PLC和变频器在恒压供水系统设计中的应用

摘要：该文阐述了恒压控制系统结构，用PLC和变频器实现了对三台生活泵的逻辑控制及速度控制，可靠性高，抗干扰能力强。在保持恒压状态下，达到控制流量的目的。

关键词：PLC；变频器；恒压供水系统设计；应用

1.引言

某热动力厂生活水系统由三台22KW的生活泵组成。一直采用手动操作模式，分时段切换电机进行供水，严重浪费能源，频繁开停水泵使水泵因负荷突变而缩短使用寿命，使管网经常受到较大的压力冲击，不能根据水位及管网需要随时调节供水量和供水压力。为使热动力厂供水实现自动化，根据瞬时变化的用水量，统过PLC和变频器自动调节水泵的转速及台数，来改变水泵出口的压力和流量，使生活用水压力保持恒定值。

2.系统结构

图一：给煤机电动机变频调速系统的硬件结构

供水系统如图一所示，P1、P2、P3为三台生活泵，用于加压供水，F1、F2、F3为手动阀门，F4、F5、F6为止回阀。正常供水时，F1、F2、F3为开启状态，只有在检修时才关闭。蓄水池内设有液位控制，当蓄水池呢水位过低时，向PLC发送信号使系统停机，以防水泵抽空。在生活泵现场设立现场操作箱进行就地控制，操作箱上设置“手动/自动”切换开关，以提高系统可靠性，当自动控制系统出现故障，生活泵正常运行，不影响生产。

3.恒压供水原理

图二：恒压供水原理图

本系统以PLC为控制核心，如图二所示，通过PC机设定所需压力，利用安装在出水管网上的远传压传感器将压力信号转换为4―20mA的标准电信号，经过信号处理及由PLC A/D扩展单元变换成数字信号送入PLC，将此数字信号与PC上通过485口传输给PLC的设定值进行比较运算，由数字控制PID算法得出调节参量，经PLC的D/A扩展单元变换后送到变频器，控制变频器输出频率，从而控制水泵电机转速，使管网压力与给定压力一致。

4.系统硬件设计

4.1.系统主电路设计

图三为恒压供水系统主电路图，采用了一台22KW的ABB公司的ACS510系列变频器作为控制系统的核心，采用5SJ63D断路器及3TB40交流接触器作为主要电气元件。交流接触器KM1、KM3、KM5分别控制水泵电机M1、M2、M3工频运行，交流接触器KM2、KM4、KM6分别控制水泵电机M1、M2、M3变频运行。电机的工频运行和变频运行由PLC程序控制或手动切换。主电路图如图三所示。

图三：系统主电路图

4.2.系统控制电路设计

控制电路采用Siemens公司生产的S7-200作为控制核心，主机单元CPU222有八个输入点，六个输出点，扩展单元EM222有八个输出点，模拟单元EM235有四个输入点，一个输出点。PLC系统中，有水压和水位两路模拟信号输入和控制变频器一路模拟量输出，输入的开关量有接触器状态，阀门位置、故障信号、手动按钮等信号，输出的开关量有水泵变频、工频、电动阀全开、全关等接触器控制信号。图四为1#生活泵电动机控制回路。

图四：M1泵控制电路图

5.系统软件设计

3台水泵中，最多只有两台泵同时运行，且只有一台泵在变频调速器的控制下变频运行。当恒压供水设备启动后，PLC首先接通变频接触器，给变频器供电并软启动电动机M1，并调速运行，当用水量大于M1的最大供水量时，压力传感器检测到压力信号总是小于压力设定值，此时PLC输出开泵信号，把运转中的变频水泵切换成工频水泵，然后把变频器输出端接通下一台水泵，并调速运行，依次类推。在自动运行过程中，水泵自始至终软启动，先启动先停止，循环运行，保证每台水泵平均工作时间相同。

通过安装在水池的浮球水位计把水位变为电信号，经信号处理，由PLC输出选通信号把水位信号送入A/D扩展单元进行模数转换，然后由PLC读入，并与设定的低水位值比较。

6.监控系统设计

监控系统由MCGS组态软件设计开发，能实现实时监视阀门、水泵的运行状态和相关数据，读出水压及流量、阀门的开度、水池水位等参数，并有各种报警实时显示和记录。PC采用研华IP610，系统平台为windows2000，考虑到距离较远，PC与PLC之间选用RS485通讯方式。

7.结束语

采用变频调速恒压供水系统，消除原有系统供水管网经常出现的超压或低压，有利于延长管网的寿命，降低管网、阀门等损坏的发生率，用一台变频器实现了三台水泵的软启动，消除了启动电流对电机及电网的冲击，从而减少了设备损耗，延长了水泵、电机设备的使用寿命，且使系统实现了高效节能。

参考文献：

[1]汪晓光，孙晓瑛等.可编程序控制器原理及应用（第2版）.北京：机械工业出版社，2001

[2] 常斗南.可编程序控制器原理、应用、实验. 北京：机械工业出版社，2002

作者简介：仵征 河南周口人，男，研究生，讲师，研究方向：机电一体化方面的教学与研究