PLC变频调速恒压供水在供水系统中的实践

杨扬

摘 要：近年来，随着经济的发展和社会的进步，人们的生活水平在不断提高，对生活质量也有了更高的要求。在传统的供水系统中，恒速供水和高塔供水与人们日益增长的生产、生活用水需求之间产生了矛盾。为了提高供水质量和供水效率，满足人们的生产、生活用水需求，需要借助PLC变频调速恒压供水系统的强大功能。

关键词：PLC；变频调速；恒压供水；供水系统

中图分类号：TP273 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.03.104

随着第三次科技革命在世界范围内的影响不断加深，各种先进技术为经济发展作出了重要贡献。随着PLC技术的不断完善，其在供水系统中的应用也日趋成熟，逐渐形成了现在的PLC变频调速恒压供水系统。新型供水系统的应用，一方面，改善了传统的间断式供水方式，解除了供水系统对生产和生活用水的束缚；另一方面，有效解决了管路压力的调节问题和能耗问题。

1 PLC变频调速恒压供水系统分析

1.1 PLC变频调速概念

所谓的“PLC”，是指可编程逻辑控制器，是能够编程的存储器，可实现对系统内部程序的存储。具体来说，PLC是集顺序控制、逻辑运算、算数操作等功能于一体的面向用户的指令。

1.2 PLC变频调速原理

PLC变频调速功能的实现，主要得益于内部的异步电动机。异步电动机的转速可采用以下公式计算：

n=60f（1-s）/p. （1）

式（1）中：n为异步电动机的转速，r/s；f为电网频率，Hz；s为异步电动机的转差率；p为极对数。

从式（1）中不难看出，异步电动机的转速n与电网频率f成正比，通过改变电网频率，可以实现对转速的改变。当电网频率f介于1～50 Hz之间时，异步电动机的调节范围最佳。由此可见，PLC变频调速功能是通过调节电源频率实现的。

2 新型供水系统结构和控制流程

2.1 PLC变频调速恒压供水系统结构

基于PLC和变频调速器控制的恒压供水系统，控制和保护功能完善，经济效益、社会效益和环保效益突出。所谓的“恒压供水”，是指无论何时、无论用水量多大，用户端管网水压总处于恒定状态。在恒压供水方式下，可以采用的控制策略通常是借助PLC和变频调速装置控制泵组，通过对泵组运行台数的控制，形成供水压力的闭环控制，在管网流量变化时，供水压力也能够被控制在基本恒定的状态，从而有效降低了能源消耗。

PLC变频调速恒压供水系统主要包括信号检测装置、控制器、变频器、执行机构、电控设备和警报装置。信号检测装置主要承担水压信号和液位信号的检测工作。其中，水压信号是系统的主要反馈信号，水压信号检测是反映永固管网水压值的重要方式。而液位信号检测则是对水泵进水水源的检测。通过检测，能够对系统起到有效的保护作用，防止水泵因干抽而受损。控制器作为PLC变频调速恒压供水系统的核心，主要承担检测信号的分析工作，并通过变频调速器和接触器对水泵进行控制。变频器在供水系统中能够起到有效控制运行频率的作用。控制器向变频器输送信号，变频器根据信号改变运行频率，从而实现对转速的控制。变频器的另一功能是充当电源，从而实现电机的无级调速，保持管网水压处于恒定状态。压力变送器主要用于管网水压的检测。通过使用PID智能调节器，能够实现对管网水压的调节。PLC控制单元是执行设备的一种，既是泵组管理命令的执行者，又是变频器的驱动控制者，通过感知水量，实现对工频泵的自动控制。执行机构主要由水泵构成，其主要功能是将水资源送入用户管网。水泵主要由调速泵和辅助泵构成，调速泵受到变频调速器的控制后，能根据水量适时调整电机转速，保持水压恒定；只有处于工频状态时，辅助泵才能运行，适用于夜间等用水量不大的情况。电控设备主要包括继电器、接触器、转换开关等电气元件。此外，报警装置也是供水系统必不可少的组成部分。为了保证系统的安全、稳定运行，防止过电压、过电流、缺水等故障发生，需要对主电路进行监测，通过PLC的报警判别，执行保护动作。

2.2 PLC变频调速恒压供水原理

将压力传感器应用于出水管网后，压力信号就会通过A/D转化为数字信号，进入变频器的调节器中，通过运算，得出具体的压力参数，并与给定的压力参数对比后，得出调节参数；接着，调节参数被传送到变频器，变频器通过控制水泵转速来调节供水量，并维持供水管网中的压力处于恒定状态。当用水量过大或过小时，可以通过PLC控制器的加减泵调节，并根据用水量控制工作泵的数量和转速，从而实现恒压供水。

2.3 PLC变频调速恒压供水系统节能原理

在恒压供水系统中，应用变频器调速可取代恒速电机，从而有效降低能源消耗，达到节能降耗的目的。根据流体动力学的有关理论，水泵工作效率的计算公式为：

ηp=C1（Q/n）-C2（Q/n）2. （2）

式（2）中：C1，C2为常数；Q为供水量；n为异步电动机的转速。

从式（2）中可以看出，当通过阀门控制水量时，在保持转速不变的情况，如果供水量下降，那么工作效率也随之下降；当通过转速控制供水量时，供水量与异步电动机的转速成正比，供水量与转速的比值是个定值，因此，供水效率能够保持最佳状态。

3 PLC变频调速恒压供水系统的构成

3.1 硬件设计

根据PLC变频调速恒压供水原理，系统的电气控制如图1所示。该系统主要由水泵机组、变频器、PLC及其扩张模块、压力流量传感器、人机界面等组成。

3.2 软件设计

PLC变频调速恒压供水系统的软件控制程序如图2所示。在供水系统中，变频器、PID调节器、电机、压力变送器和水泵构成了一个完整的闭环控制系统。通过系统的运行，能够实现对供水能力的自动调节，从而保证供水过程中的水压处于恒定状态。具体的实现方法为：①了解不同用户对用水的需求，并为PID调节器确定合理的压力值；②对管道中的水压进行实际测量，并将实际测量结果通过压力变送器传输给PID调节器；

③PID调节器能够进行比较运算，比较目标值与实际值的偏差，并确定调节量；④自动调节变频器收到调节指令后，输出频率，对电机转速进行调节，从而改变供水量，使供水量与用水量相互平衡，实现供求关系的动态平衡。

4 结束语

综上所述，随着我国经济的快速发展，人们的生活水平逐渐提高。在此情况下，传统的供水方式已不能满足用户日益增长的用水需求。而PLC变频调速恒压供水系统的使用，能够有效解决现阶段的供水问题。根据现有的实践经验，PLC变频调速恒压供水系统在供水管网中的应用具有明显的经济价值和环保价值，且安全性和可靠性较高，能满足现阶段的用水需求。

参考文献

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〔编辑：刘晓芳〕