥C、水泵C、止回閥C構成，副提水機組主要由依次串聯的電動閥D、水泵D、止回閥D構成，電動閥C和電動閥D均與電動閥B和控制處理器PLC連接，止回閥C和止回閥D均與壓力傳感器連接，且水泵C和水泵D均與變頻器連接；電動閥B并聯有手動閥B；止回閥C與壓力傳感器之間還設置有連接控制處理器PLC的放水電動閥C；止回閥D與壓力傳感器之間還設置有連接控制處理器PLC的放水電動閥。放水電動閥C與壓力傳感器的連接點還連接有依次連接的水錘電動閥、蓄能罐；且水錘電動閥還與控制處理器PLC連接。

工作中壓力傳感器檢測出當前的水管壓力，然后把檢測到的壓力信號變成模擬信號，并把該信號傳送給變頻器，由變頻器中的PID控制器運算比較水壓當前值和水壓設定值（如圖2）。為了穩定出水壓力，PLC會將出水壓力當前值與設定值進行比較，然后根據比較結果來決定變頻器是否加速或減速；當處于用水低峰期、較少人用水時，變頻器控制一臺水泵低速運行；當處于用水高峰期、較多人用水時，變頻器控制其中一臺水泵高速運行，如果依然達不到出水壓力時，就會讓這臺水泵以工業頻率運行，而再起動另一臺水泵。為了增加水泵的使用壽命，也為了避免水泵長時間不用而生銹，每4小時讓兩臺水泵循環工作一次。本系統將電動閥B作為進水主閥，使得進出水更方便，而將止回閥C、放水電動閥C、止回閥D、放水電動閥D都由PLC控制，使得維修更為方便。

為了減少水壓對管道的沖擊、改善水錘效應、延長設備的壽命，本系統采取兩臺水泵運行的方法，有主泵和備用泵。變頻器控制著兩泵，使得這兩臺水泵輪流為主泵和備用泵，交替工作，兩者都能實現軟起動和軟停止。與此同時，為了消除水錘效應，本系統還加裝了儲能罐。

3 PLC輸入/輸出接口電路設計

本系統具有自動控制功能。開機運行時，交流接觸器KM1線圈通電，閉合KM1常開觸點，起動變頻器。幾秒后，交流接觸器KM2線圈通電，變頻器起動水泵C；出水壓力當前值比設定值低時，KM2線圈通電，KM3、KM4線圈通電，工頻運行水泵C，變頻運行水泵D；出水壓力當前值比設定值高時，KM4線圈斷電，變頻運行水泵D，水泵C停止運行；而出水壓力當前值又比設定值低時，KM3線圈斷電，KM2、KM5線圈通電[3]，轉換為工頻運行水泵D，變頻運行水泵C，依次循環實現恒壓供水（如圖3）。

本系統安裝有中間繼電器KA1、KA2、KA3、KA4。KA1閉合時，表示無水；KA2閉合時，表示變頻器發生故障；KA3閉合時，表示水泵C發生故障；KA4閉合時，表示水泵C發生故障；而且每種故障都設置有對應的報警指示燈。為了保證運行系統的安全，不論發生哪種故障，本系統都會停止運行。

4 結束語

本系統可根據出水壓力與設定值的關系來調節電動機的轉速。在較多人用水，出水壓力較設定值低時，會加速或增加水泵[4]；在較少人用水，出水壓力較設定值高時，會減速或減少水泵，這樣，供水系統管網壓力就會一直為設定值，提高了供水質量，實現了節能。

參考文獻

[1]王曉瑜.基于PLC和HMI的變頻恒壓供水系統設計[J].制造業自動化，2011（10）：120-122.

[2]盧光源，楊黎.S7-200在變頻調速恒壓供水系統中的應用[J].現代制造技術與裝備，2007（1）：66-68.

[3]常曉玲.電氣控制系統與可編程控制器[M].北京：機械工業出版社，2002.

[4]孫凱.基于PLC的變頻恒壓供水系統的設計[J].中國制造業信息化，2010（19）：50-52.

作者簡介：董文華，女，碩士，講師，研究方向為電氣自動化。