日常的生活用水量隨季節(jié)、晝夜、上下班的時間不同而有較大變化，因而經(jīng)常出現(xiàn)供水用水的不平衡，主要表現(xiàn)在水壓上，用水多而供水少則水壓低，用水少而供水多則水壓高。某住宅區(qū)由于自來水管網(wǎng)的水壓較低，自來水通常不能到達住宅的較高樓層。傳統(tǒng)的供水方式利用蓄水池蓄水，用水泵再次將水送至樓頂?shù)母呶凰洌俟?yīng)給用戶。蓄水池中的水一般是由市政自來水管網(wǎng)供給，這樣，有壓力的水進入水池后變成了零壓力，造成大量的能源白白浪費，這種供水方式不可避免通過蓄水池和高位水箱造成二次污染，影響居民的身體健康。但是為保證小區(qū)的供水正常，我們利用PLC，配以穩(wěn)流罐、負壓消除器和不同功能的傳感器等，根據(jù)網(wǎng)管的壓力，通過變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速，使水管中的壓力始終保持在合適的范圍。這種變頻恒壓供水系統(tǒng)直接取代水塔、高位水箱及傳統(tǒng)的氣壓罐供水裝置。不對市政供水管網(wǎng)產(chǎn)生負壓，適用于一切需要增高水壓、恒定流量的給水系統(tǒng)。另外水泵耗電功率與電機轉(zhuǎn)速的三次方成正比關(guān)系，所以水泵調(diào)速運行的節(jié)能效果非常明顯，平均耗電量較通常供水方式節(jié)省40％。結(jié)合使用可編程序控制器，可實現(xiàn)循環(huán)變頻，電機軟啟動，具有短路保護、過流保護功能，工作穩(wěn)定可靠，大大延長了設(shè)備的使用壽命。 1　系統(tǒng)設(shè)計 （1）原理 　　系統(tǒng)采用2～3臺水泵并聯(lián)運行方式，壓力傳感器將主水管網(wǎng)水壓變換為電信號，經(jīng)模擬量輸入模塊輸入PLC，PLC根據(jù)給定的壓力設(shè)定值與實際檢測值進行PID運算，輸出控制信號經(jīng)模擬量輸出模塊至變頻器，調(diào)節(jié)水泵電機的供電電壓和頻率。當(dāng)用水量較小時，一臺泵在變頻器的控制下穩(wěn)定運行，當(dāng)用水量大到水泵全速運行也不能保證管網(wǎng)的壓力穩(wěn)定時，PLC給定的壓力下限信號與變頻器的高速信號同時被PLC檢測到，PLC自動將原工作在變頻狀態(tài)下的泵投入到工頻運行，以保持壓力的連續(xù)性，同時將下一臺備用泵用變頻器起動后投入運行，以加大管網(wǎng)的供水量保證壓力穩(wěn)定。若2臺泵運轉(zhuǎn)仍不能滿足壓力的要求，則依次將變頻工作狀態(tài)下的泵投入到工頻運行，再將一臺備用泵投入變頻運行。當(dāng)用水量減少時，首先表現(xiàn)為變頻器已工作在最低速信號有效，這時壓力上限信號如仍出現(xiàn)，PLC首先將最先工頻運行的泵停掉，以減少供水量。當(dāng)上述2個信號仍存在時，PLC再停掉第2臺工頻運行的電機，直到最后一臺泵用變頻器恒壓供水。 所有水泵電機從停止到啟動及從啟動到停止都由變頻器來控制，實現(xiàn)帶載軟啟動，避免了啟動大電流給水泵電機帶來沖擊，相對延長了電機的使用壽命。同時，系統(tǒng)供水采用變頻泵循環(huán)方式，以“先開先關(guān)”的順序關(guān)泵，工作泵與備用泵不固定，這樣，既保證供水系統(tǒng)有備用泵，又保證系統(tǒng)泵有相同的運行時間，有效地防止因為備用泵長期不用發(fā)生銹死現(xiàn)象，提高了設(shè)備的綜合利用率，降低了維護費用。 （2）系統(tǒng)硬件 系統(tǒng)選用了西門子公司的S7-200 （CPU224XP CN ）PLC，主要檢測元件有水位檢測、執(zhí)行繼電器狀態(tài)等，共計14個輸入信號。執(zhí)行部件有電機、變頻調(diào)速器、聲光報警器等，共10個輸出點。模擬量檢測有壓力檢測、變頻器運行頻率檢測和壓力比對檢測，共2個輸入、1個輸出量。PLC主要完成現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集、轉(zhuǎn)換、存儲、報警、控制變頻器完成壓力調(diào)節(jié)等功能。水泵分別由變頻器軟起動，旁路工頻運行，進行恒壓控制，變頻器的起動、停止分為使用觸摸屏或文本顯示器等設(shè)備軟控制和PLC自動控制?？刂泼姘迳显O(shè)有一個手動/自動轉(zhuǎn)換開關(guān)，PLC對該開關(guān)的狀態(tài)實時檢測，當(dāng)選擇手動功能時，PLC只進行檢測報警，由人工通過面板上的按鈕和開關(guān)進行水泵的工頻起、停。當(dāng)選擇自動功能時，所有控制、報警均由PLC完成。系統(tǒng)原理圖如 圖1所示。 2　系統(tǒng)軟件 為方便調(diào)試和編程，系統(tǒng)控制器采用模塊化編程，主要由手動運行模塊、自動運行模塊和故障診斷與報警模塊組成。 （1）手動運行模塊 　　當(dāng)系統(tǒng)處于手動運行時，PLC只接收各電路保護信號和各傳感器信號，并由此判斷各工作水泵的運行狀態(tài)，在出現(xiàn)故障的情況下，輸出報警信號。水泵的起、停和切換由人工通過面板上的按鈕和開關(guān)來實現(xiàn)。 （2）自動運行模塊 圖２　自動運行模塊流程圖 自動運行模塊包括系統(tǒng)的初始化、開機命令的檢測、數(shù)據(jù)采集子程序、控制量運算子程序、置初值子程序、電機控制子程序等。自動運行模塊流程圖如圖2所示。其中：數(shù)據(jù)采集子程序完成對主水管壓力的數(shù)據(jù)采集。 控制量運算子程序完成變頻器控制量的計算和控制量的輸出，其中控制量的計算按PID控制規(guī)律進行。 電機控制子程序完成對3臺水泵的運行和停止控制。由于變頻器的輸出頻率與水泵的運轉(zhuǎn)速度直接相關(guān)，用水量大時，變頻器輸出頻率升高，水泵的運轉(zhuǎn)速度大；用水量小時，頻率降低，水泵的運轉(zhuǎn)速度小。因此程序根據(jù)變頻器的輸出頻率的大小就可以判斷和控制水泵的工作狀態(tài)。當(dāng)頻率上升到50 Hz（即水泵全速運轉(zhuǎn)）時仍不能滿足供水需要時，則PLC自動將第一臺泵切換到工頻運行；第2臺泵由變頻器供電投入運行，如果第2臺泵電機達到滿轉(zhuǎn)速時仍不能滿足供水要求，則PLC自動將第2臺泵切換到工頻運行，第3臺泵由變頻器供電投入運行，依此規(guī)律逐個投入運行；當(dāng)2臺泵都處于工頻全速運行方式，第3臺泵處于變頻運行工作方式時，如果此時用水量減小，變頻器輸出頻率下降，當(dāng)頻率到達一定的下限Fmin（設(shè)定變頻器頻率下限）時，供水量仍大于用水量，則系統(tǒng)自動將第三臺泵停止運行。同樣，第三臺泵停機后，如果此時供水量還大于用水量，則系統(tǒng)自動將第二臺泵停止運行，依此類推。電機控制子程序功能圖如圖3所示。 （3）故障診斷和報警輸出模塊 變頻器具有短路、過載等保護功能，當(dāng)變頻器所驅(qū)動的水泵電機發(fā)生短路、過載等故障時，變頻器將自動切斷一次供電回路，進入保護狀態(tài)并輸出報警信號。系統(tǒng)把各故障點相應(yīng)的接觸器、斷路器等元件的輔助觸點接到PLC，PLC掃描輸入這些觸點的狀態(tài)，并通過PLC程序?qū)⑦@些狀態(tài)存放在數(shù)據(jù)存儲區(qū)，再結(jié)合控制程序和設(shè)備預(yù)置狀態(tài)進行邏輯分析，判斷設(shè)備或元件是否出了故障，如果發(fā)生故障，則切斷該泵的接觸器，然后對變頻器復(fù)位，再將備用水泵的接觸器接通，啟動變頻器運行備用泵，同時輸出該泵故障報警信號。如電機故障指示燈亮等。 3　結(jié)語 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)具有節(jié)能、安全、高品質(zhì)的供水質(zhì)量等優(yōu)點。采用PLC作為控制器，硬件結(jié)構(gòu)簡單，成本低，系統(tǒng)實現(xiàn)水泵電機無級調(diào)速，依據(jù)用水量的變化自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運行參數(shù)，在用水量發(fā)生變化時保持水壓恒定以滿足用水要求。另外，S7-200（CPU224XP CN ）PLC基本單元提供二個RS-485接口，一個與觸摸屏或文本顯示器（系統(tǒng)參數(shù)顯示、設(shè)定、系統(tǒng)運行軟控制設(shè)備）等設(shè)備通訊控制，另一個可以與樓宇監(jiān)控中心進行通訊，實現(xiàn)無人遠程控制。