简述PLC变频调速恒压供水系统的分析

专版ｌｊ水利建设　

ＰＬＣ　在恒压供水系统运行中的可靠性分析　

张伟铃　

【福建三钢（集团）有限责任公司棒材厂］　

摘要：基于ＰＬＣ和变频调速器控制的恒压供水系统，具有完善的控制和保护功能，明显提高经济节能效益，因此开发可靠性高、控制　性能好的恒压供水系统具有很高的实用价值。系统的组成、恒压供水系统构成、工作原理、运行方式、独特的模拟量处理方法和设计要　点进行分析。　关键词：控制器（ＰＬＣ）；变频器；性能：恒压供水　

目前，国内多数供水企业仍使用传统的恒速泵组切换加压　

的供水方式，水压不稳，而且浪费电能。统计表明，我国每年水　泵消耗的电能约占电能总耗的２０％以上，而电耗又占水费成本　

的６０％以上，所以优化对水泵的控制具有重要的意义。　

１恒压供水控制系统的性能要求　

①可实现多种起停控制方式，可进行恒压变量控制和双恒　

压变量控制等，定压精度在±１％内；②具有自动、手动及异地操　

作功能；③应用ＰＬＣ和变频器对电机进行软启动软停止，以减　少设备损耗，延长电机寿命；④可进行智能化控制，能任意修改　指令参数，如压力设定值、压力上下限值、控制电机数量、ＰＩＤ值　

等；⑤具有完善的电气安全保护措施，对过流，过压，欠压，过　

载，断水等故障均能自行诊断并报警；⑥整个系统可靠性要高。　２恒压供水系统构成　

恒压供水控制系统由ＰＬＣ控制器、变频器、触摸屏显示器、　压力变送器、水位变送器、软启动器、水泵电机组、电机保护装　

置以及其它电控设备等构成，如图１所示。　

图１恒压供水控制系统示意图　

供水系统由３台水泵组成，其中１台为备用水泵，由１台　

变频器切换控制任意１台电机调速。可变供电回路由变频器提　

供的变频回路和工频回路组成，通过ＰＬＣ将各水泵按一定的规　律投入或切除，使供水获得最佳的配置状态。具体采用“先投先　

停，先停先投”的原则对３台水泵设立运行与停止时间控制序　列。为了说明变频恒压控制的方式，细化图１中的水泵电机部　

分，如图２所示。　

基于西门子PLC控制的变频恒压供水系统的设计

摘要：随着经济的快速发展和国内生产、生活用水的不断增加，供、用水系统的矛盾越来越突出。传统的供水系统一般由气压罐、启动控制柜、电动阀等设备来实现，这种方式控制的恒压供水系统管网压力波动大，水泵启动频繁，故障率较高。现由变频器、西门子S7-200PLC、管网压力传感器等通过PID调节来实现管网的恒压供水。该方式控制精度高，管网压力波动性小，压力稳定，控制水泵数量不受限制、故障率低等优点，故可在供水系统中广泛推广应用。

关键词：西门子PLC；变频恒压；供水系统；自动控制技术

引言：由于传统的恒压供水系统具有较大的局限性，本文介绍的利用变频器和PLC技术设计的恒压供水系统消除了传统供水系统的局限性。本文从恒压供水系统的组成和功能、PLC技术的程序设计、试验和结论这三个方面对该系统进行了阐述。

1恒压供水系统概述

恒压供水系统主要由三部分组成，分别是设计控制单元、执行单元、检测反馈单元。这三个单元紧密联系、缺一不可。只有这些单元互相配合，才能实现系统的恒压供水功能。这三种单元的概况分别是：①控制单元：控制元件是恒压供水系统中最重要的组成部分之一，通常采用S7-200可编程控制器对其进行控制，具有稳定性和可靠性的特点。由S7-200可编程控制器实现的控制单元操作简单、方便、直观，而且其通信功能强大。②执行元件：执行元件也是恒压供水系统中最核心的部分，它由独立的变频器组成。其主要负责接收控制单元发出的信号来调节电机的输出频率，调节水泵转速，最终实现控制管网压力的功能。③检测反馈单元：检测反馈单元是控制系统中不可缺少的部分，只有在检测元件的帮助下，才可测量出管网的实际压力，管网压力检测采用扩散硅管道式压力变送器，其特点是把隔离的硅压阻式压力敏感元件封装于不锈钢壳体内制作而成。它能将接受到的液体或气体压力转换成标准的4-20mA电流号对外输出至PLC系统，从而保证系统的正常、高效运行。

毕 业 设 计 论 文

目 录

前言................................................................ 1

一、PLC控制的变频恒压供水的概况 .................................... 2

（一）PLC技术 ...................................................... 2

（二）变频器技术 ................................................... 3

二、变频驱动方式和调节方式以及压力传感变送器的使用.................. 4

（一）恒压供水系统的驱动方式 ....................................... 4

（二）恒压供水调节方式 ............................................. 4

（三）关于压力传感变送器的使用 ..................................... 4

三、常见的供水方式及变频恒压调节的基本原理.......................... 5

四、水泵的转速与其扬程H、流量Q及功率的关系 ........................ 7

五、PID控制及调节 .................................................. 8

六、PLC、变频器控制的恒压供水系统方案.............................. 11

（一）方案特点 .................................................... 11

（二）变频-工频双回路恒压供水方案优点 ............................. 12

关于PLC控制变频调速恒压供水系统设计的探讨

摘 要：恒压供水是指用户端在任何时候,不管用水量的大小,总能保持管网中水压的基本恒定。恒压供水系统的控制策略是采用可编程控制器(plc) 和变频调速装置优化控制泵组的调速运行,并自动调整泵组的运行台数,完成供水压力的闭环控制,在管网流量变化时能达到稳定供水压力和节约电能的目的。

关键词：plc；恒压供水；自动控制系统；设计要点

引言：随着对住宅小区和企事业单位供水质量要求的不断提高，传统的水塔式供水方式和直接水泵加压等供水方式已经不能满足人们生产生活的需要。由于用户用水在高峰和低谷时用水量相差很大，不利于设备的经济运行，降低了供水设备尤其是电机的使用寿命，浪费了大量的电能。随着变频调速技术的不断发展，恒压变频供水设备开始应用到多层住宅小区及企事业单位的供水，提高了供水质量，节约了大量电能。下面以一个住宅小区的变频恒压供水设备为例，介绍变频调速技术的恒压供水自动控制系统。

一、工程案例分析

广东广州市某住宅小区共有住宅楼15 幢，最高为9层，每幢由两根dn50 水管并联供水，进入小区总管为一根dn100 水管。设计流量为40t/h，需增补扬程20m，以保证出水压力达到0.31mpa。

二、恒压供水系统的组成及工作原理

1、恒压供水系统

小区的恒压供水系统由2 台变频电机拖动的水泵机组、1 台泵

类专用变频器、1 台可编程控制器plc，再加上电磁阀、压力传感器等组成，如下图1 所示。

该系统的工作过程如下：蓄水池隔离市政的自来水网和小区供水系统，起到一定的缓冲作用。小区供水系统由2 台水泵机组加压供水。系统启动时，变频器控制1 台变频电机低转速启动，通过变频器逐步提高水泵转速，出水口压力传感器将水压信号反馈给plc

从而调节变频器输出频率，如果第1 台电机传速调节到最高时出水口压力仍然达不到设定值，则需要增加另一台水泵。增加水泵时，首先将第1 台水泵从变频器供电通过接触器组转换到由电网直接供电，即由变频转换到工频。然后通过变频器控制第2 台变频电机软启动，逐步增加第2 台电机的转速，直到出水口的水压达到设定值。当用户的用水量较小时，1 台电机就可以满足水压的要求，用水高峰时，2 台电机同时投入运行。2 台电机互为备用，大大提高了系统的可靠性，而且在用水低谷时，还可以对电机进行必要的维护检修。