基于plc恒压供水系统设计_plc恒压供水系统设计

该系统以PLC为控制中心，完成PID闭环运行、多泵上下切换、显示、故障诊断等功能，通过变频器调速自动调节泵电机转速，达到恒压供水的目的。

:前言

随着控制技术的发展和完善，变频器和PLC广泛应用于各个行业，PLC和变频器的可靠性和灵活性已经得到用户的认可。与此同时，传统的水塔供水模式暴露出诸多弊端：水的二次污染、高低用水高峰不平衡、管道阀门易损坏、维护成本高等。在这种条件下，出现了各种恒压供水模式，其中由变频器和PLC控制的模式尤为常见。这种模式具有系统稳定、功能强大的特点，而且变频器用于供水时更加节能，因此在多层住宅小区的生活消防给水系统中得到了广泛的应用，现在在中央空调系统、供水加压站、集中供热等场合也有应用。这种模式经受住了时间的考验，有很多应用实例。本文介绍的系统自1998年开始在宝鸡某电厂家属区运行。该系统稳定可靠，得到了用户的肯定和好评。

二、系统组成：

1、原理框图：参考图1。

图一、恒压供水原理框图

2、系统概述：

该系统由四台大泵(22KW)和一台小泵(5.5KW)组成。PLC部分由西门子可编程控制器S7-200系列的CPU226和文本显示器TD200组成。变频器采用三菱FR-A540系列，功率22KW。

用户要求的生活水压、消防水压、运行方式等参数在TD200文本显示器上设定。压力传感器将用户的管网压力转换成0-10V的标准信号，并发送给PLC模拟模块EM235。PLC通过采样程序和PID闭环程序与用户设定的压力形成闭环。经运算后转换成PLC模拟输出信号送至变频器，调节水泵电机转速，从而达到恒压供水的目的。

系统具有累计每台泵运行时间的功能，并能通过PLC的数据区保存断电记忆。每次启动时启动1号小泵。当用水量超过一台泵的供水能力时，PLC将通过程序实现泵的延时上游切换。切换原则是，目前未运行的大泵应先投入运行，累计运行时间最少。当压力超过时，PLC通过程序实现泵的延时顺流切换，切换原则是当前运行的大泵运行时间最多先退出。直到达到设定压力。最终目的是不断施压。

当供水负荷变化时，变频器的输出电压和频率自动调节水泵的电机转速，实现恒压供水。

系统还可以通过PLC的实时时钟自动定时供水。用户可以在TD200上设置每天最多6段(段数也可以设置)的供水，比如早上6: 00到8: 30，中午11: 20到1: 30。

系统可动态显示各种参数，如设定压力、运行压力、水位高度、运行方式、实时时间、日历、每台泵的累计运行时间(精确到秒)、运行状态、故障信息等。为了不使系统中TD200的屏幕显得呆板，在PLC程序中控制TD200的屏幕周期性切换，动态显示。

该系统还具有故障自诊断功能。过载、断相、短路、传感器断线、传感器短路、水位降低、超高水压、超低水压、变频器故障等情况。每个泵都将有一个声音和视觉警报。同时会在TD200上显示故障类型，通知设备维护人员进行处理，并能记住故障发生的时间和班次，以便追溯原因和相关责任。

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上行过程：在自动运行模式下，按下TD200上的启动软键，系统首先启动1#小泵，PLC程序控制模拟模块EM235给变频器一个定频输出。此时如果直接用PID运行输出控制变频器(设定压力大，运行压力为零，所以运行输出最大)，变频器会按照设定的上升时间运行，速度提升过快，对系统影响很大。水泵运行一段时间后，管网中的压力积累，PID运算输出用于控制变频器。具体时间和频率与管网系统有关，这两个参数在现场调试时在TD200上进行设置和调整。管网越大，时间越长。

当1#小泵压力达到50HZ时，系统压力仍然很低。延时一段时间后，系统通过PLC程序将1#泵切换到工频运行，同时PLC输出一个切换值到变频器的MRS端子，变频器瞬间禁止输出。此时，PLC打开运行时间最少的泵的变频接触器后，禁止输出解除，相应的泵开始变频运行。当1#小泵延时关断时，系统中相应的大泵变频运行，压力自动调节。如果系统压力平衡，频率在相对范围内是稳定的。如果频率达到50HZ，压力仍然较低，则放入一台大泵，比较其余泵的累计运行时间，先放入时间少的一台，以此类推。注意，在上行中，只要有一台大泵运行，1#小泵就会断开。当大泵和小泵同时运行时，小泵的效率很低。

下行过程：当系统压力较高，变频器运行在18HZ左右(18HZ以下的泵效率很低，这是经验值)时，PLC程序判断工频运行的泵的累计运行时间(如果只有一台泵没有判断)，运行时间最长的泵先延时退出。撤机瞬间PLC控制变频器运行在50HZ，否则系统冲击太大，容易下垂。短暂延迟后，PID控制器被设置。诸如此类。注意：在下降过程中，当最后一台大泵运行，频率在18HZ左右，系统压力仍然较高时，将1#小泵切换到变频运行。晚上可能会出现这种情况，但是供水管网大的时候可能就不行了。

三、注意：

1、本系统有泵的工频变频上行切换。为了系统的快速响应，切换时间要尽可能短，切换时的时间差要很小。所以每台泵的变频接触器和工频接触器最好使用可逆接触器，电气回路和PLC程序也要有联锁功能。以免发生意外短路事故。对系统或变频器的损害。

2、设置变频器的切换时间。如果设定值过大，系统无法快速响应管网用水量；如果设定值过小，可能会导致系统频繁的投入泵和退出泵；所以在PLC程序中增加了判断设定压力和运行压力处于临界切换状态时，只要不超过允许的误差范围，就不会切换泵。

3、变频器在上行切换时，必须具备瞬时输出禁止功能，变频器可以使用无此功能的自由停车功能；所以在选择变频器的时候要注意这一点。