摘要：在工业用水中，供水量会随着机组负荷量改变而改变。所以为提高工业供给水能效，设计PLC指针方式控制变频器恒压供水：通过压力变送器，将工程量转换为电信号送入模拟量模块，再由PLC经过I/O模块控制变频器的多段速。从而保持管道的压力恒定，达到供水稳定、节能降耗的目的。
关键词：恒压; PLC; 变频器;
传统的供水方式分为两种控制方式：第一、工频控制多台水泵，以50Hz运行，靠关停部分水泵来调节压力，长期运行能耗较大；第二、调节阀控制，由调节阀的开度控制流量来改变压力。虽控制简单，但人为操作无法维持管内压力稳定，难以满足供水需求，而工频运行耗能较高。为解决此问题，现根据恒压供水的原理，设计并实现由PLC、变频器多段速和压力传感器组成的恒压供水系统。
一、恒压供水系统设计
此恒压供水系统控制方式为三台泵控制，1#泵作为备用泵工频控制星三角启动（在临时检修2#泵、3#泵时工频开启，为防止供水不足而设计），2#、3#泵都由自动控制、手动控制两部分组成。其中手动模式下由10kΩ电位器控制泵运行速度；自动模式下若2#泵作为主泵运行，则2#泵由变频器PID控制，3#泵为辅泵由PLC作多段速控制，高速、中速会根据2#泵反馈的频率转换；自动模式下若3#泵作为主泵运行，则3#泵由变频器PID控制，2#泵为辅泵由PLC做多段速控制，高速、中速等多段速会根据3#反馈的频率转换。设计1#泵工频备用，2#泵、3#泵自动起到互为微调、粗调水压作用，根据实时压力信号的反馈[1]，实时控制2#泵、3#泵，两者互相替换。可见，该供水系统与传统的供水方式比较其优势为：
第一，恒压供水系统会通过变频器来改变泵频率，以此达到控制水泵速度来控制水泵管道压力目的，与靠关停水泵或调节出口阀门控制其压力的方式相比，要稳定且可实时监测，从而有效缓解管道压力并减少流量损失的能耗。
第二，水泵使用变频器控制，可以在变频器中设定加速时间、减速时间来加减速。延长加速时间，可防止过流，避免在启动时形成大电流冲击电网。延长减速时间，可避免急刹，保护机械结构不受损伤，同时也限制了下降率以防止过电压，延长水泵使用寿命。
第三，控制系统由PLC控制，设计以编程为主，主要控制都在PLC中实现。所以外部电路简单，减少了接线及大量中间继电器、接触器的使用，便于日常维修。
主电路图设计。图1为2#泵、3#泵的主电路图。分别由开关量、模拟量构成。开关量为高速、中速、自动、故障复位、自动运行等中间继电器触点及按钮组成，是通过PLC输出模块接通中继线圈，让中继得电，由中继的触点去控制通断。另外模拟量为三部分组成：1.电位器手动控制速度（电信号为0-10V);2.频率设定（电信号4-20mA）外部接压力传感器直接调节变频器频率；3.频率输出（电信号4-20mA）通过变频器输出给PLC反馈信号，根据反馈信号控制另一台泵频率。另外还有变频器故障输出常开点、变频器运行输出常开点接入PLC，通过PLC实时监测变频器的工作情况，进行故障处理、故障复位。启动时KA509、KA501接通，启动2#泵手动模式（+10、AI1、GND）分别接入电位器，调节频率大小；启动3#泵手动模式同理，KA510、KA502接通，电位器，调节频率大小。启动2#泵自动模式时，KA509断开，KA501、KA510、KA502接通，压力变送器接入（AI2、COM),(AO1、COM）接入AD模块1通道，3#泵多段速优先有效，电位器调节无效；同理启动3#泵自动模式时，KA510断开，KA501、KA509、KA502接通，压力变送器接入（AI2、COM),(AO1、COM）接入AD模块2通道，2#泵多段速优先有效，电位器调节无效。
基于Q系列PLC的供水程序设计。此设计PLC硬件部分选型为：Q00U、QX40、QY10、Q64AD组成。软件部分设计处理模拟量。模拟量处理（将0-4000的数字量转换为0-50Hz的频率工程量）。因为变频器输出的4-20m A反馈量会经过AD模块转换为0-4000的数字量。为了将数字量转换为变频器频率，我们可将所求频率设为X，对应的数字量设为Y。因50Hz对应数字量为4000,0Hz对应数字量为0，其对应值为线性值。故X/（50-0)=Y/（4000-0），可证X=Y*(50-0）/（4000-0），即图2所示实数值X为寄存器D112的值，实数值Y为寄存器D132的值。可以通过D132的值判断频率大小，进而以判断值的结果为条件去实现控制。模拟量处理程序如下（D102为2#泵频率反馈；D103为3#泵频率反馈；D132为2#泵频率实测值；D134为3#泵频率实测值）：
指针指令控制：若外部打向手动位，则M201接通指针指向P0；若打向自动位M200接通且启动2#泵M203接通，则指针指向P1；若打向自动位M200且启动3#泵M204接通，则指针指向P2。当接通P0时，PLC会执行子程序从指针P0至就近RET处程序，P1、P2也同理执行。当执行自动模式程序时，程序会判断一台泵的对应PLC寄存器所示频率是否长期以40Hz以上运行。若是，则启动另一台泵中速运行；若否，则返回上一步重新判断。如果这台泵仍以40Hz运行，则另一台泵高速运行。若此泵低至25Hz，则停止另一台泵的运行，依次循环，自动调节供水量，实现了恒压供水的目的[2]。程序如下：
二、恒压供水系统工作流程
该恒压供水系统工作流程有两种模式分别为手动模式、自动模式。其中手动模式为人工控制，自动模式为PLC控制。
手动模式下，手动/自动转换开关切至“手动位”。启动时：2#泵启动按钮按下或者3#泵启动按钮按下→2#泵运行指示灯亮或者3#泵运行指示灯亮→2#变频器启动或者3#变频器启动→速度由电位器旋钮控制（一般至40Hz即可）停止时：2#泵停止按钮按下或者3#泵停止按钮按下→2#泵运行指示灯灭或者3#泵运行指示灯灭。
图1 2#泵、3#泵主电路图
自动模式下，手动/自动转换开关切至“自动位”。启动时：3#泵启动按钮按下即可（1、2#自动起若3#泵40Hz运行20s,2#泵以25Hz运行；2、若3#泵再次以40Hz运行20s,2#泵以50Hz运行；3、3#泵未到40Hz运行且低至25Hz,2#泵停止运行。1-3步依次循环，启动时若按下2#泵启动按钮后，3#泵也同理动作。）停止时：手动/自动转换开关切至“手动位”，延时5s停止。
三、结论
随着电气技术发展，变频调速技术运用广泛，如今变频器一般都内置PID调节器，这节省了PLC存储容量和PID的编程，使PLC仅采用一个I/O模块即可控制变频器多段速调节，将自带PID调节器的变频器应用于供给水系统中，有利于减短调试的时间，采用PLC指针式编程简化程序中繁杂的步骤及指令控制。在两者结合下，PLC指针方式控制及变频器PID控制下的恒压供水系统简单实用、可靠性好[3]。有效降低了设备成本，提高生产效率，有效地解决了恒压供水问题。
参考文献
[1]孙建华.PLC变频恒压供水控制系统的设计和实现[J].河南科技,2013(10).
[2]路野,周朝晖.基于PLC和变频调速的恒压供水系统设计[J].计算机与数字工程,2009(01).
[3]胡盘峰,陈慧敏.基于PLC的新型变频恒压供水系统设计[J].机械工程与自动化,2011(02).
