恒压供水PLC控制系统的设计

韩丽

【摘要】变频恒压供水系统是指在供水管网中出水量发生变化时，出口压力保持不变的供水方式。供水管网的出口压力值是根据工程现场需求确定的。本文主要研究变频恒压供水原理、系统硬件设计及软件设计，通过实验验证了该控制系统的可行性。硬件系统采用西门子S7-200系列的PLC，选用合适的压力传感器检测管网压力，根据管网压力控制变频器改变输出频率，改变水泵转速，从而改变管网压力，使得管网压力保持恒定。

【关键词】恒压供水；变频器；压力传感器

1、引言

近年来，随着PLC和变频调速技术的发展，其显著的节能效果和可靠稳定的控制方式，在恒压供水系统中得到广泛的应用。变频恒压供水系统依据用户用水量及水压变化通过传感器检测、控制器运算，自动改变水泵转速保持水压恒定以满足用户的用水要求，是目前比较先进，合理的节能供水系统。打破了传统供水方式的不足，不论是投资、运行的经济性、还是系统的稳定性、可靠性、自动化程度等方面都具有优势。

2、变频恒压供水系统的概述

变频恒压供水系统以管网水压为设定参数，通过PLC控制变频器的输出频率从而自动调节水泵电机的转速，实现管网水压的恒定。当用户用水量增加时，管网压力减小，需增加水泵转速，增加管网压力，同理相反，当用户用水量减少，管网压力增加，需减少水泵转速，减小管网压力。恒压供水系统适合于各种场所，如普通住宅，高层建筑和工厂车间等。

3、变频恒压供水系统的设计

变频恒压供水系统如图1所示，系统由水泵组、变频器、PLC控制器，压力传感器组成。系统将压力传感器检测的压力信号送到PLC控制器，控制器根据检测的压力信号调整变频器的输出频率从而控制水泵组的水泵转速，实现调整供水管道压力的功能。

管网压力由两个电接点压力表来测量，压力分别设定在P1和P2，当压力高于P2时，水泵工作频率为30Hz，低于P2并高于P1时，水泵工作频率为40Hz，当压力低于P1时，水泵工作频率为50Hz。

3.1恒压供水系统变频器的选用和参数设置要求

根据系统要求本文选用MM440变频器，参数设置要求如下：

（1）正确设置变频器输出的额定频率、额定电压、额定电流、额定功率、额定转速。

（2）PLC根据模拟量输入端的压力表测得的压力，调节模拟量输出值的大小。

（2）设定P0003=2允许访问扩展参数

（3）设定电机参数时先设定P0010=1（快速调试），电机参数设置完成设定P0010=0（准备）

3.2恒压供水系统电路原理图的设计

由主要的工作要求以及系统的工作过程：系统需要外部扩展模拟输入/输出模块EM235，1台压力表，压力表的量程根据P2值选取，P2位于表量程的三分之二左右，压力表输出选用4mA-20mA输出。压力表输出的两根线分别连接到模块EM235的模拟量输入端A+，A-，模块EM235的模拟量输出端V0和M0分别连接到变频器MM420的AIN+和AIN-，模块EM235根据压力表值的变化，通过编程从V0端输出变化的数值给变频器的模拟量输入端，从而控制变频器从U，V，W端输出0到50HZ变化频率的电信号，控制水泵以不同的速度旋转。变频器电源需要熔断器FU保护，变频器的DIN1端需要与PLC输出端Q0.0端子相连，当Q0.0闭合时，变频器U，V，W端才有输出，当Q0.0断开时，即使变频器的AIN+和AIN-有输入，但是变频器U，V，W端不会输出电压信号，因此变频器在采用模拟量输入方式时，需要外部端子DIN同时有输入开关信号，因此系统电路图如图2：

3.3恒压供水控制系统软件设计

通过分析系统，系统要求管网压力基本恒定，设定了两个压力值P1，P2，要求水泵转速随着压力值进行调整，水泵转速由变频器模拟量输出控制，假设压力值P1=0.2Mpa，P2=0.5Mpa。选择压力表量程为0～0.6Mpa的压力表。

当压力为0Mpa时，二线制压力表输出为4mA，经过A/D转换，模拟量采样值AIW0为（32000/20）*4=6400。当压力为0.2Mpa时，二线制压力表输出为（0.2/0.6）*（20-4）+4=9.3mA，经过A/D转换，模拟量采样值AIW0为（32000/20）*9.3=14880。当压力为0.5Mpa时，二线制压力表输出为（0.5/0.6）*（20-4）+4=17.3mA，经过A/D转换，模拟量采样值AIW0为（32000/20）*17.3=27680。

当压力值小于P1时，要求水泵以50HZ频率工作，变频器要求模拟量输入端AIN+输入10V直流电压，因此EM235输出端V0输出10V电压，所以要求输出数据AQW0应赋值32000。当压力位于P1，P2之间时，要求水泵以40HZ频率工作，变频器要求模拟量输入端AIN+输入（40/50）*10V=8V直流电压，EM235输出端V0输出8V电压，所以要求输出数据AQW0应赋值（40/50）*32000=25600。当压力值高于P2时，要求水泵以30HZ频率工作，变频器要求模拟量输入端AIN+输入（30/50）*10V=6V直流电压，因此EM235输出端V0输出6V电压，所以要求输出数据AQW0应赋值（30/50）*32000=19200。

4、结语

本文针对传统供水方式的不足，提出一种变频恒压供水系统的设计方法，克服了传统供水方法的缺点，可实现稳定可靠，节能经济的供水方式。