基于变频器和PLC的恒压供水系统技术改造

【前言】基于变频器和PLC的恒压供水系统技术改造由文秘帮小编整理而成，但愿对你的学习工作带来帮助。该企业因位于市区边缘地带，市政自来水压力较低，故建加压站充压供水。其原有供水系统使用继电接触器进行控制，水压控制由值班电工手工操作，通过启停加压站的水泵及调节出口阀开关来实现。这种控制方式自动化程度低，系统线路复杂，故障频繁，维护困难，需要工人24小...

摘 要：介绍了应用变频器、plc、压力传感器及压力模块、数模转换模块改成的智能控制系统对供水系统进行技术改造，论述了控制系统的工作原理、硬件软件设计。通过实践证明，PLC与变频器配合控制，可以较好地实现恒压供水和节能的目标。

关键词：PLC；变频器；恒压供水；自动控制

中图分类号：F403.3 文献标识码：A

近年来，供水系统的供水质量及节能越来越引起人们的广泛关注。笔者2006年暑假带学员到合作企业进行工学结合培训期间，就帮助该企业搞了供水系统技术改造，有效地实现了企业供水水压的恒定和节能目标。

1 企业原供水系统存在的问题

该企业因位于市区边缘地带，市政自来水压力较低，故建加压站充压供水。其原有供水系统使用继电接触器进行控制，水压控制由值班电工手工操作，通过启停加压站的水泵及调节出口阀开关来实现。这种控制方式自动化程度低，系统线路复杂，故障频繁，维护困难，需要工人24小时看守泵房，能效低，电能浪费严重，水压不够稳定，对员工生活、企业生产和消防安全都产生不利的影响，很有必要对其进行技术改造。

2 技术改造方案

经过深入调研，结合具体情况，笔者制定了供水系统技术改造方案，其要点如下：

2.1 系统结构及控制要求

新的供水系统由主供水回路、备用回路、加压站（蓄水池及泵房）组成，泵房安装2台泵机，采用市政自来水管网和蓄水池水源向企业管网供水，有多个电动阀控制供水回路和水流量。

供水系统的控制要求如下：

供水系统设定出水恒压为0.6MPa。当外来自来水压力低于设定水压，或企业用水量大，管网水压低于设定水压时，控制系统能自动控制水泵的工作模式及投入运行的水泵台数。系统以水管压力与设定压力保持一致为原则，时刻采集极限频率信号和压力反馈信号，通过PLC进行逻辑判断并输出相应的指令，控制水泵工频电源供电与变频器供电的切换，进而控制水泵的运行，以保证供水系统的水压恒定。

2.2 控制系统的硬件设计及工作原理

2.2.1 系统主电路硬件设计及PLC的I/O分配

改造后的控制系统由三菱FX2N—60MR型PLC、FR—A540—15K—CHT1.5KW型变频器作为控制主机，加上PS4型压力传感器及其压力模块、数模转换模块、接触器、自动开关、蓄水池水位电极、水塔水位电极及显示报警装置等组成。系统主电路如图1所示。

系统通过PLC转换开关，可选择自动和手动两种工作方式。当选择手动方式时，可控制各泵在工频下运行与停车，用于定期检修或变频器出现故障时临时供水。在自动方式下，两台水泵可变频工作，也可工频工作，由PLC4个输出点（Y1—Y4）控制其接触器（KM1—KM4）线圈的得电与失电。

系统选用带电接点式的水压传感器，它能将检测到的压力信号对应转换成相应的电信号反馈进变频器。系统不但有水压检测功能，还有水泵电机过载保护、供电相序故障显示、变频器故障检测与报警功能。如果出现故障，系统会自动停机，同时故障指示灯发亮。系统对水泵电机的各种运行状态也进行相应的灯光显示。PLC的I/O分配图如图2所示。

2.2.2 控制系统工作原理

系统设计时要根据供水系统的设定压力值给变频器设定一个给定频率值。供水系统工作时，安装在水泵出水管的压力传感器通过相关转换模块将检测到的压力值转换成相应的电信号，反馈到变频器，再经过A/D转换模块转换成数字量信号，输入到变频器的PID控制模块，与压力设定值进行比较。如果传感器的压力信号低于设定压力时，变频器就会将频率升高去改变水泵转速，并通过PLC控制水泵工频电源供电与变频电源供电的切换，自动控制水泵运行的台数，实现闭环控制，使供水压力保持恒定。当用水需求量较大时，变频器输出频率接近工频（50HZ），此时若供水压力还达不到设定压力值时，则延时3秒后变频器的高频信号进入PLC，通过PLC将1#水泵电机由变频运行转换成工频运行，并起动2#水泵电机变频运行，以确保供水压力恒定。当用水要求量下降时，压力传感器的压力变化信号与设定压力在变频器中比较后，产生偏差电压经PID控制器运算，令变频器的输入频率下降，当降至频率下限（20HZ）时，则PLC延时3秒后关闭2#泵，留1#泵工频运行。若用水量不断减小时，PLC就将1#泵切换为变频运行供水，使水压保持恒定。

2.3 变频器的参数设置

变频器的参数设置如下表：

2.4 系统的程序设计

根据系统工作原理和电路逻辑功能，笔者用三菱GX Developer编程软件进行PLC程序编写，绘制梯形图。但为了保险起见，Y1与Y2、Y1与Y3、Y2与Y4之间在程序中也进行了互锁，即Y1与Y2不能同时有输出，Y1与Y3、Y2与Y4也同样不能同时有输出，否则，就会发生变频器同时拖动两台泵，或工频电直接串入变频器输出端U、V、W而损坏变频器等严重事故。系统程序流程图如图3所示。因篇幅所限，PLC梯形图略。

3 结束语

系统经调试后投入运行，经1年多来的使用表明完全达到设计要求，系统安全、稳定、可靠性高、能耗低、使用维护方便，无需专人值守泵房。不管外来自来水压力及企业用水量如何变化，系统都能保证供水压力恒定。据企业测算，供水系统与改造前比较，每年可节约电费、值守工人工资、设备维修费共10多万元。实践证明，PLC与变频器配合控制，能较好地实现恒压供水和节能降耗增收的目标。

参考文献：

[1] 韩安荣. 通用变频器及其应用[M]. 北京：机械工业出版社，2005.

[2] 廖常初. 大中型PLC应用教程[M]. 北京：机械工业出版社，2007.