1、第2期機電技術49基于PLC控制的變頻恒壓供水系統設計蘇兩河 李列熊(福建電力職業技術學院，福建 泉州 362000；福建交通職業技術學院，福建 福州 350007)摘 要：針對目前的供水方式普遍存在不同程度的浪費水力及電力、效率低、穩定性差、自動化程度不高等問題，提出一種基于PLC控制的變頻恒壓供水系統。該系統通過變頻器控制水泵的調速運行，在變頻運行達不到要求的情況下，通過PLC控制水泵運行臺數，具有較好的控制效果。關鍵詞：變頻控制；恒壓供水；PLC中圖分類號：TP302 文獻標識碼 A 文章編號：1672-4801 (2012)02-049-03目前供水方式主要通過多臺水泵來實現對居民用水

2、的穩定供水，但在用水高峰期時，高樓住戶往往會出現水壓不夠，甚至停止供水現象。在中間樓層處，采用水泵進行加壓在一定程度上解決了高樓住戶用水問題，但由此造成了資源浪費以及成本較高等問題1。隨著變頻技術的發展，變頻恒壓供水由于其穩定性、自動化程度較高以及節能等優點開始受到推崇，國內外一些廠家紛紛研究變頻恒壓供水技術，但在系統的動態性能、穩定性能、經濟性、抗擾性能以及開放性等多方面的綜合技術指標來說，還遠遠沒能達到所有用戶的要求2,3 。因此，目前國內外變頻恒壓供水技術還處于研究和發展當中，對于高樓變頻恒壓供水技術的實現更是一個難題，因此研究如何實現高樓變頻恒壓供水具有廣泛的前景和重要的意義。圖1 變

3、頻恒壓供水系統結構圖1 變頻恒壓供水系統結構及原理變頻恒壓供水系統主要由變頻器、PID控制器、壓力傳感器、水泵機組和PLC等組成4。系統的主要任務是利用變頻器控制水泵從而實現管網水壓的恒定以及變頻水泵與工頻水泵的切換，同時還要能對運行數據進行傳輸。其中，PLC實現邏輯控制，變頻器實現水泵電機的無級調速控制。本文采用多臺水泵的并聯供水，根據水壓大小，通過PLC和變頻器調節拖入水泵臺數的方案。在全流量范圍內靠變頻泵的連續調節和工頻泵的分級調節相結合，使供水壓力始終保持為設定值。該系統結構圖如圖1所示。圖2為圖1所示系統的工作原理：供水的壓力通過傳感器采集給系統，再通過變頻器的A/D轉換模塊將模擬量

4、轉換成數字量，同時變頻器的*福建電力職業技術學院院級科研 (2010KY008)。作者簡介：蘇兩河(1985)，男，碩士研究生，研究方向：自動控制。A/D將壓力設定值轉換成數字量，兩個數據同時經過PID控制模塊進行比較。PID根據變頻器的設置，進行數據處理，并將數據處理的結果以運行頻率的形式控制輸出。PID控制模塊具有比較和差分的功能，供水的壓力低于設定壓力，變頻器就會將運行頻率升高，相反則降低，并且可以根據壓力變化的快慢進行差分調節。PLC根據變頻器輸出的水壓信號情況控制交流接觸器組對水泵電機進行工頻與變頻的切換運行。圖2 變頻恒壓供水系統的工作原理圖2 軟硬件設計2.1 電氣主電路設計系統

5、電氣主電路如圖3所示。三相交流電提供水泵電機的工頻運行及變頻器的接通電源，變50機電技術 2012年4月頻器接通提供水泵電機的變頻調速運行，系統采用三臺電機1#、2#、3#進行控制，KM0、KM2分別為1#、2#水泵電機工頻運行時接通電源的控制接觸器；KM1、KM3、KM4分別為1#、2#、3#水泵電機變頻運行時接通電源的控制接觸器；FU1、FU2、FU3、FU4為變頻器VVVF和三水泵電機主電路的熔斷器；QS為主電路的總開關；FR1、FR2、FR3分別為三臺水泵電機過載保護用的熱繼電器。工頻電圖5 系統控制流程圖圖3 電氣控制主電路圖手動/自動切換按鈕自動運行啟動按鈕緊急停機按鈕電機變頻控制

6、運行接觸器電機工頻控制運行接觸器電機變頻控制運行接觸器有效端2.2 PID控制器設計PID控制方式是現代工業控制中應用的最為廣泛的反饋控制方式之一，它是根據PID控制原理通過控制對象的傳感器等檢測控制量，本文將其與設定的壓力值進行比較,對整個控制系統進行偏差調節，從而使被控變量的實際值與工藝要求的預定值一致。本文設計的PID控制器原理如圖4所示。壓力低于設定值到達信號壓力高于設定值到達信號水池水位下限信號水池水位上限信號變頻器故障報警信號1#電機變頻運行1#電機工頻運行2#電機變頻運行2#電機工頻運行3#電機變頻運行3#電機工頻運行手動停止按鈕圖6 I/O接線圖3 結語圖4 變頻恒壓供水系統P

7、ID控制原理圖2.3 系統流程圖設計根據系統控制要求，設計如圖5控制系統流程圖。2.4 I/O接線圖設計根據控制要求，設計如圖6所示I/O接線圖，本文PLC選用三菱FX2N-32MR。參考文獻:根據上述軟硬件設計方案，設計了一套由PLC、變頻器及三臺水泵組成的恒壓供水控制系統，既可以實現通過變頻泵的連續調節，也可實現工頻泵的分級調節，且采用內置PID環節，水壓波動小，確保恒壓供水；該系統能夠對泵組實現自動化控制實現變頻恒壓供水，一定程度上解決了穩定性和資源浪費問題。此外，該系統設計方法簡單，擴展靈活，可以適用于多種場合。1 魏偉.PLC控制技術于應用M.北京:中國輕工業出版社,2010:195-214. (下轉第56頁)56機電技術 2012年4月寶貴的經驗。 動力機械有限公司對設備改造的又一個亮點。為企業今后接收先進設備，改造更新老設備取得了參考文獻：1 機械設計手冊編寫組,機床設計手冊M.北京:機械工業出版社,1978.2 董慶華.機械零件M. 北京:機械工業出版社,1981.3 機電一體化技術手冊編委會.機電一體化技術手冊(第二版) M. 北京:機械工業出版社,1999.4 成大先.機械設計手冊 M. 北京:化學工業出版社,2004.(上接第50頁)2 金傳偉,毛宗源