基于CPM1APLC变频恒压供水控制系统设计

张志涛

摘 要 随着社会主义市场经济的发展，人们对供水质量和供水系统可靠性的要求不断提高，变频恒压供水控制系统采用先进的变频调速、PLC等技术组成一闭环控制系统，用于民用建筑、生产用水，可使水泵出口压力保持恒定。

关键词 水泵供水 变频器 恒压控制 PLC

中图分类号：TU821；TP273 文献标识码：A

1系统概述

1.1供水系统的发展

当今社会的供水方式向高效节能、自动可靠的方向发展，变频调速技术以其显著的节能效果和稳定可靠的控制方式，应用在城乡工业用水的各级加压系统、居民生活用水的恒压供水系统中。在变频恒压供水技术出现以前也有很多供水方式，如恒速泵直接供水和水塔供水等方式，但这些传统的供水方式，由于供水稳定性差、设备成本过高和场地受限等原因，已经不能很好地满足人们日常的供水需要。随着变频器的问世，变频调速技术在各个领域得到了广泛的应用。

1.2系统设计工况简介

3台水泵供水，压力控制点设在水泵出口处，用变频器、CPM1A PLC、调节器等组成闭环调节系统，以保正水泵出口压力恒定。水泵的切换方式为：第一台泵作变频泵，第二、三台泵作变频备用泵。当第一台水泵运行至工频时切换至工频电网，第二台水泵变频运行；当第二台水泵运行至工频且压力达不到要求时，切换至工频，第三台泵变频起动。用水量减少时，依次停下第三台水泵，第二台水泵，顺序运行。当变频器出现故障时，所有水泵停机，报警。

1.3变频恒压供水系统原理分析

变频恒压供水控制系统的基本原理是：通过安装在管网上的压力传感器，把水压转换成4～20mA的模拟信号，采用电动机调速装置（变频器）与可编程控制器（PLC）构成控制系统，进行优化控制泵组的调速运行，并自动调整泵组的运行台数，完成供水压力的闭环控制，在管网流量变化时达到稳定供水压力和节约电能的目的。PLC控制变频恒压供水系统主要有变频器、可编程序控制器、压力变送器和水泵机组一起组成的完整闭环调节系统。

2系统设计

2.1系统主电路设计

由设计工况可知，每台水泵都有变频运行和工频运行两种工作状态，每台水泵都受两个接触器控制，一个接触器使水泵与变频器连接，另外一个接触器使水泵与电网电压连接。在启动变频调速时，先断开第一台的变频运行，切换为工频运行，再使第二台水泵与变频器连接。在停止变频调速时，先断开第三台的变频运行，断开第二台的工频运行，再使第二台水泵与变频器连接。切换时中间继电器控制使变频器无输出，这些都是由PLC控制的。

2.2控制电路的设计

本系统使用OMRON CPM1A 系列PLC，在输入点方面，系统设有手动/自动、工作/检修、夜间三个旋钮开关需3个输入点；自动运行状态下，控制起动和停止需2个输入点；手动运行状态下，每台水泵都有起动和停机按钮，需8个输入点；每台水泵都有故障监测，需4个输入点；压力传感器的检测信号经PID的比较分析会产生压力上限、下限两种信号，需2个输入点；系统的液位监测也需1个液位下限的输入；变频器的故障也需1个输入点，共需21个输入点。在输出点方面，水泵M1、M2，M3即可变频运行，也可工频运行，M4只需工频运行，需PLC的7个输出点；变频器的运行与关断由PLC的1个输出点，变频器的故障报警与显示需1个输出点；切换时，中间继电器控制使变频器无输出需1个输出信号控制；每台水泵的都有故障显示灯，需4个输出点，输出点数量为14个。本系统选用CPM1A-40CDR-A-V1型PLC。

2.3系统工况分析

自动运行时液位下限的常闭闭合，当按下自动起动按钮进入自动运行状态，变频器运行，按下停机按钮变频器则停止运行，当夜间旋钮开关闭合或者变频器出现故障时，变频器则会停止运行，出现水位下限信号时变频器亦会停止工作。

当变频器开始运行时，1#水泵开始变频运行。当第一次水压到达下限时，1#泵变频运行断开，2#泵变频运行起动，此时1#泵需切换到工频运行，为了避免出现工频、变频同时接通的情况，所以延时5s后1#泵切换至工频运行。

1#水泵切换至工频后，2#泵变频运行，当第二次水压到达下限时，不满足供水需求，2#泵变频运行断开，3#开始变频运行，此时2#泵需切换到工频运行，为了避免出现工频、变频同时接通的情况，所以延时5s后2#泵切换至工频运行。

第二次压力下限到达后，定时器1接通，延时5秒，2#泵切换至工频，3#泵在延时前已经变频运行，当前1#泵、2#泵工频运行，3#泵变频运行。当夜间工作模式开启或者变频器故障时，3台泵均停机。

当用水量需求减小时，管网的压力减小，通过压力传感器的信号检测，传来压力上限信号，此时计数器1复位，3#泵与变频器切断停机，2#泵工频断开，延时5秒后，2#泵变频起动。此时2#泵变频运行，1#泵保持工频运行。

用计数器2来计数压力上限信号，当第二次上限信号到达，计数器输出ON，此时2#泵变频断开，1#工频断开，延时5秒后定时器2输出ON信号，1#变频运行。

当夜间用水量不大的时候，开启夜间模式，则1#、2#、3#均停机待起，此时夜间泵变频运行起动。当传来水位下限信号或者变频器故障，夜泵则将停止工作。

每台泵都有各自的故障报警指示灯。当工作状态时，变频器故障，变频器故障指示灯变亮，并报警，当把系统转入检修状态时，变频器故障灯与警铃都断开。

参考文献

[1] 张承慧，崔纳新，李珂.交流电机变频调速及其应用[M].机械工业出版社，2008.

[2] 马小军.建筑电气控制技术[M].机械工业出版社，2012.