基于PLC控制的全自動(dòng)變頻恒壓供水系統(tǒng)

呂天貴

摘要：社會(huì)經(jīng)濟(jì)在快速的向前發(fā)展，住房體制得到了大幅度的改善，提高了人們的生活水平，房屋建設(shè)的快速發(fā)展推動(dòng)了人們對(duì)于基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展。供水系統(tǒng)是小區(qū)建設(shè)當(dāng)中的重要組成部分，為了保障住戶的正常生活和工作，需要確保整個(gè)供水系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和可靠性。傳統(tǒng)的恒速泵加壓供水整體工作效率比較低，不具備穩(wěn)定的可靠性，不能滿足當(dāng)前人們對(duì)于生活的需求。

關(guān)鍵詞：恒壓供水；變頻調(diào)速；PLC

一、變頻恒壓供水系統(tǒng)特點(diǎn)及其安全性討論

1.滯后性

用戶管網(wǎng)的水壓是供水系統(tǒng)當(dāng)中的主要控制對(duì)象，它是一個(gè)過(guò)程控制量，整體處于動(dòng)態(tài)的變化過(guò)程當(dāng)中。水壓和濃度、溫度以及流量過(guò)程控制量進(jìn)行比較，會(huì)發(fā)現(xiàn)整體的控制作用會(huì)具有一定的滯后性，水泵轉(zhuǎn)速控制的變頻器也會(huì)產(chǎn)生著不同程度的滯后效應(yīng)。

2.非線性

管阻和水錘會(huì)對(duì)用戶管網(wǎng)造成不同程度的影響，水泵轉(zhuǎn)速整體的變化和管網(wǎng)壓力的變化不成正比，造成這個(gè)現(xiàn)象是因?yàn)樗米陨砭哂幸欢ǖ奶匦?，變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)一個(gè)非線性的系統(tǒng)。

3.多變性

通用性是變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的鮮明特點(diǎn)，目前供水系統(tǒng)存在著許多樣式，不同的供水系統(tǒng)，內(nèi)部的用水量、管網(wǎng)結(jié)構(gòu)都存在著比較明顯的差異，整體系統(tǒng)的控制對(duì)象模型具有非常大的多變性。

4.時(shí)變性

變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)在整體運(yùn)轉(zhuǎn)的過(guò)程當(dāng)中，需要加入適當(dāng)?shù)亩勘?，可以起到基本的控制作用。定量泵?duì)于整個(gè)系統(tǒng)的控制是非常全面的，變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的模型參數(shù)，會(huì)受到定量泵運(yùn)行狀態(tài)的干擾。數(shù)據(jù)的不穩(wěn)定性會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)發(fā)生時(shí)變，因此，變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的控制對(duì)象具有時(shí)變性。

5.容錯(cuò)性

當(dāng)供水系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，比如說(shuō)突然斷電、軟啟動(dòng)器出現(xiàn)故障，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)具體的問(wèn)題進(jìn)行狀態(tài)的調(diào)整，分析電網(wǎng)整體的運(yùn)行狀況，了解水源水位的整體設(shè)計(jì)。管網(wǎng)壓力整體的情況需要進(jìn)行修改，管網(wǎng)內(nèi)整體壓力保持在穩(wěn)定的狀態(tài)，如果系統(tǒng)出現(xiàn)故障，需要執(zhí)行系統(tǒng)性的故障程序，確保出現(xiàn)了緊急情況之下還能夠進(jìn)行正常的供水。

6.節(jié)能性

變頻器對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行整體的調(diào)速，進(jìn)行恒壓供水是一定要用到調(diào)節(jié)泵和固定泵，兩者之間一定要進(jìn)行共同的組合，這樣才可以提高整體的節(jié)能效果，確保對(duì)每臺(tái)水泵進(jìn)行更加全面的軟啟動(dòng)。啟動(dòng)電流可以從最基礎(chǔ)一直上升到電機(jī)的額定電流，為了延長(zhǎng)設(shè)備的整體使用壽命，可以減少啟動(dòng)電流對(duì)電網(wǎng)的沖擊。

二、變頻恒壓供水系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

1.系統(tǒng)主要配置的選型

基于的變頻恒壓供水系統(tǒng)的原理，系統(tǒng)主要包括的硬件有水泵機(jī)組、變頻器、PLC及擴(kuò)張模版、壓力變送器、數(shù)顯儀。水泵機(jī)組在選型時(shí)一定要根據(jù)基本規(guī)則，保證系統(tǒng)可以得到平穩(wěn)的運(yùn)行，為了達(dá)到更好的節(jié)能水平，一定要處于高效的工作環(huán)境，確保泵組經(jīng)?？梢缘玫礁咝У墓ぷ?，這就需要所選擇的泵型一定要和系統(tǒng)相匹配。系統(tǒng)能夠自動(dòng)的運(yùn)行，可以確保進(jìn)行及時(shí)的檢修，以確保應(yīng)對(duì)一些緊急的情況，供水系統(tǒng)還應(yīng)該具備手動(dòng)功能，每一個(gè)主泵都可以依靠軟件來(lái)進(jìn)行啟動(dòng)。為系統(tǒng)設(shè)置更加完善的報(bào)警功能，確保整體系統(tǒng)有較高的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行性，根據(jù)系統(tǒng)的應(yīng)用范圍，可以對(duì)整體的揚(yáng)程大小進(jìn)行確定。考慮到水量類型變?yōu)檫B續(xù)型的低流量變化型，采用更加健全的主水泵機(jī)組，增加適當(dāng)?shù)妮o助泵機(jī)組。根據(jù)供水系統(tǒng)選擇適當(dāng)?shù)淖冾l器，對(duì)變頻器的容量進(jìn)行設(shè)定，研究電動(dòng)機(jī)的額定功率和額定電流，進(jìn)而可以對(duì)變頻器的容量進(jìn)行整體的確定，通過(guò)系統(tǒng)性的公式確定變頻器的容量，結(jié)合控制功能的不同，可以將變頻器分為三種，分別是普通功能型控制變頻器、轉(zhuǎn)矩控制功能的高功能型控制變頻器、適量控制高功能型變頻器。

2.系統(tǒng)主電路分析及設(shè)計(jì)

為了確?？刂葡到y(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，一定要對(duì)供電系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整，輸入范圍之內(nèi)的電源電壓，當(dāng)交流電斷電時(shí)，不能夠破壞控制程序和相應(yīng)的數(shù)據(jù)。在必要的場(chǎng)合下，不應(yīng)該處于斷電的狀態(tài)，這個(gè)時(shí)候就要對(duì)其他的電源進(jìn)行考慮?？刂菩盘?hào)和輸入電源信號(hào)是系統(tǒng)變頻器當(dāng)中主要的輸入信號(hào)，控制信號(hào)，它包括輸給變頻器的信號(hào)和壓力傳感器送來(lái)的壓力信號(hào)，壓力信號(hào)由輸出，壓力信號(hào)是作為變頻器的單元的反饋輸入信號(hào)。變頻器的輸出信號(hào)也有兩種，一是送的超壓信號(hào)、欠壓信號(hào)和變頻器故障信號(hào)這三個(gè)輸出控制信號(hào)，另一種是送水泵的變頻器輸出電源信號(hào)。根據(jù)供水系統(tǒng)的不同來(lái)設(shè)置主水泵，從而可以確定變頻和工頻兩種不同的運(yùn)行方式，當(dāng)系統(tǒng)處于工頻狀態(tài)時(shí)，需要應(yīng)用輔助泵，此時(shí)可以通過(guò)接觸器和工頻進(jìn)行聯(lián)系。

三、變頻恒壓供水系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

1.系統(tǒng)水泵運(yùn)行狀態(tài)及轉(zhuǎn)換過(guò)程分析

整體程序進(jìn)行開(kāi)發(fā)的過(guò)程中，適當(dāng)?shù)倪x擇變頻循環(huán)式和變頻固定式，水泵的平均使用量保持在規(guī)定的范圍之內(nèi)。系統(tǒng)在整體運(yùn)行的過(guò)程當(dāng)中，水泵主要由變頻器負(fù)責(zé)，不同的水泵會(huì)根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行的狀態(tài)進(jìn)行工作。在數(shù)顯儀整體的畫(huà)面當(dāng)中會(huì)顯示PLC，還會(huì)顯示著變頻器的通訊情況，顯示泵的整體工作狀態(tài)。自動(dòng)變頻在整體運(yùn)行的過(guò)程當(dāng)中，需要開(kāi)啟輔助穩(wěn)壓泵工頻，進(jìn)而可以對(duì)管道內(nèi)的水壓進(jìn)行保持。當(dāng)用水量大幅度增加時(shí)，變頻器輸出的頻率就會(huì)達(dá)到上線頻率，就不會(huì)達(dá)到最初設(shè)定的壓力。在整個(gè)加泵的過(guò)程當(dāng)中，需要確保變頻運(yùn)行狀態(tài)處于工作狀態(tài)，新開(kāi)泵軟啟動(dòng)要保持在變頻狀態(tài)，此時(shí)才可以確保只有一臺(tái)水泵處于變頻狀態(tài)。如果供水系統(tǒng)當(dāng)中的用水量減少時(shí)，變頻器就可以降低水泵的轉(zhuǎn)速，整個(gè)過(guò)程當(dāng)中需要應(yīng)用PID，并且還會(huì)保證變頻器的輸出便宜不會(huì)超過(guò)下限頻率。PLC可以有效地對(duì)信號(hào)進(jìn)行控制，確保整體的供水狀態(tài)達(dá)到最佳，使新的水壓偏差自動(dòng)升高。

2.PLC程序設(shè)計(jì)方法的分析

PLC是由繼電器接觸器控制系統(tǒng)發(fā)展而來(lái)的一種新型的工業(yè)自動(dòng)化控制裝置。通過(guò)對(duì)整個(gè)控制過(guò)程進(jìn)行了解，面向供水系統(tǒng)當(dāng)中的實(shí)際問(wèn)題，簡(jiǎn)單直觀的對(duì)PLC編程語(yǔ)言進(jìn)行了解，可以方便進(jìn)行更加深刻的學(xué)習(xí)。不同的廠家會(huì)采用不同的編程語(yǔ)言，程序所需要表達(dá)的內(nèi)容也會(huì)存在著差異，主要有四種形式梯形圖、指令表、狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖和高級(jí)語(yǔ)言。當(dāng)PLC整體運(yùn)行的過(guò)程中，有許多操作需要在用戶程序當(dāng)中去實(shí)現(xiàn)，其中CPU不能夠同時(shí)執(zhí)行多個(gè)操作，需要根據(jù)不同的操作原理來(lái)進(jìn)行相應(yīng)的操作。PLC的工作過(guò)程就是程序執(zhí)行過(guò)程。它分為三個(gè)階段進(jìn)行，即輸入采樣階段、程序執(zhí)行階段、輸出刷新階段。

3.系統(tǒng)控制程序設(shè)計(jì)

自動(dòng)變頻恒壓運(yùn)行、自動(dòng)工頻運(yùn)行、遠(yuǎn)程手動(dòng)控制以及現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)控制，這些是供水系統(tǒng)當(dāng)中的主要功能。系統(tǒng)當(dāng)中最主要的運(yùn)行方式，就是全自動(dòng)變頻恒壓運(yùn)行方式，是系統(tǒng)當(dāng)中的主要功能，整點(diǎn)系統(tǒng)利用了PLC，除此之外，還需要結(jié)合PID調(diào)節(jié)功能。通過(guò)變頻調(diào)速實(shí)現(xiàn)自動(dòng)恒壓供水，其核心是根據(jù)恒壓條件下供水系統(tǒng)中水泵運(yùn)行狀態(tài)及轉(zhuǎn)換過(guò)程設(shè)計(jì)的控制程序。當(dāng)變頻器處于故障狀態(tài)時(shí)，為了保持整體壓力處于相對(duì)的恒定，系統(tǒng)需要根據(jù)自身的水壓大小來(lái)調(diào)節(jié)系統(tǒng)當(dāng)中的電機(jī)臺(tái)數(shù)，自動(dòng)工頻運(yùn)行就是在這種特殊情況下所提供的一種供水方案。

四、結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)現(xiàn)代生活對(duì)于供水系統(tǒng)的要求，設(shè)計(jì)了一套由、變頻器、遠(yuǎn)傳壓力表、多臺(tái)水泵機(jī)組、計(jì)算機(jī)、通信模塊等主要設(shè)備構(gòu)成的全自動(dòng)變頻恒壓供水系統(tǒng)及其遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。整個(gè)供水系統(tǒng)提高了工作效率，確保系統(tǒng)的可靠性，實(shí)現(xiàn)了整體的高效節(jié)能，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)時(shí)比較簡(jiǎn)單，確保整體運(yùn)行狀態(tài)維持在標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)。

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（作者單位：廣西華銀鋁業(yè)有限公司）