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[摘 要]水是生命之源，水的供给系统无论是在生活上，还是在农业或者工业生产中都是十分重要的。 本篇文章对基于PLC的恒压供水系统的设计重点进行试析。恒压供水系统在运行时，是以PCL可编程控制器作为核心来进行逻辑上的控制，在辅以变频器以实现压力的调节，对供水网络的现实压力与设定的压力之间的偏差进行相应的分析和比较，再经过变频器内部的适应PIO运算，最后达到PLC完成变频和工频切换控制、自动调节水泵运行的太俗与电机转数，有效的实现恒压供水，根据其运行过程，我们才能更好的进行相关的设计。
[关键词]PLC 恒压 供水系统 设计重点
中图分类号：TM571.61 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）04-0380-01
现在我们所使用的水泵系统在大部分时间里都是通过额定的负荷来运行，已经不是很适合现在的用水要求了。现在几乎是全天24小时在用水，负荷量变化大，白天和夜晚的用水量不相同，基于PLC技术的现代设备来进行恒压供水，是一种有效的解决办法。它能够根据用水量的多少不同，进行自动的对水泵开启的台数和水泵转速进行调节，与此同时保证供水水压的恒定，基于PLC的恒压供水系统具有一定的实用性、经济性。调节系统可以降低总能源的消耗。对基于PLC的恒压供水系统的设计是实现其价值的基础。
一、PLC恒压供水系统工作原理
（一）PLC恒壓供水系统工作原理
恒压供水系统通过控制核心：可编程控制与变频器PLC来作为中间的枢纽，对供水管网内的压力和系统压力设计值的偏差情况作随时的跟踪与分析，其中变频器的作用是用来获取当前的实际水压值，并且与系统设定值进行比较得出其中的差值，变频器也用来作为调节器，用其内部的PID进行运算，利用PLC输出数据来做到对变频和工频的有效控制和切换，来实现对水泵使用台数与水泵电机转速的自动控制，最终达到闭环自动进行调整恒压供水，在恒压的前提下控制水流量的目标。在泵站的其他方面，控制逻辑一样是通过PLC来实现控制运行。比如：手动操作与自动操作的转换、泵站工作上的异常报警、泵站的系统自检等。如果将PLC连接在工作中的太网上，操作人员就可以用上位机对所需要保持的压力进行更改，又或者随着现场设备运行的情况自动进行水压控制。
PLC恒压供水系统主要是由两大部分组成：1.清水泵恒压控制系统、2.循环水泵控制系统。他们分别实现对生活用水的供给和工业用水的提供，两个系统也都是通过PLC恒压供水系统进行控制运行。
（二）水泵控制系统中的控制要素
水泵的控制系统主要功能是：手动和自动控制、PID自动恒压、倒泵、定时休轮、循环软启动与系统保护六大功能。
1.PLC恒压供水系统采用了手动与自动两方面监控方法。手动控制针对于设备调试、设备的检修和其他的特殊情况中的供水。手动控制系统还可以保证在自动控制系统失效的状况下进行系统运行。在正常情况下，应该调节设备到中控自动状态，实行自动运行，这样既可以减少工作量，又能够保证了供水系统的正常恒压运行。需要手动时，再由人通过电位开关来进行控制。
2.PID的自动恒压功能是在自动工作状态下存在的，只有当开关处在自动时，PID自动恒压可以根据系统设定的压力要求自动进行相应控制，经由压力传感器把管内水压转变为电流或者电压量，回馈到PID调节器中，通过PLC的控制来保证供水系统的恒压供水。
3.倒泵与定时休轮可以让水泵得到一定的休息，提高使用寿命。控制系统可以通过定时系统来记录每一台水泵的立即工作时间，再与设计数值进行比较，当达到设定数值时自动控制系统会中断该泵的工作状态，转到其他泵继续工作，这台泵的工作时间清零。依次循环，进而达到倒泵和定时休轮的作用。
4.泵组的循环软启动是泵组执行先停先起的原则，循环进行，达到节能和提高设备的利用率。清水泵要求有两台，一台工作一台备用。循环水泵则需要三台，一台备用，两台使用。制动软启动工作由PLC来控制执行。
5.PLC恒压供水系统是完全通过信息的反馈来进行有效的运行，包括系统的运行、故障信号、报警等，系统保护功能都为无源的常开点，以保持系统正常的运行。
二、基于PLC的恒压供水系统设计
（一）恒压供水系统网络平台的设计
网络结构应采用扩扑型环形式，总体的结构应采用多层网络结构，分别是：调度中心以太网、1200兆工业以太网和接入系统的网络。控制系统应该由主干光纤工业太环网，调度控制中心的骨干路由网，工业太网交换机和连接光纤、光配等网络组成。
主干网络布置应当以调度室、供水厂区的交换机为中心，其余的子交换机系统为以后预留接口，所有的交换机共同形成环网，并且由光纤进行连接，从而实现各个系统信号对调度室交换机的回传。交换机可采用西门子SCALANCE X-500工业交换机。工业以太网则使用西门子PROFINET 网络系统，以实现网络上的可靠性、全面的网络管理应用功能、少量的协议转化功能。
（二）恒压供水系统硬件设计
根据系统原理论述为设计模板，恒压系统设计有5台水泵（2台生活用水、3台工业用水）、网管中设15个远程水位传感器、一个控制箱（放置PID、PLC、3个16点的DI模块和8点的AI模块、1个16点的DO模块和8点的AO模块以及以太网模块等）、一整套的压力传感系统，各类系统保护装置（预警、故障信号等）和主供电回路组成。在其中，PID和PLC是系统的控制中心。
（三）恒压供水系统系统软件的设计
系统软件的设计又包括了上位机监控软件的设计以及下位机PLC软件的设计工作。上位机和下位机之间可用以太网的方式进行通信，来共同完成整体的控制系统管理功能。
上位机系统只用来实现远程的监测工作和相应的管理，通过对整个系统的运行工作动态进行显示、完成实时的数据获取与显示工作、历史数据的储存、故障自动报警功能，是整个系统的集中控制和监测系统。因为，PLC在供水系统中不要求其反应速度，因此在设计时主要的考虑方向应该在对系统的查询功能，做到以查询方式为首、中断方式为辅。
（四）恒压供水系统的核心技术
本恒压供水系统的设计是以PID控制。其工作流程为：当控制系统开始工作时，第一步，接通变频器。第二步，通过接触开关使水泵电机连接电路，进行电机的软启动；与此同时，供水管网出水口处安装的压力传感器将会把水压转化成电信号，由PLC根据回传的电信号大小与设定值的偏差，按PID的控制策略进行选择，在系统压力允许的数值内，变频器对水泵转速和工作水泵台数进行调整，达到调节管网内压力的目的。
在晚餐高峰期等情况时，用户的用水量增加，使得供水管线内压力下降，这时PLC传出相对应的控制信号，变频器经过处理，提高水泵电机转速，一直达到变频器输出等同于工频，使更多的用水输送到出水管网当中。电机从变频到工频之间的转换时间应该尽量缩短。电机脱离变频状态后，在水压的影响下，电机的转速会很快的下降，转化时间越长，导致电机启动后的电流增加就越多。所以，应该在软甲和电路的设计中加设变频和工频之间接触器的互锁。通常情况下PID连续控制的计算公式为u（t）=Kp[e（t）+1/Ki×∫e（t）dt+{Kd×de（t）}/dt]
根据不同的设计要求带入不同的参数。
结束语
只有详细的了解PLC恒压供水系统工作原理和水泵控制系统中的控制要素，在设计的时候才能更加有准备，设计出的方案也更加的实用，能够更好的为恒压供水和资源的节省做出贡献。
参考文献
[1] 杨东平.变频调速恒压供水系统综述[J].南宁职业学院学报，2010.
[2] 孙晋.可编程控制器入门及应用实例[M].中国电力出版社，2011.
[3] 彭侃.可编程控制其原理及应用[M].华南理工大学出版社，2006.
[4] 邹振春.基于模糊控制的变频恒压供水系统的研究[J].仪器仪表，2011.
[关键词]PLC 恒压 供水系统 设计重点
中图分类号：TM571.61 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）04-0380-01
现在我们所使用的水泵系统在大部分时间里都是通过额定的负荷来运行，已经不是很适合现在的用水要求了。现在几乎是全天24小时在用水，负荷量变化大，白天和夜晚的用水量不相同，基于PLC技术的现代设备来进行恒压供水，是一种有效的解决办法。它能够根据用水量的多少不同，进行自动的对水泵开启的台数和水泵转速进行调节，与此同时保证供水水压的恒定，基于PLC的恒压供水系统具有一定的实用性、经济性。调节系统可以降低总能源的消耗。对基于PLC的恒压供水系统的设计是实现其价值的基础。
一、PLC恒压供水系统工作原理
（一）PLC恒壓供水系统工作原理
恒压供水系统通过控制核心：可编程控制与变频器PLC来作为中间的枢纽，对供水管网内的压力和系统压力设计值的偏差情况作随时的跟踪与分析，其中变频器的作用是用来获取当前的实际水压值，并且与系统设定值进行比较得出其中的差值，变频器也用来作为调节器，用其内部的PID进行运算，利用PLC输出数据来做到对变频和工频的有效控制和切换，来实现对水泵使用台数与水泵电机转速的自动控制，最终达到闭环自动进行调整恒压供水，在恒压的前提下控制水流量的目标。在泵站的其他方面，控制逻辑一样是通过PLC来实现控制运行。比如：手动操作与自动操作的转换、泵站工作上的异常报警、泵站的系统自检等。如果将PLC连接在工作中的太网上，操作人员就可以用上位机对所需要保持的压力进行更改，又或者随着现场设备运行的情况自动进行水压控制。
PLC恒压供水系统主要是由两大部分组成：1.清水泵恒压控制系统、2.循环水泵控制系统。他们分别实现对生活用水的供给和工业用水的提供，两个系统也都是通过PLC恒压供水系统进行控制运行。
（二）水泵控制系统中的控制要素
水泵的控制系统主要功能是：手动和自动控制、PID自动恒压、倒泵、定时休轮、循环软启动与系统保护六大功能。
1.PLC恒压供水系统采用了手动与自动两方面监控方法。手动控制针对于设备调试、设备的检修和其他的特殊情况中的供水。手动控制系统还可以保证在自动控制系统失效的状况下进行系统运行。在正常情况下，应该调节设备到中控自动状态，实行自动运行，这样既可以减少工作量，又能够保证了供水系统的正常恒压运行。需要手动时，再由人通过电位开关来进行控制。
2.PID的自动恒压功能是在自动工作状态下存在的，只有当开关处在自动时，PID自动恒压可以根据系统设定的压力要求自动进行相应控制，经由压力传感器把管内水压转变为电流或者电压量，回馈到PID调节器中，通过PLC的控制来保证供水系统的恒压供水。
3.倒泵与定时休轮可以让水泵得到一定的休息，提高使用寿命。控制系统可以通过定时系统来记录每一台水泵的立即工作时间，再与设计数值进行比较，当达到设定数值时自动控制系统会中断该泵的工作状态，转到其他泵继续工作，这台泵的工作时间清零。依次循环，进而达到倒泵和定时休轮的作用。
4.泵组的循环软启动是泵组执行先停先起的原则，循环进行，达到节能和提高设备的利用率。清水泵要求有两台，一台工作一台备用。循环水泵则需要三台，一台备用，两台使用。制动软启动工作由PLC来控制执行。
5.PLC恒压供水系统是完全通过信息的反馈来进行有效的运行，包括系统的运行、故障信号、报警等，系统保护功能都为无源的常开点，以保持系统正常的运行。
二、基于PLC的恒压供水系统设计
（一）恒压供水系统网络平台的设计
网络结构应采用扩扑型环形式，总体的结构应采用多层网络结构，分别是：调度中心以太网、1200兆工业以太网和接入系统的网络。控制系统应该由主干光纤工业太环网，调度控制中心的骨干路由网，工业太网交换机和连接光纤、光配等网络组成。
主干网络布置应当以调度室、供水厂区的交换机为中心，其余的子交换机系统为以后预留接口，所有的交换机共同形成环网，并且由光纤进行连接，从而实现各个系统信号对调度室交换机的回传。交换机可采用西门子SCALANCE X-500工业交换机。工业以太网则使用西门子PROFINET 网络系统，以实现网络上的可靠性、全面的网络管理应用功能、少量的协议转化功能。
（二）恒压供水系统硬件设计
根据系统原理论述为设计模板，恒压系统设计有5台水泵（2台生活用水、3台工业用水）、网管中设15个远程水位传感器、一个控制箱（放置PID、PLC、3个16点的DI模块和8点的AI模块、1个16点的DO模块和8点的AO模块以及以太网模块等）、一整套的压力传感系统，各类系统保护装置（预警、故障信号等）和主供电回路组成。在其中，PID和PLC是系统的控制中心。
（三）恒压供水系统系统软件的设计
系统软件的设计又包括了上位机监控软件的设计以及下位机PLC软件的设计工作。上位机和下位机之间可用以太网的方式进行通信，来共同完成整体的控制系统管理功能。
上位机系统只用来实现远程的监测工作和相应的管理，通过对整个系统的运行工作动态进行显示、完成实时的数据获取与显示工作、历史数据的储存、故障自动报警功能，是整个系统的集中控制和监测系统。因为，PLC在供水系统中不要求其反应速度，因此在设计时主要的考虑方向应该在对系统的查询功能，做到以查询方式为首、中断方式为辅。
（四）恒压供水系统的核心技术
本恒压供水系统的设计是以PID控制。其工作流程为：当控制系统开始工作时，第一步，接通变频器。第二步，通过接触开关使水泵电机连接电路，进行电机的软启动；与此同时，供水管网出水口处安装的压力传感器将会把水压转化成电信号，由PLC根据回传的电信号大小与设定值的偏差，按PID的控制策略进行选择，在系统压力允许的数值内，变频器对水泵转速和工作水泵台数进行调整，达到调节管网内压力的目的。
在晚餐高峰期等情况时，用户的用水量增加，使得供水管线内压力下降，这时PLC传出相对应的控制信号，变频器经过处理，提高水泵电机转速，一直达到变频器输出等同于工频，使更多的用水输送到出水管网当中。电机从变频到工频之间的转换时间应该尽量缩短。电机脱离变频状态后，在水压的影响下，电机的转速会很快的下降，转化时间越长，导致电机启动后的电流增加就越多。所以，应该在软甲和电路的设计中加设变频和工频之间接触器的互锁。通常情况下PID连续控制的计算公式为u（t）=Kp[e（t）+1/Ki×∫e（t）dt+{Kd×de（t）}/dt]
根据不同的设计要求带入不同的参数。
结束语
只有详细的了解PLC恒压供水系统工作原理和水泵控制系统中的控制要素，在设计的时候才能更加有准备，设计出的方案也更加的实用，能够更好的为恒压供水和资源的节省做出贡献。
参考文献
[1] 杨东平.变频调速恒压供水系统综述[J].南宁职业学院学报，2010.
[2] 孙晋.可编程控制器入门及应用实例[M].中国电力出版社，2011.
[3] 彭侃.可编程控制其原理及应用[M].华南理工大学出版社，2006.
[4] 邹振春.基于模糊控制的变频恒压供水系统的研究[J].仪器仪表，2011.