張朦

【摘 要】本文介紹了以變頻器-PLC為核心構(gòu)成系統(tǒng)的控制原理、結(jié)構(gòu)組成、軟件設(shè)計(jì)及系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】變頻器；PLC；比較器；控制系統(tǒng)

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中推廣應(yīng)用節(jié)水灌溉技術(shù)的節(jié)水潛力很大。然而科學(xué)合理的灌溉又是節(jié)約資源和更好的施灌的保證。目前，在自動(dòng)灌溉控制系統(tǒng)中有很大一部分水泵電機(jī)是不變速拖動(dòng)系統(tǒng)，不變速電機(jī)的電能大多消耗在適應(yīng)供水量的變化而頻繁的開停水泵中。

一、系統(tǒng)概述

在壓力控制方面的優(yōu)越性能可以解決水量控制系統(tǒng)存在的以上問題?？紤]選用單片機(jī)或PLC與變頻器結(jié)合為核心構(gòu)成的系統(tǒng)都能達(dá)到較好的控制效果。但在軟件設(shè)計(jì)上，PLC比單片機(jī)的編程更簡(jiǎn)潔、直觀；從硬件接口考慮，單片機(jī)電路稍微復(fù)雜一些；從經(jīng)濟(jì)方面考慮，由于PLC工藝的日漸成熟，小型PLC的成本與單片機(jī)相差無幾，由于要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)，PLC的軟件中時(shí)間參數(shù)的調(diào)整更簡(jiǎn)單，這樣更有利于售后服務(wù)人員掌握?；谝陨显?，選用了西門子系列PLC與三菱的變頻器作為控制核心，再加上比較器與壓力變送器，控制效果非常好，軟件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，硬件接口簡(jiǎn)易可行、可靠性高，整個(gè)系統(tǒng)的性價(jià)比較高。在供水系統(tǒng)中引進(jìn)變頻器結(jié)合小型PLC技術(shù)，不僅改變傳統(tǒng)用閥門控制水量多少，而且在節(jié)能、壓力、流量控制等方面均有非常好的效果，本文介紹了變頻器--PLC調(diào)控技術(shù)在水泵控制中的應(yīng)用。

二、系統(tǒng)原理

控制系統(tǒng)用一臺(tái)變頻器可以帶三臺(tái)水泵電動(dòng)機(jī)，每臺(tái)水泵既可以工作在常規(guī)工頻模式，也可以工作在變頻模式。每臺(tái)泵只能處于變頻或工頻其中一種工作模式，也可以通過兩個(gè)繼電器互鎖保證它的安全與可靠，本系統(tǒng)運(yùn)用用傳送指令。主電路如下所示：

系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示，利用安置在的灌溉用水中的壓力變送器將水的壓力信號(hào)傳輸?shù)奖容^器，根據(jù)與比較器的設(shè)定值和報(bào)警上下限比較，送信號(hào)給PLC與變頻器，系統(tǒng)的起停泵分別由比較器的壓力下限信號(hào)和變頻器的頻率下限信號(hào)決定，假如壓力低，比較器給PLC一個(gè)壓力下限信號(hào)，PLC啟動(dòng)變頻器，并使一號(hào)泵處于變頻工作狀態(tài)，輸出的頻率逐漸增大，經(jīng)過一段時(shí)間的調(diào)節(jié)，如壓力還低，這時(shí)，PLC讓一號(hào)泵處于工頻狀態(tài)工作，使二號(hào)泵處于變頻工作狀態(tài)泵，如壓力還低，則讓二號(hào)泵處于工頻狀態(tài)工作，使三號(hào)泵處于變頻工作狀態(tài)，如此類推。當(dāng)壓力達(dá)到調(diào)節(jié)器上限報(bào)警值時(shí)，調(diào)節(jié)器輸出降低，變頻器頻率降低，低到頻率下限設(shè)定值，這時(shí)變頻器給出一個(gè)頻率下限信號(hào)給PLC，PLC根據(jù)先啟先停的原則控制泵的運(yùn)行順序，例如，PLC收到頻率下限信號(hào)時(shí)，系統(tǒng)中泵的狀態(tài)是一號(hào)工頻，二號(hào)工頻，三號(hào)變頻，這時(shí)一號(hào)泵最先啟動(dòng)，所以先停，接著如壓力還高，則停二號(hào)泵。

三、系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

SIEMES S7-200軟件的梯形圖是逐行掃描，頻率大約100ms一次，PLC軟件設(shè)計(jì)思路是列出所有泵可能的運(yùn)行狀態(tài)，每種狀態(tài)處理兩種情況，有壓力下限信號(hào)時(shí)增加泵，當(dāng)無壓力下限而有頻率下限信號(hào)時(shí)減少泵，按照先啟先停的原則，可列出水泵運(yùn)行的所有組合狀態(tài)。另外測(cè)速發(fā)電機(jī)測(cè)得的結(jié)果給比較器，這樣便控制了電動(dòng)機(jī)的啟停和轉(zhuǎn)速。所以結(jié)構(gòu)框圖中設(shè)計(jì)了雙重反饋電路即由測(cè)速發(fā)電機(jī)組成的速度反饋和由壓力傳感器組成的壓力反饋系統(tǒng)。本文由于篇幅原因，部分梯形圖省略。以下是灌溉系統(tǒng)的手動(dòng)部分，自動(dòng)部分程序只需在加計(jì)數(shù)器CU、CD處考慮到壓力傳感器的上下限位即可。最后的故障處理就是當(dāng)有缺水或過水信號(hào)或變頻器故障信號(hào)時(shí)把所有的泵與變頻器都停止。

四、系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

（1）節(jié)電效益高。傳統(tǒng)水泵電機(jī)均采用大容量電機(jī)，用閥門控制水量恒定，造成電能浪費(fèi)。（2）運(yùn)行可靠、穩(wěn)定。系統(tǒng)中的核心部件—變頻調(diào)速器本身的可靠性很高，一般情況下可連續(xù)使用10萬/h以上。系統(tǒng)還采用軟啟動(dòng)方式，不存在電氣沖擊，不污染電網(wǎng)，而且變頻器自帶欠壓、過壓、過流、過載、過熱以及失速等各種保護(hù)功能。（3）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便。裝置的控制系統(tǒng)采用集成度高，配套方案靈活多樣，由可編程控制器得到水泵運(yùn)行的各種組合。（4）使用壽命長(zhǎng)，自動(dòng)化程度高，維護(hù)量少。以上系統(tǒng)在實(shí)際的應(yīng)用中效果顯著，如將PLC與變頻器中自帶編程器的功能集成，可開發(fā)成一些專用的變頻器，這樣系統(tǒng)的可靠性與健壯性大大增強(qiáng)，應(yīng)用更加簡(jiǎn)單，系統(tǒng)的總成本也會(huì)下降。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]宮淑貞，王冬青.可編程控制器原理及應(yīng)用[M].人民郵電出版社，2002

[2]丁斗章.變頻調(diào)速技術(shù)與系統(tǒng)應(yīng)用[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2005