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PLC在恒壓變頻供水系統設備中的應用

1 引言

      傳統的通過人工調節閥門來調整供水量方式在如今的供水系統中已經逐漸退出舞臺，因為人工方式往往存在用水高峰時管網水壓不夠，而用水量較少時，管網壓力較大的情況，不僅造成資源的浪費，還可能由于壓力過大造成管道炸裂。如何保證恒壓供水，使用戶需水量的變化不至于對管網壓力產生沖擊。本文通過可編程邏輯控制器s7-200，配合pid調節器，實時自動調節水泵電機的轉速和多臺水泵的切換，使管網出水口壓力保持在恒定的設定值上，既能延長供水系統和管網的使用壽命，而且提高了系統的安全指數。

2 恒壓變頻供水系統設備控制要求

2.1 清水泵恒壓控制要求

(1)控制系統具有本柜手動、本柜自動、中控自動三種工作方式，本柜手動用于設備調試、檢修及特殊情況下供水。正常情況下，設備置于中控自動位，實現自動運行。

(2)當工作方式轉換開關處于中控自動時，如果現場具備開機的條件，則應發出“備妥”信號，收到dcs發出的“驅動”信號后，應根據當前的工況（如水池水位、各泵的選擇開關、變頻器的故障狀態等），按照要求進行控制，保證恒壓供水，并發出“運行”信號；當出現不影響設備運行的非正常情況時，應發出“報警”信號；出現影響設備運轉的緊急情況時，應發出“故障”信號，并采取相應的保護措施；當處于中控自動狀態時，如果“驅動”信號斷開，則應該停止各泵的運轉。

(3)當工作方式轉換開關處于本柜自動時，可根據設定壓力，自動進行控制，保證恒壓供水。

(4)當工作方式處于本柜手動時，由人工在柜面上通過電位器調節各水泵轉速。

(5)為保障生活用水的壓力穩定，清水泵采用變頻控制方式，一臺變頻器控制兩臺電機，根據水工藝提資，正常情況下一臺水泵就能滿足生活用水，當一臺工作時，如果變頻器調節到它的額定轉速時壓力仍不能達到要求，則本水泵可能發生故障，要求能自動切換到另一臺電機，保證供水壓力恒定。

(6)由plc控制兩臺電機工作，為保證線路發生問題時不損壞變頻器，在其進線端加裝一斷路器，由變頻器和出水壓力檢測傳感器組成回路實現水壓的恒定控制。

(7)當水量突然增大，或發生火災需要用水時，由于用水量大增，使管網水壓驟降，變頻器調到50hz水壓也不能滿足條件，所以此時要求一臺泵轉到工頻全速運轉，另一臺泵根據管網水壓調速運行，保證供水壓力恒定。

(8)系統要求具有自動巡檢功能。既定期逐臺變頻軟起兩臺清水泵，并作短時低速運轉，以防長期不用某臺而“銹死”。

(9)控制系統提供的備妥、運行、報警、故障信號，均為無源常開點。

2.2 循環水泵恒壓控制要求

(1)~(4)控制要求和清水泵一樣。

(5)三臺循環水泵正常情況下為兩用一備，三臺水泵互為備用；由plc控制三臺電機之間的自動啟停，在三臺水泵的出水口止回閥之前各裝一個電接點壓力表，當主循環水泵正常工作時，其對應的水管壓力正常，當運行的某一臺水泵發生故障時，它對應的出水口壓力突變為一下限值，則其管路上的電接點壓力表動作發出信號給控制plc從而切換到備用泵，保證供水量穩定。

(6)各電機的運行電流要求進行dcs監控。

3 恒壓變頻供水系統設備硬件選型

      可編程控制器選用西門子s7-200 plc，cpu224，共兩套，清水泵組控制和循環水泵組控制各一套，型號為6es7214-1bd22-0xb0，清水泵控制系統擴展了一個em223模塊，型號為223-1ph23-0xa0，變頻器型號acs510-01-060a-4，18.5kw abb變頻器，實現一臺變頻器拖二臺清水泵。

循環水泵恒壓控制系統擴展了一個em223 cn模塊，型號為223-1pl22-0xa8，變頻器型號為acs510-01-157a-4，45kw abb變頻器，實現一臺變頻器拖三臺循環水泵。

pid調節器選用具有壓力顯示的。循環泵控制系統的結構圖如圖1所示。

4 恒壓變頻供水系統設備工作原理

      恒壓變頻供水系統設備利用變頻器的兩個輸入接口，x1.5和x1.6，采集pid調節器輸出的壓力信號，x:20、x:21頻率輸出驅動泵電機的運行，繼電器輸出口可以作為機旁和中控啟停信號，如圖3所示。為了節省成本，不采用模擬量模塊em235，而采用pid調節器，由于采用了pid調節器，而不用變頻器內部的pid，設置變頻器時將factory設置成0即可。

變頻器的運行要根據plc的輸出是否閉合來確定，變頻器的停止要根據plc輸出是否閉合來確定。控制系統系統原理圖如圖2所示。

      由壓力變送器采集管網壓力信號，送至pid調節器，由pid調節器將所需的信號傳遞給變頻器，變頻器的參數設置如表1所示，plc控制回路負責整個系統的邏輯控制。

      系統工作模式分手動運行和自動運行，以下以循環泵控制為例（io分配如表2所示）介紹系統的工作流程和泵的切換過程。變頻器的外部接線圖如圖3所示。在中控自動模式下，系統自動運行，程序流程圖如圖4所示。

      首先啟動1#泵，變頻器輸出頻率從0逐漸上升，同時pid調節器采集管網壓力變送器信號，經pid運算之后，將調節信號送給變頻器，隨著用水量的不斷增加，變頻器的輸出頻率逐漸增大，直至50hz，如果此時采集的壓力信號仍沒有達到設定壓力，此時系統自動將1#泵置于工頻運行，啟動2#泵，置于變頻狀態，當2#泵工作頻率達到50hz之后，如果此時壓力變送器信號仍小于設定值，則將2#泵置于工頻，啟動3#泵，置于變頻。隨著3#泵運行頻率的增大，管網壓力超過了設定值，則停止1#泵的運行，之后如果管網壓力仍大于設定值，則停止2#泵，3#泵仍置于變頻狀態。以后系統將根據用水量的不斷變化，對3臺水泵進行不斷地啟動、變頻、工頻、停止等循環操作，使系統的供水壓力始終穩定在所設定的壓力上。

5 結束語

      采用可編程控制器實現恒壓變頻供水系統設備，自動保持供水系統壓力穩定，同時plc的使用使系統控制可靠性和抗干擾性大大提高。降低成本的同時，也保證了系統的安全性。該系統融合了plc控制技術、變頻調速技術、反饋控制技術、電機拖動技術，其成功運行在水廠供水控制系統中有一定的推廣價值。