基于PLC下變頻調速恒壓供水系統的設計與實現

張振軍

摘 要：隨著人們生活水平的不斷提高，人們對于城市供水系統的質量要求也越來越高，然而我國城市的供水系統存在高樓供水壓力不足等問題。基于此，文章對恒壓供水系統進行了介紹，同時分析了變頻恒壓供水系統的PLC程序設計與變頻恒壓供水系統的監測軟件設計與實現的要點，設計PLC、變頻器和傳感器等組成恒壓供水系統，根據管網壓力自動控制供水量，有效提高我國城市供水系統的質量。

關鍵詞：PLC；恒壓供水；變頻器

中圖分類號：TU821 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）27-0105-02

1 基于PLC下變頻調速恒壓供水系統的設計

1.1 自動運行控制分析

供水系統的自動運行控制方式受控制管網壓力的影響，因此，自動運行控制可分為兩種情況分析，一種是管網壓力上升時系統的自動運行控制方式，另一種是管網壓力下降時供水系統的自動運行控制方式。

1.1.1 管網壓力上升時系統的自動運行控制方式

供水系統的控制系統開始工作時，供水管網內幾乎沒有水壓，這時1#水泵電機在變頻恒壓系統的控制下，進入變頻運行模式，當管網壓力達到預設值時，供水壓力才能滿足用戶的需求，這時，1#水泵電機開始平穩運行。隨著用戶用水量的升高，管道內的水壓逐漸減小，壓力傳感器會將接收到的信息傳遞到控制系統中，閉環系統在進行閉環調節的過程中，會加快1#水泵電機的運轉速度。在用戶的用水量減小時，管道內的水壓會逐漸升高，壓力傳感器在將接收到的信息傳遞到控制系統后，控制系統在進行閉環調節時，降低1#水泵電機的運轉速度。當用戶的用水量不斷上升時，系統的自動運行控制方式會將輸出功率提升到變頻器的最高輸出功率，即工頻頻率，由于這時供水管網的壓力小于系統預設值，因此控制系統會自動控制1#水泵電機為工頻運行狀態，變頻啟動2#水泵電機，這個過程會一直持續到供水管網壓力與系統預設值相同的時候。

1.1.2 管網壓力下降時系統的自動運行控制方式

用戶的用水量減小，會導致供水管網的壓力升高，變頻器的輸出功率將降低到供水系統啟動時的功率，如果這時供水壓力大于設定值，供水系統會自動關閉工作時間最長的水泵電機，直到供水壓力與預設值相同。所以，變頻器控制水泵電機的工作，每臺水泵在工作時，都按照“先開后啟，后啟先開”工作原則，在居民用水量持續下降，變頻器的輸出功率與啟動功率相同時，將會出現上述轉換過程，一直持續到最后一個變頻水泵開始工作為止。

1.2 手動運行控制分析

手動運行控制方式通常在供水系統自動控制方式出現異常狀況時使用，它屬于一種供水控制系統的備用工作方式。供水控制系統的轉換開關常常放置在手動擋上，當啟動1#水泵電機工作時，需要按下控制系統的啟動按鈕，在這個過程中，工作人員需要時刻關注供水管網的壓力變化，決定水泵電機的工作臺數和運行速度。當供水壓力達不到相應標準時，工作人員需要變頻啟動2#水泵，以此類推，直到第4臺水泵電機開始工作[1]。

1.3 變頻恒壓供水系統的PLC程序設計

組織塊OB1是PLC程序的主程序，在PLC程序中，OB1始終會調用功能塊與系統功能塊的功能。在OB1循環完成后，操作系統會將接收到的映像輸出表傳遞到輸出模板，在重新啟動OB1之前，系統會根據當前的信號狀態，更新映像輸入表，且該過程會在系統的控制下循環執行。OB1是所有被監視的OB中，優先權最低的項目塊，所以優先級較高的OB會中斷OB1的運行。S7-300CPU能夠最大限度的減小OB1的研究處理時間，該控制系統可以完成故障信號的輸入、開關量報警以及故障、報警子程序的處理等工作。

1.4 變頻恒壓供水系統中的數據采集與通信模塊

該模塊主要包含三方面的主要內容，分別為：數據處理、數據儲存、設定通信參數。設定通信參數的方式主要有兩種，一種是根據供水壓力大小、用戶的用水量設定壓力傳感器的參數，另一種是根據PLC與PC機間的通信協議設定通信參數。數據處理模塊主要負責分解PLC讀取到的數據，將采集到的數據通過濾波等操作方式，將采集到的信息存儲到數組之中。通信模塊由通信測試與數據通信兩方面組合而成，主要負責PLC驅動不同工作狀態下的控制系統時，修改由上機位下達的控制參數與控制命令，維持系統的通信狀態。

1.5 變頻恒壓供水系統中設備的狀態控制模塊

該模塊主要包括三方面主要內容，分別為報警處理、設定設備參數、顯示與調整設備狀態。其中報警處理負責在系統出現故障時，以聲音或者換面閃爍的方式使工作人員注意到系統運行的異常情況，記錄報警時的數據有利于對報警信息進行處理。設定設備的參數可以利用PLC的水位以及壓力調整PID參數，并將數據傳送到PLC中，通過其調節功能有效控制系統，同時也可以調整設備運行過程中的重要參數[2]。

2 基于PLC下變頻調速恒壓供水系統的實現

2.1 供水系統初始化控制程序

在啟動系統之前，需要對系統各組成部分的工作狀態進行檢測，如果在檢測過程中發現問題，系統便會自動報警，同時對模擬量數據處理的數據表進行初始化處理，并賦予數據一個初始值，可利用主程序對子程序調用的方式完成上述環節。

2.2 水泵電機的啟動程序

控制系統開展工作時，通常采用分組方式控制各機組的運行，PLC程序在這時才可以啟動電機。在使水泵電機開始工作之前，需要為變頻器三相電源輸入端供電，在PLC發布完指令后，閉合電機與變頻器三相電源輸出端的接觸器，然后將變頻器外控端子間的常開觸點連接在一起，同時令BX-CM斷開。

2.3 水泵電機變頻與工頻切換程序

水泵機在變頻運行之后，在變頻器輸出頻率為50Hz的情況下，可以檢測變頻輸出電源和工頻電源的相位是否一致，如果相位相同，PLC的擴展模塊將接受控制器端子的OV信號，然后對接收到的信號進行計算，并開展相應操作，切斷變頻器的輸出，在這個過程中，可以確保變頻電源與工頻電源的相位保持一致，同時還可以徹底消除接觸器觸頭間的電弧。然后PLC指令發出，使工頻接觸器吸合，可以順利完成水泵電機變頻與工頻的切換。endprint

2.4 PLC通信連接設置

PLC在進行專用協議與RS指令連接時，需要設定通訊格式（D8120），D8120包括波特率、奇偶校驗以及停止位等格式，在修改完D8120的設置后，需要將PLC電源關閉之后再打開，才能使系統按照修改后的參數運行。除此之外還要對D8121進行設定，設定時可以采用RS485形式，將設定的范圍控制在OOH到OFH之間，數據的長度設為7位，波特率的值為9600bps，無標題符與終結符，利用RS-232C，自動添加校驗碼，采用專用的協議格式1，同時將站號設置為0。

2.5 PLC數據輸出

供水監測軟件能夠將采集到的信號與設定的型號進行對比分析，根據輸出數據能夠控制供水系統的運行，所以應在監測軟件中設置數據輸出。數據步開始后，遇到input、set、merge、update語句時，會讀入一個觀測，當讀取非空環節中沒有讀入觀測時，PLC生成一個輸出數據，此時數據輸出環節結束；當讀取非空環節讀取到觀測時，PLC會用程序語句對數據進行處理，同時使用output語句和數據步結束隱含的輸出將觀測輸出到數據集，通過上述過程的不斷循環，直至PLC輸出數據。

2.6 PLC設計方法

通常情況下，PLC的輸入點數及輸出點數受控制系統的要求影響，控制系統現場設備的數量決定著PLC的輸入點數和輸出點數。PLC輸入端口主要包括五大控制按鈕，分別為：工頻轉換器按鈕、工頻啟動按鈕、工頻停止按鈕、故障復位按鈕及熱機保護按鈕。PLC的輸出端口包含工/變頻器轉換、運行指示及變頻器啟動控制等方面的控制內容。PLC通過繼電器的作用實現與系統內所有交流接觸器的連接，同時有效隔離控制系統中的強電流與弱電流，起到保護PLC設備的作用，增強供水系統的穩定性。在確定PLC的端子數時，除了要按照控制系統的需求選擇端子數量外，還應為設備調整過程留有一定的余量。選用的PLC模塊為EC20型，它的DQ為16點，SC220V繼電器輸出是該模塊的輸出形式，此時，該模塊的輸入形式是+24V直流輸入。

3 結束語

綜上所述，變頻調速恒壓供水系統可以解決城市供水壓力不足與壓力不穩定的問題。通過上述對PLC下變頻調速恒壓供水系統的設計分析，可以使供水系統在PLC的運算后，控制變頻器，調試水泵的運行狀態，保護水泵的發電機，實現供水系統壓力穩定、波動小和無極調速運行的要求。因此，相關人員在設計供水系統時，要充分考慮上述對變頻調速恒壓供水系統的設計分析，達到恒壓供水的目的。

參考文獻：

[1]龔真蕊.恒壓供水PLC控制系統設計與實現[D].山西農業大學，2016.

[2]胡開明，王懷平，傅志堅.基于PLC與組態技術的變頻恒壓供水系統的設計與實現[J].電氣應用，2016，13：24-27.

[3]徐朋祥.基于PLC的變頻恒壓供水系統的設計[J].科技創新與應用，2017（06）：78.endprint