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摘　要: 本文介紹了臺達PLC和變頻器在飲料廠供水系統(tǒng)的自動恒壓控制，設(shè)計了供水系統(tǒng)的自動恒壓控制方法。分析了控制系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)、工作過程和PLC梯形圖控制流程及觸摸屏人機界面設(shè)計。該系統(tǒng)性、能可靠、操作方便、自動化程度高、人機界面直觀，有較高應(yīng)用價值。

關(guān)鍵詞：PLC 觸摸屏 供水系統(tǒng)

1 前言

        常規(guī)的供水系統(tǒng)采用水泵定速控制，通過改變閥門的大小的方法調(diào)節(jié)流量和壓力，以達水壓恒定。這種方式在運行中存在以下問題。
（1）人工操作存在調(diào)節(jié)滯后，整個系統(tǒng)穩(wěn)定性差，自動化程度低，使得溢水管經(jīng)常排水造成資源浪費；

（2）水泵定速運行，不僅造成電能的浪費，而且由于泵長期高速運行，易使軸承損壞，影響泵的使用壽命，且備用水泵出現(xiàn)過銹死的現(xiàn)象；

（3）每年夏天用水高峰時段水壓不能得到保證，當(dāng)出現(xiàn)了突發(fā)性電網(wǎng)故障時，由于水量不足給企業(yè)生產(chǎn)造成不便；

        為了提供恒壓供水，因而對飲料公司供水系統(tǒng)進行改造就顯得非常重要。可編程序控制器（簡稱PLC）是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。具有通用性好，可靠性高，安裝靈活，擴展方便，性價比高等一系列優(yōu)點，而且其總線與網(wǎng)絡(luò)能力越來越強，可方便地與上位機組成控制系統(tǒng)，實現(xiàn)系統(tǒng)的高性價比和高效能運作。

        本文采用臺達公司的PLC和變頻器產(chǎn)品研制開發(fā)了一種自動恒壓供水控制系統(tǒng)，可有效減輕工作人員的負(fù)擔(dān)，提高供水系統(tǒng)的優(yōu)化運行程度，增強系統(tǒng)抗干擾性，避免硬件老化損失。

2　系統(tǒng)簡介

        為改善生產(chǎn)環(huán)境，某大型飲料公司投資清潔水技改工程并建成一座日產(chǎn)水5萬頓的供水系統(tǒng)，分別建設(shè)了抽水泵系統(tǒng)、加壓泵系統(tǒng)和高位水池。根據(jù)公司用水需求特點，從抽水泵系統(tǒng)過來的水一部分直接供給生產(chǎn)用水部門，一部分則需通過加壓泵輸送到高位水池，而供給生產(chǎn)用水部門的水壓與供給高位水池的水壓相差較大。同時高位水池距抽水泵房較遠(yuǎn)達十多公里，高位水池的液位高低和加壓泵系統(tǒng)的設(shè)計以及如何與抽水泵系統(tǒng)“聯(lián)動”也是較難解決的。

        鑒于以上特點，從技術(shù)可靠和經(jīng)濟實用角度綜合考慮，我們設(shè)計了用PLC控制與變頻器控制相結(jié)合的自動恒壓控制供水系統(tǒng)，同時通過主水管線壓力傳遞較經(jīng)濟地實現(xiàn)了加壓泵系統(tǒng)與抽水泵系統(tǒng)“遠(yuǎn)程聯(lián)動”的控制目的。

3　系統(tǒng)方案

        系統(tǒng)的控制以臺達的DVP-EH型DVP64EH00R PLC為技術(shù)平臺，DOP-A57CST觸摸屏為操作界面，VFD110B43A變頻器作為執(zhí)行構(gòu)件。觸摸屏通過COM2口與DVPEH　PLC 的COM口相連，采用MODBUS協(xié)議。PLC通過RS485口控制變頻器（便于擴充），支持MODBUS協(xié)議。另外還包括施耐德公司的軟啟動器、電機保護器、數(shù)據(jù)采集及其輔助設(shè)備組成（見圖1）。

3.1 抽水泵系統(tǒng)

        整個抽水泵系統(tǒng)有150KW深井泵電機四臺，90KW深井泵電機兩臺，采用變頻器循環(huán)工作方式，六臺電機均可設(shè)置在變頻方式下工作。采用一臺150KW和一臺90KW的軟起動150KW和90KW的電機。當(dāng)變頻器工作在50HZ，管網(wǎng)壓力仍然低于系統(tǒng)設(shè)定的下限時，軟起動器便自動起動一臺電機投入到工頻運行，當(dāng)壓力達到高限時，自動停掉工頻運行電機。

        系統(tǒng)為每臺電機配備電機保護器，是因為電機功率較大，在過載、欠壓、過壓、過流、相序不平衡、缺相、電機空轉(zhuǎn)等情況下為確保電機的良好使用條件，達到延長電機的使用壽命的目的。

        系統(tǒng)配備水位顯示儀表，可進行高低位報警，同時通過PLC可確保取水在合理水位的水質(zhì)監(jiān)控，同時也保護電機制正常運轉(zhuǎn)工況。

        系統(tǒng)配備流量計，既能顯示一段時間的累積流量，又能顯示瞬時流量，可進行出水量的統(tǒng)計和每臺泵的出水流量監(jiān)控。

3.2 公司內(nèi)不同壓力供水需求的解決

        為穩(wěn)定可靠地滿足公司內(nèi)部分區(qū)域供水太力（0.4~0.45Mpa）低于主管網(wǎng)水壓力（0.8~0.9Mpa）的要求，配備穩(wěn)壓減壓閥來調(diào)節(jié)，可調(diào)范圍為0.1~0.8Mpa。

3.3 加壓泵系統(tǒng)

        由于抽水泵房距離高位水池較遠(yuǎn)，直接供水到高位水池抽水泵的揚程不足，為此在距離高位水池落差為36米處設(shè)計有一加壓泵房，配備立式離心泵兩臺（一用一備）電機功率為75KW，揚程36米。該加壓泵的控制系統(tǒng)需考慮以下條件：
（1）若高位水池水位低和主管有水，則打開進水電動蝶閥和起動加壓泵向高位水池供水；

（2）若高位水池水位滿且主管有水，則給出報警信號并關(guān)閉加壓泵和進水電動蝶閥；

（3）若主管無水表明用水量增大或抽水泵房停止供水，必須開啟出水電動蝶閥由高位水池向主管補充不。
像抽水泵一樣，我們?yōu)榧訅罕门鋫淞塑浧饎悠骱碗姍C保護器，確保加壓泵長期可靠地運轉(zhuǎn)，同時配備了高位水池的水位傳感器和數(shù)顯儀和缺水傳感器。

        為保證整個主水管網(wǎng)的恒壓供不，當(dāng)高位水池滿且主水管有水時，加壓泵停止，此時主管壓力將“憋壓”，最終導(dǎo)致主管壓力上升，并將此壓力傳遞到抽水泵房，抽水泵的控制系統(tǒng)檢測到此壓力進行恒壓變頻控制，進而達到整個主管網(wǎng)的恒壓供水，這是整個控制系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵。

4 系統(tǒng)實現(xiàn)功能
4.1 全自動平穩(wěn)切換，恒壓控制

        主水管網(wǎng)壓力傳感器的壓力信號4~20mA送給數(shù)字PID控制器，控制器根據(jù)壓力設(shè)定值與實際檢測值進行PID運算，并給出信號直接控制變頻器的轉(zhuǎn)速以使管網(wǎng)的壓力穩(wěn)定。當(dāng)用水量不是很大時，一臺泵在變頻器的控制下穩(wěn)定運行；當(dāng)用水量大到變頻器全速運行也不能保證管網(wǎng)的壓和穩(wěn)定時，控制器的壓力下限信號與變頻器的高速信號同時被 PLC檢測到，PLC自動將原工作在變頻狀態(tài)下泵投入到工頻運行，以保持壓力的連續(xù)性，同時將一臺備用的泵用變頻器起動后投入運行，以加大管網(wǎng)的供水量保證壓力穩(wěn)定。若兩臺泵運轉(zhuǎn)仍，則依次將變頻工作狀態(tài)下的泵投入到工頻運行，而將另一臺備用泵投入變頻運行。

        當(dāng)用水量減少時，首先表現(xiàn)為變頻器已工作在最低速信號有效，這時壓力上限信號如仍出現(xiàn)，PLC首先將工頻運行的泵停掉，以減少供水量。當(dāng)上述兩個信號仍存在時，PLC再停掉一臺工頻運行的電機，直到最后一臺泵用主頻器恒壓供水。另外，控制系統(tǒng)設(shè)計六臺泵為兩組，每臺泵的電機累計運行時間可顯示，24小時輪換一次，既保證供水系統(tǒng)有備用泵，又保證系統(tǒng)的泵有相同的運行時間，確保了泵的可靠壽命?？刂葡到y(tǒng)圖見圖2。

4.2 半自動運行

        當(dāng)PLC系統(tǒng)出現(xiàn)問題時，自動控制系統(tǒng)失靈，這時候系統(tǒng)工作處于半自動狀態(tài)，即一臺泵具有變頻自動恒壓控制功能，當(dāng)用水量不夠時，可手動投入另外一臺或幾臺工頻泵運行。

4.3 手動

        當(dāng)壓力傳感器故障或變頻器故障時，為確保用水，六臺泵可分別以手動工頻方式運行。

5 實施效果

        實際運行證明本控制系統(tǒng)構(gòu)成了多臺深井泵的自動控制的最經(jīng)濟結(jié)構(gòu)，在軟件設(shè)計中充分考虎變頻與工頻在切換時的瞬間壓力與電流沖擊，每臺泵均采用軟起動是解決該問題關(guān)鍵。變頻器工作的上下限頻率及數(shù)字PID控制的上下限控制點的設(shè)定對系統(tǒng)的誤差范圍也有不可忽視的作用。
①采用變頻恒壓供水，消除了主管網(wǎng)壓力波動，保證了供水質(zhì)量，而且節(jié)能效果明顯，并延長了主管網(wǎng)及其閥門的使用壽命。
②用穩(wěn)壓減壓閥經(jīng)濟地解決了不同用水壓力的問題。