1 引言

    隨著社會(huì)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(shí)也對(duì)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控制工程網(wǎng)版權(quán)所有，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(dòng)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(jì)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(jiǎn)捷，故障報(bào)警及時(shí)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(chǔ)水罐等。

    控制裝置是整個(gè)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(hào)的采集處理以及結(jié)果的運(yùn)算輸出。通過(guò)變頻器改變交流電的頻率，實(shí)現(xiàn)對(duì)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(tái)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(cè)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(tái)數(shù)。儲(chǔ)水罐主要是對(duì)直接來(lái)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:
2.2 變頻工作原理

圖2是系統(tǒng)的基本框圖，如下：     在工作過(guò)程中控制工程網(wǎng)版權(quán)所有，通過(guò)PLC控制取水電動(dòng)閥的啟停將儲(chǔ)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(hào)，經(jīng)模擬量輸入模塊入PLC，PLC根據(jù)給定的壓力設(shè)定值與實(shí)際檢測(cè)值進(jìn)行PID運(yùn)算，輸出控制信號(hào)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(wú)法保證用戶主管網(wǎng)壓力達(dá)到設(shè)定值時(shí)，產(chǎn)生高頻報(bào)警信號(hào)，自動(dòng)將原工作在變頻狀態(tài)下的泵投入工頻運(yùn)行，同時(shí)將下一臺(tái)泵用變頻器起動(dòng)后投入變頻運(yùn)行，以加大供水管網(wǎng)的供水量來(lái)保證恒壓供水的目的。若此時(shí)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(tái)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(shí)，產(chǎn)生低頻報(bào)警信號(hào)，PLC則將最先工頻運(yùn)行的泵關(guān)以減少供水量，若此時(shí)仍不能滿足要求，則再關(guān)閉下一臺(tái)水泵，乃至只有一臺(tái)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。
    通過(guò)對(duì)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(tái)泵（變頻泵）、兩臺(tái)泵（一臺(tái)變頻和一臺(tái)工頻）、三臺(tái)泵（一臺(tái)變頻泵和兩臺(tái)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(shí)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(dòng)器PSS及儲(chǔ)水罐等組成。

    控制系統(tǒng)上位機(jī)采用和利時(shí)HD2000文本顯示器CONTROL ENGINEERING China版權(quán)所有，CPU選用和利時(shí)LM3109 PLC控制器，LM3330采集處理液位和壓力信號(hào)，上、下位機(jī)之間通過(guò)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。
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(gè)RS232和1個(gè)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(shí)間低于200us，精度可達(dá)0.5%FS。既能完成模擬量信號(hào)輸入處理，也能同時(shí)完成模擬量信號(hào)輸出處理。

下表1為系統(tǒng)I/O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(shí)HD2400L文本顯示器控制工程網(wǎng)版權(quán)所有，配以編程軟件來(lái)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(shí)段壓力參數(shù)，顯示設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，以及實(shí)時(shí)顯示現(xiàn)場(chǎng)故障報(bào)警信息。圖5-圖8為上位部分監(jiān)控畫(huà)面。
4 結(jié)論

    LM系列PLC豐富的模擬量信號(hào)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www.cechina.cn，節(jié)能環(huán)保www.cechina.cn，是符合國(guó)家節(jié)能減排環(huán)保理念的一種生活用水控制技術(shù)。

參考文獻(xiàn)

[ 1 ] 周亞軍.電氣控制與PLC原理及應(yīng)用[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社www.cechina.cn，2008：77-98.

[ 2 ] 祁增慧.基于PLC控制的城市恒壓供水系統(tǒng)[D].天津：天津大學(xué)控制工程網(wǎng)版權(quán)所有，2008.

[ 3 ] 方大千，等編著.變頻器、軟啟動(dòng)器及PLC實(shí)用技術(shù)問(wèn)答[M]. 北京：人民郵電出版社控制工程網(wǎng)版權(quán)所有，2007：171-176.