基于PLC和PID的恒压供水系统

郑勇

摘 要：针对城镇供水水压时常变化的特点，设计了一种基于PLC和PID的恒压供水系统。系统以可编程控制器为核心，系统不断采集供水系统各类传感器数据，采用PID控制器消除偏差，自动调整水泵机组的工作频率和运行数量，通过闭环控制实现恒压供水。

关键词：PLC;PID;恒压;供水

中图分类号：TP273           文献标识码：A

Constant pressure water supply system based on PLC and PID

Zheng Yong

Huainan Capital Water Co.，Ltd.  AnhuiHuainan   232001

Abstract： Aiming at the frequent changes of urban water supply pressure， a constant pressure water supply system based on PLC and PID is designed. The system takes the programmable controller as the core. The system continuously collects various sensor data of the water supply system， uses PID controller to eliminate deviation， automatically adjusts the working frequency and running quantity of the pump unit， and realizes constant pressure water supply through closed-loop control.

Key words： PLC;PID;constant pressure;water supply

現代社会经济快速发展，水作为生命之源，高层建筑、居民小区、工业生产等诸多单位对水资源有着大量需求。目前，我们的供水系统自动化程度仍然偏低，一方面供水效率低下，容易造成大量浪费，另外一方面生活及工业用水呈现很强的时段波动性，对供水管网压力造成很大的变动。用水高峰时段，用水终端的供水量普遍低于实际需求量，管网压力下降，用水体验极差，与人们追求高质量的生活生产水平期望不符，若二次加压过大，又极为容易造成水管炸裂和设备损坏。因此，设计并实现高效稳定的恒压供水系统有着重大的社会和经济意义。本文提出一种基于PLC和PID的恒压供水系统，以PLC为控制核心，将传感器、水泵机组等构成闭环控制系统，不断采集供水管网压力数据，利用PID控制器消除偏差，从而达到动态的恒压供水效果。

1 恒压供水系统结构

系统控制器选用西门子S7-226，其内部含有PID控制器，可以自动控制并且具有人机通信模块，便于操作。变频器采用西门子MM440变频器，压力传感器选用MEAS-US5100。系统还包括水泵机组、液位变送器以及报警反馈装置等。系统的主要工作原理是在闭环PID装置随时接受压力传感器和液位变送器等各种传感装置所提供的变化参数的同时，系统根据相应变化数据传递给变频器相应信号，从而按照要求控制水泵机组具体工作，保证其能持续不间断工作从而维持供水压力的恒定，满足用水需求。与此同时，要求系统能够对数据进行储存的传输、对故障问题能及时监控和警报，保证供水的安全高效。

图1 控制系统结构图

恒压供水控制系统结构如图1所示，分为三个部分：

1. 供水部分：供水部分负责根据需求直接输送水到用户环节，其主要由水泵机组以及供水管道构成：水泵机组包括三个变频水泵，若只有一台水泵工作，则这台水泵要求工作在变频工作状态下;若几台水泵同时工作，我们设计只有一台水泵电机是在工作于变频状态。
2. 中央指令部分：为了使系统控制更加方便，将中央指令部分都集成在一个控制柜中，其中硬件部分主要包括PLC、PID控制器以及变频器，它是整个供水系统的核心。
3. 信息传递与反馈部分：信息反馈部分主要是由传感器和负反馈系统组成，各类传感器对水压，水位以及问题故障进行实时监测的同时将信号传递给中央控制柜。

2 恒压供水系统电路控制及接线设计

2.1 系统主电路的设计

系统主电路如图4-2所示：其中QS为三相电源与三台电机水泵之间的隔离开关。高温熔断器FU作为主要的保护装置，防止短路。为了避免电机过载而被烧坏，FR作为一种热继电器被设计在电路中保护水泵机组。KM1、KM3、KM5负责控制电机工频运行电网上KM2、KM4、KM6则是电机变频运行的控制方式。