基于PLC与变频器的水泵自动稳压供水控制系统的开发.pdf
基于PLC与变频器的水泵自动稳压供水
控制系统的开发
摘要：从我国部分行业中所应用的水泵运行情况看，缺乏足够的可靠性，同
时在自动化方面也难以满足实际需求，整体能源消耗较大。对此，为解决此问题，
本文构建并开发出基于PLC与变频器的水泵自动稳压供水控制系统，主要作用原
理就是改变水泵性能曲线，进而达到调节水泵流量的目的，最终实现恒压供水，
获得一定的节能效果。
关键词：PLC；变频器；供水系统；自动控制；设计方案
引言：
近年来，我国信息技术、计算机控制技术的飞速发展，促使可编程序控制器
(PLC)控制广泛应用到各个领域中，逐步取代了继电器控制方式，推动了各领域
自动化控制水平。但依然存在一些行业，还在使用人工控制供水系统，通过人为
操作控制水泵的开停，导致行业生产自动化管理水平不高，也无法获得足够的经
济效益，与此同时，人为操作方式也极大的增加了安全隐患。
1.
供水系统改进方案设计
以往采用工频控制方式，在启动时操作非常繁琐，需要反复操作阀门，进而
缩短寿命，同时，在起动时，也容易对电网造成较大冲击，导致出现电能资源浪
费情况，也极易造成其他电动机受到跳闸的影响停止运行。再加上设备长期处于
高速运转状态，磨损情况非常严重，严重影响其使用寿命，因此，采取PLC与变
频器改进供水系统。
（一）运用PLC控制
在供水系统中引入PLC，进而使得电气仪表实现联锁控制，在应用过程中，
需要结合系统节能、经济性要求，借助变频器的作用，以拖动的方式完成水泵的
软起动，同时也有效实施调速，最终达到经济性、合理性、高效性、节能性的目
的。该供水系统不仅具备PID闭环调节功能，也可以实现PLC逻辑控制，自动化
控制程度明显提升，更好的满足了节能性需求，同时，该系统还可以实现通信监
控，整体工作运行非常稳定，该系统被广泛应用，体现了较高价值性。该供水系
统主要的控制单元包含了PLC、压力传感器、流量传感器、变频器等，在这些部
件作用下，可以使得水管网压力实现自动控制、水泵自动切换、变频起动等功能，
[1]
极大的提升了设备自动化水平，在很大程度上提高了设备可靠性。
（二）优化后系统运行方式
以往系统一直处于连续的运行状态，弊端较多，对此，本次优化设计了三种
不同的运行方式，有手动运行、自动运行、远程控制运行，主要目的就是更好的
满足实际需求。其中，手动方式，主要针对的就是一系统发生故障；而自动方式
下，不需要人工介入，此时PLC系统会根据现场情况自动控制。如果发生故障，
则系统会自动切换到原有系统状态，同时会发出警报；而远程控制，需要通过控
制室实现操作，这需要操作人员严格按照规章制度操作。系统中带有错误提示，
同时，部分重要环节还有控制闭锁，主要目的就是防止操作人员的误操作造成不
良后果。
（三）通讯、自诊断功能
借助上位计算机与PLC之间建立通讯联系，并实时监控系统运行实况，如果
发生警报，可以及时通过上位机进行处理。在该供水节电装置中，包含了水泵驱
动单元，主要以变频器为主，还有就是PLC系统，这部分主要工作内容就是处理
压力、温度等模拟量，同时，会将水泵工作指令及时发出，并处理对应的操作指
令。此外，PLC系统还可以实现监控、打印功能。当水泵起动时，可以实现软起
[2]
动，同时，也可以针对特殊情况发出警报。
二、系统硬件设计
（一）硬件选择
在变频恒压供水控制系统中，PLC是其中的核心，主要工作内容就是采集系
统输入信号，合理控制输出单元，与外界交换数据以及实现稳压。本文所研究的
系统，选择了德国西门子公司的S7-300型的PLC，同时，选用EM235模拟量扩展
模块，主要就是保证管网压力信号可以及时传输给PLC，并向变频器传入对应的
控制信号，在该模块中，包含了四个模拟输入(AI),一个模拟输出(AO)。
2
水泵负载的阻转矩与转速的平方呈正相关，表示为T=T+KN，T为空载转