基于PLC控制的城市变频恒压供水系统设计

摘要：变频技术以其方便快捷的控制、良好的节能效果、易于实现软启动对设备的保护等诸多优势在工业控制中得到广泛应用，而近年来随着城市规模的不断扩张，变频技术在城市高位恒压供水方面也越来越受到关注，可以解决水压控制系统中存在的诸多问题。在供水系统中引进变频器结合小型PLC技术，不但可以改变阀门控制水量的传统方法带来的水量不稳定的弊端，同时其在节能、恒压等方面的优势也非常明显，本文介绍了一种基于变频器―PLC联合调控水泵控制水压的系统，真正实现恒压供水。

关键词：PLC 变频调速 恒压供水

随着高位生活用水需求的不断增多，传统的高塔供水系统已经落后。原先的人工水位控制方法，由于无法及时、准确的监测水位，很难精确控制水泵的起停时间；虽然后来使用浮标机械的水位控制装置使供水状况有了一定改观，但由于机械装置的故障多、稳定性差，又给维修带来了很大麻烦。且水泵电机无法随着水量需求自动调速，导致频繁起停从而影响供水压力的恒定及电机使用寿命，且通常设备按最大用水量选取，同时也造成设备及电能的极大浪费。变频技术以其在节能与恒压方面的优越性解决了恒压供水中的诸多问题。本文介绍的恒压控制系统设有多种保护，如水压超限报警、消防压力报警、水位超限报警、水泵电机电流过流报警等等。

一、系统的构成

本系统的基本结构如图1所示，它主要由PLC、变频器、调节器、传感器、水位控制器、流量检测器、报警装置、保护装置、动力控制线路以及三台水泵及辅助装置组成。通过控制柜上的指示灯、按钮、转换开关来了解和控制系统的运行情况。

其中，1#、2#为主泵，3#为附属小泵，正常情况下，两台主泵工作；当用水量很小时，附属小泵工作，维持系统水压。在刚开泵时，通过程序对系统进行水位检测，如果水位不在正常范围内，则自动调用水位调整子程序，开大供水阀门，调节供水量，使其处于设定范围。当水位正常时，起动主泵工作，并自动根据压力检测信号来调整水泵转速。当有消防报警时，系统中断一切工作，转向消防报警子程序。同时起动三台水泵，并让其工频运行，达到消防所需压力。如果变频器和PLC出现故障，则系统还可起动手动装置，保证不间断供水。手动运行由转换开关和继电器来实现。

二、本系统的主要功能及运行方式

1.系统主要功能介绍

（1）报警指示功能：在监控面板上设有变频运行、故障指示和现场电机电流指示等信号。

（2）小流量维持功能：在夜间或公休日，需水量较小时，为了避免主泵的频繁起动、停止，采用一个2.2KW的附属泵工作。

（3）超压保护功能：通过装于管网上的压力传感器，可直接进行管网超压检测，并将信号传给控制装置，一旦水压超过设定值，则PLC会控制变频器降低频率使水泵减速或直接减泵使管网压力降低；如果压力传感器失灵，则实测压力会超出设定水压，此时PLC发出报警，通知操作人员及时处理，以提高供水系统的使用寿命。

（4）水位控制功能：水位高低的检测采用一个浮球传感器。当水位高于某设定值时，浮球悬浮在水中，球内的干簧管接通。若水位低于某设定值时，浮球悬起，内部干簧管断开。当水位超过设定的上、下限时，通过传感器中干簧管的通断向PLC传送此信号，同时发出报警。

（5）水泵的切换功能：系统采用一台变频器通过PLC控制三台水泵的结构， 当设备起动后，一台主泵在变频器控制下变频运行。 当供水压力达到设定值且流量与用水流量平衡时，水泵电机稳定在某一转速。当用水量增加时，水泵将按一定的速率加速至另一稳定转速，若变频泵达到最大转速后，用水量仍在增加时，系统自动将变频泵切换成工频运行，并将变频器切换到另一台主泵，使之变速运行；如果用水量减少，变频泵降低转速，若用水量进一步减少，则系统停止变频泵，将上一台工频泵转为变频运行；当用水量很小时，关闭变频主泵，起动附属小泵，保持管网压力；当管网中水流停止，且管网压力已到设定值，此时附属小泵也停止工作。这样就完成了一次加减泵的循环。

（6）设备的保护功能：该系统具备短路、过热、过载等多种保护，并且能进行蜂鸣报警。

2. 本系统的运行方式

（1） 手动控制

低压控制柜上设有“手动/自动”选择开关。当开关扳到“手动”时，可在现场起动、停止各台水泵以及各个电动阀门，既可手动起动各台水泵变频运行（同一时间只能有一台水泵变频运行），又可对每台泵降压起动及工频运行，还可以直接起动消防压力。该方式主要供检修和变频器故障以及紧急消防时用。

（2） 自动控制

当转换开关转至“自动”状态时，水泵的起、停，阀门的开、闭及泵的变频/工频切换，完全由PLC根据水压状况及程序内部的设定自动调整，最终达到现场无人值守、系统本身全自动控制运行。当合上自动开关后，1#泵通电，变频器输出的频率从0Hz开始上升，同时调节器接收到压力传感器的标准信号，经过运算、比较后，将调节参数送给PLC，如压力不够，则PLC控制变频器调节频率继续上升，直到50Hz时1#泵由变频转换为工频，同时2#泵变频起动，变频器逐渐上升频率至给定值。

三、结束语

随着变频调速技术的不断完善，基于变频器、PLC为核心的智能供水控制系统取代了以往高位水箱和压力罐的供水设备。这种技术以其优越的调速节能、平稳的软启动、恒定的压力供水等特点，不但降低了泵的平均转速，从而延长泵和阀门等元件的使用寿命，同时消除了因起动和停机时的水锤效应，保证了供水压力的恒定，其诸多优点必将在供水系统中得到应用。■

参考文献

[1] 张桂香、李国厚、薛波. 电气控制与PLC应用[M]. 北京：化学工业出版社，2003.7

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[3] 赵永成、阎长罡、李茂成. PLC在变频调速多泵并联供水系统中的应用[J]. 控制工程，2002.11.

[4] 贺玲芳. 基于PLC控制的全自动变频恒压供水系统[J]. 西安科技学院学报，2000.9