探析PLC及變頻調速技術在二次加壓泵房恒壓供水中的應用

【摘要】文章針對PLC及變頻調速技術在二次加壓泵房恒壓供水當中的應用進行了一定得闡述。根據當前工業恒壓供水系統中對于供水的要求及指標，采用PLC及變頻調速技術來對水泵進行控制，在該控制系統當中包括軟件、硬件兩部分，同時在系統中引進雙重濾波技術以及數字PID在線控制技術。下文對其軟件系統、硬件系統的構成及其工作原理等等進行一定的闡述。根據實驗結果，可以得出結論，PLC及變頻調速技術應用到二次加壓泵房恒壓供水當中，具有很好的穩定性及安全性。

【關鍵詞】PLC及變頻調速技術；二次加壓泵房；恒壓供水；技術應用

在我國社會生活中，供水是居民生活和社會發展的重要組成部分，對于社會經濟的發展具有重要意義。傳統的供水方式具有占地面積達、水質易污染且投資成本較大等缺點，其中最為主要的缺點是在供水過程中水壓無法保持恒定，導致部分設備無法正常運作。變頻調速技術是一種新型的、成熟的交流電機無極調速技術，它以其獨特優良的控制性能被廣泛應用于速度控制領域，尤其是廣泛應用到供水行業當中。[1]然而，二次加壓泵房的恒壓供水過程中對于供水的安全性以及供水質量具有較高的要求，于是要求恒壓供水技術更加嚴格，將變頻調速技術應用到供水系統中。恒壓供水方式擁有技術先進、水壓恒定、操作方便等等優點，在泵站供水當中具有如下功能：：維持水壓恒定；控制系統是否自動運行；自動切換運行多臺泵；系統的睡眠與喚醒；在線調整PID參數；泵組及路線保護檢測報警以及信號顯示等等。

1、恒壓供水系統硬件構成

恒壓供水系統中的硬件結構主要包括壓力傳感器、PLC以及變頻器，這些作為中心控制裝置，能夠實現所需的功能。

首先，壓力傳感器是安裝在管網干線中的，其作用是檢測管網的水壓，并將壓力轉化為電流信號，以提供給PLC變頻器。

其次，變頻器是水泵電機中的控制設備，能夠按照水壓恒定的需要來將頻率信號供給水泵電機以調整轉速。ASC變頻器的功能較為強大，其中預置了具有多種應用功能的宏，也就是說，預先將參數及編制好，應用宏來調整使用過程的參數，將使用中設定的參數的數量減少到最小，參數的缺省值，則根據宏的選擇不同。系統采用PID和閉環控制的方式來控制應用宏。宏中提供6個輸入信號：啟動/停止、模擬量給定、實際值、控制方式選擇、恒速、允許運行；以及三個輸出信號：模擬輸出、繼電器輸出1、繼電器輸出2；DIP的開關選擇輸入0～10V電壓值或是0～20mA電流值。變頻器則根據給定值以及實際值，即根據恒壓時系統對應的電壓設定值以及從壓力傳感器當中獲得的反饋電流信號，利用PID來控制宏的自動調節，改變頻率輸出值來對所控制水泵電機的轉速進行調節，保證管網的壓力能夠保持恒定。

通過分析泵站供水的實際情況以及需求，利用一臺變頻器來對3臺水泵進行控制，不僅要改變水泵電機的轉速，還應當通過增減運行泵臺數的方式來進行水壓恒定的維持，直到運行的泵滿工頻進行抽水仍然無法保持恒壓時，則再投入下一臺泵來運行。相反，若變頻器的輸出頻率降低到最小，壓力仍然過高，則必須要切除一臺運行的泵。因此，不僅需要對其開關量進行控制，還需要具備數據處理和分析的能力，采用3模擬量入來獲得模擬量的信號。它在應用上的一個非常重要的優勢就是由PLC進行自動采樣，實時將模擬量轉換成為數字量，并將其存放在數據寄存器當中，由數據處理的指令對其進行調用，并將處理的結果隨時存放到指定的數據接觸器當中。通過這一方式，能夠將壓力傳感器當中的電流信號及變頻器的輸出頻率信號都轉換為數字量，并提供給PLC，與恒壓對應的電流值、頻率上下限等進行比較，能夠實現泵的快速切換以及轉速控制。

綜上所述，系統在設計的過程中，應當讓水泵在變頻器以及工頻電網之間的轉換過程盡量地迅速，保證供水連續，這樣能夠獲得較小的水壓波動，提高供水質量。但是原件的動作過程較快，會導致回流對變頻器造成損壞，因此，為了防止故障發聲，硬件結構中必須要設置閉鎖保護裝置。

2、系統軟件設計

控制系統的軟件通常是采用梯形圖語言來編制的程序，能夠實現對3臺泵的控制。它對3臺泵的控制過程，主要需要實現系統手動、自動切換、各個元件及參數初始化、信號及數據預處理以及泵啟動、切換、停止等的條件、產生順序以及產生過程等的問題。當變頻器的輸出頻率達到了上線，而供水的壓力未達到預設值的時候，就會發出加泵的信號，增加下一臺泵運作來供水。當供水的壓力達到了預設值，但是變頻器的輸出頻率降低到了頻率下限，則應當發出減泵的信號，切除在工頻運行方式中的某一臺泵。例如，在系統剛剛啟動過程中，情況較為簡單，首先將1號泵啟動運行就可以了。但是在3臺泵同時運行時的情況就比較復雜了，任何1或2臺泵都可能正在工頻自動方式下運行，其他的泵則可能在變頻器的控制之下才運行，因此，應當預先對增減泵的順序進行設定。例如，獲得加泵的信號之后，按照1、2、3號泵的順序來優先考慮加泵；當獲得減泵的信號后，則根據3、2、1號泵的順序進行優先減泵。

為了防止在泵運行的過程中發聲故障，軟件中同樣也需要設置相應的保護程序。在加減泵的過程中必須要設置原件動作的先后順序以及相應的延時，防止出現誤動作。考慮到系統工作環境對運行狀態的影響，在設計中采用硬件、軟件上的雙重濾波來消除干擾的影響。硬件上變頻器提供了濾波時間常數，當模擬輸入信號變化時，63%的變化發生在所定義的時間常數中；軟件上采用數字濾波的方式，系統采用平均值的方法。計算最近10次采樣的平均值，其計算公式如下：

結語：

根據上述軟件及硬件的結構設計，可以得出結論：該系統是按照工業生產需求設計的，實現了預定的一系列功能，保證了系統的穩定和安全性，在長時間運行中取得了良好的效果，只需作相應修改就可推廣到相關供水系統中。

參考文獻：

[1]趙勇飛，陳啟卷.PLC及變頻調速技術在泵站恒壓供水中的應用[J].工業儀表與自動化裝置，2004-08-05.

[2]李崇華.PLC及變頻調速技術在恒壓供水系統中的應用[J].自動化與儀器儀表，2011-09-25.

[3]王景虎.PLC及變頻調速技術在油泵恒壓供油系統中的應用[J].中國高新技術企業，2013-06-01.