ATV38變頻器與PLC和觸摸屏的組合應(yīng)用
| 摘 要： 組合應(yīng)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(jìn)行控制來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制功能，用戶可以通過觸摸屏控制系統(tǒng)的運(yùn)行。通過安裝在出水管網(wǎng)上的壓力變送器，把出口壓力信號變成4～20mA或0～10V標(biāo)準(zhǔn)信號送入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。控制系統(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。 關(guān)鍵詞：PLC;觸摸屏;變頻器;串行通信;恒壓供水 1、引言 在工業(yè)現(xiàn)場控制領(lǐng)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(yè)的投資力度加大，水廠運(yùn)行自動化水平不斷提高，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)、以動畫等形勢描繪自動化過程，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)在恒壓的重要手段。現(xiàn)代變頻器完善的網(wǎng)絡(luò)通信工程，威電機(jī)的同步運(yùn)行，遠(yuǎn)距離集中控制和在線監(jiān)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(yīng)用PLC、觸摸屏及變頻器，采用通信方式對變頻器進(jìn)行控制來實(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;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(tǒng)的運(yùn)行，也可以通過控制柜面板上的指示燈和按鈕、轉(zhuǎn)換開關(guān)來了解和控制系統(tǒng)的運(yùn)行。通過安裝在出水管網(wǎng)上的壓力變送器，把出口壓力信號變成4～20mA或0～10V標(biāo)準(zhǔn)信號送入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。控制系統(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I/O端口開關(guān)量的輸出來實(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)臺數(shù)，并完成電機(jī)的啟停、變頻與工頻的切換。通過調(diào)整投入工作的電機(jī)臺數(shù)和控制電機(jī)組中一臺電機(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)有手動和自動兩種運(yùn)行方式。手動方式時(shí)，通過控制柜上的啟動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、自動有故障和檢修時(shí)使用。自動運(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I/O端口開關(guān)量的輸出來實(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，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;如用水量減少，PLC控制從先起的泵開始切除，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，系統(tǒng)自動恢復(fù)到初始狀態(tài)開始運(yùn)行。變頻自動功能是該系統(tǒng)最基本的功能，系統(tǒng)自動完成對多臺泵的啟動、停止、循環(huán)變頻的全部操作過程。 4、設(shè)備參數(shù)的設(shè)置 在進(jìn)行通信之前必須對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”以保護(hù)電機(jī)。 PLC通訊參數(shù)設(shè)置:TWDLCAA24DRF——硬件——端口——端口設(shè)置，在端口設(shè)置中進(jìn)行端口參數(shù)設(shè)置;觸摸屏通訊參數(shù)設(shè)置：IO管理器——ModbusRTU01[COM1]——Modbus Equipment，雙擊“Modbus Equipment”即可進(jìn)行通訊參數(shù)設(shè)置。 5、PLC控制系統(tǒng) 該系統(tǒng)采用施耐德的TWDLCAA24DRF，I/O點(diǎn)數(shù)為24點(diǎn)，繼電器輸出，PLC編程采用施耐德PLC專用編程軟件Twidosoft，軟件提供完整的編程環(huán)境，可進(jìn)行離線編程、在線連接和調(diào)試。為了提高整個(gè)系統(tǒng)的性價(jià)比，該系統(tǒng)采用可編程控制器的開關(guān)量輸入輸出來控制電機(jī)的起停、自動投入、定期切換，供水泵的變頻及故障的報(bào)警等，而且通過PLC內(nèi)置的PID給定電機(jī)的轉(zhuǎn)速、設(shè)定壓力、頻率、電流、電壓等模擬信號量。 施耐德PLC的編程指令簡單易懂且程序設(shè)計(jì)靈活，步進(jìn)計(jì)數(shù)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(gè)步移動到另一個(gè)步取決于外部或內(nèi)部事件。通過模擬輸入和輸出模塊TWAMM3HT以及內(nèi)置的PID運(yùn)算器，實(shí)現(xiàn)如圖2的順序切泵。 工作條件滿足，開始工作時(shí)，1#泵變頻啟動，泵的轉(zhuǎn)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(dá)到50HZ而此時(shí)水壓還未達(dá)到設(shè)定值，PLC內(nèi)置的程序控制使得切換到下一個(gè)工作步，延時(shí)一段時(shí)間后，1#泵迅速切換至工頻運(yùn)行，同時(shí)解除變頻器運(yùn)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(dá)到，則2#泵切換至工頻，3#泵變頻啟動，在運(yùn)行中始終保持一臺泵變頻運(yùn)行，當(dāng)壓力達(dá)到設(shè)定值時(shí)變頻輸出將為0HZ，同時(shí)PLC通過I/O端口跳到下一個(gè)工步，由PLC決定切除1#工頻泵，此時(shí)由一臺工頻泵和一臺變頻泵運(yùn)行，如果此時(shí)壓力達(dá)到設(shè)定值，變頻器的輸出為0HZ，再切換到下一個(gè)工步，PLC解除2#工頻泵，只由3#泵變頻運(yùn)行來維持管網(wǎng)壓力。當(dāng)壓力下降，變頻器頻率升至50HZ輸出信號，延時(shí)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(yùn)行，如果壓力仍達(dá)不到，2#變切換為2#工，啟動3#變，三臺泵同時(shí)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(shí)在實(shí)際管網(wǎng)對水壓波動做出反應(yīng)之前，由變頻器迅速調(diào)節(jié)，使水壓平穩(wěn)過渡，從而有效的避免了高樓用戶短時(shí)間停水的情況發(fā)生。 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)泵組的無沖擊切換，使水壓過渡平穩(wěn)，有效的防止了水壓的大范圍波動及水壓太低時(shí)的短時(shí)間缺水的現(xiàn)象，提高了供水品質(zhì)。 7、結(jié)束語 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)了真正意義上的無人職守的全自動循環(huán)切泵、變頻運(yùn)行，保證了各臺水泵運(yùn)行效率的最優(yōu)和設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)啟動平穩(wěn)，消除了啟動大電流沖擊，由于泵的平均轉(zhuǎn)速降低了，從而可延長泵的使用壽命，可以消除啟動和停機(jī)時(shí)的水錘效應(yīng)。通過觸摸屏上的人機(jī)界面就可進(jìn)行供水壓力的設(shè)定，監(jiān)視設(shè)備運(yùn)行狀況同時(shí)可以查詢設(shè)備故障信息，大大提高恒壓供水系統(tǒng)的自動化水平及對現(xiàn)場設(shè)備的監(jiān)控能力。 |
