基于松下FPI-C72的變頻恒壓供水系統設計

張蘇新，江東流

（1.蘇州高等職業技術學校，江蘇 蘇州 215000；2.江蘇安科瑞電器制造有限公司，江蘇 無錫 214400）

1 恒壓供水系統原理

恒壓供水控制系統為閉環控制系統，該系統的工作過程為：傳感器采集供水的壓力信號給控制系統，再通過變頻器的A/D轉換模塊將模擬量轉換為數字量，同時，變頻器的A/D轉換模塊將壓力設定值轉換成數字量，兩個數據同時經過PID控制模塊進行比較，PID控制模塊根據變頻器的參數設置進行數據處理，并將數據處理的結果以運行頻率的形式控制輸出。

以負作用為例，如果壓力在上升接近設定值的過程中，上升速度過快，PID運算也會自動減少執行量，從而穩定壓力。供水壓力經PID調節后的輸出量，通過交流接觸器組進行切換控制水泵電動機。在水網中的用水量增大時，會出一臺“變頻泵”效率不夠的情況，這時就需要其他水泵以工頻的形式參與供水，交流接觸器組就負責水泵的切換，由PLC控制各個接觸器，另外，是工頻供電或者是交頻供電，按需要選擇水泵的運行情況。

2 恒壓供水控制要求

PLC在控制系統的作用是控制交流接觸器組進行工頻/變頻的切換和水泵工作數量的調整。由電路設計中，一共有3個水泵，需要6個交流接觸器,其中交流接觸器組中的KM0與KM1分別控制1號水泵的變頻運行和工頻運行，而KM2和KM3則控制2號水泵的變頻與工頻，KM4與KM5控制3號水泵的變頻起動，考慮到操作的安全，并沒有把3號水泵的工頻運行連接，沒有實現3臺水泵同時工頻。

本系統的具體運行要求為：系統起動時，1號水泵以變頻方式運行；當變頻器的運行頻率超出設定值時輸出一個上限信號，PLC通過這個上限信號后將1號水泵由變頻運行轉為工頻運行，2號水泵變頻起動；如果再次接收到變頻器上輸出信號，2號水泵由變頻轉為工頻，同時3號水泵變頻運行。如果變頻器頻率偏低，即壓力過高，輸出的下限信號，2號水泵頻率起動；最后，再次收到下限信號，只剩下1號水泵變頻工作。

3 恒壓供水控制系統硬件設計

選用的主控器為日本的松下電工生產的小型PLC，該PLC主要有C14、C16、C21、C24、C40、C72等多種規格，它集CPU、I/O、通信等諸多功能模塊為一體，FPI分為主機、擴展、智能單元三種，主機包括14點、16個和72點等，擴展單元包括8點、16點、24點等，智能單元包括遠程I/O單元，網絡單元、A/D單元、D/A單元等。

本文選用FPI-C72型號，該模塊一共有40個輸入點和32個輸出點，能夠滿足控制系統要求。

變頻器選用三菱公司的FR-A740，在PID控制下，使用一個標準輸出信號為4～20mA、量程為0～0.5MPa的傳感器作為反饋信號與變頻器的給定信號進行比較來調節是泵的供水壓力，設定值通過變頻器的2和5端口給定。如果需要校準時，用參數902和905校正傳感器的輸出，在變頻器停止時，在PU模式下輸入設定值。本系統的電路主要包括主電路、PLC控制電路和變頻器控制電路。主電路主要控制3個電動機；PLC回路的輸出斷電控制接觸器線圈，并將其進行互鎖，防止它們同時閉合使變頻器接入電源輸入端。

變頻器控制回路中，變頻器起動運行靠PLC的Y0控制，頻率檢測的上/下限信號分別通過變頻器的輸出端子功能FU、OL輸出至PLC的X4、X5輸入端。PLC的X3輸入端為手自動切換信號輸入，變頻器RT輸入端為手/自動切換調整時，PID控制是否有效，由于PLC的輸出端Y1供給信號。故障報警輸出與PLC的X2與COM端，當系統發生故障時輸出信號給PLC，由PLC立即控制Y0斷開，停止輸出。PLC輸入端有3個按鈕，分比為啟動按鈕、停止按鈕和手自動切換，組合開關控制變頻工頻的啟動和切換。在自動控制時由壓力傳感器發出的信號和被控制信號進行比較，通過PID調節輸出一個頻率可變信號改變供水量的大小，從而改變壓力的大小，實現恒壓供水控制。

4 恒壓供水控制系統軟件設計

根據控制系統的要求，系統上電進入開始狀態。如果切換開關打在手動運行模式時，則根據操作人員的輸入情況，執行相應操作，如果是自動運行模式，則進入到起動變頻器和保持現有的運行狀態。接著判斷實時頻率，如果頻率達到上限，則需要增加切換，此時供水壓力低，需要增加水泵的工作數量，如果頻率達到下限，則減小切換，此時供水壓力高，需要減小是泵的工作數量，如果頻率在上下限區間內，則不需要調整。最后都回到起動和保持狀態。

5 結語

隨著高層建筑的發展，一種變頻恒壓供水系統產生。該供水方式相比于傳統水塔、氣壓供水等具有高效節能、自動化程度高、運行合理和能對水泵實現軟停和軟起動等特點。本文在此基礎上設計了一套基于松下PLC的變頻恒壓供水系統，實現了水泵電機的無級調速，主回路通過6個接觸器對3個水泵電機實現正反轉控制。軟件上，通過控制要求，對系統的PLC程序進行了設計，實現了手動和自動切換運行模式，最終完成了變頻恒壓供水系統的設計。