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摘 要 本文介紹了HOLLiAS LM系列小型PLC(以下簡稱LM)在恒壓變頻供水系統上的應用，系統可根據管網用水需求自動實現3臺泵的投切轉換和工頻/變頻轉換，并可根據儲水罐壓力以PID方式自動調節泵的運行頻率。滿足節能節水的環保理念。

關鍵詞 PLC;PID;恒壓變頻;供水系統

1 引言

    隨著社會經濟的迅速發展，人們生活水平的不斷提高，城市中各類小區建設發展十分迅速，同時也對小區的基礎設施建設提出了更高的要求。小區供水系統的建設是其中重要的一方面，供水的可靠性、穩定性、經濟性直接影響到小區住戶的正常工作和生活。傳統的供水方式中很多是采用高位水塔方式供水，存在浪費水力、電力資源、效率低、可靠性差、自動化程度不高等缺點，嚴重影響了居民的生活用水。

    本文設計一套基于HOLLiAS LM PLC+恒壓頻比變頻器的變頻恒壓供水系統以進一步提高變頻恒壓供水系統的穩定性和節能性，系統操作更加簡捷，故障報警及時迅速，使得變頻恒壓供水技術更好的應用于小區的生活用水供給。

2 變頻恒壓供水系統概述

2.1系統結構

    供水系統主要包括的設備有控制裝置、變頻器、水泵機組、壓力傳感器、儲水罐等。

    控制裝置是整個變頻恒壓供水系統中最重要的組成部分，主要完成各種信號的采集處理以及結果的運算輸出。通過變頻器改變交流電的頻率，實現對水泵的控制達到節能、調速的目的。水泵機組是水壓的發生裝置，一般有2到4臺水泵組成，為供水系統中的用戶主管網提供壓力。壓力傳感器用于檢測用戶主管網的出水壓力，從而控制變頻器的頻率調節以及水泵的工作臺數。儲水罐主要是對直接來自水廠的水起到緩存的作用。

    系統的總體布局圖如圖1所示:

              

                                 圖1 系統的總體布局圖

2.2 變頻工作原理

    圖2是系統的基本框圖，如下：

            


                    圖2 PLC變頻恒壓供水系統框圖

    在工作過程中，通過PLC控制取水電動閥的啟停將儲水罐的液位保持在一定的范圍內。壓力傳感器將用戶主管網水壓變換為4 20mA的電流信號，經模擬量輸入模塊送入PLC，PLC根據給定的壓力設定值與實際檢測值進行PID運算，輸出控制信號經模擬量輸出模塊至變頻器，調節變頻泵的運行頻率。當用水量大到變頻泵全速運行也無法保證用戶主管網的壓力達到設定值時，產生高頻報警信號，自動將原工作在變頻狀態下的泵投入工頻運行，同時將下一臺泵用變頻器起動后投入變頻運行，以加大供水管網的供水量來保證恒壓供水的目的。若此時仍不能滿足要求，則將工作在變頻狀態下的泵投入到工頻運行，再將下一臺泵投入變頻運行直至管網壓力穩定。當用水量減少時，產生低頻報警信號，PLC則將最先工頻運行的泵關閉以減少供水量，若此時仍不能滿足要求，則再關閉下一臺水泵，乃至只有一臺水泵工作在變頻狀態下以達到恒壓供水的目的。

2.3水泵投切流程

    水泵的投切采取先啟先停、后啟后停、先停先啟、后停后啟的控制原則，從而增加水泵的使用壽命。泵投切的程序流程圖如圖3所示。

          
             圖3 水泵投切流程圖

    通過對流程圖的分析，泵的投切控制有三種模式。

    三種模式包括：一臺泵（變頻泵）、兩臺泵（一臺變頻和一臺工頻）、三臺泵（一臺變頻泵和兩臺工頻泵）。

3 控制系統介紹

3.1 控制系統方案

    系統主要由和利時LM系列PLC、變頻器MM430、HD2400L可編程文本顯示器、壓力傳感器、液位傳感器、控制接觸器、軟啟動器PSS及儲水罐等組成。

    控制系統上位機采用和利時HD2000文本顯示器，CPU選用和利時LM3109 PLC控制器，LM3330采集處理液位和壓力信號，上、下位機之間通過基于MODBUS協議的RS232串口進行通訊。

    下圖4為控制系統接線圖。
              

                     圖4 控制系統接線圖

3.2控制系統硬件

3.2.1可編程邏輯控制器-PLC

     1）CPU模塊：LM3109模塊的額定工作電壓為AC220V，自帶40點I/O，提供24路DC24V輸入/16路繼電器輸出處理。具有1個RS232和1個RS485通訊接口，支持專有協議（僅RS232）/Modbus RTU協議/自由協議。

     2）模擬量擴展模塊：LM3330提供4通道模擬量輸入和1通道模擬量輸出，輸入范圍0-10V、0-20mA和4-20mA可選，輸出范圍0-10V、0-20mA可選，模數轉換時間低于200us，精度可達0.5%FS。既能完成模擬量信號輸入處理，也能同時完成模擬量信號輸出處理。

     下表1為系統I/O分配表。

     表1 輸入輸出端子分配表

             

3.2.2 人機界面-HMI

    人機監控部分采用和利時HD2400L文本顯示器，配以編程軟件來完成。文本顯示器上可以修改和調整PID參數，設定不同時段壓力參數，顯示設備運行狀態，以及實時顯示現場故障報警信息。圖5-圖8為上位部分監控畫面。

           

4 結論

    LM系列PLC豐富的模擬量信號采集處理能力和自帶的PID運算功能保證了變頻恒壓供水系統的穩定和可靠性。該系統不僅適用于小區供水，也適用于家庭別墅式的用水需求，節能環保，是符合國家節能減排環保理念的一種生活用水控制技術。

參考文獻

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[ 2 ] 祁增慧.基于PLC控制的城市恒壓供水系統[D].天津：天津大學，2008.
[ 3 ] 方大千，等編著.變頻器、軟啟動器及PLC實用技術問答[M]. 北京：人民郵電出版社，2007：171-176.