1控制系统组成
高层建筑小区一般采用三泵轮流运行进行供水，当用户用水少时，使用1台泵变频或工频运行供水;当用户用水量多时，采用1台泵工频运行、1台泵变频运行供水;或者是采用2台泵工频运行、1台泵变频运行供水。系统供水使用泵的台数完全根据用户用水量的多少，由PLC控制程序自动执行。当小区发生火灾，PLC控制系统接收到火灾报警信号时，则关闭生活供水管网，3台泵全部作消防用水使用，并根据消防用水量的大小，在维持消防供水高恒压下，系统自动控制3台泵投入的台数。当火灾结束后，3台泵又恢复为生活供水。
2系统控制要求
对三泵生活/消防双供水系统的基本要求:1)生活供水时，系统应根据生活供水压力要求，使供水管道压力处在低恒压值下;2)消防供水时，系统应满足消防供水的压力要求，使供水管道处于高恒压值下;3)在用水量小的情况下，如果一台泵连续运行时间超过3h，则要切换到下一台泵，即系统具有“倒泵功能”，避免一台泵工作时间过长;4)采用MCGS对系统实时监控，具有完善的监控报警功能;5)系统具有自动/手动控制功能，手动只在应急或检修时使用。
3控制系统设计
3．1系统设备选型
控制设备选用西门子公司生产的S7－200CPU226PLC，由于要使用供水管道的压力值进行闭环控制，所以还要选用一个模拟量功能模块EM235(4AI/2AO)。控制水泵电机的变频器则选用西门子公司生产的风机、水泵专用变频器MM430。
3．2主电路设计
3台水泵控制系统的主电路。其中，QF1、QF3、QF5分别控制1#、2#、3#水泵的变频运行电源，QF2、QF4、QF6分别控制1#、2#、3#水泵的工频运行电源;KM1、KM3、KM5分别控制1#、2#、3#水泵的MM430变频器运行，KM2、KM4、KM6分别控制1#、2#、3#水泵的工频运行。为增加系统运行的可靠性，每一台水泵使用一台变频器单独进行变频控制，这样虽然增加了成本，但控制系统更为可靠、安全。同时，为了防止工频电源向变频器反送电，在KM7与KM2之间，KM8与KM4之间，KM9与KM6之间增加电气互锁。
3．3控制电路设计
以1#泵为例进行说明，泵进行工频运行时，就不能进行变频运行，反之亦然。生活供水时，管道的压力值设为最大值的70%，消防供水时压力值设为最大值的90%。泵的运行可以是一泵工频运行、一泵变频运行，也可以是两泵工频运行、一泵变频运行。泵的工频、变频运行切换，由PLC程序定时采样管道的压力进行PID运算，控制变频器的运行频率，当变频器的频率达到49．5Hz时，PLC程序控制变频器进行变频、工频切换，同时启动第二台水泵变频运行，直到管道压力达到设定值。当管道压力超过设定值时，PLC程序就要实施减泵操作，将工频运行的泵切换到变频运行，再到切除该泵运行，直到管道压力值降到设定值。当PLC控制系统接收到消防报警信号时，系统立即停止生活供水，开启消防供水，3台水泵同时工频运行，这样设计可大大提高系统供水的可靠性。PLC程序同时还要监控储水池水位的高低，火灾报警指示，报警电铃，变频器故障报警指示等。
3．4PLC控制系统程序包括控制
3台水泵工频、变频运行的主程序;出现故障和报警信号时才调用的报警子程序;对采集的模拟量信号进行PID运算的中断子程序。其中水泵的变频、工频切换要设定一个频率切换点，一般以变频器频率达到49．5Hz时，将水泵从变频运行切换到工频运行;水泵的工频、变频切换则根据检测到的供水管道的压力进行判断，当管道压力大于设定压力时，将水泵从工频运行切换到变频运行。程序中的PID运算结果则控制变频器的输出频率值。
3．5MM430变频器参数设置
MM430变频器是西门子公司生产的用于水泵节能运行的专用变频器，其自身就具有PID运算功能，能通过模拟量变化实时改变变频器的输出频率。将PLC的功能模块EM235输出的模拟量传到变频器的模拟量输入AIN1端子，就可以改变变频器的输出频率了，此时将参数P1000设为2，再将变频器的频率到达参数P731设为49．5Hz，将门限频率P2155设为49．5Hz，即可将变频器到达门限频率时的信号传给PLC，从而使PLC将变频器从变频运行切换到工频运行。
4MCGS监控系统运行界面
设计MCGS监控界面，将界面中各元件与PLC输入、输出通信，MCGS组态软件就能将现场的各种信号实时地反应在监控画面上，同时还能使工作人员根据报警信息及时发现出现故障的事故点。同时系统具有自动/手动控制功能，当系统设置在自动控制状态时，启动水泵，系统会根据检测到的供水管道压力，在PLC程序控制下自动调节水泵开启台数以及工频运行、变频运行水泵台数。手动只在应急或检修时使用，这时可根据图6手动监控界面提供的功能，根据实际需要启动1#泵、2#泵和3#泵，并可选择工频运行方式或变频运行方式。
5结束语
作为高层建筑生活、消防的双恒压无塔供水系统，其控制技术已日臻成熟，但在PLC、变频器组成的控制系统中，加进MCGS监控，将各种信号采集到监控界面中，能使各种信号的变化实时显示在监控屏上，更方便工作人员操作。经实验检验，基于MCGS监控的双恒压无塔供水系统操作性、可靠性和稳定性都达到设计要求，是一种值得推广的控制系统。
作者：童克波 张婧瑜 单位：兰州石化职业技术学院电子电气工程系
