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[摘 要] 本章概述了工业控制系统的调试技术，对基于PLC的峡山水库自来水厂变频供水控制系统的现场调试过程进行了细致的阐述，并就PID参数整定的现场调试方法进行了具体说明，充分体现了调试技术在自动控制系统中的重要性，最后总结了基于PLC的变频供水系统的优点和适用范围，对系统的推广应用有较好的支持。
[关键词] PLC 变频 供水系统 自动控制 工业控制
1.基于PLC的变频供水控制系统的调试
工业控制系统本身是比较复杂的，系统的应用不仅受到系统设计、实现技术的影响，受到温度和湿度、震动和冲击、灰尘和腐蚀性气体等环境条件给工业生产过程造成的干扰，同时还要受到电源质量、运行条件、维护条件等具体应用条件的影响，因此，为了保证控制系统能够稳定、可靠、长期地工作，必须在工业生产现场进行控制系统的进一步调试。
1.1调试技术
控制系统的调试是一个系统工程，必须要对所有的运行模式进行测试，在软、硬件系统设计、联调成功的基础上，还要进行现场调试，即首先确保设备、仪器、管道、线路等安装、连接正确，然后再启动相关的设备，进行系统功能测试和运行测试。
⑴ 系统设计 传统的系统调试阶段是指从控制系统的设备安装完毕开始算起，但是，从广义角度来讲，系统调试应该从设计阶段开始算起，只有在系统设计中保证控制系统应满足的功能要求，才能确保系统运行阶段各项功能的实现。
控制系统的设计涉及到工艺流程设计、系统功能设计、软件系统设计、硬件系统设计和系统总成设计，设计者应该在提交控制系统设计方案的同时，提交系统测试方案，以便于对所有的功能模块和运行模式进行测试，这其中应包括实施测试的人员、具体的调试方法、步骤和措施。
在软件系统、硬件系统分别独立调试成功以后，还要进行软、硬件系统联调，以确保系统设计无误。
⑵ 初步测试 控制系统的设备就位、调试和运维人员到位、调试计划通过、运行条件满足后，就可以开始系统的初步测试。
在控制系统的设备启动运行前，应做好各项准备工作：所有设备的安装均符合设计图纸要求和实际操作要求；所有的测量设备和监控装置均按制造商的要求和工程需要完成安装；工业管道、线路等安装、调试完毕，并确保满足系统运行条件；各类设备安装牢固，确保运行安全；传感器和执行器等控制设备安装、连接正确，主要部件应有冗余；配套设备运行平稳、正常。
⑶ 设备测试 控制设备自身的运转调试，要在现场独立启动每台设备，将控制系统正式运行时可能出现的各种运行状况都进行模拟，分别调试设备，还要检查设备的各项技术参数及参数设置，确保满足控制系统设计要求。
⑷ 系统功能测试 控制系统自身的测试，调试中应遵循以下原则：
先部分再整体，首先把整个控制系统按功能分成若干个部分，对每个部分的功能逐一进行测试，确保功能正常；其次，逐步将两个功能模块合并起来进行调试，测试是否满足要求，并依此类推；再次，将所有功能模块连接起来，作为一个完整的系统，按照工艺流程操作，检查系统运行通畅与否；最后，通过改变系统输入值，检查系统的各项动作是否满足工艺要求。
先分离再联合，工业控制系统往往涉及到联合控制，调试时要先把联合控制部分分离开，以设备或工艺流程为单位，把联合控制条件强制设置成正常，逐个进行调试，最后再调试联合控制部分。
从后向前，逐级调试，即从控制系统的最后一个模块开始调试，逐步向前，直至全部系统作为一个整体进行调试。
⑸ 系统试运行 系统功能测试结束后，开始系统试运行测试，对系统中所有的组成设备进行联合调试，以检验系统功能的完整性和系统的可靠性、稳定性。
试运行测试不仅要测试系统的常态运行，还要测试系统50%开度时的运行状况，测试系统全开、全闭时的运行状况，也要测试系统10%和90%开度时的运行状况，这是系统调试的关键，也是最困难和最耗时的阶段。
⑹ 系统运维 试运行成功后，系统就可以交付用户使用，进入系统运行、维护阶段，运维人员按照工艺流程进行操作，发现问题应及时与设计人员沟通解决。
⑺ 调试记录 系统调试的各个阶段均应有调试记录，把调试过程中出现的问题、关键的参数和操作记录下来，分类、整理后形成系统调试报告，由设计方和用户分别存档，并且在工程交接以后长期保存，以利于故障排查和系统升级改造。
⑻ 特殊调试 由于季节、环境等原因，控制系统的部分设备、运行条件有可能得不到充分的调试，例如，系统无法在夏天测试生产环境中的供热系统影响，此时的调试计划中就应该包含季节的中断，直到室外温度处在最优的测试条件下，然后再进行这部分的测试。
1.2系统调试
基于PLC的峡山水库自来水厂变频供水控制系统完成软件系统、硬件系统设计后，分别通过了系统测试，系统总成后联调成功，运抵峡山水库自来水厂实施了系统安装。
自来水厂初步测试后条件齐备，系统主要设备，PLC、变频器、压力变送器、液位传感器、交流接触器、断路器、热继电器、动力及控制线路以及水泵机组等，安装到位，自来水厂的操作人员确认设备运转正常。
系统功能测试采用先部分后整体、从后向前、逐级调试的方法，二级泵站分别采用电位器设定压力、操作面板内部设定压力测试通过后，接入压力变送器，系统运行正常；一级泵站测试方法与二级泵站测试基本相同，只是改用了液位传感器，系统运行正常；变频/工频、自动/手动控制模式运行正常。自来水厂的操作人员独立操作，系统能够自动地按照预定的流程进行启、停，确认运行的控制条件和功能完全符合工艺要求。
变频供水控制系统正常发挥效能的关键是变频器中PID调节器的参数整定，系统预设了参数，但是，P、I、D 参数的预置是相辅相成的，因此，在系统运行现场，根据自来水厂的实际情况做了进一步的细调，以二级泵站送水口管道压力控制为例，具体方法是，当被控物理量（压力参数）在目标值（低压）附近振荡时，首先加大积分时间I，如果仍有振荡，则适当减小比例增益P；如果压力参数在发生变化后难以恢复，则首先加大比例增益P，如果恢复仍然较慢，则适当减小积分时间I。
PID参数整定后，系统运行功能正常，自来水厂的操作人员独立操作系统，整定参数，系统能自动地按照预定的程序，单独或顺序地进行启停、声光报警，控制和保护等功能正常工作，确认满足工艺要求。
系统试运行分别测试了常态、全闭、全开和90%、50%、10%开度时的运行状况，系统功能完整，运行可靠、稳定。
2.基于PLC的变频供水控制系统的应用
基于PLC的峡山水库自来水厂变频供水控制系统投入运行，用户反映，系统工作稳定、可靠，管网的工作压力始终稳定，达到了恒压供水的目的；系统控制功能良好，大幅度减少了人工操作失误引起的溢水、缺水等事故，提高了供水质量；水泵电机功率因数从0.7提高到了0.98，减少了无功功率，而且电机启动电流大幅度减小，有效地减少了电机启动大电流对电网的冲击，减少了维修费用，节能降耗效果明显。
⑴ 系统具有变频/工频、自动/手动模式，较好地满足了各种条件下的供水系统运行，城市供水有了保障。
⑵ 系统采用PLC控制，较好地满足了自来水厂的工业控制需要，使用方便，操作简单，故障率低，性能可靠。
⑶ 系统采用变频控制，自动实现了24×7恒定压力，供水质量好，而且避免了管网破裂等现象的发生。
⑷ 系统自动检测蓄水池水位、送水口管道压力，自动控制取水、送水，实现了无人值守，节省了人力。
⑸ 系统能够根据水位和管道压力自动进行检测，控制电机转速，达到了节能的目的。
⑹ 变频器启动平滑，减少了水泵电机的启动冲击，避免了水泵的频繁启动、停止，也避免了传统供水中的水锤现象，延长了电机水泵的使用寿命，降低了维修费用，降耗效果明显。
⑺ 系统能够根据管道压力自动调节供水量，而且大幅度减少了人工操作失误引起的溢水、缺水等事故，节约了水资源。
⑻ 系统欠压、过流、过载、过热、缺相、短路等保护功能齐全，运行可靠。
⑼ 系统应用范围广，不仅适用于各类自来水厂，也适用于工矿企业的生产给水系统，高层建筑、大型民用建筑的消防给水系统及宾馆、写字楼、公寓、居民小区等场所的生活给水系统。
综合分析，基于PLC的变频供水控制系统具有安装方便、操作简单、压力稳定、运行可靠、投资低、效益高、噪音低、无污染、高效节能的优点，是代替传统恒压供水系统的最佳方案。
[关键词] PLC 变频 供水系统 自动控制 工业控制
1.基于PLC的变频供水控制系统的调试
工业控制系统本身是比较复杂的，系统的应用不仅受到系统设计、实现技术的影响，受到温度和湿度、震动和冲击、灰尘和腐蚀性气体等环境条件给工业生产过程造成的干扰，同时还要受到电源质量、运行条件、维护条件等具体应用条件的影响，因此，为了保证控制系统能够稳定、可靠、长期地工作，必须在工业生产现场进行控制系统的进一步调试。
1.1调试技术
控制系统的调试是一个系统工程，必须要对所有的运行模式进行测试，在软、硬件系统设计、联调成功的基础上，还要进行现场调试，即首先确保设备、仪器、管道、线路等安装、连接正确，然后再启动相关的设备，进行系统功能测试和运行测试。
⑴ 系统设计 传统的系统调试阶段是指从控制系统的设备安装完毕开始算起，但是，从广义角度来讲，系统调试应该从设计阶段开始算起，只有在系统设计中保证控制系统应满足的功能要求，才能确保系统运行阶段各项功能的实现。
控制系统的设计涉及到工艺流程设计、系统功能设计、软件系统设计、硬件系统设计和系统总成设计，设计者应该在提交控制系统设计方案的同时，提交系统测试方案，以便于对所有的功能模块和运行模式进行测试，这其中应包括实施测试的人员、具体的调试方法、步骤和措施。
在软件系统、硬件系统分别独立调试成功以后，还要进行软、硬件系统联调，以确保系统设计无误。
⑵ 初步测试 控制系统的设备就位、调试和运维人员到位、调试计划通过、运行条件满足后，就可以开始系统的初步测试。
在控制系统的设备启动运行前，应做好各项准备工作：所有设备的安装均符合设计图纸要求和实际操作要求；所有的测量设备和监控装置均按制造商的要求和工程需要完成安装；工业管道、线路等安装、调试完毕，并确保满足系统运行条件；各类设备安装牢固，确保运行安全；传感器和执行器等控制设备安装、连接正确，主要部件应有冗余；配套设备运行平稳、正常。
⑶ 设备测试 控制设备自身的运转调试，要在现场独立启动每台设备，将控制系统正式运行时可能出现的各种运行状况都进行模拟，分别调试设备，还要检查设备的各项技术参数及参数设置，确保满足控制系统设计要求。
⑷ 系统功能测试 控制系统自身的测试，调试中应遵循以下原则：
先部分再整体，首先把整个控制系统按功能分成若干个部分，对每个部分的功能逐一进行测试，确保功能正常；其次，逐步将两个功能模块合并起来进行调试，测试是否满足要求，并依此类推；再次，将所有功能模块连接起来，作为一个完整的系统，按照工艺流程操作，检查系统运行通畅与否；最后，通过改变系统输入值，检查系统的各项动作是否满足工艺要求。
先分离再联合，工业控制系统往往涉及到联合控制，调试时要先把联合控制部分分离开，以设备或工艺流程为单位，把联合控制条件强制设置成正常，逐个进行调试，最后再调试联合控制部分。
从后向前，逐级调试，即从控制系统的最后一个模块开始调试，逐步向前，直至全部系统作为一个整体进行调试。
⑸ 系统试运行 系统功能测试结束后，开始系统试运行测试，对系统中所有的组成设备进行联合调试，以检验系统功能的完整性和系统的可靠性、稳定性。
试运行测试不仅要测试系统的常态运行，还要测试系统50%开度时的运行状况，测试系统全开、全闭时的运行状况，也要测试系统10%和90%开度时的运行状况，这是系统调试的关键，也是最困难和最耗时的阶段。
⑹ 系统运维 试运行成功后，系统就可以交付用户使用，进入系统运行、维护阶段，运维人员按照工艺流程进行操作，发现问题应及时与设计人员沟通解决。
⑺ 调试记录 系统调试的各个阶段均应有调试记录，把调试过程中出现的问题、关键的参数和操作记录下来，分类、整理后形成系统调试报告，由设计方和用户分别存档，并且在工程交接以后长期保存，以利于故障排查和系统升级改造。
⑻ 特殊调试 由于季节、环境等原因，控制系统的部分设备、运行条件有可能得不到充分的调试，例如，系统无法在夏天测试生产环境中的供热系统影响，此时的调试计划中就应该包含季节的中断，直到室外温度处在最优的测试条件下，然后再进行这部分的测试。
1.2系统调试
基于PLC的峡山水库自来水厂变频供水控制系统完成软件系统、硬件系统设计后，分别通过了系统测试，系统总成后联调成功，运抵峡山水库自来水厂实施了系统安装。
自来水厂初步测试后条件齐备，系统主要设备，PLC、变频器、压力变送器、液位传感器、交流接触器、断路器、热继电器、动力及控制线路以及水泵机组等，安装到位，自来水厂的操作人员确认设备运转正常。
系统功能测试采用先部分后整体、从后向前、逐级调试的方法，二级泵站分别采用电位器设定压力、操作面板内部设定压力测试通过后，接入压力变送器，系统运行正常；一级泵站测试方法与二级泵站测试基本相同，只是改用了液位传感器，系统运行正常；变频/工频、自动/手动控制模式运行正常。自来水厂的操作人员独立操作，系统能够自动地按照预定的流程进行启、停，确认运行的控制条件和功能完全符合工艺要求。
变频供水控制系统正常发挥效能的关键是变频器中PID调节器的参数整定，系统预设了参数，但是，P、I、D 参数的预置是相辅相成的，因此，在系统运行现场，根据自来水厂的实际情况做了进一步的细调，以二级泵站送水口管道压力控制为例，具体方法是，当被控物理量（压力参数）在目标值（低压）附近振荡时，首先加大积分时间I，如果仍有振荡，则适当减小比例增益P；如果压力参数在发生变化后难以恢复，则首先加大比例增益P，如果恢复仍然较慢，则适当减小积分时间I。
PID参数整定后，系统运行功能正常，自来水厂的操作人员独立操作系统，整定参数，系统能自动地按照预定的程序，单独或顺序地进行启停、声光报警，控制和保护等功能正常工作，确认满足工艺要求。
系统试运行分别测试了常态、全闭、全开和90%、50%、10%开度时的运行状况，系统功能完整，运行可靠、稳定。
2.基于PLC的变频供水控制系统的应用
基于PLC的峡山水库自来水厂变频供水控制系统投入运行，用户反映，系统工作稳定、可靠，管网的工作压力始终稳定，达到了恒压供水的目的；系统控制功能良好，大幅度减少了人工操作失误引起的溢水、缺水等事故，提高了供水质量；水泵电机功率因数从0.7提高到了0.98，减少了无功功率，而且电机启动电流大幅度减小，有效地减少了电机启动大电流对电网的冲击，减少了维修费用，节能降耗效果明显。
⑴ 系统具有变频/工频、自动/手动模式，较好地满足了各种条件下的供水系统运行，城市供水有了保障。
⑵ 系统采用PLC控制，较好地满足了自来水厂的工业控制需要，使用方便，操作简单，故障率低，性能可靠。
⑶ 系统采用变频控制，自动实现了24×7恒定压力，供水质量好，而且避免了管网破裂等现象的发生。
⑷ 系统自动检测蓄水池水位、送水口管道压力，自动控制取水、送水，实现了无人值守，节省了人力。
⑸ 系统能够根据水位和管道压力自动进行检测，控制电机转速，达到了节能的目的。
⑹ 变频器启动平滑，减少了水泵电机的启动冲击，避免了水泵的频繁启动、停止，也避免了传统供水中的水锤现象，延长了电机水泵的使用寿命，降低了维修费用，降耗效果明显。
⑺ 系统能够根据管道压力自动调节供水量，而且大幅度减少了人工操作失误引起的溢水、缺水等事故，节约了水资源。
⑻ 系统欠压、过流、过载、过热、缺相、短路等保护功能齐全，运行可靠。
⑼ 系统应用范围广，不仅适用于各类自来水厂，也适用于工矿企业的生产给水系统，高层建筑、大型民用建筑的消防给水系统及宾馆、写字楼、公寓、居民小区等场所的生活给水系统。
综合分析，基于PLC的变频供水控制系统具有安装方便、操作简单、压力稳定、运行可靠、投资低、效益高、噪音低、无污染、高效节能的优点，是代替传统恒压供水系统的最佳方案。