關于觸摸屏和PLC與變頻器結合的設計方法

三菱FX系列，是三菱PLC（可編程控制器）小型系列PLC。采用通信方式對變頻器進行控制來實現系統控制功能，用戶可以通過觸摸屏控制系統的運行。通過安裝在出水管網上的壓力變送器，把出口壓力信號變成4～20mA或0～10V標準信號送入PLC內置的PID調節(jié)器，經PID運算與給定壓力參數進行比較，輸出運行頻率到變頻器。PLC主要是指數字運算操作電子系統的可編程邏輯控制器，用于控制機械的生產過程。也是公共有限公司、電源線車等的名稱縮寫。

引言

早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC），它主要用來代替繼電器實現邏輯控制。隨著技術的發(fā)展，這種采用微型計算機技術的工業(yè)控制裝置的功能已經大大超過了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡稱PC。但是為了避免與個人計算機（Personal Computer）的簡稱混淆，所以將可編程序控制器簡稱PLC，plc自1966年美國數據設備公司（DEC）研制出現，現行美國，日本，德國的可編程序控制器質量優(yōu)良，功能強大。

在工業(yè)現場控制領域，可編程控制器一直起著重要的作用。隨著國家在供水行業(yè)的投資力度加大，水廠運行自動化水平不斷提高，PLC在供水行業(yè)應用逐步增多。觸摸屏與PLC配套使用，使得PLC的應用更加靈活，同時可以設置參數、顯示數據、以動畫等形勢描繪自動化過程，使得PLC的應用可視化。

變頻恒壓供水成為供水行業(yè)的一個主流，是保證供水管網在恒壓狀態(tài)的重要手段?，F代變頻器完善的網絡通信功能，為電機的同步運行，遠距離集中控制和在線監(jiān)控等提供了必要的支持。通過與PLC連接的觸摸屏，可以使控制更加形象、直觀，操作更加簡單、方便。

組合應用PLC、觸摸屏及變頻器，采用通信方式對變頻器進行控制來實現變頻恒壓供水。

1、系統結構

變頻恒壓供水系統原理如圖1所示，系統主要由PLC、變頻器、觸摸屏、壓力變送器、動力及控制線路以及泵組組成。用戶可以通過觸摸屏了解和控制系統的運行，把出口壓力信號變成4～20mA或0～10V標準信號送入PLC內置的PID調節(jié)器，經PID運算與給定壓力參數進行比較，輸出運行頻率到變頻器。通過調整投入工作的電機臺數和控制電機組中一臺電機的變頻轉速，使系統管網的工作壓力始終穩(wěn)定，進而達到恒壓供水的目的。

2、工作原理

PLC利用1.6M到30M頻帶范圍傳輸信號。在發(fā)送時，利用GMSK或OFDM調制技術將用戶數據進行調制，然后在電力線上進行傳輸，在接收端，先經過濾波器將調制信號濾出，再經過解調，就可得到原通信信號。目前可達到的通信速率依具體設備不同在4.5M~45M之間。在通信時，來自用戶的數據進入調制解調器調制后，通過用戶的配電線路傳輸到局端設備，局端將信號解調出來，再轉到外部的Internet。

該系統有手動和自動兩種運行方式。手動方式時，通過觸摸屏或控制柜上的啟動和停止按鈕控制水泵運行，可根據需要分別控制1#～3#泵的啟停，該方式主要供設備調試、自動有故障和檢修時使用。如壓力不夠，則頻率上升到50HZ，由PLC設定的程序驅動I/O端口開關量的輸出來實現切換交流接觸器組，使得1＃泵變頻迅速切換為工頻，2＃泵變頻啟動，若壓力仍達不到設定壓力，則2＃泵由變頻切換成工頻，3＃泵變頻啟動；如用水量減少，PLC控制從先起的泵開始切除，同時根據PID調節(jié)參數使系統平穩(wěn)運行，始終保持管網壓力。

若有電源瞬時停電的情況，則系統停機，待電源恢復正常后，人工啟動，系統自動恢復到初始狀態(tài)開始運行。變頻自動功能是該系統最基本的功能，系統自動完成對多臺泵的啟動、停止、循環(huán)變頻的全部操作過程。

3、設備參數的設置

在進行通信之前必須對PLC、觸摸屏和變頻器的通訊參數進行正確設置。本系統定義為Modbus協議，波特率為9600，數據位為8，無校驗，停止位為1。變頻器除設置通信參數外，還需啟用“自由停車”以保護電機。

4、PLC控制系統

該系統采用三菱FX-200的PLC，繼電器輸出，PLC編程采用三菱PLC的專用編程軟件，軟件提供完整的編程環(huán)境，可進行離線編程、在線連接和調試。為了提高整個系統的性價比，該系統采用可編程控制器的開關量輸入輸出來控制電機的起停、自動投入、定期切換，供水泵的變頻及故障的報警等，而且通過PLC內置的PID給定電機的轉速、設定壓力、頻率、電流、電壓等模擬信號量。

雖然PLC所使用之階梯圖程式中往往使用到許多繼電器、計時器與計數器等名稱，但PLC內部并非實體上具有這些硬件，而是以內存與程式編程方式做邏輯控制編輯，并借由輸出元件連接外部機械裝置做實體控制。因此能大大減少控制器所需之硬件空間。實際上PLC執(zhí)行階梯圖程式的運作方式是逐行的先將階梯圖程式碼以掃描方式讀入CPU 中并最后執(zhí)行控制運作。

以往的變頻恒壓供水系統在水壓高時，通常采用停變頻泵，再將變頻器以工頻運行方式切換到正在以工頻運行的泵上進行調節(jié)。這種切換的方式理論上要比直接切換工頻的方式先進，但其容易引起泵組的頻繁起停，即可實現泵組的無沖擊切換，使水壓過渡平穩(wěn)，有效的防止了水壓的大范圍波動及水壓太低時的短時間缺水的現象，提高了供水品質。PLC實現成本低 由于可以直接利用已有的配電網絡作為傳輸線路，所以不用進行額外布線，從而大大減少了網絡的投資，降低了成本。范圍廣 電力線是覆蓋范圍最廣的網絡，它的規(guī)模是其他任何網絡無法比擬的。PLC可以輕松地滲透到每個家庭，為互聯網的發(fā)展創(chuàng)造極大的空間。

5、觸摸屏界面設計和運行操作

第二步：在歡迎界面中用一個手指輕壓“進入系統”，進入“系統主畫面”，如圖3。

第三步：要進行參數設定。手指輕壓“參數設定”，進入參數設定畫面，如圖4。

點擊時間后的數字可以彈出軟鍵盤，在軟鍵盤中設定切泵時間，單位為小時，設定后輕壓“Enter”確認。按上面的方法依次設定加泵時間和減泵時間，單位為秒；用同樣的方法對P、I值進行設定。

第四步：輕壓可以返回系統主畫面，在主畫面中輕壓“狀態(tài)畫面”可以進入系統狀態(tài)畫面，如圖5。

輕壓“系統壓力設定”后面的方框，在軟鍵盤上設定管網壓力，單位為MPa，即1MPa＝10個壓。

第五步：輕壓“啟動”，啟動PLC設定的程序，開始控制切泵，實現恒壓供水。狀態(tài)監(jiān)視頁面將會顯示當前工作狀態(tài)。

在系統出現故障時，手指輕壓“停止”后，水泵停止工作，然后進行維護。

結束語

該系統采用PLC和變頻器結合，系統運行平穩(wěn)可靠，實現了真正意義上的無人職守的全自動循環(huán)切泵、變頻運行，保證了各臺水泵運行效率的最優(yōu)和設備的穩(wěn)定運轉啟動平穩(wěn)，消除了啟動大電流沖擊，由于泵的平均轉速降低了，從而可延長泵的使用壽命，可以消除啟動和停機時的水錘效應。