PLC变频恒压供水系统的设计

　一、引言
传统的生活及生产供水的方法是通过建造水塔维持水压。但是，建造水塔需要花费财力，水塔还会造成水的二次污染。那么，我们利用PLC，配以不同功能的传感器，根据网管的压力，通过变频器控制水泵的转速，使水管中的压力始终保持在合适的范围。这种变频恒压供水系统直接取代水塔、高位水箱及传统的气压罐供水装置。结合使用可编程控制器，可实现循环变频，电机软启动，具有短路保护、过流保护功能，工作稳定可靠，大大延长了设备的使用寿命，解决了楼房供水不稳定难题。可不可以不借助水塔来实现恒压供水呢?当然可以，但是要解决水压随用水量的大小变化的问题，通常的办法是：用水量大时，增加水泵数量或提高水泵的转动速度以保持管网中的水压不变，用水量小时又需做出相反的调节。这就是PLC和变频器实现恒压供水的基本思路。交流变频器的诞生和PLC的运用为水泵转速的平滑性连续调节提供了方便。
二、恒压供水控制系统的基本控制策略
采用电动机调速装置与可编程控制器(PLC)构成控制系统，进行优化控制泵组的调速运行，并自动调整泵组的运行台数，完成供水压力的闭环控制，在管网流量变化时达到稳定供水压力和节约电能的目的。系统的控制目标是泵站总管的出水压力，系统设定的给水压力值与反馈的总管压力实际值进行比较，其差值输入CPU运算处理后，发出控制指令，控制泵电动机的
投运台数和运行变量泵电动机的转速，从而达到给水总管压力稳定在设定的压力值上。恒压供水就是利用变频器的PID或PI功能实现的工业过程的闭环控制。即将压力控制点测的压力信号(4—20mA)直接输入到变频器中，由变频器将其与用户设定的压力值进行比较，并通过变频器内置PIE)运算将结果转换为频率调节信号调整水泵电机的电源频率，从而实现控制水泵转速。
供水系统 南原则水泵扬程应大于实际供水高度，水泵流量总和应大于实际最大供水量。
三、恒压供水系统的基本构成
恒压供水泵站一般需要设多台水泵及电机，这比设单台水泵电机节能而可靠。配单台电机及水泵时，它们的功率必须足够大，在用水量少时来开一台大电机肯定是浪费的，电机选小了用水量大时供水量则相应的会不足而且水泵与电机维修的时候，备用泵是必要的。而恒压供水的主要目标是保持管网水压的恒定，水泵电机的转速要跟随用水量的变化而变化的，那么这就是要用变频器为水泵电机供电。在此这里有两种配置方案，一种是为每一台水泵电机配一台相应的变频器，从解决问题方案这个比较简单和方便，电机与变频器间不须切换，但是从经费的角度来看的话这样比较昂贵。另一种方案则是数台电机配一台变频器，变频器与电机间可以切换的，供水运行时，一台水泵变频运行，其余的水泵工频运行，以满足不同的水量需求。如图1所示，为恒压供水泵的构成。图1中压力传感器用于检测管网中的水压，常装设在泵站的出水口。当用水量大时，水压降低；用水量小时，水压升高。水压传感器将水压的变化转变为电流或电压的变化送给调节器。

图1 恒压供水泵的构成
调节器是一种电子装置，它具有设定水管水压的给定值、接受传感器送来得管网水压的实测值、根据给定值与实测值的综合依一定的调接规律发出的系统调接信号等功能。调节器的输出信号一般是模拟信号，4-20mA变化的电流信号或0.01V间变化的电压信号。信号的量值与前边的提到的差值成正比例，用于驱动执行器设备工作。在变频器恒压供水系统中，执行设
备就是变频器。
四、PLC的配置和选型
系统共有开关量输入点12个、开关量输出点13个，因此参照松下的有关产品介绍及市场价格可知选用松下FPX．C30MR的PLC，这样配置是比较经济。如图2所示：

图2 PLC模型图
五、电控系统的原理设计
电控系统的原理图包括主电路图、控制电路图及PLC的外围接线图主电路设计图3为电控系统的主电路图。其q~QF1为总电源开关，QF9为控制电源的开关，QF2、QF3、QF4、QF5分别为原水泵l拌、2撑、高压泵、循环泵电源开关，QF6为变频电源开关，QF7、QF8分别为工频1、2#电源开关。M1、M2为原水泵l抖、原水泵2#电机；M3、M4分别为高压泵、循环泵电机；M5、M6为供水泵电机。交流接触器KM1，KM2，KM3，KM4，分别控制电机M1，M2，M3，M4的运行；接触器KM5，KM7，分别控制电机M5，M6的变频运行；接触器KM6，
KM8，分别控制电机M5，M6的工频运行；FR1～FR6分~JM1~M6电机的过载保护的热继电器；VVVF为通用变频器。

图3 恒压供水系统主控电路
六、电控程序设计
6．1 PLC程序的设计由下面几部分组成：
1)原水产水和缺水保护
原水的产水和缺水由原水箱的液位控制器来实现，当水位低于液位控制器的中水位时，打开原水电磁阀，水位达到高位时，原水进水阀关闭；当水位低于低水位时，整个系统都无法运行，同时原水缺水指示灯输出，直到水位达到高位系统才能恢复运行。
2)砂碳的定时冲洗
定时对系统进行砂碳的反冲洗，在反冲洗时不能进行产水，同时也必须保证原水不缺水才能运行。
3)纯水产水部分
当纯水箱液位低于中水位，系统开始产水，产水时，先运行原水泵，后打开反渗透主机进水阀，再运行高压泵，同时打开快洗电磁阀并于三分钟后关闭快洗阀。
当达到高水位后打开快洗阀延时半分钟后关闭，接着关闭高压泵、反渗透进水阀和原水泵。
4)供水系统部分
供水系统由压力变送器、高压保护开关、变频器、PID控制器、PLC、供水泵组成。当管道压力有变化时，信号通过压力变送器传给变频器的内置PID控制器，PID控制器根据信号作出判断，并向PLC发出命令，PLC扫描后执行程序并驱动水泵工作。另外，供水系统还配有睡眠功能达到减低损耗，减少用电量的效果。
采用PLC和变频起联合实现的恒压供水系统因采用变频器改变电动机电源频率，而达到调节水泵转速改变水泵出口压力，比靠调节阀门的控制水泵出口压力的方式，具有降低管道阻力大大减少截流损失的效能。由于变量泵工作在变频工况，在其出口流量小于额定流量时，泵转速降低，减少了轴承的磨损和发热，延长泵和电动机的机械使用寿命 实现恒压自动控制，不需要操作人员频繁操作，降低了人员的劳动强度，节省了人力。
在实际应用中，采用PLC控制恒压供水，还能容易地随时修改控制程序，以改变各元件的工作时间和工作状况，满足不同情况要求。与继电器或硬件逻辑电路控制系统相比，PLC控制系统具有更大的灵活性和通用性。