摘要：传统的供水方式主要有：恒速泵加压供水、水塔高位水箱供水、单片机变频调速供水等，无论是在系统的可靠性、供水效率或者节约能源的问题上都是存在着许多的不足和缺陷。现在的供水模式向着高效节能、自动化程度较高的方向发展，所以利用最新的科学技术手段，通过变频技术控制的恒压供水自动化系统在我们日常生活中得到了越来越广泛的应用。
关键词：PLC；恒压供水；控制系统；设计
1恒压供水的控制目标
满足用户对流量的要求是供水系统的控制目标，而流量的大小取决于水泵的扬程，但是对水泵扬程的测量与控制比较困难。设Qg为供水能力，Qn为用水需求量，p为管道中水压，则三者之间的平衡关系如下：
当供水能力Qg大于用水需求量Qn时，则水压p上升；
当供水能力Qg小于用水需求量Qn时，则水压p下降；
当供水流量Qg等于用水需求量Qn时，则水压p不变。
所谓供水能力是指水泵所能提供的水流量，其大小取决于水泵的容量大小和管道的阻力情况。而用水流量是指用户实际使用的需求量，其大小取决于用户的用水量。因此，供水能力和用水流量之间的矛盾主要反应在水压力的变化上。所以，控制了水压力也就相应地控制了流量，这就是恒压供水所要控制的最根本目标。
2 PLC变频恒压供水控制系统设计理论
2.1PLC变频供水系统的基本特性
通常供水系统在其应用过程中，采用的都是离心泵供水，在离心转速的带动下，将水流旋转推动到供水管中。具体的离心泵供水旋转曲线如下图所示。通过读下图中的数据分析，发现在实际供水作业中，扬程H与其流量Q成反比的。在实际供水过程中离心泵的供水扬程随着水流量的增大而逐渐减小。由此可见在供水过程中，扬程的大小就确定了基本的供水关系。
2.2PLC变频供水系统的能耗分析
在供水系统的设计中，要注重系统的能耗分析，只有加强对供水系统的能耗分析，才能够在实际系统的应用中，有效地发挥出系统应用的最大效。能耗分析是借助阀门的旋转周期和水流量通过的大小确定的，在实际供水过程中，由于离心泵的压力不足，可能会出现供水的压力值欠缺现象，因此在这种背景下就会加大供水系统的能耗问题。假如在实际供水中，Q1保持不变，扬程H1为固定值，那么当Q1转变为Q2时，就会导致供水的能耗加大，同时供水的阻力曲线也会随之发生转变。如果扬程H1转变为H2那么实际供水中的工作点就会由A转移到B，这时候如果用公式表示水泵的输水面积，那么公式可以表示为：其中k代表水泵输出的介质常数，浊代表水泵的效率。
3控制系统方案设计和总体设计
3.1方案设计
系统采用的是循环切换水泵的方法：系统中的变频器只是和第一台水泵电机连接，当前的水泵数量不能够保持恒压的目的之后，这时候变频器就会停止工作，将信号输送给控制中心PLC，由事先编写好的程序对水泵进行切换。循环切换水泵的实质就是将第一台水泵切换到工频运行，变频器启动系统中其他的水泵。这样的供水方式就是让变频器永远只是控制一台水泵的工作，而其他水泵都是在工频下工作，不受它的控制，这样就达到了设计该系统的目的，即实现了水管网里面压力的恒定。这种循环切换水泵的方法被广泛应用在国内各家供水公司，但是也还是存在有一些不足之处，就是在切换水泵工作的时候，会造成水管中压力短时间压力不恒定。综上的一些因素，我们在设计该系统的时候还准备了一套备用的方案，如果变频器或者PLC控制器出现故障时，可以手动对水泵进行切换，从而保证供水系统的稳定可靠。本系统设计的恒压供水系统是将变频器、PLC控制器、PID控制器、压力传感器以及相应的执行元件都有效的结合在了一起。
3.2总体设计
3.2.1基本控制功能
恒压供水控制系统最基本的目的便是以PLC内置PID功能调节输出，将输出值传送到变频器，变频器根据输出值大小，改变变频器输出频率，进而控制电机转速。电机便会根据实际水压与预期水压的差值大小，改变电机转速大小，使得系统运行的稳定可靠。
3.2.2上位机功能
上位机在与PLC通讯后，能够实时监控系统运行情况，显示实时水压值，以及各电磁阀开关情况，改变预设水压值。
3.2.3短信功能
当水压值出现异常时，能够将情况发送到预设手机上，提醒人员，系统出现异常；也可用过短信改变预设水压值。
3.2.4移植功能
控制系统要能适应大多数环境，不能仅仅对每一个具体建筑进行设计，这会造成巨大资源浪费，因此系统需具备较好的移植性。
3.2.5其他功能
操作人员需按操作规范进行操作，同时尽可能避免频繁启动停止设备，以延长设备的使用寿命。
4控制系统硬件设计
4.1科学选择与设计PLC
按照恒压式供水控制系统具体的运行需求，诸如：端子数目，在选择与设计PLC端子的数目时应当考虑一定余量，结合已有经验，应选择CPU226来当作S7-200型号PLC主模块，这是因为该模块能够实现16点的开关量输出，切输出的形式为AC220V的继电器输出形式。此外，还能实现24点的开关量输入CPU226，且输入的形式为+24V的直流输入形式。需注意的是，因为在实际应用选择需要的模拟量为1个输入点，同时模拟量的输出点也只有1个，便需要进行适当扩展，并选用EM235扩展模块。基于PLC的恒压式供水控制系统包含了5个输入量，而这5个输入量分别是由1个模拟量与4个数字量构成。当检测管网压力通过压力变送器向PLC扩展模块（EM235）中输入时，其中涉及到的模拟量实质上是模拟输入量，此时SAI开关会被用来控制与切换白天和黑夜这两种模式。需注
意的是，基于PLC的恒压式供水系统本身含有1个模拟量的输出信号和11个数字量的输出信号。
4.2选用变频器及设置变频器的参数
变频器的选用有它的原则。变频器的频率应该与供水泵功率相匹配，系统性能才能达到最大。既不能远大于供水泵功率，也不能远小于供水泵功率。变频器在运行前应该先进行初始参数的设置，变频器的工作参数应该先确定下来，才能对变频器进行设置。这样才能达到对系统的自动调整，以便让运行水泵的数量和负荷相匹配。对积分项和比例项的参数也要进行调整，才能保证系统的动态、静态反应达到最佳速度。同时也可以使响应速度更加优化、系统更加稳定。总而言之，在选用变频器时，一定要按负载特性满足使用的要求。也就是说，选用变频器时要按负载特性满足使用要求就可以。在这里可以考虑使用西门子的，参数的设置可以这样：P0003=3（专级）；P0010=30；P0970=1，另外显示P0970（复位完成）。
4.3有效选择压力变送器
基于PLC的恒压式供水控制系统设计，在具体设计环节使用的是普通型号的压力表（Y-100）和数字仪（XMT-1270）来检测压力和显示变送过程。其中，压力表测量的实际范围为0-1Mpa，且精度在1.0左右，在数字仪与模拟量模块的联合应用下，能够对反馈电信号进行调节，如：设定压力上下限等，以此确保输出压力信号的有效。
4.4适宜选择液位变送器
在具体设计中选用DS26型号的分体式液位变送器作为恒压式供水控制系统的变送器，该变送器的量程在0-200m内，能够被使用在深井、水池等液位测量中，且满量程与零点均可调，满足设计要求。
5结束语
综上，PLC及变频器在恒压供水系统中有很广泛的应用，事实证明恒压供水系统的可靠运行是传统系统所不能比拟的，它的优势还在于管网中的压力可以保持在一定的值，达到节能、节水、节地、节资的目的。即使变频器出现故障后也还能保障系统供水，同时也能够实现故障排除后自动启动的目的，具有一定的先进性及推广性。
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论文作者:陈兵
论文发表刊物:《基层建设》2018年第10期
论文发表时间:2018/5/29
标签：水泵论文; 变频器论文; 供水系统论文; 水压论文; 控制系统论文; 系统论文; 扬程论文; 《基层建设》2018年第10期论文;