摘要：城市用水量在一天內并不是一成不變的（如居民生活用水在下班后會增加），供水壓力僅靠人工手動調節是很難緩解的，導致供水壓力在用水需求量較大時不夠、在用水需求量較小時過大的現象，資源被極大地浪費了。為有效解決這一問題，將先金的自動化技術、網絡通訊技術及控制手段等融合到自來水廠的變頻恒壓供水系統，通過用戶的用水需求來對供水量進行自動調節，并且保持供水管網壓力在一個恒定值就迫在眉睫了，這正是本文的研究出發點。相較于傳統的高位水箱、水塔及壓力罐供水模式，利用變頻器、傳感器、PLC 等器件的有機組合構成的 PLC 變頻恒壓供水系統，具有較高的系統穩定性、運行經濟性及節能性，極大地降低了設備投資成本，并且當用戶的用水需求發生變化時，供水管網壓力仍然保持在一個恒定值。
1 自來水廠 PLC 變頻恒壓供水系統的總體架構
自來水廠 PLC 變頻恒壓供水系統的總體架構如圖1所示，其主要是利用 PLC 控制一臺變頻器拖動一臺電動機的啟動、運行與調速，其余電機采用軟啟動啟動。當變頻電機調速不能滿足供水水壓時，啟動軟啟動電機，根據輸出水壓自動調整變頻電機速度。采用循環使用的運行方式來實現管網壓力的恒定和水泵電機的變頻運行和工頻運行的切換。
根據設計功能和供水環境的特點，系統采用了如下三層控制結構 ：（1）變頻調速器。水泵的轉速由變頻器來進行調節，水泵的頻率由變頻器內置的 PID 調節器來實現模糊調節，從而實現用戶用水需求量發生變化時，出水量能夠相應地快速變化，保持供水管網壓力保持在一個恒定值 ；（2）可編程邏輯控制器 PLC。系統自動控制程序被安裝在 PLC 中，開關、按鈕、模擬量信號和其他開關量信號輸入被其采集，變頻器、軟啟動器等電氣元件能夠被其發出的開關信號所控制，從而實現水泵的投切及工頻、變頻的轉換。此外，當供水系統運行中出現異常情況時，PLC 可以通過采集到的信號來對異常狀況進行快速分析判斷，并根據分析判斷結果來向工作人員發出警報 ；（3）上位機人機界面。系統參數的設定與修改、遠程控制指令的下發等操作由上位機人機界面負責實施。
2 自來水廠 PLC 變頻恒壓供水系統的功能設計
地衣，手動控制和全自動控制兩種模式。在系統調試和水泵檢修時通常采用手動控制模式，通過手動啟停控制面板上的啟動按鈕來實現任意一臺水泵的工頻軟啟動和停止操作，從而對水泵的運轉是否正常進行分析判斷 ；全自動控制模式則用于系統正常運行時，通過預先設置好的運行參數和手動按下控制面板上的啟動按鈕，就能夠根據用戶用水量需求的變化和預先設置好的參數來對水泵運行臺數和運行轉速進行自動調節，從而確保系統處于#優運行狀態，達到安全可靠運行和節能的效果。
第二，管網供水壓力的閉環控制。管網壓力數據通過壓力變送器得以實時采集，PLC 的模擬量采集模塊接收管網壓力數據后，經過 A/D 轉換來轉變為數字信號并傳輸給 PLC 的內置 PID 調節器，管網供水壓力的閉環控制就可以通過 PID 調節得以實現。
第三，設置管網壓力參數。供水壓力在不同供水環境下是存在顯著差異的，通過壓力范圍設定，系統可以根據環境變化或用戶需求來自行設置管網壓力參數。
第四，變頻器運行狀態的實時監控。變頻器的各類運行狀態數據（如輸入電壓、輸出電壓、運行頻率、運行功率、輸入電流、輸出電流等）處于系統的實時監控下。
第五，設置重要參數的報警值。系統運行過程中難免會發生一些突發事件或故障，此時就需要通過設置重要參數的報警值來提醒工作人員及時進行檢查維修，避免故障的進一步蔓延（如軟啟動器故障報警、管網超壓報警及電機過流報警等）。以管網超壓報警為例，當供水管網的壓力值超過設定極限值時，系統就會根據預先設置好的信號來進行分析判斷并采取必要的處理結果（發出聲光警報信號或自動停機），防止事故的發生。
第六，遠程通訊功能。上位機人接界面可以和通訊柜中的PLC 進行通訊，各水泵的運行狀態及其他設備的運行參數被遠程傳輸給上位機，同時上位機下發的控制指令也會遠程下達給各類現場設備，從而實現系統整體運行狀態的遠程監控。
第七，人機交流。通過良好的人接界面，上位機與工作人員間可以進行直觀且簡單的交流（如工作人員在上位機上設置系統運行參數、查詢某臺水泵的歷史運行數據和報警信息、遠程遙控現場設備的啟停等，生成和打印供水報表等）。第八，擴展和升級。系統在硬件選型時預留出一部分 I/O 點數和繼電器數量，方便日后系統擴展和系統升級用。
3 結束語
為改變傳統的人工手動控制局面，自來水廠必須將先金的自動化技術、網絡通訊技術及控制手段等融合到變頻恒壓供水系統中，通過用戶的用水需求來對供水量進行自動調節，從而解決人工手動控制對供水管網壓力變化響應不及時、設備運行安全無法得到有效保障、資源浪費嚴重等問題，在提高供水系統自動控制水平和控制質量的基礎上，切實降低自來水廠的生產運營成本，提高經濟效益。
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