中贏(yíng)高層供水系統對PLC、觸摸屏及變頻器的組合應用

1、引 言

        在工業(yè)現場(chǎng)控制領(lǐng)域，可編程控制器（PLC）一直起著(zhù)重要的作用。隨著(zhù)國家在供水行業(yè)的投資力度加大，水廠(chǎng)運行自動(dòng)化水平不斷提高，PLC在供水行業(yè)應用逐步增多。觸摸屏與PLC配套使用，使得PLC的應用更加靈活，同時(shí)可以設置參數、顯示數據、以動(dòng)畫(huà)等形勢描繪自動(dòng)化過(guò)程，使得PLC的應用可視化。

        高層供水系統成為供水行業(yè)的一個(gè)主流，是保證供水管網(wǎng)在恒壓狀態(tài)的重要手段?，F代變頻器完善的網(wǎng)絡(luò )通信功能，為電機的同步運行，遠距離集中控制和在線(xiàn)監控等提供了必要的支持。通過(guò)與PLC連接的觸摸屏，可以使控制更加形象、直觀(guān)，操作更加簡(jiǎn)單、方便。

        高層供水系統組合應用PLC、觸摸屏及變頻器，采用通信方式對變頻器進(jìn)行控制來(lái)實(shí)現變頻恒壓供水。

2、高層供水系統結構

        高層變頻恒壓供水系統主要由PLC、變頻器、觸摸屏、壓力變送器、動(dòng)力及控制線(xiàn)路以及泵組組成。用戶(hù)可以通過(guò)觸摸屏了解和控制系統的運行控制，也可以通過(guò)控制柜面板上的指示燈和按鈕、轉換開(kāi)關(guān)來(lái)了解和控制系統的運行。通過(guò)安裝在出水管網(wǎng)上的壓力變送器，把出口壓力信號變成4～20 mA或0～10 V標準信號送入PLC內置的PID調節器，經(jīng)PID運算與給定壓力參數進(jìn)行比較，輸出運行頻率到變頻器?？刂葡到y由變頻器控制水泵的轉速以調節供水量，根據用水量的不同，PLC頻率輸出給定變頻器的運行頻率，從而調節水泵的轉速，達到恒壓供水。PLC設定的內部程序驅動(dòng)I/O端口開(kāi)關(guān)量的輸出來(lái)實(shí)現切換交流接觸器組，以此協(xié)調投入工作的水泵電機臺數，并完成電機的啟停、變頻與工頻的切換。通過(guò)調整投入工作的電機臺數和控制電機組中一臺電機的變頻轉速，使系統管網(wǎng)的工作壓力始終穩定，進(jìn)而達到恒壓供水的目的。

3、高層供水系統工作原理

        該高層供水系統有手動(dòng)和自動(dòng)兩種運行方式。手動(dòng)方式時(shí)，通過(guò)觸摸屏或控制柜上的啟動(dòng)和停止按鈕控制水泵運行，可根據需要分別控制1?！?＃泵的啟停，該方式主要供設備調試、自動(dòng)有故障和檢修時(shí)使用。自動(dòng)運行時(shí)，首先由1＃水泵變頻運行，變頻器輸出頻率從0 HZ上升，同時(shí)PID調節器把接收的信號與給定壓力比較運算后送給變頻器控制。如壓力不夠，則頻率上升到50 HZ，由PLC設定的程序驅動(dòng)I/O端口開(kāi)關(guān)量的輸出來(lái)實(shí)現切換交流接觸器組，使得1＃泵變頻迅速切換為工頻，2＃泵變頻啟動(dòng)，若壓力仍達不到設定壓力，則2＃泵由變頻切換成工頻，3＃泵變頻啟動(dòng)；如用水量減少，PLC控制從先起的泵開(kāi)始切除，同時(shí)根據PID調節參數使系統平穩運行，始終保持管網(wǎng)壓力。

        若有電源瞬時(shí)停電的情況，則系統停機，待電源恢復正常后，人工啟動(dòng)，系統自動(dòng)恢復到初始狀態(tài)開(kāi)始運行。變頻自動(dòng)功能是該系統最基本的功能，系統自動(dòng)完成對多臺泵的啟動(dòng)、停止、循環(huán)變頻的全部操作過(guò)程。

4、高層供水系統設備參數的設置

        在進(jìn)行通信之前必須對PLC、觸摸屏和變頻器的通訊參數進(jìn)行正確設置。本系統定義為Modbus協(xié)議，波特率為9600，數據位為8，無(wú)校驗，停止位為1。變頻器除設置通信參數外，還需啟用“自由停車(chē)”以保護電機。

5、高層供水系統控制系統

        該高層供水系統采用三菱FX-200的PLC，繼電器輸出，PLC編程采用三菱PLC的專(zhuān)用編程軟件，軟件提供完整的編程環(huán)境，可進(jìn)行離線(xiàn)編程、在線(xiàn)連接和調試。為了提高整個(gè)系統的性?xún)r(jià)比，該系統采用可編程控制器的開(kāi)關(guān)量輸入輸出來(lái)控制電機的起停、自動(dòng)投入、定期切換，供水泵的變頻及故障的報警等，而且通過(guò)PLC內置的PID給定電機的轉速、設定壓力、頻率、電流、電壓等模擬信號量。

        以往的變頻恒壓供水系統在水壓高時(shí)，通常采用停變頻泵，再將變頻器以工頻運行方式切換到正在以工頻運行的泵上進(jìn)行調節。這種切換的方式理論上要比直接切換工頻的方式先進(jìn)，但其容易引起泵組的頻繁起停，從而減少設備的使用壽命。而在該高層供水系統中采用直接停工頻泵的運行方式，同時(shí)由變頻器迅速調節，只要參數設置合適，即可實(shí)現泵組的無(wú)沖擊切換，使水壓過(guò)渡平穩，有效的防止了水壓的大范圍波動(dòng)及水壓太低時(shí)的短時(shí)間缺水的現象控制，提高了供水品質(zhì)。

6、高層供水系統觸摸屏界面設計和運行操作

        第一步：確認接通觸摸屏電源，進(jìn)入觸摸屏歡迎界面。

        第二步：在歡迎界面中用一個(gè)手指輕壓“進(jìn)入系統”，進(jìn)入“系統主畫(huà)面”。

        第三步：要進(jìn)行參數設定。手指輕壓“參數設定”，進(jìn)入參數設定畫(huà)面。

        點(diǎn)擊時(shí)間后的數字可以彈出軟鍵盤(pán)，在軟鍵盤(pán)中設定切泵時(shí)間，單位為小時(shí)，設定后輕壓“Enter”確認。按上面的方法依次設定加泵時(shí)間和減泵時(shí)間，單位為秒；用同樣的方法對P、I值進(jìn)行設定。

        第四步：輕壓可以返回系統主畫(huà)面，在主畫(huà)面中輕壓“狀態(tài)畫(huà)面”可以進(jìn)入系統狀態(tài)畫(huà)面。

        輕壓“系統壓力設定”后面的方框，在軟鍵盤(pán)上設定管網(wǎng)壓力，單位為MPa，即1MPa＝10個(gè)壓。

        第五步：輕壓“啟動(dòng)”，啟動(dòng)PLC設定的程序，開(kāi)始控制切泵，實(shí)現恒壓供水。狀態(tài)監視頁(yè)面將會(huì )顯示當前工作狀態(tài)。

        在系統出現故障時(shí)，手指輕壓“停止”后，水泵停止工作控制工程網(wǎng)版權所有，然后進(jìn)行維護。

7、結束語(yǔ) 

        該高層供水系統采用PLC和變頻器結合，系統運行平穩可靠，實(shí)現了真正意義上的無(wú)人職守的全自動(dòng)循環(huán)切泵、變頻運行，保證了各臺水泵運行效率的最優(yōu)和設備的穩定運轉啟動(dòng)平穩，消除了啟動(dòng)大電流沖擊，由于泵的平均轉速降低了，從而可延長(cháng)泵的使用壽命，可以消除啟動(dòng)和停機時(shí)的水錘效應。通過(guò)觸摸屏上的組態(tài)畫(huà)面就可進(jìn)行供水壓力的設定，監視設備運行狀況同時(shí)可以查詢(xún)設備故障信息，大大提高恒壓供水系統的自動(dòng)化水平及對現場(chǎng)設備的監控能力。