PLC及变频器在恒压供水系统中的应用

摘 要 文章探讨了基于PLC、变频器为核心的恒压供水系统，PLC作为整个系统的控制部分，接收管网水压反馈信号等，内部采用PID调节，并发出命令，控制变频器等设备的运行;变频器根据接收到的PLC发出的指令调节其输出频率，改变水泵快慢，从而实现管网的恒压供水。

关键词 PLC 变频器 PID 恒压供水

中图分类号：TP273.2文献标识码：A

0引言

传统水塔供水系统已不能适合现在生产生活的要求，对传统供水系统的现代化改造势不可挡。由于变频恒压供水系统的诸多优点，使其无疑是最为理想的改造目标。

（1）水泵为二次方率负载，实施变频供水，其节能效果十分可观，约20%～40%。

（2）采用变频调速，可以彻底消除水锤效应。

1工作原理

对供水系统进行的控制，考虑在动态情况下，管道中水压p的大小与供水能力（用流量QG表示）和用水流量（QU）之间的平衡情况有关。如：QG>QU时，则p↑;QG

保持供水系统中某处压力的恒定，也就保证了使该处的供水能力和用水流量处于平衡状态，恰到好处地满足了用户所需的用水流量，这就是恒压供水所需要达到的目的。

2 1控3的实施方案

该方案探讨的是基于PLC、变频器（一控三）为核心的恒压供水系统。PLC作为整个系统的控制部分，将接收到的压力传感器反馈信号与预设值作比较、数据处理，并发出逻辑控制命令，控制变频器输出频率的高低，改变水泵快慢转速，从而实现管网的恒压供水。图1是变频恒压供水的系统框图。

首先确定一个压力值，该压力值为正常情况下保证相对泵站垂直距离最大的用户能正常用水的管网压力值。设3台水泵分别为1#泵、2#泵、3#泵，正常供水时只需2台水泵，其工作过程如下：

先由变频器起动1#泵变频运行，如管网水压大于p，则PLC输出指令控制变频器减小输出频率，降低水泵转速，最终保证管网水压等于p;如管网水压小于p，则变频器增大频率输出，水泵转速升高，保证管网水压等于p。若此时，1#泵频率为50Hz，而管网水压仍小于p，则系统自动延时1分钟，之后将1#泵转换为工频运行，起动2#泵变频运行，频率不断上升直至管网水压达到p，此时供水系统处于“1工1变”的运行状态。当用水量减小，管网水压升高时（大于p），变频器输出频率降低，2#泵转速降低，保证管网水压恒定。当频率降到下限值时，管网水压仍高于p时，系统延时1分钟后则自动停掉2#泵，并将1#泵由工频运行转换为变频运行，继续保持水压为p。如此循环。

3电路

电源开关可以实现人工手动控制和PLC、变频器智能控制的转换。任意时刻，水泵只能处于变频控制和工频运行的一种状况，KM2＼KM3、KM4＼KM5、KM6＼KM7接触器需要连锁控制。电机变频运行时，无过载现象;当PLC处于工频运行时，为防止电机过载，需将热继电器串联电路中。

4 PLC、变频器选型

4.1 PLC选择

采用西门子S7-200型。SIMATIC？S7-200？可编程序控制器是模块化中小型PLC系统，能满足中等性能要求的应用;大范围的各种功能模块可以非常好的满足和适应自动控制任务，当控制任务增加时，可以自由扩展;大范围的集成功能使得它的功能非常强劲。

4.2 变频器选择

选用ABB ACS800系列变频器。ABB变频器独特的直接转矩控制（DTC）功能是目前最佳的电机控制方式，它可以对所有交流电机的核心变量进行直接控制，无需速度反馈就可以实现电机速度和转速的精确控制。

5 PID预置要点

压力传感器安装在供水泵站出口总管处，在工作过程中，其将反馈的水压信号xf送人PLC内部，利用PLC自身提供的PID模块与预设值xt进行比较，据此调整变频器频率，从而改变水泵转速。

在设置PID整定参数时，观察系统的工作过程：如反应过程太慢，例如当xf>xt时，通过电动机减速，使系统回复至xf=xt所需的时间太长，则应将比例增益调整的大些;如上述过程反应太快，反馈量xf忽大忽小，很难稳定到与目标值xt相符时，则应加大积分时间。

功能预置时注意：

（1）上限频率：上限频率fH不准许额定频率fN，即fH<fN。

（2）下限频率：在决定下限频率时，有两种情况应予考虑：一是水泵的扬程必须满足供水所需的基本扬程;二是供水系统常常是多台水泵共同供水，如果其他水泵在高速下运行，一台水泵过低，实际上将无法供水。故下限频率一般预置为 30HZ≤fL≤35HZ

（3）加减速时间：水泵由于水管中有一定压力的缘故，因此在转速上升和下降的过程中，惯性的作用很小。但过快地升速或降速，会在管道中引起水锤效应。因此，应将加、减速时间适当的预置长一些。

6结束语

该系统采用闭环控制，参数超调波动范围小，偏差能及时进行控制。变频器的加速和减速可根据工艺要求自动调节，控制精度高，能保证生产工艺稳定，，提高了水泵运行的可靠性。采用PLC和变频器为核心部件构成的变频恒压供水系统，具有很强的实用性，为供水领域的技术革新，开辟了切实有效的途径。

作者简介：杨郁（1983-）男，汉族，江苏徐州人，本科，助理工程师，研究方向：机械工程。

参考文献

[1] 赵崇刚.变频器在小区变频恒压供水系统中的应用[J].机電工程技术，2018（08）：41-43.

[2] ABB ACS800 标准应用程序7.x固件手册[M].

[3] 黄全振.基于模糊PID控制器的恒压供水系统[J].仪表技术与传感器，2018（07）：81-82+89.