PLC与变频器在恒压供水系统中的应用

PLC与变频器在恒压供水系统中的应用

马继辰

（中国石油哈尔滨石化分公司黑龙江哈尔滨150056）

摘要：进入21世纪以来，市场经济蓬勃发展，生产力不断提高，自动控制系统得到广泛发展与应用，自动控制系统已经成为工业生产的支柱，其中可编程控制器PLC、计算机、变频器更是在工业自动化领域中起着至关重要的作用。本文主要介绍了PLC与变频器、触摸屏在恒压供水系统中的实际应用。

关键词：PLC；变频器；触摸屏；调节器；压力传感器

0.引言

电和水都是人们生活、生产不可或缺的重要资源，节能节水已经成为当今社会的主流话题。我国是一个水资源和电能源短缺的国家，长期以来在工业生产循环供水、高层建筑供水、市政供水等方面都很落后，自动化程度较低。随着国家对供水行业的关注和投资逐年增大，供水系统自动化水平不断提高，PLC、变频器在供水行业应用逐步增多。变频恒压供水现已成为供水行业的主流，利用PLC驱动变频器实现集中控制和在线监控，再通过与触摸屏连接，可以使数据更清晰，控制更加形象、直观，操作更加简单方便。

1.变频恒压供水系统的组成

变频恒压供水系统的基本构成主要PLC、变频器、触摸屏、压力传感器、调节器、电动机以及水泵组成。系统主要可以分为执行机构、信号检测机构、控制机构三大部分。

（1）执行机构是由一组水泵组成，其中包括一台变频泵和两台工频泵构成，变频泵用于将水供入用户网络，由变频器调节电动机转速，来维持管网水压恒定。工频泵只运行启、停两种工作状态，用以在水量大的情况下工作。

（2）信号检测机构就是在系统控制过程中需要检测管网的水压信号、水池水位信号和报警信号，管网水压信号主要就是恒压供水控制的反馈信号，反映用户的水压值。水池水位信号是对供水的上限压力和下限压力进行检测，反应水泵进水水源是否充足。报警信号反应水泵电机是否过载，变频器是否异常。

（3）控制机构包括PLC系统、变频器和触摸屏三个部分。PLC系统直接对系统中的压力、液位、报警信号进行采集，对来自压力传感器上的4-20mA或者0-10V标准信号通过运算与给定压力参数比较，输出运行频率到变频器进行控制。变频器是对水泵进行转速控制的单元，通过PLC送来的控制信号改变调速泵的运行频率，完成对调速泵的转速控制。触摸屏可以使用户通过屏幕了解和控制系统的运行。

2.变频恒压系统的控制流程

该系统有手动与自动两种控制方式。手动方式时，通过触摸屏或控制柜上的启动和停止按钮控制水泵运行，可根据需要分别控制1#~3#泵的启停，该方式主要是供设备调试、自动控制故障和维护时使用。自动方式时，系统得电后，在接收到有效的自动控制信号后，首先启动变频器使注水泵M1工作，变频器的输出频率是从设定的下限频率开始上升，根据压力传感器测得用户管网的实际压力和设定压力之间的偏差，通过PLC调节变频器的输出频率，控制M1的转速，当输出压力达到设定值，其供水量与用水量相平衡时，转速才稳定到某一定值，这期间M1工作在调速运行状态。当用户的用水量开始增加水压减小时，压力传感器就会反应水压减小的信号，PLC得到偏差就会变大，输出信号就会变大，变频器的输出频率也会变大，增加电动机的转速，使供水量增大，最终达到一个新的稳定值。同理，当用户用水量减少水压增加时，通过压力闭环，减小水泵转速到另一个稳定值。当有大量用水时，变频器的输出频率已经达到上限的50HZ，但用户管网的实际压力还是达不到设定变准时，为满足用户需求，PLC设定的程序驱动I/O端口开关量的输出来实现切换交流接触器组，使得1#泵变频切换为工频，2#泵变频启动，若压力还是达不到设定压力，则2#泵由变频切换为工频，3#泵变频启动。如果三台泵启动还是无法满足设定，当3#泵的变频输出频率达到50HZ时，控制系统会发出水压报警。用水量减小后，变频器的输出频率下降到下限频率，用户的水压还是高于设定压力，PLC系统就会从起始泵开始切除，始终保持管网水压到达一个稳定值。为保证水泵长时间运行，自动运行时三台水泵可进行依次轮换。

3.PLC控制系统

该系统采用三菱FX2N-32MR的PLC，FX2N系列PLC采用一体化箱体结构，其基本单元是将CPU、存储器、输入输出接口及电源等都装在一个模块内，是一个完整的控制装置。结构紧凑，体积小巧，成本低，安装方便。FX2N系列PLC基本单元的输入输出比为1：1.PLC的编程元件从物理实质上讲是电子电路及存储器，常用继电器中类似元件命名，称为输入继电器、输出继电器、辅助继电器、定时器、计数器、状态继电器等。该系统采用可编程控制器的开关量输入输出来控制电机的起停、自动投入、定期切换，供水泵的变频及故障的报警等，而且通过PLC内置的PID给定电机的转速、设定压力、频率、电流、电压等模拟信号量。

控制系统的控制部分I/O分配

4.触摸屏的功能

触摸屏是人机界面的一种形式，它是系统与用户之间进行信息交互的媒介。主要的功能有：画面显示功能，系统可以在机器上自动生成系统检查及报警监控画面，还可以显示文字、图表、可以进行设定数据，还可以设定显示日期、时间等；画面操作功能，可以通过操作单元进行更改PLC数据和修改PLC机内的程序；监视功能，可以通过画面监视PLC内部元件及数据寄存器数据数值，并对元件执行ON/OFF状态；数据采集功能，可以设定采样周期，记录指定数据寄存器的当前值，并以清单或图表的形式显示；报警功能，可以使最多256电PLC的连接位元件与报警信息相对应，在这些元件置位时显示一定画面，给出报警信息。

5.结束语

该系统通过PLC与变频器结合实现控制系统，触摸屏相连接实现监控操作系统。真正实现了现场无人值守的全自动循环切泵、变频运行，保证了供水系统各个机泵的运行效率，消除了启动大电流冲击和单机泵运行时间过长的影响，增加了电机与泵的使用寿命，从很大的程度上减小了维修的劳动强度。本公司家属区与主办公楼分别投用该系统7年和5年，解决了以往出现的供水系统出现的压力大漏水和用户用水压力小等存在的问题，而且节能效果十分明显。因此该系统实现了从节能和提高生活用水质量两大方面的问题。

参考文献：

[1]田思庆主编.自动控制原理.中国水利水电出版社.2006

[2]巫莉主编.电气控制与PLC应用.中国电力出版社。2008

[3]宋爽周乐挺主编.变频技术与应用.高等教育出版社.2008