PLC控制变频器实现自动恒压供水

PLC控制变频器实现自动恒压供水

常学利

英利能源（中国）有限公司河北省保定市071000

摘要：由于传统水塔供水系统存在线路复杂、故障率高、自动化程度低、二次污染等问题，其已不能适合现在生产生活的要求，对传统供水系统的现代化改造势不可挡。变频恒压供水系统具有诸多优点，无疑是最为理想的改造目标。

关键词：PID；变频器；恒压供水

1PLC的工作原理

PLC指可编程逻辑控制器，是一种具备数字运算、操作功能的控制系统，主要应用领域是工业。PLC技术属于自动化控制技术，应用到工业环境中能对所有电气设备进行自动化控制，提高工业生产质量与生产效率。PLC控制器的技术原理为：控制器可在内部存储器中加以应用，并依靠自身特点，面向用户执行诸如逻辑运算、定时控制、计数和算术等操作指令；此外，该控制器还能利用控制功能对工业环境中存在的各种电气设备、机械工具加以控制，确保工业生产安全。

1.1PLC的等效电路

PLC的等效电路它主要由输入部分、输出部分和内部控制电路组成。

输入部分的作用是收集被控设备的信息或操作指令。输入接线方式分为两种：一种是分隔式输入接线方式，既每一个输入回路只有两个接线端口，其中一个为输入端公共端口COM，各个输入点之间是相互隔离的；另一种是汇点接线方式，即所有输入端只有一个公共点（汇集点），也可以是几个输入端共用一个输入公共点（COM）。

输出部分的作用是驱动外部负载；输出也有两种接线方式：一是分隔式，即每个输出回路彼此独立，用户提供工作电源，显然分隔式接线方式输出回路之间相互关联与影响很小；二是汇点式，即所有输出端点或几个端点共用一个用户提供的交流或直流电源。外部负载驱动电源的一端接到输出公共端子（COM）上。

内部控制电路的作用是对从输入部分得到的信息进行运算、处理，并判断哪些功能应输出。图中T450为定时器，M100为辅助继电器，PLC内部还有计数器C等。PLC内部有许多“软”继电器或继电器“软”触点和“软”接线，这些都是用编程软件来实现的。

1.2PLC的工作过程

PLC的工作过程一般可分为三个主要阶段：输入采样（输入扫描）阶段、程序执行（执行扫描）阶段和输出刷新（输出扫描）阶段

PLC采用循环扫描工作方式。PLC工作的主要特点是输入信号集中批处理，执行过程集中批处理和输出控制也集中批处理。PLC的这种“串行”工作方式，可以避免继电接触控制中触点竞争和时序失配的问题。这是PLC可靠性高的原因之一，但是又导致输出对输入在时间上的滞后，这是PLC的缺点之一。

2PLC任务设计

PLC控制系统最重要的任务就是接收所有内部与外部的信号输入，评估该阶段的供水情况，通过输出信号去操控继电器，接触器，信号灯等指令，最终控制水泵运行程度，提供相对应指令与报警。

供水系统按照需要完成的重要功能主要有自动变频恒压与自动工频运行，能够远程或现场实现手动控制。变频恒压所运行办法是控制系统里面最关键的运行行为，同样，更是控制系统纲领性的功能，是指利通过可编程逻辑控制器控制，与调节功能相互融合，按照变频调控速度完成恒压供水，其本质是在恒压状态下，系统水泵的运行情况与变化阶段设计的可编程逻辑控制器控制程序[3]。传统的继电器如若需要实现对一项工程的控制，其施工、逻辑的设计以及最后的调试皆必须按照步骤依次而行，而已定期的时间消耗长，在面对问题时需要修改方面也会比较困难。而PLC如若对一项工程得以控制，在设计完系统后，控制逻辑的设计以及现场施工都可以同时进行，并且在修改与调试方面都很轻松。

3变频器恒压供水系统的控制原理

压力传感器检测管网压力，将压力信号转换为标准电信号送进变频器的模拟量输入端，与设定的压力值进行比较，并通过变频器内置的PID运算将结果转换为频率调节信号，以调整水泵电动机的电源频率，进而实现控制水泵转速，调节了供水系统的供水量，达到恒压供水的目的。

自动运行时，由PLC控制电动机的工频运行和变频运行继电器，依据条件进行增泵升压和减泵降压控制。每次运行先启动1#泵，当用水量增高水压下降，变频器输出频率增加至工频时，水压仍低于设定值，由PLC控制将1#泵切换至工频电网恒速运行，同时启动2#泵并进入变频运行，系统恢复对水压的闭环调节，直到水压达到设定值为止；如果用水量继续增加，当2#泵加速运行变频器输出频率达到工频时，水压仍低于设定值，由PLC控制切换至工频电网恒速运行，同时3#水泵启动变频运行，系统对水压闭环调节，直到水压达到设定值为止；当用水量下降水压增高时，变频器输出频率降到启动频率而水压仍高于设定值，停止该水泵的运行，系统恢复对水压的闭环调节，使压力重新达到设定值；当用水量继续下降，每当减速运行变频器输出频率降至启动频率时，则将此泵停止运行，直到剩下最后一台变频泵运行为止。

4PLC控制变频器的方法

4.1主电路的连接

主电路电源端子会经过交流接触器和自动空气断路器与电源进行连接，所以技术人员对交流接触器和自动空气断路器的控制情况，会直接影响到主电路的连接情况。在连接的过程中，不用考虑相应的程序，只要保障变频器的输出电源可以接到端子上即可，同时对变频器的保存功能进行启动，通过继电器的吸合，实现绕圈电路的正常运行。要求在主电路通断时，严禁技术人员运行变频器，要停止对电路的操作，必须通过控制电路的端子来实现运行，这样会避免电流的泄漏，造成人员的伤亡。

4.2变频器多级调速的PLC控制

利用PLC开关量的输入和输出模块，可以对变频器的多种功能进行实现和运行，输入端可以通过三相异步电动机的控制，设定多级调速。同时也可以利用变频器的数字操作器控制系统的功能，使用时技术人员需要对输出端口的功能进行重新设置，以保障系统的正常运行。

4.3变频器无极调速的PLC控制

无极调速是指按照指令提供的信息内容，从变频器输出的模拟信号中，找到电源的工作规律。变频器也可以利用自身的频率去设定指令的内容，这种循环的工作模式，会提高无极变频器的工作效率，也可以实现更大规模工业控制类动力供能部门的控制和管理。变频器无极调速的PLC控制要求PLC必须要设置模拟量的输出模块，可以及时的掌握到系统工作的情况，并能从模块中找到存储的参数信息，进而为无极变频器提供运行需要的电流。技术人员在设计系统结构时，要根据变频器的输入电流量，选择出最适合使用的PLC模拟输出模块。

5结论

在恒压供水中通过变频器控制水泵的速度，用以调节水管中压力，并利用PLC进行逻辑控制。PLC作为整个控制系统的核心经过检测元件实时监视、跟踪水管内压力，并经变频器的PID调节保证供水压力，通过PLC控制变频与工频切换，自动控制水泵投入的台数和电机转速，实现闭环自动调节恒压变量供水，在保持恒压下，达到控制流量的目的。目前变频调速器已成为恒压供水设备的主体，它不仅可以完全取代传统的高位水箱、水塔等供水方式，而且也消除水质的二次污染，更具有节省能源、自动化程度高、供水操作的利用率均衡，供水泵房，在运方便、提高经济效益等优点。

参考文献：

[1]周兴志等.基于PLC控制的PID变频自动控制系统研究[J].人民黄河，2013，36

[2]刘彦齐.基于PLC控制的城市变频恒压供水系统设计[J].通讯世界，2013，（15）：27-28.