PLC变频器在恒压供水系统中的应用

戴世荣

摘要： 水泵为二次方率负载，实施变频调速节能效果十分可观。本文介绍了PLC控制变频器实现调速恒压供水的系统。

关键词： PLC变频器变频恒压供水系统

1.引言

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。

（1）水泵为二次方率负载，实施变频供水，其节能效果十分可观，为20%—40%。

（2）采用变频调速，可以彻底消除水锤效应。

（3）采用变频调速，水泵的工作寿命将大大延长。

2.工作原理

总之，保持供水系统中某处压力的恒定，也就保证了使该处的供水能力和用水流量处于平衡状态，恰到好处地满足了用户所需的用水流量，这就是恒压供水所需要达到的目的。

3.一控三的实施方案

该方案探讨的是基于PLC、变频器（一控三）为核心的恒压供水系统。PLC作为整个系统的控制部分，将接收到的压力传感器反馈信号与预设值作比较、数据处理，并发出逻辑控制命令，控制变频器输出频率的高低，改变水泵快慢转速，从而实现管网的恒压供水。图1是变频恒压供水的系统框图。

首先确定一个压力值p，该压力值为正常情况下保证相对泵站垂直距离最大的用户能正常用水的管网压力值。设3台水泵分别为1#泵、2#泵、3#泵，正常供水时只需2台水泵，其工作过程如下：

先由变频器起动1#泵变频运行，如管网水压大于p，则PLC输出指令控制变频器减小输出频率，降低水泵转速，最终保证管网水压等于p；如管网水压小于p，则变频器增大频率输出，水泵转速升高，保证管网水压等于p。若此时，1#泵频率为50Hz，而管网水压仍小于p，则系统自动延时1分钟，之后将1#泵转换为工频运行，起动2#泵变频运行，频率不断上升直至管网水压达到，此时供水系统处于“1工1变”的运行状态。当用水量减小，管网水压升高时（大于p），变频器输出频率降低，2#泵转速降低，保证管网水压恒定。当频率降到下限值时，管网水压仍高于p时，系统延时1分钟后则自动停掉2#泵，并将1#泵由工频运行转换为变频运行，继续保持水压为p。如此循环。

4.电路图

图2为变频恒压供水系统的主电路图。电源开关可以实现人工手动控制和PLC、变频器智能控制的转换。任意时刻，水泵只能处于变频控制和工频运行的一种状况，KM2/KM3、KM4/KM5、KM6/KM7接触器需要连锁控制。此连锁既能在硬件电路中实现，又可由PLC软件编程实现。电机变频运行时，无过载现象；当PLC处于工频运行时，为防止电机过载，需将热继电器串联电路中。

5. PLC变频器选型

PLC变频器的选择要根据现场要求选择。

5.1PLC选择

采用西门子S7-200型。S7-200可编程序控制器是模块化中小型PLC系统，能满足中等性能要求的应用；大范围的各种功能模块可以非常好地满足和适应自动控制任务，各种单独的模块之泛组合以用于扩展；简单实用的分散式结构和多界面网络能力，使得应用十分灵活；方便用户和简易的无风扇设计；当控制任务增加时，可以自由扩展；大范围的集成功能使得它的功能非常强劲。多种性能递增的CPU和丰富且带有许多方便功能的I/O扩展模块，使用户可以完全根据实际应用选择合适的模块。当任务规模扩大，可随时使用附加模块对PLC进行扩展。整个PLC系统的配置如图3。

5.2变频器选择

根据工艺要求和方便调试等要求，选用ABBACS800系列变频器。ACS800系列变频器是ABB公司采用直接转矩控制的变频器，结合诸多先进的生产制造工艺推出的高性能变频器。它具有很宽的功率范围，优良的速度控制和转矩控制，完整的保护功能，灵活的编程功能，以及较高的可靠性和较小的体积，等等。ABB变频器独特的直接转矩控制（DTC）功能是目前最佳的电机控制方式，它可以对所有交流电机的核心变量进行直接控制，无需速度反馈就可以实现电机速度和转速的精确控制。ACS800系列内置五个标准宏程序和两个用户宏程序，只需选择需要的应用宏启动，做出修改并且将结果存储到用户宏程序中。这些预设的应用宏配置大大节约了调试时间，减少了出错的概率。

6.结语

该系统采用PLC控制变频器实现调速恒压供水，使用方便、工作可靠、系统压力恒定，具有较好的控制效果。系统采用闭环控制，参数超调波动范围小，偏差能及时进行控制。综上所述，采用PLC和变频器为核心部件构成的变频恒压供水系统，具有很强的实用性，为供水领域的技术革新开辟了切实有效的途径。

参考文献：

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