浅析PLC在变频恒压供水控制系统中的应用改进

摘 要：为实现恒压供水采用可编程序控制器（PLC）为主控器，变频器为执行机构，完成变频恒压供水系统的硬件和软件的设计。实现管网压力的准确采集，自动调节某台水泵的转速和多台水泵的投入及退出，使管网主干管出口端的压力基本保持在一定的范围内。供水控制系統投入运行瓜各项指标达到了设计要求，充分的满足居民和工业用水的需要。

关键词：恒压供水;PLC控制;变频器;设计

1.系统工作原理

恒压给水指的是不限制用水量的大小，使给水管网的水压保持在大约一定的水平，从而满足用户对用水量的需要，不会使发动机空转，造成电能的浪费。

恒压供为了实现，利用水力排管网压力传感器采集信号，这个信号，标准模拟量信号转换成plc的模拟量输入模块反馈，plc在pid控制算法在频率转换器控制供水泵马达的旋转速度，同时调整，编程实现了供水泵马达。数量的增减由此达到一定控制管网水压的目的。

2.系统总体方案改进设计

2.1变频恒压供水原理

所谓的恒压给水其实指的是自动维持水管水压的给水过程。所谓保持水压一定，就是指保持水管中的水流动一定。根据流体力学原理，泵的流量与转速成正比。马达轴上消耗的电力与转速的平方成比例。因此，频率转换器的恒压供的基本原理，系统设置的压力测量装置，使系统压力信号和设定值进行了比较，并进一步通过控制器调整频率转换器的输出，泵的旋转速度无级调整，并调节泵的数量，并系统的水力流量变化时，那么就可以一定范围内得到极大的稳定。

2.2系统的技术要求

1）给水压力的正常设置值为0.5 Mp，给水压力的范围为0.1 mpawa -00.6 Mpa，允许压力范围为士1%。

2）用4台水泵供水，可以自动、手动控制。

3）系统运行安全可靠，具有短路、无电压、掉电保护、硬件自动锁定、互锁、故障报警等保护功能。

2.3控制系统组成及控制过程

2.3.1控制系统组成

根据系统的技术要求，本系统采用当前比较先进的交流频率变换速度恒压给水控制方案。当前的系统主要就是由PLC、逆变器、储水罐、供水单元以及仪表组成。

2.3.2系统的控制过程

主要就是及时的用压力计检测出当前管网的压力值，然后发送到PLC。PLC在对测量值和设置值进行比较之后，用PID进行调节，将控制量传送给反相器，以控制泵的单元。开始泵的频率变频器启动。水力不足的时候，第一剪下的泵频率开车，第二的频率变换泵，这样，第四的水泵起动之前，水泵停止时，首先第一个频率泵停止，最后频率变动换器泵停止。

3.硬件系统改进设计

3.1主机的选择与设计

3.1.1主机的选择

频率转换恒压供水系统的技术要求，能够实现数据的通信、收集、监视、管理、实时显示等功能。因此，本系统主要就是及时的采用了主要的1个构造，即上下2个计算机控制。上位计算机采用了PLC控制，下位机通过串行接口管理，操作简单，认性很好，利用功能强大的全能，windows软件平台合作，形成了强有力的控制管理系统。程序控制器（PLC）具有编程简单、使用方便、功能强大、性能价格高、可靠性高、抗干扰能力强等诸多优点，因此被广泛应用于工业生产、生活等各个领域。通过PLC产品的系统化和模块化，用户可以灵活地配置不同规模和需求的控制系统。

3.1.2主机PLC的设计

1）I/0模块分数的估计。在当前本次的plc系统中请求的I/0的分数与访问的输出装置类型有关。实际选择的时候一般需要10%-15%的富余时间。根据控制请求，估计本系统有20个开关量的输入输出点，除此之外有电压、电流、电力、压力、温度以及流量等相关的模拟量的输入输出点。

2）存储器容量的估计。PLC的程序存储器容量通常为字节单位。在本系统中，开关量输入所需要的存储器的字数为10x10=100b，开关量输出所需要的存储器的字数为12x8=96b。

3）通过以上计算，系统存储器容量需要2756b，并且考虑到程序存储空间和备用存储空间，该备用估计系统需要5kb。

3.2变频器的选择。

当前的频率转换器是控制泵转速的单元，它通过跟踪PID控制器提供来的控制信号来改变调速泵的工作频率，从而完成调速泵的转速控制。本系统的频率转换器是循环动作方式采用了毒品，而且频率转换器的速度调整泵启动，但其供量还没有达到水的要求时，系统首先在频率转换器，该泵从切除，这个泵频率，频率转换器转变成其他泵马达毒品并驾驶。

4.软件系统改进设计

4.1控制器设计

4.1.1控制器控制算法的选取

频率变换速度恒压给水系统是时变、小非线性、滞回性时间短、模型不稳定的控制对象。系统将给水出口管网的水压力作为控制量，使出口管网的实际压力和设定的给水压力一致。设定的给水压力可以是常数，也可以是当前的时间划分函数，还可以是每个时间段的常数。

4.1.2控制周期的选择和PID参数自整定

根据系统控制质量的要求，控制周期Tc变小，控制效果更好。但是，本系统采用的电动调节阀的响应速度很慢，T太短，执行机构无法及时响应。达不到控制的目的。从经验控制周期来看，压力的测量值是3.1和8s。上述因素的综合，系统的时机取样时间是200 ms，时机一次取样时间记忆，对应的数值，此后，调整算术平均值进行过滤。滤波周期和控制周期均为6.4s。

4.2软件程序改进设计

系统程序设计主要就是及时的采用模块化设计方法，主要就是包括主程序、定时采样子程序、PID控制子程序、参数显示子程序以及故障报警子程序等。

结论

用PLC控制变频器实现恒压供水，与其它供水方式相比较而言，其优点是系统启动平稳，启动电流小，避免了电机启动时对电网的冲击，延长了泵和阀门等的使用寿命，消除了启动和停机时的水锤效应。降低了自来水的生产成本，提高了小区的供水质量。

参考文献

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[2] 陈研斌.PLC在水厂一自动化控制中的应用[J].工业仪表与自动化装置.2016

[3] 刘崇伦.PLC在恒压供水系统中的应用[J].通用机械.2015（10）： 39-40.

[4] 张修亮.变频器的应用[J].电气开关.2016（04）：38-39.

作者简介：李诗然，男、1991.4、汉族、河南郑州人、硕士研究生、助理工程师、研究方向：工业自动化。