基于PLC的双水源自动切换供水系统

罗来义

摘 要：某企业虽然有自来水和蓄水池双水源供水，但由于依靠人工操作，以致供水状况不理想。通过加装压力继电器、电动阀、水位开关等自动化器件，并设计了基于PLC的控制系统，解决了企业提出的所有问题，还指出了在此基础上继续改进提高的方向。

关键词：双水源；PLC；自动切换；供水

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.11.215

1 引言

某企业的生产工艺要求不能停止供水，供水的水源为自来水。由于种种原因，自来水经常无规律停水，给企业生产和员工生活带来了很大的困扰，于是企业自建了一个容量为60吨的蓄水池。当自来水停水时，人为启动抽水泵从蓄水池抽水，并操作相关阀门进行切换；当自来水恢复供水时，人为停止抽水泵，并操作相关阀门切换成由自来水供水。

2 问题及解决对策

上述方案虽然使企业不再受自来水供水不可靠的影响，但也存在明显的不足：

（1）当自来水停水时，如果操作人员因故未及时操作，全厂照样停水；当自来水恢复供水时，如果操作人员未及时发现，则继续从蓄水池抽水，浪费了电能。

（2）为防止蓄水池内的水长时间没有使用而水质变坏，必须定期抽上来使用，但操作人员经常会忘记，以致水质变坏，再抽上来使用时，影响员工的健康。

（3）抽水过程中，蓄水池的水位下降到抽水泵底阀露出水面时，空气会进入水泵及其吸水管。下次用水泵抽水之前，必须进行排空气处理，否则水泵抽不上水。

（4）蓄水池的进水端是用机械式浮球阀控制的，在自来水没有停水的情况下，为防止蓄水池内的水质变坏而抽用蓄水池的水时，浮球阀必须人为关闭，否则一边抽水，一边进水，水体轮换不彻底。

在笔者的指导下，加装压力继电器、电动阀、水位开关等器件后，供水系统如图1所示，还设计、安装了一套基于PLC的控制系统，一揽子解决了上述问题，可实现下列功能：

（1）只要自来水压力下降到设定值（可调），就自动启动抽水泵从蓄水池抽水，并自动进行切换。抽水期间，只要自来水压力上升到另一设定值（可调），就自动停止抽水泵从蓄水池抽水，并自动切换成自来水供水。

（2）为防止蓄水池内的水较长时间没有使用而水质变坏，定期

（可调）自动启动抽水泵从蓄水池抽水，并自动进行切换。

（3）抽水过程中，当蓄水池的水位下降到抽水水位开关所设定的水位（可调，高于抽水泵底阀阀瓣所处的水位）时，抽水泵自动停止，防止空气进入抽水泵及其吸水管。

（4）蓄水池的进水通过进水电动阀自动控制：1）定期从蓄水池抽水期间，进水电动阀关闭，保证水体彻底轮换。2）其余情况下，根据进水水位开关的信号变化情形而控制进水电动阀开或关。

（5）蓄水池出现渗漏水的情况时，蜂鸣器响起、指示灯闪烁，提醒工作人员前往处理。

（6）设有自动/手动选择开关：一般情况下，打在“自动”位置；打在“手动”位置时，水泵和三个电动阀有手动控制的功能，便于调试及特殊情况下的灵活运用。

3 器件选型

（1）为了保证控制系统可靠运行及将来继续完善预留适当的点数，选用了三菱公司的FX3U-64MR型PLC。

（2）电动阀选用关断型即可。

（3）压力继电器选用DPDT（双刀双掷）型，其内有两组开关，动作压力可以分别调整，能防止控制系统振荡工作。

（4）水位开关选用电缆浮球液位开关比较可靠。我们试用过带探棒的液位控制器，但工作不可靠，用一段时间就会失灵，原因是水中杂质导致探棒表面形成“保护层”而失效，需拆下来保养后才能继续使用。后来改用电缆浮球液位开关，工作很可靠。

4 PLC的输入/输出地址分配

（1）输入部分，共28个点。

1）旋钮（4个点）：自动/手动选择、自来水电动阀开/关、抽水电动阀开/关和水池进水电动阀开/关。

2）按钮（4个点）：水泵启动、水泵停止、蓄水池渗漏水蜂鸣器（及指示灯）复位和试灯（按下后，所有指示灯全亮）。

3）压力继电器（2個点）：低压侧和高压侧。

4）水位开关（2个点）：进水和抽水。

5）电动阀限位开关和转矩控制开关（各6个点，共12个点）：自来水电动阀开向、自来水电动阀关向、抽水电动阀开向、抽水电动阀关向、水池进水电动阀开向和水池进水电动阀关向。

6）热继电器（4个点）：水泵电机、自来水电动阀电机、抽水电动阀电机、水池进水电动阀电机。

（2）输出部分，共20个点。

1）接触器（9个点）：水泵电机（3个接触器，Y-△降压启动）、自来水电动阀开向、自来水电动阀关向、抽水电动阀开向、抽水电动阀关向、水池进水电动阀开向和水池进水电动阀关向。

2）指示灯（10个点）：手动、自动、水泵电机运转、自来水电动阀开向到位、自来水电动阀关向到位、抽水电动阀开向到位、抽水电动阀关向到位、水池进水电动阀开向到位、水池进水电动阀关向到位和蓄水池渗漏水指示。

3）蜂鸣器（1个点）：当出现蓄水池渗漏的情况，蜂鸣器响起。

5 编写PLC程序

电气控制系统处理的信号都是开关量，编写PLC程序的难度不大，在此不再赘述，只强调以下几点：

（1）电动阀没有断电复位的功能，开和关要通过电机正反转来完成，这一点与电磁阀是不同的。

（2）为了避免因自来水水压短时急剧变化而导致控制系统振荡工作，当采集到压力继电器的信号发生变化后，要经过适当的延时才予以采信。

（3）如果在自来水电动阀因故不能关到位的情况下就开始抽水，势必造成从蓄水池抽上来的水“倒流”向外部供水网的后果（止回阀有时并不能彻底防止），采取的措施是顺序控制：自来水电动阀关到位→抽水电动阀开到位→水泵电机启动。其它情形类推。

（4）为了及时发现电动阀开/关不到位的情况，以相应的指示灯不同的点亮方式予以区分：电动阀开/关过程中，指示灯闪烁；电动阀开/关到位后，指示灯变为长亮。

（5）为了防止短路现象，需要联锁的接触器之间，必须有软件和硬件接线双重联锁。

（6）抽水泵停止、蓄水池进水到位后，如果再次出现进水（进水水位开关从断开变为闭合，编程时要经过适当的延时才予以采信，避免短时扰动造成误判）的情况，则蓄水池可能有渗漏，蜂鸣器响起、指示灯闪烁，提醒工作人员前往处理。按下蜂鸣器（及指示灯）复位按钮，蜂鸣器不再响、指示灯不再闪烁。

6 结束语

实践证明，上述供水系统能可靠运行。虽然如此，但还有改进的余地：一是采用变频器控制水泵电动机，可以节约电能并使供水压力更加稳定；二是为了防止在自来水压力偏低甚至停水的同时又出现抽水泵故障的情况，可以再增加一台抽水泵，两台轮换使用，互为备用。关于这两点，笔者曾经向企业提出过可行性建议，但对方因故未予采纳。

另外，将压力继电器改为压力变送器，将水位开关改为水位变送器，并加装触摸屏，即可数字化或动画显示水压、水池水位等参数，按（旋）钮、指示灯、压力表等硬件也可省去，使整个供水系统的功能更加完善。

参考文献：

[1]王志勇.给排水与采暖工程技术手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2009.

[2]向晓汉.三菱FX系列PLC完全精通教程[M].北京：化学工业出版社，2012.

[3]相关产品的技术样本[S].