基于PLC的高層生活區(qū)變頻恒壓供水系統(tǒng)研究

李金璞 李姿* 沈陽工學(xué)院

近年來高層建筑層出不窮，要想為這些建筑使用者的生產(chǎn)及生活提供穩(wěn)定可靠的用水保障，就必須采取多元化的手段不斷強化高層建筑供水系統(tǒng)的效率和質(zhì)量，避免由于供水不足等原因給使用者帶來較差的用水體驗?，F(xiàn)階段建筑領(lǐng)域高層建筑供水系統(tǒng)應(yīng)用較多的是水塔及高水位設(shè)備等，不僅經(jīng)濟成本高能量消耗也較大，為了從根源上解決這個問題，為高層建筑使用者提供更加良好的用水體驗。

1 變頻恒壓供水系統(tǒng)

1.1 變頻恒壓供水系統(tǒng)的優(yōu)點

（1）高效節(jié)能、安全衛(wèi)生

（2）恒壓供水

（3）自動運行、管理簡便

（4）延長設(shè)備壽命、電網(wǎng)穩(wěn)定

（5）占地少、投資回收期短

2 基于PLC下的變頻恒壓供水系統(tǒng)

（1）水泵電機的啟動程序：首先要向變頻器供電，PLC程序在控制系統(tǒng)分組控制正式啟動的時候開始運行，將電機和電源輸出端之接觸組件閉合，并連接變頻器外控端子之間所有的常開觸點，切斷，以此來啟動電機。

（2）水泵電機變頻與工頻切換程序：PLC在水泵機正常啟動之后，只要變頻器將其輸出頻率保持在50Hz，系統(tǒng)就會自動對比變頻/工頻輸出電源的相位，若對比結(jié)果一致，則其擴展模塊就會在控制器端子OV信號的控制下執(zhí)行相應(yīng)操作，對變頻器輸出徹底切斷，消除接觸器觸頭電弧。這個操作執(zhí)行完畢后PLC執(zhí)行既定程序，將工頻接觸器精準(zhǔn)的吸合到一起，以此來完成變頻及工頻切換。

（3）PLC通信連接設(shè)置：PLC執(zhí)行專用協(xié)議和RS指令連接階段要進行設(shè)定，操作完成后需要重啟。

（4）PLC數(shù)據(jù)輸出：系統(tǒng)內(nèi)的供水檢測軟件作用是對比信號采集裝置收集到的數(shù)據(jù)和預(yù)先設(shè)定數(shù)據(jù)，以此來調(diào)控供水系統(tǒng)。

（5）PLC設(shè)計方法：供水系統(tǒng)實際控制設(shè)備影響著PLC輸入及輸出點數(shù)的數(shù)量。其輸入端口涵蓋工頻轉(zhuǎn)換器按鈕等五大功能按鈕；輸出端口則涵蓋轉(zhuǎn)換、運行及控制等功能。PLC借助繼電器來將全部的交流接觸器連接到一起，還將控制系統(tǒng)內(nèi)部的強弱電流分隔開來，避免互相干擾與影響，極大的強化了供水穩(wěn)定性及安全性。

3 恒壓供水系統(tǒng)控制原理及變頻器PID

3.1 恒壓供水系統(tǒng)控制原理

該系統(tǒng)在設(shè)計及運行過程中的控制目標(biāo)都是供水系統(tǒng)管網(wǎng)內(nèi)實際供水水壓，對其進行實時檢測，以保證控制對象跟隨設(shè)定好的目標(biāo)值盡可能地減小偏差，保證管網(wǎng)水壓的恒定。設(shè)定的目標(biāo)值可以保持常數(shù)值不變，也可以在一定時間段后發(fā)生改變，但是在每一個變化的時間段內(nèi)，目標(biāo)值仍未常數(shù)值。

3.2 恒壓供水系統(tǒng)控制過程與變頻器、PID

系統(tǒng)控制階段一旦傳感設(shè)備檢測到實際水壓和預(yù)設(shè)水壓出現(xiàn)一定差距，就會自動向系統(tǒng)反饋正偏差值，該偏差值將會傳輸?shù)阶冾l器上，變頻器內(nèi)置PID將該偏差值進行計算和轉(zhuǎn)換，輸出一個執(zhí)行量，該執(zhí)行量為變頻器轉(zhuǎn)變頻率輸出提供了證據(jù)，而當(dāng)變頻器由于受到控制目標(biāo)轉(zhuǎn)變的影響而導(dǎo)致其頻率發(fā)生轉(zhuǎn)變時，就產(chǎn)生了一個頻率的輸出值，該值的作用時使水壓和設(shè)定的目標(biāo)值壓力之間的偏差進一步減小，將其與變頻器即時輸出值相加，即可得到目標(biāo)頻率，進而以此為依據(jù)來借助變頻器對水泵進行針對性的調(diào)控；相反，則反之。變頻器對于水泵轉(zhuǎn)速的控制的目的是為了根據(jù)生活區(qū)用戶的用水需求來隨時的改變水泵的抽水量使其能夠根據(jù)供水量的需求而改變供水量，從而使水泵的抽水量提升提高了管網(wǎng)實際供水水壓，只要實際水壓等同于預(yù)設(shè)水壓，系統(tǒng)閉環(huán)控制即平衡。

4 恒壓供水系統(tǒng)基于MCGS組態(tài)軟件

本研究采用通用監(jiān)控軟件（MCGS）工控組態(tài)軟件對此變頻恒壓供水系統(tǒng)進行模擬調(diào)試，將系統(tǒng)各個參數(shù)傳至監(jiān)控界面，實現(xiàn)對水泵的實時動態(tài)監(jiān)控，借助上位機來調(diào)控水泵的運行狀態(tài)及參數(shù)。

5 結(jié)論

本文對高層生活區(qū)供水系統(tǒng)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢進行分析，結(jié)合自己所學(xué)知識，來針對性設(shè)計出了一個科學(xué)高效的基于PLC的恒壓變頻供水系統(tǒng)，能夠有效解決現(xiàn)階段城市高層生活區(qū)供水系統(tǒng)運行過程中遇到的難題，為其提供更加安全穩(wěn)定的服務(wù)。本文所設(shè)計的系統(tǒng)借助PLC及變頻器來進行供水系統(tǒng)的調(diào)控，在PID調(diào)節(jié)器的輔助下計算得出相應(yīng)的調(diào)節(jié)參數(shù)，來滿足變/工頻切換的需求，自動地調(diào)整電動機的轉(zhuǎn)速和水泵電動機投入的臺數(shù)，實現(xiàn)了恒壓供水。

[1]張振軍.基于PLC下變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2017:25-27.

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