恒压供水PLC控制系统设计与实现侯 姗 (晋中职业技术学院 机电系，山西 晋中 030600) 摘要：恒压供水系统是采用变频调速技术和PLC技术实现自动给水的机电一体化供水系统。该控制系统以供水压力为控制对象，通过PLC控制变频器，进而控制水泵机组转速，达到恒压供水的目的，实现了预期的设计要求。 关键词：恒压供水；可编程控制器；变频调速 0 引言随着科学技术的发展，社会的进步，人口增长，城市的使用空间变得紧张，高层建筑也就应运而生。但是由于受市政管网供水压力的限制，无法直接向整栋高层建筑直接供水，因此，为了保证高层建筑的用水需求，必然要进行二次供水。 传统的二次供水方式耗电量大、水压不稳定并且会造成二次污染，满足不了人们对供水系统可靠性和供水质量的要求[1]。变频恒压供水与传统的供水方式不同，它把先进的自动化控制技术、变频技术等应用于恒压供水系统，可以根据实际用水情况设定管网压力，并使得供水压力保持恒定，使供水和用水之间保持平衡，从而提高供水质量和稳定性[2]。 1 变频恒压供水系统的总体方案设计1.1 变频恒压供水系统控制原理 市政供水首先进入储水水箱，当压力传感器检测到储水水箱有水压时，给PLC发送一个开关量信号，信号经过PLC处理后，启动水泵机组运行；反之，当供水管网停水，并且储水水箱无水压信号时，说明市政停水，压力传感器给PLC发送一个停止信号，使系统停止工作，防止因空抽而给水泵带来损害。 变频泵机组从供水管网抽水提供给住户。首先根据实际需要设定压力给定值，压力传感器把管网压力变成0 V～10 V的电压信号，并传送给PLC，经PLC处理后输出一个0 V～10 V的电压信号，通过模拟量输入接口传送给变频器来控制变频器的输出频率，进一步来控制水泵电机的转速，以使得用户管网的实际供水压力值不随用水量的变化而发生改变，即实现系统的恒压控制。系统原理框图如图1所示。 1.2 变频恒压供水系统的组成 本文的供水控制系统要适用于生活用水的供水要求，变频恒压供水系统主要由执行机构、控制系统、信号检测、人机界面、报警装置和通讯接口等部分组成[3]。其主要构成如图2所示。 1.2.1 控制系统 该系统由供水控制器、变频器和电气控制设备组成，一般安装在供水控制柜中。 (1) 供水控制器是整个控制系统的核心，通常选用可编程逻辑控制器。PLC首先对信息进行采集，然后进行数据运算找出最佳的控制方案，最后通过变频器来控制水泵电机的转速[4]。 (2) 变频器是用来调节水泵转速的装置。 (3) 电气控制设备主要由空气开关、按钮、交流接触器、热继电器等元件组成。  图1 恒压供水PLC控制系统原理框图  图2 恒压供水系统的组成 1.2.2 执行机构 水泵机组是其执行机构，主要是通过改变水泵电机的运行频率来调节供水管网的实际压力。这种水泵的功率一般不会太大，其电机转速的快慢取决于用水量的变化，从而确保供水实际压力达到系统期望值，即供水压力恒定。 1.2.3 信号检测 在系统运行时，需要对管网的压力进行检测。管网压力信号用来检测管网水压的实际值,是恒压供水控制系统中的主要反馈信号。通过压力传感器将压力信号转换成0 V～10 V的电压信号作用于PLC。且供水压力的上、下限也需要检测，从而保证供水系统的可靠运行。 1.2.4 人机界面 它为用户与系统进行信息交流提供了平台。人机界面主要是利用网络技术对系统进行远程操作，实时监控各工序的运行情况，并反映系统的故障情况。 1.2.5 报警装置 报警装置包括故障报警和消防报警。为了保证系统能运行可靠、安全、平稳，应当安装故障报警装置，避免因电机过载、水压超限、电网电压波动较大而造成事故发生。消防报警是用来接收消防开关的信号。 2 变频恒压供水系统的电路设计2.1 控制系统的主电路设计 控制系统主电路如图3所示，其中Q1、Q2、Q3、Q4、Q5分别是接通和断开总电路、变频器和3台变频泵工频运行的空气开关； M1、M2、M3分别为3台水泵电机，交流接触器KM1/KM2、KM3/KM4、KM5/KM6分别控制3台电动机的变频/工频运行模式；电机的工频/变频运行模式既可由PLC程序控制也能手动控制; FR1、FR2、FR3为热继电器，分别对3台水泵电机进行过载保护。  图3 控制系统的主电路 2.2 控制系统的控制回路设计 在本系统中，控制回路是通过PLC控制变频器的输出频率来进一步控制水泵电机的转速。压力传感器把检测出的压力值转变成0 V～10 V电压信号与设定值进行比较，在PLC中进行PID运算，根据运算结果来控制变频器的输出频率，进一步控制水泵电机的转速，以使得用户管网的实际供水压力值不随用水量的变化而发生改变，即实现系统的恒压控制。其电气控制原理图如图4所示。 3 PLC程序设计3.1 控制系统程序 STEP7软件用于对SIMATIC PLC进行程序编制和硬件组态等。STEP7程序的主干是OB1，它作为主程序进行循环处理。操作系统通电后首先运行启动程序，然后进入主循环即OB1，它可以调用其他的逻辑块，也可以被中断。 本控制系统的OB1需要设置控制系统各硬件组成部分的参数，检测报警信号和故障处理信号，对故障子程序进行处理，检测及处理供水管网的压力信号等，程序的整体结构如图5所示，其余流程图略。  图4 电气控制原理  图5 PLC 程序的整体结构 3.2 监控系统组态 监控系统采用西门子Win CC组态软件进行组态。组态时，需要创建一个过程动画、定义系统属性和对变量进行定义等。根据系统要求，本监控系统主要包括系统监控的主界面、系统的报警界面、水泵的运行状态界面和报表的打印等。 4 结论基于PLC的变频恒压供水控制系统将自动化控制技术和变频技术等应用于恒压供水系统，根据实际用水情况设定管网压力，通过PLC控制变频器，再由变频器控制水泵，使得供水管网水压保持恒定，从而提高了供水系统的稳定性，并且在较大程度上避免了电能的浪费，从而节约了能源，对社会的发展具有积极的意义。 参考文献： [1] 李治国.供水系统中水泵的节能控制[J].流体机械,2005,33(2)：45-46. [2] 王侃夫.PLC变频恒压供水系统的电气设计[J].上海电机学院学报,2005,8(3):18-21. [3] 文君,汪引红,郑涛.变频恒压供水控制技术在泵站供水系统中的应用[J].工业安全与环保,2006,32(6):40-42. [4] 杨美芬.自动恒压供水控制系统的设计[J].云南民族大学学报,2009,14(3)：260-264. Design and Realization of Constant Pressure Water Supply System Based on PLCHOU Shan (Department of Mechatronics, Jinzhong Vocational & Technical College, Jinzhong 030600, China) Abstract：In this paper, a constant pressure water supply system is designed, which is based on frequency conversion technology and PLC technology. The water pressure of water supply control system is taken as the control object, the inverter is controlled by PLC, then it controls the water pump to achieve constant pressure water supply, and the desired design requirements is met. Key words：constant pressure water supply; PLC; frequency control 文章编号：1672- 6413(2017)01- 0179- 02 收稿日期：2016- 05- 11； 修订日期：2016- 12- 01 作者简介：侯姗(1982-)，女，山西翼城人，助教，硕士，主要从事自动控制方面的教学工作。 中图分类号：TP273 文献标识码：A |
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