摘 要：介绍了采用带PID功能的西门子S7-300可编程控制器控制变频器进行水位调节，系统存在工作可靠，使用方便，水位稳定，无冲击等优越性。
关键词：PLC；恒水位供水；变频器；PID控制
1 概述
曲靖卷烟厂的供水系统如图1所示，三台水泵将蓄水池中的水加压后供生产、消防、生活和绿化用水，系统中并联35m水塔，起到稳定供水压力、高峰期补水的作用。水泵的启停由35m水塔浮子开关控制，水位在400mm以下时水泵启动，水位达到2200mm以上时水泵停止，三台水泵由软启动器驱动。
供水系统存在的问题是：
（1）水泵启动的瞬间，对电网造成一定的冲击。水泵启动时，易产生水锤效应，对加压管道和水塔出水单向阀造成较大的冲击，破坏性大，安全隐患大。（2）水塔水位的波动较大，且这种供水方式无法对供水管网的压力做出及时的反应，供水质量差，供水压力波动对生产造成严重的影响。（3）水位检测采用浮子开关，容易卡滞，可靠性差。（4）水泵全负荷运行，频繁启停，能耗较高且使用寿命缩短。
2 改造方案的提出
针对此供水系统存在的不足，为了提高供水质量，提高系统的稳定性和可靠性，我们提出使用PLC和变频器改造成恒水位供水系统，保证水塔水位恒定，也就能保证系统恒压供水。
3 改造方案实施
3.1 控制系统设计
其中PLC可编程控制器系统根据设定的水位值与反馈的实际值进行比较，其差值经PID运算处理后，发出控制指令，控制水泵的投运台数和水泵电机的转速，从而达到水塔水位稳定在设定值附近。
3.2 水泵的控制策略
PLC自动累计三台水泵电机的运行时间，水泵电机的切换采用连续运行24小时即自动停止，当水位降低水位时，启动两台备用水泵中总运行时间最短的那台。若一台水泵运行在50Hz仍不能满足供水，水位继续下降至1800mm时，则系统会自动运行总运行时间较短的备用泵。水泵电机是根据水位检测当前水位值送入PLC和给定值之间偏差进行PID运算，从而控制变频器的输出电压和频率，进而改变水泵电机的转速来改变供水量，使水塔水位稳定，达到供水管网压力的恒定。
3.3 控制系统的选型
本系统选用西门子S7-300型PLC、变频器选用丹佛斯FC300型、水位传感器选用E+H超声波液位计、人机界面选用WINCC7.02。其中PLC控制系统采用分布式控制系统，PLC主站安装在控制室的主控制柜内，35m水塔装有从站，主、从站通过Profibus网络通讯。
3.4 程序设计
程序功能包含工作模式、模拟量输入输出处理、水泵自动选择、水塔水位的PID控制、声光报警等功能。
系统的工作模式有手动运行和自动运行两种，考虑到系统的可靠性，当自动模式出故障时，系统能切换到手动运行模式，可以通过控制柜的按钮进行对系统手动操作，为了保证水塔水位，不影响供水质量，在水塔上同时装了两块E+H超声波水位计，一块接入PLC，另一块接入操作室的二次显示表。当接入PLC的水位计故障或PLC系统故障时，可通过变频器的手操板控制变频器运行。
3.6 系统的调试
根据现场测试水塔水位在1800-2200mm之间，供水压力稳定，能够满足生产、生活用水的需求。水塔水位的下下限设为1800mm，下限设为1900mm，上限设为2100mm，上上限设为2200mm，整定PID控制参数后，获得了理想的效果，图6是2#泵供水时水塔水位与运行频率的趋势图，从图中可以看出，水塔水位十分稳定。
4 结束语
文章针对曲靖卷烟厂生产、消防、生活和绿化用水的特点，摒弃原软启动控制装置，重新设计开发了一套基于PLC的变频恒水位供水自动控制系统。该系统不仅有效地保证了供水系统水压的恒定，而且具有工作安全可靠、施工简单、节能效果显着、全自动控制、无二次污染等优点。
参考文献
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[3]李军.WinCC组态技巧与技术问答[M].机械工业出版社，2013，1.
[4]丹佛斯变频器FC300设计指南[Z].2008，7.
[5]丹佛斯变频器FC300编程指南[Z].2011，6.
作者简介：王勤标，男，本科学历，工程师，研究方向：计算机应用。
