基于松下FPI-C72的變頻恒壓供水系統(tǒng)設計

張?zhí)K新，江東流

（1.蘇州高等職業(yè)技術學校，江蘇 蘇州 215000；2.江蘇安科瑞電器制造有限公司，江蘇 無錫 214400）

1 恒壓供水系統(tǒng)原理

恒壓供水控制系統(tǒng)為閉環(huán)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)的工作過程為：傳感器采集供水的壓力信號給控制系統(tǒng)，再通過變頻器的A/D轉(zhuǎn)換模塊將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，同時，變頻器的A/D轉(zhuǎn)換模塊將壓力設定值轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，兩個數(shù)據(jù)同時經(jīng)過PID控制模塊進行比較，PID控制模塊根據(jù)變頻器的參數(shù)設置進行數(shù)據(jù)處理，并將數(shù)據(jù)處理的結果以運行頻率的形式控制輸出。

以負作用為例，如果壓力在上升接近設定值的過程中，上升速度過快，PID運算也會自動減少執(zhí)行量，從而穩(wěn)定壓力。供水壓力經(jīng)PID調(diào)節(jié)后的輸出量，通過交流接觸器組進行切換控制水泵電動機。在水網(wǎng)中的用水量增大時，會出一臺“變頻泵”效率不夠的情況，這時就需要其他水泵以工頻的形式參與供水，交流接觸器組就負責水泵的切換，由PLC控制各個接觸器，另外，是工頻供電或者是交頻供電，按需要選擇水泵的運行情況。

2 恒壓供水控制要求

PLC在控制系統(tǒng)的作用是控制交流接觸器組進行工頻/變頻的切換和水泵工作數(shù)量的調(diào)整。由電路設計中，一共有3個水泵，需要6個交流接觸器,其中交流接觸器組中的KM0與KM1分別控制1號水泵的變頻運行和工頻運行，而KM2和KM3則控制2號水泵的變頻與工頻，KM4與KM5控制3號水泵的變頻起動，考慮到操作的安全，并沒有把3號水泵的工頻運行連接，沒有實現(xiàn)3臺水泵同時工頻。

本系統(tǒng)的具體運行要求為：系統(tǒng)起動時，1號水泵以變頻方式運行；當變頻器的運行頻率超出設定值時輸出一個上限信號，PLC通過這個上限信號后將1號水泵由變頻運行轉(zhuǎn)為工頻運行，2號水泵變頻起動；如果再次接收到變頻器上輸出信號，2號水泵由變頻轉(zhuǎn)為工頻，同時3號水泵變頻運行。如果變頻器頻率偏低，即壓力過高，輸出的下限信號，2號水泵頻率起動；最后，再次收到下限信號，只剩下1號水泵變頻工作。

3 恒壓供水控制系統(tǒng)硬件設計

選用的主控器為日本的松下電工生產(chǎn)的小型PLC，該PLC主要有C14、C16、C21、C24、C40、C72等多種規(guī)格，它集CPU、I/O、通信等諸多功能模塊為一體，F(xiàn)PI分為主機、擴展、智能單元三種，主機包括14點、16個和72點等，擴展單元包括8點、16點、24點等，智能單元包括遠程I/O單元，網(wǎng)絡單元、A/D單元、D/A單元等。

本文選用FPI-C72型號，該模塊一共有40個輸入點和32個輸出點，能夠滿足控制系統(tǒng)要求。

變頻器選用三菱公司的FR-A740，在PID控制下，使用一個標準輸出信號為4～20mA、量程為0～0.5MPa的傳感器作為反饋信號與變頻器的給定信號進行比較來調(diào)節(jié)是泵的供水壓力，設定值通過變頻器的2和5端口給定。如果需要校準時，用參數(shù)902和905校正傳感器的輸出，在變頻器停止時，在PU模式下輸入設定值。本系統(tǒng)的電路主要包括主電路、PLC控制電路和變頻器控制電路。主電路主要控制3個電動機；PLC回路的輸出斷電控制接觸器線圈，并將其進行互鎖，防止它們同時閉合使變頻器接入電源輸入端。

變頻器控制回路中，變頻器起動運行靠PLC的Y0控制，頻率檢測的上/下限信號分別通過變頻器的輸出端子功能FU、OL輸出至PLC的X4、X5輸入端。PLC的X3輸入端為手自動切換信號輸入，變頻器RT輸入端為手/自動切換調(diào)整時，PID控制是否有效，由于PLC的輸出端Y1供給信號。故障報警輸出與PLC的X2與COM端，當系統(tǒng)發(fā)生故障時輸出信號給PLC，由PLC立即控制Y0斷開，停止輸出。PLC輸入端有3個按鈕，分比為啟動按鈕、停止按鈕和手自動切換，組合開關控制變頻工頻的啟動和切換。在自動控制時由壓力傳感器發(fā)出的信號和被控制信號進行比較，通過PID調(diào)節(jié)輸出一個頻率可變信號改變供水量的大小，從而改變壓力的大小，實現(xiàn)恒壓供水控制。

4 恒壓供水控制系統(tǒng)軟件設計

根據(jù)控制系統(tǒng)的要求，系統(tǒng)上電進入開始狀態(tài)。如果切換開關打在手動運行模式時，則根據(jù)操作人員的輸入情況，執(zhí)行相應操作，如果是自動運行模式，則進入到起動變頻器和保持現(xiàn)有的運行狀態(tài)。接著判斷實時頻率，如果頻率達到上限，則需要增加切換，此時供水壓力低，需要增加水泵的工作數(shù)量，如果頻率達到下限，則減小切換，此時供水壓力高，需要減小是泵的工作數(shù)量，如果頻率在上下限區(qū)間內(nèi)，則不需要調(diào)整。最后都回到起動和保持狀態(tài)。

5 結語

隨著高層建筑的發(fā)展，一種變頻恒壓供水系統(tǒng)產(chǎn)生。該供水方式相比于傳統(tǒng)水塔、氣壓供水等具有高效節(jié)能、自動化程度高、運行合理和能對水泵實現(xiàn)軟停和軟起動等特點。本文在此基礎上設計了一套基于松下PLC的變頻恒壓供水系統(tǒng)，實現(xiàn)了水泵電機的無級調(diào)速，主回路通過6個接觸器對3個水泵電機實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)控制。軟件上，通過控制要求，對系統(tǒng)的PLC程序進行了設計，實現(xiàn)了手動和自動切換運行模式，最終完成了變頻恒壓供水系統(tǒng)的設計。