基于松下FPI-C72的變頻恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張?zhí)K新，江東流

（1.蘇州高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，江蘇 蘇州 215000；2.江蘇安科瑞電器制造有限公司，江蘇 無(wú)錫 214400）

1 恒壓供水系統(tǒng)原理

恒壓供水控制系統(tǒng)為閉環(huán)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)的工作過(guò)程為：傳感器采集供水的壓力信號(hào)給控制系統(tǒng)，再通過(guò)變頻器的A/D轉(zhuǎn)換模塊將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，同時(shí)，變頻器的A/D轉(zhuǎn)換模塊將壓力設(shè)定值轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，兩個(gè)數(shù)據(jù)同時(shí)經(jīng)過(guò)PID控制模塊進(jìn)行比較，PID控制模塊根據(jù)變頻器的參數(shù)設(shè)置進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并將數(shù)據(jù)處理的結(jié)果以運(yùn)行頻率的形式控制輸出。

以負(fù)作用為例，如果壓力在上升接近設(shè)定值的過(guò)程中，上升速度過(guò)快，PID運(yùn)算也會(huì)自動(dòng)減少執(zhí)行量，從而穩(wěn)定壓力。供水壓力經(jīng)PID調(diào)節(jié)后的輸出量，通過(guò)交流接觸器組進(jìn)行切換控制水泵電動(dòng)機(jī)。在水網(wǎng)中的用水量增大時(shí)，會(huì)出一臺(tái)“變頻泵”效率不夠的情況，這時(shí)就需要其他水泵以工頻的形式參與供水，交流接觸器組就負(fù)責(zé)水泵的切換，由PLC控制各個(gè)接觸器，另外，是工頻供電或者是交頻供電，按需要選擇水泵的運(yùn)行情況。

2 恒壓供水控制要求

PLC在控制系統(tǒng)的作用是控制交流接觸器組進(jìn)行工頻/變頻的切換和水泵工作數(shù)量的調(diào)整。由電路設(shè)計(jì)中，一共有3個(gè)水泵，需要6個(gè)交流接觸器,其中交流接觸器組中的KM0與KM1分別控制1號(hào)水泵的變頻運(yùn)行和工頻運(yùn)行，而KM2和KM3則控制2號(hào)水泵的變頻與工頻，KM4與KM5控制3號(hào)水泵的變頻起動(dòng)，考慮到操作的安全，并沒(méi)有把3號(hào)水泵的工頻運(yùn)行連接，沒(méi)有實(shí)現(xiàn)3臺(tái)水泵同時(shí)工頻。

本系統(tǒng)的具體運(yùn)行要求為：系統(tǒng)起動(dòng)時(shí)，1號(hào)水泵以變頻方式運(yùn)行；當(dāng)變頻器的運(yùn)行頻率超出設(shè)定值時(shí)輸出一個(gè)上限信號(hào)，PLC通過(guò)這個(gè)上限信號(hào)后將1號(hào)水泵由變頻運(yùn)行轉(zhuǎn)為工頻運(yùn)行，2號(hào)水泵變頻起動(dòng)；如果再次接收到變頻器上輸出信號(hào)，2號(hào)水泵由變頻轉(zhuǎn)為工頻，同時(shí)3號(hào)水泵變頻運(yùn)行。如果變頻器頻率偏低，即壓力過(guò)高，輸出的下限信號(hào)，2號(hào)水泵頻率起動(dòng)；最后，再次收到下限信號(hào)，只剩下1號(hào)水泵變頻工作。

3 恒壓供水控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

選用的主控器為日本的松下電工生產(chǎn)的小型PLC，該P(yáng)LC主要有C14、C16、C21、C24、C40、C72等多種規(guī)格，它集CPU、I/O、通信等諸多功能模塊為一體，F(xiàn)PI分為主機(jī)、擴(kuò)展、智能單元三種，主機(jī)包括14點(diǎn)、16個(gè)和72點(diǎn)等，擴(kuò)展單元包括8點(diǎn)、16點(diǎn)、24點(diǎn)等，智能單元包括遠(yuǎn)程I/O單元，網(wǎng)絡(luò)單元、A/D單元、D/A單元等。

本文選用FPI-C72型號(hào)，該模塊一共有40個(gè)輸入點(diǎn)和32個(gè)輸出點(diǎn)，能夠滿足控制系統(tǒng)要求。

變頻器選用三菱公司的FR-A740，在PID控制下，使用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)輸出信號(hào)為4～20mA、量程為0～0.5MPa的傳感器作為反饋信號(hào)與變頻器的給定信號(hào)進(jìn)行比較來(lái)調(diào)節(jié)是泵的供水壓力，設(shè)定值通過(guò)變頻器的2和5端口給定。如果需要校準(zhǔn)時(shí)，用參數(shù)902和905校正傳感器的輸出，在變頻器停止時(shí)，在PU模式下輸入設(shè)定值。本系統(tǒng)的電路主要包括主電路、PLC控制電路和變頻器控制電路。主電路主要控制3個(gè)電動(dòng)機(jī)；PLC回路的輸出斷電控制接觸器線圈，并將其進(jìn)行互鎖，防止它們同時(shí)閉合使變頻器接入電源輸入端。

變頻器控制回路中，變頻器起動(dòng)運(yùn)行靠PLC的Y0控制，頻率檢測(cè)的上/下限信號(hào)分別通過(guò)變頻器的輸出端子功能FU、OL輸出至PLC的X4、X5輸入端。PLC的X3輸入端為手自動(dòng)切換信號(hào)輸入，變頻器RT輸入端為手/自動(dòng)切換調(diào)整時(shí)，PID控制是否有效，由于PLC的輸出端Y1供給信號(hào)。故障報(bào)警輸出與PLC的X2與COM端，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)輸出信號(hào)給PLC，由PLC立即控制Y0斷開(kāi)，停止輸出。PLC輸入端有3個(gè)按鈕，分比為啟動(dòng)按鈕、停止按鈕和手自動(dòng)切換，組合開(kāi)關(guān)控制變頻工頻的啟動(dòng)和切換。在自動(dòng)控制時(shí)由壓力傳感器發(fā)出的信號(hào)和被控制信號(hào)進(jìn)行比較，通過(guò)PID調(diào)節(jié)輸出一個(gè)頻率可變信號(hào)改變供水量的大小，從而改變壓力的大小，實(shí)現(xiàn)恒壓供水控制。

4 恒壓供水控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

根據(jù)控制系統(tǒng)的要求，系統(tǒng)上電進(jìn)入開(kāi)始狀態(tài)。如果切換開(kāi)關(guān)打在手動(dòng)運(yùn)行模式時(shí)，則根據(jù)操作人員的輸入情況，執(zhí)行相應(yīng)操作，如果是自動(dòng)運(yùn)行模式，則進(jìn)入到起動(dòng)變頻器和保持現(xiàn)有的運(yùn)行狀態(tài)。接著判斷實(shí)時(shí)頻率，如果頻率達(dá)到上限，則需要增加切換，此時(shí)供水壓力低，需要增加水泵的工作數(shù)量，如果頻率達(dá)到下限，則減小切換，此時(shí)供水壓力高，需要減小是泵的工作數(shù)量，如果頻率在上下限區(qū)間內(nèi)，則不需要調(diào)整。最后都回到起動(dòng)和保持狀態(tài)。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著高層建筑的發(fā)展，一種變頻恒壓供水系統(tǒng)產(chǎn)生。該供水方式相比于傳統(tǒng)水塔、氣壓供水等具有高效節(jié)能、自動(dòng)化程度高、運(yùn)行合理和能對(duì)水泵實(shí)現(xiàn)軟停和軟起動(dòng)等特點(diǎn)。本文在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一套基于松下PLC的變頻恒壓供水系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了水泵電機(jī)的無(wú)級(jí)調(diào)速，主回路通過(guò)6個(gè)接觸器對(duì)3個(gè)水泵電機(jī)實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)控制。軟件上，通過(guò)控制要求，對(duì)系統(tǒng)的PLC程序進(jìn)行了設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了手動(dòng)和自動(dòng)切換運(yùn)行模式，最終完成了變頻恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。