趙敏鵬

摘 要：生產(chǎn)生活都離不開水但由于用戶或用水設(shè)備數(shù)量的變化會(huì)導(dǎo)致送水管路中水壓的變化，水壓的升降會(huì)使用戶或用水設(shè)備受到影響，因此需要保證送水管路中的水壓保持恒定。傳統(tǒng)維持水壓的方法是采用水塔、高位水箱等，水塔或水箱中水位的變化相對(duì)于水塔的高度是很小的，因而水塔或水箱能維持水壓的基本恒定。由于建造水塔或水箱需要二次投入，并會(huì)造成水的二次污染，隨著科技的發(fā)展，利用PLC和變頻器來實(shí)現(xiàn)恒壓

供水。

關(guān)鍵詞：恒壓供水；水壓恒定；控制

本控制系統(tǒng)主要對(duì)供水系統(tǒng)水壓進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，保證用戶或用水設(shè)備所需水壓在規(guī)定范圍內(nèi)。恒壓供水系統(tǒng)主要由水泵、壓力傳感器、調(diào)節(jié)器及變頻器構(gòu)成。

恒壓供水系統(tǒng)中產(chǎn)生水壓的設(shè)備是水泵、水泵轉(zhuǎn)動(dòng)越快產(chǎn)生的水壓就越高；壓力傳感器主要用于檢測(cè)管路中的水壓，常裝設(shè)在泵站的出水口，當(dāng)用水量大時(shí)水壓降低，用水量小時(shí)水壓升高。壓力傳感器將水壓的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏骰螂妷旱淖兓徒o調(diào)節(jié)器。調(diào)節(jié)器是一種電子裝置，在系統(tǒng)中可以設(shè)定管路壓力，接受傳感器送來的管路水壓實(shí)測(cè)值，并與給定值進(jìn)行比較，輸出調(diào)節(jié)信號(hào)。

1 系統(tǒng)控制要求

本恒壓控制系統(tǒng)要求如下

（1）系統(tǒng)設(shè)有手動(dòng)和自動(dòng)兩種工作方式

（2）系統(tǒng)設(shè)有兩臺(tái)水泵，由兩臺(tái)10Kw的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，一臺(tái)工頻運(yùn)行，一臺(tái)變頻運(yùn)行，累計(jì)工作10h輪換一次，手動(dòng)工作方式時(shí)不

切換。

（3）PLC采用PID調(diào)節(jié)指令，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)水壓。

（4）變頻器采用PLC的特殊功能模塊的模擬輸出來調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。變頻器的其他參數(shù)自行設(shè)定。

（5）系統(tǒng)設(shè)有電源指示、工作方式指示、電動(dòng)機(jī)運(yùn)行指示。

（6）因管路發(fā)生破裂或某電臺(tái)電動(dòng)機(jī)損壞不能正常工作等原因?qū)е鹿苈穳毫^低時(shí)，變壓運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)以最大設(shè)定頻率連續(xù)工作1h以上或電動(dòng)機(jī)過載時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警指示。

2 PID調(diào)節(jié)指令

PLC技術(shù)不斷增強(qiáng)，運(yùn)行速度不斷提高，不但可以完成順序控制的功能，還可以完成復(fù)雜的閉環(huán)控制功能。

PID控制系統(tǒng)在工業(yè)中主要對(duì)連續(xù)變化的量實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，如溫度、流量、壓力、速度、位置等，它是閉環(huán)模擬量控制中的傳統(tǒng)調(diào)節(jié)方式，在改善控制系統(tǒng)品質(zhì)、保證系統(tǒng)偏差達(dá)到預(yù)定指標(biāo)、使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定狀態(tài)具有良好效果。

3 變頻器

（1）變頻器的基本結(jié)構(gòu)

變頻器主要是將電網(wǎng)的交流電整流成直流電；逆變器通過三相橋式逆變電路將直流轉(zhuǎn)換成任意頻率的三相交流；由于變頻器的負(fù)載一般為電動(dòng)機(jī)，屬于感性負(fù)載，中間直流環(huán)節(jié)和電動(dòng)機(jī)之間總會(huì)有無功功率交換，這種無功功率將由中間環(huán)節(jié)的儲(chǔ)能元件來緩沖；控制電路主要是完成逆變器的開關(guān)控制、對(duì)整流器的電壓控制以及各種保護(hù)功能。

4 系統(tǒng)硬件配置

系統(tǒng)要求交流輸出，故選用較為常用的繼電器輸出型PLC；根據(jù)控制系統(tǒng)需求并留有余量為以后增加系統(tǒng)功能作準(zhǔn)備，PLC的輸入和輸出點(diǎn)數(shù)選用48點(diǎn)。

5 系統(tǒng)編程

控制系統(tǒng)通過壓力傳感器將采集的管路水壓值轉(zhuǎn)換成4～20mA電信號(hào)，通過特殊功能模塊將此電流模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量傳送給PLC，再通過PLC進(jìn)行運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果通過DA模塊轉(zhuǎn)換成模擬量從而控制變頻器的轉(zhuǎn)速。水壓檢測(cè)值與設(shè)置值相差很大時(shí)，水泵的轉(zhuǎn)速就大；反之則小，從而使壓力差保持在一定范圍內(nèi)，達(dá)到恒壓供水目的。變頻器的頻率上限值設(shè)置為50HZ，頻率下限值設(shè)置為30HZ，數(shù)據(jù)90ms采樣

一次。

PLC開始工作時(shí)，通過特殊輔助電器產(chǎn)生的初始脈沖進(jìn)行初始化，包括將變頻器工作頻率的上下限、系統(tǒng)壓力目標(biāo)值、PID調(diào)節(jié)參數(shù)寫入到有關(guān)數(shù)據(jù)寄存器中。

90ms采樣時(shí)間到達(dá)后，系統(tǒng)啟動(dòng)A＼D、PID及D＼A，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)供水系統(tǒng)壓力。

將采樣值與目標(biāo)值進(jìn)行比較，若壓力小系統(tǒng)會(huì)根據(jù)壓力差使變頻器運(yùn)行電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速提高，即提高供水壓力；反之則降低供水壓力。若變頻器連續(xù)在工頻狀態(tài)工作1h，則進(jìn)行閃爍報(bào)警，系統(tǒng)過電壓時(shí)也會(huì)進(jìn)行閃爍報(bào)警。

6 系統(tǒng)調(diào)試

設(shè)定變頻器相關(guān)參數(shù)；上限頻率Pr1=50Hz，下限頻率Pr2=30Hz，基底頻率Pr3=50Hz，加速時(shí)間Pr7=3s，減速時(shí)間Pr8=3s，過電流保護(hù)Pr9等于電動(dòng)機(jī)的額定電流，起動(dòng)節(jié)能模式Pr60=4，選擇端子2～5為0—10v的電壓信號(hào)Pr73=0，允許所有參數(shù)的讀/寫Pr160=0，操作模式選擇外部運(yùn)行Pr79=2等。

將PLC與變頻器、A＼D及D＼A特殊模塊連接好，進(jìn)行控制系統(tǒng)空載調(diào)試。將轉(zhuǎn)換開關(guān)撥向手動(dòng)方式，分別起動(dòng)電動(dòng)機(jī)，觀察電動(dòng)機(jī)運(yùn)行是否正常。正常后將轉(zhuǎn)換開關(guān)撥向自動(dòng)操作方式，按下自動(dòng)啟動(dòng)按鈕，通過變頻器的操作面板觀察變頻器的輸出頻率是否符合要求。否則檢查系統(tǒng)界限、變頻器參數(shù)、PLC程序及參數(shù)，直至變頻器按要求運(yùn)行。再逐一調(diào)節(jié)各種輸入及輸出，觀察PLC及變頻器的輸出是否符合設(shè)計(jì)要求，否則作相應(yīng)調(diào)整及修改。

7 系統(tǒng)維護(hù)

繼電器和PLC控制系統(tǒng)長期運(yùn)行后，總會(huì)出現(xiàn)故障，由于維護(hù)人員的不斷更換和維修人員的水平或經(jīng)驗(yàn)有限，控制系統(tǒng)長期維護(hù)后，系統(tǒng)接線及元器件不斷拆裝和更換也會(huì)給后續(xù)維護(hù)工作帶來困難。若控制系統(tǒng)出現(xiàn)剛開機(jī)熔斷器就燒斷現(xiàn)象，就是熔斷器參數(shù)選擇不當(dāng)所致。若控制系統(tǒng)出現(xiàn)按下啟動(dòng)按鈕后系統(tǒng)運(yùn)行，經(jīng)查發(fā)現(xiàn)控制回路熔斷器已燒斷，更換熔斷器后按下啟動(dòng)按鈕聽到控制柜有爆炸聲，打開控制柜發(fā)現(xiàn)還是熔斷器燒斷了，再試還出現(xiàn)這種情況，再開機(jī)還燒毀熔斷器，維護(hù)檢修人員經(jīng)過思考后回想起熔斷器的參數(shù)是否合適。

恒壓供水控制系統(tǒng)中的變頻器也是主要維護(hù)元器件之一，首先要了解變頻器的工作原理，然后根據(jù)變頻器自診斷及保護(hù)功能動(dòng)作時(shí)的現(xiàn)實(shí)信息進(jìn)行分析，通過檢測(cè)找到硬件故障進(jìn)行修復(fù)或更換。上述故障發(fā)生時(shí)，變頻器觸摸面板顯示的故障現(xiàn)象為短路、接地、過電流、散熱器過熱等。檢修人員檢測(cè)負(fù)載側(cè)沒有短路、接地現(xiàn)象；檢查機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)超載，過電流顯示不可能。很可能是過載故障，經(jīng)檢查內(nèi)部冷卻風(fēng)扇，發(fā)現(xiàn)頂部一只已不運(yùn)轉(zhuǎn)，這時(shí)只需維修或更換風(fēng)扇即可排除故障。

參考文獻(xiàn)

[1]宋建新 IO-LINK在自動(dòng)化生產(chǎn)線上的應(yīng)用 可編程控制器與工廠自動(dòng)化 2012-5

[2]FX-20P-E手持編程器使用手冊(cè) 三菱機(jī)電公司 2006

[3]雷紅玲 模擬自動(dòng)化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 工業(yè)儀表與自動(dòng)化裝置 2009-8