PLC和变频器在水系统设计中的应用

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[摘 要]本文将以恒压供水系统设计实现过程中对于plc以及变频器的应用为例，结合PLC以及变频器控制的恒压供水系统特征，在进行系统结构与原理分析基础上，对于PLC和变频器在恒压供水系统中的设计应用进行分析论述，以促进PLC和变频器在恒压供水系统中的推广应用。

[关键词]PLC控制 变频器 供水系统 特征 工作原理 设计应用 分析

中图分类号：TN773 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）21-0355-01

随着社会经济的发展以及人们生活水平的不断提升，使得实际生产与生活中的用水需求不断提升，传统供水方式难以满足现代经济形势下的供水需求，进行供水系统运行控制形式的改进完善是当前面临的重要问题。基于PLC以及变频器的恒压供水系统就是在这种环境条件下设计提出的。PLC以及变频器控制的变频恒压供水系统在实际供水运行中，主要是通过对于水泵电机的供电频率的改变，以实现对于水泵转速的调节，来保证供水系统中的实际供水压力和系统设定的供水压力之间的一致性，从而实现用水量变化下的供水量随之变化，以满足相应的供水需求。与传统的供水系统相比，PLC以及变频器控制的恒压供水系统在供水运行中，不仅能够有效的降低供水运行中的能源消耗以及资源浪费现象，同时能够对于供水系统的使用寿命进行保障，具有较为突出的节能优势与效果。

一、PLC以及变频器控制的恒压供水系统结构与原理分析

1、PLC以及变频器控制的恒压供水系统结构组成分析

根据PLC以及变频器控制在恒压供水系统中的实际设置与应用情况，该系统主要是由PLC以及变频器、压力变送器、控制接触器、水泵等结构设备组成，在进行供水控制运行过程中，系统电路的连接设置则是采用一拖多的线路连接形式进行设置实现的，这样在系统供水运行过程中，系统中设置的水泵机组既可以以工频控制形式进行运行控制，也可以通过变频形式实现控制运行，以对于各种状况下供水需求进行满足。如下图1所示，为PLC以及变频器控制的恒压供水系统的主要电路连接示意图。

此外，在PLC以及变频器控制的恒压供水系统中，进行压力传感器的设置，主要是为了对于供水管网中的水压进行检测，因此，多设置在供水系统泵站的出水口位置处，以对于供水系统用水量变化引起的水压变化进行检测，同时将检测获取的信号转换成为电信号传送到变频器结构装置中，与变频器设定值进行比较基础上进行数据信号的处理，并将处理的数据结果通过频率形式传递出去，以对于供水系统的供水运行进行控制，以满足相应的供水需求。

2、PLC以及变频器控制的恒压供水系统工作原理分析

根据上述变频恒压供水系统的结构组成情况，在系统供水运行中，主要通过压力传感器以及变频器对于系统运行数据信息进行收集、处理，以实现对于系统运行的控制调节。但是，在供水系统工作运行中，一旦系统中用水量出现增加，发展到系统水泵进行全速的运行也不能够对于管网运行压力的稳定性进行控制保障的情况下，这时就会由系统中的PLC结合变频器的频率上限信号，将结构部分对于系统的运行控制工作转换成变频工作运行状态下的水泵机组运行状态，以实现系统的工频运行，同时将系统中的备用水泵采用变频器进行启动并开始工作运行，以实现供水系统管网供水量的增加，以满足系统供水运行需求。

此外，在应用上述调节控制方式仍然不能够对于供水系统的供水需求进行满足的情况下，则可以通过将系统中处于变频工作状态的水泵转换成工频运行状态，然后将备用水泵直接以变频运行方式进行运行启动，以保证供水系统的管网运行压力稳定，并且在供水量减小的情况下，通过PLC控制将工频运行状态水泵进行关闭，实现供水量的减小，以满足系统运行需求。

二、基于PLC与变频器的恒压供水系统设计分析

1、PLC程序设计分析

通过参数设置将变频器的OL、FU端子功能分别设置为上限频率和下限频率，作为上限频率和下限频率到达信号的输出端子。在自动状态下系统启动时，首先KM0和KNI吸合1号水泵在变频器控制下起动，延时5s，PLC对变频器的输出频率进行检测。当检测到变频器下限频率信号则关闭1号水泵；反之当检测到变频器上限频率信号则PLC执行增泵动作，1号水泵改为工频运行并延时1s。此外，为了保护水泵及变频器，1号水泵的KMI与KM2之间的进行了电气互锁。当2号水泵投入变频运行后，延时5s， PLC继续对变频器输出频率进行检测.当检测到变频器下限频率信号，则关闭1号水泵，剩下2号水泵在变频状态下运行，如果PLC再次检测到变频器下限频率信号，则把2号水泵也关闭，反之当检测到变频器上限频率信号则PLC再执行增泵动作，来满足恒压供水目的。另外为了方便故障检查维修。在设计中增加了故障指示和故障报警输出，变频器本身具有短路保护、过载保护等功能，只需把变频器的故障输出点、接触器、热继电器等辅助触点接到PLC即可。PLC通过程序扫描这些输入点，如果发生故障则作出相应的动作。如检测到一台水泵出现过载情况，则切断该泵的接触器并投入备用泵，同时输出故障信号，以方便检查及时维修。

2、系统的运行调试分析

调试系统时，关键是对变频器参数的设置。由于系统的控制且标是将压力变送器采集到的实际压力与系统设置的压力进行比较，最终将实际压力稳定在设定压力值。这个目标可以通过调节变频器的PID参数实现。在实际调试时.如果水压在设定值上下有剧烈的抖动，则应该调节PID指令的微分参数，将值设定小一些，同时适当增加积分参数值。如果调整过于缓慢.水压的上下偏差很大，则系统比例常数太大，应适当减小直至参数能满足系统要求。

三、结束语

总之，基于PLC以及变频器的恒压供水系统在实际供水运行中，不仅具有较为的运行稳定性，并且能够根据供水量的变化，实现对于系统运行的调节，满足不同供水需求，进行基于PLC以及变频器的恒压供水系统设计分析，有利于促进PLC以及变频器控制技术在供水系统设计中的推广应用。

参考文献

[1] 孙东辉，王宏宇，赵秀芬.变频技术在中央空调冷却水压差控制中的应用[J].低压电器.2009（6）.

[2] 郭垒.基于PLC的变频节能系统在井筒冻结施工中应用的研究[J].工矿自动化.2011（8）.

[3] 赵鹏飞，陈晓军.基于PLC和变频调速的分时恒压供水系统设计[J].机电工程技术.2011（12）.