PLC、变频器在恒压供水系统中的应用

PLC、变频器在恒压供水系统中的应用
【摘要】在恒压供水中通过变频器控制水泵的速度，用以调节水管中压力，并利用PLC进行逻辑控制。

PLC作为整个控制系统的核心经过检测元件实时监视、跟踪水管内压力，并经变频器的PID调节保证供水压力，通过PLC 控制变频与工频切换，自动控制水泵投入的台数和电机转速，实现闭环自动调节恒压变量供水，在保持恒压下，达到控制流量的目的。

目前变频调速器已成为恒压供水设备的主体，它不仅可以完全取代传统的高位水箱、水塔等供水方式，而且也消除水质的二次污染，更具有节省能源、自动化程度高、供水操作的利用率均衡，供水泵房，在运方便、提高经济效益等优点。

【关键词】PLC；变频调速；恒压供水；PID控制
1.引言
当下常用的供水方式有市政管道直接给用户供水、通过天台的水池供水、恒压供水几种。

市政管道直接给用户供水用户不需要自己添加设备、成本低，供水压力一般只能供到6层楼以下，压力不稳定，一般只是在城郊结合农村和小城镇。

通过天台的水池供水只能对9层楼以下的建筑，如果楼层太高，采用这种方式供水，则建筑物的承重负荷大；容易造成二次污染，天台水池长期不清晰容易滋生各种细菌、微生物，不利于人体健康；供水消耗电能多，不利于技能，压力比较稳定。

恒压供水用户用水压力稳定，无论在用水高峰期，还是低谷，水管压力的波动小（因为系统是根据设定压力值与实际压力值进行PID调节，保证水管中的压力稳定）；没有二次污染，在天台不需要做水池，楼的承重低；节能、节约电能呢个大约是常规供水的20%。

通过比较可以看出无论是从日后改造还是节能角度恒压供水都已经是最好的供水方式。

2.恒压供水系统的组成及原理
2.1恒压供水系统的组成
恒压供水所用到的新电工技术包括PLC、变频器控制技术、传感检测技术。

PLC属于核心技术，变频器主要进行调速，在工业控制中使用非常广泛，在风机、水泵负载中使用有节能的功能。

传感检测技术将测量量（如速度、流量、压力等）变化，信号（0-5V或4-20mA）A/D、D/A转换[A/D模块→PLC→D/A模块]，控制变频器输出频率起到调节水泵的转速。

恒压供水系统的电气构成有PLC、变频器、A/D、D/A模块、压力传感器，控制柜面板上有触摸屏、按钮、手动/自动选择变频器操作面板、急停等。

2.2恒压供水系统的原理
将给定压力与来自压力传感器的反馈压力值进行PID调节，而后用输出值
控制电动机的转速。

PID调节可以由PLC指令实现，也可以通过变频器的PID 功能实现。

3.恒压供水设计
3.1恒压供水系统要求
假定设定压力为3MPa，系统启动后，传感器测量水管中压力，如果水管中压力小于3MPa，经过PID调节输出值增大，变频为输出频率增大，电机转速增大，当变频器输出频率到达49Hz，电机由变频运行切换到工频运行，供水量加大。

如果水管压力还达不到设定值，继续把其他电机启动，直至把所有水泵都启动，达到最大供水要求。

如果供水量大于用水量，水管中压力超过设备值，此时输出值将减少，变频器输出频率低，当频率降低低于30Hz，把水泵退出运行，如果到深夜没有人用水，所有水泵退出运行，此时靠气罐保压（休眠状态）。

当用水量继续加大，水管压力到达压力下限，重新把系统自动启动。

三台水泵互为备用（防止长期不用损坏），1#、2#水泵运行8h，3#备用；1#、3#水泵运行8h，2#备用；当消防用水时，3台水泵必须都启用，处于非备用状态故障时退出运行。

3.2变频器参数设置
关于设定值上、下限参数的设定计算：例如要求某供水系统，要求供水压力是3MPa，上限为3.5MPa，下限位2.5MPa，压力传感器的压力范围是0-5MPa，反馈电流时4-20mA。

求设定值Pr.133、Pr.131上限、Pr.132下限，应该分别设置为60 和50，设定值为70。

因为要检测变频器控制水管中压力所对应的输出频率上限及下限，进行变频与工频的切换，故需要选用第一输出频率FU和第二输出FU；还需要进行PID 调节，故得知晓PID的上限和下限。

所以需要将变频器的输出端子进行改变，本文将SU变为FDN，RUN变为FUP。

所以对应的参数设置为Pr.190=15，Pr192=14。

3.3系统电路设计
电路说明：压力上限为3.5MPa，压力下限为2.5MPa，当频率小于30Hz水泵退出运行，大于49Hz转为工频，多功能端子SU通过参数设置改为FDN，RUN 通过参数设置改为FUP。

KM0、KM2、KM4控制工频，KM1、KM3、KM5控制变频。

为使系统简单直接，将KM1、KM3、KM5直接接到PLC上，但实际应用时，电动机电流很大，此时不可以由PLC直接接接触器的，用KA0即可。

3.4程序设计。