PLC控制的恒压供水系统设计分析
司道远
摘要：供水系统是维持生产生活正常进行的重要保障，怎样才能提高其运行安全性、稳定性与经济性，必须要就系统研究现状进行分析，并积极应用各项新型技术，对供水管末端压力以及供水始端压力进行有效控制，将整个供水管网的压力维持在一个相对稳定的状态。文章对PLC控制恒压供水系统的设计措施进行了简要分析。
关键词：PLC控制；恒压；供水系统
现在常见供水模式有气压罐供水、恒速泵加压供水以及水塔高位水箱供水等，随着计算机技术、自动化技术以及变频技术等在供水系统中的应用，可以更有效的提高其运行效果。如PLC、计算机与变频技术综合组成的恒压供水系统，能够自动根据用水量变化及时进行调节，整个供水过程效率更高，同时在经济与稳定性等方面也具有更大的优势。
1恒压供水系统概述
恒压供水系统实现了PLC与变频技术的组合，通过变频器来对水泵的运行进行控制，达到将市政管网水源以及地下水源经蓄水池直接加压进入到供水管网中，满足生产生活需求。在系统运行时，可以通过对供水管网流量以及压力变化，利用PLC自动控制变频器输出频率，对水泵电机的运转速度进行调控，将系统运行压力维持在稳定状态，达到恒压供水的目的。恒压供水系统具有经济效益高、运行稳定、操作简单以及自动化程度高等优点，在运行过程中管理十分方便。
2 PLC控制恒压供水系统设计分析
2.1硬件系统设计
2.1.1水泵机组
水泵机组为供水系统的基础设备，在选择时需要结合系统运行实际需求，对当地供水需求进行分析，同时参考供水流量、供水类型以及供水压力等参数，确定水泵机组、电机等构件。如可以选择用3台DFW系列离心泵为二级加压泵房机组，此种水泵电机与泵直接相联，中间传动结构更为简单，运行时稳定性更高。电机为三相异步电动机，转速为1480r/min，功率160KW，额定电流288A。另外，可以选择用硬质合金机械来进行轴封处理，不但可以延长设备服务年限，同时在后期运行维护过程中也更为方便。
2.1.2仪表
（1）电磁流量计。
需要以管径与流量等依据作为选择依据，常用有LDTH管道式电磁流量计，供电电压220v，输出4-20mA，量程0～5m/s可调。将其应用于系统中，测量管内无阻流部件，对直管段要求比较低，并且在测量时不会受到液体密度、温度、压力以及粘度等因素影响吗，计量结果更准确。
（2）压力变送器。
主要作用是检测供水管网压力变送为4～20mA电流信号输入到PLC中，对比压力设定值后由PID进行调节，最后将运算后频率输出到变频器，来对水泵电机运行频率、供水量等进行调节，实现恒压供水。在选择时应以水泵机组供水量、扬程以及供水压力等参数作为依据，以提高PLC数据传输可靠性为目的来确定，如KT-3351系列智能压力变送器，量程0-1MPa，输出4-20mA，具有精确的自诊断能力，数据传输精度高，并且零点与量程调整影响小。
1.1.3变频器
以电动机额定电流与功率来确定所选变频器容量，确保其运行时能够满足几个条件，即：
2.2系统电路设计
系统电路的设计需要做好几个因素的分析，即输入电源电压在一定允许范围内变化，在输入交流电断电时，不会对控制器程序以及数据造成损坏，并且电路运行具有较高的稳定性与安全性。尤其是对于不允许断电的场合，需要做好电源冗余管理，并对其进行完善的抗干扰处理。变频器输入信号分为控制信号与输入电源信号2种，设计时应选择用控制电路端子FWD、REV等方式来代替主电路电源ON/OFF方式来对变频器运行进行控制。输出信号分为输出控制信号与送水泵变频器输出电源信号两种，其中控制信号包括送PLC超压信号、欠压信号、变频器故障信号。
系统主水泵设计时以供水状态为依据，选择变频与工频两种方式，电路设计时就需要对每台主水泵设置两个接触器，分别与工频和变频电源输出相联，同时辅助泵只选择工频状态，只需要设置一个接触器接入工频即可。其中在连接线路时，需要确保水泵旋向的正确性。变频器主电路输出端子通过基础接触器与三相电动机相联，在旋转方向与工频电机转向不同时，应对输出端子相序进行调换，确保系统能够正常运行。另外，为对变频器运行功率进行优化，还可以就变频器端子间接入相应的Dc电抗器。对变频器接地端进行可靠接地处理，确保整个系统运行的可靠性，同时还可以降低设备运行噪音。
2.3监测软件系统计
2.3.1软件架构
为保证监测软件设计效果满足系统恒压供水需求，必须要在根本上掌握好总体功能设计，做好软件架构分析，在实现系统监测基础功能的同时，降低系统设计与运行所需成本。从系统监测功能来看，软件架构模块主要包括信息监控与管理程序两大部分，如数据管理模块、数据采集与通信模块以及设备状态控制模块等。恒压供水系统运行状态控制模块，主要是以各项数据对系统状态影响为基础，通过各项收集到的信息数据进行分析，来对各运行参数进行调整，保证设备维持在一个良好的运行状态。而数据管理模块则主要对各项数据进行统计、查询以及分析，同时为向系统管理提供依据还需要对数据库进行维护。
2.3.2状态控制模块
设备状态控制模块主要包括报警、参数设定、状态显示以及调整等作用，以对数据的分析结果为依据，来对各项运行参数进行适当的调整，确保系统维持在良好的运行状态。第一，报警。当系统运行过程中出现故障会及时通过声音或者灯光闪烁等方式向工作人员发出警报，进而可以及时采取措施处理故障。其中，要详细如实记录故障资料数据，便于系统运行状态的分析。第二，状态调整。即以设备运行状态参数、数据为依据，通过详细分析在电脑上对各参数做进一步的调整。一般可以利用PLC反馈的水位与压力数据，对PID参数进行调整，然后将其传输到PLC中，利用调节功能完成系统的控制，提高系统供水效果。第三，状态显示。主要利用趋势图方式来将各项运行参数以动态的方式呈现出来，操作人员通过对趋势图的分析，既可以弄清并掌握设备运行的详细状态。
2.3.3数据采集与通信
即对系统运行参数与数据进行采集与处理，同时包括通信参数设定、数据存储与通信等功能，其中参数设定即以系统管网供水压力、用户用水时间、用水量等为依据，完成对压力传感器参数的设定，并利用PLC与上位机PC机相互通信协议来实现通信参数的设定。恒压供水系统运行会产生大量数据，通过对其的综合分析与调整，对提高系统运行效果具有重要意义。数据处理模块的设计，主要是满足其利用相应格式分解自PLC读取数据的功能，利用滤波对其进行相应处理后存于数组中。而数据通信模块的设计则应满足对PLC不同共状态的控制，由上位机下达控制命令并完成对控制参数的修改。
2.4 PLC程序设计
PLC程序设计内容主要包括系统初始化程序、水泵电机--启动程序、小功率水泵电机变频/工频切换程序、水泵电机换机程序、阀门开启关闭程序、停机程序以及报警程序等，所有程序相互配合来实现恒压供水系统的正常运行。第一，初始化程序。即在系统正式运行前，对整个系统的不同部分实际工作状态进行检测，一旦发现错误内容则发出警报，初始化模拟量数据处理数据表同时赋予其初值，整个环节需要在主程序里面对子程序进行调用方式来完成。第二，水泵电机启动程序。PLC程序来完成电机的启动，并且启动前需要使变频器三相电源输入端得到电，由PLC发出指令，将变频器三相电源输出端与电机接触器闭合，将变频器外控端子FMD-CM常开触点相连，将BX-CM间处于断开状态。第三，阀门启闭程序。重点设计水泵机组启停阀门启闭研究，以及自动切换时阀门启闭研究，一般情况下水泵机组启动时，要先开机然后开阀，停机时则先关阀在停机。
3结语
PLC控制恒压供水系统是现在常用的一种方式，为提高其运行效果，在对系统进行时，需要做好对各项硬件设备的选择，以各项参数为依据，来确保各构件可以完全满足系统运行需求。同时，还应就电路设计方法进行分析，做好合理性设计，提高系统运行安全性与稳定性。
