浅谈恒压供水系统中PLC、变频器的应用

刘兴　邱利军

摘 要：THPWSD-1实训装置是根据民用建筑、工业建筑给排水工程特点设计的实训教学模型，学生练习后可具备安装与控制给排水设备的综合能力，并培养学生的团队协作意识、安全施工意识以及职业素养等。

关键词：变频器 PLC PID控制

一、实训装置简介

1.生活给水系统概述

生活给水系统能完成给水系统的恒压变频供水控制，实现两台水泵之间变频、工频控制自动切换功能。生活给水系统工艺流程图如图1所示。

图1 生活给水系统工艺流程图

1-给水箱 2-闸阀 3-橡胶软接头 4-变频磁力水泵 5-止回阀 6-压力变送器 7-脉冲式水表 8-淋浴混合水龙头 9-角阀 10-淋浴喷头 11-混合水龙头

2.灭火喷淋系统概述

灭火喷淋系统主要实现自动喷水灭火体系，在发生火灾时，喷头喷水灭火系统自动打开并发出火灾报警信号，完成自动探测、喷水灭火以及报警等功能。

二、生活给水系统、消防给水系统的控制

1.生活给水控制系统工作原理

为了满足用水终端用水量，供水系统内管道压力必须维持在允许范围内，通常由2台以上的变频磁力泵驱动。本装置仅由2台变频磁力泵、1只压力变送器、终端用水系统及附件等构成。变频恒定压力供水系统结构图如图2所示。

图2 变频恒定压力供水系统结构图

其中PLC控制器采用西门子公司CPU224XP主机，变频器采用西门子公司MM420。

生活给水控制系统有两种自动工作状态。

（1）单台水泵的自动运行。当管道需要用水量压力值小于泵Ⅰ提供的供水量时，给水系统处于泵Ⅰ变频运行工作状态。此时，泵Ⅰ工作的状态处于变频状态。

（2）两泵运行。泵Ⅰ处于变频状态时，管道需要的用水量骤然增加，泵Ⅰ的工作状态接近工频（50Hz），但还是无法满足用水量的需求；此时PLC发出命令，泵1工频运行，泵Ⅱ开始启动到变频，来增大管道压力值，以满足实际用水量。泵Ⅰ、泵Ⅱ的工作状态相关联，受管道实际用水量影响。

2.消防控制系统给水的工作原理

消防给水控制系统的工作模式有预备和报警两种状态。预备状态是指正常调试喷淋灭火系统后火灾发生前的准备状态。每次操作切记都要使系统处于预备可靠状态，阀前压力表要求约为0.3MPa的压力，以确保火灾发生时完成灭火过程。

3.生活给水和消防给水控制系统操作环节

（1）检查所有电气元件状态、硬件接线无误；检查管路是否畅通、各阀门状态是否正确。

（2）将电气控制开关柜通电。闭合控制柜上的断路器，状态选择开关置为手动位置，分别启、停泵Ⅰ、泵Ⅱ，要保证水泵正转；同时，确保管路正常；启动喷淋泵，当阀前压力指示数值≥0.3MPa 时，立即停止喷淋泵。完成该泵预备状态，系统切换至自动状态。

（3）开启计算机，打开STEP 7 SP6编程软件并按要求编写程序，编译后用RS-232/PPI智能多主站电缆将CPU224XP主机连接到PC机的串口上，下载程序到CPU224XP中运行。

（4）打开力控组态监控的画面，进入主画面，设置给水管道的压力设定值及PID相关参数（本实验参数推荐：设定压力值为80kPa～120kPa，比例系数为1，微分时间为0，积分时间为5min）。

（5）满足管道压力设定值的要求，很快达到泵Ⅰ工频（50Hz）运行泵Ⅱ变频运行的工作状态；此时，模拟火灾状态，喷淋泵工作；泵Ⅰ、泵Ⅱ都停止工作，保证消防系统给水的压力，达到实验效果。

此系统利用PLC控制一台变频器实现两台水泵电动机的软启动、调速，管网的压力信号由压力变送器采样后送入CPU224XP模拟量输入端，与管道压力设定值相比较；经PLC的PID处理后再经CPU224XP模拟量输出端送到变频器模拟量输入端，此时变频器根据管网实际压力的大小自动调节给水泵Ⅰ、泵Ⅱ转速，从而调节水泵的流量，实现管网压力的恒定。

（作者单位：北京电子科技职业学院）