變頻恒壓供水系統智能化改造

李世源

摘 要：文章著重闡述一種變頻恒壓供水控制系統的故障判斷、報警和故障處理功能的實現過程。與以往的變頻恒壓控制系統相比，具有較為智能控制的功能。能根據故障情況判斷報警處理，具有廣泛的應用范圍和行業前景。

關鍵詞：故障智能處理；變頻器；PLC；軟啟動器；觸摸屏；壓力傳感器

中圖分類號：F426 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）29-0020-02

1 前 言

隨著變頻技術的發展及其廣泛的應用，變頻恒壓供水系統以其節能、供水質量好等優點，已得到廣泛的使用。以往的變頻恒壓供水系統沒有故障報警和處理能力，當系統發生故障時，系統就停止運行，等待工作人員來處理，如處理不及時就會引起供水中斷，甚至帶來較大的經濟損失。針對這一問題是否能在原來的系統基礎上加裝更為智能化的控制，經過現場勘察，決定了在原來的系統的程序上多加一個故障智能控制程序和一個A/D、D/A混合模塊就能實現處理故障智能化，在運行上更為可靠，大大降低了因為系統故障停機而引造成的經濟損失。筆者就這一問題設計了一套故障處理智能恒壓供水系統，與以往的相比增加了故障自診定，自動處理的能力，提高了系統的可靠性，達到了全自動控制和無人值班的要求，該程序也適用于以往的變頻恒壓供水系統的改造，有較強的實用和適用性。下面是筆者為客戶原來的恒壓供水系統增加了智能故障報警處理能力為例，淺談實現變頻恒壓供水系統故障處理智能化的辦法。

2 原恒壓供水的控制系統

2.1 系統裝置

①4臺45 kW的水泵及一臺5.5 kW的輔助泵；

②變頻器SPF-45 K-A；

③觸摸屏MT510T；

④可編程控制器K7M-DR60S；

⑤軟啟動器ATS4-46D88N。

2.2 控制方式

系統控制分為手動控制、自動恒壓控制、應急控制三種控制方式。

2.2.1 手動控制

每臺水泵電機均有手動控制功能，可由操作人員對水泵電機啟動和停止進行操作。為了減小手動啟動水泵時的啟動電流對電網的沖擊，所以采用了軟啟動方式啟動水泵電機。

2.2.2 自動恒壓控制

自動恒壓控制是采用變頻器自帶的PID調節器進行控制的。根據壓力傳感器（4-20 mA）的電流輸入變頻器的電流輸入控制端，以壓力傳感器的壓力反饋信號反饋到變頻，在變頻內部的PID調節器進行運算控制調節水泵的頻率。采用定時切換泵啟動功能使不會總是運行一臺電機，使電機壽命加長。

2.2.3 應急控制

當變頻器發生故障時，系統則不能進行恒壓控制，而選擇手動控制，則需要專人值班，極為不方便。就針對這一問題是否能在原來的系統基礎上加裝更為智能化的控制，經過現場勘察，我們決定了在原來的系統的程序上多加一個故障智能控制程序和一個A/D、D/A混合模塊就能實現處理故障智能化。加入改造后的程序之后，經過現場模擬故障調試比原來的系統在運行上更為可靠，大大降低了因為系統故障停機而引造成的經濟損失。以下就這一問題進行了分析和解決。

3 新恒壓供水系統介紹

在原系統中加入了A/D、D/A混合模塊，見表1，讓壓力變送器反饋的壓力信號為4～20 mA的電流模擬信號輸入模塊中轉換為數字信號能讓PLC讀取的同時又能將壓力信號從模塊的輸出通道以4～20 mA的模擬電流信號反饋到變頻器里。系統運行時，變頻器通過反饋的壓力進行壓力比較，并通過自帶的PID運算調節器進行PID運算，自動對水泵進行調速控制。而PLC能通過通訊的方式讀取變頻器的輸出頻率，用以判別加、減泵的需要。在變頻器發生故障時，選擇應急狀態運行后，PLC將對供水系統進行上、下限壓控制（既水壓低于下限壓力時，先由軟啟動器啟動一臺水泵，全壓運行一段時間后，如果水壓還達不到下限壓力，則PLC將已啟動的電機切換到工頻，再由軟啟動啟動另一臺水泵。以此類推，直到壓力到達下限或全部水泵電機啟動運行為止。當水壓到達或超過上限壓力時，PLC將停止一臺水泵運行，過一定的時間后如果水壓還是大于上限壓力，則再停一臺水泵運行，以此類推）。以下具體分析當變頻器發生故障時，如何通過PLC進行故障判斷分析、報警和智能處理的過程。

本控制系統具有一定的故障自動處理能力，由于變頻器、軟啟動器運行狀態、通訊故障及接觸器、熱繼電器和傳感器的工作狀態和故障狀態均有輸入到PLC中，故能根據不同的故障進行相應的處理。以下將對這些故障逐一分析。

3.1 接觸器故障及熱繼電器報警

接觸器故障判斷，在PLC控制接觸器的輸出點閉合后，對應的接觸器應會閉合。這時引進該接觸器的常開觸點對接觸器的故障進行判斷。如果接觸器未閉合則過一定的時間后報警，觸摸屏中顯示故障情況。KM1為1號電機工頻運行的接觸器的常開觸點當接觸器動作時用來驅動P0005，KM5為1號電機變頻運行接觸器的常開觸點當接觸器動作時用來驅動P0006。P0044為驅動M1變頻工作接觸器動作的內部繼電器，P0045為驅動M1工頻工作接觸器動作的內部繼電器。

熱繼電器報警時，PLC將對發生報警的水泵進行切除運行，其他水泵繼續運行。同時在觸摸屏上顯示故障信息，提醒用戶注意。

3.2 變頻器發生故障

當變頻器在工作過程中發生報警停止運行時，變頻器內部報警繼電器動作，其報警繼電器的常閉接點接入PLC中，如果該觸點斷開，PLC接收到該觸點信號而發出報警，蜂鳴器則以停5 s鳴1 s的頻率鳴叫，并執行故障子程序，以通訊的方式讀出變頻器報警的內容顯示在觸摸屏上，以方便工作人員查詢。持續1 min后，若無人進行處理復位，PLC將對變頻器進行自動復位并啟動運行。

如果自動復位故障成功，系統則繼續運行但其報警內容信息則記錄在觸摸屏內。如報警自動復位無法解除故障，則將當前變頻工作的水泵切除運行，改為待投入運行。同時，PLC將下一臺水泵接入變頻運行，并再次對變頻進行故障復位，啟動運行，如變頻器無異常報警，系統將繼續運行，同時在觸摸屏上顯示該變頻報警原因為該水泵電路故障。如果故障復位還是無法正常運行，則故障仍無法解除，那么觸摸屏上顯示變頻器故障，系統將運行狀態改為應急狀態運行。

3.3 軟啟動器故障

軟啟動器這在手動和應急狀態有投入運行。當在手動控制時發生故障，則在觸摸屏上顯示軟啟動故障，并提示是否選擇變頻器進行啟動（選擇“是”會觸發M101的觸點閉合，那么系統將軟啟動切除運行，1.5 s后啟動變頻器，由變頻對水泵進行啟動運行。選擇“否”則觸發M 100的觸點閉合，則停止手動運行。如果在應急狀態下發生報警，則系統停止工作，觸摸屏顯示報警狀態，蜂鳴器以鳴2 s停1 s的頻率進行鳴叫。

3.4 通訊故障

PLC通電后，就會以每150 ms為一個周期，循環地讀取變頻器的輸出頻率、輸出電流和直流電壓的數據，如通訊正常，M42每150 ms會接通一次，T42計時器則不會接通。如果通訊異常，那么M42常閉一直閉合，則T42計時滿10 s后，就判斷出了通訊故障，觸摸屏上將顯示通訊故障。

3.5 壓力傳感器斷線故障

壓力傳感器檢測到的壓力信號為電流4～20 mA的信號，傳送給可編程控制器A/D、D/A混合模塊的A/D通道0，該通道的讀取數據將存儲到D4980中，這樣可編程就可獲得實時的水壓信號。同時將A/D通道0的數據直接傳送到D/A通道0輸出，可用作變頻器的反饋信號。

當壓力為0時，壓力傳感器仍有4 mA的電流輸出，當壓力傳感器斷線時，輸出的電流為0 mA，這時PLC就根據了該特點，判斷壓力傳感器是否斷線故障。如圖1所示。

4 結 語

智能恒壓供水系統的外圍控制電路簡單，可靠性高，故障檢測、分析，故障處理能力強，人機對話功能強，用戶操作方便。實現了高可靠無人值班的智能運行。與以往的系統相比，有著更高的實用性、可靠性，大大提高了供水的質量，減少了系統的維護量，使故障一目了然。該程序也適用于以往的變頻恒壓供水系統的改造，有較強的實用和適用性。在未來的供水系統中，智能故障處理系統必得到廣泛的應用和推廣。

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