三菱FX系列，是三菱PLC（可編程控制器）小型系列PLC。采用通信方式對(duì)變頻器進(jìn)行控制來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制功能，用戶可以通過(guò)觸摸屏控制系統(tǒng)的運(yùn)行。通過(guò)安裝在出水管網(wǎng)上的壓力變送器，把出口壓力信號(hào)變成4～20mA或0～10V標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)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。PLC主要是指數(shù)字運(yùn)算操作電子系統(tǒng)的可編程邏輯控制器，用于控制機(jī)械的生產(chǎn)過(guò)程。也是公共有限公司、電源線車等的名稱縮寫。

引言

早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC），它主要用來(lái)代替繼電器實(shí)現(xiàn)邏輯控制。隨著技術(shù)的發(fā)展，這種采用微型計(jì)算機(jī)技術(shù)的工業(yè)控制裝置的功能已經(jīng)大大超過(guò)了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡(jiǎn)稱PC。但是為了避免與個(gè)人計(jì)算機(jī)（Personal Computer）的簡(jiǎn)稱混淆，所以將可編程序控制器簡(jiǎn)稱PLC，plc自1966年美國(guó)數(shù)據(jù)設(shè)備公司（DEC）研制出現(xiàn)，現(xiàn)行美國(guó)，日本，德國(guó)的可編程序控制器質(zhì)量?jī)?yōu)良，功能強(qiáng)大。

在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制領(lǐng)域，可編程控制器一直起著重要的作用。隨著國(guó)家在供水行業(yè)的投資力度加大，水廠運(yùn)行自動(dòng)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(dòng)畫等形勢(shì)描繪自動(dòng)化過(guò)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)在恒壓狀態(tài)的重要手段。現(xiàn)代變頻器完善的網(wǎng)絡(luò)通信功能，為電機(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(guò)與PLC連接的觸摸屏，可以使控制更加形象、直觀，操作更加簡(jiǎn)單、方便。

組合應(yīng)用PLC、觸摸屏及變頻器，采用通信方式對(duì)變頻器進(jìn)行控制來(lái)實(shí)現(xiàn)變頻恒壓供水。

1、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(dòng)力及控制線路以及泵組組成。用戶可以通過(guò)觸摸屏了解和控制系統(tǒng)的運(yùn)行，把出口壓力信號(hào)變成4～20mA或0～10V標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)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。通過(guò)調(diào)整投入工作的電機(jī)臺(tái)數(shù)和控制電機(jī)組中一臺(tái)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。

2、工作原理

PLC利用1.6M到30M頻帶范圍傳輸信號(hào)。在發(fā)送時(shí)，利用GMSK或OFDM調(diào)制技術(shù)將用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制，然后在電力線上進(jìn)行傳輸，在接收端，先經(jīng)過(guò)濾波器將調(diào)制信號(hào)濾出，再經(jīng)過(guò)解調(diào)，就可得到原通信信號(hào)。目前可達(dá)到的通信速率依具體設(shè)備不同在4.5M~45M之間。在通信時(shí)，來(lái)自用戶的數(shù)據(jù)進(jìn)入調(diào)制解調(diào)器調(diào)制后，通過(guò)用戶的配電線路傳輸?shù)骄侄嗽O(shè)備，局端將信號(hào)解調(diào)出來(lái)，再轉(zhuǎn)到外部的Internet。

該系統(tǒng)有手動(dòng)和自動(dòng)兩種運(yùn)行方式。手動(dòng)方式時(shí)，通過(guò)觸摸屏或控制柜上的啟動(dòng)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(dòng)有故障和檢修時(shí)使用。如壓力不夠，則頻率上升到50HZ，由PLC設(shè)定的程序驅(qū)動(dòng)I/O端口開關(guān)量的輸出來(lái)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(dòng)，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(dòng)；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(dòng)，系統(tǒng)自動(dòng)恢復(fù)到初始狀態(tài)開始運(yùn)行。變頻自動(dòng)功能是該系統(tǒng)最基本的功能，系統(tǒng)自動(dòng)完成對(duì)多臺(tái)泵的啟動(dòng)、停止、循環(huán)變頻的全部操作過(guò)程。

3、設(shè)備參數(shù)的設(shè)置

在進(jìn)行通信之前必須對(duì)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(wú)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)。

4、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(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(lái)控制電機(jī)的起停、自動(dòng)投入、定期切換，供水泵的變頻及故障的報(bào)警等，而且通過(guò)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(hào)量。

雖然PLC所使用之階梯圖程式中往往使用到許多繼電器、計(jì)時(shí)器與計(jì)數(shù)器等名稱，但PLC內(nèi)部并非實(shí)體上具有這些硬件，而是以內(nèi)存與程式編程方式做邏輯控制編輯，并借由輸出元件連接外部機(jī)械裝置做實(shí)體控制。因此能大大減少控制器所需之硬件空間。實(shí)際上PLC執(zhí)行階梯圖程式的運(yùn)作方式是逐行的先將階梯圖程式碼以掃描方式讀入CPU 中并最后執(zhí)行控制運(yùn)作。

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，即可實(shí)現(xiàn)泵組的無(wú)沖擊切換，使水壓過(guò)渡平穩(wěn)，有效的防止了水壓的大范圍波動(dòng)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)。PLC實(shí)現(xiàn)成本低 由于可以直接利用已有的配電網(wǎng)絡(luò)作為傳輸線路，所以不用進(jìn)行額外布線，從而大大減少了網(wǎng)絡(luò)的投資，降低了成本。范圍廣 電力線是覆蓋范圍最廣的網(wǎng)絡(luò)，它的規(guī)模是其他任何網(wǎng)絡(luò)無(wú)法比擬的。PLC可以輕松地滲透到每個(gè)家庭，為互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展創(chuàng)造極大的空間。

5、觸摸屏界面設(shè)計(jì)和運(yùn)行操作

第二步：在歡迎界面中用一個(gè)手指輕壓“進(jìn)入系統(tǒng)”，進(jìn)入“系統(tǒng)主畫面”，如圖3。

第三步：要進(jìn)行參數(shù)設(shè)定。手指輕壓“參數(shù)設(shè)定”，進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)定畫面，如圖4。

點(diǎn)擊時(shí)間后的數(shù)字可以彈出軟鍵盤，在軟鍵盤中設(shè)定切泵時(shí)間，單位為小時(shí)，設(shè)定后輕壓“Enter”確認(rèn)。按上面的方法依次設(shè)定加泵時(shí)間和減泵時(shí)間，單位為秒；用同樣的方法對(duì)P、I值進(jìn)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(jìn)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(gè)壓。

第五步：輕壓“啟動(dòng)”，啟動(dòng)PLC設(shè)定的程序，開始控制切泵，實(shí)現(xiàn)恒壓供水。狀態(tài)監(jiān)視頁(yè)面將會(huì)顯示當(dāng)前工作狀態(tài)。

在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，手指輕壓“停止”后，水泵停止工作，然后進(jìn)行維護(hù)。

結(jié)束語(yǔ)

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(wú)人職守的全自動(dòng)循環(huán)切泵、變頻運(yùn)行，保證了各臺(tái)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(dòng)平穩(wěn)，消除了啟動(dòng)大電流沖擊，由于泵的平均轉(zhuǎn)速降低了，從而可延長(zhǎng)泵的使用壽命，可以消除啟動(dòng)和停機(jī)時(shí)的水錘效應(yīng)。