談恒壓供水系統中PLC及變頻器的應用

莊小寶

摘要：本文針對恒壓供水系統中PLC及變頻器的應用進行了簡要分析，希望能夠給予同行業工作人員提供相應的參考價值。

關鍵詞：恒壓供水系統;PLC;變頻器;應用

供水系統是人們工業生產和生活中必不可少的公共設施之一。隨著智能樓宇建筑的迅速發展，人們對供水系統的可靠性和穩定性有著更高的要求。再加上現在能源緊缺，設計節能、穩定、工作可靠的恒壓供水系統是必然趨勢。傳統供水系統的提升方式是采用水塔、高水位水箱或氣壓罐等設備，這些設備經濟成本高并且能量消耗較大。而基于PLC和變頻器的恒壓供水系統將電氣控制技術與變頻器技術融為一體，大大提高了供水系統的可靠性和穩定性。同時，供水系統節能效果明顯，這在能源日漸緊缺的今天顯得尤為重要。因此，研究基于PLC與變頻器的恒壓供水系統對改善居民生活水平、提高工業生產效率、節約能源等具有非常重要的意義。

1系統方案

目前住宅小區變頻恒壓供水系統設計方案主要采用“一臺變頻器控制一臺水泵”（即“一拖一”）的單泵控制系統和“一臺變頻器控制多臺水泵”（即“一拖N”）的多泵控制系統。隨著經濟的發展，現在也有采用“二拖三”、“二拖四”、“三拖五”的發展趨勢。本文中采用的是“一拖N”方案。它具有平穩啟動變頻供水系統的優點，并且對電網沖擊很小，對水泵平均的轉速也可以降低到一定程度，更能夠克服傳統系統中的“水錘效應”，也能夠延長水泵的閥門、管道的壽命。

2系統組成

它主要是由變頻器、PLC、TC時間控制器、PID調節器、壓力傳感器、液位傳感器、動力控制線路以及3臺水泵等組成。

3系統理論

本文中充分將一些現代新技術結合在一起，如可編程（PLC）控制技術、變頻控制技術、電機泵組控制技術等等。系統理論認為：水泵出水總管上的電壓信號是由遠傳系統里的壓力表經過轉換而成的，電壓信號再經模擬/數字轉換模塊后得到數字量再送入PLC，經過PLC內部的PID運算后，輸出一個參考量，該參考量經數字/摸擬轉換后，得出模擬量，再將此模擬量傳送到變頻器中，從而控制其輸出頻率的變化。設備采用多泵并聯方式的供水方式，一個好處就是運行的水泵數量的多少是由用水量的大小決定的。當用戶用水量在比較小的情況下，由一臺泵在變頻工作，當用戶用水量在增加的情況下，水泵運行的頻率會隨著用水量增加。當然，如果出現用戶在用水量最大時，一臺水泵在額定輸出功率最大的情況下仍無法滿足用戶供水要求時，水泵會自動轉換成工頻運行狀態自動啟動下一臺水泵。反之，用戶用水量在減少的情況下，水泵運行頻率會自動調節，直到降至下限運行頻率。如果還出現供水量仍大于用水量，那么系統會自動停止工頻運行水泵，同時增加變頻泵運轉速度。在用水量降到某一定的程度時，變頻主泵就會停止工作，而是由輔泵及小型氣壓罐來供水。

4 PLC的選用及程序

PLC的選用應考慮系統的性價比，性價比當然越高越好。電機的起/停、定期切換、自動投入供水泵的變頻及故障的報警等依靠的是可編程控制器（PLC）的開關量輸入/輸出來控制。PLC內置的PID來決定電機轉速、壓力、電壓、頻率、電流的大小。因此，綜合以上，我們可以考慮選用CPU224搭配擴展模塊EM222、模擬量模塊EM235。圖1是PLC系統的配置圖。程序上，這里充分利用了主程序和起動子程序。主程序里包括含有參與調節程序、電機切換程序、加電機程序、減電機程序。起動子程序實際上就是清零子程序。要注意的是在主程序中，變頻器頻率上下限到達濾波時間繼電器的參數要設置好才能穩定系統。

5選用變頻器及設置變頻器的參數

變頻器的選用有它的原則。變頻器的頻率應該與供水泵功率相匹配，系統性能才能達到最大。既不能遠大于供水泵功率，也不能遠小于供水泵功率。變頻器在運行前應該先進行初始參數的設置，變頻器的工作參數應該先確定下來，才能對變頻器進行設置。這樣才能達到對系統的自動調整，以便讓運行水泵的數量和負荷相匹配。對積分項和比例項的參數也要進行調整，才能保證系統的動態、靜態反應達到最佳速度。同時也可以使響應速度更加優化、系統更加穩定?？偠灾?，在選用變頻器時，一定要按負載特性滿足使用的要求。也就是說，選用變頻器時要按負載特性滿足使用要求就可以。在這里我們可以考慮使用西門子的，參數的設置可以這樣：P0003=3（專級）;P0010=30;P0970=1，另外顯示P0970（復位完成）。

6系統原理圖及工作過程

PLC對手動設定的壓力信號以及在現場壓力傳感器的反饋信號會進行分析和計算，并將這種壓力偏差轉化為一定的變化率，在通過PID精密的運算后，轉化為0～5V的模擬信號送入變頻器，這個信號對電機的轉速進行調節并對電機進行必要的軟起動。系統（PLC）會對模擬輸出量和壓力偏差的值通過比較后，轉化為I/O端口開關量，這個量的輸出會對控制繼電器組進行驅動切換，通過以上系統的協調后，來確定電機的臺數。系統會自動完成電機的起/停、變頻/工頻的切換，并在對其中一臺電動機變頻轉速確定之后，達到穩定動力系統工作壓力的目的，從而達到恒壓供水的狀態。

7結語

PLC及變頻器在恒壓供水系統中有很廣泛的應用，事實證明恒壓供水系統的可靠運行是傳統系統所不能比擬的，它的優勢還在于管網中的壓力可以保持在一定的值，達到節能、節水、節地、節資的目的。即使變頻器出現故障后也還能保障系統供水，同時也能夠實現故障排除后自動啟動的目的，具有一定的先進性及推廣性。

參考文獻：

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[2]劉水，王致杰，王海群，等.基于PLC的變頻恒壓供水系統[J].信息技術，2017（4）：57-60.

（作者單位：營口港務集團有限公司第二分公司）