基于PLC和变频器控制的恒压供水系统设计(1)

2007年第11期 63

基于PLC 和变频器控制的恒压供水系统设计

张扣宝

（昆山通用电气成套设备有限公司，江苏 昆山 215301）

摘要 文章介绍一种基于三菱PLC 和变频器控制的恒压供水系统，详细介绍了工作原理及硬件结构。该系统具有节能、工作可靠、自动化程度高等优点，可以解决城市小区等高层建筑恒压供水问题。

关键词：PLC ；变频器；恒压供水

Design of Constant Pressure Water-Supply

System Based on PLC & Inverter

Zhang Koubao

（Kunshan General Electric Equipment Co., Ltd, Jiangsu Kunshan 215301）

Abstract This article introduces a kind of design of constant pressure water supply system based on Mitsubishi PLC & inverter. It has the advantage of energy-saving, working veracity and highly automation. The system can solve the problem of the water supply in a high building.

Key words ：PLC ；inverter ；Water—Supply System of Constant Pressure

1 引言

在城市供水系统中，有很多是采用高位水塔方式供水。这种非匹配式供水经常会因为用户用水量的变化而出现供水不足或供水过剩的情况，且建造水塔需花费大量财力，还会造成二次污染。基于上述情况，我公司对某生活小区供水系统进行改造时设计了一种基于PLC 的变频恒压供水系统。该系统利用PLC 加以不同功能的传感器、变频器，根据压力传感器测得管网压力的大小及变化速度来控制水泵的转速及数量，使水管的压力始终保持在合适的范围内，从而达到恒压供水的目的，提高了系统的稳定性，得到了良好的控制效果。

2 系统结构与工作原理

系统主要由FX2N 系列PLC 、变频器FR-740、压力变送器、控制接触器、水泵等组成，主回路采用一拖多的方式，每台水泵既可以工频运行也可以变频运行，其主电路接线如图1。

压力传感器用于检测管网中的水压，常装设在泵站的出水口，当用水量大时水压降低，反之当用

图1 主电路接线图

水量小时水压则升高，压力传感器将水压的变化转换为电信号送给变频器，变频器则根据传感器的采样值与变频器的设定值进行比较，通过内置的PID 功能进行数据处理，将数据处理的结果以频率的形式输出（0～50Hz 之间变化）。当用水量大到水泵全速运行也不能保证管网的压力稳定时，PLC 根据变频器的频率上限信号自动将原工作在变频状态下的泵投入工频运行，同时将下一台备用泵用变频器启动后投入运行以加大管网的供水量来保证恒压供水的目的。若此时

产品与应用

2007年第11期

仍不能满足要求，则依此将工作在变频状态下的泵投入到工频运行，再将下一台备用泵投入变频运行直至管网压力稳定。当用水量减少时PLC 则将最先工频运行的泵关闭以减少供水量，若此时仍不能满足要求，则依此关闭下一台工频运行的水泵，乃至只有一台水泵工作在变频状态下以达到恒压供水的目的。

3 PLC 程序设计与I/O 分配

本系统PLC 的程序流程图如图2所示。

图2 程序流程图

通过参数设置将变频器的OL 、FU 端子功能分

别设置为上限频率和下限频率（Pr.193=4、Pr.194=5），作为上限频率和下限频率到达信号的输出端子。上下限频率根据经验分别设置为5Hz 、49Hz （Pr.42=5、Pr.50=49）。

在自动状态下系统启动时，首先KM0和KM1吸合1#水泵在变频器控制下起动，延时5s （延时是为了让压力稳定下来） PLC 对变频器的输出频率进行检测。当检测到变频器下限频率信号则关闭1#水泵；反之当检测到变频器上限频率信号则PLC 执行增泵动作：KM1断开、KM2吸合，1#水泵改为工频运行并延时1s （延时一是为了让开关充分熄弧，另一方面是为了让变频率器减速为0，KM3吸合变频启动2#水泵。为了保护水泵及变频器，1#水泵的KM1与KM2之间的进行了电气互锁。当2#水泵投入变频运行后，延时5s PLC 继续对变频器输出频率进行检测，当检测到变频器下限频率信号则关闭1#水泵，剩下2#水泵在变频状态下运行，延时5s 如果PLC 再次检测到变频器下限频率信号则把2#水泵也关闭；反之当检测到

变频器上限频率信号则PLC 再执行增泵动作：KM3断开、KM4吸合，2#水泵改为工频运行并延时1s KM5吸合变频启动3#水泵。依此类推当3#水泵投入变频运行后，延时5s PLC 继续对变频器输出频率进行检测以决定执行增泵减泵动作来满足恒压供水目的。

另外为了方便故障检查维修。在设计中增加了故障指示和故障报警输出，变频器本身具有短路保护、过载保护等功能，只需把变频器的故障输出点、接触器、热继电器等辅助触点接到PLC 即可。PLC 通过程序扫描这些输入点，如果发生故障则作出相应的动作。如检测到一台水泵出现过载情况，则切断该泵的接触器并投入备用泵，同时输出故障信号，以方便检查及时维修。

PLC 的部分输入、输出端子分配情况见表1。

表1

输入 功能 输出 功能 X0 频率上限 Y0 1#泵变频运行 X1 频率下限 Y1 1#泵工频运行 X2 手动模式 Y2 2#泵变频运行 X3 自动模式 Y3 2#泵工频运行 X4 变频器故障 Y4 3#泵变频运行 X5 1#泵故障输入 Y5 3#泵工频运行 X6 2#泵故障输入 Y6 4#泵变频运行 X7 3#泵故障输入 Y7 4#泵工频运行 X10 4#泵故障输入 Y10 1#泵故障输出 X11 控制电源故障 Y11 2#泵故障输出 X12 紧急停止 Y12 3#泵故障输出 X13 控制电源故障 Y13 4#泵故障输出 Y14 变频器故障 Y15 故障报警

4 结论

该系统水泵采用先开先关的循环利用工作方

式，工作泵与备用泵不固定，这样可以有效地防止因备用泵长期不用锈死现象，提高设备的利用率降低维护费用。而且具有无级调速，依据用水量的变化自动调节系统的参数以达到恒压供水目的，实际运行情况也证明了其具有节能、工作可靠、自动化程度高等优点。因此该系统可取代传统的水塔、高位水箱或气压罐等供水方式，有着良好的经济技术效应，具有广阔的推广前景。

参考文献

[1] 史进. 排水泵并联运行模式及PLC 控制[J]. 重庆:

电工技术. 2006, (10).

[2] 张万忠, 孙晋. 可编程控制器入门与应用实例[M]. 北

京: 中国电力出版社, 2005.

[3] 三菱电机株式会. 变频器FR-A740使用手册.