西门子PLC的工程应用系列讲座第2讲 基于西门子PLC的恒压供水系统Water Supply System with the Constant Pressure Based on Siemens PLC

西门子PLC的工程应用系列讲座第2讲 基于西门子PLC的恒压供水系统
Water Supply System with the Constant Pressure Based on Siemens PLC

浙江工商职业技术学院 李方园

恒压供水方式与传统供水方式相比，不论是设备的投资、运行的经济性，还是系统的稳定性、可靠性、自动化程度等方面都具有无法比拟的优势，而且具有节能效果。本文主要阐述了西门子PLC在恒压供水系统中的应用。

西门子PLC；恒压供水；变频器；反馈原理

1 概述

用户用水的多少是经常变动的，因此供水不足或供水过剩的情况时有发生。而用水和供水之间的不平衡集中反映在供水的压力上，即用水多而供水少，则压力低；用水少而供水多，则压力大。保持供水压力的恒定，可使供水和用水之间保持平衡，即用水多时供水也多，用水少时供水也少，从而提高了供水的质量。

根据反馈原理，要想维持一个物理量不变或基本不变，就应该用这个物理量与恒值比较，形成闭环系统。要想保持水压的恒定，根据反馈定理在管网系统上安装了压力变送器作为反馈元件，引入水压反馈值与给定值比较，并通过变频器来调节供水量，从而形成闭环系统。

2 恒压供水系统的配置

某恒压供水系统包括11kW给水泵2台，一工泵一变频；7.5kW循环泵2台（工频）；3.5kW冷却塔风机2台（工频）；3kW洗澡水泵1台（工频）。其中电气系统由检测部分、控制部分和执行部分组成。电气系统的检测部分包括：管网水压检测仪，给水池和会水池水位高度检测浮球，电机热保护继电器，变频器故障信号继电器。电气系统的控制部分包括：恒压供水系统控制核心PLC，手动控制面板，手动控制开关，二次控制仪表，电器辅助元件。电气系统的执行部分包括：电机变频器，电动水阀，水泵电机，冷却塔冷却风机，声光报警器，柜内电器执行元件，如：交流接触器，中间继电器。图1是恒压供水系统中给水泵变频器控制回路。

图1 给水泵变频器控制回路

恒压供水系统中西门子S7-200 PLC及其I/O资源定义如图2和表1所示。

图2 S7-200 PLC控制示意

表1 I/O资源定义

3 恒压供水系统的工艺控制与编程说明

本恒压供水系统的工作状态分为自动运行和手动运行两种工作方式。设备运行过程中操作人员必须经常检查给水池和回水池水位，水位必须符合水位要求，避免水位处在极限低水位上。图3所示为恒压供水系统的板面安装示意。

图3 板面安装图

自动运行为所有设备正常情况下采取的运行方式，其特点在于设备系统投入后，控制单元自动根据供水管网中供水压力和用水流量，智能采取变频控制和自动智能投切工频供水水泵，并根据用水量和水池水位自动发出报警信号，同时能检测变频器和各个水泵电机的工作情况，如果变频器和水泵电机有故障则自动切除设备并发出报警信号。

（1）手动运行

手动运行为设备在发生故障或在检修状态时使用，手动状态可以作为整个系统应急状态使用，但必须要确保给水池和回水池水位符合要求，即确保水池水位不在极限低水位之下，以避免烧坏给水泵或回水泵。

手动运行方式前需要检查确认给水池和回水池水位，确保水位符合运行要求，即水位应该远高于极限低水位。将控制面板上手自动选择开关SB1旋转至手动位，系统进入手动运行状态。在此状态下SB2、SB3、SB4、SB5四个旋转开关如果旋转至启动位，则相应的电机投入运行，即分别对应变频供水泵、工频供水泵、1#冷却水泵和冷却风机、2#冷却水泵和冷却风机。

将控制面板上SB2变频供水启动旋转开关旋转至启动位，恒压供水系统投入手动运行。如果此时不投入其他电机，即SB3、SB4、SB5旋转在停止位，则只有变频供水泵投入工作。此时如果系统管网用水量＞100m3/h时，系统只报警，不会自动投入工频供水泵。

同理如果只将控制面板上SB3工频供水启动旋转开关旋转至启动位，则只有工频供水泵投入运行。如果同时将SB2、SB3旋转至启动位，则变频供水泵和工频供水泵都投入运行。此时如果系统管网用水量＞100m3/h，则两台泵中工频供水泵以工频状态工作，而变频供水泵根据管网供水水压变化以变频状态工作。此时如果系统管网用水量≤100m3/h，则两台泵中工频供水泵以工频状态工作，而变频供水泵在通过以最低频率延时后，变频器停止变频输出，即1#变频电机不转，同时发出声光报警。

在手动状态下，分别旋转SB4、SB5旋钮开关至启动位，则1＃和2＃冷却风机及循环水泵分别投入运行。

（2）自动运行

在自动运行状态下系统自动检测管网压力，并且根据供水流量来自动投切工频供水水泵。

当系统用水流量≤100m3/h时，系统只投入变频供水泵，并根据管网供水压力大小来改变变频器的输出频率，以便使得管网供水压力保持在0.15～0.22MPa范围内恒定。

当系统用水流量＞100m3/h时，系统检测到流量信号并延时5分钟后，自动投入工频供水泵，并根据管网供水压力自动调节变频器的输出频率，以便使得管网供水压力保持在0.15～0.22MPa范围内恒定。

当工频供水泵投入后，如果系统检测到管网用水流量≤100m3/h后延时5分钟，自动切除工频供水泵，此时系统供水恢复到由变频供水泵供水。

在自动运行状态下，系统根据给水池水位来自动控制1#和2#冷却水循环系统的工作和补水电动阀的开关。

当给水池水位在-1.0m时，1#冷却系统工作，即1#循环水泵投入，1#冷却塔冷却风机投入。当水位回升至-0.3m时，1#冷却系统切除。

当给水池水位在-1.7m时，2#冷却系统工作，即2#循环水泵投入，2#冷却塔冷却风机投入。当水位回升至-1.0m时，2#冷却系统切除。

当给水池水位在-1.7m时，给水池补水电磁阀打开。当水位回升至-1.0m时，给水池补水电磁阀关闭。

当给水池水位在-2.4m以下时，系统给水池低水位报警，并且自动切除变频供水泵和工频供水泵，以保护水泵和电机，当水位恢复到-1.7m时系统恢复自动运行。

恒压供水系统主程序略，PLC程序变量说明如表2所示。

Compared with the traditional water supply method, the instant pressure water supply system has the incomparable advantages, such as low investment, operation economy, stability, reliability, energy-saving effect and so on. This paper describes the topic of the water supply system with the constant pressure based on Siemens PLC.

Siemens PLC; Water supply system with the constant pressure; AC inverter; Feedback principle