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(tǒng)上的應(yīng)用，系統(tǒng)可根據(jù)管網(wǎng)用水需求自動實現(xiàn)3臺泵的投切轉(zhuǎn)換和工頻/變頻轉(zhuǎn)換，并可根據(jù)儲水罐壓力以PID方式自動調(diào)節(jié)泵的運(yùn)行頻率。滿足節(jié)能節(jié)水的環(huán)保理念。

關(guān)鍵詞 PLC;PID;恒壓變頻;供水系統(tǒng)

1 引言

    隨著社會經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，人們生活水平的不斷提高，城市中各類小區(qū)建設(shè)發(fā)展十分迅速，同時也對小區(qū)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)提出了更高的要求。小區(qū)供水系統(tǒng)的建設(shè)是其中重要的一方面，供水的可靠性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性直接影響到小區(qū)住戶的正常工作和生活。傳統(tǒng)的供水方式中很多是采用高位水塔方式供水，存在浪費(fèi)水力、電力資源、效率低、可靠性差、自動化程度不高等缺點(diǎn)，嚴(yán)重影響了居民的生活用水。

    本文設(shè)計一套基于HOLLiAS LM PLC+恒壓頻比變頻器的變頻恒壓供水系統(tǒng)以進(jìn)一步提高變頻恒壓供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性和節(jié)能性，系統(tǒng)操作更加簡捷，故障報警及時迅速，使得變頻恒壓供水技術(shù)更好的應(yīng)用于小區(qū)的生活用水供給。

2 變頻恒壓供水系統(tǒng)概述

2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

    供水系統(tǒng)主要包括的設(shè)備有控制裝置、變頻器、水泵機(jī)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(tǒng)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(jié)果的運(yùn)算輸出。通過變頻器改變交流電的頻率，實現(xiàn)對水泵的控制達(dá)到節(jié)能、調(diào)速的目的。水泵機(jī)組是水壓的發(fā)生裝置，一般有2到4臺水泵組成，為供水系統(tǒng)中的用戶主管網(wǎng)提供壓力。壓力傳感器用于檢測用戶主管網(wǎng)的出水壓力，從而控制變頻器的頻率調(diào)節(jié)以及水泵的工作臺數(shù)。儲水罐主要是對直接來自水廠的水起到緩存的作用。

    系統(tǒng)的總體布局圖如圖1所示:

              

                                 圖1 系統(tǒng)的總體布局圖

2.2 變頻工作原理

    圖2是系統(tǒng)的基本框圖，如下：

            


                    圖2 PLC變頻恒壓供水系統(tǒng)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(nèi)。壓力傳感器將用戶主管網(wǎng)水壓變換為4 20mA的電流信號，經(jīng)模擬量輸入模塊送入PLC，PLC根據(jù)給定的壓力設(shè)定值與實際檢測值進(jìn)行PID運(yùn)算，輸出控制信號經(jīng)模擬量輸出模塊至變頻器，調(diào)節(jié)變頻泵的運(yùn)行頻率。當(dāng)用水量大到變頻泵全速運(yùn)行也無法保證用戶主管網(wǎng)的壓力達(dá)到設(shè)定值時，產(chǎn)生高頻報警信號，自動將原工作在變頻狀態(tài)下的泵投入工頻運(yùn)行，同時將下一臺泵用變頻器起動后投入變頻運(yùn)行，以加大供水管網(wǎng)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(tài)下的泵投入到工頻運(yùn)行，再將下一臺泵投入變頻運(yùn)行直至管網(wǎng)壓力穩(wěn)定。當(dāng)用水量減少時，產(chǎn)生低頻報警信號，PLC則將最先工頻運(yùn)行的泵關(guān)閉以減少供水量，若此時仍不能滿足要求，則再關(guān)閉下一臺水泵，乃至只有一臺水泵工作在變頻狀態(tài)下以達(dá)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(tǒng)介紹

3.1 控制系統(tǒng)方案

    系統(tǒng)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(tǒng)上位機(jī)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(jī)之間通過基于MODBUS協(xié)議的RS232串口進(jìn)行通訊。

    下圖4為控制系統(tǒng)接線圖。
              

                     圖4 控制系統(tǒng)接線圖

3.2控制系統(tǒng)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(diǎn)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(xié)議（僅RS232）/Modbus RTU協(xié)議/自由協(xié)議。

     2）模擬量擴(kuò)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(shù)轉(zhuǎn)換時間低于200us，精度可達(dá)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(tǒng)I/O分配表。

     表1 輸入輸出端子分配表

             

3.2.2 人機(jī)界面-HMI

    人機(jī)監(jiān)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(diào)整PID參數(shù)，設(shè)定不同時段壓力參數(shù)，顯示設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，以及實時顯示現(xiàn)場故障報警信息。圖5-圖8為上位部分監(jiān)控畫面。

           

4 結(jié)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(yùn)算功能保證了變頻恒壓供水系統(tǒng)的穩(wěn)定和可靠性。該系統(tǒng)不僅適用于小區(qū)供水，也適用于家庭別墅式的用水需求，節(jié)能環(huán)保，是符合國家節(jié)能減排環(huán)保理念的一種生活用水控制技術(shù)。

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