《電子技術(shù)應(yīng)用》
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觸摸屏和PLC與變頻器組合應(yīng)用
中國(guó)自動(dòng)化網(wǎng)
摘要: 組合應(yīng)用了三菱FX系列PLC,變頻器,顯控(Samcon)SA系列觸摸屏。采用通信方式對(duì)變頻器進(jìn)行控制來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制功能,用戶(hù)可以通過(guò)觸摸屏控制系統(tǒng)的運(yùn)行。通過(guò)安裝在出水管網(wǎng)上的壓力變送器,把出口壓力信號(hào)變成4~20mA或0~10V標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)送入PLC內(nèi)置的PID調(diào)節(jié)器,經(jīng)PID運(yùn)算與給定壓力參數(shù)進(jìn)行比較,輸出運(yùn)行頻率到變頻器。
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摘 要:
  組合應(yīng)用了三菱FX系列PLC,變頻器,顯控(Samcon)SA系列觸摸屏。采用通信方式對(duì)變頻器進(jìn)行控制來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制功能,用戶(hù)可以通過(guò)觸摸屏控制系統(tǒng)的運(yùn)行。通過(guò)安裝在出水管網(wǎng)上的壓力變送器,把出口壓力信號(hào)變成4~20mA或0~10V標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)送入PLC內(nèi)置的PID調(diào)節(jié)器,經(jīng)PID運(yùn)算與給定壓力參數(shù)進(jìn)行比較,輸出運(yùn)行頻率到變頻器??刂葡到y(tǒng)由變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速以調(diào)節(jié)供水量,根據(jù)用水量的不同,PLC頻率輸出給定變頻器的運(yùn)行頻率,從而調(diào)節(jié)水泵的轉(zhuǎn)速,達(dá)到恒壓供水。
1、引言
  在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制領(lǐng)域,可編程控制器(PLC)一直起著重要的作用。隨著國(guó)家在供水行業(yè)的投資力度加大,水廠運(yùn)行自動(dòng)化水平不斷提高,PLC在供水行業(yè)應(yīng)用逐步增多。觸摸屏與PLC配套使用,使得PLC的應(yīng)用更加靈活,同時(shí)可以設(shè)置參數(shù)、顯示數(shù)據(jù)、以動(dòng)畫(huà)等形勢(shì)描繪自動(dòng)化過(guò)程,使得PLC的應(yīng)用可視化。
  變頻恒壓供水成為供水行業(yè)的一個(gè)主流,是保證供水管網(wǎng)在恒壓狀態(tài)的重要手段?,F(xiàn)代變頻器完善的網(wǎng)絡(luò)通信功能,為電機(jī)的同步運(yùn)行,遠(yuǎn)距離集中控制和在線(xiàn)監(jiān)控等提供了必要的支持。通過(guò)與PLC連接的觸摸屏,可以使控制更加形象、直觀,操作更加簡(jiǎn)單、方便。
  組合應(yīng)用PLC、觸摸屏及變頻器,采用通信方式對(duì)變頻器進(jìn)行控制來(lái)實(shí)現(xiàn)變頻恒壓供水。
2、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
  變頻恒壓供水系統(tǒng)原理如圖1所示,系統(tǒng)主要由PLC、變頻器、觸摸屏、壓力變送器、動(dòng)力及控制線(xiàn)路以及泵組組成。用戶(hù)可以通過(guò)觸摸屏了解和控制系統(tǒng)的運(yùn)行,也可以通過(guò)控制柜面板上的指示燈和按鈕、轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)來(lái)了解和控制系統(tǒng)的運(yùn)行。通過(guò)安裝在出水管網(wǎng)上的壓力變送器,把出口壓力信號(hào)變成4~20mA或0~10V標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)送入PLC內(nèi)置的PID調(diào)節(jié)器,經(jīng)PID運(yùn)算與給定壓力參數(shù)進(jìn)行比較,輸出運(yùn)行頻率到變頻器??刂葡到y(tǒng)由變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速以調(diào)節(jié)供水量,根據(jù)用水量的不同,PLC頻率輸出給定變頻器的運(yùn)行頻率,從而調(diào)節(jié)水泵的轉(zhuǎn)速,達(dá)到恒壓供水。PLC設(shè)定的內(nèi)部程序驅(qū)動(dòng)I/O端口開(kāi)關(guān)量的輸出來(lái)實(shí)現(xiàn)切換交流接觸器組,以此協(xié)調(diào)投入工作的水泵電機(jī)臺(tái)數(shù),并完成電機(jī)的啟停、變頻與工頻的切換。通過(guò)調(diào)整投入工作的電機(jī)臺(tái)數(shù)和控制電機(jī)組中一臺(tái)電機(jī)的變頻轉(zhuǎn)速,使系統(tǒng)管網(wǎng)的工作壓力始終穩(wěn)定,進(jìn)而達(dá)到恒壓供水的目的。
3、工作原理
  該系統(tǒng)有手動(dòng)和自動(dòng)兩種運(yùn)行方式。手動(dòng)方式時(shí),通過(guò)觸摸屏或控制柜上的啟動(dòng)和停止按鈕控制水泵運(yùn)行,可根據(jù)需要分別控制1#~3#泵的啟停,該方式主要供設(shè)備調(diào)試、自動(dòng)有故障和檢修時(shí)使用。自動(dòng)運(yùn)行時(shí),首先由1#水泵變頻運(yùn)行,變頻器輸出頻率從0HZ上升,同時(shí)PID調(diào)節(jié)器把接收的信號(hào)與給定壓力比較運(yùn)算后送給變頻器控制。如壓力不夠,則頻率上升到50HZ,由PLC設(shè)定的程序驅(qū)動(dòng)I/O端口開(kāi)關(guān)量的輸出來(lái)實(shí)現(xiàn)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(dòng),若壓力仍達(dá)不到設(shè)定壓力,則2#泵由變頻切換成工頻,3#泵變頻啟動(dòng);如用水量減少,PLC控制從先起的泵開(kāi)始切除,同時(shí)根據(jù)PID調(diào)節(jié)參數(shù)使系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行,始終保持管網(wǎng)壓力。
  若有電源瞬時(shí)停電的情況,則系統(tǒng)停機(jī),待電源恢復(fù)正常后,人工啟動(dòng),系統(tǒng)自動(dòng)恢復(fù)到初始狀態(tài)開(kāi)始運(yùn)行。變頻自動(dòng)功能是該系統(tǒng)最基本的功能,系統(tǒng)自動(dòng)完成對(duì)多臺(tái)泵的啟動(dòng)、停止、循環(huán)變頻的全部操作過(guò)程。
4、設(shè)備參數(shù)的設(shè)置
  在進(jìn)行通信之前必須對(duì)PLC、觸摸屏和變頻器的通訊參數(shù)進(jìn)行正確設(shè)置。本系統(tǒng)定義為Modbus協(xié)議,波特率為9600,數(shù)據(jù)位為8,無(wú)校驗(yàn),停止位為1。變頻器除設(shè)置通信參數(shù)外,還需啟用“自由停車(chē)”以保護(hù)電機(jī)。
5、PLC控制系統(tǒng)
  該系統(tǒng)采用三菱FX-200的PLC,繼電器輸出,PLC編程采用三菱PLC的專(zhuān)用編程軟件,軟件提供完整的編程環(huán)境,可進(jìn)行離線(xiàn)編程、在線(xiàn)連接和調(diào)試。為了提高整個(gè)系統(tǒng)的性?xún)r(jià)比,該系統(tǒng)采用可編程控制器的開(kāi)關(guān)量輸入輸出來(lái)控制電機(jī)的起停、自動(dòng)投入、定期切換,供水泵的變頻及故障的報(bào)警等,而且通過(guò)PLC內(nèi)置的PID給定電機(jī)的轉(zhuǎn)速、設(shè)定壓力、頻率、電流、電壓等模擬信號(hào)量。
  以往的變頻恒壓供水系統(tǒng)在水壓高時(shí),通常采用停變頻泵,再將變頻器以工頻運(yùn)行方式切換到正在以工頻運(yùn)行的泵上進(jìn)行調(diào)節(jié)。這種切換的方式理論上要比直接切換工頻的方式先進(jìn),但其容易引起泵組的頻繁起停,從而減少設(shè)備的使用壽命。而在該系統(tǒng)中采用直接停工頻泵的運(yùn)行方式,同時(shí)由變頻器迅速調(diào)節(jié),只要參數(shù)設(shè)置合適,即可實(shí)現(xiàn)泵組的無(wú)沖擊切換,使水壓過(guò)渡平穩(wěn),有效的防止了水壓的大范圍波動(dòng)及水壓太低時(shí)的短時(shí)間缺水的現(xiàn)象,提高了供水品質(zhì)。
6、觸摸屏界面設(shè)計(jì)和運(yùn)行操作
  第一步:確認(rèn)接通觸摸屏電源,進(jìn)入觸摸屏歡迎界面,如圖2


  第二步:在歡迎界面中用一個(gè)手指輕壓“進(jìn)入系統(tǒng)”,進(jìn)入“系統(tǒng)主畫(huà)面”,如圖3。


  第三步:要進(jìn)行參數(shù)設(shè)定。手指輕壓“參數(shù)設(shè)定”,進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)定畫(huà)面,如圖4。


  點(diǎn)擊時(shí)間后的數(shù)字可以彈出軟鍵盤(pán),在軟鍵盤(pán)中設(shè)定切泵時(shí)間,單位為小時(shí),設(shè)定后輕壓“Enter”確認(rèn)。按上面的方法依次設(shè)定加泵時(shí)間和減泵時(shí)間,單位為秒;用同樣的方法對(duì)P、I值進(jìn)行設(shè)定。
  第四步:輕壓可以返回系統(tǒng)主畫(huà)面,在主畫(huà)面中輕壓“狀態(tài)畫(huà)面”可以進(jìn)入系統(tǒng)狀態(tài)畫(huà)面,如圖5。


  輕壓“系統(tǒng)壓力設(shè)定”后面的方框,在軟鍵盤(pán)上設(shè)定管網(wǎng)壓力,單位為MPa,即1MPa=10個(gè)壓。
  第五步:輕壓“啟動(dòng)”,啟動(dòng)PLC設(shè)定的程序,開(kāi)始控制切泵,實(shí)現(xiàn)恒壓供水。狀態(tài)監(jiān)視頁(yè)面將會(huì)顯示當(dāng)前工作狀態(tài)。
  在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí),手指輕壓“停止”后,水泵停止工作,然后進(jìn)行維護(hù)。
7、結(jié)束語(yǔ)
  該系統(tǒng)采用PLC和變頻器結(jié)合,系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)可靠,實(shí)現(xiàn)了真正意義上的無(wú)人職守的全自動(dòng)循環(huán)切泵、變頻運(yùn)行,保證了各臺(tái)水泵運(yùn)行效率的最優(yōu)和設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)啟動(dòng)平穩(wěn),消除了啟動(dòng)大電流沖擊,由于泵的平均轉(zhuǎn)速降低了,從而可延長(zhǎng)泵的使用壽命,可以消除啟動(dòng)和停機(jī)時(shí)的水錘效應(yīng)。通過(guò)觸摸屏上的組態(tài)畫(huà)面就可進(jìn)行供水壓力的設(shè)定,監(jiān)視設(shè)備運(yùn)行狀況同時(shí)可以查詢(xún)?cè)O(shè)備故障信息,大大提高恒壓供水系統(tǒng)的自動(dòng)化水平及對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的監(jiān)控能力。

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