浅谈变频器和PLC配合实现恒压供水

闵志成

【摘要】介绍变频器与PLC的配合实现恒压供水系统。采用变频调速方式，通过PLC的PID功能，自动调节水泵电机转速，保持供水压力的稳定。系统具有节能、可靠、自动化等优点，提高了供水质量。

【关键词】PLC 变频器 恒压供水

可编程控制器（PLC）和变频器已经成为当代工业自动化的主要装置之一，在工业生产领域得到广泛使用，在其它领域（如民用和家庭自动化）的应用也得到了迅速的发展。

变频器和可编程程序控制器在恒压供水系统中也得到广泛的应用。采用PLC作为控制单元，利用变频器与PLC的结合，根据系统运行水压可快速调整供水系统的工作压力，达到恒压供水的目的，不但提高了系统的工作稳定性，而且达到了节能的目的。

1恒压供水系统的原理

它主要有PLC、变频器、压力变送器、线路以及水泵组成。用户可通过控制柜面板上的指示灯和按钮、转换开关来控制系统的运行。通过安装在泵出口管网上的压力变送器，把压力信号（4～20mA标准信号）送入PLC，经PLC的PID运算后，送出4～20mA信号，4～20mA信号再送至变频器，再由变频器根据4～20mA信号输出对应的频率（0～50Hz），以此控制水泵的转速以调节供水量。为了降低成本，一般采用一台变频器对应多台水泵的配置。当采用一对多方式时，一台水泵是用于变频调节的，根据水压来调节变频器的频率，来控制水泵的转速。在变频器设置中设定一个上限频率和下限频率，当用水压力低于要求值，变频器迅速上升到上限频率，此时，变频器输出一个开关信号给PLC，启动一台工频运行的水泵，然后，变频器和PLC根据水压调节变频水泵的转速。当用水压力高于要求值，变频器输出达到下限频率，变频器也输出一个开关信号给PLC，停止一台工频运行的水泵，然后，变频器和PLC根据水压调节变频水泵的转速。启停工频水泵数量根据压力依次类推。总的来说，通过调整投入工作的电机台数和控制电机组中一台电机的变频转速，使系统管网的工作压力始终稳定，进而达到恒压供水的目的。

以往的变频恒压供水系统在水压高时，通常采用停变频泵，再将变频器以工频运行方式切换到正在以工频运行的泵上进行调节。这种切换的方式理论上要比直接切换工频的方式先进，但其容易引起泵组的频繁起停，从而减少变频器和水泵的使用寿命。而在该系统中采用直接停工频泵的运行方式，同时由变频器迅速调节，只要参数设置合适，即可实现泵组的无冲击切换，使水压过渡平稳，有效的防止了水压的大范围波动及水压太低时的短时间缺水的现象，即提高了供水稳定，同时延长了设备的使用寿命。

变频器恒压供水的原理图如图1。

2变频器

该系统变频器采用ABB公司生产的ACS510系列变频器。ACS510采用独特的控制方式，专用于水泵的控制，实现了高转矩、高精度、宽调速驱动、循环软起，用于降低谐波的变感式电抗器专利技术，满足通用变频器高性能化的要求，具有超出同类产品的防跳闸功能和适应恶劣电网温度、湿度和粉尘能力，极大提高产品可靠性。

3PLC控制系统

该系统采用OMRON的CPM2A，I/O点数为20点，继电器输出，PLC编程采用OMRON的PLC专用编程软件Cx-programmer，PLC可编程程序控制器及软件提供完整的编程环境，可进行离线编程、在线连接和调试。为了提高整个系统的性价比，该系统采用可编程控制器的开关量输入输出来控制电机的起停、自动投入、定期切换，供水泵的变频及故障的报警等，而电机的转速、设定压力、频率、电流、电压等模拟信号量及实际运行参数则由变频器及其内置PID来显示和控制。

4注意事项

要使系统稳定快速准确的运行，应注意以下参数：

4.1变频、工频切换时间

切换时间在PLC程序中设定，设置时为了确保在加泵时，泵由变频转换为工频过程中，同一台泵的变频运行和工频运行各自对对应的交流接触器不会同时吸合，而损坏变频器，同时为了避免工频启动时启动电流大而对电网产生冲击，所以在允许的范围内时间必须尽可能小。

4.2上、下限频率持续时间

变频器运行的频率随水量增大而升高，本系统以变频运行的频率是否达到上限或下限，并保持一定的时间来判断是否加泵或减泵，这个判断时间就是上下限频率持续时间，如果设定值过大，系统就不能迅速的对管网用水量的变化做出反应；如果设定值过小，管网用水量变化时就很可能引起频繁的加减泵工作。

5结语

此系统采用PLC和变频器结合，系统运行可靠，降低了能耗，实现无人职守的全自动循环倒泵、变频运行，保证了各台水泵运行效率的最优。由于泵的频繁启停减少了，从而可延长泵的使用寿命，可以消除启动和停机时的水锤效应。该设计系统是性能、价格比较高的优选方案。并通过多年的工程运用，运行稳定，节能效果显著。

参考文献

[1]《OMRONCS1系列硬件手册》.

[2]《Cx-programmer3.1编程手册》.

[3]《ACS510技术样本》.

[4]《ACS510使用手册》.