觸摸屏和PLC與變頻器在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用
1、引言
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/160521.htm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,為電機的同步運行,遠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,可以使控制更加形象、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行控制來實現(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、動力及控制線路以及泵組組成。用戶可以通過觸摸屏了解和控制系統(tǒng)的運行,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標準信號送入PLC內(nèi)置的PID調(diào)節(jié)器,經(jīng)PID運算與給定壓力參數(shù)進行比較,輸出運行頻率到變頻器。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行頻率,從而調(diào)節(jié)水泵的轉(zhuǎn)速,達到恒壓供水。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臺數(shù),并完成電機的啟停、變頻與工頻的切換。通過調(diào)整投入工作的電機臺數(shù)和控制電機組中一臺電機的變頻轉(zhuǎn)速,使系統(tǒng)管網(wǎng)的工作壓力始終穩(wěn)定,進而達到恒壓供水的目的。
3、工作原理
該系統(tǒng)有手動和自動兩種運行方式。手動方式時,通過觸摸屏或控制柜上的啟動和停止按鈕控制水泵運行,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使用。自動運行時,首先由1#水泵變頻運行,變頻器輸出頻率從0HZ上升,同時PID調(diào)節(jié)器把接收的信號與給定壓力比較運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,同時根據(jù)PID調(diào)節(jié)參數(shù)使系統(tǒng)平穩(wěn)運行,始終保持管網(wǎng)壓力。
若有電源瞬時停電的情況,則系統(tǒng)停機,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
在進行通信之前必須對PLC、觸摸屏和變頻器的通訊參數(shù)進行正確設(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,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”以保護電機。
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的專用編程軟件,軟件提供完整的編程環(huán)境,可進行離線編程、在線連接和調(diào)試。為了提高整個系統(tǒng)的性價比,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的起停、自動投入、定期切換,供水泵的變頻及故障的報警等,而且通過PLC內(nèi)置的PID給定電機的轉(zhuǎn)速、設(shè)定壓力、頻率、電流、電壓等模擬信號量。
以往的變頻恒壓供水系統(tǒng)在水壓高時,通常采用停變頻泵,再將變頻器以工頻運行方式切換到正在以工頻運行的泵上進行調(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,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行方式,同時由變頻器迅速調(diào)節(jié),只要參數(shù)設(shè)置合適,即可實現(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的短時間缺水的現(xiàn)象,提高了供水品質(zhì)。
6、觸摸屏界面設(shè)計和運行操作
第一步:確認接通觸摸屏電源,進入觸摸屏歡迎界面,如圖2
第二步:在歡迎界面中用一個手指輕壓“進入系統(tǒng)”,進入“系統(tǒng)主畫面”,如圖3。
第三步:要進行參數(shù)設(shè)定。手指輕壓“參數(shù)設(shè)定”,進入?yún)?shù)設(shè)定畫面,如圖4。
點擊時間后的數(shù)字可以彈出軟鍵盤,在軟鍵盤中設(shè)定切泵時間,單位為小時,設(shè)定后輕壓“Enter”確認。按上面的方法依次設(shè)定加泵時間和減泵時間,單位為秒;用同樣的方法對P、I值進行設(shè)定。
第四步:輕壓可以返回系統(tǒng)主畫面,在主畫面中輕壓“狀態(tài)畫面”可以進入系統(tǒng)狀態(tài)畫面,如圖5。
輕壓“系統(tǒng)壓力設(shè)定”后面的方框,在軟鍵盤上設(shè)定管網(wǎng)壓力,單位為MPa,即1MPa=10個壓。
第五步:輕壓“啟動”,啟動PLC設(shè)定的程序,開始控制切泵,實現(xiàn)恒壓供水。狀態(tài)監(jiān)視頁面將會顯示當(dāng)前工作狀態(tài)。
在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時,手指輕壓“停止”后,水泵停止工作,然后進行維護。
7、結(jié)束語
該系統(tǒng)采用PLC和變頻器結(jié)合,系統(tǒng)運行平穩(wěn)可靠,實現(xiàn)了真正意義上的無人職守的全自動循環(huán)切泵、變頻運行,保證了各臺水泵運行效率的最優(yōu)和設(shè)備的穩(wěn)定運轉(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時的水錘效應(yīng)。通過觸摸屏上的組態(tài)畫面就可進行供水壓力的設(shè)定,監(jiān)視設(shè)備運行狀況同時可以查詢設(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。
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