一種由PLC的PID控制的變頻恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

秦 沖

(三門峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 三門峽 472000)

0 引言

恒壓供水是指供水系統(tǒng)在供水時(shí)的壓力保持恒定狀態(tài)，從而滿足用戶對(duì)供水量和供水壓力需求的一種供水方式，傳統(tǒng)的供水系統(tǒng)由壓力傳感器、繼電器控制柜、水泵、供水管路等組成。隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了由PLC和變頻器控制的恒壓供水系統(tǒng)，雖然能滿足壓力和供水需求，但存在不能實(shí)時(shí)監(jiān)控和觸摸調(diào)試等缺點(diǎn)。基于恒壓供水的控制原理及控制要求，本文提出了一種恒壓供水系統(tǒng)，它利用PLC的PID調(diào)節(jié)功能實(shí)現(xiàn)壓力恒定控制，通過變頻器來實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，而變頻器則是通過可編程控制器的FXON-3A模擬輸出來控制的。

1 恒壓供水系統(tǒng)工作要求

本文所設(shè)計(jì)的是一個(gè)利用PLC的PID控制的變頻恒壓供水系統(tǒng)，要求既能夠?qū)崿F(xiàn)手動(dòng)操作控制還可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)操作控制。該系統(tǒng)中的水泵由電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力，為了保證系統(tǒng)的可靠性，除了擁有正常運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)M1外，還擁有一臺(tái)備用電動(dòng)機(jī)M2，在系統(tǒng)中分別由KM1和KM2控制，水泵累計(jì)運(yùn)行100 h輪換1次，每次輪換后水泵重新啟動(dòng)和停電后水泵重新啟動(dòng)都要求有5 s的報(bào)警；當(dāng)任何一個(gè)電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力在運(yùn)行過程中出現(xiàn)異常時(shí)要求能夠自動(dòng)切換到另一臺(tái)電動(dòng)機(jī)，手動(dòng)操作運(yùn)行時(shí)要求不能自動(dòng)輪換。采用PLC的PID調(diào)節(jié)功能來實(shí)現(xiàn)壓力恒定，采用PLC的特殊功能模塊的模擬輸出來控制變頻器的頻率，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)；系統(tǒng)設(shè)定壓力可調(diào)，并可通過觸摸屏對(duì)系統(tǒng)壓力進(jìn)行設(shè)定；觸摸屏要求能夠顯示設(shè)定壓力、實(shí)際壓力、水泵的運(yùn)行時(shí)間和轉(zhuǎn)速及報(bào)警信號(hào)等。

2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 恒壓供水系統(tǒng)軟元件設(shè)計(jì)

恒壓供水系統(tǒng)的控制系統(tǒng)軟元件部分設(shè)計(jì)主要包含觸摸屏的輸入/輸出信號(hào)分配，以及PLC中按鈕開關(guān)、接觸器、報(bào)警器、變頻器等元件的信號(hào)分配。觸摸屏輸入輸出分配表如表1所示， PLC的輸入/輸出分配表如表2所示。

表1 觸摸屏輸入/輸出信號(hào)分配

表2 PLC輸入/輸出信號(hào)分配

2.2 外圍接線設(shè)計(jì)

根據(jù)恒壓供水系統(tǒng)的控制要求、PLC的控制原理和其特殊功能FX0N-3A的模擬量輸出控制變頻器原理及I/O分配情況，設(shè)計(jì)出的系統(tǒng)外圍接線圖如圖1所示。

2.3 PLC程序設(shè)計(jì)

根據(jù)本系統(tǒng)的控制要求，利用PLC的PID調(diào)節(jié)功能實(shí)現(xiàn)了壓力調(diào)節(jié)及變頻器的調(diào)節(jié)，圖2為模擬量的讀入寫入程序段，該程序段主要是用來實(shí)現(xiàn)模擬量的讀入寫入準(zhǔn)備功能。圖3為PID運(yùn)算程序段，主要用來實(shí)現(xiàn)參數(shù)的矯正及調(diào)節(jié)，其模擬量的輸出實(shí)現(xiàn)壓力調(diào)節(jié)及變頻器的頻率調(diào)節(jié)，最終完成對(duì)恒壓供水系統(tǒng)的自動(dòng)控制。

圖1 恒壓供水控制系統(tǒng)接線圖

3 觸摸界面設(shè)計(jì)

根據(jù)恒壓供水系統(tǒng)的控制要求及I/O分配情況，對(duì)觸摸屏的界面進(jìn)行了設(shè)計(jì)，主要包含觸摸屏運(yùn)行方式的選擇，其中，手動(dòng)運(yùn)行模式包含對(duì)1號(hào)、2號(hào)泵的單獨(dú)啟動(dòng)和停止控制，而自動(dòng)運(yùn)行界面包含自動(dòng)啟停控制界面，兩種界面均包含了對(duì)泵運(yùn)行時(shí)間、故障報(bào)警、管道壓力、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、水壓設(shè)定、系統(tǒng)時(shí)間等方面的顯示，且均可清除報(bào)警和運(yùn)行時(shí)間，通過返回按鈕的功能可實(shí)現(xiàn)界面的跳轉(zhuǎn)。觸摸屏界面設(shè)計(jì)如圖4所示。

圖2 模擬量讀入寫入程序段

圖3 模擬量運(yùn)算程序段

圖4 觸摸屏界面

4 變頻器參數(shù)設(shè)計(jì)

變頻器的參數(shù)設(shè)定主要包含上限頻率、下限頻率、基底頻率、加速時(shí)間、減速時(shí)間、額定電流、啟動(dòng)頻率、輸出功率的設(shè)定，以及智能模式的選擇、操作模式的選擇等，根據(jù)本文所設(shè)計(jì)的恒壓供水系統(tǒng)的使用情況，對(duì)變頻器的參數(shù)設(shè)定如表3所示。

5 系統(tǒng)調(diào)試

在調(diào)試之前，首先連接觸摸屏與計(jì)算機(jī)、PLC的接口，其中觸摸屏的RS232接口通過數(shù)據(jù)線接在電腦的主機(jī)接口，而RS422接口通過數(shù)據(jù)線連在可編程控制器PLC的程序?qū)?導(dǎo)出接口，通過電腦中PLC編程軟件的FX0N-3A特殊功能編寫偏移/增益程序，外圍接通該模塊后，按下GAIN調(diào)節(jié)偏移量，按下OFFSET調(diào)節(jié)增益。依據(jù)圖4所示的觸摸屏界面，將各個(gè)元件的參數(shù)設(shè)置好；將電腦上的程序分別導(dǎo)入觸摸屏和PLC；在調(diào)試觸摸屏?xí)rPLC程序設(shè)定為監(jiān)視狀態(tài)，點(diǎn)擊按鈕注意電腦程序中的軟觸點(diǎn)元件的情況，如果沒有按照設(shè)定的動(dòng)作進(jìn)行，則需要查看程序中的觸點(diǎn)屬性與觸摸屏的屬性是否一致，觀察觸摸屏上所顯示的時(shí)間是否正確；再對(duì)觸摸屏上的輸入寄存器的值進(jìn)行改變，同時(shí)應(yīng)注意PLC程序?qū)?yīng)的值是否發(fā)生相應(yīng)的改變；按照?qǐng)D1將各個(gè)硬件的外圍接線連接好；啟動(dòng)PLC，把PLC的開關(guān)置于運(yùn)行狀態(tài)，調(diào)整整個(gè)供水系統(tǒng)的壓力；按下啟動(dòng)按鈕后，應(yīng)保證各設(shè)備的輸出正常。系統(tǒng)的實(shí)際壓力和所設(shè)定的壓力應(yīng)保持一致。

若水壓與所設(shè)置的壓力不一致，而是出現(xiàn)時(shí)而偏高時(shí)而偏低的現(xiàn)象，則應(yīng)及時(shí)調(diào)節(jié)PID參數(shù)，以保證系統(tǒng)正常運(yùn)行。

表3 恒壓供水系統(tǒng)變頻器參數(shù)設(shè)定

6 結(jié)語(yǔ)

本文將PLC控制技術(shù)、PID控制技術(shù)及PLC的特殊功能模塊功能引入到傳統(tǒng)的恒壓供水系統(tǒng)控制中，設(shè)計(jì)了一種具備手動(dòng)控制、自動(dòng)控制、觸摸參數(shù)設(shè)定及調(diào)節(jié)、報(bào)警功能的PID控制變頻恒壓供水系統(tǒng)。通過仿真軟件調(diào)試和實(shí)地調(diào)試，結(jié)果表明:這種PLC的PID控制變頻恒壓供水系統(tǒng)不僅自動(dòng)化程度高，而且在可靠性、操作性等方面都較之前系統(tǒng)具有很大優(yōu)勢(shì)。

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