上海吉泷企业管理有限公司
摘要：PLC与变频器能够减少供水系统操作的复杂性，同时确保供水的稳定性，有效地提升当前的供水质量和效率，本文主要研究变频恒压供水系统的设计问题，分析恒压供水系统的供水原理以及恒压供水系统的硬件、软件的设计，意在提高供水系统的稳定性，保障供水质量，希望对相关的管理人员具有一定的参考价值。
关键词：PLC；变频器；供水系统；恒压供水
前言：现阶段城市化进程逐渐加快，导致城镇居民的用水安全问题逐渐显露出来，如高峰时期供水不足、供水质量差、供水不稳定等问题，当前的供水系统已无法满足居民与企业的生活和生产需求。因此，需要将传统的供水系统升级改造，PLC技术与变频器经过不断发展，已经被广泛的应用在供水系统中，保障了城市供水系统的效率，同时还降低了能源的消耗，提高了企业的经济效益。
1恒压供水系统的工作原理
传统的供水系统，主要是利用人工进行手动操作，不仅浪费水、电等能源，同时其供水的效率较低，无法保证供水系统的可靠性[1]。因此，在对传统供水系统进行改造时，需要提高供水系统的自动化水平与系统的兼容性。变频恒压供水系统主要由水泵、主电路、相关的频率转化器、测试压力的设备以及PLC，其中变频器对系统内电源的供电频率转换成系统相应的参数，而PLC则需要根据当前系统的运行状况，进行闭环，调整整个系统的工作状态，同时调整水泵机的工作状态，维持供水系统的稳定和平衡。供水系统在工作时通过水压力变送器，将管道的压力立即反馈给PLC，利用PLC自动控制系统实现对变频器的控制，从而保障整个系统的稳定。
其中控制变频器主要有两种方法，第一种为PAM，基本原理是利用整流和逆变，保持恒定的电压以及固定频率的电源，便于调节供水系统的电压和相应的频率，一般来说，其整流和逆变之间的操作较为复杂，导致控制电路的难度加大，因此，此种方法并不常用。第二种方式为PWM方式，主要是将输出电压以每半个周期为节点将其均分为上千个脉冲波，通过PMW中的平均电压及其占空比的正变换关系，然后将其输送到逆变电路，就是PMW控制系统内部的反向元件从而调节电源的频率，改变电压占空比，最终将调节好的电压与频率的正弦电源变为适合供水系统使用的电源，PMW系统操作简单，电路的设计难度较低，因此被广泛用于变频恒压供水系统的设计中[2]。为了避免水泵低效率的运行，因此需要调节变频器的工作频率，在实际工作中将扬程控制在高效区，从而降低水泵的速度，电动机的负载能力也会相应的下降，系统在此种方式下还可以保持电动机最大的工作效率，降低水、电等能源的消耗，一般来说，可以节约15％到50％的电能％，节约15％到30％的水，提高企业的经济效益。总而言之，PLC变频恒压控制系统与传统的供水系统相比，由于无需安装水塔、水箱以及气压罐等装置，因此能够与有效的减少占地面积、节约成本，降低对周边环境的影响，另外，还避免了管网的超负荷供水，因此大幅度减少了维修管网的费用。
2恒压供水系统的硬件设计
2.1人工方式
供水系统的设计主要是为了解决当前高层居民的供水不稳定问题，同时由于其具有高性能、投资小、节能环保能优点，现阶段被广泛应用于供水系统的设计中，其主要是将用户所需要的供水压力值与系统设计的保护压力值输入系统内部，令用户实际需要的供水压力值小于系统内保护的压力值，一旦压力值过大，则供水系统能够自动关闭，保护系统内设备的安全。该系统主要是采取一对多的设计方案，即利用一台变频式控制三台水泵，另外，由于系统中安装了PLC自动控制系统，因此可以完全实现对整个供水系统的控制，同时还可以自动进行数据信息的扫描，令系统内部的资源使用效率达到最高，操作控制的系统主要有两种运行方式，即人工手动控制以及CPU控制，在采取人工控制时，则可以任意的开启或者关闭水泵，而且还可以任意的调整水泵的工作频率，甚至在水泵工作时依旧可以调节频率。与此同时，需要注意，同一时刻系统内的三台泵机，只能调节一台泵机的频率，受限于技术设计，人工操作无法保证出水管压力的恒定，必须人为的进行控制。因此人工手动的操作方式主要被应用于测试系统初始状态、性能，供水系统发生故障时的紧急维修，或者通过调节频率，检测水泵的速度[3]。
2.2CPU控制
供水系统处于正常的运转状态时，通常采取自动化的运行方式，在该模式下，供水系统保持较高水平的自动化程度，同时在该模式下，工作人员按下系统内部的启动键，系统内部则将自动赋值，同时根据当前用户的实际用水量调节水泵的转速以及具体应用的水泵数量，有助于提高供水系统内部的机器利用效率，保障每台水泵最大程度的发挥作用。除此之外，系统的内部还设计了故障检测功能，实时监测设备的运行状态以及系统内部各个环节的工作情况，一旦发现设备发生故障，立即报警，同时将故障信息和位置传送到显示屏，便于工作人员进行故障维修，节省了工作人员的故障排查时间，提高了维修的效率和质量，保障供水系统的安全、稳定。除此之外，如果系统内部的故障直接影响到整个系统的稳定，则CPU将立即发出报警信息，系统自动停止，能够起到良好的系统保护效果。除此之外，一旦断电导致系统无法正常运转，凭借系统供水网之间的压力值，低楼层的居民依旧能够获得用水。
3恒压供水系统的软件设计
3.1手动控制
恒压供水系统的软件设计主要包括系统内部的程序控制、档位设计、PID程序运算设计以及增泵功能的设计，系统在开始工作前，需要进行初始化，判断压力传感器输送的信号能够满足水泵的运行有条件，当管道内部的压力大于压力的上限时，则系统内部自动减小水泵的数量，一旦管道内部的压力小于压力的下限，则自动增加水泵的工作数量，其中PLC系统按照管道的压力值进行相应的调节，PLC变频恒压系统的软件主要有两种控制方式，即自动控制方式与手动控制方式，其中手动控制方式主要是利用PLC系统中的手动操作界面，输入按钮从而实现对系统内部各个设备的控制，而且手动控制还可以同时转换系统内部三个电机的工作状态，不受到系统内部的逻辑限制，也无需考虑压力传感器传送回的信号。
3.2自动控制
自动控制方式则是先分析供水系统检测到的传感器状态，然后调节整个控制设备的启动、停止、调速、频率，作为其控制闭环设备的依据。其主要的设计原理是利用压力设备检测系统内部的水位值，然后将数据转化为0到5伏的电压，同时将其传送至控制器，进行A/D的转换，转换成相应的数字信号后输送给PLC自动控制系统，数字信息在PLC中被分析、比较、存储。系统内部的实际值与PLC系统的设定值之间存在一定的误差，可以利用该差值调节电源的频率，实现对输出频率的控制，有助于调节整个电动机组的工作，最终令整个供水系统不断的进行信息采集、分析、处理等过程，实现对供水系统的自动控制。例如，自动启动程序时，系统开始自动执行数据库内部的数据与函数，实现PLC和其他设备的连接，确保系统的硬件能在软件的控制下执行各个指令。在系统运行时及时的进行故障的检查与提示是较为重要的工作，一旦系统内部的程序检测到异常故障，能够实时进行故障提示，并且在屏幕上显示故障位置，便于工作人员及时进行维修，保证供水系统的供水安全、稳定。与此同时，利用系统程序设置的水压值与外部水压实际值之间的差值，控制水泵机组的电源工作频率，令系统的电压保持恒定，保证供水量。总而言之，PLC与变频器恒压供水系统，主要通过自动方式进行控制，通过调节变频速率控制泵机的转速，提高当前的供水效率与质量，保障供水系统稳定运转，PLC变频恒压供水系统还能有效地降低能源消耗。与此同时，利用监控系统中的工控组态软件对整个系统开展模拟调试，然后将系统内部的各项参数传送到监控界面，然后工作人员能够实时监测变速泵的频率、水泵机组的工作状态以及恒速泵的工作状态，同时可以采用上位机控制水泵的启动、停止以及设置参数等工作，有助于工作人员根据实际状态，调整水系统的参数，满足供水系统的实际要求，自动控制系统有助于实现无人看守，令系统自动运行，实现故障的诊断，有效地降低企业的运营费用，提高经营效益。因此，推广使用PLC变频恒压系统对于我国未来居民用水的安全、稳定具有重要的使用价值。
结束语：综上所述，本文针对城市供水系统不稳定、供水系统的质量和效率较低等问题进行研究，同时分析了变频恒压供水系统的工作原理以及系统内部硬件和软件的设计，将PLC与变频器与城市供水系统化相结合，不仅有效的节约了能源，同时保证了供水系统的电压稳定，提高了供水系统的效率与质量，改善了城镇居民与企业的用户质量。
参考文献：
[1]肖睿,刘源全,田敔晗，等.基于变频器内置PID模块和控制器模块的恒压供水系统设计[J].节能,2020,39(03):71-75.
[2]刘瑞林.变频器与PLC技术在恒压供水控制中的应用[J].电气传动自动化,2020,42(01):34-37.
[3]厉翔.基于PLC控制的智能变频恒压供水系统[J].自动化应用,2019(12):4-6.
作者简介：蒋晓霞，身份证号码：13010319781024XXXX