基于可編程控制器的恒壓供水系統(tǒng)

引言
　　隨著我國城鄉(xiāng)建設的迅速發(fā)展,水、電供應不足的矛盾越來越成為人們關注的問題。例如,人們日常生活中的用水量越來越大,一天中的用水量的波動也越來越大。以往的供水系統(tǒng)中,水泵的選取往往是按最大供水量來確定,而實際的用水量在不斷變化。高峰用水時間較短,這樣水泵在很長一段時間內有較大余量,不僅水泵效率低,供水壓力不穩(wěn),而且造成大量電力、水資源的浪費;并且以往依靠手動操作控制泵的啟動、停止,也已不能滿足要求。這里,介紹一種變頻控制的恒壓供水系統(tǒng),它既能解決人工操作的繁雜勞動和精神壓力,又能節(jié)約能源[5>。　　
　　一、系統(tǒng)介紹
　　該控制系統(tǒng)主要裝置包括：可編程控制器（PLC）、變頻器、壓力傳感器、PID控制器以及相關軟件控制單元。該裝置形成一套完整的、全自動的、智能的恒壓供水控制系統(tǒng)，如圖1所示。該系統(tǒng)能夠以三種方式工作，分別為全自動、半自動和手動操作方式，其中后兩種是在全自動方式出現(xiàn)故障時的彌補。
　　
　　

　　圖1 恒壓供水系統(tǒng)簡圖
　　2全自動恒壓供水控制原理
　　當主水管網(wǎng)壓力傳感器的壓力信號4~20mA送給數(shù)字PID控制器，控制器根據(jù)壓力設定值與實際檢測值進行PID運算，并給出信號直接控制變頻器的轉速以使管網(wǎng)的壓力穩(wěn)定。當用水量不是很大時，一臺泵在變頻器的控制下穩(wěn)定運行；當用水量大到變頻器全速運行也不能保證管網(wǎng)的壓力穩(wěn)定時，控制器的壓力下限信號與變頻器的高速信號同時被PLC檢測到，PLC自動將原工作在變頻狀態(tài)下的泵，投入到工頻運行，以保持壓力的連續(xù)性，同時將一臺備用的泵用變頻器起動后投入運行，以加大管網(wǎng)的供水量，保證壓力穩(wěn)定。若兩臺泵運轉仍，則依次將變頻工作狀態(tài)下的泵投入到工頻運行，而將另一臺備用泵投入變頻運行。當用水量減少時，首先表現(xiàn)為變頻器已工作在最低速信號有效，這時壓力上限信號如仍出現(xiàn)，PLC首先將工頻運行的泵停掉，以減少供水量。當上述兩個信號仍存在時，PLC再停掉一臺工頻運行的電機，直到最后一臺泵用主頻器恒壓供水[4>。另外，控制系統(tǒng)設兩臺泵為一組，每臺泵的電機累計運行時間可顯示，24小時輪換一次，既保證供水系統(tǒng)有備用泵，又保證系統(tǒng)的泵有相同的運行時間，確保了泵的可靠壽命。
　　
　　二、系統(tǒng)原理圖
　　1.PLC系統(tǒng)原理圖，如圖2所示：
　　

　　圖2 PLC系統(tǒng)原理圖
　　2.外部設備接線圖，如圖3所示：
　　

　　三、 恒壓供水控制系統(tǒng)的編程
　　本程序用富士專用的FLEX PLC編程器編譯[1>，利用梯形圖清晰直觀地展示各設備的運轉狀況等等。具體編程思想如下：
　　首先選擇利用FLEX PLC的輸入繼電器、輸出繼電器以及內部繼電器，確定本設計方案所包括的儀器儀表。即一臺富士NB系列PLC、兩臺7.5KW水泵、一臺富士G11/P11變頻器、一臺壓力傳感器、一臺SR90系列PID調節(jié)器、若干個空氣開關、斷路器、中間繼電器等。根據(jù)PLC接線原理圖（如圖2所示），進行詳細接線，并參考FUJI NB系列可編程控制器得參考手冊，對PLC輸入輸出端子進行定義。
　　部分梯形圖
　　 PLC的恒壓供水控制系統(tǒng)部分梯形圖如下[2>：
　　

　　
　　四、系統(tǒng)操作說明
　　4.1自動控制
　　1. 設定用戶需要的目標壓力值
　　系統(tǒng)送電之后，控制柜面板上的電源指示燈點亮，其下方的溫控表將會有顯示：PV---.---、SV---.---。其中PV---.---表示水管網(wǎng)中的實測壓力值,SV---.---表示用戶需要的目標壓力值.用戶可按動▲、▼鍵使 SV---.--- 中的數(shù)字發(fā)生改變，直到顯示用戶需要的水管網(wǎng)的壓力值時按下ENT鍵，結束目標壓力值設定。
　　2.選擇需要開啟的泵組
　　自動/停/手動開關向左45度扳動一次時，泵組處于啟動狀態(tài)，系統(tǒng)將選擇1號泵組啟動；控制柜面板上的自動/停/手動開關扳到垂直位置時，四臺泵組均處于停止狀態(tài)。當將自動/停/手動開關再次向左45度扳動一次時，系統(tǒng)將選擇2號泵啟動；
　　3.變頻自動工作開始
　　當系統(tǒng)檢測到某臺泵組的啟動信號以后，便會使變頻器開始升頻工作，此時水管網(wǎng)中的壓力開始上升，即PV---.---中的顯示值開始上升，并不斷趨向于用戶設定的SV---.---中的目標壓力值。當水管網(wǎng)中的壓力和用戶的設定的目標壓力值相吻合（即PV---.---中的顯示值和SV---.---中的顯示值相吻合）時，變頻器的輸出頻率便會穩(wěn)定[3>。
　　4.2自動控制中的部分功能
　　1.自動切換至工頻
　　2.故障泵組自動退出運行
　　3.定期倒換工作泵組
　　五、恒壓供水控制系統(tǒng)的優(yōu)點
　　1.采用變頻恒壓供水，消除了主管網(wǎng)壓力波動，保證了供水質量，而且節(jié)能效果明顯，并延長了主管網(wǎng)及其閥門的使用壽命。
　　　　2.用穩(wěn)壓減壓閥經(jīng)濟地解決了不同用水壓力的問題。
　　　　3.拓寬運用變頻恒壓控制原理，較好地解決了加壓泵房與抽水泵房的遠程通訊總是并達到異地連鎖控制的目的。
　　　　4.在抽水泵房設置連續(xù)液位顯示，并將信號傳與PLC，防止泵缺水燒壞電機，設定的取水位置，確保水的質量。
　　　　5.電機既有電機保護器，又有軟起動器，克服了起動時的大電流沖擊，相對延長了電機制使用壽命。
　　　　6.由于采用PLC控制的壓力自動控制，可以實現(xiàn)無人遠程操作，系統(tǒng)的PLC預留有RS485接口，可與公司總調度室計算機網(wǎng)絡進行連接。
　　　　7.通過采用變頻器控制，可在不同季節(jié)、節(jié)假日、日夜及上下班等全面調控水量。