基于PLC变频恒压供水自控系统的设计

张少波 何柳群

作者简介：张少波（1971-），男，湖南吉首人，硕士，讲师，研究方向为电子电力专业教学与实训。何柳群（1975-），湖南益阳人，本科，实验师，研究方向为电力电子实训。

摘 要： 为了进一步提升市政管网供水压力管控水平，要充分发挥技术体系的优势，尤其是高层建筑，要借助二次加压确保用水要求得以满足，有效升级水泵轴功率和能量控制效果。本文分析了变频压供水自控系统的运行原理，并从硬件、软件两个方面分析基于PLC变频压供水自控系统系统设计方案。

关键词： PLC;变频压;供水自控系统;组成

【中图分类号】TU821 【文献标识码】A 【DOI】10.12215/j.issn.1674-3733.2020.41.173

伴随着城市城镇化发展的增速，人们生活水平不断提高，对于城市的供水系统提出了新的要求，为了满足节能降耗的发展标准，要利用先进的自动化控制技术和信号反馈技术，为供水自控管理工作的全面落实奠定坚实基础。

1 变频压供水自控系统运行原理

一般而言，变频压供水自控系统主要包括水井、水泵、壓力传感器、管网以及变频器等，不同的组件发挥其实际作用，从而有效形成合理的控制运行系统。在实际应用过程中，要借助管网上的压力传感器对管网内因为水量变化产生的压力参数予以汇总，然后将信号以4-20mA/0-10V的形式传递到变频器的PID调节单元上，借助反馈信号就能完成对比设定，从而确保相应的压力控制效果能满足实际应用要求[1]。值得一提的是，在变频指令转化的同时，就能对水泵的转速予以调控，保证管网内水压和实际控制压力之间形成平衡。综上所述，建立恒压变频供水控制工作体系，维持管网压力输出效果和整体运行效益的稳定性。

2 基于PLC变频压供水自控系统设计要点

步进顺序控制功能要基于PLC模块和变频器PID频率自动调节操作单元共同参与，有效将管网压力数值予以有效控制，建立恒压变频调控模式，从而确保泵结构运行自动控制效果符合预期，减少人为操作造成的资源浪费，最大化满足节能降耗的要求。

2.1 整体流程

在应用PLC模块后，利用变频器、PLC以及泵结构完成PID功能实现过程和恒压供水变频处理过程，能实现自动和手动的切换[2]。

第一，系统自动调压的基础流程，要设定整个系统出口压力，并且确保动态检测工作顺利完成，能有效测定压力数值和实时变化动态，将相应检索和处理工作与软件设定的压力数值相对比分析。若是测定的数值相较于设定的数值低，则要加快泵的运行速率，保证相应运行效果的匹配度。若是测定的实质相较于设定的数值差值较小，无需进行非常精细化的调整工作。若是转速在50Hz以上，且没有超过压力数值，就要启动备用泵，对泵的转速予以调整，确保恒压效果满足系统运行目标。

第二，备用泵的应用要满足切换要求，在非备用泵运行的过程中，备用泵处于待机状态，一旦其出现故障，备用泵要开启相应的工作，在切换的过程中要对远程效果、非故障状态等进行分析，利用自动联锁启动、运行模式，并且借助自动调节的方式调整其速度[3]。

2.2 系统要求

应用PLC和变频器联动的方式完成水泵的切换和控制，不仅能增加运行的动力约束效果，也能维持管网的运行压力，实现压力数值的恒定输出，减少不良问题造成的影响，促进变频恒压供水系统应用处理的有效落实。

（1）硬件

硬件系统管理和控制体系内，要结合恒压供水系统的工艺要求，确保相应硬件处理元件的完整性，保证设备处理的合理性和规范性。

第一，PLC选型。为了保证变频压供水自控系统运行的合理性，要从选型工作入手，结合实际系统需求，本文选取的是S7-1200系列的PLC，基础CPU模块为CPU1215c，配合标准的数字量和模拟量扩展模块[4]。为了确保模拟量输入的合理性，利用远距离通信电流信号通信处理的方式，基础输入范围在4mA到20mA之间，不仅具备较高的安全性，其整体稳定性也较好，并且能建立溢出诊断。另外，在STL步控制开始后，要完成对应的步骤控制工作，利用返回命令RET实现循环处理，按照设置命令逐渐进入应用、复位的运行模式，设置ZRST批量复位后，确保相应的运行过程符合质量标准。

第二，变频器选型。结合具体供水生产流量选择对应的变频器，基础供水流量参数为每小时300m3到400m3，最大设计量设定为500m3。依据现场安装条件以及设备性价比参数确定单台泵结构的额定流量为每小时200m3，额定扬程则设计为100m[5]。

第三，外部接线设置。在对PLC进行设备连接处理的过程中，要将现场设备的基础信号状态都实时传递到PLC内部，从而保证参数处理和自动控制工作流程的合理性，有效结合工艺要点，维持CPU模块中不同输入输出变量结构的合理性，具体变量参数表见表1：

（2） 软件

在系统分析整体运行要求和处理标准后，要结合硬件选取适宜的软件系统，着重关注模块的具体应用类型，确保编程效果符合标准。选取的编程软件是TIA，利用LAD语言完成对应程序的编写，并且，要借助模拟量处理函数分析、模拟量输出函数分析以及设备控制函数分析等，从而保证相应参数设定处理和解析过程更加贴合实际应用要求[6]。

第一，结合旋转开关的实际操作流程判定对应模式，主要分为手动和自动，软件设计过程就是辅助自动操作模式，依据程序对检测泵进行开启控制，若是其运行正常，则依据变频器检测设备进行信号的分析，尤其是和设定频率进行比较，确保工作泵频率要在50Hz以下。若是其运行处于不正常的状态，则要利用重复启动的方式。

第二，针对2台工作泵同时运行的处理，若是频率在50Hz以上，则要启动备用泵，频率降低在50Hz以下，关闭备用泵[7]。要结合管网用水量进行水泵运行速度等参数的分析，从而在无需人工干预的情况下实现恒压供水自动控制处理模式，也能满足节能降耗的运行需求，实现经济效益和环保效益的共赢。

第三，在模塊PID_compact中进行循环中断指令的调用，从而保证设备通信的合理性，借助调试窗口完成对应参数指令调试工作，维持其精确性，保证PID能建立自整定模式，并且将PID的相关参数直接上传到参数配置模式中，维持应用效果。在通信处于正常运行状态下，就要结合设定数值和模拟量输出数值建立对比分析模式，结合其偏差数据按照比例和微分处理方式完成自动控制工作。

2.3 组态软件处理

在应用对应软件和硬件后，就要利用独立的WinCC组态软件实现数据的实时性监控，确保设计效果和运行效果都能落实到位。WinCC本身是依据C/S架构完成开发处理的，因此，能有效维持工程师站和操作员站组态设计工序，为整个系统运维管理工作的全面落实提供保障。

一方面，组态画面能建立实时性远程监控体系，实现用户系统登录的基础上，能集中显示泵工作状态，以维持相应参数的稳定性。例如，要对泵频率进行实时性设定，并且分析流量数值和供水压力显示数值。

另一方面，要对控制水压趋势图予以信息采集，结合信息数据分析对应的控制模块，保证应用处理效果最优化。

2.4 故障说明和排除

第一，启动超时的故障问题。在应用基于PLC变频压供水自控系统的过程中，若是出现自动信号发出但是控制柜无动作的问题，就要对控制电控柜和控制线质量予以检查，从而全面分析相应问题，判定控制电源是否处于正常连接的状态，在检查工作结束后进行报警确认，一定程度上避免设备出现异常。

第二，非远程操作体系中，若是因为远程信号丢失，也会造成设备出现停机问题。此时，技术人员要先进行开关选择，依据远程控制位置决定相应操作指令，若不是因为人为因素造成远程信号的丢失，就要对信号线或者是连接端子进行检查，保证远程信号的合理性。

第三，电机故障问题或者是送电不及时故障，会造成控制柜内电气元件保护效果失衡，使得对应元件因为送电触发不及时产生故障问题。技术人员要对设备的控制柜变频器和电机保护器予以检查和校对，避免送电不及时以及跳闸等问题。如有必要利用手动复位的方式完成合闸送电处理。

第四，设备在运行过程中出现运行信号丢失的问题，若是丢失现象超出2s，就会因为触发不当而造成停机。技术人员要进行现场低压柜运行情况的分析和检查，并且结合继电器线路运行要求排查故障原因。

结束语：总而言之，基于PLC变频压供水自控系统设计中，要结合实际应用要求对工艺流程进行约束和管理，并且结合流量分析、频率分析以及压力实时性检测分析落实相应的控制工作，确保PID自动控制模块能发挥其实际价值，为管道压力恒定状态处理工作的全面落实提供保障。

参考文献

[1] 张天一，王明威.基于S7-1200 PLC的恒压供水自控系统[J].电子元器件与信息技术，2020，4（6）：127-128.

[2] 闫艳军，肖红晓，吴静.PLC自控系统在供水生产中的应用[J].中国科技投资，2017（22）：302.

[3] 黄家伟.基于PLC的厂区供水模式的优化设计及实践[J].时代农机，2.

[4] 吴启红.可编程控制系统设计技术.机械工业出版社，2014.5.

[5] 程周.电气控制与PLC原理及应用.电子工业出版社，2010.

[6] 田效伍.电气控制与PLC原理技术.机械工业出版社，2009.

[7] 高钦和.可编程控制器应用技术与设计[M].人民邮电出版社，2004.