某工廠基于PLC的恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計

陳鵬 李歡

摘要：該設(shè)計對某廠區(qū)供水系統(tǒng)進行改造，采用三菱PLC作為主控單元。并充分利用變頻器的變頻作用，根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)可快速調(diào)整供水系統(tǒng)的供給需要，達到恒壓供水的目的。改造提高了系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性，得到了良好的控制效果。本論文根據(jù)某工廠的供水要求，設(shè)計了一套基于PLC的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)，變頻恒壓供水系統(tǒng)由可編程控制器、變頻器、水泵機組、壓力傳感器等構(gòu)成。本系統(tǒng)包含三臺水泵電機，它們組成變頻循環(huán)運行方式。采用變頻器實現(xiàn)對三相水泵電機的軟啟動和變頻調(diào)速，運行切換采用“先啟先?！钡脑瓌t。壓力傳感器檢測當前水壓信號，送入PLC與設(shè)定值比較后進行PID運算，從而控制變頻器的輸出電壓和頻率，進而改變水泵電機的轉(zhuǎn)速來改變供水量，最終保持管網(wǎng)壓力穩(wěn)定在設(shè)定值附近。對整個系統(tǒng)進行了運行調(diào)試，運行結(jié)果表明該系統(tǒng)具有水壓穩(wěn)定、硬件組成簡單、運行可靠和操作方便等優(yōu)點。

關(guān)鍵詞：恒壓供水;可編程控制器;變頻器

一、恒壓供水控制系統(tǒng)方案分析

此課題選用“恒壓變頻”的方式來進行設(shè)計，采用PI￡控制。

PLC是一種為“工業(yè)環(huán)境”下而專門設(shè)計出來的計算機，它采用了嚴格的制造工藝，能夠防粉塵、防噪聲，并且在強烈的空間磁場干擾下或者變化劇烈的環(huán)境溫度下仍然能夠穩(wěn)定正常工作，故其具有非常大的運行可靠性。例如日本三菱設(shè)備公司制造的F系列PLC平均可靠運行時間高達30萬小時。同時相對于以為的單片機工亞控制系統(tǒng)中，使用PLC控制具有更大的靈活性，并且控制功能完善，安裝接線簡單等諸多特點，在工業(yè)控制中取得了非常廣泛的應(yīng)用。從PLC的外部接線來說，使用PLC組成的恒壓供水控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關(guān)接點己減少到非常小的地步，發(fā)生故障的情況也就大大減少。

本課題的恒壓供水控制系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)供水過程中的各種控制信號和當時的運行狀態(tài)，根據(jù)省時、高效的原則，自動進行綜合分析，確定下一個工作狀態(tài)。為此，控制系統(tǒng)要求共有3臺水泵，要求2臺運行，1臺備用，運行與備用10天輪換一次;用水高峰時，1臺工頻全速運行，1臺變頻運行;用水低谷時，只需1臺變頻運行;

主控運行過程是，恒壓供水的PLC控制系統(tǒng)啟動，第一個周期內(nèi)1#電機工頻運行，2#電機變頻運行，3#電機備用。PLC根據(jù)水壓上下限觸點的導通情況，來實現(xiàn)變頻電機的7段速度的選擇，每當水壓下限來臨，變頻器的頻率輸出增加，直至工頻電機與變頻電機滿負載運行。當?shù)诙€周期來臨，2#電機工頻運行，3#電機變頻運行，1#備用，工作狀態(tài)同上;以此類推，第三個周期3#電機工頻運行，1#電機變頻運行，2#備用。三個狀態(tài)的完成，周期為1個月，下一個月來臨時，重復(fù)上述步驟。

二、恒壓供水控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計

（一）恒壓供水控制系統(tǒng)設(shè)備選型

由控制要求可知，該設(shè)計共計7個輸入點、11個輸出點，I/O實際需18點。為今后工藝改進與功能擴充留有余地，在實際統(tǒng)計I/O點數(shù)基礎(chǔ)上，一般加10-20%余量，再考慮PLC產(chǎn)品本身規(guī)格[1]，選擇FX-48MR-001型PLC，其I/O總點數(shù)為48點，即輸入與輸出各有24個接點，與其它PLC的比較，三菱PLC編程直觀易懂，并且其指令集豐富，故選用此型號的PLC控制器[2]。

（二）PLC輸入輸出接點分配

根據(jù)恒壓供水控制模型的輸入/輸出信號，分配FX—48MR型PLC輸入/輸出接點共為18個，I/O分配如表2-1[3]。

（-）PLC中內(nèi)部觸點的分配

整個系統(tǒng)中，一共使用到了10個輔助繼電器M，2個定時器T，1個數(shù)據(jù)寄存器D和3個計數(shù)器C。PLC內(nèi)部的每一個觸點的功能都見表2-2所示。

三、恒壓供水系統(tǒng)程序設(shè)計

（一）工變頻電機的滿載與防負壓運行

當一個周期內(nèi)的工頻電機與變頻電機全部都在運行時，且此時的變頻電機己經(jīng)處于45Hz的滿頻狀態(tài)，這個時候，變頻電機必須一直以此速度運行，并不能減速。故設(shè)定輔助繼電器M150在滿載時，限制水壓下限信號的再次觸發(fā)，以此實現(xiàn)持續(xù)滿載運行，否則變頻電機將處于持續(xù)的加速減速中，運行不可靠且不合要求。同時設(shè)定輔助繼電器M250為負壓保護控制，當用水低谷時，如果工廠使用的水壓非常低時，即使以1臺變頻電機在15Hz運行的時候，都己經(jīng)滿足，這時候仍然不能將電機都關(guān)閉，所以設(shè)定M250，防止負壓的出現(xiàn)[4]。

（二）電機過載報警

此工程設(shè)計中一共有三臺電機組，每臺電機都有熱繼電器FR，即有FR1（X006），F(xiàn)R2（X007）和FR3（X008）。當某個熱繼電器因為過載而損壞時，電機會停止運行，且PLC會接收到熱繼電器的信號，常閉觸電斷開，驅(qū)動Y012線圈報警[5]。

四、控制系統(tǒng)程序的調(diào)試

（一）PLC外部電氣線路的初始檢查

PLC外圍電氣線路的接線，在接線中要注意：①電源端子不能接錯，②直流輸入端不能與電源端子之間發(fā)生短路連接，③輸出導線之間要有短路保護。因此，在接通電源之前，須檢查電源、接地及輸入/輸出接線的情況;在斷開電源情況下，可用萬用表檢測PLC的絕緣電阻。例如，可斷開PLC的輸入/輸出接線端和電源端，并通過各接線端和接地端中的公共點進行測試等。

（二）程序的校驗、讀/寫、執(zhí)行和修改

PLC設(shè)備與上位計算機連接好后就能夠接通電源，在電腦上使用GX-Developer編程軟件編好的恒壓供水系統(tǒng)控制程序，可進行修改、檢驗，確定無語法等錯誤后，點擊編程軟件中“在線”，之后再點擊“PLC寫入”，這一步是將上位機中的程序?qū)懭氲絇LC中，進行程序的模擬運行，若有控制錯誤，可點擊“監(jiān)視模式”，觀察程序的哪個過程不符合邏輯，或者運行出錯，然后再點擊“寫入模式”，重新對程序進行修改編譯，直至程序能夠完整的實現(xiàn)控制要求。

（三）系統(tǒng)運行及調(diào)試

①PLC控制系統(tǒng)接通電源;

②將計算機中調(diào)試正確的程序?qū)懭氲絇LC中，并執(zhí)行;

③通過一步一步地觀察是否有相應(yīng)動作的輸出信號，若對應(yīng)的輸出信號有輸出，對應(yīng)的指示，且在電腦屏幕中直觀的顯示出電機的運行狀態(tài)：若無信號指示，要檢查程序中對應(yīng)的輸出線圈是否接通，若不通，繼續(xù)進行修改，若該線圈已接通，應(yīng)檢查驅(qū)動的指示燈是否完好;若參數(shù)設(shè)定錯誤，必須立刻將參數(shù)重新設(shè)定，之后再將其重新下載并運行。

參考文獻：

[1]三菱電機自動化（中國）有限公司.FX1S、FX1N、FX2N、FX2NC編程手冊.2005.

[2]黃宋魏，皺金慧.電氣控制與PLC應(yīng)用技術(shù)[D].北京：電子工業(yè)出版社，2010，7.

[3]張運剛，宋小春，郭武強·從入門到精通—三菱FX2N PLC技術(shù)與應(yīng)用[D].北京：人民郵電出版社，2007.

[4]李明.電機與電力拖動[D].北京：電子土業(yè)出版社，2002.

[5]周力，張龍.電力與拖動基礎(chǔ)[D].北京：中國鐵道出版社，2006.