工業中基于plc恒壓供水系統中水泵切換及變頻控制設計

豐良超

摘要：伴隨科學技術的發展，國內工業取得顯著成效，供水量增加。運用變頻器和 PLC技術完成恒壓供水，以此來提高供水質量，節省能源。而之所以采取變頻調速是為恒定用水管道的壓力，從而實現節能，為保證流量可以符合實際情況?，F如今，傳統供水系統被變頻恒壓供水系統代替，并被應用于工業領域。實際上，在變頻改造傳統供水系統的過程中，經常會面臨諸多問題。因而，需要運用PLC技術，減少手動操作，取代部分繼電器為降低機械觸點出現故障的概率，提升高效性、實用性。該文對工業中基于PLC恒壓供水系統中水泵切換和變頻控制設計進行研究和分析。

關鍵詞：水泵切換;變頻控制設計;研究;分析

PLC融合了自動控制技術、計算機技術等優勢，作為一種現代化工業控制裝置，一度發展成為工業自動化支柱，具有以下特征：抗干擾性能強、高效性、便于設計、維護花費時間少、靈活性強、功能健全、適用性強、消耗小、易于開發等。和繼電器、接觸器比較而言，占位空間小，容易變更程序，而且還便于維護，直接傳輸數據。由此可見，基于PLC恒壓供水系統中的變頻控制設計、水泵切換，能有效促進工業行業的發展，對研究自動控制領域具有指導意義。

1恒壓供水系統的組成

通常情況下，恒壓供水泵站需配備數個水泵和電機，相比安裝單臺水泵更為可靠。當配置單臺電機、水泵時，要求大功率，若是水量較少，開大電機必然浪費資源;相反，若是電機小用水量大，則無法保證供水。加之，水泵和電機需要被維修，故備用毋庸置疑。恒壓供水是為恒定管網的水壓，而水泵電機的轉速則會隨著水量不斷發展變化，所以，需要采用變頻器進行供電[1]。有以下兩種配置方案：第一種，為每臺水泵電機配套變頻器，相對方便，即電機和變頻器之間不需要切換，只不過費用高。第二種，幾個電機配置一臺變頻器，且能和電機能隨意轉換，當供水正常時，一個水泵順利變頻啟動，另外水泵工頻工作，確保用水量滿足要求。

其中，調節器作為一種控制裝置，具備多種作用：（1）恒定水管壓力的給定值。依照水壓高低設置。一般來說，供水路程遠，用水高度愈高，系統需要的壓力越大。給定值是指系統順利工作時的恒壓值。（2）獲取傳感器的數值。管網實測水壓主要是為回送至控制泵站的裝置，至于反饋接收點主要為調節器。（3）結合結定值和實測值，依照調節規律，及時發送出調節信號。當調節器接收到反饋信號以后，會和結定值相比，從而獲得結定值和實測值的差。假如給定位超過實際值，表明系統水壓和理想水壓存在差距，若是提高水泵電機的轉速，水壓超過既定水壓，需適當控制其轉速。上述大多是由輸出信號來控制[2]。為進一步提升系統的可靠性，應重視調節規律問題，過去調節器主要依照比例-積分-微分的形式展開調節，即PID調節器。關于調節參數，例如P、I、D等參數都是由操作人員借助觸摸屏來進行設定。當然，PID調節期間，需要觀察調節器的內部結構，通常有兩大類，分別為數字式調節、模擬量調節，并將微計算機當成關鍵調節器的數字式調節。

輸出信號主要為模擬信號，4-20mA之間變化的電流信號、0-8V之間變化的電壓信號。信號量值和差值構成比例關系，大多用來驅動運行設備。在變頻恒壓供水系統中，運行設備主要為變頻器。

2 PLC功能選取和運用

2.1PLC模擬量拓展單元的配置

由于普通PLC的輸入輸出端口都為開關量處理端口，為及時處理模擬量，大多采取整體式PLC和模擬量拓展單元相結合的方法。這是因為模擬量拓展單元能將外部模擬量轉換成具體的數字量和模擬量[3]。當然，拓展單元可被用來轉換模/數，或者是單獨被用于數/模轉換，但兼顧數/模、模/數等功能。以下重點介紹FX2NPLC模擬量模塊，包含FX2N-4AD、FX2N-2DA，主要被應用于恒壓供水系統中。

2.2模擬量輸入模塊的功能和PLC連接

由于上述模擬量輸入模塊擁有四個通道，能一同處理4路輸入信號，分辨率為10位。輸入信號為-10—+10v電壓信號或者-20—+20mA電流信號。另外，輸入信號還能借助雙絞屏蔽電纜接入，如圖1所示，若是輸入電流，應短接V+端和l+端。

2.3BFM分配

為滿足各方面的要求，通常將模擬量處理模塊設置為可編程。FX2N-4AD運用BFM完成編程。其中，模擬量輸入模塊總共具有30個緩沖存儲器，當前已利用21個[4]。

2.4模擬量輸出模塊的功能和PLC連接

FX2N-4AD可以將10位數字信號轉換為電流輸出。擁有2個輸出通道，且能輸出分辨率為2.5mV、1.25mV的電壓信號。此外，還能借助驅動負載連接，可若是輸出電壓時，應短接IOUT與COM端。

3系統設計

3.1系統要求

（1）在恒壓供水系統中，總共有兩臺供水水泵，用于運行和備用，自動運行期間，只要一超過10個小時，便自動切換至備用泵，實施一次輪換，且手動時無需切換;（2）上述水泵由M1、M2電機拖動，接觸器KM1、KM2控制;（3）轉換以后應快速運行或停止3S報警，一旦運行泵出現異常，便會主動切換至備用泵，然后報警;（4）設定的水壓一般處于0-100MPa之間，并借助觸摸屏進行調節;（5）觸摸屏時，通常展現恒定水壓、實際水壓、水泵工作時間以及電機轉速[5]。

3.2控制系統的I/O分配

將系統內全部輸入與輸出信號展開編址，總共包含6個輸入信號，11個輸出信號，具體如表1所示。

3.3電氣控制系統原理圖

電氣控制原理圖包含主電路圖和控制電路圖。

3.3.1主電路圖

圖2為主電路圖。MI、M2代表兩臺電機，KM1、KM2代表接觸器，主要用來控制電機;FR1、FR2代表熱繼電器;QS1、QS2分別代表變頻器與主電路隔離開關。

3.3.2控制電路

當觸摸手動按鈕時，會進入手動模式;點擊觸摸屏，進入自動畫面。等完全進入上述畫面以后，能順利控制電機的運行，而且還能調節水壓高低。當進入自動畫面以后，基于PLC程序正常運行。（1）手動運行。當按下啟動或暫停按鈕時，依照需求控制水泵的啟動和停止。此種方法一般用來檢修變頻器是否出現問題。（2）自動運行[6]。當合上自動開關時，按下自動按鈕，1#泵電機通電，變頻器輸出頻率開始升高，而調節程序也會獲取傳感器信號，和給定壓力參數相比，并將調節參數輸送給變頻器，若是壓力不足，變頻器會慢慢上升頻率直到給定值，然后加泵類推;假如用水量降低，水泵速度減慢，依照PID調節器來穩定系統。若是電源斷電，表明系統已停機;等電源恢復以后，系統便正常工作，此時，只需啟動1#泵變頻，直到給定水壓值正常運行即可。

3.4設置變頻器參數

（1）上限頻率pr1=30hz;（2）下線頻率pr2=50hz;（3）基底頻率pr3=30hz;（4）變頻器輸出功率pr5=15;（5）加速時間pr7=2s;（6）減速時間Pr8=2s;（7）電子過流保護pr9=30A;（8）啟動頻率pr13=12hz;（9）節能模式pr60=5;（10）設定端子之間的頻率設定電壓為0-10v，pr73=2;（11）默認全部參數的讀/寫pr160=5;（12）操作模式pr79=3。

3.5系統程序設計

當硬件連接被明確后，系統控制功能通常借助軟件來控制泵站，設計如下：（1）PLC程序

3.6系統調試

（1）將rs232接口和計算機相連，重點是rs422接口和plc編程接口的連接。（2）依照觸摸屏畫面與plc程序，將其傳送給plc。（3）關閉plc運行開關，程序顯示為監視狀態，按下觸摸屏按鈕，了解程序觸點的動作情況，若是動作不符合要求，應立即檢查觸摸屏的屬性與程序。（4）系統時間必須正確。（5）更改觸摸屏輸入值，認真觀察寄存器值的變化情況[7]。（6）依照示意圖將I/O線路、控制電路、主電路等連接好。（7）水壓設定為0.4mpa。（8）假如手動啟動時，設備必須正常運行，檢查變頻器的輸出頻率是否穩定，避免實際水壓和設定水壓之間出現偏差。（9）假如水壓的設定值山下波動，必須立即調節，尤其是微分參數，應設定小，并適當加大積分參數值。若是調整緩慢，水壓上下偏差加大，且系統比例常數同樣增大，故應合理減小[8]。（10）檢測其他功能是否滿足控制要求。

參考文獻：

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