ATV38變頻器與PLC和觸摸屏的組合應用
閱讀：1431發布時間：2008-06-19
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摘 要：
組合應用了施耐德Twido系列PLC，XBT-G2110觸摸屏，ATV38變頻器。采用通信方式對變頻器進行控制來實現系統控制功能，用戶可以通過觸摸屏控制系統的運行。通過安裝在出水管網上的壓力變送器，把出口壓力信號變成4～20mA或0～10V標準信號送入PLC內置的PID調節器，經PID運算與給定壓力參數進行比較，輸出運行頻率到變頻器。控制系統由變頻器控制水泵的轉速以調節供水量，根據用水量的不同，PLC頻率輸出給定變頻器的運行頻率，從而調節水泵的轉速，達到恒壓供水。
關鍵詞：PLC;觸摸屏;變頻器;串行通信;恒壓供水
1、引言
在工業現場控制領域，可編程控制器（PLC）一直起著重要的作用。隨著國家在供水行業的投資力度加大，水廠運行自動化水平不斷提高，PLC在供水行業應用逐步增多。觸摸屏與PLC配套使用，使得PLC的應用更加靈活，同時可以設置參數、顯示數據、以動畫等形勢描繪自動化過程，使得PLC的應用可視化。
變頻恒壓供水成為供水行業的一個主流，是保證供水管網在恒壓的重要手段。現代變頻器完善的網絡通信工程，威電機的同步運行，遠距離集中控制和在線監控等提供了必要的支持。通過與PLC連接的觸摸屏，可以使控制更加直觀，操作更加簡單、方便。
組合應用PLC、觸摸屏及變頻器，采用通信方式對變頻器進行控制來實現變頻恒壓供水。
2、系統結構
變頻恒壓供水系統原理如圖1;它主要由PLC、變頻器、觸摸屏、壓力變送器、動力及控制線路以及泵組組成。用戶可以通過觸摸屏控制系統的運行，也可以通過控制柜面板上的指示燈和按鈕、轉換開關來了解和控制系統的運行。通過安裝在出水管網上的壓力變送器，把出口壓力信號變成4～20mA或0～10V標準信號送入PLC內置的PID調節器，經PID運算與給定壓力參數進行比較，輸出運行頻率到變頻器。控制系統由變頻器控制水泵的轉速以調節供水量，根據用水量的不同，PLC頻率輸出給定變頻器的運行頻率，從而調節水泵的轉速，達到恒壓供水。PLC設定的內部程序驅動I/O端口開關量的輸出來實現切換交流接觸器組，以此協調投入工作的水泵電機臺數，并完成電機的啟停、變頻與工頻的切換。通過調整投入工作的電機臺數和控制電機組中一臺電機的變頻轉速，使系統管網的工作壓力始終穩定，進而達到恒壓供水的目的。
3、工作原理
該系統有手動和自動兩種運行方式。手動方式時，通過控制柜上的啟動和停止按鈕控制水泵運行，可根據需要分別控制1#～3#泵的啟停，該方式主要供設備調試、自動有故障和檢修時使用。自動運行時，首先由1#水泵變頻運行，變頻器輸出頻率從0HZ上升，同時PID調節器把接收的信號與給定壓力比較運算后送給變頻器控制。如壓力不夠，則頻率上升到50HZ，由PLC設定的程序驅動I/O端口開關量的輸出來實現切換交流接觸器組，使得1#泵變頻迅速切換為工頻，2#泵變頻啟動，若壓力仍達不到設定壓力，則2#泵由變頻切換成工頻，3#泵變頻啟動;如用水量減少，PLC控制從先起的泵開始切除，同時根據PID調節參數使系統平穩運行，始終保持管網壓力。
若有電源瞬時停電的情況，則系統停機，待電源恢復正常后，人工啟動，系統自動恢復到初始狀態開始運行。變頻自動功能是該系統zui基本的功能，系統自動完成對多臺泵的啟動、停止、循環變頻的全部操作過程。
4、設備參數的設置
在進行通信之前必須對PLC、觸摸屏和變頻器的通訊參數進行正確設置。本系統定義為Modbus協議，波特率為9600，數據位為8，無校驗，停止位為1。變頻器除設置通信參數外，還需啟用“自由停車”以保護電機。
PLC通訊參數設置:TWDLCAA24DRF——硬件——端口——端口設置，在端口設置中進行端口參數設置;觸摸屏通訊參數設置：IO管理器——ModbusRTU01[COM1]——Modbus Equipment，雙擊“Modbus Equipment”即可進行通訊參數設置。
5、PLC控制系統
該系統采用施耐德的TWDLCAA24DRF，I/O點數為24點，繼電器輸出，PLC編程采用施耐德PLC編程軟件Twidosoft，軟件提供完整的編程環境，可進行離線編程、在線連接和調試。為了提高整個系統的性價比，該系統采用可編程控制器的開關量輸入輸出來控制電機的起停、自動投入、定期切換，供水泵的變頻及故障的報警等，而且通過PLC內置的PID給定電機的轉速、設定壓力、頻率、電流、電壓等模擬信號量。
施耐德PLC的編程指令簡單易懂且程序設計靈活，步進計數器功能模塊（%SCi）提供了一系列的步，這些步可賦值給動作。從一個步移動到另一個步取決于外部或內部事件。通過模擬輸入和輸出模塊TWAMM3HT以及內置的PID運算器，實現如圖2的順序切泵。
泵組切換示意圖如圖2，工作條件滿足，開始工作時，1#泵變頻啟動，泵的轉速隨變頻器輸出頻率的上升而逐漸升高，如變頻器的頻率達到50HZ而此時水壓還未達到設定值，PLC內置的程序控制使得切換到下一個工作步，延時一段時間后，1#泵迅速切換至工頻運行，同時解除變頻器運行信號，使變頻器頻率降為0HZ，然后2#泵變頻啟動，若壓力仍未達到，則2#泵切換至工頻，3#泵變頻啟動，在運行中始終保持一臺泵變頻運行，當壓力達到設定值時變頻輸出將為0HZ，同時PLC通過I/O端口跳到下一個工步，由PLC決定切除1#工頻泵，此時由一臺工頻泵和一臺變頻泵運行，如果此時壓力達到設定值，變頻器的輸出為0HZ，再切換到下一個工步，PLC解除2#工頻泵，只由3#泵變頻運行來維持管網壓力。當壓力下降，變頻器頻率升至50HZ輸出信號，延時后3#泵切換為工頻，1#泵變頻啟動，若壓力仍不滿足則1#變切換為1#工，2#泵變頻運行，如果壓力仍達不到，2#變切換為2#工，啟動3#變，三臺泵同時工作以保證供水要求。
這樣的切換過程有效地減少泵的頻繁起停，同時在實際管網對水壓波動做出反應之前，由變頻器迅速調節，使水壓平穩過渡，從而有效的避免了高樓用戶短時間停水的情況發生。
以往的變頻恒壓供水系統在水壓高時，通常采用停變頻泵，再將變頻器以工頻運行方式切換到正在以工頻運行的泵上進行調節。這種切換的方式理論上要比直接切換工頻的方式*，但其容易引起泵組的頻繁起停，從而減少設備的使用壽命。而在該系統中采用直接停工頻泵的運行方式，同時由變頻器迅速調節，只要參數設置合適，即可實現泵組的無沖擊切換，使水壓過渡平穩，有效的防止了水壓的大范圍波動及水壓太低時的短時間缺水的現象，提高了供水品質。
6、結束語
該系統采用PLC和變頻器結合，系統運行平穩可靠，實現了真正意義上的無人職守的全自動循環切泵、變頻運行，保證了各臺水泵運行效率的*和設備的穩定運轉啟動平穩，消除了啟動大電流沖擊，由于泵的平均轉速降低了，從而可延長泵的使用壽命，可以消除啟動和停機時的水錘效應。通過觸摸屏上的人機界面就可進行供水壓力的設定，監視設備運行狀況同時可以查詢設備故障信息，大大提高恒壓供水系統的自動化水平及對現場設備的監控能力。
