1 引言
隨著社會經(jīng)濟的迅速發(fā)展，人們生活水平的不斷提高，城市中各類小區(qū)建設發(fā)展十分迅速，同時也對小區(qū)的基礎設施建設提出了更高的要求。小區(qū)供水系統(tǒng)的建設是其中重要的一方面，供水的可靠性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟性直接影響到小區(qū)住戶的正常工作和生活。傳統(tǒng)的供水方式中很多是采用高位水塔方式供水，存在浪費水力、電力資源、效率低、可靠性差、自動化程度不高等缺點，嚴重影響了居民的生活用水。
本文設計一套基于HOLLiAS LM PLC+恒壓頻比變頻器的變頻恒壓供水系統(tǒng)以進一步提高變頻恒壓供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性和節(jié)能性，系統(tǒng)操作更加簡捷，故障報警及時迅速，使得變頻恒壓供水技術更好的應用于小區(qū)的生活用水供給。
2 變頻恒壓供水系統(tǒng)概述
2.1系統(tǒng)結構
供水系統(tǒng)主要包括的設備有控制裝置、變頻器、水泵機組、壓力傳感器、儲水罐等。
控制裝置是整個變頻恒壓供水系統(tǒng)中最重要的組成部分，主要完成各種信號的采集處理以及結果的運算輸出。通過變頻器改變交流電的頻率，實現(xiàn)對水泵的控制達到節(jié)能、調速的目的。水泵機組是水壓的發(fā)生裝置，一般有2到4臺水泵組成，為供水系統(tǒng)中的用戶主管網(wǎng)提供壓力。壓力傳感器用于檢測用戶主管網(wǎng)的出水壓力，從而控制變頻器的頻率調節(jié)以及水泵的工作臺數(shù)。儲水罐主要是對直接來自水廠的水起到緩存的作用。
系統(tǒng)的總體布局圖如圖1所示:
圖1 系統(tǒng)的總體布局圖
2.2 變頻工作原理
圖2是系統(tǒng)的基本框圖，如下：
圖2 PLC變頻恒壓供水系統(tǒng)框圖
在工作過程中，通過PLC控制取水電動閥的啟停將儲水罐的液位保持在一定的范圍內(nèi)。壓力傳感器將用戶主管網(wǎng)水壓變換為4-20mA的電流信號，經(jīng)模擬量輸入模塊送入PLC，PLC根據(jù)給定的壓力設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，調節(jié)變頻泵的運行頻率。當用水量大到變頻泵全速運行也無法保證用戶主管網(wǎng)的壓力達到設定值時，產(chǎn)生高頻報警信號，自動將原工作在變頻狀態(tài)下的泵投入工頻運行，同時將下一臺泵用變頻器起動后投入變頻運行，以加大供水管網(wǎng)的供水量來保證恒壓供水的目的。若此時仍不能滿足要求，則將工作在變頻狀態(tài)下的泵投入到工頻運行，再將下一臺泵投入變頻運行直至管網(wǎng)壓力穩(wěn)定。當用水量減少時，產(chǎn)生低頻報警信號，PLC則將最先工頻運行的泵關閉以減少供水量，若此時仍不能滿足要求，則再關閉下一臺水泵，乃至只有一臺水泵工作在變頻狀態(tài)下以達到恒壓供水的目的。
2.3水泵投切流程
水泵的投切采取先啟先停、后啟后停、先停先啟、后停后啟的控制原則，從而增加水泵的使用壽命。泵投切的程序流程圖如圖3所示。
圖3 水泵投切流程圖 通過對流程圖的分析，泵的投切控制有三種模式。
三種模式包括：一臺泵（變頻泵）、兩臺泵（一臺變頻和一臺工頻）、三臺泵（一臺變頻泵和兩臺工頻泵）。
3 控制系統(tǒng)介紹
3.1 控制系統(tǒng)方案
系統(tǒng)主要由和利時LM系列PLC、變頻器MM430、HD2400L可編程文本顯示器、壓力傳感器、液位傳感器、控制接觸器、軟啟動器PSS及儲水罐等組成。
控制系統(tǒng)上位機采用和利時HD2000文本顯示器，CPU選用和利時LM3109 PLC控制器，LM3330采集處理液位和壓力信號，上、下位機之間通過基于MODBUS協(xié)議的RS232串口進行通訊。
下圖4為控制系統(tǒng)接線圖。
圖4 控制系統(tǒng)接線圖 3.2控制系統(tǒng)硬件
3.2.1可編程邏輯控制器-PLC
1）CPU模塊：LM3109模塊的額定工作電壓為AC220V，自帶40點I/O，提供24路DC24V輸入/16路繼電器輸出處理。具有1個RS232和1個RS485通訊接口，支持專有協(xié)議（僅RS232）/Modbus RTU協(xié)議/自由協(xié)議。
2）模擬量擴展模塊：LM3330提供4通道模擬量輸入和1通道模擬量輸出，輸入范圍0-10V、0-20mA和4-20mA可選，輸出范圍0-10V、0-20mA可選，模數(shù)轉換時間低于200us，精度可達0.5%FS。既能完成模擬量信號輸入處理，也能同時完成模擬量信號輸出處理。
下表1為系統(tǒng)I/O分配表。
表1 輸入輸出端子分配表