基于PLC和變頻器控制的恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、基于 PLC 和變頻器控制的恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)趙華軍鐘波（廣州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院）摘要：文章介紹一種基于三菱PLC 和變頻器控制恒壓供水系統(tǒng)，詳細(xì)地介紹了硬件的構(gòu)成和控制流程。系統(tǒng)較好地解決高層建筑、工業(yè)等恒壓供水需求。系統(tǒng)具有節(jié)能、工作可靠、自動(dòng)控制程度高、經(jīng)濟(jì)易配置等優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵詞：變頻器；PID；PLC；恒壓供水1 引言目前，在城市供水系統(tǒng)中，還有很多高樓、生活小區(qū)、邊郊企業(yè)等采用高位水塔供水方式。這樣，由于用水量具有很大隨機(jī)性，常常出現(xiàn)在用水高峰時(shí)供水量很小甚至沒(méi)有水用的問(wèn)題；且采用高位水塔，很容易造成自來(lái)水的二次污染問(wèn)題。針對(duì)這一情況，本文設(shè)計(jì)了一套基于變頻器內(nèi)置PID 功能的恒壓供水系統(tǒng)

2、，采用了PLC 控制及交流變頻調(diào)速技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)水塔供水系統(tǒng)的技術(shù)改造。該系統(tǒng)根據(jù)用水量的變化，經(jīng)過(guò)壓力傳感器將水壓變化情況反饋給系統(tǒng)，使得系統(tǒng)能自動(dòng)調(diào)節(jié)變頻器輸出頻率，從而控制水泵轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)輸出數(shù)量，使得水量變化時(shí)可保持水壓恒定；可取代高位水塔或直接水泵加壓供水方式，為城市供水系統(tǒng)的建設(shè)提出了一條極具推廣、應(yīng)用的新途徑1。2 工作原理本文采用的變頻器是三菱FR-A540，該變頻器內(nèi)置PID 控制功能；供水系統(tǒng)方案如圖1 所示。將通往用戶(hù)供水管中的壓力變化經(jīng)傳感器采集到變頻器，與變頻器中的設(shè)定值進(jìn)行比較，根據(jù)變頻器內(nèi)置的PID 功能，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，將數(shù)據(jù)處理的結(jié)果以運(yùn)行頻率的形式進(jìn)行輸出 2。當(dāng)供

3、水的壓力低于設(shè)定壓力，變頻器就會(huì)將運(yùn)行頻率升高，反之則降低，且可根據(jù)壓力變化的快慢進(jìn)行差分調(diào)節(jié)。由于本系統(tǒng)采取了負(fù)反饋，當(dāng)壓力在上升到接近設(shè)定值時(shí)，反饋值接近設(shè)定值，偏差減小，PID 運(yùn)算會(huì)自動(dòng)減小執(zhí)行量，從而降低變頻器輸出頻率的波動(dòng)，進(jìn)而穩(wěn)定壓力。在水網(wǎng)中的用水量增大時(shí)，會(huì)出現(xiàn)“變頻泵”效率不夠的情況，這時(shí)就需要增加水泵參與供水，通過(guò)PLC 控制的交流接觸器組負(fù)責(zé)水泵的切換工作；PLC 是通過(guò)檢測(cè)變頻器頻率輸出的上下限信號(hào)，來(lái)判斷變頻器的工作頻率，從而控制接觸器組是否應(yīng)該增加或減小水泵的工作數(shù)量。圖 1 供水系統(tǒng)方案圖 圖 2 主電路接線(xiàn)圖系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1 主電路主電路如圖2，KM1、KM3、

4、KM5 分別為電動(dòng)機(jī) M1、M2、M3 工頻運(yùn)行時(shí)接通電源的控制接觸器，KM0、KM2、KM4 分別為電動(dòng)機(jī)M1、M2、M3 變頻運(yùn)行時(shí)接通電源的控制接觸器，KM6 為由PLC 控制，作為接通變頻器電源用的接觸器，變頻器的啟動(dòng)由PLC 控制Y7 實(shí)現(xiàn)。3.2 接觸器與 PLC 連接如圖3，圖中Y0Y5 分別接接觸器KM0KM5為了防止出現(xiàn)某臺(tái)電動(dòng)機(jī)既接工頻電又接變頻電，設(shè)計(jì)了電氣互鎖，如在同是控制M1 電動(dòng)機(jī)的兩個(gè)接觸器KM1、KM0 線(xiàn)圈中，分別串入了對(duì)方的常閉觸頭形成電氣互鎖。供水壓力設(shè)定值通過(guò)變頻器的2 和5端子（05V）設(shè)定，頻率檢測(cè)的上/下限信號(hào)分別通過(guò)OL 和FU 輸出至PLC 的

5、X2 與X3 輸入端，作為PLC 增泵、減泵控制信號(hào)。3.3 變頻器的參數(shù)設(shè)置3雖然系統(tǒng)對(duì)調(diào)速的精度要求不高，但要使供水系統(tǒng)運(yùn)行性能穩(wěn)定，工作可靠，必須正確設(shè)置變頻器的各種性能。具體設(shè)置如表1。、.4 程序設(shè)計(jì)由于供水系統(tǒng)慣性較大，因此在設(shè)計(jì)思想上以查詢(xún)方式為主，本系統(tǒng)PLC 控制程序流程如圖4系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，KM0 閉合，1水泵以變頻方式運(yùn)行。如果水壓過(guò)低，而變頻器已經(jīng)達(dá)到上限設(shè)定值時(shí)，OL 發(fā)出“發(fā)出頻率上限”動(dòng)作信號(hào)，PLC 啟動(dòng)增泵程序；PLC 通過(guò)這個(gè)上限信號(hào)將KM0 斷開(kāi)KM1吸合，1#水泵由變頻運(yùn)行轉(zhuǎn)為工頻運(yùn)行，同時(shí)KM2吸合變頻啟動(dòng)2水泵。此時(shí)電動(dòng)機(jī)M1 工頻運(yùn)行，M2 為變頻運(yùn)行。如果再次接收到變頻器上限輸出信號(hào)，則KM2斷開(kāi)KM3 吸合，2水泵由變頻轉(zhuǎn)為工頻，同時(shí)KM4閉合3水泵變頻運(yùn)行，這時(shí)電動(dòng)機(jī)M1、M2 為工頻運(yùn)行，M3 為變頻運(yùn)行。如果變頻器頻率偏低，即壓力過(guò)高，輸出的下限信號(hào)，PLC 啟動(dòng)減泵程序，將正在使用的“變頻泵”切除，將另一臺(tái)“工頻泵”切換為“變頻泵”，使PLC 關(guān)閉KM4、KM3，開(kāi)啟KM2，2水泵