以前的供水系統(tǒng)一般是把水抽到高水塔上，然后向下供水，這樣的供水系統(tǒng)往往使系統(tǒng)里面的水壓不穩(wěn)定，而且水塔會(huì)引起二次污染。

    隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，人們對供水質(zhì)量和供水系統(tǒng)可靠性的要求不斷提高，同時(shí)存在著水、電供應(yīng)不足的壓力。在傳統(tǒng)的供水裝置中，水泵的選取往往是由最大供水容量來確定，但實(shí)際的供水量是時(shí)刻變化的，從而導(dǎo)致供水壓力不穩(wěn)、水泵效率低以及導(dǎo)致水資源的浪費(fèi)。這就要求研究人員設(shè)計(jì)出更好的供水系統(tǒng)，利用先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)以及通信技術(shù)，設(shè)計(jì)出高性能、高節(jié)能、能適用于不同領(lǐng)域的恒壓供水系統(tǒng)。

    本節(jié)主要設(shè)計(jì)PLC控制的變頻供水系統(tǒng)，通過PLC進(jìn)行邏輯控制，由變頻器進(jìn)行壓力調(diào)節(jié)。經(jīng)PID運(yùn)算，PLC進(jìn)行控制變頻與工頻切換，使閉環(huán)自動(dòng)調(diào)節(jié)恒壓進(jìn)行變量供水。這種系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有壓力穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠等特點(diǎn)。

    一、恒壓供水原理

    恒壓供水可以實(shí)現(xiàn)水管自動(dòng)保持內(nèi)部水壓功能，管道內(nèi)存在一個(gè)壓力探測裝置，能夠知道當(dāng)前管道內(nèi)的水壓，并把當(dāng)前的水壓值傳遞給控制裝置。

    當(dāng)用水量過大時(shí)，水壓減小，控制裝置得到水壓減小信號，于是控制裝置會(huì)提高水泵的轉(zhuǎn)速來提升水壓。同樣，當(dāng)用水量減少時(shí)，控制裝置降低水泵的轉(zhuǎn)速，減小水壓。這樣就可以保持水壓恒定。一般情況下，變頻調(diào)速器給水泵的電動(dòng)機(jī)供電，以便得到較好的調(diào)速性能。

    變頻恒壓供水的原理圖如圖10-6所示。

    圖10-6    變頻恒壓供水原理圖

   二、恒壓供水控制系統(tǒng)工藝流程

    圖10-7所示是PLC控制的恒壓供水系統(tǒng)示意圖，主控泵采用MM440變頻器控制。西門子MM4系列變頻器，不同的型號具有不同的控制器。MM420為PI（比例積分）控制器，一般應(yīng)用在傳送機(jī)、風(fēng)機(jī)、水泵等控制性能要求較低的小功率場合。MM430、MM440為PID（比例積分微分）控制器，MM440可用于矢量控制，可以實(shí)現(xiàn)高性能的控制，帶內(nèi)置制動(dòng)單元，可以快速制動(dòng)。

    在恒壓供水系統(tǒng)中，當(dāng)用水量發(fā)生變化時(shí)，變頻器根據(jù)管網(wǎng)的設(shè)定壓力值和傳感器反饋的實(shí)際壓力值之差，經(jīng)過PID運(yùn)算，對主控泵的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)。在供水量變化較大時(shí)，如果主控泵已全頻（或最低頻，即滿載工作）工作，仍不能保證供水管網(wǎng)壓力恒定時(shí)，就要通過輔控泵投入（或停止）運(yùn)行，主控泵變速運(yùn)行，從而保證管網(wǎng)壓力穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)的恒壓供水。

    MM4變頻器是恒壓供水控制系統(tǒng)的核心，此系統(tǒng)中，通過PLC對變頻器進(jìn)行控制，控制功能包括設(shè)定或查看變頻器的有關(guān)功能參數(shù)，設(shè)定或查看變頻器的運(yùn)行狀態(tài)，設(shè)定壓力傳感器的量程范圍等監(jiān)控參數(shù)，發(fā)送變頻器啟動(dòng)和停止運(yùn)行指令。變頻器和PLC的組合應(yīng)用可以對水泵轉(zhuǎn)速的平滑連續(xù)性進(jìn)行調(diào)節(jié)。水泵電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)變頻軟啟動(dòng)，可以對電網(wǎng)、電氣設(shè)備和機(jī)械設(shè)備的沖擊進(jìn)行消除，同時(shí)也延長了機(jī)電設(shè)備的使用壽命。

    恒壓供水系統(tǒng)的功能要求如下：

    (1)手動(dòng)控制。轉(zhuǎn)換開關(guān)置于手動(dòng)位置，能直接啟動(dòng)每臺水泵。

    (2)停止。轉(zhuǎn)換開關(guān)置于停止位置，設(shè)備進(jìn)入停機(jī)狀態(tài)，任何水泵都不能啟動(dòng)。

    (3)自動(dòng)控制。轉(zhuǎn)換開關(guān)置于自動(dòng)位置，PLC對兩臺水泵進(jìn)行自動(dòng)調(diào)控，其控制過程如圖10-8所示。

    圖10-7    PLC控制的恒壓供水系統(tǒng)示意圖

    圖10-8    水位控制系統(tǒng)程序流程圖

    三、恒壓供水系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

    1．系統(tǒng)輸入/輸出信號分析

    根據(jù)上述的恒壓供水控制系統(tǒng)的工作原理及流程分析，可知該控制系統(tǒng)中的輸入信號有：主水泵啟動(dòng)按鈕1個(gè)，主水泵自由停止按鈕1個(gè)，主水泵制動(dòng)停止按鈕1個(gè)，工作方式選擇開關(guān)1個(gè)，輔助泵啟動(dòng)按鈕1個(gè)，輔助泵制動(dòng)停止按鈕1個(gè)，修改系統(tǒng)設(shè)定值按鈕1個(gè)，清除變頻器報(bào)警按鈕1個(gè)，所以共需要8個(gè)輸入端子。

    輸出信號有：啟動(dòng)主水泵接觸器1個(gè)，啟動(dòng)輔助泵接觸器1個(gè)，變頻器運(yùn)行指示燈1個(gè)，變頻器故障指示燈1個(gè)，以及輔助泵運(yùn)行指示燈1個(gè)，共需要5個(gè)輸出端子。

    2．PLC的輸入/輸出分配表

    根據(jù)上述的系統(tǒng)輸入/輸出信號分析，可設(shè)計(jì)如表10-3所示的PLC輸入/輸出分配表。

    表10-3    恒壓供水控制系統(tǒng)PLC輸入/輸出分配表

    除了上述的PLC輸入/輸出分配表外，其他編程元件地址分配表如表10 -4所示。

    表10-4    其他編程元件地址分配表

    3．PLC選型

    根據(jù)表10-3所示的PLC輸入/輸出分配表，參看表2-1，本實(shí)例中PLC選擇西門子公司的小型PLC中的CPU222作為控制主機(jī)。

    4．硬件接線圖

    根據(jù)表10-3所示的PLC輸入/輸出分配表，可畫出如圖10-9所示的硬件接線圖。

    圖10-9    PLC控制硬件接線圖

    根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，程序結(jié)構(gòu)分為3個(gè)部分，即主程序、自動(dòng)控制子程序AUTO以及手動(dòng)控制子程序HAND。在主程序中，根據(jù)工作方式選擇開關(guān)，調(diào)用自動(dòng)控制子程序或手動(dòng)控制子程序。主程序和手動(dòng)控制子程序不再給出，自動(dòng)控制子程序的梯形圖和對應(yīng)的語句表如圖10-10所示。

    圖10-10    恒壓供水系統(tǒng)PLC控制程序