基于松下FPI-C72的变频恒压供水系统设计

张苏新，江东流

（1.苏州高等职业技术学校，江苏 苏州 215000；2.江苏安科瑞电器制造有限公司，江苏 无锡 214400）

1 恒压供水系统原理

恒压供水控制系统为闭环控制系统，该系统的工作过程为：传感器采集供水的压力信号给控制系统，再通过变频器的A/D转换模块将模拟量转换为数字量，同时，变频器的A/D转换模块将压力设定值转换成数字量，两个数据同时经过PID控制模块进行比较，PID控制模块根据变频器的参数设置进行数据处理，并将数据处理的结果以运行频率的形式控制输出。

以负作用为例，如果压力在上升接近设定值的过程中，上升速度过快，PID运算也会自动减少执行量，从而稳定压力。供水压力经PID调节后的输出量，通过交流接触器组进行切换控制水泵电动机。在水网中的用水量增大时，会出一台“变频泵”效率不够的情况，这时就需要其他水泵以工频的形式参与供水，交流接触器组就负责水泵的切换，由PLC控制各个接触器，另外，是工频供电或者是交频供电，按需要选择水泵的运行情况。

2 恒压供水控制要求

PLC在控制系统的作用是控制交流接触器组进行工频/变频的切换和水泵工作数量的调整。由电路设计中，一共有3个水泵，需要6个交流接触器,其中交流接触器组中的KM0与KM1分别控制1号水泵的变频运行和工频运行，而KM2和KM3则控制2号水泵的变频与工频，KM4与KM5控制3号水泵的变频起动，考虑到操作的安全，并没有把3号水泵的工频运行连接，没有实现3台水泵同时工频。

本系统的具体运行要求为：系统起动时，1号水泵以变频方式运行；当变频器的运行频率超出设定值时输出一个上限信号，PLC通过这个上限信号后将1号水泵由变频运行转为工频运行，2号水泵变频起动；如果再次接收到变频器上输出信号，2号水泵由变频转为工频，同时3号水泵变频运行。如果变频器频率偏低，即压力过高，输出的下限信号，2号水泵频率起动；最后，再次收到下限信号，只剩下1号水泵变频工作。

3 恒压供水控制系统硬件设计

选用的主控器为日本的松下电工生产的小型PLC，该PLC主要有C14、C16、C21、C24、C40、C72等多种规格，它集CPU、I/O、通信等诸多功能模块为一体，FPI分为主机、扩展、智能单元三种，主机包括14点、16个和72点等，扩展单元包括8点、16点、24点等，智能单元包括远程I/O单元，网络单元、A/D单元、D/A单元等。

本文选用FPI-C72型号，该模块一共有40个输入点和32个输出点，能够满足控制系统要求。

变频器选用三菱公司的FR-A740，在PID控制下，使用一个标准输出信号为4～20mA、量程为0～0.5MPa的传感器作为反馈信号与变频器的给定信号进行比较来调节是泵的供水压力，设定值通过变频器的2和5端口给定。如果需要校准时，用参数902和905校正传感器的输出，在变频器停止时，在PU模式下输入设定值。本系统的电路主要包括主电路、PLC控制电路和变频器控制电路。主电路主要控制3个电动机；PLC回路的输出断电控制接触器线圈，并将其进行互锁，防止它们同时闭合使变频器接入电源输入端。

变频器控制回路中，变频器起动运行靠PLC的Y0控制，频率检测的上/下限信号分别通过变频器的输出端子功能FU、OL输出至PLC的X4、X5输入端。PLC的X3输入端为手自动切换信号输入，变频器RT输入端为手/自动切换调整时，PID控制是否有效，由于PLC的输出端Y1供给信号。故障报警输出与PLC的X2与COM端，当系统发生故障时输出信号给PLC，由PLC立即控制Y0断开，停止输出。PLC输入端有3个按钮，分比为启动按钮、停止按钮和手自动切换，组合开关控制变频工频的启动和切换。在自动控制时由压力传感器发出的信号和被控制信号进行比较，通过PID调节输出一个频率可变信号改变供水量的大小，从而改变压力的大小，实现恒压供水控制。

4 恒压供水控制系统软件设计

根据控制系统的要求，系统上电进入开始状态。如果切换开关打在手动运行模式时，则根据操作人员的输入情况，执行相应操作，如果是自动运行模式，则进入到起动变频器和保持现有的运行状态。接着判断实时频率，如果频率达到上限，则需要增加切换，此时供水压力低，需要增加水泵的工作数量，如果频率达到下限，则减小切换，此时供水压力高，需要减小是泵的工作数量，如果频率在上下限区间内，则不需要调整。最后都回到起动和保持状态。

5 结语

随着高层建筑的发展，一种变频恒压供水系统产生。该供水方式相比于传统水塔、气压供水等具有高效节能、自动化程度高、运行合理和能对水泵实现软停和软起动等特点。本文在此基础上设计了一套基于松下PLC的变频恒压供水系统，实现了水泵电机的无级调速，主回路通过6个接触器对3个水泵电机实现正反转控制。软件上，通过控制要求，对系统的PLC程序进行了设计，实现了手动和自动切换运行模式，最终完成了变频恒压供水系统的设计。