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摘要：本文阐述了PLC、变频器和触摸屏在恒压供水系统中的应用，分别介绍了变频恒压供水系统的基本构成，调节器的基本功能以及PLC在恒压供水系统中所发挥的功能，使用PLC和变频器能够使泵站的出水量始终保持恒压，以达到管路出水量始终保持恒定的目的。
关键词：PLC、变频器、调节器、触摸屏
中图分类号： TM4文献标识码：A
一、恒压供水系统
1、概述
PLC变频调速恒压供水系统（PLC＆Inverter Controlled System of Constant Hydraulic Pressure）,它集PLC和变频器、控制于一体，整套设备硬、软件配套齐全，可以进行单独操作和PLC及变频器的组合运行，具有智能化、网络化的特点，充分体现出现代工业控制“快捷”、“高效”、“集中”的特点。
2、变频恒压供水系统的基本构成
如图1-1所示为恒压供水泵站的构成示意图，压力传感器用于检测管网中的水压，常装设在泵站的出口处。当用水量大时，水压降低，用水量小时，水压升高。水压传感器将水压的变化转变为电流或电压的变化送给调节器。
图1-1 变频器恒压供水泵站的构成示意图
3、调节器是一种电子装置，在系统中完成以下几种功能：
（1）调节器设定水管压力的给定值。恒压供水水压的高低根据需要而设定，供水距离越远，用水地点越高，系统所需供水压力越大。给定值即是系统正常工作时的恒压值。另外有些供水系统可能有多种用水目的，如将生活用水与消防用水共用一个泵站，水压的设定值可能不止一个，一般消防用水的水压要高一些。调节器具有给定值设定功能，可以用数字量进行设定，有的调节器也可以模拟量方式设定。
（2）调节器接受传感器送来的管网水压的实测值。管网实测水压回送到泵站控制装置称为反馈，调节器是反馈的接收点。
（3）调节器根据给定值与实测值的综合，依一定的调节规律发出系统调节信号。调节器接收了水压的实测反馈信号后，将它与给定值比较，得到给定值与实测值之差。如果给定值大于实测值，说明系统水压低于理想水压，要加大水泵电动机的转速；如果水压高于理想水压，要降低水泵电机的转速。这些都由调节器的输出信号控制。为了实现调节的快速性与系统的稳定性，调节器工作中还有几个调节规律问题，传统调节器的调节规律多是比例-积分-微分调节，称为PID调节器。调节器的调节参数，如P、I、D参数均是可以由使用者设定的，PID调节过程视调节器的内部构成有数字式调节及模拟量调节两类，以微机算机为核心的调节器多为数字式调节。
调节器的输出信号一般是模拟信号4～20mA变化的电流信号和0～10V间变化的电压信号。在变频恒压供水系统中，执行设备就是变频器。
二、PLC在恒压供水泵站的主要任务
（1）代替调节器。实现水压给定值与反馈值的综合与调节工作，实现数字式PID调节。一只传统调节器往往只能实现一路PID设置，用PLC作调节器可同时实现多路PID设置，在多功能供水泵站的各类工况中PID参数可能不一样，使用PLC作数字式调节器就十分方便。
（2）控制水泵的运行和切换。在多泵组恒压供水泵站中，为了使设备均匀地磨损，水泵及电动机是轮换工作的。在设单一变频器的多泵组泵站中，与变频器相连接的水泵（称变频泵）也是轮流担任的。变频泵在运行且达到最高频率时，增加一台工频泵投入运行，PLC则是泵组管理的执行设备。
（3）变频器的驱动控制。恒压供水泵站中变频器常常采用模拟量控制方式，这需采用具有模拟量输入输出的PLC或采用PLC的模拟量扩展模块，水压传感器送来的模拟信号输入到PLC或模拟量模块的模拟量输入端，而输入端送出经给定值与反馈值比较并经PID处理后得出的模拟量控制信号，并以此信号的变化改变变频器的输出频率。
（4）泵站的其他逻辑控制。除了泵组的运行管理工作外，泵站还有许多逻辑控制工作，如手动、自动操作转换、泵站的工作状态指示、泵站工作异常的报警、系统的自检等，这些都可以在PLC的控制程序中安排。
三、控制过程
1、控制要求
一个恒压供水系统，其控制要求如下：
（1）共有两台水泵，要求一台运行，一台备用，自动运行时泵运行累计100h轮换一次，手动时不切换。
（2）两台水泵分别由M1、M2电动机拖动，由KM1、KM2控制。
（3）切换后启动和停电后启动须5s报警，运行异常可自动切换到备用泵，并报警。
（4）水压在0～1Mpa可调，通过触摸屏输入调节。
（5）触摸屏可以显示设定水压、实际水压、水泵的运行时间、转速、报警信号等。
2、控制系统的I/O分配及系统接线
（1）I/O分配。根据系统控制要求，选用F940GOT-SWD触摸屏，触摸屏和PLC输入、输出分配表见表1-2。
表1-2 I/O设备及I/O点分配
(2)系统接线。根据控制系统的控制要求，PLC选用FX2N-32MR型，变频器采用三菱FR-E540，模拟量处理模块采用输入输出混合模块FX0N-3A，变频器通过FX0N-3A的模拟输出来调节电动机的转速。根据控制要求及I/O分配，控制系统接线图如图1-3所示。
图1-3 控制系统接线图
3、触摸屏画面制作
根据系统控制要求，触摸屏制作画面如图1-4所示。
图1-4 触摸屏画面
（a）触摸屏首页画面；（b）手动运行画面；（c）自动运行画面
4、程序的编制
根据系统的控制要求，控制梯形图如图1-5所示。
5、变频器参数的确定和设置
（1）上限频率Pr.1=50HZ；
（2）下限频率Pr.2=30HZ；
（3）变频器基准频率Pr.3=50HZ；
（4）加速时间Pr.7=3s；
（5）减速时间Pr.8=3s；
（6）电子过电流保护Pr.9=电动机的额定电流；
（7）启动频率Pr.13=10HZ；
（8）设定端子2-5间的频率设定为电压信号0～10V Pr.73=1；
（9）允许所有参数的读/写Pr.160=0；
（10）操作模式選择（外部运行）Pr.79=2；
图1-5 恒压供水系统控制梯形图
五、总结
通过上述设计和编程就形成了一个完整的恒压供水系统，该系统具有操作灵活、可靠性高等特点，同时已成功投入使用，运行可靠，达到了预期的效果。
关键词：PLC、变频器、调节器、触摸屏
中图分类号： TM4文献标识码：A
一、恒压供水系统
1、概述
PLC变频调速恒压供水系统（PLC＆Inverter Controlled System of Constant Hydraulic Pressure）,它集PLC和变频器、控制于一体，整套设备硬、软件配套齐全，可以进行单独操作和PLC及变频器的组合运行，具有智能化、网络化的特点，充分体现出现代工业控制“快捷”、“高效”、“集中”的特点。
2、变频恒压供水系统的基本构成
如图1-1所示为恒压供水泵站的构成示意图，压力传感器用于检测管网中的水压，常装设在泵站的出口处。当用水量大时，水压降低，用水量小时，水压升高。水压传感器将水压的变化转变为电流或电压的变化送给调节器。
图1-1 变频器恒压供水泵站的构成示意图
3、调节器是一种电子装置，在系统中完成以下几种功能：
（1）调节器设定水管压力的给定值。恒压供水水压的高低根据需要而设定，供水距离越远，用水地点越高，系统所需供水压力越大。给定值即是系统正常工作时的恒压值。另外有些供水系统可能有多种用水目的，如将生活用水与消防用水共用一个泵站，水压的设定值可能不止一个，一般消防用水的水压要高一些。调节器具有给定值设定功能，可以用数字量进行设定，有的调节器也可以模拟量方式设定。
（2）调节器接受传感器送来的管网水压的实测值。管网实测水压回送到泵站控制装置称为反馈，调节器是反馈的接收点。
（3）调节器根据给定值与实测值的综合，依一定的调节规律发出系统调节信号。调节器接收了水压的实测反馈信号后，将它与给定值比较，得到给定值与实测值之差。如果给定值大于实测值，说明系统水压低于理想水压，要加大水泵电动机的转速；如果水压高于理想水压，要降低水泵电机的转速。这些都由调节器的输出信号控制。为了实现调节的快速性与系统的稳定性，调节器工作中还有几个调节规律问题，传统调节器的调节规律多是比例-积分-微分调节，称为PID调节器。调节器的调节参数，如P、I、D参数均是可以由使用者设定的，PID调节过程视调节器的内部构成有数字式调节及模拟量调节两类，以微机算机为核心的调节器多为数字式调节。
调节器的输出信号一般是模拟信号4～20mA变化的电流信号和0～10V间变化的电压信号。在变频恒压供水系统中，执行设备就是变频器。
二、PLC在恒压供水泵站的主要任务
（1）代替调节器。实现水压给定值与反馈值的综合与调节工作，实现数字式PID调节。一只传统调节器往往只能实现一路PID设置，用PLC作调节器可同时实现多路PID设置，在多功能供水泵站的各类工况中PID参数可能不一样，使用PLC作数字式调节器就十分方便。
（2）控制水泵的运行和切换。在多泵组恒压供水泵站中，为了使设备均匀地磨损，水泵及电动机是轮换工作的。在设单一变频器的多泵组泵站中，与变频器相连接的水泵（称变频泵）也是轮流担任的。变频泵在运行且达到最高频率时，增加一台工频泵投入运行，PLC则是泵组管理的执行设备。
（3）变频器的驱动控制。恒压供水泵站中变频器常常采用模拟量控制方式，这需采用具有模拟量输入输出的PLC或采用PLC的模拟量扩展模块，水压传感器送来的模拟信号输入到PLC或模拟量模块的模拟量输入端，而输入端送出经给定值与反馈值比较并经PID处理后得出的模拟量控制信号，并以此信号的变化改变变频器的输出频率。
（4）泵站的其他逻辑控制。除了泵组的运行管理工作外，泵站还有许多逻辑控制工作，如手动、自动操作转换、泵站的工作状态指示、泵站工作异常的报警、系统的自检等，这些都可以在PLC的控制程序中安排。
三、控制过程
1、控制要求
一个恒压供水系统，其控制要求如下：
（1）共有两台水泵，要求一台运行，一台备用，自动运行时泵运行累计100h轮换一次，手动时不切换。
（2）两台水泵分别由M1、M2电动机拖动，由KM1、KM2控制。
（3）切换后启动和停电后启动须5s报警，运行异常可自动切换到备用泵，并报警。
（4）水压在0～1Mpa可调，通过触摸屏输入调节。
（5）触摸屏可以显示设定水压、实际水压、水泵的运行时间、转速、报警信号等。
2、控制系统的I/O分配及系统接线
（1）I/O分配。根据系统控制要求，选用F940GOT-SWD触摸屏，触摸屏和PLC输入、输出分配表见表1-2。
表1-2 I/O设备及I/O点分配
(2)系统接线。根据控制系统的控制要求，PLC选用FX2N-32MR型，变频器采用三菱FR-E540，模拟量处理模块采用输入输出混合模块FX0N-3A，变频器通过FX0N-3A的模拟输出来调节电动机的转速。根据控制要求及I/O分配，控制系统接线图如图1-3所示。
图1-3 控制系统接线图
3、触摸屏画面制作
根据系统控制要求，触摸屏制作画面如图1-4所示。
图1-4 触摸屏画面
（a）触摸屏首页画面；（b）手动运行画面；（c）自动运行画面
4、程序的编制
根据系统的控制要求，控制梯形图如图1-5所示。
5、变频器参数的确定和设置
（1）上限频率Pr.1=50HZ；
（2）下限频率Pr.2=30HZ；
（3）变频器基准频率Pr.3=50HZ；
（4）加速时间Pr.7=3s；
（5）减速时间Pr.8=3s；
（6）电子过电流保护Pr.9=电动机的额定电流；
（7）启动频率Pr.13=10HZ；
（8）设定端子2-5间的频率设定为电压信号0～10V Pr.73=1；
（9）允许所有参数的读/写Pr.160=0；
（10）操作模式選择（外部运行）Pr.79=2；
图1-5 恒压供水系统控制梯形图
五、总结
通过上述设计和编程就形成了一个完整的恒压供水系统，该系统具有操作灵活、可靠性高等特点，同时已成功投入使用，运行可靠，达到了预期的效果。