PLC技術(shù)在變頻恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

摘要：變頻恒壓供水系統(tǒng)可以有效解決電力、水資源的浪費(fèi)的問題，可編程邏輯控制器（ProgrammableLogicController，PLC）技術(shù)的應(yīng)用可以協(xié)同變頻器控制電壓，主要是通過控制水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速的方式，將壓力控制在供水系統(tǒng)的需要值上，以此來實(shí)現(xiàn)節(jié)電的目標(biāo)?；诖?，對PLC技術(shù)在變頻恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行研究，通過分析某變頻器恒壓供水系統(tǒng)，來探討其是如何應(yīng)用PLC技術(shù)降低能耗，以期為相關(guān)部門提供參考。

關(guān)鍵詞：可編程邏輯控制器技術(shù)變頻恒壓供水系統(tǒng)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)調(diào)試

ResearchontheApplicationofPLCTechnologyinFrequencyConversionConstantPressureWaterSupplySystem

WANGBaoling

RugaoNo.1SecondarySpecializedSchoolJiangsu，Rugao，JiangsuProvince，226500China

Abstract：Frequencyconversionconstantpressurewatersupplysystemcaneffectivelysolvetheproblemofwasteofelectricityandwaterresources.TheapplicationofProgrammableLogicController（PLC）technologycancooperatewithfrequencyconvertertocontrolvoltage，mainlybycontrollingthespeedofthewaterpumpmotortocontrolthepressureattherequiredvalueofthewatersupplysystem，inordertoachievethegoalofpowerconservation.Basedonthis，thisarticlestudiestheapplicationofPLCtechnologyinfrequencyconversionconstantpressurewatersupplysystems.Byanalyzingacertainfrequencyconversionconstantpressurewatersupplysystem，itexploreshowPLCtechnologyisappliedtoreduceenergyconsumption，inordertoprovidereferenceforrelevantdepartments.

KeyWords：ProgrammableLogicController;Frequencyconversionconstantpressurewatersupplysystem;Systemhardwaredesign;Systemdebugging

傳統(tǒng)的供水方式未考慮用戶用水量的動(dòng)態(tài)變化，主要是根據(jù)最大用水負(fù)荷來選擇水泵電機(jī)，而水泵電機(jī)24h同一負(fù)荷的運(yùn)行就造成了大量的電力、水資源浪費(fèi)的現(xiàn)象。變頻恒壓供水系統(tǒng)的應(yīng)用有效改善了這一問題，其采用可編程邏輯控制器（ProgrammableLogicController，PLC）技術(shù)來根據(jù)用水量的實(shí)際變化，實(shí)現(xiàn)對水泵轉(zhuǎn)速的自動(dòng)化控制，該方式可以有效延長機(jī)電設(shè)備的使用壽命。因此，本文對PLC技術(shù)在變頻恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行深入的探討和分析。下面對變頻恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行闡述。

1系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

某變頻恒壓供水系統(tǒng)其壓力在0.3～0.4MPa，穩(wěn)定在0.35MPa，該系統(tǒng)的硬件主要包括壓力傳感器、控制器、觸摸屏、上位機(jī)、變頻器、接觸器組、供水泵組、供水管網(wǎng)，詳見圖1。其中壓力傳感器連接變頻器，實(shí)現(xiàn)PID控制，目的就是實(shí)時(shí)的采集水箱的壓力數(shù)據(jù)；控制器型號(hào)為西門子的S7-200CPU226，變頻器型號(hào)為西門子的MM440，該系統(tǒng)只配備了一個(gè)變頻器，且其一次只能接通一臺(tái)電機(jī)；上位機(jī)上安裝了MCGS組態(tài)軟件；供水泵組安有3臺(tái)水泵，每一臺(tái)水泵都采用了“先開先?！钡脑瓌t進(jìn)行設(shè)置；接觸器組用來控制電機(jī)，兩個(gè)接觸器會(huì)控制一臺(tái)電機(jī)，一般接觸器組包含兩個(gè)接觸器，一個(gè)直接連接在工頻電源上，另一個(gè)則與變頻器功跟電源相連。用觸摸屏可以遠(yuǎn)程監(jiān)控水壓和電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)電機(jī)運(yùn)行頻率出現(xiàn)問題時(shí)，需要通過手動(dòng)控制的方式，通過觸摸屏來給定。該系統(tǒng)在控制回路中裝微繼電器，當(dāng)供水管網(wǎng)壓力超限時(shí)，控制系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)斷電，進(jìn)而起到超壓保護(hù)的作用。

2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)有兩種控制方式，一種是手動(dòng)，一種是自動(dòng)，不管是哪種控制方式都可以通過手動(dòng)和自動(dòng)控制的按鈕進(jìn)行激活。

2.1手動(dòng)控制

當(dāng)設(shè)備檢修時(shí)就可以通過手動(dòng)控制來分別對3臺(tái)水泵進(jìn)行啟動(dòng)和停止操作，可以根據(jù)現(xiàn)場的需求，將三臺(tái)水泵在工頻和變頻兩種狀態(tài)下進(jìn)行隨意的切換，詳見圖2。手動(dòng)控制的目的在于通過變頻器軟啟動(dòng)的方式，減少電網(wǎng)電壓的沖擊力，延長水泵電機(jī)的使用壽命。

2.2自動(dòng)控制

當(dāng)供水運(yùn)行時(shí)需要切換到自動(dòng)控制模式，在設(shè)計(jì)時(shí)，其主要包括兩個(gè)主程序，即系統(tǒng)初始化主程序和中斷程序；兩個(gè)子程序，即報(bào)警子程序，變頻/工頻運(yùn)行子程序。設(shè)計(jì)過程中，由系統(tǒng)初始化進(jìn)入到變頻器輸出頻率達(dá)到最大時(shí)，該水泵電機(jī)工頻運(yùn)行，變頻器軟啟動(dòng)另外一臺(tái)水泵，然后由PLC輸出控制水泵運(yùn)行或停機(jī)。當(dāng)變頻器輸出頻率未達(dá)到最大時(shí)，變頻器輸出的頻率降到最小時(shí)，按順序停止工頻運(yùn)行水泵電機(jī)，然后再由PLC輸出控制水泵運(yùn)行或停機(jī)。當(dāng)變頻器輸出頻率未降到最小時(shí)，直接由PLC輸出控制水泵運(yùn)行或者停機(jī)，最后結(jié)束，詳見圖3。

在具體的控制中，先按下啟動(dòng)按鈕，此時(shí)變頻器就會(huì)跟接觸器組進(jìn)行接通，最先接通的是KM1，其會(huì)將1#水泵的電機(jī)跟變頻的輸出電路進(jìn)行連接，然后1#水泵電機(jī)開始運(yùn)行。當(dāng)電機(jī)開始運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)中的壓力傳感器會(huì)感應(yīng)到水壓信號(hào)，并將水壓信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成單級(jí)性模擬量的電信號(hào)，再將該電信號(hào)傳遞給PLC控制系統(tǒng)。PLC控制系統(tǒng)收到該信號(hào)后會(huì)跟比例、積分、微分（PID）整定參數(shù)值進(jìn)行比較，然后對水泵的運(yùn)行頻率和狀態(tài)進(jìn)行調(diào)節(jié)。如果用水量比較少時(shí)，1#水泵就會(huì)以變頻的方式進(jìn)行運(yùn)行，反之，就需要將1#水泵的運(yùn)行模式改為工頻，并切斷KM1對1#水泵的控制，接通KM2進(jìn)行加泵，讓水泵呈現(xiàn)2#水泵變頻+1#水泵工頻運(yùn)行的模式。如果這兩臺(tái)水泵都無法滿足用水需求時(shí)，還需要進(jìn)行加泵，滿足用戶要求，也滿足供水壓力，此時(shí)按照加泵的方式，切斷KM2對2#水泵的控制，以1#水泵工頻+2#水泵工頻+3#水泵變頻的方式進(jìn)行運(yùn)行。

該變頻恒壓供水系統(tǒng)使用了三臺(tái)水泵，在具體的設(shè)計(jì)中還需要用水量的實(shí)際情況，確定水泵的數(shù)量，當(dāng)用水量大，超出壓力允許范圍時(shí)，就需要根據(jù)使用量來控制水泵的數(shù)量和運(yùn)行模式，以此來實(shí)現(xiàn)保持水壓恒定的目的。

3昆侖通態(tài)（MCGS）在線監(jiān)控的設(shè)計(jì)

昆侖通態(tài)MCGS組態(tài)軟件監(jiān)控在設(shè)計(jì)時(shí)需要包括3大模塊，即數(shù)據(jù)采集和通信、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控和數(shù)據(jù)管理。其中數(shù)據(jù)采集和通信又包括通信參數(shù)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)處理兩個(gè)子模塊，設(shè)備狀態(tài)控制又細(xì)分為設(shè)備參數(shù)設(shè)定、報(bào)警處理、以及設(shè)備狀態(tài)顯示三個(gè)子模塊，數(shù)據(jù)管理又細(xì)分為數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)備份、以及數(shù)據(jù)輸出三個(gè)子模塊，以此來通過PLC控制程序進(jìn)行故障的監(jiān)控，并且實(shí)時(shí)對故障數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，收集到的數(shù)據(jù)會(huì)實(shí)時(shí)的顯示在觸摸屏上。該系統(tǒng)的觸摸屏采用PC/PPI通信電纜與PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行連接，設(shè)有USB接口，在完成組態(tài)畫面設(shè)計(jì)以及設(shè)置完參數(shù)后，就可以通過USB接口連接數(shù)據(jù)。

4系統(tǒng)調(diào)試和PID參數(shù)設(shè)定

在系統(tǒng)設(shè)計(jì)完后，就需要對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，并且進(jìn)行PID參數(shù)設(shè)定。采用PLCS7編程軟件step7-micro/win，該軟件是一款仿真軟件，安裝以后用戶可以在脫機(jī)的狀態(tài)下創(chuàng)建、修改、以及編輯用戶程序。該軟件會(huì)提供一個(gè)PID控制面板，在同一時(shí)間內(nèi)，允許8個(gè)PID同時(shí)進(jìn)行整定，為了保證整個(gè)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)性，在設(shè)置PLC程序執(zhí)行的時(shí)間時(shí)，應(yīng)該將其設(shè)置的跟PID輸出時(shí)間保持一致，同時(shí)，模擬量輸入模塊采集數(shù)據(jù)的速度，需要跟PID指令更新的速度保持一致，這樣才能有效的獲得實(shí)時(shí)的壓力過程變量。在設(shè)置PID的整定參數(shù)時(shí)，需要在PID控制面板上先將其狀態(tài)調(diào)至一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)，在啟動(dòng)整定功能后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)將計(jì)算好的PID參數(shù)顯示出來，然后進(jìn)行反復(fù)的調(diào)試，得出大量的PID參數(shù)組，在對這些參數(shù)組進(jìn)行干擾實(shí)驗(yàn)，以此來選出一個(gè)最佳的參數(shù)，該參數(shù)即為PID的整定參數(shù)，目的就是為了保證變頻恒壓供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

5結(jié)語

綜上所述，PLC在變頻恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在邏輯控制和連通觸摸屏等方面，它能夠通過編程實(shí)現(xiàn)對供水系統(tǒng)的精確控制，確保供水壓力的穩(wěn)定和節(jié)能運(yùn)行。PLC能夠接收來自壓力傳感器的信號(hào)，這些傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測管網(wǎng)的水壓變化，當(dāng)用水量增加導(dǎo)致水壓下降時(shí)，PLC會(huì)接收到相應(yīng)的信號(hào)，并經(jīng)過內(nèi)部運(yùn)算處理后，向變頻器發(fā)送控制信號(hào)。變頻器根據(jù)PLC的指令調(diào)節(jié)水泵的轉(zhuǎn)速，增加出水量，從而提升管網(wǎng)壓力至設(shè)定值。此外，PLC在供水系統(tǒng)中還起到邏輯控制的作用，在供水系統(tǒng)中，可能需要控制多臺(tái)水泵的運(yùn)行，以保證供水的穩(wěn)定性和連續(xù)性。PLC可以根據(jù)實(shí)際需求，控制不同水泵的啟動(dòng)和停止，實(shí)現(xiàn)大泵和小泵的配合使用。在用水高峰期，PLC可以啟動(dòng)大泵以滿足高流量需求；而在用水量較小時(shí)，則切換到小泵運(yùn)行，以達(dá)到節(jié)能的效果。同時(shí)，PLC還可以與觸摸屏相連，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，通過觸摸屏，操作人員可以實(shí)時(shí)監(jiān)測供水系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，包括管網(wǎng)壓力、水泵轉(zhuǎn)速等參數(shù)。總的來說，PLC在變頻恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用使得供水控制更加智能化和高效化，提高了供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，同時(shí)也降低了能耗和運(yùn)行成本。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，PLC在供水系統(tǒng)中的應(yīng)用將會(huì)更加廣泛和深入。

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