莊小寶

摘要：本文針對(duì)恒壓供水系統(tǒng)中PLC及變頻器的應(yīng)用進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析，希望能夠給予同行業(yè)工作人員提供相應(yīng)的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：恒壓供水系統(tǒng);PLC;變頻器;應(yīng)用

供水系統(tǒng)是人們工業(yè)生產(chǎn)和生活中必不可少的公共設(shè)施之一。隨著智能樓宇建筑的迅速發(fā)展，人們對(duì)供水系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性有著更高的要求。再加上現(xiàn)在能源緊缺，設(shè)計(jì)節(jié)能、穩(wěn)定、工作可靠的恒壓供水系統(tǒng)是必然趨勢(shì)。傳統(tǒng)供水系統(tǒng)的提升方式是采用水塔、高水位水箱或氣壓罐等設(shè)備，這些設(shè)備經(jīng)濟(jì)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(tǒng)將電氣控制技術(shù)與變頻器技術(shù)融為一體，大大提高了供水系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。同時(shí)，供水系統(tǒng)節(jié)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(tǒng)對(duì)改善居民生活水平、提高工業(yè)生產(chǎn)效率、節(jié)約能源等具有非常重要的意義。

1系統(tǒng)方案

目前住宅小區(qū)變頻恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案主要采用“一臺(tái)變頻器控制一臺(tái)水泵”（即“一拖一”）的單泵控制系統(tǒng)和“一臺(tái)變頻器控制多臺(tái)水泵”（即“一拖N”）的多泵控制系統(tǒng)。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，現(xiàn)在也有采用“二拖三”、“二拖四”、“三拖五”的發(fā)展趨勢(shì)。本文中采用的是“一拖N”方案。它具有平穩(wěn)啟動(dòng)變頻供水系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，并且對(duì)電網(wǎng)沖擊很小，對(duì)水泵平均的轉(zhuǎn)速也可以降低到一定程度，更能夠克服傳統(tǒng)系統(tǒng)中的“水錘效應(yīng)”，也能夠延長(zhǎng)水泵的閥門、管道的壽命。

2系統(tǒng)組成

它主要是由變頻器、PLC、TC時(shí)間控制器、PID調(diào)節(jié)器、壓力傳感器、液位傳感器、動(dòng)力控制線路以及3臺(tái)水泵等組成。

3系統(tǒng)理論

本文中充分將一些現(xiàn)代新技術(shù)結(jié)合在一起，如可編程（PLC）控制技術(shù)、變頻控制技術(shù)、電機(jī)泵組控制技術(shù)等等。系統(tǒng)理論認(rèn)為：水泵出水總管上的電壓信號(hào)是由遠(yuǎn)傳系統(tǒng)里的壓力表經(jīng)過轉(zhuǎn)換而成的，電壓信號(hào)再經(jīng)模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊后得到數(shù)字量再送入PLC，經(jīng)過PLC內(nèi)部的PID運(yùn)算后，輸出一個(gè)參考量，該參考量經(jīng)數(shù)字/摸擬轉(zhuǎn)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(shè)備采用多泵并聯(lián)方式的供水方式，一個(gè)好處就是運(yùn)行的水泵數(shù)量的多少是由用水量的大小決定的。當(dāng)用戶用水量在比較小的情況下，由一臺(tái)泵在變頻工作，當(dāng)用戶用水量在增加的情況下，水泵運(yùn)行的頻率會(huì)隨著用水量增加。當(dāng)然，如果出現(xiàn)用戶在用水量最大時(shí)，一臺(tái)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(shí)，水泵會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)換成工頻運(yùn)行狀態(tài)自動(dòng)啟動(dòng)下一臺(tái)水泵。反之，用戶用水量在減少的情況下，水泵運(yùn)行頻率會(huì)自動(dòng)調(diào)節(jié)，直到降至下限運(yùn)行頻率。如果還出現(xiàn)供水量仍大于用水量，那么系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)停止工頻運(yùn)行水泵，同時(shí)增加變頻泵運(yùn)轉(zhuǎn)速度。在用水量降到某一定的程度時(shí)，變頻主泵就會(huì)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(yīng)考慮系統(tǒng)的性價(jià)比，性價(jià)比當(dāng)然越高越好。電機(jī)的起/停、定期切換、自動(dòng)投入供水泵的變頻及故障的報(bào)警等依靠的是可編程控制器（PLC）的開關(guān)量輸入/輸出來控制。PLC內(nèi)置的PID來決定電機(jī)轉(zhuǎn)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(kuò)展模塊EM222、模擬量模塊EM235。圖1是PLC系統(tǒng)的配置圖。程序上，這里充分利用了主程序和起動(dòng)子程序。主程序里包括含有參與調(diào)節(jié)程序、電機(jī)切換程序、加電機(jī)程序、減電機(jī)程序。起動(dòng)子程序?qū)嶋H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(dá)濾波時(shí)間繼電器的參數(shù)要設(shè)置好才能穩(wěn)定系統(tǒng)。

5選用變頻器及設(shè)置變頻器的參數(shù)

變頻器的選用有它的原則。變頻器的頻率應(yīng)該與供水泵功率相匹配，系統(tǒng)性能才能達(dá)到最大。既不能遠(yuǎn)大于供水泵功率，也不能遠(yuǎn)小于供水泵功率。變頻器在運(yùn)行前應(yīng)該先進(jìn)行初始參數(shù)的設(shè)置，變頻器的工作參數(shù)應(yīng)該先確定下來，才能對(duì)變頻器進(jìn)行設(shè)置。這樣才能達(dá)到對(duì)系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)整，以便讓運(yùn)行水泵的數(shù)量和負(fù)荷相匹配。對(duì)積分項(xiàng)和比例項(xiàng)的參數(shù)也要進(jìn)行調(diào)整，才能保證系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)、靜態(tài)反應(yīng)達(dá)到最佳速度。同時(shí)也可以使響應(yīng)速度更加優(yōu)化、系統(tǒng)更加穩(wěn)定?？偠灾?，在選用變頻器時(shí)，一定要按負(fù)載特性滿足使用的要求。也就是說，選用變頻器時(shí)要按負(fù)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(shù)的設(shè)置可以這樣：P0003=3（專級(jí)）;P0010=30;P0970=1，另外顯示P0970（復(fù)位完成）。

6系統(tǒng)原理圖及工作過程

PLC對(duì)手動(dòng)設(shè)定的壓力信號(hào)以及在現(xiàn)場(chǎng)壓力傳感器的反饋信號(hào)會(huì)進(jìn)行分析和計(jì)算，并將這種壓力偏差轉(zhuǎn)化為一定的變化率，在通過PID精密的運(yùn)算后，轉(zhuǎn)化為0～5V的模擬信號(hào)送入變頻器，這個(gè)信號(hào)對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)并對(duì)電機(jī)進(jìn)行必要的軟起動(dòng)。系統(tǒng)（PLC）會(huì)對(duì)模擬輸出量和壓力偏差的值通過比較后，轉(zhuǎn)化為I/O端口開關(guān)量，這個(gè)量的輸出會(huì)對(duì)控制繼電器組進(jìn)行驅(qū)動(dòng)切換，通過以上系統(tǒng)的協(xié)調(diào)后，來確定電機(jī)的臺(tái)數(shù)。系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)完成電機(jī)的起/停、變頻/工頻的切換，并在對(duì)其中一臺(tái)電動(dòng)機(jī)變頻轉(zhuǎn)速確定之后，達(dá)到穩(wěn)定動(dòng)力系統(tǒng)工作壓力的目的，從而達(dá)到恒壓供水的狀態(tài)。

7結(jié)語

PLC及變頻器在恒壓供水系統(tǒng)中有很廣泛的應(yīng)用，事實(shí)證明恒壓供水系統(tǒng)的可靠運(yùn)行是傳統(tǒng)系統(tǒng)所不能比擬的，它的優(yōu)勢(shì)還在于管網(wǎng)中的壓力可以保持在一定的值，達(dá)到節(jié)能、節(jié)水、節(jié)地、節(jié)資的目的。即使變頻器出現(xiàn)故障后也還能保障系統(tǒng)供水，同時(shí)也能夠?qū)崿F(xiàn)故障排除后自動(dòng)啟動(dòng)的目的，具有一定的先進(jìn)性及推廣性。

參考文獻(xiàn)：

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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(tǒng)[J].信息技術(shù)，2017（4）：57-60.

（作者單位：營(yíng)口港務(wù)集團(tuán)有限公司第二分公司）