基于PLC的变频恒压供水控制研究

魏 杰

冀中能源邢台矿业集团生活后勤服务分公司 河北 邢台 054000

1 引言

众所周知,在生产生活用水中,要求供水系统的水压保持在一个恒定的状态,就目前来说,很多控制方式已在实践中获得了丰硕的成果,其中,利用电工技术实现恒压供水是最值得研发的重要领域。近年来,PLC作为电工新技术,在恒压供水方面有着诸多的成功案例,并被广泛的使用到供水系统当中。

2 供水系统的现状介绍

近年来,我国的供水方式主要包括水池变频泵供水、恒速泵加压供水、无负压供水、高位水塔水箱供水、单片机变频调速供水等。这些供水方式虽然在原理上存在一定的差异,但其中心思想都是为了保证用户能够平稳、正常的用水。但是随着人民生活水平和科学技术的不断提高,供水技术若只停留在当前层面,将无法保证供水质量与用户所需,因此,供水系统的水压恒定保持变的极为必要。在电工新技术的领域中,若想实现恒压供水,主要借助以下几种方式：一是逻辑电路控制法,此方法的特点是控制的精度不够高,水泵在互相切换时,会导致水压波动较大,进而将调试的难度增加,但若存在干扰时,其对干扰的抵抗能力不强。二是单片机路控制法,此方法在功能性上优于逻辑电路控制法,但由于管网与供水条件的千差万别,其应用难度较大,控制方式的变更与修改的灵活性不高。三是PLC变频恒压系统,就目前来看,PLC变频恒压系统的性能在所有的供水系统中是最为优秀的,其控制方式的灵活性更高,在操作修改时也较为简单。

3 PLC变频恒压控制系统的优点分析

和传统的加压供水方式相比,PLC变频恒压供水系统的优点突出地体现在以下几个方面：

3.1 高效节能 变频恒压供水系统的最显著优点就是节约电能,具统计其节能量通常在10%～40%。从单台水泵的节能来看,流量越小,节能量越大。

3.2 恒压供水 PLC变频恒压供水系统实现了系统供水压力稳定而流量可在大范围内连续变化,从而可以保证用户任何时候的用水压力,如：不会出现在用水高峰期用户的热水器不能正常使用的情况。

3.3 自动运行、管理简便 新型的PLC变频恒压供水系统能设置过电流、过电压、欠电压、断相、短路保护,瞬时停电保护,过载、失速保护,低液位保护,主泵定时轮换控制和密码设定等功能,功能完善,全自动控制,自动运行,泵房可不设岗位,只需派人定期检查、保养即可。

3.4 延长设备寿命、保护电网稳定 通过使用变频技术后,机泵的转速将不再是长期维持额定转速运行,减少了机械磨损,降低了机泵故障率,而且主泵定时轮换控制功能自动定时轮换主泵运行,保证各泵磨损均匀且不锈死,延长了机泵使用寿命。变频器的无级调速运行,实现了机泵软起动,避免了电动机开停时的大电流对电动机绕组和电网的冲击,消除了水泵的水锤效应。

4 PLC变频恒压供水系统设计

冀中能源机关供水系统设计正常供水量为20 m3/小时,最大供水量30 m3/小时,扬程60米。通过采用PLC变频调速技术组成一闭环调节系统,控制水泵的运行,保证用户水压恒定。当用水量增大或减小时,水泵电动机速度发生变化,改变流量,以保证水压恒定。通过设计可实现如下功能：设置二台水泵,一台工作,一台备用;正常工作时,始终由一台水泵供水;当工作泵出现故障时,备用泵自投;二台泵可以互换;给定压力可调;具有自动、手动工作方式,设计各种保护和报警装置。

5 PLC变频恒压供水系统工作原理研究

该变频恒压供水系统主要由PLC、变频器、PID调节器、压力传感器、动力控制线路、2台水泵以及各种电气控制元件等组成。用户通过控制柜面板上的指示灯、按钮、转换开关来了解系统运行状况和控制系统的运行。

系统工作原理：通过安装在出水管网上的压力传感器,把出口压力信号变成4-20 mA的标准信号送入PID调节器,经运算与给定压力参数进行比较,得出一调节参数,送给变频器,由变频器控制水泵的转速,调节系统供水量,使供水系统管网中的压力保持在给定压力上。

当供水负载变化时,输入电机的电压和频率也随之变化,这样就构成了以设定压力为基准的闭环控制系统。通过PLC实现变频器的启停、故障报警和备用泵自投。在手动状态下,将不再使用变频器,直接手动启停水泵。

6 设计PLC控制恒压供水系統建议

当下被应用最广泛的恒压供水系统均是通过PID调节与PLC控制技术的共同协作下完成。若想准确的得到管网的实时压力值,则需要借助安装在管网中检测传感系统与反馈系统的辅助来完成,但在一般情况下,供水系统是一个错综复杂的管网,具有较大的延迟性,因此,当管网中某个距离检测传感器区域的压力产生变化时,往往需要较长时间才能做出反应。若单单以PID来调节,无法满足快速反应与调整的要求,因此,需要借助PLC的同步参与。还可以手动设定压力信号与压力传感器的反馈值,再经过相关处理得到压力偏差的变化系数,在运算后,PLC将得到的模拟信号传输至变频器,使电机的转速得到改变,从而形成软启动。PLC通过对模拟量输出与压力偏差值的对比,再通过端口开关量的驱动输出,对继电器组进行切换,以确定投入运行所需的机组数量,使电机的启停、变频、工频行云流水的切换。在调整电机组工作数量的同时,需将其中一台电机的变频转速进行控制,以此保证在动力系统中的稳定压力达到恒压的根本目的。

7 结语

综上所述,以PLC作为控制核心的变频供水系统,不仅软件结构简单,调节能力强,其价格也在逐年递减,加之维护难度较小,对于系统本身的成本节约有着诸多益处,且能够在节能的基础上更好的延长水泵使用寿命。因此PLC变频恒压供水系统具有很多优势,在其提高供水质量的同时,在投建、运行的经济性与稳定性等方面都有着巨大发展空间,因此对PLC变频恒压供水系统进行更深入研究已势在必行。