基于PLC的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

熊建國(guó)　楊代強(qiáng)

摘 要：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，帶來(lái)的結(jié)果就是城市的不斷擴(kuò)展。而隨著城市常住人口的增多和人們生活水平的不斷提高，人們對(duì)城市供水系統(tǒng)的質(zhì)量、數(shù)量和穩(wěn)定性要求也越來(lái)越高。城市供水系統(tǒng)通常都是在超壓狀態(tài)下運(yùn)行，不僅效率低下，同時(shí)也使得城市管網(wǎng)的報(bào)損比較嚴(yán)重。在這種狀況下，為了保證對(duì)城市的供水，考慮到我國(guó)中小城市供水系統(tǒng)的狀況，對(duì)基于PLC的變頻調(diào)速恒壓自動(dòng)控制供水系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：PLC；變頻調(diào)速；恒壓供水

近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的持續(xù)發(fā)展，使得城市規(guī)模的逐漸擴(kuò)展。而隨著城市常駐人口數(shù)量的日益增加以及居民經(jīng)濟(jì)狀況的逐漸提高，居民對(duì)城市供水系統(tǒng)的要求愈發(fā)提高。按照相關(guān)單位調(diào)查結(jié)果顯示，自2008年一直至2013年這五年時(shí)間內(nèi)，中國(guó)平均每人每天生活用水量顯著增加，從180余升增加到240余升，增加比例約為4成，同時(shí)，我國(guó)的城市家庭人均日生活用水量也在逐年提高。跟人們用水量增加形成對(duì)比的，是在我國(guó)的666個(gè)城市里面，大概三百三十個(gè)城市或多或少缺水，其中嚴(yán)重缺水的超過(guò)一百一以上；尤其需要注意的是，在三十二個(gè)特大城市里面，存在三十個(gè)城市長(zhǎng)時(shí)間受擾于供水不足，尤其是那些水資源相對(duì)不足地方，供水短缺更是影響人們?nèi)粘Ｉ畹闹饕堋，F(xiàn)在，由于供水問(wèn)題和供水系統(tǒng)的不合理，已經(jīng)成為我國(guó)城市社會(huì)的一種潛在隱患。

一、變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的能耗分析

所以，在這里，不必對(duì)電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù)進(jìn)行改變，僅僅對(duì)電源的頻率進(jìn)行改變，其轉(zhuǎn)速就能夠根據(jù)一定的比例進(jìn)行改變。恒壓供水的實(shí)質(zhì)就是根據(jù)供水管網(wǎng)的壓力變化來(lái)改變水泵電機(jī)的供電頻率，就可以改變水泵的運(yùn)轉(zhuǎn)速度。也可以改變供水泵的性能特性曲線，以達(dá)到供水泵工作狀態(tài)的調(diào)節(jié)。

在供水時(shí)，如果用戶的用水量急劇增加，供水管網(wǎng)的流量變小時(shí)，使供電頻率減小，就可以使供水電機(jī)的轉(zhuǎn)速降低。同時(shí)，根據(jù)葉片泵相似理論可知，改變水供的轉(zhuǎn)速，就可以讓供水泵泵軸功率N，揚(yáng)程H以及流量Q按照一定的規(guī)律進(jìn)行變化。

在變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)里面，調(diào)節(jié)水泵主要是利用變頻器對(duì)電源的頻率f進(jìn)行改變，利用這一種方式使其轉(zhuǎn)速n有所改變，最終使水泵性能曲線能夠改變。通過(guò)變頻調(diào)速完成恒壓供水，當(dāng)轉(zhuǎn)速減少的時(shí)候，功率按照轉(zhuǎn)速的三次方的趨勢(shì)減小，和恒速泵供水過(guò)程中通過(guò)閘閥提高阻力的節(jié)流進(jìn)行比較來(lái)說(shuō)，能夠降低能量損耗，具有非常大的節(jié)能效果。

二、控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

恒壓供水系統(tǒng)在消防、生產(chǎn)與生活等領(lǐng)域供水均非常適合，

這一個(gè)系統(tǒng)能夠最高向四臺(tái)主泵提供支持，文中主要以包括四臺(tái)水泵的生活供水系統(tǒng)為研究對(duì)象，其原理框圖具體如圖2-1所示。

通過(guò)分析上圖，能夠發(fā)現(xiàn)這一個(gè)變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)主要包括信號(hào)檢測(cè)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、控制系統(tǒng)與其他部分等方面的內(nèi)容。

1.執(zhí)行機(jī)構(gòu)

其主要是負(fù)責(zé)抽取儲(chǔ)水池里面的水并將其傳至用戶管網(wǎng)里面，上面的圖中主要涉及三種泵。

2.信號(hào)檢測(cè)

需進(jìn)行檢測(cè)的信號(hào)主要涉及液位、水壓、變頻器故障，以及消防等諸多方面的信號(hào)。

3.控制系統(tǒng)

通常情況下，設(shè)置于控制柜里面，主要由電控設(shè)備、變頻器以及PLC系統(tǒng)組成。

4.人機(jī)界面

這是人和控制系統(tǒng)實(shí)施信息溝通的位置，對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)，其能夠利用這一個(gè)界面對(duì)設(shè)定壓力值進(jìn)行適當(dāng)?shù)母?，確定控制的應(yīng)用宏，確定各種功能以符合各種場(chǎng)合的需要，并且用戶還能夠自這一個(gè)界面得到這一個(gè)系統(tǒng)的各種關(guān)鍵信息，將報(bào)警與故障問(wèn)題解決，最終能夠有效地控制系統(tǒng)。這一部分同時(shí)也能夠監(jiān)控設(shè)備的狀態(tài)，因此就沒有必要非要去現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控，出現(xiàn)報(bào)警時(shí)對(duì)報(bào)警信號(hào)進(jìn)行顯示。

三、恒壓供水軟件系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

恒壓供水控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要由PLC程序設(shè)計(jì)，監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，PLC與PC上位機(jī)通訊設(shè)計(jì)等幾方面組合而成。構(gòu)成一個(gè)完整的恒壓供水系統(tǒng)。

1.PLC程序設(shè)計(jì)

PLC程序流程圖如圖3-1所示。

2.恒壓供水系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)軟件設(shè)計(jì)

按照軟件總體功能設(shè)計(jì)的相關(guān)條件以及具體步驟，在這里根據(jù)功能將系統(tǒng)的信息監(jiān)控與管理程序分成各種模塊。對(duì)于供水自動(dòng)化計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，其信息管理及監(jiān)控軟件大體上有數(shù)據(jù)管理模塊、設(shè)備狀態(tài)控制模塊、數(shù)據(jù)采集及通信模塊等方面組合而成。

通過(guò)對(duì)恒壓供水系統(tǒng)的研究，雖然研究工作獲得了一定的成果，但仍然還有很多的不足之處。比如本文設(shè)計(jì)的上位機(jī)組態(tài)軟件監(jiān)控界面圖形比較簡(jiǎn)單，功能還需要進(jìn)行優(yōu)化；PLC控制程序編寫時(shí)考慮不完善，功能不齊全等。軟件的本身功能是比較強(qiáng)大的，為用戶提供豐富的接口。設(shè)計(jì)中的不足之處將在以后的工作和學(xué)習(xí)中進(jìn)一步進(jìn)行完善。

參考文獻(xiàn)：

宋序彤.我國(guó)城市供水發(fā)展有關(guān)問(wèn)題分析[J].城鎮(zhèn)供水，2001.

（作者單位 重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院）