以前的供水系統(tǒng)一般是把水抽到高水塔上，然后向下供水，這樣的供水系統(tǒng)往往使系統(tǒng)里面的水壓不穩(wěn)定，而且水塔會引起二次污染。

    隨著社會經(jīng)濟的迅速發(fā)展，人們對供水質(zhì)量和供水系統(tǒng)可靠性的要求不斷提高，同時存在著水、電供應不足的壓力。在傳統(tǒng)的供水裝置中，水泵的選取往往是由最大供水容量來確定，但實際的供水量是時刻變化的，從而導致供水壓力不穩(wěn)、水泵效率低以及導致水資源的浪費。這就要求研究人員設(shè)計出更好的供水系統(tǒng)，利用先進的自動化技術(shù)以及通信技術(shù)，設(shè)計出高性能、高節(jié)能、能適用于不同領(lǐng)域的恒壓供水系統(tǒng)。

    本節(jié)主要設(shè)計PLC控制的變頻供水系統(tǒng)，通過PLC進行邏輯控制，由變頻器進行壓力調(diào)節(jié)。經(jīng)PID運算，PLC進行控制變頻與工頻切換，使閉環(huán)自動調(diào)節(jié)恒壓進行變量供水。這種系統(tǒng)設(shè)計具有壓力穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠等特點。

    一、恒壓供水原理

    恒壓供水可以實現(xiàn)水管自動保持內(nèi)部水壓功能，管道內(nèi)存在一個壓力探測裝置，能夠知道當前管道內(nèi)的水壓，并把當前的水壓值傳遞給控制裝置。

    當用水量過大時，水壓減小，控制裝置得到水壓減小信號，于是控制裝置會提高水泵的轉(zhuǎn)速來提升水壓。同樣，當用水量減少時，控制裝置降低水泵的轉(zhuǎn)速，減小水壓。這樣就可以保持水壓恒定。一般情況下，變頻調(diào)速器給水泵的電動機供電，以便得到較好的調(diào)速性能。

    變頻恒壓供水的原理圖如圖10-6所示。

    圖10-6    變頻恒壓供水原理圖

   二、恒壓供水控制系統(tǒng)工藝流程

    圖10-7所示是PLC控制的恒壓供水系統(tǒng)示意圖，主控泵采用MM440變頻器控制。西門子MM4系列變頻器，不同的型號具有不同的控制器。MM420為PI（比例積分）控制器，一般應用在傳送機、風機、水泵等控制性能要求較低的小功率場合。MM430、MM440為PID（比例積分微分）控制器，MM440可用于矢量控制，可以實現(xiàn)高性能的控制，帶內(nèi)置制動單元，可以快速制動。

    在恒壓供水系統(tǒng)中，當用水量發(fā)生變化時，變頻器根據(jù)管網(wǎng)的設(shè)定壓力值和傳感器反饋的實際壓力值之差，經(jīng)過PID運算，對主控泵的轉(zhuǎn)速進行調(diào)節(jié)。在供水量變化較大時，如果主控泵已全頻（或最低頻，即滿載工作）工作，仍不能保證供水管網(wǎng)壓力恒定時，就要通過輔控泵投入（或停止）運行，主控泵變速運行，從而保證管網(wǎng)壓力穩(wěn)定，實現(xiàn)管網(wǎng)的恒壓供水。

    MM4變頻器是恒壓供水控制系統(tǒng)的核心，此系統(tǒng)中，通過PLC對變頻器進行控制，控制功能包括設(shè)定或查看變頻器的有關(guān)功能參數(shù)，設(shè)定或查看變頻器的運行狀態(tài)，設(shè)定壓力傳感器的量程范圍等監(jiān)控參數(shù)，發(fā)送變頻器啟動和停止運行指令。變頻器和PLC的組合應用可以對水泵轉(zhuǎn)速的平滑連續(xù)性進行調(diào)節(jié)。水泵電動機實現(xiàn)變頻軟啟動，可以對電網(wǎng)、電氣設(shè)備和機械設(shè)備的沖擊進行消除，同時也延長了機電設(shè)備的使用壽命。

    恒壓供水系統(tǒng)的功能要求如下：

    (1)手動控制。轉(zhuǎn)換開關(guān)置于手動位置，能直接啟動每臺水泵。

    (2)停止。轉(zhuǎn)換開關(guān)置于停止位置，設(shè)備進入停機狀態(tài)，任何水泵都不能啟動。

    (3)自動控制。轉(zhuǎn)換開關(guān)置于自動位置，PLC對兩臺水泵進行自動調(diào)控，其控制過程如圖10-8所示。

    圖10-7    PLC控制的恒壓供水系統(tǒng)示意圖

    圖10-8    水位控制系統(tǒng)程序流程圖

    三、恒壓供水系統(tǒng)硬件設(shè)計

    1．系統(tǒng)輸入/輸出信號分析

    根據(jù)上述的恒壓供水控制系統(tǒng)的工作原理及流程分析，可知該控制系統(tǒng)中的輸入信號有：主水泵啟動按鈕1個，主水泵自由停止按鈕1個，主水泵制動停止按鈕1個，工作方式選擇開關(guān)1個，輔助泵啟動按鈕1個，輔助泵制動停止按鈕1個，修改系統(tǒng)設(shè)定值按鈕1個，清除變頻器報警按鈕1個，所以共需要8個輸入端子。

    輸出信號有：啟動主水泵接觸器1個，啟動輔助泵接觸器1個，變頻器運行指示燈1個，變頻器故障指示燈1個，以及輔助泵運行指示燈1個，共需要5個輸出端子。

    2．PLC的輸入/輸出分配表

    根據(jù)上述的系統(tǒng)輸入/輸出信號分析，可設(shè)計如表10-3所示的PLC輸入/輸出分配表。

    表10-3    恒壓供水控制系統(tǒng)PLC輸入/輸出分配表

    除了上述的PLC輸入/輸出分配表外，其他編程元件地址分配表如表10 -4所示。

    表10-4    其他編程元件地址分配表

    3．PLC選型

    根據(jù)表10-3所示的PLC輸入/輸出分配表，參看表2-1，本實例中PLC選擇西門子公司的小型PLC中的CPU222作為控制主機。

    4．硬件接線圖

    根據(jù)表10-3所示的PLC輸入/輸出分配表，可畫出如圖10-9所示的硬件接線圖。

    圖10-9    PLC控制硬件接線圖

    根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，程序結(jié)構(gòu)分為3個部分，即主程序、自動控制子程序AUTO以及手動控制子程序HAND。在主程序中，根據(jù)工作方式選擇開關(guān)，調(diào)用自動控制子程序或手動控制子程序。主程序和手動控制子程序不再給出，自動控制子程序的梯形圖和對應的語句表如圖10-10所示。

    圖10-10    恒壓供水系統(tǒng)PLC控制程序