PLC在無負壓變頻供水控制系統中的應用

 

1、引言

      無負壓變頻供水是在變頻恒壓供水的基礎上發展起來的，它的先進之處在于將系統直接與自來水管網串聯對接，而不用建立水池和設置水箱，供給用戶的水完全在一個密封的環境中，避免了飲用水在供水過程中的二次污染。這種供水方式實現了無池供水與變頻恒壓供水的結合，能夠達到比其它供水方式更環保節能的效果。此外在供水過程中，充分利用自來水原有的壓力，因此可節電50%以上。不僅如此，無負壓變頻供水系統結合真空抑制、穩流補償、預壓平衡補償、能量儲存釋放、變頻調速和智能控制等技術，在供水的同時不，會對市政管網產生壓降，從而保證了市政管網的正常運行。

 

2、無負壓變頻供水工藝概述

      無負壓變頻供水控制系統的核心概念就是通過變頻器控制水泵的運行頻率，達到節能供水的效果，同時系統還加入了市政管網保護功能、水泵保護功能以及故障處理等功能。為了節約成本，目前人們大多采用一個變頻器控制多個水泵的變頻運行方式，也就是我們常說的一拖二、一拖三或一拖四等控制系統。采用這種方式，變頻器輪流控制各個水泵變頻運行。

      水泵的運行方式有兩種，一種是變頻運行，一種是工頻運行。水泵的運行方式由中央控制器根據用戶用水量的多少自動控制。系統啟動后，水泵首先變頻運行，當用水量增加時，變頻水泵轉換為工頻運行，并啟動下一臺水泵變頻運行。用水量減少后，工頻水泵退出運行，水泵的投切過程如此循環反復。

在用水量很少，或沒有用水時，為了節能與延長水泵的使用壽命，水泵還可以進入休眠狀態。當用水量增加時，水泵會自動從休眠狀態中被喚醒。當一臺水泵長時間運行時，為了使各個水泵均衡運行，系統會自動選擇運行時間最短的水泵運行。當有水泵出現故障時，系統會自動跳過該水泵，不會影響其他水泵的投切過程。

 

3、無負壓變頻供水控制系統結構設計

      在傳統的無負壓變頻供水設備中，控制器大多采用單片機設計，這種控制器一般都不允許用戶對其內部的程序進行修改。如果想增加一些功能，則必須找控制器的供應商幫助完成。這就導致了系統的靈活性較差，而且這種控制器一般都沒有經過可靠性測試，在可靠性方面可能存在或多或少的問題。

      無負壓變頻供水控制系統采用PLC作為核心控制單元，在可靠性上得到了保證，其開放的編程環境也使系統開發和維護更加方便。不僅如此，和利時還為無負壓變頻供水設備提供了標準的例程，用戶可以直接使用這個例程搭建無負壓變頻供水控制系統，或者可以根據需要對例程進行簡單的修改，這樣大大提高了系統的建立效率以及系統的開放性。

      本次設計針對1拖3無負壓變頻供水控制系統。系統主要由PLC、變頻器、離心泵、壓力傳感器、水位傳感器、缺相保護器、故障報警燈等組成。PLC負責三個水泵的投切控制算法，根據管網出口的設定壓力動態調節變頻器的輸出頻率，以及實現倒泵、休眠、故障處理、無負壓補償等功能。本系統采用和利時LM系列PLC作為系統控制器，并且通過LM系列PLC自帶的RS232接口連接現場的觸摸屏HT6720T，觸摸屏程序具有系統參數設置、顯示系統運行狀態、查詢系統報警記錄等功能。為了便于用戶查詢控制系統的運行狀況以及設置出口壓力等參數，這里還用LM系列PLC自帶的RS485接口連接了一個短信數傳模塊，用戶可以通過手機隨時查詢水泵的運行狀況以及設定管網的出口壓力。

 

4、無負壓變頻供水控制系統軟件設計 

根據工藝要求，無負壓變頻供水控制系統程序流程圖如圖2所示。

      無負壓變頻供水控制系統操作界面由觸摸屏HT6720T制作。操作界面主要可以完成無負壓變頻供水控制系統運行工況的監視、系統運行參數設置、實時報警顯示、歷史報警顯示等功能。觸摸屏工況界面如圖3所示，可以查看各個水泵的運行狀態以及進水壓力、目標壓力和出水壓力等幾個重要的輸出參數。

參數設置界面，可以進行系統參數的設置。所設置的參數均為掉電保持。LM系列PLC中掉電保持區的數據為永久保持，可以避免因停電導致系統設定參數丟失的后顧之憂。

 

5、無負壓變頻供水系統的特點

基于LM系列PLC的無負壓變頻供水系統具有如下特點：

可靠性

      可靠性是無負壓變頻供水系統的關鍵。與傳統的單片機控制器相比，LM系列PLC在穩定性、抗干擾性以及惡劣條件下的工作性能都要更勝一籌。LM系列PLC的輸入和輸出點都是與現場隔離的，這為系統的可靠性提供了硬件基礎。系統所提供的增量PID運算功能塊使系統能夠根據用戶的用水量迅速調節給水泵的工作頻率，使給水壓力以較快的速度穩定在設定值，這也在功能上保證了系統的穩定運行。

 

易用性

      LM系列PLC體積小、集成化程度高、運算速度快、邏輯控制容量大，還可以進行在線調試和離線調試，有強大的視圖功能，可以大大降低編程調試的工作量，縮短調試的周期。靈活的編程功能，可以給未來的系統升級帶來極大方便。系統采用7英寸TFT觸摸屏，整個系統的運行狀況一目了然，各項控制參數也可以根據不同工況進行調整，并可以生成實時報警與歷史報警列表。同時，還利用LM系列PLC自帶的RS485接口連接短信數傳模塊，用戶可以直接通過手機隨時查詢系統的運行工況，并可以進行管網出口壓力等參數的設置。

 

功能性

      本系統是在LM系列PLC的無負壓變頻供水標準程序的基礎上建立的，實現的功能包括了水泵的自動投切功能、休眠倒泵功能、水泵優先級判斷功能、優化的故障處理功能、多時段設定功能、低水位自動保護功能、無負壓功能、短信通訊功能以及PLC鎖定功能等。整個系統的搭建過程幾乎沒有對標準程序進行修改，在實現了強大功能的基礎上，方便快速地完成了控制系統的搭建。