中(zhong)贏高層供水系統對PLC、觸摸屏及變(bian)頻器的組(zu)合(he)應用

1、引 言

        在(zai)(zai)工業(ye)現場(chang)控制(zhi)領域，可(ke)編程(cheng)控制(zhi)器(qi)（PLC）一直起著重要的(de)作用(yong)。隨著國家在(zai)(zai)供(gong)水(shui)(shui)行(xing)業(ye)的(de)投資力度加大，水(shui)(shui)廠運行(xing)自(zi)動化(hua)水(shui)(shui)平不斷提(ti)高，PLC在(zai)(zai)供(gong)水(shui)(shui)行(xing)業(ye)應用(yong)逐步(bu)增多。觸摸屏與PLC配套使用(yong)，使得(de)PLC的(de)應用(yong)更加靈活，同時可(ke)以設置參(can)數、顯示數據(ju)、以動畫等形勢描繪自(zi)動化(hua)過(guo)程(cheng)，使得(de)PLC的(de)應用(yong)可(ke)視化(hua)。

        高層供水系(xi)統成為供(gong)(gong)水行業的一個主流，是保(bao)證供(gong)(gong)水管網(wang)(wang)在(zai)恒壓(ya)狀(zhuang)態的重要手段。現代變(bian)頻器完善(shan)的網(wang)(wang)絡通信功能(neng)，為電機的同(tong)步運行，遠(yuan)距離(li)集中控(kong)制和(he)在(zai)線監控(kong)等(deng)提供(gong)(gong)了必要的支持。通過與PLC連接(jie)的觸摸屏(ping)，可以使控(kong)制更(geng)加形象(xiang)、直觀，操作更(geng)加簡單、方便。

        高層(ceng)供(gong)水(shui)系統組(zu)合(he)應用PLC、觸摸屏及變頻(pin)(pin)器，采用通信(xin)方式對變頻(pin)(pin)器進行控(kong)制(zhi)來(lai)實(shi)現變頻(pin)(pin)恒(heng)壓(ya)供(gong)水(shui)。

2、高層供(gong)水(shui)系統結構

        高層變(bian)(bian)(bian)頻(pin)(pin)(pin)(pin)恒(heng)壓(ya)(ya)供(gong)水系(xi)(xi)(xi)統主要由(you)(you)PLC、變(bian)(bian)(bian)頻(pin)(pin)(pin)(pin)器、觸(chu)(chu)摸屏、壓(ya)(ya)力(li)(li)變(bian)(bian)(bian)送(song)器、動(dong)(dong)力(li)(li)及控制(zhi)線(xian)路以及泵組組成。用戶可以通過(guo)觸(chu)(chu)摸屏了(le)(le)解和控制(zhi)系(xi)(xi)(xi)統的(de)運(yun)行控制(zhi)，也(ye)可以通過(guo)控制(zhi)柜面板上的(de)指示燈和按鈕、轉換開(kai)關來(lai)了(le)(le)解和控制(zhi)系(xi)(xi)(xi)統的(de)運(yun)行。通過(guo)安裝在出(chu)水管(guan)網上的(de)壓(ya)(ya)力(li)(li)變(bian)(bian)(bian)送(song)器，把出(chu)口壓(ya)(ya)力(li)(li)信號變(bian)(bian)(bian)成4～20 mA或0～10 V標準信號送(song)入PLC內置(zhi)的(de)PID調(diao)節器，經(jing)PID運(yun)算與給定壓(ya)(ya)力(li)(li)參數進行比較，輸(shu)出(chu)運(yun)行頻(pin)(pin)(pin)(pin)率(lv)到變(bian)(bian)(bian)頻(pin)(pin)(pin)(pin)器。控制(zhi)系(xi)(xi)(xi)統由(you)(you)變(bian)(bian)(bian)頻(pin)(pin)(pin)(pin)器控制(zhi)水泵的(de)轉速以調(diao)節供(gong)水量(liang)，根(gen)據用水量(liang)的(de)不(bu)同，PLC頻(pin)(pin)(pin)(pin)率(lv)輸(shu)出(chu)給定變(bian)(bian)(bian)頻(pin)(pin)(pin)(pin)器的(de)運(yun)行頻(pin)(pin)(pin)(pin)率(lv)，從而調(diao)節水泵的(de)轉速，達到恒(heng)壓(ya)(ya)供(gong)水。PLC設定的(de)內部程序驅動(dong)(dong)I/O端口開(kai)關量(liang)的(de)輸(shu)出(chu)來(lai)實(shi)現切換交流接(jie)觸(chu)(chu)器組，以此(ci)協調(diao)投(tou)入工作的(de)水泵電機(ji)臺數，并完成電機(ji)的(de)啟(qi)停、變(bian)(bian)(bian)頻(pin)(pin)(pin)(pin)與工頻(pin)(pin)(pin)(pin)的(de)切換。通過(guo)調(diao)整(zheng)投(tou)入工作的(de)電機(ji)臺數和控制(zhi)電機(ji)組中(zhong)一臺電機(ji)的(de)變(bian)(bian)(bian)頻(pin)(pin)(pin)(pin)轉速，使系(xi)(xi)(xi)統管(guan)網的(de)工作壓(ya)(ya)力(li)(li)始(shi)終(zhong)穩定，進而達到恒(heng)壓(ya)(ya)供(gong)水的(de)目(mu)的(de)。

3、高(gao)層供(gong)水系統工作(zuo)原理(li)

        該(gai)高層供水系統有手(shou)動和(he)自(zi)動兩(liang)種運(yun)行(xing)方式(shi)。手(shou)動方式(shi)時(shi)，通過觸摸屏或控制柜上的啟動和(he)停止按鈕控制水泵(beng)運(yun)行(xing)，可(ke)根據需要(yao)分別控制1＃～3＃泵(beng)的啟停，該(gai)方式(shi)主要(yao)供設備(bei)調試、自(zi)動有故障和(he)檢(jian)修時(shi)使用。自(zi)動運(yun)行(xing)時(shi)，首(shou)先由(you)1＃水泵(beng)變頻運(yun)行(xing)，變(bian)頻(pin)器輸出(chu)頻(pin)率從0 HZ上升(sheng)，同時(shi)PID調(diao)節(jie)器把接(jie)收的(de)(de)(de)信(xin)號與給(gei)定(ding)壓(ya)力比(bi)較(jiao)運算(suan)后送給(gei)變(bian)頻(pin)器控(kong)制。如壓(ya)力不夠，則頻(pin)率上升(sheng)到50 HZ，由(you)PLC設(she)定(ding)的(de)(de)(de)程序驅動(dong)(dong)I/O端口開(kai)關量的(de)(de)(de)輸出(chu)來實現切換(huan)交流接(jie)觸器組，使(shi)得1＃泵(beng)變(bian)頻(pin)迅(xun)速切換(huan)為工(gong)頻(pin)，2＃泵(beng)變(bian)頻(pin)啟動(dong)(dong)，若(ruo)壓(ya)力仍達不到設(she)定(ding)壓(ya)力，則2＃泵(beng)由(you)變(bian)頻(pin)切換(huan)成工(gong)頻(pin)，3＃泵(beng)變(bian)頻(pin)啟動(dong)(dong)；如用水量減少，PLC控(kong)制從先起(qi)的(de)(de)(de)泵(beng)開(kai)始切除(chu)，同時(shi)根(gen)據(ju)PID調(diao)節(jie)參數使(shi)系統平穩(wen)運行，始終保持管網壓(ya)力。

        若有電(dian)源瞬時停(ting)電(dian)的(de)情況(kuang)，則(ze)系(xi)統(tong)停(ting)機，待電(dian)源恢(hui)復(fu)正常后，人(ren)工(gong)啟(qi)動(dong)，系(xi)統(tong)自(zi)(zi)動(dong)恢(hui)復(fu)到初始(shi)狀態開始(shi)運行。變(bian)頻(pin)自(zi)(zi)動(dong)功能(neng)是(shi)該系(xi)統(tong)最基本的(de)功能(neng)，系(xi)統(tong)自(zi)(zi)動(dong)完(wan)成對多(duo)臺(tai)泵的(de)啟(qi)動(dong)、停(ting)止、循環變(bian)頻(pin)的(de)全(quan)部操作過程(cheng)。

4、高層(ceng)供(gong)水系(xi)統設備(bei)參數的設置(zhi)

        在進(jin)行(xing)通信之(zhi)前(qian)必須對PLC、觸摸屏和變頻器的通訊(xun)參(can)(can)數進(jin)行(xing)正確設置。本系統定義為(wei)(wei)Modbus協議，波(bo)特率為(wei)(wei)9600，數據位為(wei)(wei)8，無校驗，停止位為(wei)(wei)1。變頻器除(chu)設置通信參(can)(can)數外，還(huan)需啟(qi)用(yong)“自由停車”以保護電機。

5、高層供水系統(tong)控制系統(tong)

        該高層供(gong)水系統采用(yong)三菱FX-200的(de)(de)(de)(de)PLC，繼電(dian)器輸(shu)出，PLC編(bian)程采用(yong)三菱PLC的(de)(de)(de)(de)專用(yong)編(bian)程軟件，軟件提供(gong)完整的(de)(de)(de)(de)編(bian)程環境(jing)，可進(jin)行離線(xian)編(bian)程、在線(xian)連接和調試。為了提高整個系統(tong)的(de)(de)(de)(de)性價(jia)比，該系統(tong)采用(yong)可編(bian)程控制(zhi)器的(de)(de)(de)(de)開關量輸(shu)入(ru)輸(shu)出來控制(zhi)電(dian)機的(de)(de)(de)(de)起(qi)停、自動投入(ru)、定(ding)(ding)期(qi)切換，供(gong)水泵的(de)(de)(de)(de)變頻及故障的(de)(de)(de)(de)報警(jing)等，而(er)且通過PLC內(nei)置(zhi)的(de)(de)(de)(de)PID給定(ding)(ding)電(dian)機的(de)(de)(de)(de)轉速、設定(ding)(ding)壓力、頻率、電(dian)流、電(dian)壓等模(mo)擬(ni)信號量。

        以(yi)往的變(bian)頻恒壓供(gong)水(shui)系(xi)統在(zai)水(shui)壓高(gao)時(shi)，通(tong)常采(cai)用停(ting)變(bian)頻泵，再將變(bian)頻器(qi)以(yi)工(gong)(gong)頻運行(xing)方式切(qie)(qie)(qie)換(huan)到正在(zai)以(yi)工(gong)(gong)頻運行(xing)的泵上進(jin)行(xing)調(diao)節(jie)。這種切(qie)(qie)(qie)換(huan)的方式理論上要比直(zhi)接(jie)切(qie)(qie)(qie)換(huan)工(gong)(gong)頻的方式先進(jin)，但其容易引(yin)起泵組(zu)的頻繁起停(ting)，從而減少設(she)備的使用壽命(ming)。而在(zai)該高(gao)層供(gong)水(shui)系(xi)統中采(cai)用直(zhi)接(jie)停(ting)工(gong)(gong)頻泵的運行(xing)方式，同時(shi)由變(bian)頻器(qi)迅速調(diao)節(jie)，只要參(can)數設(she)置合適(shi)，即(ji)可實現泵組(zu)的無沖擊切(qie)(qie)(qie)換(huan)，使水(shui)壓過渡平穩(wen)，有效的防(fang)止了(le)(le)水(shui)壓的大范圍波(bo)動及水(shui)壓太(tai)低時(shi)的短時(shi)間缺水(shui)的現象控制，提(ti)高(gao)了(le)(le)供(gong)水(shui)品質。

6、高層(ceng)供(gong)水系統觸摸屏界面設計和運行操作

        第一(yi)步：確(que)認接(jie)通觸(chu)摸(mo)(mo)屏電源(yuan)，進入觸(chu)摸(mo)(mo)屏歡迎界面。

        第二步：在歡迎界面中(zhong)用一個手(shou)指輕壓“進入系(xi)統”，進入“系(xi)統主畫面”。

        第三步：要進行參(can)(can)數(shu)(shu)設(she)定。手指輕壓(ya)“參(can)(can)數(shu)(shu)設(she)定”，進入參(can)(can)數(shu)(shu)設(she)定畫面(mian)。

        點擊時(shi)間(jian)后(hou)的數字可以(yi)彈(dan)出軟鍵(jian)盤(pan)，在軟鍵(jian)盤(pan)中設(she)定切泵時(shi)間(jian)，單(dan)位為小時(shi)，設(she)定后(hou)輕壓“Enter”確認。按上面的方法依次設(she)定加泵時(shi)間(jian)和減泵時(shi)間(jian)，單(dan)位為秒；用同(tong)樣的方法對(dui)P、I值進(jin)行設(she)定。

        第四步：輕壓可以返回系統(tong)主(zhu)畫面，在主(zhu)畫面中(zhong)輕壓“狀(zhuang)態畫面”可以進入系統(tong)狀(zhuang)態畫面。

        輕(qing)壓(ya)“系統壓(ya)力設(she)定(ding)”后面的方(fang)框，在軟鍵盤上設(she)定(ding)管網(wang)壓(ya)力，單(dan)位為(wei)MPa，即1MPa＝10個壓(ya)。

        第五步：輕壓“啟(qi)動”，啟(qi)動PLC設定(ding)的程(cheng)序，開始控(kong)制切泵，實現恒(heng)壓供水(shui)。狀(zhuang)態監視頁面將會(hui)顯示當前工作(zuo)狀(zhuang)態。

        在系統出現故障時，手指輕(qing)壓(ya)“停止”后，水泵停止工(gong)作控制工(gong)程(cheng)網版權所(suo)有，然后進行維護。

7、結(jie)束(shu)語(yu) 

        該高(gao)層供水系統(tong)采用PLC和變(bian)頻器結合，系統(tong)運行(xing)平穩(wen)可(ke)(ke)靠(kao)，實現了(le)真正意義上(shang)的(de)(de)(de)(de)(de)無人職(zhi)守的(de)(de)(de)(de)(de)全自動(dong)(dong)(dong)循環切泵、變(bian)頻運行(xing)，保證了(le)各臺水泵運行(xing)效(xiao)率的(de)(de)(de)(de)(de)最優和設(she)(she)(she)備(bei)的(de)(de)(de)(de)(de)穩(wen)定運轉(zhuan)啟(qi)動(dong)(dong)(dong)平穩(wen)，消除了(le)啟(qi)動(dong)(dong)(dong)大(da)電流(liu)沖擊，由于泵的(de)(de)(de)(de)(de)平均轉(zhuan)速降(jiang)低了(le)，從而(er)可(ke)(ke)延(yan)長泵的(de)(de)(de)(de)(de)使用壽命，可(ke)(ke)以消除啟(qi)動(dong)(dong)(dong)和停(ting)機時的(de)(de)(de)(de)(de)水錘效(xiao)應。通過觸摸屏上(shang)的(de)(de)(de)(de)(de)組態畫面就可(ke)(ke)進(jin)行(xing)供水壓力(li)的(de)(de)(de)(de)(de)設(she)(she)(she)定，監(jian)視設(she)(she)(she)備(bei)運行(xing)狀況同時可(ke)(ke)以查詢設(she)(she)(she)備(bei)故(gu)障信息(xi)，大(da)大(da)提(ti)高(gao)恒壓供水系統(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)自動(dong)(dong)(dong)化水平及對現場設(she)(she)(she)備(bei)的(de)(de)(de)(de)(de)監(jian)控能力(li)。