摘要：在工業(yè)用水中，供水量會(huì)隨著機(jī)組負(fù)荷量改變而改變。所以為提高工業(yè)供給水能效，設(shè)計(jì) PLC 指針方式控制液位變送器恒壓供水：通過壓力變送器，將工程量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)送入模擬量模塊，再由 PLC 經(jīng)過 I/O 模塊控制液位變送器的多段速。從而保持管道的壓力恒定，達(dá)到供水穩(wěn)定、節(jié)能降耗的目的。
傳統(tǒng)的供水方式分為兩種控制方式：地衣、工頻控制多臺(tái)水泵，以 50Hz 運(yùn)行，靠關(guān)停部分水泵來調(diào)節(jié)壓力，長(zhǎng)期運(yùn)行能耗較大；第二、調(diào)節(jié)閥控制，由調(diào)節(jié)閥的開度控制流量來改變壓力。雖控制簡(jiǎn)單，但人為操作無法維持管內(nèi)壓力穩(wěn)定，難以滿足供水需求，而工頻運(yùn)行耗能較高。為解決此問題，現(xiàn)根據(jù)恒壓供水的原理，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)由 PLC、液位變送器多段速和壓力傳感器組成的恒壓供水系統(tǒng)。
一、恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)
此恒壓供水系統(tǒng)控制方式為三臺(tái)泵控制，1# 泵作為備用泵工頻控制星三角啟動(dòng)（在臨時(shí)檢修 2# 泵、3# 泵時(shí)工頻開啟，為防止供水不足而設(shè)計(jì)），2#、3# 泵都由自動(dòng)控制、手動(dòng)控制兩部分組成。其中手動(dòng)模式下由 10kΩ 電位器控制泵運(yùn)行速度；自動(dòng)模式下若 2# 泵作為主泵運(yùn)行，則 2# 泵由液位變送器 PID 控制，3# 泵為輔泵由 PLC 作多段速控制，高速、中速會(huì)根據(jù) 2# 泵反饋的頻聅hou�；走h(yuǎn)Ｊ較氯?3# 泵作為主泵運(yùn)行，則 3# 泵由液位變送器 PID 控制，2# 泵為輔泵由 PLC 做多段速控制，高速、中速等多段速會(huì)根據(jù) 3# 反饋的頻聅hou�。设�?1# 泵工頻備用，2# 泵、3# 泵自動(dòng)起到互為微調(diào)、粗調(diào)水壓作用，根據(jù)實(shí)時(shí)壓力信號(hào)的反饋 [1]，實(shí)時(shí)控制 2# 泵、3# 泵，兩者互相替換。可見，該供水系統(tǒng)與傳統(tǒng)的供水方式比較其優(yōu)勢(shì)為：
地衣，恒壓供水系統(tǒng)會(huì)通過液位變送器來改變泵頻率，以此達(dá)到控制水泵速度來控制水泵管道壓力目的，與靠關(guān)停水泵或調(diào)節(jié)出口閥門控制其壓力的方式相比，要穩(wěn)定且可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，從而有效緩解管道壓力并減少流量損失的能耗。
第二，水泵使用液位變送器控制，可以在液位變送器中設(shè)定加速時(shí)間、減速時(shí)間來加減速。延長(zhǎng)加速時(shí)間，可防止過流，避免在啟動(dòng)時(shí)形成大電流沖擊電網(wǎng)。延長(zhǎng)減速時(shí)間，可避免急剎，保護(hù)機(jī)械結(jié)構(gòu)不受損傷，同時(shí)也限制了下降率以防止過電壓，延長(zhǎng)水泵使用壽命。
第三，控制系統(tǒng)由 PLC 控制，設(shè)計(jì)以編程為主，主要控制都在 PLC 中實(shí)現(xiàn)。所以外部電路簡(jiǎn)單，減少了接線及大量中間繼電器、接觸器的使用，便于日常維修。
主電路圖設(shè)計(jì)。圖 1 為 2# 泵、3# 泵的主電路圖。分別由開關(guān)量、模擬量構(gòu)成。開關(guān)量為高速、中速、自動(dòng)、故障復(fù)位、自動(dòng)運(yùn)行等中間繼電器觸點(diǎn)及按鈕組成，是通過 PLC 輸出模塊接通中繼線圈，讓中繼得電，由中繼的觸點(diǎn)去控制通斷。另外模擬量為三部分組成：1. 電位器手動(dòng)控制速度（電信號(hào)為 0-10V）；2. 頻率設(shè)定（電信號(hào) 4-20mA）外部接壓力傳感器直接調(diào)節(jié)液位變送器頻率；3. 頻率輸出（電信號(hào) 4-20mA）通過液位變送器輸出給 PLC 反饋信號(hào)，根據(jù)反饋信號(hào)控制另一臺(tái)泵頻率。另外還有液位變送器故障輸出常開點(diǎn)、液位變送器運(yùn)行輸出常開點(diǎn)接入 PLC，通過 PLC 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)液位變送器的工作情況，進(jìn)行故障處理、故障復(fù)位。啟動(dòng)時(shí) KA509、KA501 接通，啟動(dòng) 2# 泵手動(dòng)模式（+10、AI1、GND）分別接入電位器，調(diào)節(jié)頻率大小；啟動(dòng) 3# 泵手動(dòng)模式同理，KA510、KA502接通，電位器，調(diào)節(jié)頻率大小。啟動(dòng) 2# 泵自動(dòng)模式時(shí)，KA509 斷開，KA501、KA510、KA502 接通，壓力變送器接入（AI2、COM），（AO1、COM）接入 AD 模塊 1 通道，3# 泵多段速優(yōu)先有效，電位器調(diào)節(jié)無效；同理啟動(dòng) 3# 泵自動(dòng)模式時(shí)，KA510 斷開，KA501、KA509、KA502 接 通，壓 力 變 送 器 接 入（AI2、COM），（AO1、COM）接入 AD 模塊 2 通道，2# 泵多段速優(yōu)先有效，電位器調(diào)節(jié)無效。
基于 Q 系列 PLC 的供水程序設(shè)計(jì)。此設(shè)計(jì) PLC 硬件部分選型為：Q00U、QX40、QY10、Q64AD 組成。軟件部分設(shè)計(jì)處理模擬量。模擬量處理（將 0-4000 的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為 0-50Hz 的頻率工程量）。因?yàn)橐何蛔兯推鬏敵龅?4-20mA 反饋量會(huì)經(jīng)過 AD 模塊轉(zhuǎn)換為 0-4000 的數(shù)字量。為了將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為液位變送器頻率，我們可將所求頻率設(shè)為 X，對(duì)應(yīng)的數(shù)字量設(shè)為 Y。因 50Hz 對(duì)應(yīng)數(shù)字量為 4000，0Hz 對(duì)應(yīng)數(shù)字量為 0，其對(duì)應(yīng)值為線性值。故 X/（50-0）=Y/（4000-0），可 證 X=Y*（50-0）/（4000-0），即圖 2 所示實(shí)數(shù)值 X 為寄存器 D112 的值，實(shí)數(shù)值 Y 為寄存器 D132 的值�？梢酝ㄟ^ D132的值判斷頻率大小，進(jìn)而以判斷值的結(jié)果為條件去實(shí)現(xiàn)控制。模擬量處理程序如下（D102 為 2# 泵頻率反饋；D103 為 3# 泵頻率反饋；D132 為 2# 泵頻率實(shí)測(cè)值；D134 為 3# 泵頻率實(shí)測(cè)值）：
指針指令控制：若外部打向手動(dòng)位，則 M201 接通指針指向P0；若打向自動(dòng)位 M200 接通且啟動(dòng) 2# 泵 M203 接通，則指針指向 P1；若打向自動(dòng)位 M200 且啟動(dòng) 3# 泵 M204 接通，則指針指向P2。當(dāng)接通 P0 時(shí)，PLC 會(huì)執(zhí)行子程序從指針 P0 至就近 RET 處程序，P1、P2 也同理執(zhí)行。當(dāng)執(zhí)行自動(dòng)模式程序時(shí)，程序會(huì)判斷一臺(tái)泵的對(duì)應(yīng) PLC 寄存器所示頻率是否長(zhǎng)期以 40Hz 以上運(yùn)行。若是，則啟動(dòng)另一臺(tái)泵中速運(yùn)行；若否，則返回上一步重新判斷。如果這臺(tái)泵仍以 40Hz 運(yùn)行，則另一臺(tái)泵高速運(yùn)行。若此泵低至25Hz，則停止另一臺(tái)泵的運(yùn)行，依次循環(huán)，自動(dòng)調(diào)節(jié)供水量，實(shí)現(xiàn)了恒壓供水的目的 [2]。程序如下：
二、恒壓供水系統(tǒng)工作流程
該恒壓供水系統(tǒng)工作流程有兩種模式分別為手動(dòng)模式、自動(dòng)模式。其中手動(dòng)模式為人工控制，自動(dòng)模式為 PLC 控制。
手動(dòng)模式下，手動(dòng) / 自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)切至“手動(dòng)位”。啟動(dòng)時(shí)：2# 泵啟動(dòng)按鈕按下或者 3# 泵啟動(dòng)按鈕按下→ 2# 泵運(yùn)行指示燈亮或者 3# 泵運(yùn)行指示燈亮→ 2# 液位變送器啟動(dòng)或者 3# 液位變送器啟動(dòng)→速度由電位器旋鈕控制（一般至 40Hz 即可）停止時(shí)：2# 泵停止按鈕按下或者 3# 泵停止按鈕按下→ 2# 泵運(yùn)行指示燈滅或者3# 泵運(yùn)行指示燈滅。
自動(dòng)模式下，手動(dòng) / 自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)切至“自動(dòng)位”。啟動(dòng)時(shí)：3# 泵啟動(dòng)按鈕按下即可（1、2# 自動(dòng)起若 3# 泵 40Hz 運(yùn)行 20s，2#泵以 25Hz 運(yùn)行；2、若 3# 泵再次以 40Hz 運(yùn)行 20s，2# 泵以 50Hz運(yùn)行；3、3# 泵未到 40Hz 運(yùn)行且低至 25Hz，2# 泵停止運(yùn)行。1-3步依次循環(huán)，啟動(dòng)時(shí)若按下 2# 泵啟動(dòng)按鈕后，3# 泵也同理動(dòng)作。）停止時(shí)：手動(dòng) / 自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)切至“手動(dòng)位”，延時(shí) 5s 停止。
三、結(jié)論
隨著電氣技術(shù)發(fā)展，變頻調(diào)速技術(shù)運(yùn)用廣泛，如今液位變送器一般都內(nèi)置 PID 調(diào)節(jié)器，這節(jié)省了 PLC 存儲(chǔ)容量和 PID 的編程，使 PLC 僅采用一個(gè) I/O 模塊即可控制液位變送器多段速調(diào)節(jié)，將自帶PID 調(diào)節(jié)器的液位變送器應(yīng)用于供給水系統(tǒng)中，有利于減短調(diào)試的時(shí)間，采用 PLC 指針式編程簡(jiǎn)化程序中繁雜的步驟及指令控制。在兩者結(jié)合下，PLC 指針方式控制及液位變送器 PID 控制下的恒壓供水系統(tǒng)簡(jiǎn)單實(shí)用、可靠性好 [3]。有效降低了設(shè)備成本，提高生產(chǎn)效率，有效地解決了恒壓供水問題。
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