一拖三变频调速恒压供水控制系统的设计

张金红，石文兰，张淑艳

（河北工业职业技术学院信息工程与自动化系，河北石家庄 050091）

一拖三变频调速恒压供水控制系统的设计

张金红，石文兰，张淑艳

（河北工业职业技术学院信息工程与自动化系，河北石家庄 050091）

详述了一种基于USS通信的一拖三变频调速恒压供水系统的实现。该系统根据管网压力信号由变频器动态调整泵的运行状况，实现变频无级调速。通过PLC与变频器的通信数据，控制工作泵数量的增减，真正做到用水和供水的动态平衡。

USS通信；PLC；变频器；恒压供水

目前居民生活用水和工业用水增长幅度日益加大，再加上目前能源紧缺，传统的供水方式已经不能满足要求，所以，PLC与变频器控制的恒压供水系统成为供水的主要方式。变频恒压供水通过对水泵电机无级调速，根据用水量的变化自动调节系统的运行参数，实现供水量与用水量的匹配，从而保证在用水量发生变化时供水水压恒定。

1 基于USS的一拖三变频控制方式简介

系统共有3台水泵，1号、2号、3号泵功率均为7.5kW。3台水泵共用1台变频器，变频器选用西门子MM420系列，PLC选用西门子S7－200系列。同时配备远传压力表 1 块 （YTZ－150，0～0.6 MPa），用于检测供水管网压力。浮球液位控制开关1个（TEK－1型），用于预防水泵抽空。安装在出水管网上的远传压力表，把出口压力信号变成（0～10 V）标准电信号送入 MM420的模拟量输入端，与MM420面板设定的压力参数进行比较，经PID运算后得出一调节参数，由变频器输出，从而控制水泵的转速，调节系统供水量，这样就构成了以设定压力为基准的闭环控制系统。当用水量超过1台泵的供水量时，通过PLC控制器加泵［1］。

其控制过程是：用水量少时由变频器控制1号泵，进行恒压供水控制。当用水量逐渐增加，1号泵的工作频率达到50Hz并维持一定时间后，供水压力仍偏小时，将其切换成工频电源供电方式，同时将变频器切换到2号泵上，由2号泵进行补充供水；反之，当用水量逐渐减少，且2号泵的工作频率已降为下限频率并维持一段时间后，供水压力仍偏大时，则关掉1号泵，同时迅速升高2号泵的工作频率进行恒压控制。工作泵数量的增减由PLC控制，变频泵的工作频率由变频器控制，泵的变频、工频工作状态是MM420通过USS通信由PLC控制实现。

2 系统电路设计

图1 系统主回路图Fig.1 System main circuit diagram

2.1 主电路设计

根据系统控制要求，设计的变频恒压供水系统的主电路见图1。

KM1，KM3，KM5分别控制1，2，3号泵的自动工频运行，KM2，KM4，KM6分别控制1，2，3号泵的自动变频运行，KM7，KM8，KM9分别控制1，2，3号泵的手动工频运行。电路设有电流过载保护［2］。

变频器端子与外部连接见图2。其中MM420的3＆4端子接管网远传压力表。14＆15端子通过双绞线与PLC的COM0口连接。

图2 变频器接线图Fig.2 Frenquency converter external wiring diagram

2.2 PLC控制电路设计

根据3台水泵及一拖三变频调速恒压供水的控制要求，PLC的I/O分配见表1，由于设置了自动/手动选择开关，所以PLC控制部分只需考虑自动的启动和停止以及故障报警输出［3］。

每台泵的变频和工频接触器均考虑了机械和电气双重联锁。

表1 PLC的I/O分配表Tab.1 I/O table of PLC

3 PLC程序设计

自动运行功能框图如图3所示（图中“工”代表工频运行，“变”代表变频运行）。

图3 程序流程图Fig.3 Program flow diagram

部分程序代码如下［4］：

//初始状态

4 系统调试

调试系统时，关键是进行变频器参数的设置及PLC程序控制增减泵程序的调试。由于管网压力闭环控制系统采用MM420内置的PI控制器进行调节，因此MM420参数设置及PI控制器参数的调节直接影响系统的控制质量。

变频器的主要参数设置如下：

1）变频器USS站地址P2011＝2；

2）MM420 与 S7－200 通 信 波 特 率 为9 600bit/s，P2010＝6；

3）变频器控制方式为USS通信控制P0700＝5；

4）选择主设定通道P2253＝2 250；

5）设定目标压力P2240＝50.0；

6）根据水泵电机铭牌设定电机参数P0304，P0305，P0307，P0310，P0311；

7）根据系统设定 MM420调节速度相关参数P1120，P1121，P2257，P2258，P2261；

8）使能PI闭环控制P2200＝1；

9）选择PID反馈信号源为模拟输入1信号P2264＝755；

10）设定闭环控制的反馈类型为负反馈P2271＝0；

11）设定闭环控制的P，I参数P2280＝0.05，P2285＝0.02；

其他参数可使用默认值。在调试时根据系统参数整定方法和系统响应调整P2280和P2285，以达到最佳的控制指标。

5 结 语

通过对基于USS通信的一拖三变频恒压供水系统设计与调试，经实际运行证明，本系统具备以下特点：

1）由变频器内置PI控制器实现管网压力闭环控制，节省PLC的模拟量处理模块，节约了成本。

2）系统配有手动/自动切换开关。便于故障检修和应急处理，可靠性高，保护功能完善。

3）该系统运行稳定，故障率低，而且操作容易，节能效果显著。

［1］李焦明.单变频器多泵恒压供水系统节能设计［J］.电气传动，2009，39（11）：64－67.

［2］孙 凯.基于PLC的变频恒压供水系统的设计［J］.中国制造业信息化，2010，39（19）：50－52.

［3］田贺红.基于MODBUS总线的污水处理变频供水系统设计与实现［J］.给水排水，2010，36（s1）：433－435.

［4］廖常初.PLC编程及应用［M］.北京：机械工业出版社，2008.

Design of constant pressure water－supply system based on one frequency converter dragging three pumps

ZHANG Jin－hong，SHI Wen－lan，ZHANG Shu－yan
（Department of Information Engineering and Automatization，Hebei Institute of Vocation and Technology，Shijiazhuang Hebei 050091，China）

This paper introduces the implementation of constant pressure water－supply system based on one frequency converter dragging three pumps.The system adjusts pumps running condition through freqency converter according to the pipe pressure signal.The PLC controls the number of pumps for the increase or decrease through data communication with frequency converter.

USS communication；PLC；frequency converter；constant pressure water－supply

TP278

A

1008－1534（2011）06－0387－03

2011－09－06

李 穆

河北工业职业技术学院科研资助项目（QZ－1101）

张金红（1977－），女，河北保定人，讲师，主要从事工业自动控制、电子检测及仪表方面的研究。