張朦

【摘 要】本文介紹了以變頻器-PLC為核心構(gòu)成系統(tǒng)的控制原理、結(jié)構(gòu)組成、軟件設(shè)計及系統(tǒng)優(yōu)點。

【關(guān)鍵詞】變頻器；PLC；比較器；控制系統(tǒng)

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中推廣應(yīng)用節(jié)水灌溉技術(shù)的節(jié)水潛力很大。然而科學(xué)合理的灌溉又是節(jié)約資源和更好的施灌的保證。目前，在自動灌溉控制系統(tǒng)中有很大一部分水泵電機是不變速拖動系統(tǒng)，不變速電機的電能大多消耗在適應(yīng)供水量的變化而頻繁的開停水泵中。

一、系統(tǒng)概述

在壓力控制方面的優(yōu)越性能可以解決水量控制系統(tǒng)存在的以上問題?？紤]選用單片機或PLC與變頻器結(jié)合為核心構(gòu)成的系統(tǒng)都能達(dá)到較好的控制效果。但在軟件設(shè)計上，PLC比單片機的編程更簡潔、直觀；從硬件接口考慮，單片機電路稍微復(fù)雜一些；從經(jīng)濟方面考慮，由于PLC工藝的日漸成熟，小型PLC的成本與單片機相差無幾，由于要根據(jù)現(xiàn)場情況調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)，PLC的軟件中時間參數(shù)的調(diào)整更簡單，這樣更有利于售后服務(wù)人員掌握。基于以上原因，選用了西門子系列PLC與三菱的變頻器作為控制核心，再加上比較器與壓力變送器，控制效果非常好，軟件設(shè)計簡單，硬件接口簡易可行、可靠性高，整個系統(tǒng)的性價比較高。在供水系統(tǒng)中引進(jìn)變頻器結(jié)合小型PLC技術(shù)，不僅改變傳統(tǒng)用閥門控制水量多少，而且在節(jié)能、壓力、流量控制等方面均有非常好的效果，本文介紹了變頻器--PLC調(diào)控技術(shù)在水泵控制中的應(yīng)用。

二、系統(tǒng)原理

控制系統(tǒng)用一臺變頻器可以帶三臺水泵電動機，每臺水泵既可以工作在常規(guī)工頻模式，也可以工作在變頻模式。每臺泵只能處于變頻或工頻其中一種工作模式，也可以通過兩個繼電器互鎖保證它的安全與可靠，本系統(tǒng)運用用傳送指令。主電路如下所示：

系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示，利用安置在的灌溉用水中的壓力變送器將水的壓力信號傳輸?shù)奖容^器，根據(jù)與比較器的設(shè)定值和報警上下限比較，送信號給PLC與變頻器，系統(tǒng)的起停泵分別由比較器的壓力下限信號和變頻器的頻率下限信號決定，假如壓力低，比較器給PLC一個壓力下限信號，PLC啟動變頻器，并使一號泵處于變頻工作狀態(tài)，輸出的頻率逐漸增大，經(jīng)過一段時間的調(diào)節(jié)，如壓力還低，這時，PLC讓一號泵處于工頻狀態(tài)工作，使二號泵處于變頻工作狀態(tài)泵，如壓力還低，則讓二號泵處于工頻狀態(tài)工作，使三號泵處于變頻工作狀態(tài)，如此類推。當(dāng)壓力達(dá)到調(diào)節(jié)器上限報警值時，調(diào)節(jié)器輸出降低，變頻器頻率降低，低到頻率下限設(shè)定值，這時變頻器給出一個頻率下限信號給PLC，PLC根據(jù)先啟先停的原則控制泵的運行順序，例如，PLC收到頻率下限信號時，系統(tǒng)中泵的狀態(tài)是一號工頻，二號工頻，三號變頻，這時一號泵最先啟動，所以先停，接著如壓力還高，則停二號泵。

三、系統(tǒng)的軟件設(shè)計

SIEMES S7-200軟件的梯形圖是逐行掃描，頻率大約100ms一次，PLC軟件設(shè)計思路是列出所有泵可能的運行狀態(tài)，每種狀態(tài)處理兩種情況，有壓力下限信號時增加泵，當(dāng)無壓力下限而有頻率下限信號時減少泵，按照先啟先停的原則，可列出水泵運行的所有組合狀態(tài)。另外測速發(fā)電機測得的結(jié)果給比較器，這樣便控制了電動機的啟停和轉(zhuǎn)速。所以結(jié)構(gòu)框圖中設(shè)計了雙重反饋電路即由測速發(fā)電機組成的速度反饋和由壓力傳感器組成的壓力反饋系統(tǒng)。本文由于篇幅原因，部分梯形圖省略。以下是灌溉系統(tǒng)的手動部分，自動部分程序只需在加計數(shù)器CU、CD處考慮到壓力傳感器的上下限位即可。最后的故障處理就是當(dāng)有缺水或過水信號或變頻器故障信號時把所有的泵與變頻器都停止。

四、系統(tǒng)的優(yōu)點

（1）節(jié)電效益高。傳統(tǒng)水泵電機均采用大容量電機，用閥門控制水量恒定，造成電能浪費。（2）運行可靠、穩(wěn)定。系統(tǒng)中的核心部件—變頻調(diào)速器本身的可靠性很高，一般情況下可連續(xù)使用10萬/h以上。系統(tǒng)還采用軟啟動方式，不存在電氣沖擊，不污染電網(wǎng)，而且變頻器自帶欠壓、過壓、過流、過載、過熱以及失速等各種保護(hù)功能。（3）結(jié)構(gòu)簡單，操作簡便。裝置的控制系統(tǒng)采用集成度高，配套方案靈活多樣，由可編程控制器得到水泵運行的各種組合。（4）使用壽命長，自動化程度高，維護(hù)量少。以上系統(tǒng)在實際的應(yīng)用中效果顯著，如將PLC與變頻器中自帶編程器的功能集成，可開發(fā)成一些專用的變頻器，這樣系統(tǒng)的可靠性與健壯性大大增強，應(yīng)用更加簡單，系統(tǒng)的總成本也會下降。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]宮淑貞，王冬青.可編程控制器原理及應(yīng)用[M].人民郵電出版社，2002

[2]丁斗章.變頻調(diào)速技術(shù)與系統(tǒng)應(yīng)用[M].機械工業(yè)出版社，2005