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[摘 要]随着变频调速技术的迅猛发展，变频恒压供水系统逐渐取代了传统的供水方式，并广泛应用于市政供水系统与工矿企业中。本文主要从PLC概述出发，分别对自动控制系统的组成以及泵组切换与恒压供水控制方法进行了探讨。
[关键词]PLC；恒压供水；自动控制系统；变频调速
中图分类号：TH107 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）32-0000-01
引言
随着人们的用水量逐渐增多，提高供水质量、保证充足的水量供应以及稳定的水压就显得十分重要。目前，越来越多的场合都应用了多台水泵构成的供水控制系统，并随着人们安全意识的不断增强，供水系统中还应融入消防控制功能，但是消防用的水压与日常生活供水的压力并不相同，这就要求在出现火情时加大水压来灭火。由此可知，开发可靠性高，控制性能好的恒压供水自动控制系统十分重要。
1 PLC概述
1.1 PLC定义
PLC是Programmable logic Controller的缩写，译为中文即可编程控制器，它是指以计算机技术为基础的一种新型工业控制装置。1987年，国际电工委员会颁布了PLC标准草案，在PLC标准草案中对PLC做出了如下定义：“PLC是一种用于数字运算操作的电子装置，它利用可以编制程序的存储器，将执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数以及算数运算等操作的指令等全部存储于其中，并可以利用数字式或者模拟式的输入和输出来对各种类型的机械或生产过程进行控制。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。”
1.2 PLC的发展和应用
1969年，美国数字设备公司研制了世界上第一台公认的PLC。由于当时的计算机发展水平及元器件条件有限，世界第一台PLC主要由中小规模集成电路以及分立组件组成，它可以完成简单的逻辑控制以及定时、计数。到20世纪70年初，微处理器出现在大众的面前，随后人们便将其引入到了PLC中，这样PLC便增加了数据运算、传送以及处理的功能，成为了一台真正具有计算机特征的工业控制装置。为了让工程技术人员更为方便的熟悉与使用继电器与接触器系统，PLC采用了与继电器电力图类似的梯形图来进行编程，开发出了一个体积小、运算速度高、可靠性高的控制系統。
2 恒压供水自动控制系统的组成
本文将PLC与变频器进行结合，设计了恒压供水自动控制系统，其组成如图1所示。
2.1 设备的选择
第一，PLC的选择。本设计选用的PLC为三菱公司的FK2-32产品，它具有较强的抗干扰能力、编程方便、易于使用等特点，此外，它的还具有较强的扩展功能。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；第二，变频器的选择。本设计选用的变频器为日本三肯公司制造的MF-110kW交流变频调速器，它具有快速响应转矩调整的功能、转差补偿功能及优良的保护功能，还具有操作方便、直观的优势。该变频器的容量为150kVA，驱动电动机功率为110kW，输出额定电流为28A；第三，压力变送器的选择。本设计选用的压力变变送器是国产的1151型号的电容式压力变送器，它具有安装方便、结构简单、准确度高以及可靠性高等的优点；第四，其他设备的选择。根据系统的实际需要，选用FX2-32作為系统的控制主机，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。
2.2 水压闭环调节原理
在该系统中，其水压闭环的调节原理是：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1～5V，直流电压信号输入PLC，并经FX-4AD将其转换为数字信号。该数字信号会与给定的压力值相比较，通过PID运算，由PLC输出一个控制信号，并经FX-2DA将其转换为4～20mA的控制信号，然后把它送往变频器，通过控制变频器的输出频率，从而实现对供水泵电机转速的有效控制，使得输出的供水母管水压维持在设定的压力上。
3 泵组切换与恒压供水控制方法
3.1 泵组切换原理
该系统是由1台变频器和1台PLC相互配合，来实现对4台水泵起、停的控制的。上电时，系统由变频器对1号泵的变频运行进行控制。如果变频器的输出频率达到50Hz，而输出母管的水压还没有达到设定值，就需要延时3分钟，待母管压力稳定后再将1号泵切换为工频市电驱动。然后，变频器再控制2号泵进行运转，如果这时的输出母管仍然达不到设定值，就要将2号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。
3.2 其他注意事项
第一，如果变频器50Hz驱动与市电50Hz驱动时的功率不同，就会出现反复加泵减泵现象，为了防止这种现象的发生，就需要在程序中的加泵减泵的切换点不等于设定值时就进行切换。加泵时，压力的判断点为设定值-△，减泵时，压力判断点为设定值+△，这里的△要根据水压控制的精度要求来进行对应设置；第二，当减泵时，由于市电驱动泵的切换，就会使水压下降或者断水。要想避免这种现象的发生，就要在减泵之前将变频器的输出控制在30Hz以上。此外，泵可能会处于不打水的状态，如果N-1号泵停止运行，那么第N号泵将在30Hz的基础上增加，由于其上升速度较快，便可以避免由于泵组切换导致断水现象的发生；第三，由于火灾发生时用于灭火的水压与日常所用的水压不同，为了满足消防的需要，本系统中还特地设计了双恒压进行控制，当火灾发生时，只需按下消防按钮，这时的PLC就会读取到消防按钮的开关信号，便会自动启动消防水压来进行控制，以实现消防灭火的功能。
结束语
目前，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在企业中已经得到了实际的应用。在实际运行中可以看出，在该系统投入使用后，供水压力稳定，控制精度高，运行可靠。
参考文献
[1] 张亢.PLC在恒压供水自动控制系统的应用[J].煤炭技术，2009，09：58-59.
[2] 谢又成，章兢.PLC在恒压供水自动控制系统的应用[J].电工技术杂志，2003，02：36-37+60.
[3] 孙培利.PLC和变频技术在恒压供水系统的应用[J].安装，2007，10：33-35.
[4] 王艳，胡灿.PLC、变频器在恒压供水系统中的应用[J].科技与企业，2014，07：353-354.
[关键词]PLC；恒压供水；自动控制系统；变频调速
中图分类号：TH107 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）32-0000-01
引言
随着人们的用水量逐渐增多，提高供水质量、保证充足的水量供应以及稳定的水压就显得十分重要。目前，越来越多的场合都应用了多台水泵构成的供水控制系统，并随着人们安全意识的不断增强，供水系统中还应融入消防控制功能，但是消防用的水压与日常生活供水的压力并不相同，这就要求在出现火情时加大水压来灭火。由此可知，开发可靠性高，控制性能好的恒压供水自动控制系统十分重要。
1 PLC概述
1.1 PLC定义
PLC是Programmable logic Controller的缩写，译为中文即可编程控制器，它是指以计算机技术为基础的一种新型工业控制装置。1987年，国际电工委员会颁布了PLC标准草案，在PLC标准草案中对PLC做出了如下定义：“PLC是一种用于数字运算操作的电子装置，它利用可以编制程序的存储器，将执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数以及算数运算等操作的指令等全部存储于其中，并可以利用数字式或者模拟式的输入和输出来对各种类型的机械或生产过程进行控制。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。”
1.2 PLC的发展和应用
1969年，美国数字设备公司研制了世界上第一台公认的PLC。由于当时的计算机发展水平及元器件条件有限，世界第一台PLC主要由中小规模集成电路以及分立组件组成，它可以完成简单的逻辑控制以及定时、计数。到20世纪70年初，微处理器出现在大众的面前，随后人们便将其引入到了PLC中，这样PLC便增加了数据运算、传送以及处理的功能，成为了一台真正具有计算机特征的工业控制装置。为了让工程技术人员更为方便的熟悉与使用继电器与接触器系统，PLC采用了与继电器电力图类似的梯形图来进行编程，开发出了一个体积小、运算速度高、可靠性高的控制系統。
2 恒压供水自动控制系统的组成
本文将PLC与变频器进行结合，设计了恒压供水自动控制系统，其组成如图1所示。
2.1 设备的选择
第一，PLC的选择。本设计选用的PLC为三菱公司的FK2-32产品，它具有较强的抗干扰能力、编程方便、易于使用等特点，此外，它的还具有较强的扩展功能。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；第二，变频器的选择。本设计选用的变频器为日本三肯公司制造的MF-110kW交流变频调速器，它具有快速响应转矩调整的功能、转差补偿功能及优良的保护功能，还具有操作方便、直观的优势。该变频器的容量为150kVA，驱动电动机功率为110kW，输出额定电流为28A；第三，压力变送器的选择。本设计选用的压力变变送器是国产的1151型号的电容式压力变送器，它具有安装方便、结构简单、准确度高以及可靠性高等的优点；第四，其他设备的选择。根据系统的实际需要，选用FX2-32作為系统的控制主机，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。
2.2 水压闭环调节原理
在该系统中，其水压闭环的调节原理是：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1～5V，直流电压信号输入PLC，并经FX-4AD将其转换为数字信号。该数字信号会与给定的压力值相比较，通过PID运算，由PLC输出一个控制信号，并经FX-2DA将其转换为4～20mA的控制信号，然后把它送往变频器，通过控制变频器的输出频率，从而实现对供水泵电机转速的有效控制，使得输出的供水母管水压维持在设定的压力上。
3 泵组切换与恒压供水控制方法
3.1 泵组切换原理
该系统是由1台变频器和1台PLC相互配合，来实现对4台水泵起、停的控制的。上电时，系统由变频器对1号泵的变频运行进行控制。如果变频器的输出频率达到50Hz，而输出母管的水压还没有达到设定值，就需要延时3分钟，待母管压力稳定后再将1号泵切换为工频市电驱动。然后，变频器再控制2号泵进行运转，如果这时的输出母管仍然达不到设定值，就要将2号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。
3.2 其他注意事项
第一，如果变频器50Hz驱动与市电50Hz驱动时的功率不同，就会出现反复加泵减泵现象，为了防止这种现象的发生，就需要在程序中的加泵减泵的切换点不等于设定值时就进行切换。加泵时，压力的判断点为设定值-△，减泵时，压力判断点为设定值+△，这里的△要根据水压控制的精度要求来进行对应设置；第二，当减泵时，由于市电驱动泵的切换，就会使水压下降或者断水。要想避免这种现象的发生，就要在减泵之前将变频器的输出控制在30Hz以上。此外，泵可能会处于不打水的状态，如果N-1号泵停止运行，那么第N号泵将在30Hz的基础上增加，由于其上升速度较快，便可以避免由于泵组切换导致断水现象的发生；第三，由于火灾发生时用于灭火的水压与日常所用的水压不同，为了满足消防的需要，本系统中还特地设计了双恒压进行控制，当火灾发生时，只需按下消防按钮，这时的PLC就会读取到消防按钮的开关信号，便会自动启动消防水压来进行控制，以实现消防灭火的功能。
结束语
目前，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在企业中已经得到了实际的应用。在实际运行中可以看出，在该系统投入使用后，供水压力稳定，控制精度高，运行可靠。
参考文献
[1] 张亢.PLC在恒压供水自动控制系统的应用[J].煤炭技术，2009，09：58-59.
[2] 谢又成，章兢.PLC在恒压供水自动控制系统的应用[J].电工技术杂志，2003，02：36-37+60.
[3] 孙培利.PLC和变频技术在恒压供水系统的应用[J].安装，2007，10：33-35.
[4] 王艳，胡灿.PLC、变频器在恒压供水系统中的应用[J].科技与企业，2014，07：353-354.