摘 要：随着人们生活水平的不断提高，人们对于城市供水系统的质量要求也越来越高，然而我国城市的供水系统存在高楼供水压力不足等问题。基于此，文章对恒压供水系统进行了介绍，同时分析了变频恒压供水系统的PLC程序设计与变频恒压供水系统的监测软件设计与实现的要点，设计PLC、变频器和传感器等组成恒压供水系统，根据管网压力自动控制供水量，有效提高我国城市供水系统的质量。
关键词：PLC；恒压供水；变频器
中图分类号：TU821 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）27-0105-02
1 基于PLC下变频调速恒压供水系统的设计
1.1 自动运行控制分析
供水系统的自动运行控制方式受控制管网压力的影响，因此，自动运行控制可分为两种情况分析，一种是管网压力上升时系统的自动运行控制方式，另一种是管网压力下降时供水系统的自动运行控制方式。
1.1.1 管网压力上升时系统的自动运行控制方式
供水系统的控制系统开始工作时，供水管网内几乎没有水压，这时1#水泵电机在变频恒压系统的控制下，进入变频运行模式，当管网压力达到预设值时，供水压力才能满足用户的需求，这时，1#水泵电机开始平稳运行。随着用户用水量的升高，管道内的水压逐渐减小，压力传感器会将接收到的信息传递到控制系统中，闭环系统在进行闭环调节的过程中，会加快1#水泵电机的运转速度。在用户的用水量减小时，管道内的水压会逐渐升高，压力传感器在将接收到的信息传递到控制系统后，控制系统在进行闭环调节时，降低1#水泵电机的运转速度。当用户的用水量不断上升时，系统的自动运行控制方式会将输出功率提升到变频器的最高输出功率，即工频频率，由于这时供水管网的压力小于系统预设值，因此控制系统会自动控制1#水泵电机为工频运行状态，变频启动2#水泵电机，这个过程会一直持续到供水管网压力与系统预设值相同的时候。
1.1.2 管网压力下降时系统的自动运行控制方式
用户的用水量减小，会导致供水管网的压力升高，变频器的输出功率将降低到供水系统启动时的功率，如果这时供水压力大于设定值，供水系统会自动关闭工作时间最长的水泵电机，直到供水压力与预设值相同。所以，变频器控制水泵电机的工作，每台水泵在工作时，都按照“先开后启，后启先开”工作原则，在居民用水量持续下降，变频器的输出功率与启动功率相同时，将会出现上述转换过程，一直持续到最后一个变频水泵开始工作为止。
1.2 手动运行控制分析
手动运行控制方式通常在供水系统自动控制方式出现异常状况时使用，它属于一种供水控制系统的备用工作方式。供水控制系统的转换开关常常放置在手动挡上，当启动1#水泵电机工作时，需要按下控制系统的启动按钮，在这个过程中，工作人员需要时刻关注供水管网的压力变化，决定水泵电机的工作台数和运行速度。当供水压力达不到相应标准时，工作人员需要变频启动2#水泵，以此类推，直到第4台水泵电机开始工作[1]。
1.3 变频恒压供水系统的PLC程序设计
组织块OB1是PLC程序的主程序，在PLC程序中，OB1始终会调用功能块与系统功能块的功能。在OB1循环完成后，操作系统会将接收到的映像输出表传递到输出模板，在重新启动OB1之前，系统会根据当前的信号状态，更新映像输入表，且该过程会在系统的控制下循环执行。OB1是所有被监视的OB中，优先权最低的项目块，所以优先级较高的OB会中断OB1的运行。S7-300CPU能够最大限度的减小OB1的研究处理时间，该控制系统可以完成故障信号的输入、开关量报警以及故障、报警子程序的处理等工作。
1.4 变频恒压供水系统中的数据采集与通信模块
该模块主要包含三方面的主要内容，分别为：数据处理、数据储存、设定通信参数。设定通信参数的方式主要有两种，一种是根据供水压力大小、用户的用水量设定压力传感器的参数，另一种是根据PLC与PC机间的通信协议设定通信参数。数据处理模块主要负责分解PLC读取到的数据，将采集到的数据通过滤波等操作方式，将采集到的信息存储到数组之中。通信模块由通信测试与数据通信两方面组合而成，主要负责PLC驱动不同工作状态下的控制系统时，修改由上机位下达的控制参数与控制命令，维持系统的通信状态。
1.5 变频恒压供水系统中设备的状态控制模块
该模块主要包括三方面主要内容，分别为报警处理、设定设备参数、显示与调整设备状态。其中报警处理負责在系统出现故障时，以声音或者换面闪烁的方式使工作人员注意到系统运行的异常情况，记录报警时的数据有利于对报警信息进行处理。设定设备的参数可以利用PLC的水位以及压力调整PID参数，并将数据传送到PLC中，通过其调节功能有效控制系统，同时也可以调整设备运行过程中的重要参数[2]。
2 基于PLC下变频调速恒压供水系统的实现
2.1 供水系统初始化控制程序
在启动系统之前，需要对系统各组成部分的工作状态进行检测，如果在检测过程中发现问题，系统便会自动报警，同时对模拟量数据处理的数据表进行初始化处理，并赋予数据一个初始值，可利用主程序对子程序调用的方式完成上述环节。
2.2 水泵电机的启动程序
控制系统开展工作时，通常采用分组方式控制各机组的运行，PLC程序在这时才可以启动电机。在使水泵电机开始工作之前，需要为变频器三相电源输入端供电，在PLC发布完指令后，闭合电机与变频器三相电源输出端的接触器，然后将变频器外控端子间的常开触点连接在一起，同时令BX-CM断开。
2.3 水泵电机变频与工频切换程序
水泵机在变频运行之后，在变频器输出频率为50Hz的情况下，可以检测变频输出电源和工频电源的相位是否一致，如果相位相同，PLC的扩展模块将接受控制器端子的OV信号，然后对接收到的信号进行计算，并开展相应操作，切断变频器的输出，在这个过程中，可以确保变频电源与工频电源的相位保持一致，同时还可以彻底消除接触器触头间的电弧。然后PLC指令发出，使工频接触器吸合，可以顺利完成水泵电机变频与工频的切换。
2.4 PLC通信连接设置
PLC在进行专用协议与RS指令连接时，需要设定通讯格式（D8120），D8120包括波特率、奇偶校验以及停止位等格式，在修改完D8120的设置后，需要将PLC电源关闭之后再打开，才能使系统按照修改后的参数运行。除此之外还要对D8121进行设定，设定时可以采用RS485形式，将设定的范围控制在OOH到OFH之间，数据的长度设为7位，波特率的值为9600bps，无标题符与终结符，利用RS-232C，自动添加校验码，采用专用的协议格式1，同时将站号设置为0。
2.5 PLC数据输出
供水监测软件能够将采集到的信号与设定的型号进行对比分析，根据输出数据能够控制供水系统的运行，所以应在监测软件中设置数据输出。数据步开始后，遇到input、set、merge、update语句时，会读入一个观测，当读取非空环节中没有读入观测时，PLC生成一个输出数据，此时数据输出环节结束；当读取非空环节读取到观测时，PLC会用程序语句对数据进行处理，同时使用output语句和数据步结束隐含的输出将观测输出到数据集，通过上述过程的不断循环，直至PLC输出数据。
2.6 PLC设计方法
通常情况下，PLC的输入点数及输出点数受控制系统的要求影响，控制系统现场设备的数量决定着PLC的输入点数和输出点数。PLC输入端口主要包括五大控制按钮，分别为：工频转换器按钮、工频启动按钮、工频停止按钮、故障复位按钮及热机保护按钮。PLC的输出端口包含工/变频器转换、运行指示及变频器启动控制等方面的控制内容。PLC通过继电器的作用实现与系统内所有交流接触器的连接，同时有效隔离控制系统中的强电流与弱电流，起到保护PLC设备的作用，增强供水系统的稳定性。在确定PLC的端子数时，除了要按照控制系统的需求选择端子数量外，还应为设备调整过程留有一定的余量。选用的PLC模块为EC20型，它的DQ为16点，SC220V继电器输出是该模块的输出形式，此时，该模块的输入形式是+24V直流输入。
3 结束语
综上所述，变频调速恒压供水系统可以解决城市供水压力不足与压力不穩定的问题。通过上述对PLC下变频调速恒压供水系统的设计分析，可以使供水系统在PLC的运算后，控制变频器，调试水泵的运行状态，保护水泵的发电机，实现供水系统压力稳定、波动小和无极调速运行的要求。因此，相关人员在设计供水系统时，要充分考虑上述对变频调速恒压供水系统的设计分析，达到恒压供水的目的。
参考文献：
[1]龚真蕊.恒压供水PLC控制系统设计与实现[D].山西农业大学，2016.
[2]胡开明，王怀平，傅志坚.基于PLC与组态技术的变频恒压供水系统的设计与实现[J].电气应用，2016，13：24-27.
[3]徐朋祥.基于PLC的变频恒压供水系统的设计[J].科技创新与应用，2017（06）：78.