PLC、变频调速在二次加压泵站及监控系统中的应用

摘要：利用PLC、变频调速等先进技术改造后的加压泵站及其远程监控系统，实现了二次加压泵站无人值守并全自动变频恒压供水，对泵站能实时监控，实现安全生产和科学调度，促进了二次供水的科技进步。

关键词：PLC 变频调速 恒压供水 实时监控

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）09（b）-0047-01

随着经济的发展，城市规模不断扩大，供水事业面临严峻的考验。全市许多二次加压泵站在改造前设施老化，管理又都分散于各物业公司，人员素质参差不齐，故障频发，经常停运，居民为此十分不满。为此，自来水公司决定收回全部加压泵站，进行技术改造。随着PLC技术及变频调速技术的日趋成熟，已被广泛用于工业控制中。因此将PLC技术及变频调速技术用到泵站改造中，使得泵站顺利地完成升级换代。在对二次加压泵站进行了技术改造后，由于全市有几百个加压泵站，点多面广，管理人员难以及时了解各泵站运行信息，这关系到泵站管理的及时性和安全性，为此又开发了一套远程监控系统，通过调度中心的上位机远程监控泵站运行情况。

1 PLC技术概述

可编程控制器（Programmable Logic Controller）简称PLC，是从早期的继电器逻辑控制系统发展而来，它不断吸收微计算机技术，使之功能不断增强，它具有高可靠性及强抗各种干扰的能力，编程、安装、使用简单，低价格长寿命的特点，近年来在工业自动控制、机电一体化、改造传统产业等方面得到普遍应用。

PLC控制系统的结构：由输入元件，PLC，输出执行机构，编程终端等组成。

PLC主要由输入模块、输出模块、CPU模块构成。CPU模块主要由处理器和存储器组成，它不断地采集输入信号，执行用户程序，刷新系统的输出，存储器用来存储数据和程序。

编程终端是一种用于对PLC进行编程的工具，可用于：创建和传送用户程序到程序存储器；调试用户程序并控制系统的启动；对于执行装置的诊断。

2 二次加压泵站变频恒压供水原理（图1）

传统的二次供水主要利用恒速泵加压供水，无法对供水管网的压力变化及时做出反应。依靠人工手动控制，为保证供水，常常满负荷运转，机器损耗严重，事故频发。改进后的全自动变频恒压供水方式是：当自来水压力低于用户所需用水压力时，二次加压泵站在PLC的控制下将及时利用变频器软启动一台水泵，安装在用水管网上的传感器不断地将实测的管网压力反馈进变频器，与预先设定的给定压力进行比较，通过变频器内部PID运算，调节变频器输出频率，进而控制水泵的转速，管网压力越高，水泵在变频器的控制下转速越慢，反之就越快。在用水量较大时，变频器输出频率接近工频而管网压力仍达不到压力设定值，PLC将当前工作的水泵由变频工作切换到工频工作，再将变频器切换到另外一台水泵上，由变频器软起动该泵，实现一台变频一台工频方式工作，随着用水量的减少，变频器输出频率减少，当减到频率下限，而压力仍能达到压力设定值时，PLC将工频工作的水泵关掉，只由剩下的变频泵单泵工作，当自来水压力本身能满足用户用水压力时，加压泵站就停止工作。系统无论是单泵变频工作，还是一台工频一台变频双泵工作，始终控制管网压力与给定值保持一致，实现全自动变频恒压供水。

3 二次加压泵站远程监控系统

3.1 调度监控中心

由两台监控计算机通过调制解调器及市话网线路与各二次加压泵站内的远程监控终端机通讯。

3.2 通讯系统及方式

调度监控中心与各二次加压泵站构成网络通讯系统，系统通讯方式为有线半双工方式，采用类似TCP/IP协议，以ASCII码通讯方式传输数据。每台终端机均有一个3位的编码，构成主从通讯网，调度监控中心有自动呼叫权。在通讯发生前，调度中心主机将欲发送的数据打包，再通过MODEM发送，等待数据回传，下位终端机接到信息后，首先进行地址校验，判断是否是发送给本机，若是，便将现场的数据打包回送给调度中心主机，主机将数据块进行解包，对应处理后形成泵站信息表供分析处理，同时向下位终端机发送结束符，上位机可以主动呼叫任一终端机，终端机除了被动回送现场信息，还可在检测到异常信号后将数据上传至调度中心主机，及时通知监管人员分析解决。

3.3 现场监控终端

采用具有较高可靠性、存储量适中、经济实用的TSX Nez系列产品构成监控终端，完成现场数据的采集、报警、变频器保护后自动复位等功能。现场监控终端通过市话网线路与调度监控中心进行信息的传递（RS-485到RS-232转换）。

3.4 仪表及现场传感器

监控现场需测量的参数有：供电电压、泵机电流、泵站进水压力、出水压力、变频器工作频率，配置有电压、电流传感器等相应变送器，均需输出4～20mA标准信号。

3.5 软件开发及功能

采用功能较强的“组态王”工控组态软件及VB6.0语言开发平台，各远程终端应用程序均用PL707 for Neza控制语言编写，功能可随时扩充。

4 结语

此次二次供水的系统改造，采用了使用简单、编程灵活，可靠性高的工控设备PLC以及具有PID调节功能的变频器作为主要控制设备，确保在全流量范围内利用变频泵的连续调节和工频泵的分级调节相结合，恒压供水。监控系统实现了计算机和PLC的有效结合，实时监控，及时报警。从系统几年的运行结果来看，该系统运行稳定、可靠，解决了泵站统一管理中存在已久的问题，节省了大量人力、物力，推动了我市供水事业的科技进步。

参考文献

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