1、<p>　　PLC在城市小區(qū)恒壓供水系統(tǒng)中的應用</p><p>　　摘要:本設計是以小區(qū)供水系統(tǒng)為控制對象，采用PLC和變頻技術相結合技術，設計一套城市小區(qū)恒壓供水系統(tǒng)，并引用計算機對供水系統(tǒng)進行遠程監(jiān)控和管理，以此保證整個系統(tǒng)運行可靠，安全節(jié)能，獲得最佳的運行工況。 </p><p>　　關鍵詞: PLC；恒壓供水；變頻技術 </p><p>　　Ab

2、stract: the design is based on the water supply system as the control object, using PLC and frequency conversion technology combined with technology, design a set of constant pressure water supply system and the city, to

3、 use the computer for remote monitoring and management of the water supply system, to ensure that the system is reliable, safe and energy saving, to obtain the optimal operation condition. </p><p>　　Keywords

4、: PLC; constant pressure water supply; frequency conversion technology </p><p>　　中圖分類號： TV674文獻標識碼：A文章編號：2095-2104（2013） </p><p><b>　　1、系統(tǒng)介紹 </b></p><p>　　在我們這個水資源嚴重短缺的國

5、家，長期以來在市政供水、高層建筑供水、工業(yè)生產循環(huán)供水等方面的技術一直比較落后，自動化程度較低，而隨著我國社會經濟的發(fā)展，人們生活水平的不斷提高，城市中住宅建設速度驚人，這也對小區(qū)的基礎設施建設提出了更高的要求。小區(qū)供水系統(tǒng)是住宅建設的重要一環(huán)，供水的可靠性、穩(wěn)定性、經濟性直接影響到居住的品質。 </p><p>　　供水系統(tǒng)是國民生產生活中不可缺少的重要一環(huán)。傳統(tǒng)供水方式占地面積較大，水質易受到污染，傳統(tǒng)的供水

6、方式嚴重浪費水力和電力資源，可靠性差；自動化程度不高等缺點，嚴重影響了居民的用水，而最主要的缺點是水壓不能保持恒定，導致部分設備不能正常工作。變頻調速技術是一種新型的交流電機無極調速技術，它有著優(yōu)良的控制性能，被廣泛應用于各種速度控制領域，特別是供水行業(yè)中。 </p><p>　　本設計是以小區(qū)供水系統(tǒng)為控制對象，采用PLC和變頻技術相結合技術，設計一套城市小區(qū)恒壓供水系統(tǒng)，并引用計算機對供水系統(tǒng)進行遠程監(jiān)控和管

7、理，以此保證整個系統(tǒng)運行可靠，安全節(jié)能，獲得最佳的運行工況。 </p><p><b>　　2、系統(tǒng)組成 </b></p><p>　　PLC控制變頻恒壓供水系統(tǒng)主要有可編程控制器（PLC）、變頻器、壓力變送器和現(xiàn)場水泵機組構成完整的閉環(huán)調節(jié)系統(tǒng)，本設計中有3個貯水池，3臺水泵，采用部分流量調節(jié)方法，即3臺水泵中只有1臺水泵在變頻器控制下作變速運行，其余水泵做恒速運行

8、。PLC根據(jù)管網壓力自動控制各個水泵之間切換，并根據(jù)壓力檢測值和給定值之間的偏差進行PID運算，通過變頻器來控制其輸出頻率，以此調節(jié)流量，保證供水管網壓力恒定。各水泵切換遵循先起先停、先停先起原則。 </p><p>　　系統(tǒng)可分為：執(zhí)行機構、信號檢測機構、控制機構三大部分，具體為： </p><p>　　(l) 執(zhí)行機構：執(zhí)行機構是由一組水泵組成，它們用于將水供入用戶管網，其中由一臺變頻

9、泵和兩臺工頻泵構成，變頻泵是由變頻調速器控制、可以進行變頻調整的水泵，用以根據(jù)用水量的變化改變電機的轉速，以維持管網的水壓恒定；工頻泵只運行于啟、停兩種工作狀態(tài)，用以在用水量很大的情況下投入工作。 </p><p>　　(2) 信號檢測機構：在系統(tǒng)控制過程中，需要檢測的信號包括管網水壓信號、水池水位信號和報警信號。管網水壓信號反映的是用戶管網的水壓值，它是恒壓供水控制的主要反饋信號。此信號是模擬信號，讀入PLC時

10、，需進行A/D轉換。另外為加強系統(tǒng)的可靠性，還需對供水的上限壓力和下限壓力用電接點壓力表進行檢測，檢測結果可以送給PLC，作為數(shù)字量輸入；水池水位信號反映水泵的進水水源是否充足。信號有效時，控制系統(tǒng)要對系統(tǒng)實施保護控制，以防止水泵空抽而損壞電機和水泵。此信號來自安裝于水池中的液位傳感器；報警信號反映系統(tǒng)是否正常運行，水泵電機是否過載、變頻器是否有異常，該信號為開關量信號。 </p><p>　　(3) 控制機構：

11、供水控制系統(tǒng)一般安裝在供水控制柜中，包括供水控制器(PLC系統(tǒng))、變頻器和電控設備三個部分。供水控制器是整個變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的核心。供水控制器直接對系統(tǒng)中的壓力、液位、報警信號進行采集，對來自人機接口和通訊接口的數(shù)據(jù)信息進行分析、實施控制算法，得出對執(zhí)行機構的控制方案，通過變頻調速器和接觸器對執(zhí)行機構(即水泵機組)進行控制；變頻器是對水泵進行轉速控制的單元，其跟蹤供水控制器送來的控制信號改變調速泵的運行頻率，完成對調速泵的轉速控制。

12、 </p><p><b>　　3、設備選型 </b></p><p>　　本系統(tǒng)主要設備如表1所示： </p><p>　　表1 本系統(tǒng)主要硬件設備清單 </p><p>　　PLC是整個變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的核心，它要完成對系統(tǒng)中所有輸入號的采集、所有輸出單元的控制、恒壓的實現(xiàn)以及對外的數(shù)據(jù)交換。因此我們在選擇PLC

13、時，要考慮PLC的指令執(zhí)行速度、指令豐富程度、內存空間、通訊接口及協(xié)議、帶擴展模塊的能力和編程軟件的方便與否等多方面因素。由于恒壓供水自動控制系統(tǒng)控制設備相對較少，因此PLC選用德國SIEMENS公司的S7-200型。S7-200型PLC的結構緊湊，價格低廉，具有較高的性價比，廣泛適用于一些小型控制系統(tǒng)。SIEMENS公司的PLC具有可靠性高，可擴展性好，又有較豐富的通信指令，且通信協(xié)議簡單等優(yōu)點。 </p><p&

14、gt;　　根據(jù)控制系統(tǒng)實際所需端子數(shù)目，考慮PLC端子數(shù)目要有一定的預留量，因此選用的S7-200型PLC的主模塊為CPU226，其開關量輸出為16點，輸出形式為AC220V繼電器輸出；開關量輸入CPU226為24點，輸入形式為+24V直流輸入。由于實際中需要模擬量輸入點1個，模擬量輸出點1個，所以需要擴展，擴展模塊選擇的是EM235，該模塊有4個模擬輸入(AIW)，1個模擬輸出(AQW)信號通道。EM235模塊可以針對不同的標準輸入信

15、號，通過DIP開關進行設置。 </p><p>　　由于本設計中PLC選擇的西門子S7-200型號，為了方便PLC和變頻器之間的通信，我們選擇西門子的MicroMaster440變頻器。它是用于三相交流電動機調速的系列產品，由微處理器控制，具有很高的運行可靠性和很強的功能。它采用模塊化結構，組態(tài)靈活，有多種完善的變頻器和電動機保護功能，有內置的RS-485/232C接口和用于簡單過程控制的PI閉環(huán)控制器，可以根據(jù)

16、用戶的特殊需要對I/O端子進行功能自定義。MicroMaster440變頻器的輸出功率為0.75~90KW，適用于要求高、功率大的場合，恰好其輸出信號能作為75KW的水泵電機的輸入信號。另外選擇西門子的變頻器可以通過RS-485通信協(xié)議和接口直接與西門子PLC相連，更便于設備之間的通信。 </p><p><b>　　4、系統(tǒng)程序設計 </b></p><p>　　P

17、LC主程序主要由系統(tǒng)初始化程序、水泵電機起動程序、水泵電機變頻/工頻切換程序、水泵電機換機程序、模擬量比較計算程序和報警程序等構成。主程序大體包括以下幾部分： </p><p>　　(1) 調用初始化子程序，設定各初始值； </p><p>　　(2) 根據(jù)增、減泵條件確定工頻泵運行數(shù)； </p><p>　　(3) 根據(jù)增泵、倒泵情況確定變頻泵號； </p&

18、gt;<p>　　(4) 通過工頻泵數(shù)和變頻泵號對各泵運行情況進行控制； </p><p>　　(5) 進行報警和故障處理。 </p><p><b>　　5、總結 </b></p><p>　　本設計的主要的工作如下： </p><p>　　(1) 由PLC、變頻器實現(xiàn)生活用水的恒壓控制。系統(tǒng)采用PLC實

19、現(xiàn)對多泵切換的控制。通過變頻器實現(xiàn)對三相水泵電機的軟啟動，由電動機的變頻調速實現(xiàn)對水壓的調節(jié)。 </p><p>　　(2) 通過對控制過程和原理的分析，利用西門子STEP7 MicroWIN編程軟件設計了一個用于恒壓供水系統(tǒng)的程序，本程序包括順序控制主程序，初始化子程序和中斷子程序三部分。 </p><p>　　(3) 對上位機組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)進行了設計。根據(jù)泵站監(jiān)控要求，利用組態(tài)監(jiān)控軟件完