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基于PLC和变频调速技术的恒压供水系统

摘要：根据恒压供水的要求，采用了触摸屏、plc与变频调速

技术对供水泵进行控制。介绍了工作流程、控制系统简介、plc与

触摸屏通信等。长时间不间断运行证明了系统具有极好的稳定性和

安全性。

关键词：恒压供水、变频器、触摸屏、plc、水泵

1.引言

随着中国经济发展，特别是市场经济进一步扩大，许多企业为

了提高竞争力，对自动化的需求越来越大，给自动化设备制造商提

供了越来越大的市场空间。

plc应用非常广泛，几乎覆盖了所有过程控制领域，如汽车、化

工、电子、电能、机械、冶金/矿业、纺织、食品等。

某水厂的恒压供水控制系统由plc、变频器和触摸屏的组合应

用。plc与触摸屏通过rs232接口通信，且触摸屏读写plc程序来

执行频器的运行频率、输出频率、增减泵、3台泵123、231、312

运行模式的切换等命令。

水厂有三台功率为132kw的水泵电机，分别由变频器控制。变

频器采用端子指令通道转速追踪再启动运行。本系统设置了七个时

间段压力，plc通过在每个不同的时间段设定的压力值与压力传感

器传送过来的实际压力值进行比较，给定变频器频率输出值来控制

水泵电机的转速，以达到管网压力恒定，实现恒压供水。通过触摸

屏操作大大减少了工人的劳动强度和故障率，提高了工作效率。

2.工作原理

每天设置的七个时间段压力与压力传感器将压力转化为4-20ma

的电流信号提供给plc的实际压力进行比较，利用pid进行自动调

节，改变频率输出值。通过调节变频器的输出频率将0-50hz的频

率信号供给水泵电机，调整其转速，以保证管网的压力恒定。并且

plc根据不同时间给定的压力值与从压力传感器获得的反馈电流信

号，当运行泵需增减泵来达到恒压要求时，plc会执行增减泵程序。

其工作原理图如图1。工作流程能在上位机触摸屏上动态显示，所

有的控制均能在上位机实现参数设定。

3.系统构成

3.1硬件系统

系统硬件由压力传感器、plc、触摸屏、变频器、水泵电机组成。

plc作为下位机直接处理模拟量和开关量信号，触摸屏作为上位机，

1、2、3号水泵电机分别由3台变频器控制。一次系统图如图2所

示。

3.2控制系统

在plc的控制系统中，km1、km2、km3负责3台水泵电机变频器

的通电保护控制。当变频器发生故障时，相对应的接触器跳开，使

得变频器失电。plc通过sa0、sa1、sa2对3台变频器进行启动、

停止控制。在1号泵的控制中ka0、ka1为变频器的自动、手动启

动，ai2-1与gnd-1为频率的给定，ao-0与gnd-0为泵运行时的电

流反馈。变频器的运行频率和电流送入plc，经过模数变换后由触

摸屏显示。控制系统图见图3。

当plc和触摸屏首次通电后，首先通过触摸屏对plc进行积分

时间、微分时间、采样时间、自动切换泵的时间等参数进行设置。

然后对变频器的类型、额定功率、额定电流、运行指令通道、启动

运行方式、频率指令选择、输入端子等参数进行设置。最后进行开

闭环、自动/手动、3台泵运行模式选择。在plc和3台变频器、水

泵工作正常的状态下，选择自动、闭环、运行，泵的开启停止顺序

模式（123、312、231）由用户自行选择。假设选择123模式下，

plc接到指令后会根据当时设定压力与管网压力进行比较，然后向

1号变频器发出运行指令，变频器开始增大输出频率，水泵转速加

快，供水量增加，管网压力上升。当变频器满频率（50hz）运行，

管网压力达不到设定压力值时，plc再次向2号变频器发出运行指

令，依次加泵来达到恒压供水。减泵的过程也是按照设定好的泵停

止顺序进行。当前模式运行了一段固定时间后，plc会发出切换泵

指令。特别注意的是当加泵的过程中，出现待加泵出现故障，plc

会跳过故障泵直接加工作正常的泵，同时输出报警信号。

4．plc与触摸屏

4.1plc编程

plc主模块是按照典型plc的“扫描周期”模型运行工作的，即

按四个不同性质的工作周期，周而复始地运行：内务处理→通讯任

务处理→i/o刷新→用户程序运行；每一轮运行完成的工作，被称

为一个扫描周期。plc的扫描原理如下图4所示，程序执行的顺序

为自左到右，自上而下。

plc编程主要包括