基于PLC的高层恒压供水自动控制系统设计

秦 冲

（三门峡职业技术学院 机电工程学院， 河南 三门峡 472000）

恒压供水是指供水系统在供水时的压力保持恒定状态，从而满足用户对供水量和供水压力需求的一种供水方式。传统的供水系统是由压力传感器、继电器控制柜、水泵、供水管路等组成。[1]随着技术的发展，出现了由PLC和变频器控制的恒压供水系统，虽然也能满足压力和供水需求，但存在随着用户用水需求的变化而导致官网压力波动的情况。[2]针对恒压供水的控制原理及控制要求，一改原来常用微机、手动、PLC等单一控制方式来实现控制目的的传统，利用PLC的FX2N-2DA特殊功能模块实现对变频器的控制，变频器实现对2台供水泵电机的群控（另外还有一台休眠泵），即利用变频—拖X技术，能够实现对当前压力值的显示、控制电机的工作台数、常规泵和休眠泵的自动切换、对系统出现的故障实施保护控制和报警输出。在供水管网的出口管道上连接电节点压力表，实时检测管网的压力值，经过PLC处理后，送给变频器的模拟反馈信号段，再由变频器实施PID调节后改变频率的输出，从而保证了高层供水管网压力的恒定。

一、高层恒压供水系统的控制方案及要求

本设计的高层恒压供水方式为1～5层直接由自来水管网供给、6～12层采用变频器恒压二次供水，其控制原理是用PLC来控制变频器，变频器实现对2台供水泵电机的群控（另外还有1台休眠泵），即变频—拖X技术，从而保证了高层供水管网压力的恒定。为了避免电动机的直接起动对供电系统和供水洗浴造成的影响，自动运行采取主水泵电动机变频起动和休眠泵电动机直接起动的控制方式。[3]手动控制时2台主泵电动机采取软起动控制方式。

在供水的任意时刻，变频器均实现对1台主水泵电动机的变频控制。当供水管网压力发生变化时，变频器调节输出频率，改变供水泵电动机的转速，实现供水泵的流量变化，恒定由于用户用水需求的变化而导致的管网压力的波动。

二、PLC控制系统设计I/O分配

系统采用FX2N-16MR-001型PLC和FX2N-2DA特殊功能模块，用来实现高层恒压供水系统自动控制。其PLC共分配9个输入和9个输出，包括变频器的频率输入口PFM-GND和变频器模拟量输入（压力反馈）口CCI-GND。PLC控制系统设计I/O分配如表1所示。

表1 高层恒压供水自动控制系统的I/O地址分配表

三、高层恒压供水自动控制系统电气接线图设计

（一）PLC外围线路设计

高层恒压供水自动控制系统的PLC选择FX2N-16MR-001型PLC，其外围电气接线图如图1所示。

（二）变频器主电路设计

变频器主要实现对两个主供水泵M1与M2、休眠泵M4、消防泵M5、污水泵M6与M7的群控，其中两个主供水泵M1、M2可实现变频和工频起动，供水泵通过调节电动机的转速及运行台数，改变供水管网的供水流量，以此恒定供水管网的压力。[4]变频器的主电路接线图及控制电路图如图2、图3所示。

图1 高层恒压供水自动控制系统的PLC电气接线图

图2 变频器主电路接线图

图3 变频器控制电路接线图

四、高层恒压供水自动控制系统PLC程序设计

高层恒压供水控制系统的PLC主要实现对三台水泵电动机工作方式的控制。图4所示为变频器当前频率（模拟量）数值读取程序段，图5、图6所示为供水管网当前压力（模拟量）数值的读取和数值输出程序段，该程序段主要实现的功能是向变频器提供供水管网的当前压力值。当供水管网压力发生改变时，变频器调节输出频率，改变供水泵电机的转速，实现供水泵的流量变化，恒定由于用户用水需求的变化而导致的管网压力的波动。图7为自动状态下消防报警和污水排放控制程序段。

图4 变频器当前频率模拟量数值读取程序

图5 供水管网当前压力模拟量数值读取程序

图6 供水管网当前压力模拟量数值输出程序

五、小结

本文根据高层供水的实际情况，采用利用PLC的FX2N-2DA特殊功能模块实现对变频器的控制，变频器实现对2台供水泵电机的群控（另外还有一台休眠泵），即利用变频—拖X技术，实现对当前压力值的显示、控制电机的工作台数、常规泵和休眠泵的自动切换、对系统出现的故障实施保护控制和报警输出。在供水管网的出口管道上连接电节点压力表，实时检测管网的压力值，经过PLC处理后，送给变频器的模拟反馈信号段，再由变频器实施PID调节后改变频率的输出，从而保证了高层供水管网压力的恒定。

图7 自动状态下消防报警和污水排放控制程序

参考文献：

[1]王伟超.基于PLC与触摸屏的变频恒压供水控制系统设计[J].内燃机与配件，2017（21）：108-110.

[2]文顺女.基于PLC的高层小区变频恒压供水系统[D].洛阳：河南科技大学，2017.

[3]巫庆辉,刘磊,申庆欢.基于PLC与HMI的恒压供水实训平台的设计与实现[J].渤海大学学报(自然科学版)，2016（1）：88-91.

[4]朱雪凌,张娟,许智勇,平增.基于PLC的变频恒压供水系统的设计[J].华北水利水电学院学报，2013（2）：87-90.