PLC技術在變頻恒壓供水系統中的應用研究

摘要：變頻恒壓供水系統可以有效解決電力、水資源的浪費的問題，可編程邏輯控制器（ProgrammableLogicController，PLC）技術的應用可以協同變頻器控制電壓，主要是通過控制水泵電機轉速的方式，將壓力控制在供水系統的需要值上，以此來實現節電的目標。基于此，對PLC技術在變頻恒壓供水系統中的應用進行研究，通過分析某變頻器恒壓供水系統，來探討其是如何應用PLC技術降低能耗，以期為相關部門提供參考。

關鍵詞：可編程邏輯控制器技術變頻恒壓供水系統系統硬件設計系統調試

ResearchontheApplicationofPLCTechnologyinFrequencyConversionConstantPressureWaterSupplySystem

WANGBaoling

RugaoNo.1SecondarySpecializedSchoolJiangsu，Rugao，JiangsuProvince，226500China

Abstract：Frequencyconversionconstantpressurewatersupplysystemcaneffectivelysolvetheproblemofwasteofelectricityandwaterresources.TheapplicationofProgrammableLogicController（PLC）technologycancooperatewithfrequencyconvertertocontrolvoltage，mainlybycontrollingthespeedofthewaterpumpmotortocontrolthepressureattherequiredvalueofthewatersupplysystem，inordertoachievethegoalofpowerconservation.Basedonthis，thisarticlestudiestheapplicationofPLCtechnologyinfrequencyconversionconstantpressurewatersupplysystems.Byanalyzingacertainfrequencyconversionconstantpressurewatersupplysystem，itexploreshowPLCtechnologyisappliedtoreduceenergyconsumption，inordertoprovidereferenceforrelevantdepartments.

KeyWords：ProgrammableLogicController;Frequencyconversionconstantpressurewatersupplysystem;Systemhardwaredesign;Systemdebugging

傳統的供水方式未考慮用戶用水量的動態變化，主要是根據最大用水負荷來選擇水泵電機，而水泵電機24h同一負荷的運行就造成了大量的電力、水資源浪費的現象。變頻恒壓供水系統的應用有效改善了這一問題，其采用可編程邏輯控制器（ProgrammableLogicController，PLC）技術來根據用水量的實際變化，實現對水泵轉速的自動化控制，該方式可以有效延長機電設備的使用壽命。因此，本文對PLC技術在變頻恒壓供水系統中的應用進行深入的探討和分析。下面對變頻恒壓供水系統的設計進行闡述。

1系統硬件設計

某變頻恒壓供水系統其壓力在0.3～0.4MPa，穩定在0.35MPa，該系統的硬件主要包括壓力傳感器、控制器、觸摸屏、上位機、變頻器、接觸器組、供水泵組、供水管網，詳見圖1。其中壓力傳感器連接變頻器，實現PID控制，目的就是實時的采集水箱的壓力數據；控制器型號為西門子的S7-200CPU226，變頻器型號為西門子的MM440，該系統只配備了一個變頻器，且其一次只能接通一臺電機；上位機上安裝了MCGS組態軟件；供水泵組安有3臺水泵，每一臺水泵都采用了“先開先停”的原則進行設置；接觸器組用來控制電機，兩個接觸器會控制一臺電機，一般接觸器組包含兩個接觸器，一個直接連接在工頻電源上，另一個則與變頻器功跟電源相連。用觸摸屏可以遠程監控水壓和電機的運行狀態，當電機運行頻率出現問題時，需要通過手動控制的方式，通過觸摸屏來給定。該系統在控制回路中裝微繼電器，當供水管網壓力超限時，控制系統就會自動斷電，進而起到超壓保護的作用。

2系統軟件設計

該系統有兩種控制方式，一種是手動，一種是自動，不管是哪種控制方式都可以通過手動和自動控制的按鈕進行激活。

2.1手動控制

當設備檢修時就可以通過手動控制來分別對3臺水泵進行啟動和停止操作，可以根據現場的需求，將三臺水泵在工頻和變頻兩種狀態下進行隨意的切換，詳見圖2。手動控制的目的在于通過變頻器軟啟動的方式，減少電網電壓的沖擊力，延長水泵電機的使用壽命。

2.2自動控制

當供水運行時需要切換到自動控制模式，在設計時，其主要包括兩個主程序，即系統初始化主程序和中斷程序；兩個子程序，即報警子程序，變頻/工頻運行子程序。設計過程中，由系統初始化進入到變頻器輸出頻率達到最大時，該水泵電機工頻運行，變頻器軟啟動另外一臺水泵，然后由PLC輸出控制水泵運行或停機。當變頻器輸出頻率未達到最大時，變頻器輸出的頻率降到最小時，按順序停止工頻運行水泵電機，然后再由PLC輸出控制水泵運行或停機。當變頻器輸出頻率未降到最小時，直接由PLC輸出控制水泵運行或者停機，最后結束，詳見圖3。

在具體的控制中，先按下啟動按鈕，此時變頻器就會跟接觸器組進行接通，最先接通的是KM1，其會將1#水泵的電機跟變頻的輸出電路進行連接，然后1#水泵電機開始運行。當電機開始運行時系統中的壓力傳感器會感應到水壓信號，并將水壓信號進行轉換，轉換成單級性模擬量的電信號，再將該電信號傳遞給PLC控制系統。PLC控制系統收到該信號后會跟比例、積分、微分（PID）整定參數值進行比較，然后對水泵的運行頻率和狀態進行調節。如果用水量比較少時，1#水泵就會以變頻的方式進行運行，反之，就需要將1#水泵的運行模式改為工頻，并切斷KM1對1#水泵的控制，接通KM2進行加泵，讓水泵呈現2#水泵變頻+1#水泵工頻運行的模式。如果這兩臺水泵都無法滿足用水需求時，還需要進行加泵，滿足用戶要求，也滿足供水壓力，此時按照加泵的方式，切斷KM2對2#水泵的控制，以1#水泵工頻+2#水泵工頻+3#水泵變頻的方式進行運行。

該變頻恒壓供水系統使用了三臺水泵，在具體的設計中還需要用水量的實際情況，確定水泵的數量，當用水量大，超出壓力允許范圍時，就需要根據使用量來控制水泵的數量和運行模式，以此來實現保持水壓恒定的目的。

3昆侖通態（MCGS）在線監控的設計

昆侖通態MCGS組態軟件監控在設計時需要包括3大模塊，即數據采集和通信、設備狀態監控和數據管理。其中數據采集和通信又包括通信參數設計和數據處理兩個子模塊，設備狀態控制又細分為設備參數設定、報警處理、以及設備狀態顯示三個子模塊，數據管理又細分為數據查詢、數據備份、以及數據輸出三個子模塊，以此來通過PLC控制程序進行故障的監控，并且實時對故障數據進行收集，收集到的數據會實時的顯示在觸摸屏上。該系統的觸摸屏采用PC/PPI通信電纜與PLC控制系統進行連接，設有USB接口，在完成組態畫面設計以及設置完參數后，就可以通過USB接口連接數據。

4系統調試和PID參數設定

在系統設計完后，就需要對系統進行調試，并且進行PID參數設定。采用PLCS7編程軟件step7-micro/win，該軟件是一款仿真軟件，安裝以后用戶可以在脫機的狀態下創建、修改、以及編輯用戶程序。該軟件會提供一個PID控制面板，在同一時間內，允許8個PID同時進行整定，為了保證整個系統的協調性，在設置PLC程序執行的時間時，應該將其設置的跟PID輸出時間保持一致，同時，模擬量輸入模塊采集數據的速度，需要跟PID指令更新的速度保持一致，這樣才能有效的獲得實時的壓力過程變量。在設置PID的整定參數時，需要在PID控制面板上先將其狀態調至一個穩定的狀態，在啟動整定功能后，系統會自動將計算好的PID參數顯示出來，然后進行反復的調試，得出大量的PID參數組，在對這些參數組進行干擾實驗，以此來選出一個最佳的參數，該參數即為PID的整定參數，目的就是為了保證變頻恒壓供水系統的穩定性。

5結語

綜上所述，PLC在變頻恒壓供水系統中的應用主要體現在邏輯控制和連通觸摸屏等方面，它能夠通過編程實現對供水系統的精確控制，確保供水壓力的穩定和節能運行。PLC能夠接收來自壓力傳感器的信號，這些傳感器實時監測管網的水壓變化，當用水量增加導致水壓下降時，PLC會接收到相應的信號，并經過內部運算處理后，向變頻器發送控制信號。變頻器根據PLC的指令調節水泵的轉速，增加出水量，從而提升管網壓力至設定值。此外，PLC在供水系統中還起到邏輯控制的作用，在供水系統中，可能需要控制多臺水泵的運行，以保證供水的穩定性和連續性。PLC可以根據實際需求，控制不同水泵的啟動和停止，實現大泵和小泵的配合使用。在用水高峰期，PLC可以啟動大泵以滿足高流量需求；而在用水量較小時，則切換到小泵運行，以達到節能的效果。同時，PLC還可以與觸摸屏相連，實現人機交互，通過觸摸屏，操作人員可以實時監測供水系統的運行狀態，包括管網壓力、水泵轉速等參數。總的來說，PLC在變頻恒壓供水系統中的應用使得供水控制更加智能化和高效化，提高了供水系統的穩定性和可靠性，同時也降低了能耗和運行成本。隨著技術的不斷發展，PLC在供水系統中的應用將會更加廣泛和深入。

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