PLC变频器及上位机的通信在污泥泵控制的应用

许乃炎

1 概述

水是人类生活和国民经济发展不可或缺的重要部分，随着社会科技水平的飞速发展和城市生活水平的巨大提高，污水排放量日益增多。污水的处理能力大小及排放质量好坏已影响到一个城市的发展，所以对建设于1998年的龙珠水质净化厂来说，污水设备更新换代和扩大规模已是刻不容缓。汕头联泰水质净化有限公司于2005年10月对龙珠水质净化厂实施一期技改二期扩建工程。工程于2008年10月完工并投入运行，污水处理能力已达到预期目标，排放质量也达到国家标准。在这个过程中，二期综合泵房回流污泥泵我们采用 PLC与变频器及上位机的通信，实现中控室控制，效果明显。

2 变频器节能原理

由水泵的工作原理可知，水泵的流量与电机的转速成正比，水泵的扬程与电机的转速的平方成正比，水泵的轴功率等于流量与扬程的乘积，故水泵的轴功率与水泵的三次方成正比。根据上述原理可知改变水泵的转速就可改变水泵的功率。

流量基本公式：

其中，Q1、H1、P1—水泵在n1转速时的流量、扬程、功率。

Q2、H2、P2—水泵在n2转速时相似的工况条件下的流量、扬程、功率。

例如，n2比n1降低1/2，则P2/P1=1/8,可见，降低转速大大降低轴功率可达到节能降耗的目的。

3 设备应用的可行性分析

该系统采用罗克韦尔PowerFlex 400交流变频器对回流污泥泵流量大小进行控制，并配合22-COMM-E以太网模板导入工业以太网控制系统与PLC通信就能实现上位机远程控制。这样，控制系统是运用可编程序控制器、计算机网络、光纤通信、上位机等先进技术对回流污泥泵进行自动控制。该系统具备实时信息自动采集、传输、处理入库、动态监测监控、远程数据传输等功能，实现污泥泵控制自动化，从而提高污水厂设备的运行管理水平。

3.1 通信网络

通信网络采用光纤连接工业以太网，如图1：

图1 二期工程环网光纤接线图

在图1中，变频器（20）、变频器（21）是我所要表述的设备，22-COMM-E以太网模板排线与变频器CPU控制板通信插口连接，再通过网络线与工业以太网交换机通信接口进行连接，交换机通信接口通过网络线与再与PLC以太网通讯模板进行连接通信。

3.2 上位机

上位机主要由硬件和软件构成，硬件为2台工业控制计算机及 1台打印机组成。软件包括操作系统WindowsXP和Rsview32软件开发的监控系统。监控画面如图2所示。

图2 上位机监控系统图

4 设备控制工作原理

以四台回流污泥泵组构成二期综合泵房回流污泥循环控制系统，管网来自两个二沉池虹吸起来的污泥流入的综合泵房泵坑，少部分污泥通过剩余污泥泵泵入浓缩池由脱水离心机处理，大部分通过回流污泥泵泵入生化池重新处理，处理完后变成清水流入二沉池，清水中夾杂着污泥，污泥再次在二沉池池底沉积，再通过虹吸管道系统吸起来后进入集泥井流入管网来到泵房泵坑。这样，就可以根据污泥浓度在中控室上位机对四台回流污泥泵流量进行控制，从而满足污水处理工艺要求。

4.1 接线图

接线图如图3所示。

4.2 变频器内部参数设置

（1）、基本编程参数如表1所示（未描述的参数采用缺省值）。

（2）、高级编程参数如表2所示。

（3）、端子组参数如表3所示。

（4）、变频器I/O控制电路图，如图4所示。

5 变频器I/O分配控制分析及其控制模式

5.1 就地/远程启停

当SH位于就地位置时，通过端子02，11实现现场手动启停。当SH位于远程位置时，通过端子08，11实现远程通讯启停。

图3 变频器I/O模板连接图

表1 基本编程参数

表2 高级编程参数

表3 端子组参数

图4 变频器I/O接线图

5.2 故障保护和复位

当潜水泵内部进水或定子线圈温度高无法启动时，通过端子05，11断开实现故障保护。当变频器发生故障时，可以通过端子07，11实现故障复位。

5.3 频率输出

通过端子15，18输出频率，0V～10V，转换成转速显示。

5.4 现场手动调速

通过端子12，13，14连接旋转电位器，实现手动调速。

5.5 状态输出

端子R1，R2输出故障状态；端子R4，R5输出运行状态。

5.6 就地状态监视

通过端子15，18输出到转速表可以监视电动机转速；

通过端子R1，R2输出故障状态到指示灯显示；

通过端子R4，R5输出运行状态到指示灯显示。

5.7 就地控制输入

通过转换开关SH置于就地模式实现就地控制；

当置于就地模式时，通过KA1闭合输入到端子02，11实现就地起动；

通过旋转电位器输入到端子 12，13，14给定频率；通过潜水泵故障继电器K4常闭触点输入到端子05，11实现故障保护；通过SA输入到端子07，11实现故障复位。

5.8 PLC实现控制

当转换开关SH置于远程模式时，由远程上位机通过。

6 ABPLC添加变频器硬件配置与标签说明

6.1 PLC硬件配置

在 RSLogix 5000的硬件配置中，添加变频器PowerFlex 400-E，如图5所示。

图5 添加变频器硬件配置图

在Port Configuration选项卡中进行设置，此时，硬件设置完成。

6.2 输入标签说明

硬件配置完成后，点击Controller Tags，在标签列表中，出现变频器标签，因为我们在硬件配置中给变频器取名为PF1，所以下列用于监视变频器状态的输入标签如表4所示。

这里详细说明一下以上输入标签的含义：

PF1:I.XXXX 说明：PF1（变频器名）；I（输入）；XXXX（标签名）

PF1:I.Ready 就绪状态

PF1:I.Active 运行状态

PF1:I.CommandDir 命令方向(0为反转1为正转)

PF1:I.ActualDir 实际方向(0为反转 1为正转)

PF1:I.Accelerating 加速状态

PF1:I.Decelerating 减速状态

PF1:I.Alarm 报警，变频器次要故障

PF1:I.Faulted 故障，变频器主要故障PF1:I.OutputFreq 反馈频率0Hz ～50Hz

表4 输入标签

6.3 输出标签说明

表5是变频器输出标签，用于控制变频器运行。

表5 输出标签

这里详细说明一下以上输出标签的含义：

PF1:I.XXXX 说明：PF1（变频器名）；O（输出）；XXXX（标签名）

PF1:O.Stop 停止命令

PF1:O.Start 启动命令

PF1:O.Jog 点动命令

PF1:O.ClearFaults 清除故障

PF1:O.LocalControl 就地控制

PF1:O.FreqCommand 频率对应0Hz ～50Hz

7 上位机软件编程设计

在 PLC控制的变频器编程过程中，我们对上位机界面增加回流污泥泵控制窗口的设计和编程工作。主要使用组态软件完成。美国罗克韦尔 AB公司为Logix5000系列PLC定制了自己的上位机组态软件：RSVIEW32。利用RSVIEW32可以很方便的完成监控画面的绘制、上位机组态等工作，通过对参数修改的权限设定，对污泥处理工艺的安全性得到有效的保证。这里对使用 RSVIEW32组态软件的组态方法不作详细的阐述，图6为回流污泥泵监控画面。

图6 回流污泥泵上位机监控界面

8 PLC、变频器、上位机三者通信

PC配置IP地址。用网络线将PC通信接口与任意一台工业交换机通信接口接上，在PC桌面上打开本地连接，选择本地连接属性的TCP/IP，进行PC的IP地址配置，输入各站IP地址。打开罗克韦尔通信软件 RSLing，选择以太网控制器，输入各 PLC、变频器、上位机的IP地址，出现IP地址与各站相对应通信模块型号通信已连接，如图7所示。

图7 各站点与PLC通信图

打开RSLogix 5000软件，确认PLC路径正确，进行联机。联机后就可以对 PLC程序进行写出、读入、修改及监控。上位机通信也是建立在RSLing平台上，根据自控工程师权限解除密码后，进入图面对应设置软元件标签，确认标签与图面形状内容是否正确，并进行测试，确定正常无误后，用键盘输入各种控制参数，用鼠标作为设备各种控制模式操作软按钮，进一步确认与现场设备控制是否正确，发现问题及时修正。在PLC、变频器、上位机三者完美结合的通信中，PLC起到了承上启下、左右贯通的作用。

9 结束语

二期综合泵房回流污泥泵的 PLC与变频器及上位机的通信在污泥泵远程控制系统的成功应用，改善了工艺；维护量减少；工作强度降低；减少了对电网的冲击；节能与自控效果良好。大大改善了污水处理生产条件、净水排放及现场环境，完全达到了生产工艺要求，这对于提高污水厂技术经济指标、提高自动化、提高效益、节约电能、技术创新，都具有较高的经济价值，值得其它污水厂借鉴推广。

[1] 粱耀光, 余文杰. 现代电工新技术教程[M].广东: 2008年.

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[4] 陈国呈. PWM 变频调速及软开关电力变换技术[M].北京:2003.

[5[ 邓李主. Controilogix系统实用手册[M] 北京:2008.

[6] 罗克韦尔PowerFlex 400变频器用户手册.

[7] 罗克韦尔22-COMM-E以太网模板用户手册.