PLC控制的无塔恒压供水系统问题
1.1设计的由来和主要意义
近年来，我国中小城市发展迅速，集中式用水量急剧增加。与此同时，我国城市家庭人均日生活用水量也在逐年增加。由于用户的用水量是不断变化的，供水不足或供水过量的情况时有发生。用水和供水的不平衡体现在供水的压力上，即用水多，供水少，压力就低；少用水，多供水，压力就大了。保持供水压力不变，可以保持供水和用水的平衡，即用水多就会多供水，用水少就会少供水，从而提高供水质量。
另外，恒压供水系统对于一些行业或特殊用户来说是非常重要的。例如，在某些生产过程中，如果自来水供应带压或短时间切断，可能会影响产品质量，严重时会造成产品报废和设备损坏。又如，发生火灾时，如果供水压力不足或没有供水，不能迅速灭火，可能造成重大的经济损失和人员伤亡。因此，在一些用水地区采用恒压供水系统具有重大的经济和社会意义。
随着电力技术的发展和变频调速技术的提高，以变频调速为核心的智能供水控制系统取代了以往的高位水箱、压力罐等供水设备，启动电流可以限制在额定电流以内，避免了启动时对电网的冲击；由于泵的平均转速降低，可以延长泵和阀门的使用寿命；可以消除启动和停止期间的水锤效应。其稳定安全的运行性能，简单方便的运行方式，完备周到的功能，将在供水方面节水、节电、省人力，最终达到高效运行的目的。[1][2][3]
1.2设计目标和要求
1.根据变频调速恒压供水的现状，本设计要求能够实现恒压供水，能够自动和手动完成每台泵的启动、停止和切换，以及故障报警。
2.系统硬件设计(主电路、控制电路)和PLC接线图设计。
3.软件设计(PLC程序)控制系统程序设计主要包括初始化程序、关机程序、水泵电机启动程序、电机工频/变频切换程序和报警程序。
2.变频调速恒压控制系统的方案设计。
2.1方案选择
随着供水需求的不断增加，仅靠继电器接触器已经不能满足要求。目前有以下几种控制方法:
1.逻辑电子电路控制:
这种控制回路难以实现水泵机组的全软启动和全流量变频调节。往往一台泵固定在变频状态，其他泵处于工频工作状态。因此控制精度低，水泵切换时水压波动大，调试麻烦，工频泵启动时有冲击，抗干扰能力低，但成本低。
2.单片机电路控制:
这种控制电路优于逻辑电路，但在处理不同管网、不同供水情况时调试麻烦，在增加功能时修改电路往往不灵活、不方便。电路的可靠性和抗干扰能力不是很高。
3.用PID回路调节器和/或PLC控制:
此时变频器的作用是为电机提供变频电源，实现无级调速，使管网中的水压不断变化。传感器的任务是检测管网中的水压。压力设定单元为系统提供所需的水压值，以满足需要。压力设定信号和压力反馈信号输入可编程控制器后，由可编程控制器内部的PID控制程序进行计算，作为速度控制信号输出给变频器。另一种方式是将压力设定信号和压力反馈信号送至PID回路调节器，经PID回路调节器内部运算后作为调速信号输入变频器。[4][5]
2.2设计方案
在比较了几种控制方案后，选择了PLC控制方式。通过安装在出水管网上的压力传感器，将出水压力信号转换成4-20mA的标准信号，送入PID调节器。计算后与给定压力进行比较，得到比较参数，送入变频器。变频器控制电机转速，调节系统供水量，使供水管网压力保持在给定压力。当用水量超过一台泵的供水量时，PLC控制开关加泵。PLC根据用水量的大小，通过变频器控制工作泵数量的增减和泵的调速，实现恒压供水。当供水负荷变化时，输入电机的电压和频率也随之变化，从而形成基于设定压力的闭环控制系统。此外，系统还具有多种保护功能，充分保证了水泵的及时维护和系统的正常供水。图1显示了变频恒压供水系统。其中，变频器的作用是为电机提供变频电源，实现电机的无级调速，从而使管网中的水压不断变化。传感器的任务是检测管网中的水压，压力设定单元为系统提供水压的期望值，以满足用户的需求。压力设定信号和压力反馈信号输入可编程控制器后，由可编程控制器内部的PID控制程序进行计算，作为速度控制信号输出给变频器。另一种方法是将压力设定信号和压力反馈信号送到PID回路调节器，PID回路调节器在调节器中进行计算，输出到变频器，如图1虚线所示。供水设备控制1-3台泵，其中只有一台变频泵。当供水设备的电源启动时，先启动变频泵。当管网中的水压达到设定值时，变频器的输出频率稳定在该值。当用水量增加，水压降低时，传感器将此信号送至可编程控制器或PID回路调节器，可编程控制器或PID回路调节器发出信号增加用水量，使变频器输出频率增加，水泵转速增加，水压增加。如果用水量增加很多，使变频器输出频率达到最大，但管网水压仍达不到设定值，可编程控制器或PID回路调节器会发出控制信号启动一台工频泵，其他泵依次类推。另一方面，当用水量减少，变频器频率达到最小值时，发出信号减少一台工频泵，其他泵依次类推。图中M1-M3为电机，P1-P3为水泵，KM1-KM6为交流接触器，用于启动、停止和切换电机。