本站原创引言：随着人们对生活水平要求的不断提高和经济社会发展的需求,水对人民生活与工业生产的影响日益加强,人民对供水质量和供水系统可靠性的要求不断提高.把先进的自动化技术、控制技术、通讯及网络技术等应用到供水领域,成为对供水系统的新要求.PLC的恒压供水系统集变频技术、电气技术以及PLC控制技术于一体.采用该系统进水供水可以提高供水系统的稳定性和可靠性,方便地实现供水系统的集中管理和监控；同时系统具有良好的节能性,这在能量日益紧缺的今天尤为重要,所以研究设计该系统,对于提高企业效率以及人民的生活水平、降低能耗等方面具有重要的现实意义.
一、基本原理、结构组成和设计的总体方案
（一）变频恒压控制
供水系统的供水部分主要由水泵、电动机、管道和阀门等构成.通常由异步电动机驱动水泵旋转来供水,并且把电机和水泵做成一体,通过变频器调节改变定子供电频率来改变同步转速而实现调速,从而改变水泵的出水流量而实现恒压供水.
在系统运行过程中,出口总管网的实际供水压力跟随设定的供水压力.水压由压力传感器的信号4-20mA送入变频器内部的PID模块,与用户设定的压力值进行比较,并通过变频器内置PID运算将结果转换为频率调节信号,以调整水泵电机的电源频率,从而实现控制水泵转速.
如果实际供水压力低于设定压力,变频器将得到正的压力差,这个差值经过变频器转换PID计算变频器输出频率的增加值,该值就是为了减小实际供水压力与设定压力的差值,将这个增量和变频器当前的输出值相加,得出的值即为变频器当前应该输出的频率.该频率使水泵机组转速增大,从而使实际供水压力提高,在运行过程中该过程将被重复,直到实际供水压力和设定压力相等为止.如果运行过程中实际供水压力高于设定压力,情况刚好相反,变频器的输出频率将会降低,水泵的转速减小,实际供水压力因此而减小.同样,最后调节的结果是实际供水压力和设定压力相等.
（二）PLC的恒压供水控制系统构成总体方案
1、供水系统总体组成
泵站基于PLC的恒压供水控制系统.系统共有两台水泵,两台水泵分别由M1、M2电动机拖动,由KM1、KM2、KM3接触器控制.系统采用了S7-300型PLC（cpu313c,16个输入点,16个输出点）、三棱变频器FR-A740、压力传感器、浮子式液位开关及其他控制设备.供水系统压力传感器装于管网出口,储水池水位监测浮子液位开关传感器装于储水池顶部.
系统分为：执行机构、信号检测机构、控制机构三大部分,具体为：
（1）执行机构：执行机构是由一两台水泵组成,它们用于将水供入用户管网.1号泵可工频运行,也可变频运行；2号泵只变频运行.由变频调速器控制、可以进行变频调整的水泵,用以根据用水量的变化改变电机的转速,以维持管网的水压恒定.
（2）信号检测机构：在系统控制过程中,需要检测的信号包括管网水压信号、水池水位信号和报警信号.管网水压信号反映的是用户管网的水压值,它是恒压供水控制的主要反馈信号.此信号是模拟信号,输入变频器；水池水位信号反映储水池的高水位情况,水位过高时发出报警.此信号来自安装于水池中的液位传感器；报警信号反映系统是否正常运行,水泵电机是否过载、变频器是否有异常,该信号为开关量信号.
（3）控制机构：供水控制系统一般安装在供水控制柜中,包括PLC控制器、变频器和电控设备三个部分.PLC控制器是整个变频恒压供水控制系统的核心,直接对变频器运行情况、电网过电压等信息进行采集；对来变频器数据信息进行分析、实施控制算法,得出对执行机构的控制方案,通过变频调速器和接触器对执行机构（即水泵机组）进行控制；变频器是对水泵进行转速控制的单元,其跟踪水压传感器送来的模拟量信号改变调速泵的运行频率,完成对调速泵的转速控制.
2、控制流程
首先启动1号水泵电机工作在调速状态.当变频器运行频率到达上限时,并稳定运行后,若此时管网压力低于水压设定值,则增加2号水泵.在PLC的逻辑控制下将1号水泵电机与变频器连接的电磁开关断开,1号水泵电机切换到工频运行,同时变频器与2号水泵电机连接,使2号水泵电机工作在调速状态.当供水压力大于设定值时,则需进入减泵过程.此时变频器输出频率降低,水泵电机速度下降,当变频器的输出频率达到下限,并稳定运行一段时间后,把变频器控制的水泵停机.如果此时两台水泵均在运行,则减2号水泵,并使1号水泵电机工作在调速状态.否则1号水泵停机.如果管网压力仍大于设定值,则停机.
二、硬件系统设计
（一）主电路
主电路由空气开关QF控制；变频器电源由断路器KM0控制；交流接触器KM1、KM3控制1号泵、2号泵变频运行,KM2控制1号泵工频运行,FR1、FR2分别为两台水泵电机过载保护用的热继电器；FU为变频器控制电源的熔断器.
（二）控制电路主要功能
1、手动控制,当对水泵进行安装检修调试或压力传感器等不能正常工作时,可用手动控制方式控制水泵的起停.
2、自动控制,在系统正常时,该控制方式能根据用水量的变化,自动完成两台水泵的软起动、停止、切换的全部操作.
3、水位保护,为防止在用户水量很小时（例如晚间）,蓄水池内的水位过高而溢出水池,系统通过安装在蓄水池上部的浮子式液位开关液位检测装置,将蓄水池高水位信号传递给PLC控制,发出声光报警信号.
4、过载保护,当变频器过载时,变频器自动停止输出,以保护变频器及水泵,并发出停止输出信号至PLC控制,发出报警信号.
5、过电压保护,当电网出现电压过高,装设有主电路上的过电压保护装置（型号：DJ-131）输出过压信号至PLC控制,PLC发出输出停止信号跳电源断路器,以保护变频器及水泵.
三、PLC程序设计
（一）故障报警
作为一个控制系统,报警是必不可少的重要组成部分.为了保证系统安全、可靠、平稳的运行,防止因电机过载、变频器报警、电网过大波动、储水池水位过高造成故障,因此系统必须要对各种报警量进行监测,系统判断报警类别,进行显示和保护动作控制,以免造成不必要的损失.
当电网出现过电压时,过电压继电器常开接点闭合,将信号出时输出到PLC及信号控制回路,信号灯亮发出报警；当220VAC/24VDC压变模块C1出现断线故障时,压变模块C1常开接点断开,信号灯灵.
PLC控制根据输入点信号I0.5过电压继电器判断主电源是否过压、I0.7变频器工作状态是否正常、I1.4变频器运行是否过载,确定是否投入电源断路器,以保护变频器及水泵,并根据故障相应报警.
四、总结
本系统中,PLC完成数据的采集和对变频器、电机等设备的控制任务.PLC编程软件采用模块化的程序设计方法,大量采用代码重用,减少软件的开发和维护.系统利用对PLC软件的设计,实现变频器的故障诊断和电机的控制.实现恒压供水保证了供水的质量,不要因为压力的波动造成供水的障碍；另一方面系统实现声、光报警,保障供水的可靠性和安全性,保障设备的安全.
（作者单位：南昌市安义县城市防洪工程管理站）