PLC技术在变频恒压供水系统中的应用研究

摘要：变频恒压供水系统可以有效解决电力、水资源的浪费的问题，可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController，PLC）技术的应用可以协同变频器控制电压，主要是通过控制水泵电机转速的方式，将压力控制在供水系统的需要值上，以此来实现节电的目标。基于此，对PLC技术在变频恒压供水系统中的应用进行研究，通过分析某变频器恒压供水系统，来探讨其是如何应用PLC技术降低能耗，以期为相关部门提供参考。

关键词：可编程逻辑控制器技术变频恒压供水系统系统硬件设计系统调试

ResearchontheApplicationofPLCTechnologyinFrequencyConversionConstantPressureWaterSupplySystem

WANGBaoling

RugaoNo.1SecondarySpecializedSchoolJiangsu，Rugao，JiangsuProvince，226500China

Abstract：Frequencyconversionconstantpressurewatersupplysystemcaneffectivelysolvetheproblemofwasteofelectricityandwaterresources.TheapplicationofProgrammableLogicController（PLC）technologycancooperatewithfrequencyconvertertocontrolvoltage，mainlybycontrollingthespeedofthewaterpumpmotortocontrolthepressureattherequiredvalueofthewatersupplysystem，inordertoachievethegoalofpowerconservation.Basedonthis，thisarticlestudiestheapplicationofPLCtechnologyinfrequencyconversionconstantpressurewatersupplysystems.Byanalyzingacertainfrequencyconversionconstantpressurewatersupplysystem，itexploreshowPLCtechnologyisappliedtoreduceenergyconsumption，inordertoprovidereferenceforrelevantdepartments.

KeyWords：ProgrammableLogicController;Frequencyconversionconstantpressurewatersupplysystem;Systemhardwaredesign;Systemdebugging

传统的供水方式未考虑用户用水量的动态变化，主要是根据最大用水负荷来选择水泵电机，而水泵电机24h同一负荷的运行就造成了大量的电力、水资源浪费的现象。变频恒压供水系统的应用有效改善了这一问题，其采用可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController，PLC）技术来根据用水量的实际变化，实现对水泵转速的自动化控制，该方式可以有效延长机电设备的使用寿命。因此，本文对PLC技术在变频恒压供水系统中的应用进行深入的探讨和分析。下面对变频恒压供水系统的设计进行阐述。

1系统硬件设计

某变频恒压供水系统其压力在0.3～0.4MPa，稳定在0.35MPa，该系统的硬件主要包括压力传感器、控制器、触摸屏、上位机、变频器、接触器组、供水泵组、供水管网，详见图1。其中压力传感器连接变频器，实现PID控制，目的就是实时的采集水箱的压力数据；控制器型号为西门子的S7-200CPU226，变频器型号为西门子的MM440，该系统只配备了一个变频器，且其一次只能接通一台电机；上位机上安装了MCGS组态软件；供水泵组安有3台水泵，每一台水泵都采用了“先开先停”的原则进行设置；接触器组用来控制电机，两个接触器会控制一台电机，一般接触器组包含两个接触器，一个直接连接在工频电源上，另一个则与变频器功跟电源相连。用触摸屏可以远程监控水压和电机的运行状态，当电机运行频率出现问题时，需要通过手动控制的方式，通过触摸屏来给定。该系统在控制回路中装微继电器，当供水管网压力超限时，控制系统就会自动断电，进而起到超压保护的作用。

2系统软件设计

该系统有两种控制方式，一种是手动，一种是自动，不管是哪种控制方式都可以通过手动和自动控制的按钮进行激活。

2.1手动控制

当设备检修时就可以通过手动控制来分别对3台水泵进行启动和停止操作，可以根据现场的需求，将三台水泵在工频和变频两种状态下进行随意的切换，详见图2。手动控制的目的在于通过变频器软启动的方式，减少电网电压的冲击力，延长水泵电机的使用寿命。

2.2自动控制

当供水运行时需要切换到自动控制模式，在设计时，其主要包括两个主程序，即系统初始化主程序和中断程序；两个子程序，即报警子程序，变频/工频运行子程序。设计过程中，由系统初始化进入到变频器输出频率达到最大时，该水泵电机工频运行，变频器软启动另外一台水泵，然后由PLC输出控制水泵运行或停机。当变频器输出频率未达到最大时，变频器输出的频率降到最小时，按顺序停止工频运行水泵电机，然后再由PLC输出控制水泵运行或停机。当变频器输出频率未降到最小时，直接由PLC输出控制水泵运行或者停机，最后结束，详见图3。

在具体的控制中，先按下启动按钮，此时变频器就会跟接触器组进行接通，最先接通的是KM1，其会将1#水泵的电机跟变频的输出电路进行连接，然后1#水泵电机开始运行。当电机开始运行时系统中的压力传感器会感应到水压信号，并将水压信号进行转换，转换成单级性模拟量的电信号，再将该电信号传递给PLC控制系统。PLC控制系统收到该信号后会跟比例、积分、微分（PID）整定参数值进行比较，然后对水泵的运行频率和状态进行调节。如果用水量比较少时，1#水泵就会以变频的方式进行运行，反之，就需要将1#水泵的运行模式改为工频，并切断KM1对1#水泵的控制，接通KM2进行加泵，让水泵呈现2#水泵变频+1#水泵工频运行的模式。如果这两台水泵都无法满足用水需求时，还需要进行加泵，满足用户要求，也满足供水压力，此时按照加泵的方式，切断KM2对2#水泵的控制，以1#水泵工频+2#水泵工频+3#水泵变频的方式进行运行。

该变频恒压供水系统使用了三台水泵，在具体的设计中还需要用水量的实际情况，确定水泵的数量，当用水量大，超出压力允许范围时，就需要根据使用量来控制水泵的数量和运行模式，以此来实现保持水压恒定的目的。

3昆仑通态（MCGS）在线监控的设计

昆仑通态MCGS组态软件监控在设计时需要包括3大模块，即数据采集和通信、设备状态监控和数据管理。其中数据采集和通信又包括通信参数设计和数据处理两个子模块，设备状态控制又细分为设备参数设定、报警处理、以及设备状态显示三个子模块，数据管理又细分为数据查询、数据备份、以及数据输出三个子模块，以此来通过PLC控制程序进行故障的监控，并且实时对故障数据进行收集，收集到的数据会实时的显示在触摸屏上。该系统的触摸屏采用PC/PPI通信电缆与PLC控制系统进行连接，设有USB接口，在完成组态画面设计以及设置完参数后，就可以通过USB接口连接数据。

4系统调试和PID参数设定

在系统设计完后，就需要对系统进行调试，并且进行PID参数设定。采用PLCS7编程软件step7-micro/win，该软件是一款仿真软件，安装以后用户可以在脱机的状态下创建、修改、以及编辑用户程序。该软件会提供一个PID控制面板，在同一时间内，允许8个PID同时进行整定，为了保证整个系统的协调性，在设置PLC程序执行的时间时，应该将其设置的跟PID输出时间保持一致，同时，模拟量输入模块采集数据的速度，需要跟PID指令更新的速度保持一致，这样才能有效的获得实时的压力过程变量。在设置PID的整定参数时，需要在PID控制面板上先将其状态调至一个稳定的状态，在启动整定功能后，系统会自动将计算好的PID参数显示出来，然后进行反复的调试，得出大量的PID参数组，在对这些参数组进行干扰实验，以此来选出一个最佳的参数，该参数即为PID的整定参数，目的就是为了保证变频恒压供水系统的稳定性。

5结语

综上所述，PLC在变频恒压供水系统中的应用主要体现在逻辑控制和连通触摸屏等方面，它能够通过编程实现对供水系统的精确控制，确保供水压力的稳定和节能运行。PLC能够接收来自压力传感器的信号，这些传感器实时监测管网的水压变化，当用水量增加导致水压下降时，PLC会接收到相应的信号，并经过内部运算处理后，向变频器发送控制信号。变频器根据PLC的指令调节水泵的转速，增加出水量，从而提升管网压力至设定值。此外，PLC在供水系统中还起到逻辑控制的作用，在供水系统中，可能需要控制多台水泵的运行，以保证供水的稳定性和连续性。PLC可以根据实际需求，控制不同水泵的启动和停止，实现大泵和小泵的配合使用。在用水高峰期，PLC可以启动大泵以满足高流量需求；而在用水量较小时，则切换到小泵运行，以达到节能的效果。同时，PLC还可以与触摸屏相连，实现人机交互，通过触摸屏，操作人员可以实时监测供水系统的运行状态，包括管网压力、水泵转速等参数。总的来说，PLC在变频恒压供水系统中的应用使得供水控制更加智能化和高效化，提高了供水系统的稳定性和可靠性，同时也降低了能耗和运行成本。随着技术的不断发展，PLC在供水系统中的应用将会更加广泛和深入。

参考文献

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