基于PLC控制的变频恒压供水系统设计

机电技术

49

*福建电力职业技术学院院级科研 (2010KY008)。

作者简介：苏两河(1985－)，男，硕士研究生，研究方向：自动控制。

基于PLC 控制的变频恒压供水系统设计﹡

苏两河 李列熊

(福建电力职业技术学院，福建 泉州 362000；福建交通职业技术学院，福建 福州 350007)

摘 要：针对目前的供水方式普遍存在不同程度的浪费水力及电力、效率低、稳定性差、自动化程度不高等问题，提出一种基于PLC 控制的变频恒压供水系统。该系统通过变频器控制水泵的调速运行，在变频运行达不到要求的情况下，通过PLC 控制水泵运行台数，具有较好的控制效果。

关键词：变频控制；恒压供水；PLC

中图分类号：TP302 文献标识码 A 文章编号：1672-4801 (2012)02-049-03

目前供水方式主要通过多台水泵来实现对居民用水的稳定供水，但在用水高峰期时，高楼住户往往会出现水压不够，甚至停止供水现象。在中间楼层处，采用水泵进行加压在一定程度上解决了高楼住户用水问题，但由此造成了资源浪费以及成本较高等问题[1]。随着变频技术的发展，变频恒压供水由于其稳定性、自动化程度较高以及节能等优点开始受到推崇，国内外一些厂家纷纷研究变频恒压供水技术，但在系统的动态性能、稳定性能、经济性、抗扰性能以及开放性等多方面的综合技术指标来说，还远远没能达到所有用户的要求[2,3] 。因此，目前国内外变频恒压供水技术还处于研究和发展当中，对于高楼变频恒压供水技术的实现更是一个难题，因此研究如何实现高楼变频恒压供水具有广泛的前景和重要的意义。

1 变频恒压供水系统结构及原理

变频恒压供水系统主要由变频器、PID 控制器、压力传感器、水泵机组和PLC 等组成[4]。系统的主要任务是利用变频器控制水泵从而实现管网水压的恒定以及变频水泵与工频水泵的切换，同时还要能对运行数据进行传输。其中，PLC 实现逻辑控制，变频器实现水泵电机的无级调速控制。本文采用多台水泵的并联供水，根据水压大小，通过PLC 和变频器调节拖入水泵台数的方案。在全流量范围内靠变频泵的连续调节和工频泵的分级调节相结合，使供水压力始终保持为设定值。该系统结构图如图1所示。

图2为图1所示系统的工作原理：供水的压力通过传感器采集给系统，再通过变频器的A/D 转换模块将模拟量转换成数字量，同时变频器的

图1 变频恒压供水系统结构图

A/D 将压力设定值转换成数字量，两个数据同时经过PID 控制模块进行比较。PID 根据变频器的设置，进行数据处理，并将数据处理的结果以运行频率的形式控制输出。PID 控制模块具有比较和差分的功能，供水的压力低于设定压力，变频器就会将运行频率升高，相反则降低，并且可以根据压力变化的快慢进行差分调节。PLC 根据变频器输出的水压信号情况控制交流接触器组对水泵电机进行工频与变频的切换运行。

图2 变频恒压供水系统的工作原理图

2 软硬件设计

2.1 电气主电路设计

系统电气主电路如图3所示。三相交流电提供水泵电机的工频运行及变频器的接通电源，变

频器接通提供水泵电机的变频调速运行，系统采用三台电机1#、2#、3#进行控制，KM0、KM2分别为1#、2#水泵电机工频运行时接通电源的控制接触器；KM1、KM3、KM4分别为1#、2#、3#水泵电机变频运行时接通电源的控制接触器；FU1、FU2、FU3、FU4为变频器VVVF 和三水泵电机主电路的熔断器；QS 为主电路的总开关；FR1、FR2、FR3分别为三台水泵电机过载保护用的热继电器。

工频电

图3 电气控制主电路图

2.2 PID 控制器设计

PID 控制方式是现代工业控制中应用的最为广泛的反馈控制方式之一，它是根据PID 控制原理通过控制对象的传感器等检测控制量，本文将其与设定的压力值进行比较,对整个控制系统进行偏差调节，从而使被控变量的实际值与工艺要求的预定值一致。本文设计的PID 控制器原理如图4所示。

图4 变频恒压供水系统PID 控制原理图

2.3 系统流程图设计

根据系统控制要求，设计如图5控制系统流程图。

2.4 I/O 接线图设计

根据控制要求，设计如图6所示I/O 接线图，本文PLC 选用三菱FX2N-32MR 。

图5 系统控制流程图

有效端

电机变频控制运行接触器电机工频控制运行接触器电机变频控制运行接触器手动/自动切换按钮自动运行启动按钮

紧急停机按钮

压力低于设定值到达信号压力高于设定值到达信号

水池水位下限信号水池水位上限信号变频器故障报警信号1#电机变频运行1#电机工频运行2#电机变频运行2#电机工频运行3#电机变频运行3#电机工频运行手动停止按钮

图6 I/O 接线图

3 结语

根据上述软硬件设计方案，设计了一套由PLC 、变频器及三台水泵组成的恒压供水控制系统，既可以实现通过变频泵的连续调节，也可实现工频泵的分级调节，且采用内置PID 环节，水压波动小，确保恒压供水；该系统能够对泵组实现自动化控制实现变频恒压供水，一定程度上解决了稳定性和资源浪费问题。此外，该系统设计方法简单，扩展灵活，可以适用于多种场合。

参考文献:

[1] 魏伟.PLC 控制技术于应用[M].北京:中国轻工业出版社,2010:195-214. (下转第56页)

宝贵的经验。

企业今后接收先进设备，改造更新老设备取得了

参考文献：

[1] 机械设计手册编写组,机床设计手册[M].北京:机械工业出版社,1978.

[2] 董庆华.机械零件[M]. 北京:机械工业出版社,1981.

[3] 机电一体化技术手册编委会.机电一体化技术手册(第二版) [M]. 北京:机械工业出版社,1999.

[4] 成大先.机械设计手册 [M]. 北京:化学工业出版社,2004.

(上接第50页)

[2] 金传伟,毛宗源.变频调速技术在水泵控制系统中的应用[J].电子技术应用,2000(9):38-39.

[3] 方桂笋.基于PLC的变频恒压供水系统的设计[D].兰州:兰州理工大学,2008.

[4] 卢建勤.PLC及变频器在恒压变量供水系统中的应用[J].2005(4):58-62.