恒壓供水PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

韓麗

【摘要】變頻恒壓供水系統(tǒng)是指在供水管網(wǎng)中出水量發(fā)生變化時，出口壓力保持不變的供水方式。供水管網(wǎng)的出口壓力值是根據(jù)工程現(xiàn)場需求確定的。本文主要研究變頻恒壓供水原理、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)及軟件設(shè)計(jì)，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該控制系統(tǒng)的可行性。硬件系統(tǒng)采用西門子S7-200系列的PLC，選用合適的壓力傳感器檢測管網(wǎng)壓力，根據(jù)管網(wǎng)壓力控制變頻器改變輸出頻率，改變水泵轉(zhuǎn)速，從而改變管網(wǎng)壓力，使得管網(wǎng)壓力保持恒定。

【關(guān)鍵詞】恒壓供水；變頻器；壓力傳感器

1、引言

近年來，隨著PLC和變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，其顯著的節(jié)能效果和可靠穩(wěn)定的控制方式，在恒壓供水系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。變頻恒壓供水系統(tǒng)依據(jù)用戶用水量及水壓變化通過傳感器檢測、控制器運(yùn)算，自動改變水泵轉(zhuǎn)速保持水壓恒定以滿足用戶的用水要求，是目前比較先進(jìn)，合理的節(jié)能供水系統(tǒng)。打破了傳統(tǒng)供水方式的不足，不論是投資、運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性、還是系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、自動化程度等方面都具有優(yōu)勢。

2、變頻恒壓供水系統(tǒng)的概述

變頻恒壓供水系統(tǒng)以管網(wǎng)水壓為設(shè)定參數(shù)，通過PLC控制變頻器的輸出頻率從而自動調(diào)節(jié)水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)水壓的恒定。當(dāng)用戶用水量增加時，管網(wǎng)壓力減小，需增加水泵轉(zhuǎn)速，增加管網(wǎng)壓力，同理相反，當(dāng)用戶用水量減少，管網(wǎng)壓力增加，需減少水泵轉(zhuǎn)速，減小管網(wǎng)壓力。恒壓供水系統(tǒng)適合于各種場所，如普通住宅，高層建筑和工廠車間等。

3、變頻恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

變頻恒壓供水系統(tǒng)如圖1所示，系統(tǒng)由水泵組、變頻器、PLC控制器，壓力傳感器組成。系統(tǒng)將壓力傳感器檢測的壓力信號送到PLC控制器，控制器根據(jù)檢測的壓力信號調(diào)整變頻器的輸出頻率從而控制水泵組的水泵轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)調(diào)整供水管道壓力的功能。

管網(wǎng)壓力由兩個電接點(diǎn)壓力表來測量，壓力分別設(shè)定在P1和P2，當(dāng)壓力高于P2時，水泵工作頻率為30Hz，低于P2并高于P1時，水泵工作頻率為40Hz，當(dāng)壓力低于P1時，水泵工作頻率為50Hz。

3.1恒壓供水系統(tǒng)變頻器的選用和參數(shù)設(shè)置要求

根據(jù)系統(tǒng)要求本文選用MM440變頻器，參數(shù)設(shè)置要求如下：

（1）正確設(shè)置變頻器輸出的額定頻率、額定電壓、額定電流、額定功率、額定轉(zhuǎn)速。

（2）PLC根據(jù)模擬量輸入端的壓力表測得的壓力，調(diào)節(jié)模擬量輸出值的大小。

（2）設(shè)定P0003=2允許訪問擴(kuò)展參數(shù)

（3）設(shè)定電機(jī)參數(shù)時先設(shè)定P0010=1（快速調(diào)試），電機(jī)參數(shù)設(shè)置完成設(shè)定P0010=0（準(zhǔn)備）

3.2恒壓供水系統(tǒng)電路原理圖的設(shè)計(jì)

由主要的工作要求以及系統(tǒng)的工作過程：系統(tǒng)需要外部擴(kuò)展模擬輸入/輸出模塊EM235，1臺壓力表，壓力表的量程根據(jù)P2值選取，P2位于表量程的三分之二左右，壓力表輸出選用4mA-20mA輸出。壓力表輸出的兩根線分別連接到模塊EM235的模擬量輸入端A+，A-，模塊EM235的模擬量輸出端V0和M0分別連接到變頻器MM420的AIN+和AIN-，模塊EM235根據(jù)壓力表值的變化，通過編程從V0端輸出變化的數(shù)值給變頻器的模擬量輸入端，從而控制變頻器從U，V，W端輸出0到50HZ變化頻率的電信號，控制水泵以不同的速度旋轉(zhuǎn)。變頻器電源需要熔斷器FU保護(hù)，變頻器的DIN1端需要與PLC輸出端Q0.0端子相連，當(dāng)Q0.0閉合時，變頻器U，V，W端才有輸出，當(dāng)Q0.0斷開時，即使變頻器的AIN+和AIN-有輸入，但是變頻器U，V，W端不會輸出電壓信號，因此變頻器在采用模擬量輸入方式時，需要外部端子DIN同時有輸入開關(guān)信號，因此系統(tǒng)電路圖如圖2：

3.3恒壓供水控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

通過分析系統(tǒng)，系統(tǒng)要求管網(wǎng)壓力基本恒定，設(shè)定了兩個壓力值P1，P2，要求水泵轉(zhuǎn)速隨著壓力值進(jìn)行調(diào)整，水泵轉(zhuǎn)速由變頻器模擬量輸出控制，假設(shè)壓力值P1=0.2Mpa，P2=0.5Mpa。選擇壓力表量程為0～0.6Mpa的壓力表。

當(dāng)壓力為0Mpa時，二線制壓力表輸出為4mA，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換，模擬量采樣值A(chǔ)IW0為（32000/20）*4=6400。當(dāng)壓力為0.2Mpa時，二線制壓力表輸出為（0.2/0.6）*（20-4）+4=9.3mA，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換，模擬量采樣值A(chǔ)IW0為（32000/20）*9.3=14880。當(dāng)壓力為0.5Mpa時，二線制壓力表輸出為（0.5/0.6）*（20-4）+4=17.3mA，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換，模擬量采樣值A(chǔ)IW0為（32000/20）*17.3=27680。

當(dāng)壓力值小于P1時，要求水泵以50HZ頻率工作，變頻器要求模擬量輸入端AIN+輸入10V直流電壓，因此EM235輸出端V0輸出10V電壓，所以要求輸出數(shù)據(jù)AQW0應(yīng)賦值32000。當(dāng)壓力位于P1，P2之間時，要求水泵以40HZ頻率工作，變頻器要求模擬量輸入端AIN+輸入（40/50）*10V=8V直流電壓，EM235輸出端V0輸出8V電壓，所以要求輸出數(shù)據(jù)AQW0應(yīng)賦值（40/50）*32000=25600。當(dāng)壓力值高于P2時，要求水泵以30HZ頻率工作，變頻器要求模擬量輸入端AIN+輸入（30/50）*10V=6V直流電壓，因此EM235輸出端V0輸出6V電壓，所以要求輸出數(shù)據(jù)AQW0應(yīng)賦值（30/50）*32000=19200。

4、結(jié)語

本文針對傳統(tǒng)供水方式的不足，提出一種變頻恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，克服了傳統(tǒng)供水方法的缺點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定可靠，節(jié)能經(jīng)濟(jì)的供水方式。