PLC与变频器在恒压供水系统中的应用

陈淑晴 付莹

辽宁锦州渤海大学工学院

PLC与变频器在恒压供水系统中的应用

陈淑晴 付莹

辽宁锦州渤海大学工学院

恒压供水系统的应用十分广泛，目前已经穿透到很多的领域中，而且对人们的生活也起到了很大的作用，现今确保供水系统是足够的安全以及足够的稳定，这对于在大多数的行业中受到了很大的关注，同时在供水的领域中的采用到一些先进的技术，比如PLC相关的控制技术以及一些重要的变频技术等，这些技术都在供水领域中得到了广泛的应用，而且也是系统的重要需求。PLC与变频器控制的恒压供水系统，采用PLC进行逻辑控制，变频器进行压力调节。PLC与变频器中系统控制是属于核心的部件。

恒压供水系统 PLC 变频器

1 引言

在供水系统的，供水网的末端相关的工作以及供水始端的工作可以说实在整个供水系统中的地位举足轻重。通常而言，在供水系统中不论一天的哪个时间段，对水的需求量都是很多了，人们几乎任何时候都需要水的供应，但是时间段不同，这种需求的强度也就不同，所以对于不同的时候就需要对供水的需求进行不同的调整，这样才能尽量减少供水管网所面临的压力，倘若如果这种调整没有把握好的话，则会对供水的质量产生巨大的影响，最坏的结果甚至会引起由于供水的需求过大，从而导致水管大爆炸。所以对于供水系统，需要根据调整水阀门从而对用户用水量进行合理的调整，这样有利于减少在供水压力在控制的范围下，减少资源的浪费以及降低安全隐患。所以为了满足用户用水量多以及对水压的控制比较高的这些情况从而在供水系统中运用变频的技术，这对于供水系统有着十分重要的意义。

2 变频恒压供水系统的国内外研究现状

在20世纪60年代的时候，随着计算机技术的不断发展以及可编程控制器的飞速引入，在相关的制造业中运用可编程控制器这已经成为了一种重要的趋势。同时随着后期技术的不断发展，电气控制领域中也不断运用了变频器的技术，而这种广泛的运用主要是集中在20世纪90年代，因此不言而喻，新生的变频器迅速在国内外受到了很大的重视，成为许多业界人士所关注的重大焦点。现今关于变频器的应用也是十分广泛的，通常在许多的领域中都有用到变频器，比如钢铁企业，水泥冶炼以及环保和供水系统中都有普遍运用到，这些领域中对变频器的运用，从而说明了变频器的发展对于各行各业都有着重大的影响意义。

同一时期，在PLC网络中应用PLC的构成以及将变频器进行了充分的结合，这可以说是目前的现代工业领域中的一个重大的发展与突破，在现代工业化领域中，第一选择的控制装置就是基于PLC的技术，也迅速成为工业中的不可替代的重要角色。20世纪90年代初的时候PLC技术就首次运用到了国内，但是的PLC是来自西门子公司所研究的技术，而且在这一时刻，变频器的发展已经处于了萌芽的阶段，同时变频器也获得很大的进步，恒压调速供水系统实现不断发展是一个漫长的过程，在这个过程中该系统不断得到了完善与改进。从2008年以来，随着基于变频恒压自动供水相关的设备不断在市场中获得广泛的发展，而且生产出的产品也在不断的增多，在恒压供水系统中应用PLC与变频器相结合得到国家政府的支持，我国的一些企业在这方面的投资也不断地提高。而且这些商家迅速发现了恒压供水系统中的商机，这足以证明了变频器的意义重大。

3 PLC的概述

PLC主要是用在工业控制领域，其特点主要如下：

方便维修。PLC不同于继电接触器的一点是，PLC自身自带有故障诊断的功能，所以当装置出现故障的时候，通过观察设备上的故障提醒显示，可以很方便地查看故障原因，而故障的提示是通过装置上的发光二极管进行判断的。PLC方便维修的另一个因素是PLC的体积比较小，同时也可以根据模块化进行故障的检测。

编程简单，易操作。PLC中编程语言最常见的是梯形图语言，该语言不仅仅最常见，而且在PLC编程中也是占有重要位置的，梯形图语言的原理图和继电接触器大体类似，所以在继电接触器的基础上很容易快速掌握梯形图语言的语法，从而可以在编程中采用这门语言。

可靠性强。PLC应用到传统的继电接触器中，这样可以大大地减少硬件路线中的连线的数量和线路中的接触点的数量。所以从这一方面而言，PLC可靠性是比继电接触器系统高。

4 恒压供水系统组成

本文设计的恒压供水系统的总体结构图如图1所示。

图1 恒压供水系统的总体结构图

本文设计的系统的供水方式选择的是通过3台主水泵机组以及1台辅助泵机组进行并联从而实现供水，变频器选择的是三菱，在变频器的里面有嵌入PID的控制模块。而在选择PLC方面选取的是FX2N－32MR，这种PLC的输入点和输出点都是16。压力变送器选择的是寻常的压力表，通过该表最终对水压力进行检测以及对水压进行显示和变送的功能。本系统中的K为选择开关，系统的工作模式可以是自动的也可以是手动的，如果选择了工作状态是手动的时候，那么如果需要停止工作的话可以根据按钮来对4台泵进行控制，这个功能主要的目的是为了实现对供应水进行检测并且提供临时的供水功能。

如果选择的工作状态是自动的时候，那么PLC首先就会根据变频器对1台加压泵实施软启动，这个时候检测到的管网压力就会传到变频器中，而这个管网压力的值的获取是通过传感器实现的，然后接着就将测得管网压力和变频器面板重提前设置好的压力比较，在经过了变频器内部的PID运算之后，调节变频器从而得到输出功率。当用水量处于高峰期，需求量比较大的时候，变频器的输出频率就会和工频比较接近，但是管网的压力还是不能够接近提前设置的压力值。PLC把当前的工作的变频泵会进行一个改变，从变频改到工频，同时将变频器关掉，接着再把变频器换成另一台泵，接着由变频器对该软泵进行软启动，从而能够通过用水量的数值对选择的水泵台数进行调整。在保持了全流量的情况下根据变结合频泵的不断调节以及对工频泵进行分级，最终实现供水压力和设定值保持一致。

5 控制系统设计

5.1 温度变送器接线

图2 温度变送器接线图

将温度传感器的二次仪表的接口4以及接口5进行短接，其中温度变送器中的C+表示的是PLC模拟量输入口，而C-表示的是PLC模拟量输入口，同时温度传感器二次仪表输出的正极和C+进行相互连接，而相反的温度传感器二次仪表的输出的负极和C－口进行相互连接，短接C+口以及RC口，对C－与PLC的M口也进行短接。温度变送器接线图如图2所示。

5.2 变频器的PID参数设置

所谓的PID控制的含义指的是通过进行PID的运算从而对执行量获取的一个过程，并且可以对输出的频率进行相应的控制。与此同时PID运算中的P指的是比例运算，而I指的是进行积分的运算，而D指的是微分运算，所以PID是集合了这三种运算的一种技术。PID运算中可以分为正和负两种类型。而且通常的情况下，选择负的作用占多数，而这里的负作用的含义就是如果设定值和反馈量的差值是为正的时候，这里的差值可以记为△，那么就会执行量增加，也就是增加输出频率，反之当偏差取为负的时候，执行量就会得到减少。处于PID的控制器中，当有压力控制加到误差信号的时候，控制电源驱动电路的放大方式可以分为三种。所谓的比例增益指的是向误差信号所给出的瞬时响应。而积分增益则是将误差信号的积分得出，同时可以使得误差能够减到趋近于零。积分增益对于压力信号中进行过滤有很大的作用，能够将噪音去掉。而且微分增益会对实测压力进行依赖，如果运用是正确的时候，那么微分增益就会将受到的干扰的时间尽量缩短。关于PID设置相关参数如表1所示。

表1 变频器的参数设置

6 结语

本文主要是对恒压供水的进行了介绍，对该系统的组成结构进行了概述，分析了目前的国内外关于恒压供水的现状以及还对恒压供水中设计的参数进行了分析。

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