一、选题背景及其依据

目前，居民生活用水和工业用水需求正日益增加。由于居民日常用水和工业用水会随季节、昼夜等变化而随之发生变化，如采取传统的供水方式不仅影响生活也不利于资源的优化配置。传统的供水系统已经不能满足人们的需求，为了能更合理的分配资源，使能最大限的为人们所用，可采用智能恒压供水方式来代替传统的供水系统，以达到供水稳定，满足人们需求，合理优化分配等目的。采用PLC控制的供水系统可靠性高、灵活性好、维护比较方便、开发周期短、可以完成更为复杂的控制任务^[1]。因此，PLC控制系统大大弥补传统供水系统的不足，从技术革新上跨越了一大步，使当代人们的日常生活更加秩序和方便，从而对城市的运作和国家的发展做出了不小的贡献。正是由于PLC供水系统具有可靠性高、灵活性好、维护更加方便等优点，PLC已经正以很快的速度发展并将成为发展主流。因此，在国内外，PLC恒压供水系统的应用前景有着很大的普遍需求性和很高的实用价值。

采用智能恒压供水系统设计应该从节能科技的实践出发，体现变频调速技术在高楼给水设备中的应用。智能水压控制系统的基本控制策略是：采用电动机调速装置与可编程控制器（PLC）构成控制系统，进行优化控制,完成供水压力的恒定控制，从而使管网流量变化时达到稳定供水压力和节约电能的目的^[2]。系统的控制目标是泵站总管的出水压力，系统设定的给水压力值与反馈的总管压力实际值进行比较，其差值输入变频器运算处理后，发出控制指令，控制泵电动机的投运台数和运行变量泵电动机的转速，从而达到给水总管压力稳定在设定的压力值上来达到目的^[3]。而以变频器为核心结合PLC组成的控制系统具有高可靠性、强抗干扰能力、组合灵活、编程简单、维修方便和低成本低能耗等诸多特点，采用该系统进行供水可以提高供水系统的稳定性和可靠性，可方便地实现供水系统的集中管理与监控;同时系统具有良好节能性，这在能量日益紧缺的今天尤为重要。所以研究设计该系统对于提高企业效率以及人民的生活水平、降低能耗等方面具有重要的现实意义。

二、国内外的发展状况以及采用的方法

智能恒压供水是在变频调速技术的发展之后逐渐发展起来的。一般设计包括西门子S7-200/300的硬件结构和硬件组态、指令系统、程序结构、编程软件和仿真软件，系统采用易学易用的开关量控制系统的编程方法^[4,5]。包括各种通信网络、通信服务的组态和编程的方法，以及网络控制系统的故障诊断方法，在早期，国外生产的变频器的功能主要限定在频率控制、升降速控制、正反转控制、起制动控制、变压变频比控制及各种保护功能。在刚开始时，国外的恒压供水工程在设计时都采用一台变频器只带一台水泵机组的方式，几乎没有用一台变频器拖动多台水泵机组运行的情况，因为投资成本高。随着变频技术的发展和变频恒压供水系统的稳定性、可靠性以及自动化程度高等方面的优点以及显著的节能效果被大家发现和认可后，国外许多生产变频器的厂家开始重视并推出具有恒压供水功能的变频器。它将PID调节器和PLC可编程控制器等硬件集成在变频器控制基板上，通过设置指令代码实现PLC和PID等电控系统的功能，只要搭载配套的恒压供水单元，便可直接控制多个内置的电磁接触器工作，可构成最多七台电机(泵)的供水系统^[6]。目前大部分是采用西门子S7-200系列 PLC作为控制核心,设计一种高可靠性的恒压供水控制系统。该系统能够保证供水压力的恒定,还有完善的保护、报警功能及节能效果^[7]。而系统硬件组成恒压供水的基本控制要求是对水流压力的实时测定结果经过PID调节器调节后输入到变频器进行变频调节,变频器控制1台或者循环控制多台水泵运行,从而实现整个供水网络水压的恒定。为了提高可靠性和节能效果,系统还根据压力的设定,对泵体采用”先开先停”的原则;为了防止其中某一台泵过长时间运行,采用了定时运行的方式,定时进行泵体之间的自动切换,这样也可以防止某一台泵体长时间不用而锈坏;为了满足检修和应急的要求,设置了手动操作功能;另外,系统还有防止水池被抽空的功能。

近年来，国内有许多公司在从事变频恒压供水设备的研制和生产，但国内变频器主要采用进口元件组装，结合PLC、PID调节器、单片机实现恒压供水^[8]。但国产变频器发展较快，已占领了相当部分小容量变频恒压供水市场。但在大功率大容量的变频器上，国产变频器有待于进一步的改进和完善。水管的管网压力的闭环调节及多台水泵的循环控制，有的采用可编程控制器(PLC)及相应的软件予以实现;有的采用单片机及相应的软件予以实现^[9,10]。但在系统的动态性能、稳定性能、抗干扰性能以及开放性等多方面的综合技术指标来说，还远远没能达到所有用户的要求^[11]。我们可以应用仿真软件在计算机上运行PLC用户程序，通过梯形图的经验设计法、继电器电路转换法和顺序控制设计法，以及使用顺序功能图语言S7 Graph的设计方法进行调节^[12]。这些方法易学易用，可以节约大量的设计时间。我们有待于进一步研究改善智能恒压供水系统的性能，使其能被更好的应用于生活、生产实践中。

参考文献：

[1] 廖常初.s7 300/40PLC应用技术[M],北京: 机械工业出版社

[2] 李道霖.电气控制与PLC原理及应用[M],北京:电子工业出版社

[3] 孙玲,洪雪峰.基于PLC和模糊PID控制的恒压供水系统设计[J].自动化与仪器仪表.2010(06):35-37