PLC在(zai)生(sheng)活(huo)小(xiao)區供水系統(tong)中的應用設計

　  中贏生活小區供水系統采(cai)用PLC作為控(kong)制中心，完(wan)成PID閉環運算、多泵上下(xia)行切換、顯(xian)示、故障診斷等(deng)功能，由變頻器(qi)調速方(fang)式自動調節水泵電機轉速，達到恒(heng)壓(ya)供水的目的。

前言(yan)

　　隨著控(kong)制技術的(de)發展與完善，變頻(pin)器及PLC在各(ge)個行業的(de)應(ying)用(yong)(yong)愈來愈廣，PLC與變頻(pin)器的(de)可靠(kao)性(xing)與靈活性(xing)得(de)到了(le)用(yong)(yong)戶的(de)認可。同(tong)時(shi)傳統(tong)的(de)水(shui)(shui)塔供(gong)(gong)水(shui)(shui)方(fang)(fang)式(shi)暴露(lu)了(le)很(hen)多(duo)缺點：水(shui)(shui)的(de)二次污染(ran)，用(yong)(yong)水(shui)(shui)高低峰的(de)不平衡(heng)，管道閥門易(yi)損壞，維修(xiu)保(bao)養費(fei)用(yong)(yong)過高等(deng)(deng)等(deng)(deng)。在此(ci)條件下各(ge)種恒壓供(gong)(gong)水(shui)(shui)方(fang)(fang)式(shi)應(ying)運而(er)生，其(qi)中由變頻(pin)器、PLC控(kong)制的(de)方(fang)(fang)式(shi)尤為(wei)普(pu)遍，這種方(fang)(fang)式(shi)的(de)特點：系(xi)(xi)統(tong)穩(wen)(wen)定(ding)，功能(neng)(neng)強(qiang)大，變頻(pin)器用(yong)(yong)于供(gong)(gong)水(shui)(shui)更加節(jie)能(neng)(neng)，所以廣泛應(ying)用(yong)(yong)在多(duo)層住宅小區生活消(xiao)防供(gong)(gong)水(shui)(shui)系(xi)(xi)統(tong)中，現在好多(duo)場合也有應(ying)用(yong)(yong)，比如 空調系(xi)(xi)統(tong)、供(gong)(gong)水(shui)(shui)加壓站(zhan)、集中供(gong)(gong)熱等(deng)(deng)，這種方(fang)(fang)式(shi)經受了(le)時(shi)間的(de)考驗，已有很(hen)多(duo)的(de)應(ying)用(yong)(yong)實例。本(ben)文介(jie)紹的(de)系(xi)(xi)統(tong)在寶雞某電(dian)廠家屬區已從2013年運行至(zhi)今，系(xi)(xi)統(tong)穩(wen)(wen)定(ding)，性(xing)能(neng)(neng)可靠(kao)，得(de)到了(le)用(yong)(yong)戶的(de)肯定(ding)和好評。

生活小區供(gong)水系統(tong)組成(cheng)：

生(sheng)活(huo)小區供水(shui)系(xi)統(tong)概(gai)述：

　　該生(sheng)活小(xiao)區供水系統由(you)四臺大泵（22KW）與一臺小(xiao)泵（5.5KW）組(zu)成；PLC部分由(you)西門子可編程控制器S7-200系列(lie)的CPU226，文(wen)本(ben)顯示器TD200組(zu)成；變頻器采用三(san)菱FR-A540系列(lie)，功率22KW。

　　用戶所需的生活用水壓(ya)力、消(xiao)防用水壓(ya)力、運行方式等(deng)參數(shu)在TD200文本(ben)顯(xian)示器上(shang)設定，壓(ya)力傳感器把用戶管網壓(ya)力轉(zhuan)(zhuan)換為0-10V標準信(xin)號送進PLC模(mo)(mo)擬(ni)量模(mo)(mo)塊EM235，PLC通(tong)過采樣程序及PID閉(bi)(bi)環(huan)程序與用戶設定壓(ya)力構成(cheng)閉(bi)(bi)環(huan)，運算后轉(zhuan)(zhuan)換為PLC模(mo)(mo)擬(ni)量輸出信(xin)號送給變頻器，調節水泵電機轉(zhuan)(zhuan)速，達到恒(heng)壓(ya)供水的目(mu)的。

　　該(gai)生(sheng)活小區(qu)供水(shui)系統有各個泵(beng)的運(yun)行時(shi)間累計(ji)功能，通(tong)過(guo)(guo)PLC的數據區(qu)保持(chi)可(ke)以斷電(dian)記憶。每次起(qi)動時(shi)先起(qi)動1#小泵(beng)，當(dang)用水(shui)量(liang)超過(guo)(guo)一臺泵(beng)的供水(shui)能力時(shi)，PLC通(tong)過(guo)(guo)程序實(shi)現(xian)泵(beng)的延長(chang)時(shi)間上(shang)行切換，切換原(yuan)則為當(dang)前(qian)未運(yun)行的大泵(beng)累計(ji)運(yun)行時(shi)間較少的先投入(ru)；當(dang)壓力超過(guo)(guo)時(shi)，PLC通(tong)過(guo)(guo)程序實(shi)現(xian)泵(beng)的延長時間下(xia)行(xing)切換，切換原則(ze)為(wei)(wei)當前正在運行(xing)的大泵運行(xing)時間較多的先撤出。直到滿足(zu)設定壓(ya)力(li)為(wei)(wei)止。追求的 目標為(wei)(wei)壓(ya)力(li)恒(heng)定。

　　當供水負(fu)載(zai)變化時，變頻器的(de)輸出電壓與頻率變化自動調節(jie)泵的(de)電機轉速，實現(xian)恒(heng)壓供水。

　　生活小區(qu)供(gong)水(shui)系統(tong)還(huan)可通(tong)過PLC的實時(shi)時(shi)鐘自動定時(shi)供(gong)水(shui)，用戶在(zai)TD200上設(she)定每天較多(duo)6段（段數也可設(she)定）定時(shi)供(gong)水(shui)，比如(ru)早(zao)上6：00到8：30，中午11：20到1：30等。

　　生活小(xiao)區供水系統可動(dong)態(tai)(tai)顯示各(ge)種(zhong)參(can)數，如設定(ding)壓(ya)力，運行(xing)壓(ya)力，水位(wei)高度，運行(xing)方式，實時時間(jian)，日歷，各(ge)個泵的運行(xing)時間(jian)累(lei)計(ji)（準(zhun)確(que)到秒），運行(xing)狀態(tai)(tai)，故障信息等(deng)等(deng)。為了不使系統中TD200畫面顯得死(si)板，在PLC程序中控制TD200中的畫面定(ding)時切換，動(dong)態(tai)(tai)顯示；

　　生(sheng)活小(xiao)區供水系統還有故障自診斷功能，各泵(beng)發(fa)生(sheng)過載(zai)、缺相、短(duan)路、傳感器(qi)斷線、傳感器(qi)短(duan)路、水位下限、水壓過高、水壓超(chao)低、變頻器(qi)故障等(deng)，都會有聲光(guang)報警，TD200上(shang)同時顯(xian)示故障類型，通知設備維修人員處理，并可記憶(yi)故障發(fa)生(sheng)時間及班次，以(yi)便追查原因(yin)及相關責任(ren)。

3、生活小區供水(shui)系(xi)統工作原(yuan)理：

　　3．1  自動(dong)(dong)手(shou)動(dong)(dong)方式

　　（1）手動運行時(shi)，可按(an)下按(an)鈕起動停止水泵在(zai)(zai)工頻狀態(tai)下運行， 脫(tuo)離開PLC及變頻器的(de)控制(zhi)，該功能主要用在(zai)(zai)檢修及自動系統出現故障(zhang)時(shi)的(de)應急(ji)供水方(fang)式中(zhong)。

　　（2）自(zi)動運行時，全部泵的(de)運行依(yi)程序自(zi)動工作。

　　上行(xing)過程：當在(zai)自動(dong)運(yun)(yun)(yun)行(xing)方式時(shi)，按下TD200上的起動(dong)軟健，系(xi)(xi)統(tong)先起動(dong)1#小泵，PLC程序控制(zhi)模擬量模塊EM235給定(ding)(ding)變(bian)頻(pin)(pin)器(qi)一固定(ding)(ding)頻(pin)(pin)率輸(shu)出，此(ci)時(shi)若(ruo)用(yong) PID運(yun)(yun)(yun)算輸(shu)出直接控制(zhi)變(bian)頻(pin)(pin)器(qi)則（設定(ding)(ding)壓力(li)大(da)，運(yun)(yun)(yun)行(xing)壓力(li)為零，所以運(yun)(yun)(yun)算輸(shu)出較大(da)）變(bian)頻(pin)(pin)器(qi)依設定(ding)(ding)的上升(sheng)時(shi)間(jian)運(yun)(yun)(yun)行(xing)，升(sheng)速太快，系(xi)(xi)統(tong)沖擊很大(da)。等泵運(yun)(yun)(yun)行(xing)一會兒，管網壓力(li)積累后，再用(yong)PID運(yun)(yun)(yun)算輸(shu)出控制(zhi)變(bian)頻(pin)(pin)器(qi)。具體時(shi)間(jian)和頻(pin)(pin)率與(yu)管網系(xi)(xi)統(tong)有(you)關(guan)，在(zai)現場調試時(shi)這兩個參數在(zai)TD200上設定(ding)(ding)調整。管網越(yue)大(da)，時(shi)間(jian)越(yue)長。

　　當 1#小泵到達50HZ后，系統壓(ya)力仍(reng)偏(pian)低，則延長一(yi)(yi)段時(shi)(shi)間(jian)(jian)(jian)后(hou)，系(xi)統(tong)(tong)靠PLC程序把1#泵(beng)切換到工頻(pin)(pin)運(yun)(yun)(yun)(yun)(yun)行，同時(shi)(shi)由PLC輸(shu)出(chu)一(yi)(yi)個開關量給(gei)變(bian)頻(pin)(pin)器的(de)MRS端子(zi)，變(bian)頻(pin)(pin)器瞬間(jian)(jian)(jian)禁止(zhi)(zhi)輸(shu)出(chu)，此時(shi)(shi)PLC把運(yun)(yun)(yun)(yun)(yun)行時(shi)(shi)間(jian)(jian)(jian)較少的(de)泵(beng)變(bian)頻(pin)(pin)接觸器接通后(hou)，撤掉禁止(zhi)(zhi)輸(shu)出(chu)，相(xiang)應(ying)的(de)泵(beng)變(bian)頻(pin)(pin)起動運(yun)(yun)(yun)(yun)(yun)行；延(yan)長時(shi)(shi)間(jian)(jian)(jian)切斷(duan)1#小(xiao)泵(beng)，系(xi)統(tong)(tong)中相(xiang)應(ying)的(de)一(yi)(yi)臺(tai)大(da)泵(beng)變(bian)頻(pin)(pin)運(yun)(yun)(yun)(yun)(yun)行，壓(ya)力自(zi)動調節，若(ruo)系(xi)統(tong)(tong)壓(ya)力平衡，則(ze)(ze)頻(pin)(pin)率穩定在一(yi)(yi)個相(xiang)對的(de)范(fan)圍，若(ruo)頻(pin)(pin)率到達50HZ后(hou)壓(ya)力仍然偏低(di)，則(ze)(ze)再投入一(yi)(yi)臺(tai)大(da)泵(beng)，比較剩(sheng)下(xia)的(de)泵(beng)的(de)累計(ji)運(yun)(yun)(yun)(yun)(yun)行時(shi)(shi)間(jian)(jian)(jian)，時(shi)(shi)間(jian)(jian)(jian)少的(de)先行投入，以(yi)此類(lei)推。注意，上行中，只(zhi)要有一(yi)(yi)臺(tai)大(da)泵(beng)運(yun)(yun)(yun)(yun)(yun)行，則(ze)(ze)1#小(xiao)泵(beng)要斷(duan)開，大(da)泵(beng)與小(xiao)泵(beng)同時(shi)(shi)運(yun)(yun)(yun)(yun)(yun)行時(shi)(shi)，小(xiao)泵(beng)的(de)效率很低(di)。

　　下(xia)(xia)行(xing)過程：當系統壓力偏(pian)高，變頻(pin)器(qi)運行(xing)在18HZ左右（18HZ以(yi)下(xia)(xia)泵的(de)效率很低(di)，經驗值(zhi)）時，PLC程序判斷(duan)運行(xing)在工頻(pin)狀態的(de)泵累(lei)計(ji)運行(xing)時間（若(ruo)只(zhi)有一臺(tai)泵不作判斷(duan)），運行(xing)時間較多的(de)泵延長時間先行(xing)撤(che)出，在(zai)撤(che)出的瞬間，PLC控制變頻器(qi)運行(xing)頻率在(zai)50HZ，要不(bu)系統沖擊過(guo)大，容(rong)易有水(shui)垂現象，延長時間一(yi)會兒后，再把 PID運算輸出投入即(ji)可；以此(ci)類推(tui)。注意(yi)：下(xia)行過(guo)程(cheng)中，到 后一(yi)臺大泵(beng)運行時(shi)，頻(pin)率在18HZ左右，系統壓力仍然(ran)偏(pian)高時(shi)，則把1#小泵(beng)切換到變頻(pin)運行。這種(zhong)情況在夜間可能發生(sheng)，當供水管網很大時(shi)，也許沒有這個可能性(xing)。 

三、注(zhu)意事項：

　　1、該生(sheng)活小區供水系統(tong)中(zhong)有泵(beng)的工頻(pin)變頻(pin)上行(xing)切(qie)換(huan)，為(wei)了系統(tong)的快(kuai)速響應(ying)，切(qie)換(huan)時間較好越短越好，切(qie)換(huan)時時間差(cha)很小，所(suo)以各個泵(beng)的變頻(pin)接(jie)觸器(qi)與(yu)工頻(pin)接(jie)觸器(qi)較好用可逆(ni)接(jie)觸器(qi)，電氣線路與(yu)PLC程序中(zhong)也要有互鎖功能(neng)。以免(mian)發(fa)生(sheng)意外(wai)短路事故(gu)。對(dui)系統(tong)或變頻(pin)器(qi)造成危害(hai)。

　　2、變頻(pin)器(qi)上行(xing)下(xia)行(xing)切換(huan)時間(jian)設定，如果設定值過(guo)大(da)，則系(xi)(xi)統(tong)不能(neng)迅(xun)速對管(guan)網的(de)用水量做出(chu)反應；如果設定值過(guo)小，則可能(neng)引起系(xi)(xi)統(tong)頻(pin)繁的(de)投入泵(beng)，撤出(chu)泵(beng)的(de)動作；為(wei)此，PLC程(cheng)序中增加判(pan)斷設定壓(ya)力與運行(xing)壓(ya)力在(zai)臨界(jie)切換(huan)狀態時，只要不超過(guo)允許的(de)誤差(cha)范圍內，不做泵(beng)的(de)切換(huan)。

　　3、變頻器在上行切換時(shi)， 要有(you)(you)瞬間禁(jin)止(zhi)輸出功能(neng)，變頻器沒有(you)(you)此功能(neng)可用自由停(ting)車功能(neng)；所(suo)以選擇變頻器時(shi)要注意(yi)這(zhe)點。