基于PLC下變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

張振軍

摘 要：隨著人們生活水平的不斷提高，人們對于城市供水系統(tǒng)的質(zhì)量要求也越來越高，然而我國城市的供水系統(tǒng)存在高樓供水壓力不足等問題?；诖?，文章對恒壓供水系統(tǒng)進行了介紹，同時分析了變頻恒壓供水系統(tǒng)的PLC程序設(shè)計與變頻恒壓供水系統(tǒng)的監(jiān)測軟件設(shè)計與實現(xiàn)的要點，設(shè)計PLC、變頻器和傳感器等組成恒壓供水系統(tǒng)，根據(jù)管網(wǎng)壓力自動控制供水量，有效提高我國城市供水系統(tǒng)的質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：PLC；恒壓供水；變頻器

中圖分類號：TU821 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）27-0105-02

1 基于PLC下變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計

1.1 自動運行控制分析

供水系統(tǒng)的自動運行控制方式受控制管網(wǎng)壓力的影響，因此，自動運行控制可分為兩種情況分析，一種是管網(wǎng)壓力上升時系統(tǒng)的自動運行控制方式，另一種是管網(wǎng)壓力下降時供水系統(tǒng)的自動運行控制方式。

1.1.1 管網(wǎng)壓力上升時系統(tǒng)的自動運行控制方式

供水系統(tǒng)的控制系統(tǒng)開始工作時，供水管網(wǎng)內(nèi)幾乎沒有水壓，這時1#水泵電機在變頻恒壓系統(tǒng)的控制下，進入變頻運行模式，當(dāng)管網(wǎng)壓力達到預(yù)設(shè)值時，供水壓力才能滿足用戶的需求，這時，1#水泵電機開始平穩(wěn)運行。隨著用戶用水量的升高，管道內(nèi)的水壓逐漸減小，壓力傳感器會將接收到的信息傳遞到控制系統(tǒng)中，閉環(huán)系統(tǒng)在進行閉環(huán)調(diào)節(jié)的過程中，會加快1#水泵電機的運轉(zhuǎn)速度。在用戶的用水量減小時，管道內(nèi)的水壓會逐漸升高，壓力傳感器在將接收到的信息傳遞到控制系統(tǒng)后，控制系統(tǒng)在進行閉環(huán)調(diào)節(jié)時，降低1#水泵電機的運轉(zhuǎn)速度。當(dāng)用戶的用水量不斷上升時，系統(tǒng)的自動運行控制方式會將輸出功率提升到變頻器的最高輸出功率，即工頻頻率，由于這時供水管網(wǎng)的壓力小于系統(tǒng)預(yù)設(shè)值，因此控制系統(tǒng)會自動控制1#水泵電機為工頻運行狀態(tài)，變頻啟動2#水泵電機，這個過程會一直持續(xù)到供水管網(wǎng)壓力與系統(tǒng)預(yù)設(shè)值相同的時候。

1.1.2 管網(wǎng)壓力下降時系統(tǒng)的自動運行控制方式

用戶的用水量減小，會導(dǎo)致供水管網(wǎng)的壓力升高，變頻器的輸出功率將降低到供水系統(tǒng)啟動時的功率，如果這時供水壓力大于設(shè)定值，供水系統(tǒng)會自動關(guān)閉工作時間最長的水泵電機，直到供水壓力與預(yù)設(shè)值相同。所以，變頻器控制水泵電機的工作，每臺水泵在工作時，都按照“先開后啟，后啟先開”工作原則，在居民用水量持續(xù)下降，變頻器的輸出功率與啟動功率相同時，將會出現(xiàn)上述轉(zhuǎn)換過程，一直持續(xù)到最后一個變頻水泵開始工作為止。

1.2 手動運行控制分析

手動運行控制方式通常在供水系統(tǒng)自動控制方式出現(xiàn)異常狀況時使用，它屬于一種供水控制系統(tǒng)的備用工作方式。供水控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換開關(guān)常常放置在手動擋上，當(dāng)啟動1#水泵電機工作時，需要按下控制系統(tǒng)的啟動按鈕，在這個過程中，工作人員需要時刻關(guān)注供水管網(wǎng)的壓力變化，決定水泵電機的工作臺數(shù)和運行速度。當(dāng)供水壓力達不到相應(yīng)標準時，工作人員需要變頻啟動2#水泵，以此類推，直到第4臺水泵電機開始工作[1]。

1.3 變頻恒壓供水系統(tǒng)的PLC程序設(shè)計

組織塊OB1是PLC程序的主程序，在PLC程序中，OB1始終會調(diào)用功能塊與系統(tǒng)功能塊的功能。在OB1循環(huán)完成后，操作系統(tǒng)會將接收到的映像輸出表傳遞到輸出模板，在重新啟動OB1之前，系統(tǒng)會根據(jù)當(dāng)前的信號狀態(tài)，更新映像輸入表，且該過程會在系統(tǒng)的控制下循環(huán)執(zhí)行。OB1是所有被監(jiān)視的OB中，優(yōu)先權(quán)最低的項目塊，所以優(yōu)先級較高的OB會中斷OB1的運行。S7-300CPU能夠最大限度的減小OB1的研究處理時間，該控制系統(tǒng)可以完成故障信號的輸入、開關(guān)量報警以及故障、報警子程序的處理等工作。

1.4 變頻恒壓供水系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集與通信模塊

該模塊主要包含三方面的主要內(nèi)容，分別為：數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)儲存、設(shè)定通信參數(shù)。設(shè)定通信參數(shù)的方式主要有兩種，一種是根據(jù)供水壓力大小、用戶的用水量設(shè)定壓力傳感器的參數(shù)，另一種是根據(jù)PLC與PC機間的通信協(xié)議設(shè)定通信參數(shù)。數(shù)據(jù)處理模塊主要負責(zé)分解PLC讀取到的數(shù)據(jù)，將采集到的數(shù)據(jù)通過濾波等操作方式，將采集到的信息存儲到數(shù)組之中。通信模塊由通信測試與數(shù)據(jù)通信兩方面組合而成，主要負責(zé)PLC驅(qū)動不同工作狀態(tài)下的控制系統(tǒng)時，修改由上機位下達的控制參數(shù)與控制命令，維持系統(tǒng)的通信狀態(tài)。

1.5 變頻恒壓供水系統(tǒng)中設(shè)備的狀態(tài)控制模塊

該模塊主要包括三方面主要內(nèi)容，分別為報警處理、設(shè)定設(shè)備參數(shù)、顯示與調(diào)整設(shè)備狀態(tài)。其中報警處理負責(zé)在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，以聲音或者換面閃爍的方式使工作人員注意到系統(tǒng)運行的異常情況，記錄報警時的數(shù)據(jù)有利于對報警信息進行處理。設(shè)定設(shè)備的參數(shù)可以利用PLC的水位以及壓力調(diào)整PID參數(shù)，并將數(shù)據(jù)傳送到PLC中，通過其調(diào)節(jié)功能有效控制系統(tǒng)，同時也可以調(diào)整設(shè)備運行過程中的重要參數(shù)[2]。

2 基于PLC下變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的實現(xiàn)

2.1 供水系統(tǒng)初始化控制程序

在啟動系統(tǒng)之前，需要對系統(tǒng)各組成部分的工作狀態(tài)進行檢測，如果在檢測過程中發(fā)現(xiàn)問題，系統(tǒng)便會自動報警，同時對模擬量數(shù)據(jù)處理的數(shù)據(jù)表進行初始化處理，并賦予數(shù)據(jù)一個初始值，可利用主程序?qū)ψ映绦蛘{(diào)用的方式完成上述環(huán)節(jié)。

2.2 水泵電機的啟動程序

控制系統(tǒng)開展工作時，通常采用分組方式控制各機組的運行，PLC程序在這時才可以啟動電機。在使水泵電機開始工作之前，需要為變頻器三相電源輸入端供電，在PLC發(fā)布完指令后，閉合電機與變頻器三相電源輸出端的接觸器，然后將變頻器外控端子間的常開觸點連接在一起，同時令BX-CM斷開。

2.3 水泵電機變頻與工頻切換程序

水泵機在變頻運行之后，在變頻器輸出頻率為50Hz的情況下，可以檢測變頻輸出電源和工頻電源的相位是否一致，如果相位相同，PLC的擴展模塊將接受控制器端子的OV信號，然后對接收到的信號進行計算，并開展相應(yīng)操作，切斷變頻器的輸出，在這個過程中，可以確保變頻電源與工頻電源的相位保持一致，同時還可以徹底消除接觸器觸頭間的電弧。然后PLC指令發(fā)出，使工頻接觸器吸合，可以順利完成水泵電機變頻與工頻的切換。endprint

2.4 PLC通信連接設(shè)置

PLC在進行專用協(xié)議與RS指令連接時，需要設(shè)定通訊格式（D8120），D8120包括波特率、奇偶校驗以及停止位等格式，在修改完D8120的設(shè)置后，需要將PLC電源關(guān)閉之后再打開，才能使系統(tǒng)按照修改后的參數(shù)運行。除此之外還要對D8121進行設(shè)定，設(shè)定時可以采用RS485形式，將設(shè)定的范圍控制在OOH到OFH之間，數(shù)據(jù)的長度設(shè)為7位，波特率的值為9600bps，無標題符與終結(jié)符，利用RS-232C，自動添加校驗碼，采用專用的協(xié)議格式1，同時將站號設(shè)置為0。

2.5 PLC數(shù)據(jù)輸出

供水監(jiān)測軟件能夠?qū)⒉杉降男盘柵c設(shè)定的型號進行對比分析，根據(jù)輸出數(shù)據(jù)能夠控制供水系統(tǒng)的運行，所以應(yīng)在監(jiān)測軟件中設(shè)置數(shù)據(jù)輸出。數(shù)據(jù)步開始后，遇到input、set、merge、update語句時，會讀入一個觀測，當(dāng)讀取非空環(huán)節(jié)中沒有讀入觀測時，PLC生成一個輸出數(shù)據(jù)，此時數(shù)據(jù)輸出環(huán)節(jié)結(jié)束；當(dāng)讀取非空環(huán)節(jié)讀取到觀測時，PLC會用程序語句對數(shù)據(jù)進行處理，同時使用output語句和數(shù)據(jù)步結(jié)束隱含的輸出將觀測輸出到數(shù)據(jù)集，通過上述過程的不斷循環(huán)，直至PLC輸出數(shù)據(jù)。

2.6 PLC設(shè)計方法

通常情況下，PLC的輸入點數(shù)及輸出點數(shù)受控制系統(tǒng)的要求影響，控制系統(tǒng)現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)量決定著PLC的輸入點數(shù)和輸出點數(shù)。PLC輸入端口主要包括五大控制按鈕，分別為：工頻轉(zhuǎn)換器按鈕、工頻啟動按鈕、工頻停止按鈕、故障復(fù)位按鈕及熱機保護按鈕。PLC的輸出端口包含工/變頻器轉(zhuǎn)換、運行指示及變頻器啟動控制等方面的控制內(nèi)容。PLC通過繼電器的作用實現(xiàn)與系統(tǒng)內(nèi)所有交流接觸器的連接，同時有效隔離控制系統(tǒng)中的強電流與弱電流，起到保護PLC設(shè)備的作用，增強供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在確定PLC的端子數(shù)時，除了要按照控制系統(tǒng)的需求選擇端子數(shù)量外，還應(yīng)為設(shè)備調(diào)整過程留有一定的余量。選用的PLC模塊為EC20型，它的DQ為16點，SC220V繼電器輸出是該模塊的輸出形式，此時，該模塊的輸入形式是+24V直流輸入。

3 結(jié)束語

綜上所述，變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)可以解決城市供水壓力不足與壓力不穩(wěn)定的問題。通過上述對PLC下變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計分析，可以使供水系統(tǒng)在PLC的運算后，控制變頻器，調(diào)試水泵的運行狀態(tài)，保護水泵的發(fā)電機，實現(xiàn)供水系統(tǒng)壓力穩(wěn)定、波動小和無極調(diào)速運行的要求。因此，相關(guān)人員在設(shè)計供水系統(tǒng)時，要充分考慮上述對變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計分析，達到恒壓供水的目的。

參考文獻：

[1]龔真蕊.恒壓供水PLC控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[D].山西農(nóng)業(yè)大學(xué)，2016.

[2]胡開明，王懷平，傅志堅.基于PLC與組態(tài)技術(shù)的變頻恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].電氣應(yīng)用，2016，13：24-27.

[3]徐朋祥.基于PLC的變頻恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2017（06）：78.endprint