网站原创摘 要：基于PLC的变频恒压供水系统采用闭环控制,包括可编程逻辑控制器控制器、变频器、水泵机组、液位传感器、压力传感器及上位机监控系统等主要结构.PLC将传送来的压力传感器的信号通过程序计算将其与管压力设定值比较,将处理结果传递给变频器,再由变频器控制水泵电机的转速,从而使管网压力与设定压力保持恒定.
关 键 词：PLC变频器恒压供水组态
中图分类号：PLC273文献标识码：A文章编号：1007-9416（2014）05-0009-01
目前国内的变频调速恒压供水系统有待进一步的提高,不能适应于各种供水场所,系统的稳定性、通讯能力、抗干扰能力、监控能力需要进一步改善.
水泵电机多采用三相异步交流电动机,异步电动机的转速公式为：
其中：f表示电源工作频率；p表示电动机极对数；s表示转差率.
从上式可知,三相异步电动机的调速方法有：改变转差率s,电动极对数p和电源频率f.改变s可以可获得不同的转速.由于低压时机械特性太软,转速变化大；改变p也通过改变极对数改变电机速度,但是电机速度控制精度不高；改变电源频率是改变电动机速度的理想选择,但是不能一味的改变电源频率,还需改变电压的大小,否则电机磁路满负荷工作,可能能将电机烧毁.供水公司的水先储存的水池中,按照用户的需求给用户提供水源.在水池中加入水泵,通过水泵可以把水提供用户.
此次恒压供水系统设计采用PlC变频控制方式：这种控制方式较为灵活,控制精度较高,可以安装上位机监控系统,随时随地对整个供水系统的数据进行监控.采用PLC控制较为方便,PLC可以扩展数字模块,模拟模块和通信模块,后期如果要追加功能,硬件安装更换和软件调试较为方便.由于PLC结构与应用性使其应用各种生产生活场合,稳定性强、抗干扰能力高.
变频恒压供水系统的工作原理如图1所示,本系统采用PLC与变频器控制结合的控制方式.本设计包括三个水泵,其中一个水泵受变频器的控制,另外两个电机根据管网压力的大小,进行选择性的工频运行.PLC根据管网压力的大小控制变频器和电机运行.每台水泵的电路控制具有接触器控制,且每台水泵的出水管均安装有手动阀门以供以后维修.
工作人员将管网压力输入到上位机系统,上位机通过与PLC通讯将压力设定值（数字信号）传送给PLC.同时压力变送器将从获得的压力信号传送到PLC,由于压力信号为4―20mA的电信号,需要A/D转换为数字信号,再把信号传给PLC,PLC将数字信号与压力设定值进行对比,对比后的结果进行PID运算,再将运算后的信号通过D/A转换为模拟信号,并把模拟信号传送给变频器,通过改变变频器的输出频率,来控制水泵电机的转速.从而使管网压力与设定压力保持一致.
系统工作流程如下.
（1）增泵过程：给供水系统上电,系统进去运行状态,PLC首先让变频器与一台水泵通电.PLC将压力传送值和压力设定值进行比较之后的偏差值进行PID运算,变频器接收运算后频率,而改变电机转速,达到控制水泵的供水流量的作用,从而保持管网压力不变.PLC接收变频器的工作频率达到上限（50Hz）时的信号后,而后根据管网压力的信号和变频器的上限信号判断是否启动下一台水泵.当频率达到上限时,PLC将第一台变频水泵切换为工频运行,并将第二台水泵做变频运行.（2）减泵过程：如果出现用水量减少,管网压力增大的情况,那么所有水泵将进行减泵过程.
首先正在变频运行的第三台水泵停止运行,迅速将第二台工频水泵做变频运行.若管网压力仍大,PLC根据管网压力信号和变频器是否达到下限信号来判断是否停止第二台水泵运行,从而使使管网压力保持在设定压力的范围之内.选用合适的PLC是本设计的关键,PLC用户只需将编程好的梯形图下载到PLC即可,PLC便自动按照程序执行动作.PLC的主要功能是对整个供水系统信号进行收集,包括管网压力信号、水位信号和预警信号.S7-200系列PLC包含了多种CPU,考虑到恒压供水系统的I/O数.本设计采用的CPU226集成24输入口以及16输出口,且有2个RS485通讯编程口.根据设计需求要扩展EM235模块,该模块的模拟量输入点数为4,模拟量输出点数为1.同时该CPU包含两个RS485通讯接口,一方面可以上位机通信,一方面可以和变频器进行通讯.
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选取水泵时要考虑以下指标：
（1）功率、提升高度、供水量等因素符合设计实际.（2）水泵的供电要求要满足当地的要求.（3）选择使用寿命长的水泵及维护简单的水泵.
通过以上标准选择本次设计选用上海上诚ISW100-350卧式离心泵.该系列泵供水量范围1.5～2000m3/h,提升高度范围5～125m,功率为80W.
主要特性如下：
（1）变频器接口电路简单,方便运用；（2）数字量输入6个；（3）两个可标定的模拟量输入（0-10V,0-20mA）也可以被用作第7个或者第8个数字量输；（4）2个可编程的模拟量输出（0-20mA）；（5）3个可编程的继电器输出；（6）可以保护电动机.
由于MicroMaster440变频器的输出功率为0.75-250kw,符合水泵电机的功率要求,并可以与PLC实现信息传递.
将PLC、变频器应用于此类供水系统上,可实现小区供水的无人化操作,提高其运行的稳定性、可靠性.基于PLC的恒压供水系统集成了电机变频技术、电气控制、PLC技术、上位机监控技术、传感器技术,使得自动控制更加方便、实用、节能.本次设计共包括主要电路系统控制设计、系统硬件设计、系统软件设计三个部分,是实现小区供水系统的理想方式.