PLC与变频器在恒压供水控制系统中的应用

王学书

摘 要：较详细地介绍了采用PLC与变频调速恒压供水系统的基本原理，给出了系统的电路的设计和控制，以及系统的主要功能与特点，并在实际中得到了应用。

关键词：可编程控制器;变频器;速度调节;恒压供水;电气原理

0 概述

随着PLC和变频调速技术的发展，以及人们对用水要求的不断提高，变频恒压供水系统已逐渐取代原有的水塔、高位水箱供水系统，广泛应用于生活用水和工业供水系统。

水泵在市电供电下，其转速保持恒定，而生活或工业用水量却在时刻变化，因此在市电下工作的供水系统管网压力随用水量不同而变化，用水量少时管网压力过大，对供水管网造成很大破坏，对能源也是极大的浪费。变频调速恒压供水系统的诞生将以上的问题迎刃而剑。它根据管网的用水情况，通过监测管网压力变化，利用变频器（内置PID控制器）可以改变到水泵电机的供电电压和频率的原理对水泵转速和投入、切除台数进行控制，完成供水压力的闭环控制，调节供水量使管网压力基本保持在恒定的设定压力值。本文介绍了利用1臺变频器拖动两台水泵，即“一拖二”实现变频恒压供水的目的。

1 控制原理

本恒压变量供水系统由ABB ACS550通用变频器（内置PID模块）、三菱FX1S30MR可编程控制器（PLC）、两台水泵、压力变送器、液位探针、接触器与继电器低压电器、指示灯、动力与控制电路等组成。用户可通过控制柜面板上的按钮、旋钮开关等主令电器来对系统实施手动/自动控制。

另外，本系统还可根据水池水位的高低控制水泵启停。当水位降到水位下限时，设备自动停泵，有水自动起泵，确保设备及水泵安全。“一拖二”实现变频恒压供水电气原理图见下。

通过安装在出水管网上的远传压力表，把压力信号通过压力变送器变成4～20mA的模拟电信号送入变频器的5、6端，输入的信号经与给定压力参数进行运算比较和PID调节，将需要执行的命令送给变频器的输出端，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设定的压力上。当用水量超过1台泵的供水量时，通过系统控制加泵。工作泵数量的增减由PLC控制，水泵的调速由变频器控制。开泵时，1号泵变频启动，该泵转速由零开始随频率上升。同时，压力变送器引来的4～20mA电流给变频器作为变频器的控制信号。若变频器频率达到50Hz，而压力仍小于设定值，则1号泵由变频切换成工频，同时2号泵变频启动，其转速由零开始随频率上升。当压力大于设定值时，1号泵停机，2号泵继续变频运行。当压力再次小于设定值时，2号泵由变频切换成工频，1号泵变频启动。如此循环下去，两台泵轮流变频工作来完成供水。

2 电路设计与控制

2.1 系统控制

系统由一台PLC、一台变频器对每台水泵进行软启与软停及调速控制，实现恒压。系统具有自动和手动两种运行状态。

自动控制：将柜门上手/自动开关（SA1）打到“自动”（SA1-1）档位，设备就处于自动运行状态，即自动恒压系统投入运行。自动状态下，1#或2#变频或工频指示灯应亮，无故障指示，同时观察压力表，压力稳定在设定压力下，说明设备运行正常。当水池水位降到水位下限时，设备自动停泵;水池水位降到水位缺水端时，水池无水指示灯亮;当水池水位恢复后，设备自动投入运行，水池无水指示灯灭。

手动控制：柜门上的手/自动开关（SA1）处于手动（SA1-2）档位，设备处于手动状态。此时，电路脱离PLC的控制，根据需要，通过操作面板上的SA2和SA3旋钮分别控制1号泵和2号泵的启停。当手动运行时，系统不在恒压状态下运行，对管网冲击较大，同时，手动时不受水池水位限制。故手动控制仅在特殊情况（如维修、故障诊断、更换水泵时等）下使用，此时需观察系统运行状态、水池水位等以免发生意外。

停止：柜门上手/自动开关处于“停止”档时，设备处于停止状态，水泵不启动。

2.2 电气系统原理图

变频恒压供水主回路电气原理图见图1;控制回路原理图见图2;信号指示回路见图3（各运行和故障都有报警指示灯显示）;PLC输入/输出点代码和地址编号见表1。

3 系统主要功能与特点

①通过变频器自动调节泵的转速来保证供水压力，达到降低能耗，使系统处于最经济运行状况;②软启与软停功能使电机与水泵的使用寿命延长，消除水锤效应对水泵的冲击，自动倒泵又使得不会出现其中任何一台泵因经常不用而锈死的情况，可调大大降低系统维护成本;③减少对管道的冲击，保证长期有效的供水，软启功能使得不会把泥沙吸入管网，从而改善水质;④此系统处于自动挡位供水时，可实现无人值守;⑤电路具有过压、欠压、过载、短路、缺相、变频器故障保护、热继电器故障保护、水池水位保护等自动保护功能;⑥本系统设有故障指示灯对故障状态进行显示，方便检修人员进行处理。

4 结语

利用PLC和变频器等构成的恒压供水系统，其应用将越来越广泛，它优点众多，适用于多种流体（包含生活供水、工业用水、消防供水、锅炉给水、集中供热、污水排放、油类等）的输送，可有效达到自动、恒压、高效节能等的功能。因此，本系统极具广泛的市场应用价值。

参考文献：

[1]孙平.可编程控制器原理及应用[M].北京：高等教育出版社，2003.

[2]李良仁.变频调速技术及应用（第3版）[M].北京：电子工业出版社，2015.

[3]罗锋华，房驰，程豪.PLC与变频器在恒压供水控制系统中的应用[J].机床电器，2011（04）：27-30.