淺析基于PLC及變頻調速小區恒壓供水系統設計

董偉

摘?要：文章首先對供水系統總體設計的主要硬件設計展開了闡述，分析了變頻恒壓供水系統設備狀態控制，并深入探究了基于PLC變頻調速恒壓供水系統的設計應用，旨在通過對PLC變頻調速小區恒壓供水系統設計的探討和研究，實現我國供水系統質量的提高，為我國供水系統的穩定運行提供有效的科學依據。

關鍵詞：PLC;變頻調速;恒壓供水系統

作為小區眾多基礎設施中的一大關鍵組成部分，供水系統的質量水平對人們的生產生活質量有著重要的影響，優質的小區供水系統往往更加完善。隨著我國各方面社會總體水平的提高，人們對于基礎設施建設有了更高的標準和要求，對供水系統的質量也提出了更高的期望，不僅要求其具備安全性和穩定性，同時還需要具有一定的經濟性和可靠性，確保人們的供水質量和安全。另外，作者也發現現在的購房一族在選擇地段和戶型時，除了對樓盤的質量非常重視，同時也將供水系統質量納入了參考項，供水系統不完善的樓盤即使地段好價格也大打折扣。如今大多數樓盤的供水系統都采用的是變頻恒壓供水系統，可見這種系統在生活生產中的應用頗為廣泛，實際上也確實對人們的日常生活和工作具有重要作用。

1 供水系統總體設計主要硬件設計

為了確保供水系統的穩定運行，必須保證各個硬件的安全可靠，變頻恒壓供水系統涉及到的硬件較多，需要進行科學的設計和應用，方能達到社會效益和經濟效益最大化，本文將從變頻恒壓供水系統的主要硬件、運行模式等方面進行深入的探討和研究，分析如下：

1.1 變頻恒壓供水系統硬件分析

變頻恒壓供水系統的主要硬件包含變頻器、PLC、供水管道、上機位系統、水泵拖動機組以及水泵機組的：恒壓控制單元、信號檢測環節等部分。水管上有一個壓力測量部位，可測得水壓信號，獲取之后通過壓力變送器轉化為標準電信號。而模擬的壓力信號在PLC端轉化為數字壓力信號，通過內部小程序的處理，獲得模擬量，并傳送到變頻器頻率控制的一端，達到調整變頻頻率、調節電動機轉速、增加管網流量的目的，進而實現水壓恒定。

上位系統能夠方便對小區供水系統運行進行有效的監控，讓操作系統更加靈敏便捷。上位系統機器和PLC連通，能夠有效的監控系統的運行狀態，顯示實時壓力值，記錄原始數據，然后根據實際情況進行修改和調整，控制供水系統的啟動或停止運行。

1.2 運行模式分析

變頻恒壓供水系統的運行模式結合了手動運行控制方式和自動運行控制方式，自動運行控制方式又可分為管網壓力上升和管網壓力下降兩種情況。

當供水系統開始運作時，管網內水壓幾乎為零，這時1號水泵電機進入變頻運行狀態，直到管網壓力達到預設范圍，供水壓力才能夠滿足人們需要，電機才開始進入正常運行模式。隨著用水量的不斷增加，管道內水壓下降，通過壓力傳感器的信號傳輸，系統自動加快1號電機的運轉速度。反之，當用水量減少時，便會降低1號水泵電機的運轉速度。

在用水過程中，當用水量減小，管網壓力上升，變頻器的輸出功率恢復到系統啟動時的功率，這時，如果供水壓力超過預設范圍，系統會自動停止工作時間最長的一個水泵電機，直到數據恢復到預設范圍，也就是說，水泵電機的運行受到變頻器的控制。

當系統出現異常運行時，便需要手動運行控制方式及時應對系統的異常，它不屬于常規的運行工作狀態。一般來說，供水系統的控制系統開關在手動擋位置，1號水泵電機啟動之后，將系統調整至啟動狀態，并安排工作人員關注壓力值的波動，壓力值直接關系到電機工作的數量和運行速度，當供水壓力沒有達到預設范圍時，由工作人員手動啟動2號水泵，按照剛才的運行操作繼續觀察和調整，直到第三臺水泵電機啟動。

1.3 硬件的選擇

整個恒壓供水系統的核心是PLC用于模擬量輸入信號、自動反饋控制信號及開/關控制信號的采集，PLC的運行程序，需要確保所有動作硬件按照既定的設置和規律正常運作，完成系統控制程序的動作和指令，并傳輸數據到外界。

系統的自動運作控制模式和手動運作控制模式需可靠安全，便于供水系統正常運行和突發狀況的檢修和調整，并確保報警功能和設置無誤，經濟運行性能高。

供水系統的控制系統執行環節由變頻器協助完成，通過頻率輸出調節電動機運轉速度，進而控制管道供水量。

為了獲得準確的管網壓力信號，水壓傳感器必須選擇精密度高的型號，便于控制壓力信號的精準度，傳遞準確的信號，促進供水系統的正常使用。

2 基于PLC變頻調速恒壓供水系統的設計應用

PLC程序的應用是變頻調速恒壓供水系統的重要環節，通過PLC進行變頻器調節，讓設備能夠穩定運行，有利于提高整體供水系統的質量和水平。因此本文基于PLC變頻調速恒壓供水系統的設計，從初始化控制程序、水泵電機啟動程序、PLC通信連接和數據輸出等幾個方面，對供水系統的程序應用進行了詳細的分析，研究如下：

2.1 初始化控制程序的應用

在啟動供水系統之前，需要調節一個初始值，將模擬量數據進行初始化處理，并檢查各個系統的運行狀態是否正常，有無問題出現，如有問題，報警裝置是否能夠及時發出信號。

2.2 水泵電機啟動程序的應用

啟動控制系統之前，各個機組開始分組運行，PLC啟動電機裝置。水泵電機啟動程序之前，變頻器三相電源輸入端開始供電，由PLC向系統發布指令，連通變頻器三相電源輸出端和電機的接觸點，讓變頻器外部控制端口間的常開觸點相連。

2.3 水泵電機變頻與工頻切換程序的應用

水泵電機變頻運行過程中，有必要對變頻輸出的電源與工頻電源的相位進行對比，若一致，不僅能夠消除接觸器觸點之間的電弧，而且控制器端口的OV信號會發出信號給PLC，由PLC對接收到的信號進行運算，并對應相應的運行操作，將變頻器的輸出斷開。PLC發出動作指令后，工頻的接觸器會相吸，水泵電機的變頻與工頻便可以完成切換。

2.4 PLC通信連接和數據輸出的應用

PLC（西門子200SMART）的通信連接需要在專用的情況下，設置通訊格式，其中包含停止位、波特率及奇偶校驗等設置，設定完格式后，重新啟動PLC電源，讓系統根據調整后的數值參數進行運行。

2.5 PLC設計方法分析

一般來說，供水系統的控制系統會影響PLC的輸出點數和輸入點數，并直接由控制系統的設備數量決定具體值。PLC的輸出端口控制指令主要包含運行變頻器的啟動控制、工頻&變頻器的轉換等，輸入端口控制指令主要包含工頻啟動/停止、工頻轉換器、熱機保護、故障復位。PLC在運行過程中，能夠連通系統中所有交流接觸器，并將控制系統中的強弱電流隔離開，對PLC的設備起到良好的保護作用，實現供水系統的安全穩定。

3 變頻恒壓供水系統設備狀態控制分析

變頻恒壓供水系統的設備狀態控制模塊主要包含報警處理、設備狀態顯示與調整、設備參數設定三個維度的內容。

第一，報警處理主要用于系統出現異常運行和故障時，通過聲音或者換面閃爍告知工作人員系統中的異常情況，對于恒壓供水系統的運行而言，在出現故障時，除了及時解決以外，有必要將報警時的設備數據記錄下來，便于問題解決，也為運行工作提供一個可參考的數值。

第二，設備參數的設定往往借助于供水壓力和PLC水位進行參數調整，并將設定好的參數傳輸給PLC程序，以此控制系統。

第三，設備狀態顯示能夠幫助工作人員及時了解設備運行狀態，便于供水系統設備運行的科學性，提高供水系統質量。

4 總結

綜上所述，隨著人們生活水平的提高，人們對于供水系統的質量要求已經成為了重要的生活指標，基于我國大多數城市存在高樓供水壓力不足的情況，本文對變頻調速恒壓供水系統進行全面分析，基于PLC及變頻調速小區恒壓供水系統設計，讓供水系統能夠在PLC的運算基礎上控制變頻器頻率，調整水泵電機的運行狀態，維持供水系統壓力穩定，給供水系統的設計人員提供了一定的參考，對于提高供水系統質量，保持恒壓供水具有指導性作用。

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