基于PLC控制的一拖二一拖三变频恒压供水设备自动控制系统

      随着变频调速技术的发展和人们对生活饮用水品质要求的不断提高，一拖二一拖三变频恒压供水设备自动控制系统已经取代了传统供水方式。广泛应用于工矿企业和市政供水系统。文章介绍了PLC与变频器的一拖二一拖三变频恒压供水设备自动控制系统的构成，泵组切换与恒压供水控制方法和系统保护功能的实现。并简要分析了其使用效果。

1  引言

　　以 PLC控制为核心、变频调速技术为基础的一拖二一拖三变频恒压供水设备自动控制系统，已逐渐取代原有的供水方式。PLC用于变频恒压供水系统中，不仅简化了系统的硬件，减少了系统在硬件上出现故障的次数，提高了硬件系统的抗干扰能力，而且，随着社会的发展和进步、通信技术的快速发展，为实现系统的远程控制奠定了基础，同时，也解决了城市高层建筑和居民小区的供水问题。

2  一拖二一拖三变频恒压供水设备自动控制系统的组成

　　PLC与变频器实现的恒压供水自动控制系统的组成如图1所示。

2.1  主要设备选择

　　(1) FK2 - 32可编程控制器是三菱公司的产品，适用于各种环境，抗干扰能力强，编程方便，易于使用；扩展功能也很强。本身具有16路开关量输入和16路输出，精度高，多量程的A/D 和D/A 模块用于反馈控制。基本指令处理时间为0.74μs/每步，平均无故障时间达30万h，可满足一般工业控制需求。

　　(2) 本系统设备选型的主要要求是可靠性高，能长时间稳定运行。所选设备应能满足恒压供水闭环控制和泵组切换控制。

　　根据系统的实际需要，选用FX2 - 32 作为系统的控制主机，扩展1个模拟量输入模块FX-4AD和1个模拟量输出模块FX- 2DA，能满足系统水压的PID闭环控制和开关量的切换控制要求。

　　变频器选择日本三肯公司制造的MF-l10kW交流变频调速器，该变频器具有快速响应转矩调整功能、转差补偿功能及优良的保护功能。变频器容量为150 kVA ，驱动电机功率110kW，输出额定电流228A(120%的过载能力)，操作方便，直观。

　　压力变送器选择国产1151型号的电容式压力变送器。该变送器具有结构简单，安装方便，准确度高及高可靠性等优点，能满足控制要求。

2.2  水压闭环调节原理

　　该系统的水压闭环调节原理是：在泵站的输出母管上的压力变送器将出水母管水压转换为1～5 V，直流电压信号输入PLC，经FX- 4AD将其转换为数字信号。该信号与压力给定值相比较，并经PID运算，由PLC输出1个控制信号经FX- 2DA 转换为4～20mA的控制信号送往变频器，控制变频器输出频率，从而控制供水泵电机转速，达到输出供水母管水压稳定在设定的压力上。

3  一拖二一拖三变频恒压供水设备自动控制系统泵组切换与恒压供水控制方法

　　该系统由1台编程控制器和1台变频器配合来控制4台水泵的起、停。上电时系统由变频器控制软起动1号泵变频运行。如变频器的输出频率上升到50Hz，输出母管水压还达不到设定值，则延时3 min后(使母管压力稳定)，将1号泵切换为工频市电驱动。变频器则再软起动2号泵运转，如输出母管水压还达不到设定值，则将2 泵切换为工频市电驱动。变频器则再起动3号泵运转，直到输出母管水压达到设定值为止。

　　当系统处于N台泵同时运转时，因用水量的变化可引起水压的变化。泵组切换与恒压供水的控制流程如图2所示。

　　为防止变频器50Hz驱动与市电50Hz驱动时电机输出功率不同造成反复加泵缄泵现象，程序中的加泵缄泵的切换点不是刚好等于设定值时就切换。加泵时压力判断点为设定值-Δ，减泵时判断点为设定值+Δ。其中Δ根据水压控制的精度要求而对应设置。

　　另外，为防止减泵时由于市电驱动的泵的切换使水压下降甚至造成断水现象，故减泵之前将变频器的输出控制在30Hz上(此值可根据实际情况进行修正)。泵可处于不打水状态，一旦N - 1号泵停止，则第N号泵将在30 Hz的基础上增加，上升频率速度快，可避免切换过程中的断水现象。

　　为了满足在火灾情况发生时的消防需要，，本系统具有双恒压控制功能，即当发生火灾时，按下消防按钮开关，PLC读到消防按钮开关信号后，立即起动消防水压(即第二恒压设定值)控制，满足消防灭火水压要求。

4  一拖二一拖三变频恒压供水设备自动控制系统保护功能的实现

4.1  定时换泵功能

　　为了防止某1台水泵因长期不运行锈死而另外1台却长时间运行，影响系统的运行寿命和可靠性，该系统PLC内部设有实时时钟。PLC系统定时巡检每1台泵的运行时间，并与整个系统泵的平均运行时间比较，如果某1台泵休息时间太长，则将该泵投入运行，而运行时间最长的泵投入休息状态。系统尽量使每1台泵的运行时间接近，以防止泵因长期不运行而锈死，同时也避免了某1台泵因运行时间太长而易出现故障的现象。

4.2  故障检测与报警功能

　　该系统设有水位检测与报警、变频器故障检测与报警、超压(水压)检测与报警及故障处理功能。

　　蓄水池水位的检测采用1台浮球传感器。当水池中水位高于某设定值时，浮球悬浮在水中，球内的干簧管接通。若水池水位低于某设定值时，浮球悬起，内部干簧管断开。PLC接收到此信号后，发出报警信号，通知操作人负处理。

　　超压报警在设备正常运行时是不会发生的，因为一旦水压超过设定值时，则PLC会减泵或控制变频器降低频率使水泵减速。特殊情况下，如压力传感器失灵等情况出现，实测压力大大超过设定水压时，则PLC发出报警信号，通知操作人员处理。

5  结束语

　　FX2 - 32可编程控制器与变频器结合实现的智能恒压多泵恒压供水自动控制系统已在企业得到实际应用。实际运行表明，系统投入后供水压力稳定，控制精度高，运行可靠，效率较高。