陳淑晴 付瑩

遼寧錦州渤海大學(xué)工學(xué)院

PLC與變頻器在恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用

陳淑晴 付瑩

遼寧錦州渤海大學(xué)工學(xué)院

恒壓供水系統(tǒng)的應(yīng)用十分廣泛，目前已經(jīng)穿透到很多的領(lǐng)域中，而且對(duì)人們的生活也起到了很大的作用，現(xiàn)今確保供水系統(tǒng)是足夠的安全以及足夠的穩(wěn)定，這對(duì)于在大多數(shù)的行業(yè)中受到了很大的關(guān)注，同時(shí)在供水的領(lǐng)域中的采用到一些先進(jìn)的技術(shù)，比如PLC相關(guān)的控制技術(shù)以及一些重要的變頻技術(shù)等，這些技術(shù)都在供水領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用，而且也是系統(tǒng)的重要需求。PLC與變頻器控制的恒壓供水系統(tǒng)，采用PLC進(jìn)行邏輯控制，變頻器進(jìn)行壓力調(diào)節(jié)。PLC與變頻器中系統(tǒng)控制是屬于核心的部件。

恒壓供水系統(tǒng) PLC 變頻器

1 引言

在供水系統(tǒng)的，供水網(wǎng)的末端相關(guān)的工作以及供水始端的工作可以說(shuō)實(shí)在整個(gè)供水系統(tǒng)中的地位舉足輕重。通常而言，在供水系統(tǒng)中不論一天的哪個(gè)時(shí)間段，對(duì)水的需求量都是很多了，人們幾乎任何時(shí)候都需要水的供應(yīng)，但是時(shí)間段不同，這種需求的強(qiáng)度也就不同，所以對(duì)于不同的時(shí)候就需要對(duì)供水的需求進(jìn)行不同的調(diào)整，這樣才能盡量減少供水管網(wǎng)所面臨的壓力，倘若如果這種調(diào)整沒(méi)有把握好的話，則會(huì)對(duì)供水的質(zhì)量產(chǎn)生巨大的影響，最壞的結(jié)果甚至?xí)鹩捎诠┧男枨筮^(guò)大，從而導(dǎo)致水管大爆炸。所以對(duì)于供水系統(tǒng)，需要根據(jù)調(diào)整水閥門(mén)從而對(duì)用戶用水量進(jìn)行合理的調(diào)整，這樣有利于減少在供水壓力在控制的范圍下，減少資源的浪費(fèi)以及降低安全隱患。所以為了滿足用戶用水量多以及對(duì)水壓的控制比較高的這些情況從而在供水系統(tǒng)中運(yùn)用變頻的技術(shù)，這對(duì)于供水系統(tǒng)有著十分重要的意義。

2 變頻恒壓供水系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

在20世紀(jì)60年代的時(shí)候，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展以及可編程控制器的飛速引入，在相關(guān)的制造業(yè)中運(yùn)用可編程控制器這已經(jīng)成為了一種重要的趨勢(shì)。同時(shí)隨著后期技術(shù)的不斷發(fā)展，電氣控制領(lǐng)域中也不斷運(yùn)用了變頻器的技術(shù)，而這種廣泛的運(yùn)用主要是集中在20世紀(jì)90年代，因此不言而喻，新生的變頻器迅速在國(guó)內(nèi)外受到了很大的重視，成為許多業(yè)界人士所關(guān)注的重大焦點(diǎn)。現(xiàn)今關(guān)于變頻器的應(yīng)用也是十分廣泛的，通常在許多的領(lǐng)域中都有用到變頻器，比如鋼鐵企業(yè)，水泥冶煉以及環(huán)保和供水系統(tǒng)中都有普遍運(yùn)用到，這些領(lǐng)域中對(duì)變頻器的運(yùn)用，從而說(shuō)明了變頻器的發(fā)展對(duì)于各行各業(yè)都有著重大的影響意義。

同一時(shí)期，在PLC網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用PLC的構(gòu)成以及將變頻器進(jìn)行了充分的結(jié)合，這可以說(shuō)是目前的現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域中的一個(gè)重大的發(fā)展與突破，在現(xiàn)代工業(yè)化領(lǐng)域中，第一選擇的控制裝置就是基于PLC的技術(shù)，也迅速成為工業(yè)中的不可替代的重要角色。20世紀(jì)90年代初的時(shí)候PLC技術(shù)就首次運(yùn)用到了國(guó)內(nèi)，但是的PLC是來(lái)自西門(mén)子公司所研究的技術(shù)，而且在這一時(shí)刻，變頻器的發(fā)展已經(jīng)處于了萌芽的階段，同時(shí)變頻器也獲得很大的進(jìn)步，恒壓調(diào)速供水系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)不斷發(fā)展是一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程，在這個(gè)過(guò)程中該系統(tǒng)不斷得到了完善與改進(jìn)。從2008年以來(lái)，隨著基于變頻恒壓自動(dòng)供水相關(guān)的設(shè)備不斷在市場(chǎng)中獲得廣泛的發(fā)展，而且生產(chǎn)出的產(chǎn)品也在不斷的增多，在恒壓供水系統(tǒng)中應(yīng)用PLC與變頻器相結(jié)合得到國(guó)家政府的支持，我國(guó)的一些企業(yè)在這方面的投資也不斷地提高。而且這些商家迅速發(fā)現(xiàn)了恒壓供水系統(tǒng)中的商機(jī)，這足以證明了變頻器的意義重大。

3 PLC的概述

PLC主要是用在工業(yè)控制領(lǐng)域，其特點(diǎn)主要如下：

方便維修。PLC不同于繼電接觸器的一點(diǎn)是，PLC自身自帶有故障診斷的功能，所以當(dāng)裝置出現(xiàn)故障的時(shí)候，通過(guò)觀察設(shè)備上的故障提醒顯示，可以很方便地查看故障原因，而故障的提示是通過(guò)裝置上的發(fā)光二極管進(jìn)行判斷的。PLC方便維修的另一個(gè)因素是PLC的體積比較小，同時(shí)也可以根據(jù)模塊化進(jìn)行故障的檢測(cè)。

編程簡(jiǎn)單，易操作。PLC中編程語(yǔ)言最常見(jiàn)的是梯形圖語(yǔ)言，該語(yǔ)言不僅僅最常見(jiàn)，而且在PLC編程中也是占有重要位置的，梯形圖語(yǔ)言的原理圖和繼電接觸器大體類(lèi)似，所以在繼電接觸器的基礎(chǔ)上很容易快速掌握梯形圖語(yǔ)言的語(yǔ)法，從而可以在編程中采用這門(mén)語(yǔ)言。

可靠性強(qiáng)。PLC應(yīng)用到傳統(tǒng)的繼電接觸器中，這樣可以大大地減少硬件路線中的連線的數(shù)量和線路中的接觸點(diǎn)的數(shù)量。所以從這一方面而言，PLC可靠性是比繼電接觸器系統(tǒng)高。

4 恒壓供水系統(tǒng)組成

本文設(shè)計(jì)的恒壓供水系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 恒壓供水系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)圖

本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)的供水方式選擇的是通過(guò)3臺(tái)主水泵機(jī)組以及1臺(tái)輔助泵機(jī)組進(jìn)行并聯(lián)從而實(shí)現(xiàn)供水，變頻器選擇的是三菱，在變頻器的里面有嵌入PID的控制模塊。而在選擇PLC方面選取的是FX2N－32MR，這種PLC的輸入點(diǎn)和輸出點(diǎn)都是16。壓力變送器選擇的是尋常的壓力表，通過(guò)該表最終對(duì)水壓力進(jìn)行檢測(cè)以及對(duì)水壓進(jìn)行顯示和變送的功能。本系統(tǒng)中的K為選擇開(kāi)關(guān)，系統(tǒng)的工作模式可以是自動(dòng)的也可以是手動(dòng)的，如果選擇了工作狀態(tài)是手動(dòng)的時(shí)候，那么如果需要停止工作的話可以根據(jù)按鈕來(lái)對(duì)4臺(tái)泵進(jìn)行控制，這個(gè)功能主要的目的是為了實(shí)現(xiàn)對(duì)供應(yīng)水進(jìn)行檢測(cè)并且提供臨時(shí)的供水功能。

如果選擇的工作狀態(tài)是自動(dòng)的時(shí)候，那么PLC首先就會(huì)根據(jù)變頻器對(duì)1臺(tái)加壓泵實(shí)施軟啟動(dòng)，這個(gè)時(shí)候檢測(cè)到的管網(wǎng)壓力就會(huì)傳到變頻器中，而這個(gè)管網(wǎng)壓力的值的獲取是通過(guò)傳感器實(shí)現(xiàn)的，然后接著就將測(cè)得管網(wǎng)壓力和變頻器面板重提前設(shè)置好的壓力比較，在經(jīng)過(guò)了變頻器內(nèi)部的PID運(yùn)算之后，調(diào)節(jié)變頻器從而得到輸出功率。當(dāng)用水量處于高峰期，需求量比較大的時(shí)候，變頻器的輸出頻率就會(huì)和工頻比較接近，但是管網(wǎng)的壓力還是不能夠接近提前設(shè)置的壓力值。PLC把當(dāng)前的工作的變頻泵會(huì)進(jìn)行一個(gè)改變，從變頻改到工頻，同時(shí)將變頻器關(guān)掉，接著再把變頻器換成另一臺(tái)泵，接著由變頻器對(duì)該軟泵進(jìn)行軟啟動(dòng)，從而能夠通過(guò)用水量的數(shù)值對(duì)選擇的水泵臺(tái)數(shù)進(jìn)行調(diào)整。在保持了全流量的情況下根據(jù)變結(jié)合頻泵的不斷調(diào)節(jié)以及對(duì)工頻泵進(jìn)行分級(jí)，最終實(shí)現(xiàn)供水壓力和設(shè)定值保持一致。

5 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

5.1 溫度變送器接線

圖2 溫度變送器接線圖

將溫度傳感器的二次儀表的接口4以及接口5進(jìn)行短接，其中溫度變送器中的C+表示的是PLC模擬量輸入口，而C-表示的是PLC模擬量輸入口，同時(shí)溫度傳感器二次儀表輸出的正極和C+進(jìn)行相互連接，而相反的溫度傳感器二次儀表的輸出的負(fù)極和C－口進(jìn)行相互連接，短接C+口以及RC口，對(duì)C－與PLC的M口也進(jìn)行短接。溫度變送器接線圖如圖2所示。

5.2 變頻器的PID參數(shù)設(shè)置

所謂的PID控制的含義指的是通過(guò)進(jìn)行PID的運(yùn)算從而對(duì)執(zhí)行量獲取的一個(gè)過(guò)程，并且可以對(duì)輸出的頻率進(jìn)行相應(yīng)的控制。與此同時(shí)PID運(yùn)算中的P指的是比例運(yùn)算，而I指的是進(jìn)行積分的運(yùn)算，而D指的是微分運(yùn)算，所以PID是集合了這三種運(yùn)算的一種技術(shù)。PID運(yùn)算中可以分為正和負(fù)兩種類(lèi)型。而且通常的情況下，選擇負(fù)的作用占多數(shù)，而這里的負(fù)作用的含義就是如果設(shè)定值和反饋量的差值是為正的時(shí)候，這里的差值可以記為△，那么就會(huì)執(zhí)行量增加，也就是增加輸出頻率，反之當(dāng)偏差取為負(fù)的時(shí)候，執(zhí)行量就會(huì)得到減少。處于PID的控制器中，當(dāng)有壓力控制加到誤差信號(hào)的時(shí)候，控制電源驅(qū)動(dòng)電路的放大方式可以分為三種。所謂的比例增益指的是向誤差信號(hào)所給出的瞬時(shí)響應(yīng)。而積分增益則是將誤差信號(hào)的積分得出，同時(shí)可以使得誤差能夠減到趨近于零。積分增益對(duì)于壓力信號(hào)中進(jìn)行過(guò)濾有很大的作用，能夠?qū)⒃胍羧サ簟６椅⒎衷鲆鏁?huì)對(duì)實(shí)測(cè)壓力進(jìn)行依賴(lài)，如果運(yùn)用是正確的時(shí)候，那么微分增益就會(huì)將受到的干擾的時(shí)間盡量縮短。關(guān)于PID設(shè)置相關(guān)參數(shù)如表1所示。

表1 變頻器的參數(shù)設(shè)置

6 結(jié)語(yǔ)

本文主要是對(duì)恒壓供水的進(jìn)行了介紹，對(duì)該系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)進(jìn)行了概述，分析了目前的國(guó)內(nèi)外關(guān)于恒壓供水的現(xiàn)狀以及還對(duì)恒壓供水中設(shè)計(jì)的參數(shù)進(jìn)行了分析。

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