摘要：在高层供水系统中普遍存在着水资源浪费，电能的浪费，供水资源被污染等现象，因此为了有效改善这些问题，本文基于PLC自控控制技术对变频恒压供水系统进行控制研究，通过变频器和压力传感器等设备相结合，实现对管网水压的恒压控制。
关键词：PLC；变频恒压；供水系统
0 引言
在恒压供水系统中，对于控制效果方面需要高效节能，在控制方式上需要稳定可靠，因此使变频调速技术成为最佳选择。变频恒水压供水系统由三种控制技术（变频技术、电气传动技术与现代控制技术）相结合成一体。此系统供水时能够有效提升供水的稳定可靠性，便于对供水系统实现集中式管理、远程监控，也能实现高效的节能性，提高供水工作效率。
1 恒压供水控制原理
恒压供水控系统以管网实际供水水压作为控制对象（即控制目标），对管网实际水压进行实时检测，以保证控制对象跟随设定好的目标值尽可能地减小偏差，任何用水时段下都能保证管网水压的恒定。设定的目标值可以保持常数值不变，也可以在一定时间段后发生改变，但是在每一个变化的时间段内，目标值仍然为常数值。所以，一定时间段内，保证管网水压恒定就是以管网实际水压维持与设定的目标值压力一致上为目标。
上图是恒压供水系统控制原理图，可以看出，在恒压供水系统的控制过程中，当系统检测到供水水压与预设值存在偏差时（小于预设目标值），系统将会得到一个正的偏差值，该偏差值将会传输到变频器PID上，变频器内置PID将该偏差值进行计算和转换，输出一个执行量，该执行量为变频器转变频率输出提供了依据，而当变频器因控制目标的转变而发生频率转变时，就产生了一个频率的输出值，该值的作用是使水压和设定的目标值压力之间的偏差进一步减小，将其与变频器即时输出值相加，即可得到目标频率，该频率值能够为变频器有效的对水泵进行控制提供了依据，变频器对于水泵转速的控制的目的就是为了根据小区用户的用水需求来随时的改变水泵的抽水量（后文中对于控制状态进行了详细的描述）使其能够根据供水量的需求而改变抽水量，使水泵的抽水量提升从而提高了管网实际供水水压，在供水系统运行过程中一直重复循环此闭环调节控制，当管网实际供水水压与设定的目标值压力相同时则闭环控制处于平衡状态。
2 PID控制
PID控制包括三大控制环节，分别为比例控制环节、微分控制环节以及积分控制环节，而PID控制也因其结构上、稳定性上的优点而被广泛采用。
对于不能够完全掌握被控对象相关参数或者具体结构，不能用精确的数学模型来对被控制对象进行精确计算等情况，可以采用适当地控制理论或相应的控制技术对其加以控制，如果依然无法实现良好的控制，则必须靠实际经验、现场调试工作，来掌握系统控制器的结构和参数，这种情况下采用PID控制技术是最方便有效的办法。换句话说，如果我们不能够充分的了解被控制对象的特性或者不能够利用有效的手段来获得系统的相关参数，则应当采用PID控制技术。在PID控制中也存在PI（比例积分）和PD（比例微分）控制。
PID控制能够精准的找到被控制对象的目标值，即使在比较特殊的情况下，也能够快速的实现目标定位，无限逼近控制目标，实现快速准确的控制。具体而言，PID控制之所以能够实现精准快速的控制，是因为其具有出色的信号对比功能，能够将接收到的来自于传感器的信号进行快速识别，然后与被控制量的目标值信号快速的比对，判断是否达到控制目标，如果没有，则PID控制会做出迅速的计算，通过比例控制、积分控制以及微分控制将两个数值之间的误差进行精确的计算，输出相应的控制量对被控对象进行调整，使其达到最佳的控制效果。
3 变频恒压供水系统控制设计
（1）变频恒压控制方式分为手动控制和自动控制。分别通过手动、自动两个按钮进行操作控制。当采用手动方式控制时，可以分别控制多台水泵变频运行和工频运行以及多台水泵的停止操作，但多台水泵在工作过程中只能有一台水泵处于变频运行状态。但是从技术角度出发，手动控制方式没有办法确保管网实际水压值一直处于恒定状态，必须有操作人员时刻坚守。因此手动控制方式主要适用于供水系统设计初期的测试工作，便于设备发生故障时进行检修或者供水系统处于紧急情况时对水泵的控制。整个变频恒压系统在正常运行状态下主要采用自动控制方式进行工作，实现高度自动化供水过程，这也是闭环控制系统的特点以及本供水系统设计的原因之一。在自动控制运行状态下，根据用户用水量的时刻变化能够自动调节水泵电动机的转速和水泵运行台数，并确定每台水泵的变频、工频工作状态，以满足用户用水量的需求并保证管网水压恒定。在供水系统自动运行时应当能够判断出供水设备是否正常工作，如果发生异常，供水系统应当发出报警信号并立即停止工作，从而实现对供水系统的保护。
（2）实时对管网实际水压值进行数据检测，检测的水压信号通过传感器直接传送给变频器反馈端，从而实现对管网实际水压的闭环控制。
（3）管网水压参数的目标设定。在不同的供水环境下设置的参数是不同的。在供水系统中，水压参数的目标值设定是通过管网内压力传感器所检测的压力值而设定的。
（4）要对供水系统整个运行过程中水泵的运行状态进行监控。当水泵发生过载或者水泵连续运行时间超过8h要发出报警信号，并立即做出反应停止工作，防止危险进一步扩大。
（5）通过建立通讯，PLC能够与上位机进行信息交换，从而能够远程控制供水的全过程。目前，单对多的控制方案是目前应用前景最好的一种，即用一台变频器实现多个水泵的控制。
以PLC、变频器为控制中心，拖动多台泵实现恒压供水系统。为了便于工作人员的实际操作，在控制过程中加入手动、自动两种方式。控制系统中通过对每台水泵持续运行8小时限制，超时停泵切换其他水泵运行的方法，有效防止了泵因为长时间连续运转而导致使用寿命减短的问题。
结语
通过引入变频器的PID调节，能够根据小区用户实际的用水需求来对网管的压力进行设定，调节电机转速对水泵的输出水量进行自动的控制，能够有效的减少水资源的浪费；变频器能够实现软启动，有效的减少了了频率切换所引起的冲击，使得管网的寿命增加，从而使恒压供水系统具有了更高的控制性能和性价比。随着科学技术的不断发展和网络技术的大范围应用，以此导致能量的日益匮乏，因此设计变频恒压供水系统并大力普及它的应用来弥补能量紧缺的情况会变得越来越重要。变频恒压供水的控制技术日渐成熟，但是对于其未来的发展仍待深入研究。
参考文献：
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论文作者:周德健,陶悦
论文发表刊物:《基层建设》2018年第25期
论文发表时间:2018/9/17
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