摘要：文章探討了在傳統(tǒng)高層水箱供水的基礎(chǔ)上，加入PLC、變頻器、壓力變送器和傳感器等設(shè)備，用西門子S7-200PLC對傳統(tǒng)的繼電器控制電路進(jìn)行改造和設(shè)計，使控制電路更加簡單。采用變頻器控制水泵電機(jī)的變頻調(diào)速運(yùn)行與工頻運(yùn)行，達(dá)到節(jié)能的目的；用傳感器控制電磁閥和變頻器的運(yùn)行與停止，為供水系統(tǒng)的自動化控制提供了技術(shù)支持，使各器件之間的控制相互協(xié)調(diào)。在硬件基礎(chǔ)上配合軟件解決了供水系統(tǒng)在不同時間供水量波動時保持恒壓供水的問題.
在高層建筑的樓頂都會安裝水塔或水箱來滿足用戶正常的用水，在高層建筑的地下修筑水槽，以此來儲存自來水公司提供的水源，并通過水泵向高層建筑的水箱提供水源[].變頻器是交流電動機(jī)驅(qū)動器，它是將三相工頻交流電轉(zhuǎn)變成頻率可調(diào)的三相交流電來驅(qū)動交流電動機(jī)，從而使電動機(jī)調(diào)速，目前，技術(shù)和功能日趨完善.PLC是一種基于微處理器技術(shù)上發(fā)展起來的通用工業(yè)控制裝置，具有強(qiáng)大的功能，操作簡單方便，應(yīng)用廣泛.本研究將PLC與變頻器相結(jié)合進(jìn)行水塔水位控制系統(tǒng)的設(shè)計和分析.
1PLC與水塔水位控制系統(tǒng)
1.1水塔水位控制系統(tǒng)圖與控制要求水塔水位控制系統(tǒng)由地下水槽和高層水箱等部件組成，其中進(jìn)水閥門Y用來控制地下水槽的進(jìn)水，指示燈用來指示電磁閥的工作狀態(tài)，M為水泵電機(jī)，由變頻器驅(qū)動，SP是壓力變送器，用來檢測高層水箱的壓力，s代表水位傳感器，用來檢測高層水箱和地下水槽的水位，如圖1所示.
水塔水位控制系統(tǒng)接通電源后，電磁閥門Y打開，指示燈亮起，若經(jīng)過6s后，水槽中的水位傳感器Ss沒有感應(yīng)到水，電磁閥門Y的指示燈就會閃爍，說明進(jìn)水管中無水，提示工作人員要巡視一下管路.如果進(jìn)水管中有水，那么過一段時間后，水位傳感器S3會感應(yīng)到水，此時電磁閥門Y就會斷電關(guān)閉，防止水從水槽中溢出.假如水位傳感器S4感應(yīng)到水與水位傳感器S2沒感應(yīng)到水的條件成立，那么交流接觸器KM就會通電吸合，使變頻器驅(qū)動水泵電機(jī)工作，把水槽中的水抽到高層水箱中去.若干時間后，水位傳感器S1會感應(yīng)到水，就會使變頻器斷電，水泵停止工作，以此防止高層水箱溢水.
1.2PLC外部接線圖與梯形圖為了達(dá)到該系統(tǒng)的控制要求，擬采用西門子S7-200PLC對水塔水位控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計，PLC設(shè)備的外部接線圖和梯形圖分別如圖2和圖3所示.
從梯形圖中可以看出，設(shè)備通電后，電磁閥Q0.1打開，指示燈Q0.3亮起，表示進(jìn)水管開始向地下水槽中注水，若6s后，水位傳感器I0.5沒有感應(yīng)到水，I0.5就會一直處于閉合狀態(tài)，定時器T33就會使Q0.2通電，從而使SM0.5產(chǎn)生的脈沖驅(qū)動指示燈閃爍.如果水位傳感器I0.3感應(yīng)到水，I0.3的常閉觸點(diǎn)就會斷開，切斷電磁閥QO.1和指示燈Q0.3的電路.圖中只有當(dāng)水位傳感器10.4感應(yīng)到水閉合后，變頻器Q0.0才會工作，當(dāng)高層水箱中的水接觸到水位傳感器I0.2的時候，I0.2的常閉觸點(diǎn)斷開，由變頻器Q0.0的常開觸點(diǎn)閉合來維持Q0.0線圈的通電.若高層水箱中的水接觸到水位傳感器I0.1，I0.1的常閉觸點(diǎn)就會斷開，變頻器Q0.0就會斷電.
2變頻器與水塔水位控制系統(tǒng)
為了能把水槽中的水及時送到高層水箱中，保證用戶正常的用水壓力和流量，達(dá)到恒壓供水的目的，在這里采用1臺變頻器驅(qū)動3臺水泵電機(jī)工作.具體如圖4所示.圖中交流接觸器KM用來控制變頻器的運(yùn)行與停止，交流接觸器1KM2、2KM2、3KM2分別控制3臺水泵電機(jī)的變頻運(yùn)行，交流接觸器1KM3、2KM3、3KM3分別控制3臺水泵電機(jī)的工頻運(yùn)行，F(xiàn)R是熱過載繼電器，用來防止水泵電機(jī)過載運(yùn)行，壓力變送器SP的信號與變頻器的反饋信號輸入端VPF（電壓信號）連接，電位器RP調(diào)節(jié)目標(biāo)信號的大小.
工作過程如下：
當(dāng)水位傳感器S4感應(yīng)到水與水位傳感器2沒感應(yīng)到水的條件成立，那么交流接觸器KM就會通電吸合，使變頻器起動第1臺水泵電機(jī)工作，假如工作頻率達(dá)到50HZ，壓力變送器SP測得管道水壓不足時，變頻器就會把第1臺水泵電機(jī)切換為工頻運(yùn)行，然后去起動第2臺水泵電機(jī)，使供水系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)“一工一變”的運(yùn)行方式.假如第2臺水泵電機(jī)的頻率達(dá)到50HZ，壓力變送器SP測得管道水壓仍然不足時，變頻器就會把第2臺水泵電機(jī)切換成工頻運(yùn)行，然后去起動第3臺水泵電機(jī)，使供水系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)“二工一變”的運(yùn)行方式.
如果此時用戶人數(shù)減少，壓力變送器SP測得管道水壓過高，變頻器就會令第一臺水泵電機(jī)停止工作，供水系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)“一工一變”的運(yùn)行方式，若壓力變送器SP測得管道水壓仍然過高，變頻器就會令第2臺水泵電機(jī)停止工作，實(shí)現(xiàn)1臺水泵電機(jī)的變頻運(yùn)行方式.
供水系統(tǒng)采用變頻器控制水泵電機(jī)，可以達(dá)到節(jié)能效果，徹底消除水錘效應(yīng)，防止水壓對管道和閥門的損害，延長水泵壽命[].
由PLC、變頻器、水泵電機(jī)、壓力變送器和傳感器等設(shè)備組成的恒壓供水裝置具有控制精度高，實(shí)現(xiàn)對水位的自動化調(diào)節(jié)和水位報警功能.雖然在理論中基本上達(dá)到了預(yù)期的效果，但是在實(shí)際應(yīng)用過程當(dāng)中，還需要注意很多地方，還要不斷地進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)設(shè)計，其理論意義對于大型水庫、水壩的水位控制，工業(yè)某液面的控制等都有相當(dāng)高的參考價值.
作者：王 濱，何周亮
參考文獻(xiàn)：
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