变频恒压供水系统智能化改造

李世源

摘 要：文章着重阐述一种变频恒压供水控制系统的故障判断、报警和故障处理功能的实现过程。与以往的变频恒压控制系统相比，具有较为智能控制的功能。能根据故障情况判断报警处理，具有广泛的应用范围和行业前景。

关键词：故障智能处理；变频器；PLC；软启动器；触摸屏；压力传感器

中图分类号：F426 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）29-0020-02

1 前 言

随着变频技术的发展及其广泛的应用，变频恒压供水系统以其节能、供水质量好等优点，已得到广泛的使用。以往的变频恒压供水系统没有故障报警和处理能力，当系统发生故障时，系统就停止运行，等待工作人员来处理，如处理不及时就会引起供水中断，甚至带来较大的经济损失。针对这一问题是否能在原来的系统基础上加装更为智能化的控制，经过现场勘察，决定了在原来的系统的程序上多加一个故障智能控制程序和一个A/D、D/A混合模块就能实现处理故障智能化，在运行上更为可靠，大大降低了因为系统故障停机而引造成的经济损失。笔者就这一问题设计了一套故障处理智能恒压供水系统，与以往的相比增加了故障自诊定，自动处理的能力，提高了系统的可靠性，达到了全自动控制和无人值班的要求，该程序也适用于以往的变频恒压供水系统的改造，有较强的实用和适用性。下面是笔者为客户原来的恒压供水系统增加了智能故障报警处理能力为例，浅谈实现变频恒压供水系统故障处理智能化的办法。

2 原恒压供水的控制系统

2.1 系统装置

①4台45 kW的水泵及一台5.5 kW的辅助泵；

②变频器SPF-45 K-A；

③触摸屏MT510T；

④可编程控制器K7M-DR60S；

⑤软启动器ATS4-46D88N。

2.2 控制方式

系统控制分为手动控制、自动恒压控制、应急控制三种控制方式。

2.2.1 手动控制

每台水泵电机均有手动控制功能，可由操作人员对水泵电机启动和停止进行操作。为了减小手动启动水泵时的启动电流对电网的冲击，所以采用了软启动方式启动水泵电机。

2.2.2 自动恒压控制

自动恒压控制是采用变频器自带的PID调节器进行控制的。根据压力传感器（4-20 mA）的电流输入变频器的电流输入控制端，以压力传感器的压力反馈信号反馈到变频，在变频内部的PID调节器进行运算控制调节水泵的频率。采用定时切换泵启动功能使不会总是运行一台电机，使电机寿命加长。

2.2.3 应急控制

当变频器发生故障时，系统则不能进行恒压控制，而选择手动控制，则需要专人值班，极为不方便。就针对这一问题是否能在原来的系统基础上加装更为智能化的控制，经过现场勘察，我们决定了在原来的系统的程序上多加一个故障智能控制程序和一个A/D、D/A混合模块就能实现处理故障智能化。加入改造后的程序之后，经过现场模拟故障调试比原来的系统在运行上更为可靠，大大降低了因为系统故障停机而引造成的经济损失。以下就这一问题进行了分析和解决。

3 新恒压供水系统介绍

在原系统中加入了A/D、D/A混合模块，见表1，让压力变送器反馈的压力信号为4～20 mA的电流模拟信号输入模块中转换为数字信号能让PLC读取的同时又能将压力信号从模块的输出通道以4～20 mA的模拟电流信号反馈到变频器里。系统运行时，变频器通过反馈的压力进行压力比较，并通过自带的PID运算调节器进行PID运算，自动对水泵进行调速控制。而PLC能通过通讯的方式读取变频器的输出频率，用以判别加、减泵的需要。在变频器发生故障时，选择应急状态运行后，PLC将对供水系统进行上、下限压控制（既水压低于下限压力时，先由软启动器启动一台水泵，全压运行一段时间后，如果水压还达不到下限压力，则PLC将已启动的电机切换到工频，再由软启动启动另一台水泵。以此类推，直到压力到达下限或全部水泵电机启动运行为止。当水压到达或超过上限压力时，PLC将停止一台水泵运行，过一定的时间后如果水压还是大于上限压力，则再停一台水泵运行，以此类推）。以下具体分析当变频器发生故障时，如何通过PLC进行故障判断分析、报警和智能处理的过程。

本控制系统具有一定的故障自动处理能力，由于变频器、软启动器运行状态、通讯故障及接触器、热继电器和传感器的工作状态和故障状态均有输入到PLC中，故能根据不同的故障进行相应的处理。以下将对这些故障逐一分析。

3.1 接触器故障及热继电器报警

接触器故障判断，在PLC控制接触器的输出点闭合后，对应的接触器应会闭合。这时引进该接触器的常开触点对接触器的故障进行判断。如果接触器未闭合则过一定的时间后报警，触摸屏中显示故障情况。KM1为1号电机工频运行的接触器的常开触点当接触器动作时用来驱动P0005，KM5为1号电机变频运行接触器的常开触点当接触器动作时用来驱动P0006。P0044为驱动M1变频工作接触器动作的内部继电器，P0045为驱动M1工频工作接触器动作的内部继电器。

热继电器报警时，PLC将对发生报警的水泵进行切除运行，其他水泵继续运行。同时在触摸屏上显示故障信息，提醒用户注意。

3.2 变频器发生故障

当变频器在工作过程中发生报警停止运行时，变频器内部报警继电器动作，其报警继电器的常闭接点接入PLC中，如果该触点断开，PLC接收到该触点信号而发出报警，蜂鸣器则以停5 s鸣1 s的频率鸣叫，并执行故障子程序，以通讯的方式读出变频器报警的内容显示在触摸屏上，以方便工作人员查询。持续1 min后，若无人进行处理复位，PLC将对变频器进行自动复位并启动运行。

如果自动复位故障成功，系统则继续运行但其报警内容信息则记录在触摸屏内。如报警自动复位无法解除故障，则将当前变频工作的水泵切除运行，改为待投入运行。同时，PLC将下一台水泵接入变频运行，并再次对变频进行故障复位，启动运行，如变频器无异常报警，系统将继续运行，同时在触摸屏上显示该变频报警原因为该水泵电路故障。如果故障复位还是无法正常运行，则故障仍无法解除，那么触摸屏上显示变频器故障，系统将运行状态改为应急状态运行。

3.3 软启动器故障

软启动器这在手动和应急状态有投入运行。当在手动控制时发生故障，则在触摸屏上显示软启动故障，并提示是否选择变频器进行启动（选择“是”会触发M101的触点闭合，那么系统将软启动切除运行，1.5 s后启动变频器，由变频对水泵进行启动运行。选择“否”则触发M 100的触点闭合，则停止手动运行。如果在应急状态下发生报警，则系统停止工作，触摸屏显示报警状态，蜂鸣器以鸣2 s停1 s的频率进行鸣叫。

3.4 通讯故障

PLC通电后，就会以每150 ms为一个周期，循环地读取变频器的输出频率、输出电流和直流电压的数据，如通讯正常，M42每150 ms会接通一次，T42计时器则不会接通。如果通讯异常，那么M42常闭一直闭合，则T42计时满10 s后，就判断出了通讯故障，触摸屏上将显示通讯故障。

3.5 压力传感器断线故障

压力传感器检测到的压力信号为电流4～20 mA的信号，传送给可编程控制器A/D、D/A混合模块的A/D通道0，该通道的读取数据将存储到D4980中，这样可编程就可获得实时的水压信号。同时将A/D通道0的数据直接传送到D/A通道0输出，可用作变频器的反馈信号。

当压力为0时，压力传感器仍有4 mA的电流输出，当压力传感器断线时，输出的电流为0 mA，这时PLC就根据了该特点，判断压力传感器是否断线故障。如图1所示。

4 结 语

智能恒压供水系统的外围控制电路简单，可靠性高，故障检测、分析，故障处理能力强，人机对话功能强，用户操作方便。实现了高可靠无人值班的智能运行。与以往的系统相比，有着更高的实用性、可靠性，大大提高了供水的质量，减少了系统的维护量，使故障一目了然。该程序也适用于以往的变频恒压供水系统的改造，有较强的实用和适用性。在未来的供水系统中，智能故障处理系统必得到广泛的应用和推广。

参考文献：

[1] 三垦力达电气有限公司.SAMCO-VM05A型、B型、C型变频器说明书.

[2] LS产电.可编程MASTER-K指令手册.

[3] 深圳人机电子有限公司.EasyBuilder 500使用手册.

[4] 施耐得电气公司.Altistart 46 Telemecanique软启动-软停止用户 手册.