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1、基于 PLC 和变频技术在小区恒压供水控制系统中的应用摘 要：随着社会经济的迅速发展，人们对供水质量和供水系统可靠性的要求不断提高；再加上目前能源紧缺，利用先进的自动化技术、控制技术以及通讯技术，设计高性能、高节能、能适应不同领域的恒压供水系统成为必然趋势。本文详细研究设计了一种基于 PLC 和变频器控制的恒压供水系统。文中首先分析了变频恒压供水的原理及系统的组成结构，采用了一种由 PLC 和变频器实现的恒压供水的控制系统，然后结合 PID 对系统中的恒压控制器进行设计。恒压供水系统设计的关键在于保持管网水压基本恒定，由于用户较多并且用水时间不确定，管网水压波动较大，使用传统的水塔或高位水箱很
2、难保证恒压供水，因此本系统采用 PLC 和变频器变频调速的方案进行设计，并在实际应用中得到了满意的效果。关键词：变频调速；PLC；恒压供水；PID前言城市小区自来水供水系统是人们日常生活中所不可缺少的重要设施，其运行质量的高低将直接影响人们的生活质量。近年来，随着居民区的不断扩建与改造，楼房层数不断加高，我国居民用水难问题越来越突出，特别是高层建筑的居民，原有的自来水管网的压力出现不足的情况，很多地区普遍存在着用水高峰期高层供不上水的现象，高层居民经常出现用水难问题，给生活带来极大不便。基于 PLC 的变频调速恒压控制是现代供水控制系统的主要方式.它利用 PLC、传感器、电气控制设备、变频器及
3、水泵组成闭环控制系统，使供水管网压力保持恒定。由于具有自动化程度高、高效节能，安全卫生、维护方便等特点，在小区供水和工厂供液供水控制中得到广泛应用，并取得了良好的控制效果和社会效益。1.系统介绍变频恒压供水控制系统由 PLC 控制器、变频器、触摸屏显示器、压力变送器等其它电控设备以及 2 台立式离心水泵组成。在供水系统总出水管上安装压力变送器检测出水压力，PLC 具有模拟量输入检测模块，检测压力变送器的 4-20mA信号，将检测的压力信号与设定的压力信号经过 PID 运算后，通过控制变频器的输出频率来调整电动机的转速，保持供水压力的恒定，这样就构成了以设定压力为基准的压力闭环系统。触摸屏显示器
4、可以显示电源电压、电流、变频器输出频率、实际供水压力和设定供水压力和水泵的工作状态等信息，可以通过触摸屏在线修改设定供水压力和控制水泵的运行。该系统还设有多种保护功能，尤其是强电逻辑硬件互锁功能，从而保证正常供水，且可以做到无人值守。2.系统工作原理本系统有手动控制和自动控制两种运行方式。（1）手动控制运行扭动选择旋钮启动或停止水泵，可根据需要控制水泵转速。该方式主要供检修及变频器故障时用。（2）自动控制运行选择旋钮打到自动后，水泵电机通电，变频器输出频率从 0Hz 上升，同时 PID 调节器接收到自压力变送器的标准信号，经运算与给定压力参数进行比较，将调节参数送给变频器，如压力不够，则频率上
5、升到50Hz，水泵由工频切换为变频，变频器逐渐上升频率至给定值。如用水量减小，水泵转速降低，同时根据 PID 调节器给的调节参数使系统平稳运行。若有电源瞬时停电的情况，则系统停机；待电源恢复正常后，系统自动恢复运行，然后按自动运行方式启动水泵变频，直至在给定水压值上稳定运行。变频自动功能是该系统最基本的功能，系统自动完成对水泵软起动、停止、循环变频的全部操作过程。3.给水控制要求恒压供水系统的基本控制策略是：采用可编程控制器（PLC）与变频调速装置构成控制系统，进行优化控制泵组的调速运行，并自动调整水泵的运行转速，完成供水压力的闭环控制，即根据实际设定水压自动调节水泵电机的转速，自动补偿用水量
6、的变化，以保证供水管网的压力保持在设定值，既可以满足生产供水要求，还可节约电能，使系统处于可靠工作状态，实现恒压供水。变频调速恒压供水系统由变频器、水泵电机、供水管网、压力变送器、触摸屏、PLC 控制单元等部分组成，恒压供水控制系统原理框图如图 1-1 所示。其中变频器的作用是为电机提供可变频率的电源，实现电机的无级调速，从而使管网水压连续变化，同时变频器还可作为电机软启动装置，限制电机的启动电流。压力变送器的作用是检测管网水压。PLC 控制单元则是泵组管理的执行设备，同时还是变频器的驱动控制，根据用水量的实际变化，自动调整水泵的转速。变频器和 PLC 的应用为水泵转速的平滑性连续调节提供了方
7、便。水泵电机实现变频软启动，消除了对电网、电气设备和机械设备的冲击，延长机电设备的使用寿命。4.系统软件设计系统软件设计包括 PLC 的程序设计和变频器的功能参数设定。PLC 的程序设计包括手动控制和自动控制的程序设计，手动部分是通过旋钮控制电机在工频下运行和停止，主要考虑系统调试和检修时用。当旋钮打到“自动”时，系统能够进入自动工作状态。由压力变送器采集当前水压值，并送至 PLC 中的 PID 控制系统，PID 控制系统经过整定后调节变频器转速，保证供水管网压力恒定。5.结论查阅了大量有关小区恒压供水系统的资料以及总结了国内外专家学者的研究成果与观点，变频调速恒压供水是现代化城市和生活小区供水的发展方向，采用 PLC 控制的变频供水系统具有工作可靠、实现容易、价格低廉等特点，是较理想的控制器。参考文献1杨帮文.新型继电器实用手册.北京：人民邮电出版社，2004.6：1-5.2林明星.电气控制及可编程序控制器.北京：机械工业出版社，2004.8：1-4.3赵明.工厂电气控制设备.北京：机械工业出版社，1995：80-110.4余雷声.电气控制与PLC应用.北京：机械工业出版社，2007：12-45.5西门子公司.S7200 可编程序控制器.2008：1-90.6蔡行健，黄文钰.西门子 S7200PLC.北京：北京航空航天大学出版社，2003.10：1-150.