基于PLC的恒壓供水控制系統(tǒng)

引言 隨著我國城鄉(xiāng)建設(shè)的迅速發(fā)展,水、電供應(yīng)不足的矛盾越來越成為人們關(guān)注的問題。例如,人們?nèi)粘Ｉ钪械挠盟吭絹碓酱?一天中的用水量的波動(dòng)也越來越大。以往的供水系統(tǒng)中,水泵的選取往往是按最大供水量來確定,而實(shí)際的用水量在不斷變化。高峰用水時(shí)間較短,這樣水泵在很長一段時(shí)間內(nèi)有較大余量,不僅水泵效率低,供水壓力不穩(wěn),而且造成大量電力、水資源的浪費(fèi);并且以往依靠手動(dòng)操作控制泵的啟動(dòng)、停止,也已不能滿足要求。這里,介紹一種變頻控制的恒壓供水系統(tǒng),它既能解決人工操作的繁雜勞動(dòng)和精神壓力,又能節(jié)約能源[5]。 一、系統(tǒng)介紹 該控制系統(tǒng)主要裝置包括：可編程控制器（PLC）、變頻器、壓力傳感器、PID控制器以及相關(guān)軟件控制單元。該裝置形成一套完整的、全自動(dòng)的、智能的恒壓供水控制系統(tǒng)，如圖1所示。該系統(tǒng)能夠以三種方式工作，分別為全自動(dòng)、半自動(dòng)和手動(dòng)操作方式，其中后兩種是在全自動(dòng)方式出現(xiàn)故障時(shí)的彌補(bǔ)。

圖1 恒壓供水系統(tǒng)簡圖 2全自動(dòng)恒壓供水控制原理 當(dāng)主水管網(wǎng)壓力傳感器的壓力信號(hào)4~20mA送給數(shù)字PID控制器，控制器根據(jù)壓力設(shè)定值與實(shí)際檢測值進(jìn)行PID運(yùn)算，并給出信號(hào)直接控制變頻器的轉(zhuǎn)速以使管網(wǎng)的壓力穩(wěn)定。當(dāng)用水量不是很大時(shí)，一臺(tái)泵在變頻器的控制下穩(wěn)定運(yùn)行；當(dāng)用水量大到變頻器全速運(yùn)行也不能保證管網(wǎng)的壓力穩(wěn)定時(shí)，控制器的壓力下限信號(hào)與變頻器的高速信號(hào)同時(shí)被PLC檢測到，PLC自動(dòng)將原工作在變頻狀態(tài)下的泵，投入到工頻運(yùn)行，以保持壓力的連續(xù)性，同時(shí)將一臺(tái)備用的泵用變頻器起動(dòng)后投入運(yùn)行，以加大管網(wǎng)的供水量，保證壓力穩(wěn)定。若兩臺(tái)泵運(yùn)轉(zhuǎn)仍，則依次將變頻工作狀態(tài)下的泵投入到工頻運(yùn)行，而將另一臺(tái)備用泵投入變頻運(yùn)行。當(dāng)用水量減少時(shí)，首先表現(xiàn)為變頻器已工作在最低速信號(hào)有效，這時(shí)壓力上限信號(hào)如仍出現(xiàn)，PLC首先將工頻運(yùn)行的泵停掉，以減少供水量。當(dāng)上述兩個(gè)信號(hào)仍存在時(shí)，PLC再停掉一臺(tái)工頻運(yùn)行的電機(jī)，直到最后一臺(tái)泵用主頻器恒壓供水[4]。另外，控制系統(tǒng)設(shè)兩臺(tái)泵為一組，每臺(tái)泵的電機(jī)累計(jì)運(yùn)行時(shí)間可顯示，24小時(shí)輪換一次，既保證供水系統(tǒng)有備用泵，又保證系統(tǒng)的泵有相同的運(yùn)行時(shí)間，確保了泵的可靠壽命。 二、系統(tǒng)原理圖 1.PLC系統(tǒng)原理圖，如圖2所示：

圖2 PLC系統(tǒng)原理圖 2.外部設(shè)備接線圖，如圖3所示：

三、 恒壓供水控制系統(tǒng)的編程 本程序用富士專用的FLEX PLC編程器編譯[1]，利用梯形圖清晰直觀地展示各設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況等等。具體編程思想如下： 首先選擇利用FLEX PLC的輸入繼電器、輸出繼電器以及內(nèi)部繼電器，確定本設(shè)計(jì)方案所包括的儀器儀表。即一臺(tái)富士NB系列PLC、兩臺(tái)7.5KW水泵、一臺(tái)富士G11/P11變頻器、一臺(tái)壓力傳感器、一臺(tái)SR90系列PID調(diào)節(jié)器、若干個(gè)空氣開關(guān)、斷路器、中間繼電器等。根據(jù)PLC接線原理圖（如圖2所示），進(jìn)行詳細(xì)接線，并參考FUJI NB系列可編程控制器得參考手冊，對PLC輸入輸出端子進(jìn)行定義。 部分梯形圖  PLC的恒壓供水控制系統(tǒng)部分梯形圖如下[2]：

四、系統(tǒng)操作說明 4.1自動(dòng)控制 1. 設(shè)定用戶需要的目標(biāo)壓力值 系統(tǒng)送電之后，控制柜面板上的電源指示燈點(diǎn)亮，其下方的溫控表將會(huì)有顯示：PV---.---、SV---.---。其中PV---.---表示水管網(wǎng)中的實(shí)測壓力值,SV---.---表示用戶需要的目標(biāo)壓力值.用戶可按動(dòng)▲、▼鍵使 SV---.--- 中的數(shù)字發(fā)生改變，直到顯示用戶需要的水管網(wǎng)的壓力值時(shí)按下ENT鍵，結(jié)束目標(biāo)壓力值設(shè)定。 2.選擇需要開啟的泵組 自動(dòng)/停/手動(dòng)開關(guān)向左45度扳動(dòng)一次時(shí)，泵組處于啟動(dòng)狀態(tài)，系統(tǒng)將選擇1號(hào)泵組啟動(dòng)；控制柜面板上的自動(dòng)/停/手動(dòng)開關(guān)扳到垂直位置時(shí)，四臺(tái)泵組均處于停止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)將自動(dòng)/停/手動(dòng)開關(guān)再次向左45度扳動(dòng)一次時(shí)，系統(tǒng)將選擇2號(hào)泵啟動(dòng)； 3.變頻自動(dòng)工作開始 當(dāng)系統(tǒng)檢測到某臺(tái)泵組的啟動(dòng)信號(hào)以后，便會(huì)使變頻器開始升頻工作，此時(shí)水管網(wǎng)中的壓力開始上升，即PV---.---中的顯示值開始上升，并不斷趨向于用戶設(shè)定的SV---.---中的目標(biāo)壓力值。當(dāng)水管網(wǎng)中的壓力和用戶的設(shè)定的目標(biāo)壓力值相吻合（即PV---.---中的顯示值和SV---.---中的顯示值相吻合）時(shí)，變頻器的輸出頻率便會(huì)穩(wěn)定[3]。 4.2自動(dòng)控制中的部分功能 1.自動(dòng)切換至工頻 2.故障泵組自動(dòng)退出運(yùn)行 3.定期倒換工作泵組 五、恒壓供水控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn) 1.采用變頻恒壓供水，消除了主管網(wǎng)壓力波動(dòng)，保證了供水質(zhì)量，而且節(jié)能效果明顯，并延長了主管網(wǎng)及其閥門的使用壽命。 　　2.用穩(wěn)壓減壓閥經(jīng)濟(jì)地解決了不同用水壓力的問題。 　　3.拓寬運(yùn)用變頻恒壓控制原理，較好地解決了加壓泵房與抽水泵房的遠(yuǎn)程通訊總是并達(dá)到異地連鎖控制的目的。 　　4.在抽水泵房設(shè)置連續(xù)液位顯示，并將信號(hào)傳與PLC，防止泵缺水燒壞電機(jī)，設(shè)定的取水位置，確保水的質(zhì)量。 　　5.電機(jī)既有電機(jī)保護(hù)器，又有軟起動(dòng)器，克服了起動(dòng)時(shí)的大電流沖擊，相對延長了電機(jī)制使用壽命。 　　6.由于采用PLC控制的壓力自動(dòng)控制，可以實(shí)現(xiàn)無人遠(yuǎn)程操作，系統(tǒng)的PLC預(yù)留有RS485接口，可與公司總調(diào)度室計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接。 　　7.通過采用變頻器控制，可在不同季節(jié)、節(jié)假日、日夜及上下班等全面調(diào)控水量。 參考文獻(xiàn) [1]  FUJI   NB系列     編程手冊 [2]  鐘肇星.《可編程控制器原理及應(yīng)用》.廣州：華南理工大學(xué)出版社，1991.7-15. [3]  黃立培，等.《變頻器應(yīng)用技術(shù)及電機(jī)調(diào)速》.北京：人民郵電出版社，1998.32-45. [4]  高欽和.《PLC可編程控制器應(yīng)用技術(shù)實(shí)例》.北京：人民郵電出版社，2000.76-90. [5]  尹明,時(shí)代偉.恒壓供水模糊控制器的研制[J].齊齊哈爾大學(xué)學(xué)報(bào),2003,19(1):53-54.