西門子S7-200 PLC在恒壓供水控制系統中的應用及梯形圖

以前的供水系統一般是把水抽到高水塔上，然后向下供水，這樣的供水系統往往使系統里面的水壓不穩定，而且水塔會引起二次污染。

隨著社會經濟的迅速發展，人們對供水質量和供水系統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、水泵效率低以及導致水資源的浪費。這就要求研究人員設計出更好的供水系統，利用先進的自動化技術以及通信技術，設計出高性能、高節能、能適用于不同領域的恒壓供水系統。

本節主要設計PLC控制的變頻供水系統，通過PLC進行邏輯控制，由變頻器進行壓力調節。經PID運算，PLC進行控制變頻與工頻切換，使閉環自動調節恒壓進行變量供水。這種系統設計具有壓力穩定、結構簡單、工作可靠等特點。

一、恒壓供水原理

恒壓供水可以實現水管自動保持內部水壓功能，管道內存在一個壓力探測裝置，能夠知道當前管道內的水壓，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速，減小水壓。這樣就可以保持水壓恒定。一般情況下，變頻調速器給水泵的電動機供電，以便得到較好的調速性能。

變頻恒壓供水的原理圖如圖10-6所示。
變頻恒壓供水原理圖

圖10-6 變頻恒壓供水原理圖

二、恒壓供水控制系統工藝流程

圖10-7所示是PLC控制的恒壓供水系統示意圖，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，可以實現高性能的控制，帶內置制動單元，可以快速制動。

在恒壓供水系統中，當用水量發生變化時，變頻器根據管網的設定壓力值和傳感器反饋的實際壓力值之差，經過PID運算，對主控泵的轉速進行調節。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，從而保證管網壓力穩定，實現管網的恒壓供水。

MM4變頻器是恒壓供水控制系統的核心，此系統中，通過PLC對變頻器進行控制，控制功能包括設定或查看變頻器的有關功能參數，設定或查看變頻器的運行狀態，設定壓力傳感器的量程范圍等監控參數，發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速的平滑連續性進行調節。水泵電動機實現變頻軟啟動，可以對電網、電氣設備和機械設備的沖擊進行消除，同時也延長了機電設備的使用壽命。

恒壓供水系統的功能要求如下：

(1)手動控制。轉換開關置于手動位置，能直接啟動每臺水泵。

(2)停止。轉換開關置于停止位置，設備進入停機狀態，任何水泵都不能啟動。

(3)自動控制。轉換開關置于自動位置，PLC對兩臺水泵進行自動調控，其控制過程如圖10-8所示。
PLC控制的恒壓供水系統示意圖