摘要：在工業(yè)用水中，供水量會隨著機組負荷量改變而改變。所以為提高工業(yè)供給水能效，設(shè)計 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、工頻控制多臺水泵，以 50Hz 運行，靠關(guān)停部分水泵來調(diào)節(jié)壓力，長期運行能耗較大；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)計并實現(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
此恒壓供水系統(tǒng)控制方式為三臺泵控制，1# 泵作為備用泵工頻控制星三角啟動（在臨時檢修 2# 泵、3# 泵時工頻開啟，為防止供水不足而設(shè)計），2#、3# 泵都由自動控制、手動控制兩部分組成。其中手動模式下由 10kΩ 電位器控制泵運行速度；自動模式下若 2# 泵作為主泵運行，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、中速會根據(jù) 2# 泵反饋的頻聅hou唬蛔遠Ｊ較氯?3# 泵作為主泵運行，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、中速等多段速會根據(jù) 3# 反饋的頻聅hou弧Ｉ杓?1# 泵工頻備用，2# 泵、3# 泵自動起到互為微調(diào)、粗調(diào)水壓作用，根據(jù)實時壓力信號的反饋 [1]，實時控制 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)勢為：
地衣，恒壓供水系統(tǒng)會通過液位變送器來改變泵頻率，以此達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)定且可實時監(jiān)測，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)定加速時間、減速時間來加減速。延長加速時間，可防止過流，避免在啟動時形成大電流沖擊電網(wǎng)。延長減速時間，可避免急剎，保護機械結(jié)構(gòu)不受損傷，同時也限制了下降率以防止過電壓，延長水泵使用壽命。
第三，控制系統(tǒng)由 PLC 控制，設(shè)計以編程為主，主要控制都在 PLC 中實現(xiàn)。所以外部電路簡單，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。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、故障復(fù)位、自動運行等中間繼電器觸點及按鈕組成，是通過 PLC 輸出模塊接通中繼線圈，讓中繼得電，由中繼的觸點去控制通斷。另外模擬量為三部分組成：1. 電位器手動控制速度（電信號為 0-10V）；2. 頻率設(shè)定（電信號 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 4-20mA）通過液位變送器輸出給 PLC 反饋信號，根據(jù)反饋信號控制另一臺泵頻率。另外還有液位變送器故障輸出常開點、液位變送器運行輸出常開點接入 PLC，通過 PLC 實時監(jiān)測液位變送器的工作情況，進行故障處理、故障復(fù)位。啟動時 KA509、KA501 接通，啟動 2# 泵手動模式（+10、AI1、GND）分別接入電位器，調(diào)節(jié)頻率大小；啟動 3# 泵手動模式同理，KA510、KA502接通，電位器，調(diào)節(jié)頻率大小。啟動 2# 泵自動模式時，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 3# 泵自動模式時，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。此設(shè)計 PLC 硬件部分選型為：Q00U、QX40、QY10、Q64AD 組成。軟件部分設(shè)計處理模擬量。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）。因為液位變送器輸出的 4-20mA 反饋量會經(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，對應(yīng)的數(shù)字量設(shè)為 Y。因 50Hz 對應(yīng)數(shù)字量為 4000，0Hz 對應(yīng)數(shù)字量為 0，其對應(yīng)值為線性值。故 X/（50-0）=Y/（4000-0），可 證 X=Y*（50-0）/（4000-0），即圖 2 所示實數(shù)值 X 為寄存器 D112 的值，實數(shù)值 Y 為寄存器 D132 的值。可以通過 D132的值判斷頻率大小，進而以判斷值的結(jié)果為條件去實現(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# 泵頻率實測值；D134 為 3# 泵頻率實測值）：
指針指令控制：若外部打向手動位，則 M201 接通指針指向P0；若打向自動位 M200 接通且啟動 2# 泵 M203 接通，則指針指向 P1；若打向自動位 M200 且啟動 3# 泵 M204 接通，則指針指向P2。當接通 P0 時，PLC 會執(zhí)行子程序從指針 P0 至就近 RET 處程序，P1、P2 也同理執(zhí)行。當執(zhí)行自動模式程序時，程序會判斷一臺泵的對應(yīng) PLC 寄存器所示頻率是否長期以 40Hz 以上運行。若是，則啟動另一臺泵中速運行；若否，則返回上一步重新判斷。如果這臺泵仍以 40Hz 運行，則另一臺泵高速運行。若此泵低至25Hz，則停止另一臺泵的運行，依次循環(huán)，自動調(diào)節(jié)供水量，實現(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模式、自動模式。其中手動模式為人工控制，自動模式為 PLC 控制。
手動模式下，手動 / 自動轉(zhuǎn)換開關(guān)切至“手動位”。啟動時：2# 泵啟動按鈕按下或者 3# 泵啟動按鈕按下→ 2# 泵運行指示燈亮或者 3# 泵運行指示燈亮→ 2# 液位變送器啟動或者 3# 液位變送器啟動→速度由電位器旋鈕控制（一般至 40Hz 即可）停止時：2# 泵停止按鈕按下或者 3# 泵停止按鈕按下→ 2# 泵運行指示燈滅或者3# 泵運行指示燈滅。
自動模式下，手動 / 自動轉(zhuǎn)換開關(guān)切至“自動位”。啟動時：3# 泵啟動按鈕按下即可（1、2# 自動起若 3# 泵 40Hz 運行 20s，2#泵以 25Hz 運行；2、若 3# 泵再次以 40Hz 運行 20s，2# 泵以 50Hz運行；3、3# 泵未到 40Hz 運行且低至 25Hz，2# 泵停止運行。1-3步依次循環(huán)，啟動時若按下 2# 泵啟動按鈕后，3# 泵也同理動作。）停止時：手動 / 自動轉(zhuǎn)換開關(guān)切至“手動位”，延時 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 存儲容量和 PID 的編程，使 PLC 僅采用一個 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)試的時間，采用 PLC 指針式編程簡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)簡單實用、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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