基于FX3u PLC的變頻恒壓供水系統(tǒng)

摘 要：本系統(tǒng)基于FX3u PLC的變頻恒壓供水系統(tǒng)，包括FX3u系列PLC、與PLC連接的蓄水系統(tǒng)和水泵機(jī)組以及變頻器。本系統(tǒng)可解決變頻恒壓供水，達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目的。

關(guān)鍵詞：PLC；變頻器；PID水位控制；水錘效應(yīng)

1 概述

在現(xiàn)代人生活水平不斷提高的今天，人們對物質(zhì)的追求也越來越強(qiáng)烈，更加追求品質(zhì)生活，而生活中到處都需要用到水，但是傳統(tǒng)生活供水的方法卻達(dá)不到人們的要求，特別是高層建筑供水問題，一方面要求提高供水質(zhì)量，不能因水壓的波動形成供水時斷時續(xù)水量時多時少的情況，另一方面要求滿足供水的安全與可靠。而以前的供水方式卻有很多缺點(diǎn)，如用水高峰期水壓過小和不穩(wěn)定以及低峰期水壓過大造成管道閥門更容易損壞等。而作為工業(yè)自動化控制裝置的PLC具有可靠性高、抗干擾性強(qiáng)、功能強(qiáng)大、編程簡便、性價比高、維修工作量大等特點(diǎn)，因此，本系統(tǒng)提出基于FX3u系列的PLC變頻恒壓供水系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)高層建筑恒壓供水提高供水質(zhì)量和安全可靠節(jié)能的要求[1]。

2 系統(tǒng)構(gòu)成和控制原理

基于FX3u系列的PLC變頻恒壓供水系統(tǒng)由FX3u PLC、與PLCX相連接的蓄水系統(tǒng)、水泵機(jī)組和變頻器構(gòu)成[2]，而蓄水系統(tǒng)主要由連接管閥的電動閥A以及與電動閥A連接的蓄水罐構(gòu)成。與PLC連接的電動閥A并聯(lián)有手動閥A，蓄水罐與水泵機(jī)組連接，且水泵機(jī)組內(nèi)部設(shè)置有與PLC相連接的水位控制器。

內(nèi)置PID控制器的FX3u PLC為主控單元，控制著蓄水系統(tǒng)，使得蓄水系統(tǒng)作為緩沖區(qū)域，對管閥的水起到緩沖作用。在PLC與變頻器的共同作用下，可對水泵機(jī)組進(jìn)行切換。本系統(tǒng)中的蓄水罐還設(shè)置有水位控制器，通過水位控制器可將水位信息傳輸給控制處理器PLC，在控制處理器PLC的信息處理下，當(dāng)水位降低到一定位置時，控制處理器PLC會發(fā)出讓電動閥A打開的命令，使得蓄水罐在低水位時，自動打開電動閥A，給蓄水罐充水。另外，電動閥A并聯(lián)有手動閥A，這樣就可以避免在電動閥A出現(xiàn)故障時會影響水的供給。

水泵機(jī)組主要由連接蓄水罐的電動閥B、與電動閥B連接的提水機(jī)組和壓力傳感器構(gòu)成。壓力傳感器與PLC相連接。提水機(jī)組包括并聯(lián)的主提水機(jī)組和副提水機(jī)組，主提水機(jī)組主要由依次串聯(lián)的電動閥C、水泵C、止回閥C構(gòu)成，副提水機(jī)組主要由依次串聯(lián)的電動閥D、水泵D、止回閥D構(gòu)成，電動閥C和電動閥D均與電動閥B和控制處理器PLC連接，止回閥C和止回閥D均與壓力傳感器連接，且水泵C和水泵D均與變頻器連接；電動閥B并聯(lián)有手動閥B；止回閥C與壓力傳感器之間還設(shè)置有連接控制處理器PLC的放水電動閥C；止回閥D與壓力傳感器之間還設(shè)置有連接控制處理器PLC的放水電動閥。放水電動閥C與壓力傳感器的連接點(diǎn)還連接有依次連接的水錘電動閥、蓄能罐；且水錘電動閥還與控制處理器PLC連接。

工作中壓力傳感器檢測出當(dāng)前的水管壓力，然后把檢測到的壓力信號變成模擬信號，并把該信號傳送給變頻器，由變頻器中的PID控制器運(yùn)算比較水壓當(dāng)前值和水壓設(shè)定值（如圖2）。為了穩(wěn)定出水壓力，PLC會將出水壓力當(dāng)前值與設(shè)定值進(jìn)行比較，然后根據(jù)比較結(jié)果來決定變頻器是否加速或減速；當(dāng)處于用水低峰期、較少人用水時，變頻器控制一臺水泵低速運(yùn)行；當(dāng)處于用水高峰期、較多人用水時，變頻器控制其中一臺水泵高速運(yùn)行，如果依然達(dá)不到出水壓力時，就會讓這臺水泵以工業(yè)頻率運(yùn)行，而再起動另一臺水泵。為了增加水泵的使用壽命，也為了避免水泵長時間不用而生銹，每4小時讓兩臺水泵循環(huán)工作一次。本系統(tǒng)將電動閥B作為進(jìn)水主閥，使得進(jìn)出水更方便，而將止回閥C、放水電動閥C、止回閥D、放水電動閥D都由PLC控制，使得維修更為方便。

為了減少水壓對管道的沖擊、改善水錘效應(yīng)、延長設(shè)備的壽命，本系統(tǒng)采取兩臺水泵運(yùn)行的方法，有主泵和備用泵。變頻器控制著兩泵，使得這兩臺水泵輪流為主泵和備用泵，交替工作，兩者都能實(shí)現(xiàn)軟起動和軟停止。與此同時，為了消除水錘效應(yīng)，本系統(tǒng)還加裝了儲能罐。

3 PLC輸入/輸出接口電路設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)具有自動控制功能。開機(jī)運(yùn)行時，交流接觸器KM1線圈通電，閉合KM1常開觸點(diǎn)，起動變頻器。幾秒后，交流接觸器KM2線圈通電，變頻器起動水泵C；出水壓力當(dāng)前值比設(shè)定值低時，KM2線圈通電，KM3、KM4線圈通電，工頻運(yùn)行水泵C，變頻運(yùn)行水泵D；出水壓力當(dāng)前值比設(shè)定值高時，KM4線圈斷電，變頻運(yùn)行水泵D，水泵C停止運(yùn)行；而出水壓力當(dāng)前值又比設(shè)定值低時，KM3線圈斷電，KM2、KM5線圈通電[3]，轉(zhuǎn)換為工頻運(yùn)行水泵D，變頻運(yùn)行水泵C，依次循環(huán)實(shí)現(xiàn)恒壓供水（如圖3）。

本系統(tǒng)安裝有中間繼電器KA1、KA2、KA3、KA4。KA1閉合時，表示無水；KA2閉合時，表示變頻器發(fā)生故障；KA3閉合時，表示水泵C發(fā)生故障；KA4閉合時，表示水泵C發(fā)生故障；而且每種故障都設(shè)置有對應(yīng)的報警指示燈。為了保證運(yùn)行系統(tǒng)的安全，不論發(fā)生哪種故障，本系統(tǒng)都會停止運(yùn)行。

4 結(jié)束語

本系統(tǒng)可根據(jù)出水壓力與設(shè)定值的關(guān)系來調(diào)節(jié)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。在較多人用水，出水壓力較設(shè)定值低時，會加速或增加水泵[4]；在較少人用水，出水壓力較設(shè)定值高時，會減速或減少水泵，這樣，供水系統(tǒng)管網(wǎng)壓力就會一直為設(shè)定值，提高了供水質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能。

參考文獻(xiàn)

[1]王曉瑜.基于PLC和HMI的變頻恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].制造業(yè)自動化，2011（10）：120-122.

[2]盧光源，楊黎.S7-200在變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2007（1）：66-68.

[3]常曉玲.電氣控制系統(tǒng)與可編程控制器[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.

[4]孫凱.基于PLC的變頻恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].中國制造業(yè)信息化，2010（19）：50-52.

作者簡介：董文華，女，碩士，講師，研究方向?yàn)殡姎庾詣踊?/p>