一种基于PLC的变频恒压供水控制系统技术领域
本实用新型涉及供水技术领域，特别涉及一种基于PLC的变频恒压供水控制系统。
背景技术
我国是世界上人口最多的国家，人口基数大，人均资源占有率低，用水效率很低。
水资源浪费严重、污染严重，同时海水和再生水等非传统水资源利用量也较少。城市管网的
水压一般只能保证6层以下楼房的正常供水，其余以上各层必须升压才能满足供水要求。传
统供水模式一般采用传统的水塔，高位水箱、低位水池或气压罐供水设备，水池和水箱会导
致“水资源的二次污染”，长期饮用就会影响人的身体健康。而传统的水塔供水方式暴露了
很多缺点：用水高低峰的不平衡，水压不稳，管道阀门易损坏，维修保养费用过高，水的二次
污染等等。
有鉴于此，特提出本实用新型，以改正上述现有技术的不足之处。
实用新型内容
针对上述现有技术，本实用新型要解决的技术问题是提供一种基于PLC的变频恒
压供水控制系统，该系统可解决恒压供水，实现水压稳定，达到节能环保的目的。
为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种基于PLC的变频恒压供水控制系
统，其包括PLC控制器、变频器、压力传感器、水泵机组、液位传感器、水池，所述水池里的水
经过水管网路流向用户，所述水泵机组安装于通向用户管网的水管上，所述压力传感器安
装于出水管口处，所述液位传感器安装于水池内，所述变频器、压力传感器、液位传感器分
别与PLC控制器电连接，所述变频器还与水泵机组电连接。
本实用新型的进一步改进为，所述水泵机组包括一台变频水泵，与变频水泵并联
的两台工频水泵，所述变频水泵由变频器控制，两台工频水泵由PLC控制器控制。
本实用新型的进一步改进为，所述PLC控制器为可编程控制器，具体型号为西门子
S7-200型PLC-CPU226。
本实用新型的进一步改进为，所述变频器采用ACS510变频器。
本实用新型的进一步改进为，所述压力传感器采用电阻式传感器或压变式传感
器。
本实用新型的进一步改进为，一台变频水泵和两台工频水泵都设有软启动。
相较于现有技术，本实用新型利用PLC控制器使变频器控制一台变频水泵或PLC控
制器循环控制多台工频水泵，实现管网水压的恒定和水泵电机的软起动以及变频水泵与工
频水泵的切换。本实用新型可解决恒压供水，实现水压稳定，达到节能环保的目的。
附图说明
图1是本实用新型的原理结构框图。
图中各部件名称如下：
1—PLC控制器;
2—变频器;
3—压力传感器;
4—水泵机组;
5—液位传感器;
6—水池。
具体实施方式
下面结合附图说明及具体实施方式对本实用新型进一步说明，附图中类似的元件
标号代表类似的元件。
如图1所示，本实用新型的基于PLC的变频恒压供水控制系统，其包括PLC控制器1、
变频器2、压力传感器3、水泵机组4、液位传感器5、水池6，所述水池6里的水经过水管网路流
向用户，所述水泵机组4安装于通向用户管网的水管上，所述压力传感器3安装于出水管口
处，所述液位传感器5安装于水池6内，所述变频器2、压力传感器3、液位传感器5分别与PLC
控制器1电连接，所述变频器2还与水泵机组4电连接。
具体地，如图1所示，所述水泵机组4包括一台变频水泵M1，与变频水泵并联的两台
工频水泵M2、M3，所述变频水泵M1由变频器2控制，两台工频水泵M2、M3由PLC控制器1控制。
所述PLC控制器1为可编程控制器，具体型号为西门子S7-200型PLC-CPU226。所述变频器2采
用ACS510变频器。所述压力传感器3采用电阻式传感器或压变式传感器。三台水泵都设有软
启动，每台泵的出水管均安装有手动阀，以供维修和人为调节水量之用，三台水泵协调工作
以满足用户供水需求。
本实用新型的基本控制要求是：采用电动机调速装置与可编程控制器(PLC)构成
控制系统，控制水泵机组4的调速运行，并自动调节水泵机组4的运行台数，完成供水压力的
闭环控制，在用户管网流量发生变化时达到稳定供水压力和节能的目的。该系统的控制目
标是水泵总管的出水压力，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
差值输入可编程控制器(PLC)的中央控制器（CPU）进行运算处理后，发出控制指令，控制水
泵的运行台数和运行变频泵电动机的转速，从而使水总管压力稳定。
本实用新型的结构图如图1所示：整个系统由三台水泵，一个变频器2，一个可编程
控制器（PLC）和一个压力传感器3及若干辅助部件构成一个完整的闭环调节系统。每台泵的
出水管均安装有手动阀，以供维修和人为调节水量之用，三台水泵协调工作以满足用户供
水需求；该系统中压力传感器3一般采用电阻式传感器(反馈0～5V电压信号)或压变式传感
器(反馈4～20mA电流)；变频器2是整个系统的核心，通过改变电机输入频率实现电机的无
极调速、无波动稳压的效果等各项功能。
该系统运行流程：变频器2内部自带的比例积分微分（PID）调节器，进行优化算法
使得水压调节平滑且稳定，保持供水管道内部水压的恒定。PID参数在线调试简单，不仅极
大地降低了生产成本，而且大大提高了工作效率。该系统的供水模式与过去的低位水池或
高位水箱以及气压罐供水方式相比，该系统无论是在设备的投资，节能，还是系统的稳定
性、安全性、健康环保等方面都有巨大的优势。
本实用新型的工作原理：本实用新型采用3台水泵并联运行方式，主要由变频器2、
可编程控制器(PLC)、压力传感器3和水泵机组4一起组成一个完整的闭环调节系统。通过出
水管口上安装的压力传感器3, 把水压信号转换成为4 ～ 20mA的电流信号或者0 ～ 5V的
电压信号送给可编程控制器(PLC)，运算处理后得出一稳定的标准压力参数。通过和标准的
压力参数进行比较后送入变频器2内部自带的比例积分微分（PID）调节器, 经运算后得出
调节参数,送入变频器2。变频器2是整个供水系统的核心，由变频器2控制变频水泵M1的转
速, 调节供水系统供水量, 使供水系统管网内水压保持在恒定值。当用水量超过一台水泵
的供水量时, 通过可编程控制器（PLC）控制工频水泵的增加。可编程控制器（PLC）根据用水
量的多少控制工作水泵的数量，变频器2控制变频水泵的调速, 实现恒压供水。当供水负载
变化时, 输入电机的频率也随之变化,构成了以标准压力为基准的闭环控制系统。即用水
量增加时，输入电机的频率升高，供水量增大，电机转速加快；用水量降低时，输入电机的频
率降低，供水量减小，电机转速减慢。
控制流程:
(1)手动运行时，按下按钮停止水泵工频运行，完全脱离可编程控制器（PLC）及变
频器2的控制，该功能主要用在系统检修时及自动系统出现故障时的应急供水方式中。
(2)自动运行时，全部水泵的运行依程序自动工作。系统通电，接收到有效的启动
信号后，首先启动变频器2使变频水泵M1工作，压力传感器3检测管道内部实际压力送给可
编程控制器（PLC），根据实际压力与设定标准压力的偏差，调节输出频率，变频器2控制变频
水泵M1的转速，当检测到出水口的压力达到设定标准值时，变频器2控制转速稳定到设定
值，这期间变频水泵M1工作在变频状态。
(3)当用水量增加压力传感器3反馈的水压信号减小时，调节偏差变大，可编程控
制器（PLC）的输出信号变大，输出频率变大，变频器2控制变频水泵M1的转速增大，供水量增
大，最终水管内部压力达到一个新的稳定值。
(4)当用水高峰期用水量一直增加，输出频率达到变频器2上限频率50Hz，若此时
出水口压力传感器2检测到的实际压力小于设定的标准压力，并且满足增加水泵的条件时，
在变频循环式的控制方式下，可编程控制器（PLC）控制工频水泵M2工频运行，同时变频水泵
M1做变频运行，可编程控制器（PLC）控制对水压的闭环调节，直到水压达到设定标准值为
止。如果用水量持续不断增加，可编程控制器（PLC）控制另一台工频水泵M3运行。
(5)当用水量下降压力传感器3反馈的水压信号升高，输出频率下降到变频器下
限频率时，若此时出水口压力传感器3检测到的实际压力大于设定的标准压力，并且满足减
少水泵的条件时，可编程控制器（PLC）将工频水泵M2关掉，恢复可编程控制器（PLC）控制对
水压的闭环调节，直到水压达到设定标准值为止。当用水量持续不断下降，可编程控制器
（PLC）控制另一台工频水泵M3停止运转。
本实用新型相对于现有技术的有益效果：
1、该系统实行闭环供水充分利用自来水管网的压力，将符合国家标准的饮用水直
接供用给每一个用户，使水不必经过低位水池，和高位水箱，有效地防止了“水资源的二次
污染”;
用变频器进行调速进行恒压供水，节能效果显著，能电能节能20%-40%，水能节能
30%-60%。能实现绿色用电用水，大大减少资源的浪费;
3、该系统整体体积很小，减少了供水系统的占地面积，节省了大量的建筑和设备
的投资，能节约总投资的70%;配置灵活，功能齐全，灵活可靠;
5、自动化程度高，通过电脑监测和自动控制，可以实现无人看守，节约了大量的人
力和物力;
6、当出现紧急的情况(如突然停水、断电、水泵、变频器或软启动器发生故障等)
时，系统能根据水泵及变频器或软启动器的状态，电网状况及水源水位，管网压力等工况点
自动进行切换，保证管网内压力恒定。在故障发生时，执行专门的故障程序，保证在紧急情
况下的仍能进行正常供水;
7、运行合理，一天内的平均转速下降，水泵轴上的平均扭矩和磨损减少，水泵的寿
命将大大提高;
8、免去了水池和水箱的清洗和消毒，节省了日常水池和水箱的清洗和消毒费用。
本实用新型的优点在于，本实用新型利用PLC控制器使变频器控制一台变频水泵
或PLC控制器循环控制多台工频水泵，实现管网水压的恒定和水泵电机的软起动以及变频
水泵与工频水泵的切换。本实用新型可解决恒压供水，实现水压稳定，达到节能环保的目
的。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能
认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术
人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视
为属于本实用新型的保护范围。