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 指针方式控制液位变送器恒压供水：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 模块控制液位变送器的多段速。从而保持管道的压力恒定，达到供水稳定、节能降耗的目的。
传统的供水方式分为两种控制方式：地衣、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、液位变送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# 泵由液位变送器 PID 控制，3# 泵为辅泵由 PLC 作多段速控制，高速、中速会根据 2# 泵反馈的频聅hou唬蛔远Ｊ较氯?3# 泵作为主泵运行，则 3# 泵由液位变送器 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# 反馈的频聅hou弧Ｉ杓?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：
地衣，恒压供水系统会通过液位变送器来改变泵频率，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，水泵使用液位变送器控制，可以在液位变送器中设定加速时间、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液位变送器频率；3. 频率输出（电信号 4-20mA）通过液位变送器输出给 PLC 反馈信号，根据反馈信号控制另一台泵频率。另外还有液位变送器故障输出常开点、液位变送器运行输出常开点接入 PLC，通过 PLC 实时监测液位变送器的工作情况，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）。因为液位变送器输出的 4-20mA 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液位变送器频率，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# 液位变送器启动或者 3# 液位变送器启动→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。
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，如今液位变送器一般都内置 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 模块即可控制液位变送器多段速调节，将自带PID 调节器的液位变送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 指针方式控制及液位变送器 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。
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