PLC在恒压变频供水系统设备中的应用

1 引言

      传统的通过人工调节阀门来调整供水量方式在如今的供水系统中已经逐渐退出舞台，因为人工方式往往存在用水高峰时管网水压不够，而用水量较少时，管网压力较大的情况，不仅造成资源的浪费，还可能由于压力过大造成管道炸裂。如何保证恒压供水，使用户需水量的变化不至于对管网压力产生冲击。本文通过可编程逻辑控制器s7-200，配合pid调节器，实时自动调节水泵电机的转速和多台水泵的切换，使管网出水口压力保持在恒定的设定值上，既能延长供水系统和管网的使用寿命，而且提高了系统的安全指数。

2 恒压变频供水系统设备控制要求

2.1 清水泵恒压控制要求

(1)控制系统具有本柜手动、本柜自动、中控自动三种工作方式，本柜手动用于设备调试、检修及特殊情况下供水。正常情况下，设备置于中控自动位，实现自动运行。

(2)当工作方式转换开关处于中控自动时，如果现场具备开机的条件，则应发出“备妥”信号，收到dcs发出的“驱动”信号后，应根据当前的工况（如水池水位、各泵的选择开关、变频器的故障状态等），按照要求进行控制，保证恒压供水，并发出“运行”信号；当出现不影响设备运行的非正常情况时，应发出“报警”信号；出现影响设备运转的紧急情况时，应发出“故障”信号，并采取相应的保护措施；当处于中控自动状态时，如果“驱动”信号断开，则应该停止各泵的运转。

(3)当工作方式转换开关处于本柜自动时，可根据设定压力，自动进行控制，保证恒压供水。

(4)当工作方式处于本柜手动时，由人工在柜面上通过电位器调节各水泵转速。

(5)为保障生活用水的压力稳定，清水泵采用变频控制方式，一台变频器控制两台电机，根据水工艺提资，正常情况下一台水泵就能满足生活用水，当一台工作时，如果变频器调节到它的额定转速时压力仍不能达到要求，则本水泵可能发生故障，要求能自动切换到另一台电机，保证供水压力恒定。

(6)由plc控制两台电机工作，为保证线路发生问题时不损坏变频器，在其进线端加装一断路器，由变频器和出水压力检测传感器组成回路实现水压的恒定控制。

(7)当水量突然增大，或发生火灾需要用水时，由于用水量大增，使管网水压骤降，变频器调到50hz水压也不能满足条件，所以此时要求一台泵转到工频全速运转，另一台泵根据管网水压调速运行，保证供水压力恒定。

(8)系统要求具有自动巡检功能。既定期逐台变频软起两台清水泵，并作短时低速运转，以防长期不用某台而“锈死”。

(9)控制系统提供的备妥、运行、报警、故障信号，均为无源常开点。

2.2 循环水泵恒压控制要求

(1)~(4)控制要求和清水泵一样。

(5)三台循环水泵正常情况下为两用一备，三台水泵互为备用；由plc控制三台电机之间的自动启停，在三台水泵的出水口止回阀之前各装一个电接点压力表，当主循环水泵正常工作时，其对应的水管压力正常，当运行的某一台水泵发生故障时，它对应的出水口压力突变为一下限值，则其管路上的电接点压力表动作发出信号给控制plc从而切换到备用泵，保证供水量稳定。

(6)各电机的运行电流要求进行dcs监控。

3 恒压变频供水系统设备硬件选型

      可编程控制器选用西门子s7-200 plc，cpu224，共两套，清水泵组控制和循环水泵组控制各一套，型号为6es7214-1bd22-0xb0，清水泵控制系统扩展了一个em223模块，型号为223-1ph23-0xa0，变频器型号acs510-01-060a-4，18.5kw abb变频器，实现一台变频器拖二台清水泵。

循环水泵恒压控制系统扩展了一个em223 cn模块，型号为223-1pl22-0xa8，变频器型号为acs510-01-157a-4，45kw abb变频器，实现一台变频器拖三台循环水泵。

pid调节器选用具有压力显示的。循环泵控制系统的结构图如图1所示。

4 恒压变频供水系统设备工作原理

      恒压变频供水系统设备利用变频器的两个输入接口，x1.5和x1.6，采集pid调节器输出的压力信号，x:20、x:21频率输出驱动泵电机的运行，继电器输出口可以作为机旁和中控启停信号，如图3所示。为了节省成本，不采用模拟量模块em235，而采用pid调节器，由于采用了pid调节器，而不用变频器内部的pid，设置变频器时将factory设置成0即可。

变频器的运行要根据plc的输出是否闭合来确定，变频器的停止要根据plc输出是否闭合来确定。控制系统系统原理图如图2所示。

      由压力变送器采集管网压力信号，送至pid调节器，由pid调节器将所需的信号传递给变频器，变频器的参数设置如表1所示，plc控制回路负责整个系统的逻辑控制。

      系统工作模式分手动运行和自动运行，以下以循环泵控制为例（io分配如表2所示）介绍系统的工作流程和泵的切换过程。变频器的外部接线图如图3所示。在中控自动模式下，系统自动运行，程序流程图如图4所示。

      首先启动1#泵，变频器输出频率从0逐渐上升，同时pid调节器采集管网压力变送器信号，经pid运算之后，将调节信号送给变频器，随着用水量的不断增加，变频器的输出频率逐渐增大，直至50hz，如果此时采集的压力信号仍没有达到设定压力，此时系统自动将1#泵置于工频运行，启动2#泵，置于变频状态，当2#泵工作频率达到50hz之后，如果此时压力变送器信号仍小于设定值，则将2#泵置于工频，启动3#泵，置于变频。随着3#泵运行频率的增大，管网压力超过了设定值，则停止1#泵的运行，之后如果管网压力仍大于设定值，则停止2#泵，3#泵仍置于变频状态。以后系统将根据用水量的不断变化，对3台水泵进行不断地启动、变频、工频、停止等循环操作，使系统的供水压力始终稳定在所设定的压力上。

5 结束语

      采用可编程控制器实现恒压变频供水系统设备，自动保持供水系统压力稳定，同时plc的使用使系统控制可靠性和抗干扰性大大提高。降低成本的同时，也保证了系统的安全性。该系统融合了plc控制技术、变频调速技术、反馈控制技术、电机拖动技术，其成功运行在水厂供水控制系统中有一定的推广价值。