赵敏鹏

摘 要：生产生活都离不开水但由于用户或用水设备数量的变化会导致送水管路中水压的变化，水压的升降会使用户或用水设备受到影响，因此需要保证送水管路中的水压保持恒定。传统维持水压的方法是采用水塔、高位水箱等，水塔或水箱中水位的变化相对于水塔的高度是很小的，因而水塔或水箱能維持水压的基本恒定。由于建造水塔或水箱需要二次投入，并会造成水的二次污染，随着科技的发展，利用PLC和变频器来实现恒压

供水。

关键词：恒压供水；水压恒定；控制

本控制系统主要对供水系统水压进行实时控制，保证用户或用水设备所需水压在规定范围内。恒压供水系统主要由水泵、压力传感器、调节器及变频器构成。

恒压供水系统中产生水压的设备是水泵、水泵转动越快产生的水压就越高；压力传感器主要用于检测管路中的水压，常装设在泵站的出水口，当用水量大时水压降低，用水量小时水压升高。压力传感器将水压的变化转变为电流或电压的变化送给调节器。调节器是一种电子装置，在系统中可以设定管路压力，接受传感器送来的管路水压实测值，并与给定值进行比较，输出调节信号。

1 系统控制要求

本恒压控制系统要求如下

（1）系统设有手动和自动两种工作方式

（2）系统设有两台水泵，由两台10Kw的电动机驱动，一台工频运行，一台变频运行，累计工作10h轮换一次，手动工作方式时不

切换。

（3）PLC采用PID调节指令，实时调节系统水压。

（4）变频器采用PLC的特殊功能模块的模拟输出来调节电动机的转速。变频器的其他参数自行设定。

（5）系统设有电源指示、工作方式指示、电动机运行指示。

（6）因管路发生破裂或某电台电动机损坏不能正常工作等原因导致管路压力较低时，变压运行的电动机以最大设定频率连续工作1h以上或电动机过载时，系统发出报警指示。

2 PID调节指令

PLC技术不断增强，运行速度不断提高，不但可以完成顺序控制的功能，还可以完成复杂的闭环控制功能。

PID控制系统在工业中主要对连续变化的量实现实时调节，如温度、流量、压力、速度、位置等，它是闭环模拟量控制中的传统调节方式，在改善控制系统品质、保证系统偏差达到预定指标、使系统实现稳定状态具有良好效果。

3 变频器

（1）变频器的基本结构

变频器主要是将电网的交流电整流成直流电；逆变器通过三相桥式逆变电路将直流转换成任意频率的三相交流；由于变频器的负载一般为电动机，属于感性负载，中间直流环节和电动机之间总会有无功功率交换，这种无功功率将由中间环节的储能元件来缓冲；控制电路主要是完成逆变器的开关控制、对整流器的电压控制以及各种保护功能。

4 系统硬件配置

系统要求交流输出，故选用较为常用的继电器输出型PLC；根据控制系统需求并留有余量为以后增加系统功能作准备，PLC的输入和输出点数选用48点。

5 系统编程

控制系统通过压力传感器将采集的管路水压值转换成4～20mA电信号，通过特殊功能模块将此电流模拟量转换成数字量传送给PLC，再通过PLC进行运算，运算结果通过DA模块转换成模拟量从而控制变频器的转速。水压检测值与设置值相差很大时，水泵的转速就大；反之则小，从而使压力差保持在一定范围内，达到恒压供水目的。变频器的频率上限值设置为50HZ，频率下限值设置为30HZ，数据90ms采样

一次。

PLC开始工作时，通过特殊辅助电器产生的初始脉冲进行初始化，包括将变频器工作频率的上下限、系统压力目标值、PID调节参数写入到有关数据寄存器中。

90ms采样时间到达后，系统启动A＼D、PID及D＼A，实时调节供水系统压力。

将采样值与目标值进行比较，若压力小系统会根据压力差使变频器运行电动机转速提高，即提高供水压力；反之则降低供水压力。若变频器连续在工频状态工作1h，则进行闪烁报警，系统过电压时也会进行闪烁报警。

6 系统调试

设定变频器相关参数；上限频率Pr1=50Hz，下限频率Pr2=30Hz，基底频率Pr3=50Hz，加速时间Pr7=3s，减速时间Pr8=3s，过电流保护Pr9等于电动机的额定电流，起动节能模式Pr60=4，选择端子2～5为0—10v的电压信号Pr73=0，允许所有参数的读/写Pr160=0，操作模式选择外部运行Pr79=2等。

将PLC与变频器、A＼D及D＼A特殊模块连接好，进行控制系统空载调试。将转换开关拨向手动方式，分别起动电动机，观察电动机运行是否正常。正常后将转换开关拨向自动操作方式，按下自动启动按钮，通过变频器的操作面板观察变频器的输出频率是否符合要求。否则检查系统界限、变频器参数、PLC程序及参数，直至变频器按要求运行。再逐一调节各种输入及输出，观察PLC及变频器的输出是否符合设计要求，否则作相应调整及修改。

7 系统维护

继电器和PLC控制系统长期运行后，总会出现故障，由于维护人员的不断更换和维修人员的水平或经验有限，控制系统长期维护后，系统接线及元器件不断拆装和更换也会给后续维护工作带来困难。若控制系统出现刚开机熔断器就烧断现象，就是熔断器参数选择不当所致。若控制系统出现按下启动按钮后系统运行，经查发现控制回路熔断器已烧断，更换熔断器后按下启动按钮听到控制柜有爆炸声，打开控制柜发现还是熔断器烧断了，再试还出现这种情况，再开机还烧毁熔断器，维护检修人员经过思考后回想起熔断器的参数是否合适。

恒压供水控制系统中的变频器也是主要维护元器件之一，首先要了解变频器的工作原理，然后根据变频器自诊断及保护功能动作时的现实信息进行分析，通过检测找到硬件故障进行修复或更换。上述故障发生时，变频器触摸面板显示的故障现象为短路、接地、过电流、散热器过热等。检修人员检测负载侧没有短路、接地现象；检查机组运转超载，过电流显示不可能。很可能是过载故障，经检查内部冷却风扇，发现顶部一只已不运转，这时只需维修或更换风扇即可排除故障。

参考文献

[1]宋建新 IO-LINK在自动化生产线上的应用 可编程控制器与工厂自动化 2012-5

[2]FX-20P-E手持编程器使用手册 三菱机电公司 2006

[3]雷红玲 模拟自动化生产线控制系统设计 工业仪表与自动化装置 2009-8