變頻恒壓供水系統(tǒng)智能化改造

李世源

摘 要：文章著重闡述一種變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的故障判斷、報(bào)警和故障處理功能的實(shí)現(xiàn)過(guò)程。與以往的變頻恒壓控制系統(tǒng)相比，具有較為智能控制的功能。能根據(jù)故障情況判斷報(bào)警處理，具有廣泛的應(yīng)用范圍和行業(yè)前景。

關(guān)鍵詞：故障智能處理；變頻器；PLC；軟啟動(dòng)器；觸摸屏；壓力傳感器

中圖分類(lèi)號(hào)：F426 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2016）29-0020-02

1 前 言

隨著變頻技術(shù)的發(fā)展及其廣泛的應(yīng)用，變頻恒壓供水系統(tǒng)以其節(jié)能、供水質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)，已得到廣泛的使用。以往的變頻恒壓供水系統(tǒng)沒(méi)有故障報(bào)警和處理能力，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)就停止運(yùn)行，等待工作人員來(lái)處理，如處理不及時(shí)就會(huì)引起供水中斷，甚至帶來(lái)較大的經(jīng)濟(jì)損失。針對(duì)這一問(wèn)題是否能在原來(lái)的系統(tǒng)基礎(chǔ)上加裝更為智能化的控制，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘察，決定了在原來(lái)的系統(tǒng)的程序上多加一個(gè)故障智能控制程序和一個(gè)A/D、D/A混合模塊就能實(shí)現(xiàn)處理故障智能化，在運(yùn)行上更為可靠，大大降低了因?yàn)橄到y(tǒng)故障停機(jī)而引造成的經(jīng)濟(jì)損失。筆者就這一問(wèn)題設(shè)計(jì)了一套故障處理智能恒壓供水系統(tǒng)，與以往的相比增加了故障自診定，自動(dòng)處理的能力，提高了系統(tǒng)的可靠性，達(dá)到了全自動(dòng)控制和無(wú)人值班的要求，該程序也適用于以往的變頻恒壓供水系統(tǒng)的改造，有較強(qiáng)的實(shí)用和適用性。下面是筆者為客戶(hù)原來(lái)的恒壓供水系統(tǒng)增加了智能故障報(bào)警處理能力為例，淺談實(shí)現(xiàn)變頻恒壓供水系統(tǒng)故障處理智能化的辦法。

2 原恒壓供水的控制系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)裝置

①4臺(tái)45 kW的水泵及一臺(tái)5.5 kW的輔助泵；

②變頻器SPF-45 K-A；

③觸摸屏MT510T；

④可編程控制器K7M-DR60S；

⑤軟啟動(dòng)器ATS4-46D88N。

2.2 控制方式

系統(tǒng)控制分為手動(dòng)控制、自動(dòng)恒壓控制、應(yīng)急控制三種控制方式。

2.2.1 手動(dòng)控制

每臺(tái)水泵電機(jī)均有手動(dòng)控制功能，可由操作人員對(duì)水泵電機(jī)啟動(dòng)和停止進(jìn)行操作。為了減小手動(dòng)啟動(dòng)水泵時(shí)的啟動(dòng)電流對(duì)電網(wǎng)的沖擊，所以采用了軟啟動(dòng)方式啟動(dòng)水泵電機(jī)。

2.2.2 自動(dòng)恒壓控制

自動(dòng)恒壓控制是采用變頻器自帶的PID調(diào)節(jié)器進(jìn)行控制的。根據(jù)壓力傳感器（4-20 mA）的電流輸入變頻器的電流輸入控制端，以壓力傳感器的壓力反饋信號(hào)反饋到變頻，在變頻內(nèi)部的PID調(diào)節(jié)器進(jìn)行運(yùn)算控制調(diào)節(jié)水泵的頻率。采用定時(shí)切換泵啟動(dòng)功能使不會(huì)總是運(yùn)行一臺(tái)電機(jī)，使電機(jī)壽命加長(zhǎng)。

2.2.3 應(yīng)急控制

當(dāng)變頻器發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)則不能進(jìn)行恒壓控制，而選擇手動(dòng)控制，則需要專(zhuān)人值班，極為不方便。就針對(duì)這一問(wèn)題是否能在原來(lái)的系統(tǒng)基礎(chǔ)上加裝更為智能化的控制，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘察，我們決定了在原來(lái)的系統(tǒng)的程序上多加一個(gè)故障智能控制程序和一個(gè)A/D、D/A混合模塊就能實(shí)現(xiàn)處理故障智能化。加入改造后的程序之后，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)模擬故障調(diào)試比原來(lái)的系統(tǒng)在運(yùn)行上更為可靠，大大降低了因?yàn)橄到y(tǒng)故障停機(jī)而引造成的經(jīng)濟(jì)損失。以下就這一問(wèn)題進(jìn)行了分析和解決。

3 新恒壓供水系統(tǒng)介紹

在原系統(tǒng)中加入了A/D、D/A混合模塊，見(jiàn)表1，讓壓力變送器反饋的壓力信號(hào)為4～20 mA的電流模擬信號(hào)輸入模塊中轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)能讓PLC讀取的同時(shí)又能將壓力信號(hào)從模塊的輸出通道以4～20 mA的模擬電流信號(hào)反饋到變頻器里。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，變頻器通過(guò)反饋的壓力進(jìn)行壓力比較，并通過(guò)自帶的PID運(yùn)算調(diào)節(jié)器進(jìn)行PID運(yùn)算，自動(dòng)對(duì)水泵進(jìn)行調(diào)速控制。而PLC能通過(guò)通訊的方式讀取變頻器的輸出頻率，用以判別加、減泵的需要。在變頻器發(fā)生故障時(shí)，選擇應(yīng)急狀態(tài)運(yùn)行后，PLC將對(duì)供水系統(tǒng)進(jìn)行上、下限壓控制（既水壓低于下限壓力時(shí)，先由軟啟動(dòng)器啟動(dòng)一臺(tái)水泵，全壓運(yùn)行一段時(shí)間后，如果水壓還達(dá)不到下限壓力，則PLC將已啟動(dòng)的電機(jī)切換到工頻，再由軟啟動(dòng)啟動(dòng)另一臺(tái)水泵。以此類(lèi)推，直到壓力到達(dá)下限或全部水泵電機(jī)啟動(dòng)運(yùn)行為止。當(dāng)水壓到達(dá)或超過(guò)上限壓力時(shí)，PLC將停止一臺(tái)水泵運(yùn)行，過(guò)一定的時(shí)間后如果水壓還是大于上限壓力，則再停一臺(tái)水泵運(yùn)行，以此類(lèi)推）。以下具體分析當(dāng)變頻器發(fā)生故障時(shí)，如何通過(guò)PLC進(jìn)行故障判斷分析、報(bào)警和智能處理的過(guò)程。

本控制系統(tǒng)具有一定的故障自動(dòng)處理能力，由于變頻器、軟啟動(dòng)器運(yùn)行狀態(tài)、通訊故障及接觸器、熱繼電器和傳感器的工作狀態(tài)和故障狀態(tài)均有輸入到PLC中，故能根據(jù)不同的故障進(jìn)行相應(yīng)的處理。以下將對(duì)這些故障逐一分析。

3.1 接觸器故障及熱繼電器報(bào)警

接觸器故障判斷，在PLC控制接觸器的輸出點(diǎn)閉合后，對(duì)應(yīng)的接觸器應(yīng)會(huì)閉合。這時(shí)引進(jìn)該接觸器的常開(kāi)觸點(diǎn)對(duì)接觸器的故障進(jìn)行判斷。如果接觸器未閉合則過(guò)一定的時(shí)間后報(bào)警，觸摸屏中顯示故障情況。KM1為1號(hào)電機(jī)工頻運(yùn)行的接觸器的常開(kāi)觸點(diǎn)當(dāng)接觸器動(dòng)作時(shí)用來(lái)驅(qū)動(dòng)P0005，KM5為1號(hào)電機(jī)變頻運(yùn)行接觸器的常開(kāi)觸點(diǎn)當(dāng)接觸器動(dòng)作時(shí)用來(lái)驅(qū)動(dòng)P0006。P0044為驅(qū)動(dòng)M1變頻工作接觸器動(dòng)作的內(nèi)部繼電器，P0045為驅(qū)動(dòng)M1工頻工作接觸器動(dòng)作的內(nèi)部繼電器。

熱繼電器報(bào)警時(shí)，PLC將對(duì)發(fā)生報(bào)警的水泵進(jìn)行切除運(yùn)行，其他水泵繼續(xù)運(yùn)行。同時(shí)在觸摸屏上顯示故障信息，提醒用戶(hù)注意。

3.2 變頻器發(fā)生故障

當(dāng)變頻器在工作過(guò)程中發(fā)生報(bào)警停止運(yùn)行時(shí)，變頻器內(nèi)部報(bào)警繼電器動(dòng)作，其報(bào)警繼電器的常閉接點(diǎn)接入PLC中，如果該觸點(diǎn)斷開(kāi)，PLC接收到該觸點(diǎn)信號(hào)而發(fā)出報(bào)警，蜂鳴器則以停5 s鳴1 s的頻率鳴叫，并執(zhí)行故障子程序，以通訊的方式讀出變頻器報(bào)警的內(nèi)容顯示在觸摸屏上，以方便工作人員查詢(xún)。持續(xù)1 min后，若無(wú)人進(jìn)行處理復(fù)位，PLC將對(duì)變頻器進(jìn)行自動(dòng)復(fù)位并啟動(dòng)運(yùn)行。

如果自動(dòng)復(fù)位故障成功，系統(tǒng)則繼續(xù)運(yùn)行但其報(bào)警內(nèi)容信息則記錄在觸摸屏內(nèi)。如報(bào)警自動(dòng)復(fù)位無(wú)法解除故障，則將當(dāng)前變頻工作的水泵切除運(yùn)行，改為待投入運(yùn)行。同時(shí)，PLC將下一臺(tái)水泵接入變頻運(yùn)行，并再次對(duì)變頻進(jìn)行故障復(fù)位，啟動(dòng)運(yùn)行，如變頻器無(wú)異常報(bào)警，系統(tǒng)將繼續(xù)運(yùn)行，同時(shí)在觸摸屏上顯示該變頻報(bào)警原因?yàn)樵撍秒娐饭收?。如果故障?fù)位還是無(wú)法正常運(yùn)行，則故障仍無(wú)法解除，那么觸摸屏上顯示變頻器故障，系統(tǒng)將運(yùn)行狀態(tài)改為應(yīng)急狀態(tài)運(yùn)行。

3.3 軟啟動(dòng)器故障

軟啟動(dòng)器這在手動(dòng)和應(yīng)急狀態(tài)有投入運(yùn)行。當(dāng)在手動(dòng)控制時(shí)發(fā)生故障，則在觸摸屏上顯示軟啟動(dòng)故障，并提示是否選擇變頻器進(jìn)行啟動(dòng)（選擇“是”會(huì)觸發(fā)M101的觸點(diǎn)閉合，那么系統(tǒng)將軟啟動(dòng)切除運(yùn)行，1.5 s后啟動(dòng)變頻器，由變頻對(duì)水泵進(jìn)行啟動(dòng)運(yùn)行。選擇“否”則觸發(fā)M 100的觸點(diǎn)閉合，則停止手動(dòng)運(yùn)行。如果在應(yīng)急狀態(tài)下發(fā)生報(bào)警，則系統(tǒng)停止工作，觸摸屏顯示報(bào)警狀態(tài)，蜂鳴器以鳴2 s停1 s的頻率進(jìn)行鳴叫。

3.4 通訊故障

PLC通電后，就會(huì)以每150 ms為一個(gè)周期，循環(huán)地讀取變頻器的輸出頻率、輸出電流和直流電壓的數(shù)據(jù)，如通訊正常，M42每150 ms會(huì)接通一次，T42計(jì)時(shí)器則不會(huì)接通。如果通訊異常，那么M42常閉一直閉合，則T42計(jì)時(shí)滿(mǎn)10 s后，就判斷出了通訊故障，觸摸屏上將顯示通訊故障。

3.5 壓力傳感器斷線故障

壓力傳感器檢測(cè)到的壓力信號(hào)為電流4～20 mA的信號(hào)，傳送給可編程控制器A/D、D/A混合模塊的A/D通道0，該通道的讀取數(shù)據(jù)將存儲(chǔ)到D4980中，這樣可編程就可獲得實(shí)時(shí)的水壓信號(hào)。同時(shí)將A/D通道0的數(shù)據(jù)直接傳送到D/A通道0輸出，可用作變頻器的反饋信號(hào)。

當(dāng)壓力為0時(shí)，壓力傳感器仍有4 mA的電流輸出，當(dāng)壓力傳感器斷線時(shí)，輸出的電流為0 mA，這時(shí)PLC就根據(jù)了該特點(diǎn)，判斷壓力傳感器是否斷線故障。如圖1所示。

4 結(jié) 語(yǔ)

智能恒壓供水系統(tǒng)的外圍控制電路簡(jiǎn)單，可靠性高，故障檢測(cè)、分析，故障處理能力強(qiáng)，人機(jī)對(duì)話功能強(qiáng)，用戶(hù)操作方便。實(shí)現(xiàn)了高可靠無(wú)人值班的智能運(yùn)行。與以往的系統(tǒng)相比，有著更高的實(shí)用性、可靠性，大大提高了供水的質(zhì)量，減少了系統(tǒng)的維護(hù)量，使故障一目了然。該程序也適用于以往的變頻恒壓供水系統(tǒng)的改造，有較強(qiáng)的實(shí)用和適用性。在未來(lái)的供水系統(tǒng)中，智能故障處理系統(tǒng)必得到廣泛的應(yīng)用和推廣。

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