触摸屏和PLC与变频器在控制系统中的应用

2009-02-26 11:51:27来源: 宁波市海曙区倚天节能科技有限公司

1、引言 

  在工业现场控制领域,可编程控制器PLC)一直起着重要的作用。随着国家在供水行业的投资力度加大,水厂运行自动化水平不断提高,PLC在供水行业应用逐步增多。触摸屏与PLC配套使用,使得PLC的应用更加灵活,同时可以设置参数、显示数据、以动画等形势描绘自动化过程,使得PLC的应用可视化。 

  变频恒压供水成为供水行业的一个主流,是保证供水管网在恒压状态的重要手段。现代变频器完善的网络通信功能,为电机的同步运行,远距离集中控制和在线监控等提供了必要的支持。通过与PLC连接的触摸屏,可以使控制更加形象、直观,操作更加简单、方便。 

  组合应用PLC、触摸屏及变频器,采用通信方式对变频器进行控制来实现变频恒压供水。

2、系统结构 

  变频恒压供水系统原理如图1所示,系统主要由PLC、变频器、触摸屏、压力变送器、动力及控制线路以及泵组组成。用户可以通过触摸屏了解和控制系统的运行,也可以通过控制柜面板上的指示灯和按钮、转换开关来了解和控制系统的运行。通过安装在出水管网上的压力变送器,把出口压力信号变成4~20mA或0~10V标准信号送入PLC内置的PID调节器,经PID运算与给定压力参数进行比较,输出运行频率到变频器。控制系统由变频器控制水泵的转速以调节供水量,根据用水量的不同,PLC频率输出给定变频器的运行频率,从而调节水泵的转速,达到恒压供水。PLC设定的内部程序驱动I/O端口开关量的输出来实现切换交流接触器组,以此协调投入工作的水泵电机台数,并完成电机的启停、变频与工频的切换。通过调整投入工作的电机台数和控制电机组中一台电机的变频转速,使系统管网的工作压力始终稳定,进而达到恒压供水的目的。

3、工作原理

  该系统有手动和自动两种运行方式。手动方式时,通过触摸屏或控制柜上的启动和停止按钮控制水泵运行,可根据需要分别控制1#~3#泵的启停,该方式主要供设备调试、自动有故障和检修时使用。自动运行时,首先由1#水泵变频运行,变频器输出频率从0HZ上升,同时PID调节器把接收的信号与给定压力比较运算后送给变频器控制。如压力不够,则频率上升到50HZ,由PLC设定的程序驱动I/O端口开关量的输出来实现切换交流接触器组,使得1#泵变频迅速切换为工频,2#泵变频启动,若压力仍达不到设定压力,则2#泵由变频切换成工频,3#泵变频启动;如用水量减少,PLC控制从先起的泵开始切除,同时根据PID调节参数使系统平稳运行,始终保持管网压力。

  若有电源瞬时停电的情况,则系统停机,待电源恢复正常后,人工启动,系统自动恢复到初始状态开始运行。变频自动功能是该系统最基本的功能,系统自动完成对多台泵的启动、停止、循环变频的全部操作过程。

4、设备参数的设置 

  在进行通信之前必须对PLC、触摸屏和变频器的通讯参数进行正确设置。本系统定义为Modbus协议,波特率为9600,数据位为8,无校验,停止位为1。变频器除设置通信参数外,还需启用“自由停车”以保护电机。 

5、PLC控制系统

  该系统采用三菱FX-200的PLC,继电器输出,PLC编程采用三菱PLC的专用编程软件,软件提供完整的编程环境,可进行离线编程、在线连接和调试。为了提高整个系统的性价比,该系统采用可编程控制器的开关量输入输出来控制电机的起停、自动投入、定期切换,供水泵的变频及故障的报警等,而且通过PLC内置的PID给定电机的转速、设定压力、频率、电流、电压等模拟信号量。 

  以往的变频恒压供水系统在水压高时,通常采用停变频泵,再将变频器以工频运行方式切换到正在以工频运行的泵上进行调节。这种切换的方式理论上要比直接切换工频的方式先进,但其容易引起泵组的频繁起停,从而减少设备的使用寿命。而在该系统中采用直接停工频泵的运行方式,同时由变频器迅速调节,只要参数设置合适,即可实现泵组的无冲击切换,使水压过渡平稳,有效的防止了水压的大范围波动及水压太低时的短时间缺水的现象,提高了供水品质。

6、触摸屏界面设计和运行操作 

  第一步:确认接通触摸屏电源,进入触摸屏欢迎界面,如图2

  第二步:在欢迎界面中用一个手指轻压“进入系统”,进入“系统主画面”,如图3。

  第三步:要进行参数设定。手指轻压“参数设定”,进入参数设定画面,如图4。 

  点击时间后的数字可以弹出软键盘,在软键盘中设定切泵时间,单位为小时,设定后轻压“Enter”确认。按上面的方法依次设定加泵时间和减泵时间,单位为秒;用同样的方法对P、I值进行设定。 

  第四步:轻压可以返回系统主画面,在主画面中轻压“状态画面”可以进入系统状态画面,如图5。

  轻压“系统压力设定”后面的方框,在软键盘上设定管网压力,单位为MPa,即1MPa=10个压。

  第五步:轻压“启动”,启动PLC设定的程序,开始控制切泵,实现恒压供水。状态监视页面将会显示当前工作状态。 

  在系统出现故障时,手指轻压“停止”后,水泵停止工作,然后进行维护。

7、结束语 

  该系统采用PLC和变频器结合,系统运行平稳可靠,实现了真正意义上的无人职守的全自动循环切泵、变频运行,保证了各台水泵运行效率的最优和设备的稳定运转启动平稳,消除了启动大电流冲击,由于泵的平均转速降低了,从而可延长泵的使用寿命,可以消除启动和停机时的水锤效应。通过触摸屏上的组态画面就可进行供水压力的设定,监视设备运行状况同时可以查询设备故障信息,大大提高恒压供水系统的自动化水平及对现场设备的监控能力。

关键字:触摸屏  PLC  变频器  组合应用  通信

编辑:王丕涛 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/gykz/2009/0226/article_1592.html
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