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中贏高層供水系統對PLC、觸摸屏及變頻器的組合應用

1、引 言

        在工業現場控制領域，可編程控制器（PLC）一直起著重要的作用。隨著國家在供水行業的投資力度加大，水廠運行自動化水平不斷提高，PLC在供水行業應用逐步增多。觸摸屏與PLC配套使用，使得PLC的應用更加靈活，同時可以設置參數、顯示數據、以動畫等形勢描繪自動化過程，使得PLC的應用可視化。

        高層供水系統成為供水行業的一個主流，是保證供水管網在恒壓狀態的重要手段。現代變頻器完善的網絡通信功能，為電機的同步運行，遠距離集中控制和在線監控等提供了必要的支持。通過與PLC連接的觸摸屏，可以使控制更加形象、直觀，操作更加簡單、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行控制來實現變頻恒壓供水。

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、動力及控制線路以及泵組組成。用戶可以通過觸摸屏了解和控制系統的運行控制，也可以通過控制柜面板上的指示燈和按鈕、轉換開關來了解和控制系統的運行。通過安裝在出水管網上的壓力變送器，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PID運算與給定壓力參數進行比較，輸出運行頻率到變頻器。控制系統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I/O端口開關量的輸出來實現切換交流接觸器組，以此協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，使系統管網的工作壓力始終穩定，進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和自動兩種運行方式。手動方式時，通過觸摸屏或控制柜上的啟動和停止按鈕控制水泵運行，可根據需要分別控制1＃～3＃泵的啟停，該方式主要供設備調試、自動有故障和檢修時使用。自動運行時，首先由1＃水泵變頻運行，變頻器輸出頻率從0 HZ上升，同時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I/O端口開關量的輸出來實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，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；如用水量減少，PLC控制從先起的泵開始切除，同時根據PID調節參數使系統平穩運行，始終保持管網壓力。

        若有電源瞬時停電的情況，則系統停機，待電源恢復正常后，人工啟動，系統自動恢復到初始狀態開始運行。變頻自動功能是該系統最基本的功能，系統自動完成對多臺泵的啟動、停止、循環變頻的全部操作過程。

4、高層供水系統設備參數的設置

        在進行通信之前必須對PLC、觸摸屏和變頻器的通訊參數進行正確設置。本系統定義為Modbus協議，波特率為9600，數據位為8，無校驗，停止位為1。變頻器除設置通信參數外，還需啟用“自由停車”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的專用編程軟件，軟件提供完整的編程環境，可進行離線編程、在線連接和調試。為了提高整個系統的性價比，該系統采用可編程控制器的開關量輸入輸出來控制電機的起停、自動投入、定期切換，供水泵的變頻及故障的報警等，而且通過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，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，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，同時由變頻器迅速調節，只要參數設置合適，即可實現泵組的無沖擊切換，使水壓過渡平穩，有效的防止了水壓的大范圍波動及水壓太低時的短時間缺水的現象控制，提高了供水品質。

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，進入觸摸屏歡迎界面。

        第二步：在歡迎界面中用一個手指輕壓“進入系統”，進入“系統主畫面”。

        第三步：要進行參數設定。手指輕壓“參數設定”，進入參數設定畫面。

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

        第四步：輕壓可以返回系統主畫面，在主畫面中輕壓“狀態畫面”可以進入系統狀態畫面。

        輕壓“系統壓力設定”后面的方框，在軟鍵盤上設定管網壓力，單位為MPa，即1MPa＝10個壓。

        第五步：輕壓“啟動”，啟動PLC設定的程序，開始控制切泵，實現恒壓供水。狀態監視頁面將會顯示當前工作狀態。

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

7、結束語 

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