基于 PLC 和变频器控制的恒压供水系统设计

基于 PLC 和变频器控制的恒压供水系统设计

赵华军钟波

（广州铁路职业技术学院）

摘要：文章介绍一种基于三菱PLC 和变频器控制恒压供水系统，详细地介绍了硬件的构成和控制流程。系

统较好地解决高层建筑、工业等恒压供水需求。系统具有节能、工作可靠、自动控制程度高、经济易配置等优点。

关键词：变频器；PID；PLC；恒压供水

1 引言

目前，在城市供水系统中，还有很多高楼、生活

小区、边郊企业等采用高位水塔供水方式。这样，由

于用水量具有很大随机性，常常出现在用水高峰时供

水量很小甚至没有水用的问题；且采用高位水塔，很

容易造成自来水的二次污染问题。针对这一情况，本

文设计了一套基于变频器内置PID 功能的恒压供水

系统，采用了PLC 控制及交流变频调速技术对传统

水塔供水系统的技术改造。该系统根据用水量的变

化，经过压力传感器将水压变化情况反馈给系统，使

得系统能自动调节变频器输出频率，从而控制水泵转

速，调节输出数量，使得水量变化时可保持水压恒定；

可取代高位水塔或直接水泵加压供水方式，为城市供

水系统的建设提出了一条极具推广、应用的新途径[1]。

2 工作原理

本文采用的变频器是三菱FR-A540，该变频器内

置PID 控制功能；供水系统方案如图1 所示。

将通往用户供水管中的压力变化经传感器采集

到变频器，与变频器中的设定值进行比

较，根据变频器内置的PID 功能，进行数

据处理，将数据处理的结果以运行频率的

形式进行输出[2]。

当供水的压力低于设定压力，变频器

就会将运行频率升高，反之则降低，且可

根据压力变化的快慢进行差分调节。由于

本系统采取了负反馈，当压力在上升到接

近设定值时，反馈值接近设定值，偏差减小，PID 运算会自动减小执行量，从而降低变频器输

出频率的波动，进而稳定压力。

在水网中的用水量增大时，会出现“变频泵”

效率不够的情况，这时就需要增加水泵参与供水，通

过PLC 控制的交流接触器组负责水泵的切换工作；

PLC 是通过检测变频器频率输出的上下限信号，来判

断变频器的工作频率，从而控制接触器组是否应该增

加或减小水泵的工作数量。

图 1 供水系统方案图

图2 主电路接线图

系统设计

3.1 主电路

主电路如图2，KM1、KM3、KM5 分别为电动机M1、M2、M3 工频运行时接通电源的控制接触器，

KM0、KM2、KM4 分别为电动机M1、M2、M3 变

频运行时接通电源的控制接触器，KM6 为由PLC 控

制，作为接通变频器电源用的接触器，变频器的启动

由PLC 控制Y7 实现。

3.2 接触器与 PLC 连接

如图3，图中Y0~Y5 分别接接触器KM0~KM5

为了防止出现某台电动机既接工频电又接变频电，设计了电气互锁，如在同是控制M1 电动机的两个接触器KM1、KM0 线圈中，分别串入了对方的常闭触头形成电气互锁。供水压力设定值通过变频器的2 和5 端子（0～5V）设定，频率检测的上/下限信号分别通过OL 和FU 输出至PLC 的X2 与X3 输入端，作为PLC 增泵、减泵控制信号。

3.3 变频器的参数设置[3]

虽然系统对调速的精度要求不高，但要使供水系

统运行性能稳定，工作可靠，必须正确设置变频器的各种性能。具体设置如表1。

、、、

.4 程序设计

由于供水系统惯性较大，因此在设计思想上以查

询方式为主，本系统PLC 控制程序流程如图4

系统启动时，KM0 闭合，1＃水泵以变频方式运

行。

如果水压过低，而变频器已经达到上限设定值

时，OL 发出“发出频率上限”动作信号，PLC 启动增泵程序；PLC 通过这个上限信号将KM0 断开KM1 吸合，1#水泵由变频运行转为工频运行，同时KM2 吸合变频启动2＃水泵。此时电动机M1 工频运行，M2 为变频运行。

如果再次接收到变频器上限输出信号，则KM2

断开KM3 吸合，2＃水泵由变频转为工频，同时KM4 闭合3＃水泵变频运行，这时电动机M1、M2 为工频运行，M3 为变频运行。

如果变频器频率偏低，即压力过高，输出的下限

信号，PLC 启动减泵程序，将正在使用的“变频泵”切除，将另一台“工频泵”切换为“变频泵”，使PLC 关闭KM4、KM3，开启KM2，2＃水泵变频启动，此时电动机M1 工频运行，M2 为变频运行。

若再次收到下限信号就关闭KM2、KM1，吸合

KM0，只剩1#水泵变频工作。

4 结语

当流量减少，水泵转速下降时，其电动机输出