自来水加压站PLC控制恒压供水系统设计与分析

岳 鹏

山西太水市政工程有限公司 山西 太原 030009

当前随着社会科技与经济的不断发展，人口结构逐渐向城市化进程发生变革，人们对于用水的需求量也随之越来越大。但由于水资源取之有限，当下供水问题的严峻已经成为了亟待解决的重要问题。传统供水的设计理念，并未有预料到城市人口结构越来越多这一发展现状，所以当处于人口不断增长现下状况时，出现用水高峰期停水或是水压不足的问题，并且越来越频繁。而用水量强度较小的夜间时刻，供水系统也依旧进行这高强度的工作，也就直接造成了电能资源的浪费，也增加了供水单位的成本。

对此，恒压供水系统能够针对性的解决这一难题，它自身的变频调速能够在人们日常用水的高峰期，提供高效的管网水压，充分满足人们对于用水的需求。而当人们用水较少的时段，恒压供水还能够进行及时的检测，并调整水泵的转速，这样一来，很好地节约了电力成本[1]。恒压供水系统以小型变频器与PLC结合组成，不仅具有良好的稳定性，其制作成本也较传统供水系统低廉，且在投入使用过程中，对其的维护检修工作也简单方便[2]，所以，恒压供水系统有着良好的发展前景，是供水行业实现良好发展的内驱动力。

1 恒压供水系统的概述

1.1 传统定压供水方式存在的弊端

以传统定压供水方式的工作过程研究来看，首先对其进行管理工作便是难点，由于供水系统的复杂性及造价较高，难以对其开展有效的管理。管道通常情况下是与大气进行连接，这就导致管道容易出现被腐蚀的问题，难以实现长久稳定的工作。传统的定压水箱自身构成较大，需要专门且宽阔的地方进行安置，且供水水箱中，通常容易出现较多微生物，或是藻类生物的滋生，很有可能造成水源的污染，就需要供水机构定期开展定压水箱的围护与检修，并要聘请相关的卫生防疫部门进行专业的检验[3]。想要进行高危定压水箱良好的控制，通常要以泵的台数投入作为调节的主要方式，但其能够发挥的作用确不能满足人们的期待，它缺少能够进行良好调节的供水量与用水量之间的平很，这就使得水泵难以真正发挥自身的作用，实现高质量的工作效率。传统的定压水泵在设定方式上，水泵需要进行频繁的启动与停止，这就直接的缩短了水泵及自身的各项零件使用寿命的缩短，增加投入的成本。而使用高位水箱进行供水时，当人们用水处于高峰期时，管网的压力就会直接增大，这就容易导致人们在用水时出现水压不足，或是冷热不均的情况。传统定压供水在水泵的设计上，工作人员只着重关注与机体整个的安全系数，选择最大的电机型号，而在用水需求较小或是进行余水调控的环节中，大量的能源都需要消耗在阀门上，这也直接的导致了电力资源的浪费。

1.2 恒压供水系统的概述

恒压供水系统最显著的特点，便是在人们用水需求高峰时期，能够让出口压力稳定运行，以不变的供水方式应对供水管网系统中水量的裱花。供水网的出口压力值，以用户用水的需求量进行调控[4]。在传统定压供水的基础上实现了各方面的创新与突破，且已经广泛被供水行业所推行应用。其最突出的变频恒压供水系统，有以下几点特色：一是，它自身具备良好成熟的节能功效，在原本的基础上能够实现20%-40%的节能效率，不仅能够实现绿色用电，还能为供水机构节约成本。二是新型的恒压供水系统，对于占地面积的需求不高，这也能够良好降低投入成本，且能获取可观的使用效率。三是恒压供水自身的配置较为先进，拥有良好的自动化技术，且系统构建科学，自身的功能十分齐全，便于供水机构便捷可靠的长期使用。四是新型恒压供水系统运行十分合理，它一改传统供水系统的启停方式，在这基础上以软启动、软停止消除水锤的效应，且很大程度的降低了电机轴的扭转与磨损，不仅大大提升了水泵自身使用的寿命，还减少了在使用过程中可能出现的故障，降低了供水机构进行检修维护的费用。五是变频恒压的运用，是将水源直接供应，这样的方式改变了传统模式下可能引发的水源二次污染，保护水源的卫生状况，降低了疾病的发生几率[5]。六是新型恒压供水系统，引入现代智能化的科技应用，实现了良好的通讯控制，这样大大的降低了人力资源成本的投入，实现了无人值守也能稳定运行的良好发展。

2 PLC构成的恒压供水系统

2.1 PLC系统构成及控制的原理

PLC系统是通过FP0-C32、AD转换模块FP0-A21、超小型的变频VF0以及智能压力变送器、这四台被广泛应用的加压水泵组成。设计人员将压力传感器合适的安装与出水管网上方，就能实现将出口压力信号转换为4-20mA的规范信号。然后通过系统的自动运算过程，将定压相关的数值与参数进行对比，从而得出科学的参数传送至变频器中，再由变频器进行水泵运行速度的控制，通过PLC控制器加泵[6]。系统可以自动根据用水处于高峰期或是低峰期进行由PLC来控制工作泵的数量，以及变频器的调解作用，以此过程来实现恒压供水。恒压供水系统还具有自动及手动两种控制方式，一旦出现供水负载变化，输入电压与频率随之变化时，能够立即以设定的压力创建基准的闭环控制。

2.2 自动控制方式下的系统工作原理

在变频控制下，当1号泵开展工作时，处于用水高峰期，泵体在满负荷情况下，即使变频器工作的频率需要调整为50Hz时，就会以短暂的延迟为契机，将KM1与KM2之间进行完美的结合，而1号泵体就会转换自身的工作频率，调解变频器的输出频率为0Hz，这种改变能够使得KM3与其分离，而转向与KM4之间进行吸合。从而使2号泵体有序的调整工频工作，3号泵则能够良好的转变为变频进行工作的开展，相反情况下，当处于用水的低峰期时，首先1号泵退出工作，而后2号泵也有序推出工作，以此来实现泵体良好加减的循环工作过程。

2.3 手动控制的方式

手动控制方式，是可以将PLC输入继电器，让常开常闭的开关能够以手动控制的方式选择四台水泵进入工频工作或是停止工频工作，这样的设定更具科学性，能够当电机设备等出现故障需要进行检修维护时，及时的帮助进行维护或是电机的更换，相关的操作规范要参考控制开关的I/O分配表。

3 系统硬件的概述

3.1 PLC的结构及原理

PLC，中文翻译的学名为“可编程控制器”，它是以微处理作为运营的基础，以现代化的科技技术、自动化技术与通讯技术之间良好的结合形成的新型控制系统。它在传统继电器的控制技术上进行良好的优化，加入现代化的职能信息处理配置，构建出良好的自动化工业工程，是被广泛推行应用的控制设备。PLC的结构框路径如图1所示。

图1 PLC的结构路径

3.2 PLC的功能

PLC有着成熟的条件控制功能，它能够根据系统的指令调整和切换不同的操作模式，改变了传统继电器触点进行串联的方式，能够高效率的实现与各种逻辑之间的连接，从事达到控制开关的目的。PLC具有良好的定时技术设定，能够对整个系统中各项操作进行定时或是技术的控制，以此来取代传统模式下继电器与计数继电器的功效[7]。PLC能够通过对于步进控制功能来进行多道加工工序的控制，严格把控工作过程中的工序问题，只要标准规范的完成前一道工序，才能开展下一项工序的推进。它自身的数据处理功能也十分便捷，能够完成数据的传送、比较、位移、数值之间的转换，包括运算及逻辑编码与译码之间全部的处理。实现A/D、D/A两模块之间与数字量的转换。对于整个运动控制及过程控制也有着高水平的运营，良好的开展单轴与多轴之间的控制，并能够对温度。压力。速度等等方面进行闭环控制。PLC系统还具备成熟的扩展及远程功能功能，能够通过输入输出与扩展单元之间增加点数，也能附加各种智能单元离开提高PLC自身的控制能力，I/O功单元的运行下，能够良好的将控制各种设备与主机之间相连，构建了远程控制的可行性。PLC自身还具备通讯联网功能及监控功能等众多优势，不仅能够实现良好的数据交换，完成较为复杂的控制指令，还能对于各环节工作中一旦发生故障，及时向工作人员发出警报，并能够准确的锁定故障位置，通过自主分析来判断是否需要停止运行等强大功能。

3.3 PLC的主要特点

PLC系统首先具备运行的可靠性，且自身对于环境的变化适应性较高。设计人员在构建系统构成中，采取了众多硬件及软件结合的抗干扰措施的加入，主要有以下几点：意识隔离措施，设计人员将整个系统中的接口电路才能光电隔离实现信号的船体，不仅能够有效的避免外部电路与内部电路混乱的用电关联，还能够有效的应对外部因素带来的干扰，同时也对外部高压的传入起着关键的作用。二是滤波措施，它是在整个系统各种电路中，科学合理的布设多种滤波电路，从而实现对于高频干扰信号的阻止。三是采用屏蔽措施，设计人员在内部的电源中广泛的应用屏蔽措施，来保护外界对内部电路及电压，高质量的保障供电，将内部的电源之间独立设定，也能够良好的避免电源之间的干扰。四是连锁措施，这一措施是在PLC内部设置良好的检测电路装置，当内部产生故障或是超出规范作运营的标准时，就能立即开展报警工作，来保证整个系统的正常运行。五是后备措施，后备措施的设计，能够对整个系统的数据进行保护，避免因为故障造成机体停止运行后，相关参数与信息的丢失。六是控制措施，将智能化的控制软件加入设计中，能够促使PLC自身定期的进行环境、程序及故障的监测，且这项技术具备一定的修复能力，面对并不严重的问题，能够进行自我修复。七是密封措施，密封措施通常情况下是采用密封外壳等进行封装，在材质上一般还具有良好的防尘性及抗震性等，以此面适应复杂恶劣的工作环境。八是抗干扰性，PLC是集成电路所构成的电子设备，想要实现它自身的可靠运行，就不能让其对机械触点进行依赖，以循环扫描的方式，来提升抗干扰的能力。

3.4 PLC的基本结构

整个PLC的工作的核心与基础，是围绕中央处理器进行，简称CPU。CPU能够对系统操作进行统一的指挥与协调。它能够良好的实现数据的输入与良好的输出，发出科学正常的控制信号。不仅如此，它还能够对输入的用户程序进行良好的储存，在以扫描方式接收到信号后，存入与其相对应的数据管理模块。CPU还能够找出用户程序上的错误信息进行提示，对整个系统状态及电源控制等进行良好的检测。可以说内部各个构造与外部设备的连接都离不开CPU的工作。而储存器，也是PLC中关键的组成部分，通常储存器分为两种类别，一是系统储存器，它面向管理、监控、磁盘输入处理、翻译、变异等程序，其工作形势固化，不能进行随意的更改。另一种是用户自身的存储器，这种用来存放用户在使用过程中的程序及相关工作的数据等，具体要能够将其分为程序存储模块以及数据存储模块。PLC中，同样非常重要的是输入与输出（I/O）。以接口的输入与输出划分为两部分工作。输入接口通常需要利用PLC的输入端子进行现场设备的控制信号接收，现场的信号输入一般有按钮、现为、光电及温度和行程的开关等，将其能够转化为CPU识别的信号。而输出接口则是将已经处理好的信息传送至输出端的电路系统，从而实现控制其融合或是断开的操作，来实现现场操作。

4 结束语

以上是本人对于PLC恒压供水系统所做出的简要探析，以当前供水行业对其的广泛应用与推行来看，PLC系统具备强大的运行效率及稳定的运行发展，其自身的节能省点也为供水机构节省了良好的运行成本，且减少了供水机构对于人力资源投入的成本。它自身便于维修的特点也受到了整个行业的一致好评。以变频调速的运行方式，不仅能够自动设定水压调解水泵转速，保证用户在用水的任何时段都能够满足用水需求，真正实现整个供水行业良好稳定的发展，能够与时代一起走向美好未来！