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[摘 要]PLC可编程控制的变频恒压调速供水系统方案给水，主要由PLC可编程进行逻辑控制，由变频器进行压力调节；变频器、可编程控制器作为系统控制的核心部件，经变频器内部PID运算，通过PLC控制变频与工频切换，实现闭环自动调节恒压变量供水。本文采取变频调速方式实现恒压供水相对于传统的阀门控制恒压供水方式的节能机理，通过对变频器内置PID模块参数的预置，利用远程压力表的水压反馈量，构成闭环系统，根据用水量的变化，采取PID调节方式，在全流量范围内利用变频泵的连续调节和工频泵的分级调节相结合，实现恒压供水。运行结果表明，该系统具有压力稳定，结构简单，工作可靠的特点。
[关键词]变频调速；恒压供水；多泵并联；PLC可编程控制
中图分类号：TU855 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）14-0245-02
1 引言
给水系统是建筑发展的重要基础设施，是国家建设、社会文明进步、人民生活不可缺少的，无法替代的物质基础。随着社会的发展进步，城市高层建筑的供水问题日益突出。一方面，在工业用水、锅炉定压供热和恒压补水喷淋、消防供水系统中，通常采用传统的水塔或高位水箱供水方式、气压罐供水方式和泵组分时供水方式；其主要缺点：占地面积大，基建投资较多， 维护困难，随着社会的发展，这种给水设计系统已不能满足高层建筑、工业、消防用水的高水压、大流量快速供水需求。另一方面，由于供水量的随机性，采用传统方法难以保证供水的实时性，且水泵的选取往往是按最大供水量来确定，而高峰用水时间较短，这样水泵在很长一段时间内有较大余量，不仅水泵效率低，供水压力不稳，而且造成大量电力浪费。其已经远远不能满足生活、生产的需要，随着电力电子及计算机技术的发展，变频调速恒压变量供水系统由于具备造价低、施工简单、节能效果显著、全自动控制、无二次污染的优点；而PLC可编程控制其性能稳定、成本低廉、功能强大、编程方便，且变频调速控制设计基于PLC的多泵并联推移软启动变频调速恒压供水控制系统。
2 系统设计原理
系统采用3台水泵并联运行方式，压力传感器将主水管网水压变换为电信号，经模拟量输入模块，输入PLC，PLC根据给定的压力设定值与实际检测值进行运算[1]，输出控制信号经模拟量输出模块至变频器，调节水泵电机的供电电压和频率。当用水量较小时，一台泵在变频器的控制下稳定运行，当用水量大到水泵全速运行也不能保证管网的压力稳定时，PLC给定的压力下限信号与变频器的高速信号同时被PLC检测到，PLC自动将原工作在变频状态下的泵投入到工频运行，以保持压力的连续性，同时将下一台备用泵用变频器起动后投入运行，以加大管网的供水量保证压力稳定。若2台泵运转仍不能满足压力的要求，则依次将变频工作状态下的泵投入到工频状态运行，再将一台备用泵投入变频运行。当用水量减少时，首先表现为变频器已工作在最低速信号有效，这时压力上限信号如仍出现，PLC首先将最先工频运行的泵停止，以减少供水量。当上述2个信号仍存在时，PLC再停掉第2台工频运行的电机，直到最后一台泵用变频器恒压供水。所有水泵电机从停止到启动及从启动到停止都由变频器来控制，实现带载软启动，避免了启动大电流给水泵电机带来冲击，相对延长了电机的使用寿命。同时，系统供水采用变频泵循环方式，以“先开先关”的顺序关泵，工作泵与备用泵不固定死，这样，既保证供水系统有备用泵，又保证系统泵有相同的运行时间，有效地防止因为备用泵长期不用发生锈死现象，提高了设备的综合利用率，降低了维护费用。
3 系统设计方案
图1为系统设计方案图，变频恒压供水控制系统[2]主要由PLC控制器、PID调节器、变频器、压力变送器、水位变送器、交流接触器设备及3台15KW水泵机组系统构成，在供水系统总出水管上安装压力变送器检测出水压力，在蓄水池安装液位变送器，PLC具有模拟量输入检测模块，检测压力变送器、液位变送器以及变频器[3]输出的4-20mA信号，作为控制系统自动运行的条件，PID调节器环节接收检测的压力信号并将检测的压力信号与设定的压力信号经过PID运算后，通过控制变频器的频率来调整电动机的转速，保持供水压力的恒定，构成以设定压力为基准的压力闭环系统；系统主要的设计任务是利用恒压控制单元使变频器控制一台水泵或循环控制多台水泵，实现管网水压的恒定和水泵电机的软起动及变频水泵与工频水泵的切换，同时对运行数据进行传输。该系统缺水、断相保护功能，在软件和硬件上实现互锁功能，保证正常供水，且可以无人值守。
4 给水系统恒压控制设计
流量是供水系统的基本控制对象，而流量的大小又取决于扬程，而扬程难以进行具体测量和控制；因考虑到动态情况下，管道中水压的大小是扬程大小的反映，而扬程与供水能力（流量QG表示）和用水需求（用水流量Qu表示）之间的平衡情况相关。
若：供水能力Qc>用水需求Qu，则压力P上升；
若：供水能力Qc<用水需求Qu，则压力P下降；
若：供水能力Qc=用水需求Qu，则压力P不变。
流体压力P的变化反映了供水能力与用水需求Qu之间的矛盾。选择压力控制来调节管道流量的大小说明通过恒压供水就能保证供水能力和用水流量处于平衡状态，这样能满足系统所需的用水流量；系统需求发生变化时，需要对供水系统做出调节，以适应流量的变化。这种调节就是以压力恒定来实现的控制方法[4]。
4.1阀门控制法
转速保持不变，通过调节阀门的開度大小来调节流量。实质是水泵本身的供水能力不变，通过改变水路中的阻力大小来强行改变流量大小，以适应系统对流量的需求。这时的管阻特性将随阀门开度的改变而改变，但扬程特性则不变。
4.2转速控制法
阀门开度保持不变，通过改变水泵的转速来调节流量。实质是通过改变水泵的供水能力来适应系统对流量的需求。当水泵的转速改变时，扬程特性将随之改变，而管阻特性则不变。
[关键词]变频调速；恒压供水；多泵并联；PLC可编程控制
中图分类号：TU855 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）14-0245-02
1 引言
给水系统是建筑发展的重要基础设施，是国家建设、社会文明进步、人民生活不可缺少的，无法替代的物质基础。随着社会的发展进步，城市高层建筑的供水问题日益突出。一方面，在工业用水、锅炉定压供热和恒压补水喷淋、消防供水系统中，通常采用传统的水塔或高位水箱供水方式、气压罐供水方式和泵组分时供水方式；其主要缺点：占地面积大，基建投资较多， 维护困难，随着社会的发展，这种给水设计系统已不能满足高层建筑、工业、消防用水的高水压、大流量快速供水需求。另一方面，由于供水量的随机性，采用传统方法难以保证供水的实时性，且水泵的选取往往是按最大供水量来确定，而高峰用水时间较短，这样水泵在很长一段时间内有较大余量，不仅水泵效率低，供水压力不稳，而且造成大量电力浪费。其已经远远不能满足生活、生产的需要，随着电力电子及计算机技术的发展，变频调速恒压变量供水系统由于具备造价低、施工简单、节能效果显著、全自动控制、无二次污染的优点；而PLC可编程控制其性能稳定、成本低廉、功能强大、编程方便，且变频调速控制设计基于PLC的多泵并联推移软启动变频调速恒压供水控制系统。
2 系统设计原理
系统采用3台水泵并联运行方式，压力传感器将主水管网水压变换为电信号，经模拟量输入模块，输入PLC，PLC根据给定的压力设定值与实际检测值进行运算[1]，输出控制信号经模拟量输出模块至变频器，调节水泵电机的供电电压和频率。当用水量较小时，一台泵在变频器的控制下稳定运行，当用水量大到水泵全速运行也不能保证管网的压力稳定时，PLC给定的压力下限信号与变频器的高速信号同时被PLC检测到，PLC自动将原工作在变频状态下的泵投入到工频运行，以保持压力的连续性，同时将下一台备用泵用变频器起动后投入运行，以加大管网的供水量保证压力稳定。若2台泵运转仍不能满足压力的要求，则依次将变频工作状态下的泵投入到工频状态运行，再将一台备用泵投入变频运行。当用水量减少时，首先表现为变频器已工作在最低速信号有效，这时压力上限信号如仍出现，PLC首先将最先工频运行的泵停止，以减少供水量。当上述2个信号仍存在时，PLC再停掉第2台工频运行的电机，直到最后一台泵用变频器恒压供水。所有水泵电机从停止到启动及从启动到停止都由变频器来控制，实现带载软启动，避免了启动大电流给水泵电机带来冲击，相对延长了电机的使用寿命。同时，系统供水采用变频泵循环方式，以“先开先关”的顺序关泵，工作泵与备用泵不固定死，这样，既保证供水系统有备用泵，又保证系统泵有相同的运行时间，有效地防止因为备用泵长期不用发生锈死现象，提高了设备的综合利用率，降低了维护费用。
3 系统设计方案
图1为系统设计方案图，变频恒压供水控制系统[2]主要由PLC控制器、PID调节器、变频器、压力变送器、水位变送器、交流接触器设备及3台15KW水泵机组系统构成，在供水系统总出水管上安装压力变送器检测出水压力，在蓄水池安装液位变送器，PLC具有模拟量输入检测模块，检测压力变送器、液位变送器以及变频器[3]输出的4-20mA信号，作为控制系统自动运行的条件，PID调节器环节接收检测的压力信号并将检测的压力信号与设定的压力信号经过PID运算后，通过控制变频器的频率来调整电动机的转速，保持供水压力的恒定，构成以设定压力为基准的压力闭环系统；系统主要的设计任务是利用恒压控制单元使变频器控制一台水泵或循环控制多台水泵，实现管网水压的恒定和水泵电机的软起动及变频水泵与工频水泵的切换，同时对运行数据进行传输。该系统缺水、断相保护功能，在软件和硬件上实现互锁功能，保证正常供水，且可以无人值守。
4 给水系统恒压控制设计
流量是供水系统的基本控制对象，而流量的大小又取决于扬程，而扬程难以进行具体测量和控制；因考虑到动态情况下，管道中水压的大小是扬程大小的反映，而扬程与供水能力（流量QG表示）和用水需求（用水流量Qu表示）之间的平衡情况相关。
若：供水能力Qc>用水需求Qu，则压力P上升；
若：供水能力Qc<用水需求Qu，则压力P下降；
若：供水能力Qc=用水需求Qu，则压力P不变。
流体压力P的变化反映了供水能力与用水需求Qu之间的矛盾。选择压力控制来调节管道流量的大小说明通过恒压供水就能保证供水能力和用水流量处于平衡状态，这样能满足系统所需的用水流量；系统需求发生变化时，需要对供水系统做出调节，以适应流量的变化。这种调节就是以压力恒定来实现的控制方法[4]。
4.1阀门控制法
转速保持不变，通过调节阀门的開度大小来调节流量。实质是水泵本身的供水能力不变，通过改变水路中的阻力大小来强行改变流量大小，以适应系统对流量的需求。这时的管阻特性将随阀门开度的改变而改变，但扬程特性则不变。
4.2转速控制法
阀门开度保持不变，通过改变水泵的转速来调节流量。实质是通过改变水泵的供水能力来适应系统对流量的需求。当水泵的转速改变时，扬程特性将随之改变，而管阻特性则不变。