基于PLC变频控制恒压供水系统设计

【摘要】本文介绍了PLC与变频调速技术的恒压供水控制系统的设计在实验室中的应用，采用PLC进行逻辑控制，变频器用来调节管网口的压力。通过测得管网口的压力与给定的压力进行比较，由PLC控制变频与工频的切换。本文采用OMRON C系列小型PLC控制器结合富士FRENIC 5000G11S系列变频器控制水泵，现变频恒压供水系统[1]的设计。并结合一些辅助控制器件实现对系统的保护，使系统运行平稳可靠。

【关键词】变频器；PLC；恒压供水

1.引言

随着变频调速技术的发展和人们对生活用水质量的提高，变频恒压供水系统取代了传统的供水系统，已普遍用于居民用水系统。目前，国内大多数企业仍使用传统恒压泵进行切换加压的供水方式，水压不稳，而且造成能源浪费。所以，开发可靠性高，价格优廉、控制性能好的恒压供水系统具有很高的实用价值。变频恒压供水方式与过去水塔或高位水箱以及气压供水方式相比，不论是设备的投资，运行的经济性，还是系统的稳定性、可靠性、自动化程度等方面都具有无法比拟的优势，而且具有节能效果。目前变频恒压供水系统正向着高可靠性、全数字化微机控制、多品种系列化的方向发展。本文采用PLC和变频器实现恒压供水控制系统的设计[2]。水压波动小，运行平稳。是当今先进合理的节能供水系统。

2.变频调速恒压供水系统结构及原理

系统采用两水泵进行供水，选用FRENIC 5000G11S变频器，PLC选用欧姆龙小型PLC[3]，变频调速控制是恒压供水系统的核心，系统由变频器控制水泵将水直接加压或减压送至管网出口，根据测得的管网出口处的压力，由压力传感器将压力信号送入PID调节器，PID调节器根据压力设定值与压力实际值的偏差，对压力进行PID调节，输出频率给定信号IRF（4～20mA）给变频器，变频器根据频率给定信号IRF控制水泵的转速，并在PID调节器上设定压力的上下限，PID将此信号送入PLC控制器，从而实现两台水泵之间的工频、变频的切换。其系统原理图如图1所示：

图1 恒压供水系统原理图

3.恒压供水系统设计

3.1 主电路设计

系统采用手动和自动两种控制方式，PLC首先使主水泵变频启动，压力传感器将母管压力反馈给PLC，与预先设定的给定压力比较，通过PID运算，调节变频器的输出频率[4]，以维持水压恒定。若用水量大到1台水泵全速运行也不能达到给定压力时，PLC将该水泵由变频运行投入到工频运行，同时将另一台水泵投入到变频运行，增加管网供水量以保证压力稳定。当用水量减少时，PLC首先将工频运行的泵停掉，减少供水量，整个系统保证变频运行时只有1台泵变频恒压供水。系统采用变频泵循环方式，以“先开先关”顺序关泵，既保证了系统有备用泵，又有效的防止备用泵长期不用出现“绣死”现象。系统主电路图如图2所示：

图2 系统回路图

3.2 控制电路设计

控制电路如下图3所示，SB1控制系统的启动，SB2控制系统的停止，当水泵出现过载时，A5灯亮。当变频器出现故障时，A6灯亮。A1、A2分别为泵1的变频、工频运行指示灯，A3、A4分别为泵2的变频、工频运行指示灯。其PLC控制器的I/O点数分配如表1所示：

表1 I/0点数分配

输入 输出

启动按钮 0002 泵1变频控制 0500

停止按钮 0003 泵1工频控制 0501

压力上限信号 0004 泵2变频控制 0502

压力下限信号 0005 泵2工频控制 0503

变频器故障信号 0006 泵过载指示灯 0504

变频器故障报警指示 0505

图3 系统控制回路图

4.PLC控制流程图设计

根据恒压供水操作要求，PLC控制系统要随时监控自来水以及供水口的情况来决定是否要起动水泵，PLC控制程序设计的主要任务是接收各种外部开关量信号的输入，判断当前的供水状态、输出信号去控制继电器、接触器、等的动作，进而调整水泵的运行。PLC和变频器是本系统的核心部分，系统稳定运行的关键取决于PLC程序的合理性和可行性以及变频器参数的设定。本系统采用手动或自动两种工作方式，系统启动后，泵1首先进人变频运行，当检测到压力上限信号时，变频泵切换为工频，启动另一台泵变频运行，当检测到压力下限信号时，工频泵切除，仅变为变频泵工作，系统设计程序流程图[5]如图4所示：

图4 变频恒压供水系统设计流程图

5.结论

由OMRON C系列小型PLC控制器结合富士FRENIC 5000G11S系列变频器和压力传感器组成的恒压供水系统，达到恒压供水的目的，实现真正意义上的无人值守的起闭、循环切换水泵。由于变频器具有软启动的功能，消除了启动大电流对电网的冲击，从而延长泵的使用寿命。该系统可广泛应用于工业供水、生活供水、消防供水、集中供热等供水系统。实际运行情况证明了本系统具有可靠性高、自动化程度高、便于维护和高节能性等特点，具有很大的应用价值。

参考文献

[1]魏景田.基于变频调速的恒压供水系统[J].科技资讯，2008（2）：48-49.

[2]李丽敏，叶洪海，张玲玉.PLC恒压供水系统的设计[J]自动化与仪器仪表，2008（01）：19-25.

[3]郑平，范学玲，赵振林.基于PLC与变频调速的恒压供水系统设计[J].硅谷，2010（12）：57.

[4]周雄，王浩.论变频控制节能技术及应用[J].贵州科学（增刊），2007，25：334-338.

[5]廖常出.PLC编程及应用[M].北京：机械工业出版社， 2004.

作者简介：杨月（1987—），女，安徽蚌埠人，中北大学机械工程与自动化学院硕士研究生在读，主要研究方向：模式识别与智能系统。