PLC控制的恒压变频供水系统

摘要：
　　本文介绍了我们生活小区供水系统的要求，讲述了现供水系统存在的问题，为了解决存在的问题，提高供水系统的安全性和稳定性，采用PLC与变频器构成恒压变频供水系统来进行改造，改造后的系统完全可以达到各用户用水的要求。
　　
　　关键词：
　　恒压供水 PLC 变频器传感器
　　
　　一、引言：
　　生活小区有近千用户，现在的供水系统，在用水量大的时间段，出现严重的供水不足，水压下降，严重影响住户的生活质量。现供水系统采用水泵定速控制，通过改变阀门的大小的方法调节流量和压力，以达水压恒定。这种方式在运行中存在以下问题。
　　1.人工操作存在调节滞后，整个系统稳定性差，自动化程度低，使得溢水管经常排水造成资源浪费；
　　2.水泵定速运行，不仅造成电能的浪费，而且由于泵长期高速运行，易使轴承损坏，影响泵的使用寿命，且备用水泵出现过锈死的现象；
　　3.每年夏天用水高峰时段水压不能得到保证，当出现了突发性电网故障时，由于水量不足给住户生活造成不便；
　　为了提供恒压供水，因而对生活小区供水系统进行改造就显得非常重要。
　　
　　二、系统要求：
　　1.原供水系统
　　原供水系统采用两台（一台备用）７.５KW电机控制水塔水位，通过改变阀门的大小的方法调节流量和压力，以达到调节水压供水，系统中电机采用硬启动，且供水中只有一种压力。
　　2.改造后供水系统要求
　　(1)供水管网压力按时间自动变化如图一曲线所示。
　　

　　(2)水泵工作时可由变频运行转换为工频运行，也可由工频运行转换为变频运行，工频运行与变频运行之间有连锁控制。
　　(3)当电机由变频运行切换至工频电网运行和由工频电网切换到变频器电动运行时，必须有一定的延时，进行速度稳定后接触器才自动合闸，以防止操作过电压和电机高速产生的感应电势损坏电力电子器件。
　　(4)具有自动、稳定、节能、经济等。
　　
　　三、改造方案确定及系统的构成
　　1.改造方案
　　(1)根据系统节能、经济的要求选用三台10KW电机控制三台水泵进行供水。其中一台备用，当用水高峰时两台水泵运行以满足水压要求，用水低峰时一台水泵运行，实现节能目的。
　　(2)选用PLC、变频器、压力传感器、时控开关作为控制单元，实现出水管网压力的自动化控制，水泵之间的自动切换和阀门的自动开关等，大幅度提高设备的自动化水平和可靠度。
　　2.系统构成
　　变频器是调速核心设备，其主要作用是通过改变输出电源频率而对电机，水泵实现无级调速，达到随用水量变化而自动调节电机、水泵转速，使管网保持恒压的目的。另外，系统通过软硬件实现过压过流过热等较齐全的保护功能，以及对电机实施热启动，每台水泵均具有变频，手动等操作功能。从而，根据用水所需的压力来调节电机速度控制压力，达到节能的目的。
　　

　　
　　四、系统改造
　　1.元件选型
　　(1)时控开关选用LT311A型时控开关。它为单片机可编程时间控制器，具有24个可预置的时间程序，按顺序设置可组成12对定时开关。其中1～8程序组成4对定时开关为第一路输出，9～16程序组成4对定时开关为第二路输出，17～24程序组成4对定时开关为第三路输出，若将三路输出合并为一路使用，可实现每天12次开12次关的定时控制。其使用接线如图三所示。
　　

　　(2)压力传感器选用PS4型压力传感器，该传感器具有开关量与模拟量输出功能，传感器的测量范围为0.3~0.8Mpa，外形引脚如图四所示。其开关量输出可通过压力预置，当检测到的压力达到预置压力时开关闭合。

　　(3) PLC选型：根据系统输入输出点数选择。时控开关有三个时控输出信号，再加上启动、停止，手动控制三台电机及六个电磁阀等共计有22个输入点，22个输出点；另整个系统对PLC没有特殊功能指令要求，因此可选择经济小型的FXON-60MR型PLC。
　　(4)根据电机的功率选择变频器：电机功率为10KW，可选择日本三菱公司的FR-A540-10KW变频器，其变频器本身具有制动功能，可不用外接制动元件。
　　2.全系统控制
　　(1)时间压力匹配控制
　　①时控开关时间设定：0:00~5:00,11:00~14:00,21:00~24:00为1~6组时间程序，由第一路输出；5:00~8:00,14:00~17:00为8~11组时间程序，由第二路输出；8:00~11:00,17:00~21:00为17~20组时间程序由第三路输出。然后接于PLC输入端的X10、X11、X12端子。
　　②压力设置分别为0.38MPa、0.5MPa、0.47MPa、0.52MPa、0.48MPa、0.53MPa、0.42MPa，其实现可通过PLC输出的开关量信号来控制变频器2端子输入电压大小以达到实现的目的。其电气接线图如图五所示。
　　

　　③变频器在某一时段给定压力后，与压力传感器检测到的压力信号反馈到变频器的4端子进行比较，可随时调整变频器输出频率，以达到实际压力与给定压力相等，从而实现了变频器的PID控制。
　　(2)变频运行与工频运行的转切换
　　当电机的变频供电频率上升到工频运行时，则PLC控制继电器断开变频器的供电，直接由电网进行供电，当供水管压力还达不到要求时，第二台电机变频启动运行。根据现场实测情况有如下特点：当压力达到0.5Mpa时变频器输出频率为工频，此时要求将变频运行切换成电网供电运行。其实现是将压力传感器设定值为50Hz，通过传感器开关量的输出来控制PLC，实现电机变频与电网运行的切换。PLC控制变频及电机运行的情况如下表:
　　(3)PLC输入、输出分配表
　　

　　(4)PLC梯形图如图七所示。
　　(5)变频器程序设置如下：
　　Pr79=2；(操作模式选择外部操作模式)
　　Pr128=20；(PID控制动作选择负反馈)
　　Pr129=300%；(PID比例范围)
　　Pr130=180s；(PID积分时间)
　　Pr134=3s；(PID微分时间)
　　Pr1=10Hz；(下限频率)
　　Pr2=50Hz；(上限频率)
　　Pr904=0mA;0Hz；(传感器输出校正)
　　Pr905=16mA;50Hz；(传感器输出校正)
　　
　　五、结束语：
　　采用该PLC控制的恒压变频供水系统肯定能保证小区用户的用水，同时很大程度上降低了维修的劳动强度和延长了设备的使用寿命，实现了真正的自动控制，不仅可解决了现供水系统存在的问题，而且节能效果显著。因此，从节能和改善用户的生活条件上有着重大的价值。