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摘要：本文根据选矿厂砂泵站的生产实际情况，采用电动机调速装置（变频器）与可编程控制器（PLC）构成控制系统，进行优化控制泵的调速运行，并通过检测液位自动调整泵的运行台数，完成尾矿排水的闭环控制，在尾矿流量变化时达到稳定排水和节约电能的目的。
关键字：变频器 PLC 液位 泵
1、概述
本系统中，为了实现能源的充分利用和生产的需要，需要对电机进行转速调节，考虑到电机的启动、运行、调速和制动的特性，采用变频器控制，由PLC完成数据的采集和对变频器、电机等设备的控制任务。系统利用触摸屏进行人机对话，实现变频器的参数设置、液位的显示及电机的启动和停止控制。
2、本系统的设计特点
1）系统使用户能够直观的了解现场设备的工作状态及水位的变化；
2）系统分为手动和自动两种运行方式；
3）用户能够远程控制变频器的启动和停止；
4）用户可根据生产实际自行设定系统参数，控制液位的上下限值、报警点输出、电机的起停顺序、延时时间等；
5） 变频器及其他设备的故障信息能够及时反映在远程PLC上；
6）具有水位过高、过低报警和提示用户功能；
3、本设计控制结构
由于现场有三台电机作为被控对象，须采用三台变频器进行一对一控制，通过触摸屏的操作，使用单台PLC进行三个对象的控制，只要适当的选用高性能的PLC，完全能够胜任此功能。系统控制结构如图1所示。
PLC采集传感器、监控电机及变频器等有关的各类对象的信息。本系统中，对电机采用变频器来进行频率的调节控制。采用PLC输出的模拟量信号作为变频器的控制端输入信号，从而控制电机转速大小，并且向PLC反馈自身的工作状态信号。由于变频调速是通过改变电动机定子供电频率以改变同步转速来实现的，故在调速过程中从高速到低速都可以保持有限的转差功率，因此具有高效率、宽范围、高精度的调速性能。
4、设备的选型
（1）PLC及其扩展模块的选型：
目前，存在着种类繁多的大、中、小型PLC，小到作为少量的继电器装置的替代品，大到作为分布式系统中的上位机，几乎可以满足各种工业控制的需要。
本系统有三台电机、一个液位传感器、三个变频器、七个继电器，共有十五个I/O点，它们构成被控对象。综合分析各类PLC的特点，最终选西门子公司的S7系列PLC。
由于CPU224CN集成14输入/10输出共24个数字量I/O点，完全能满足控制要求。此PLC可连接7个扩展模块，最大扩展至168路数字量I/O点或35路模拟量I/O 点。13K字节程序和数据存储空间。6个独立的30kHz高速计数器，2路独立的20kHz高速脉冲输出，具有PID控制器。1个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。
根据上述分析，参照西门子S7-200产品目录，选用主机CPU224CN PLC一台、另加上模拟量扩展模块EM235CN一台和EM232CN一台。
（2）变频器模块的选型：
目前，市场上存在各种各样的变频器，本设计采用英威腾公司的CHF100A-132G/160P-4变频器。CHFl00A系列矢量通用型变频器为CHF系列功能增强型产品，其融合CHFl00、CHEl00所有优点于一身，采用DSP控制系统，完成优化的无速度传感器控制、V/F控制，功能更优化，应用更灵活，性能更稳定。可广泛应用于风机、泵类负载及对速度控制精度、转矩响应速度、低频输出特征有较高要求的应用场合。
5、本系统的运行方式
本系统具有手动/自动操作方式，根据实际需要可进行相互转换。
1）手动工作方式：本系统中，设有手动操作界面，可针对三台泵进行单台或多台起动，并按设定好的频率恒定运行，实现单台独立变频控制。
2）自动工作方式：变频器始终固定驱动一台泵并实时根据液位高低调整其输出频率，并控制其他辅助泵启停。即当液位达到高限时启动一台辅助泵变频运行，当液位达到低限时则停止最后启动的辅助泵。由此控制增减变频运行泵的台数。
6、本系统的运行特征
系统在自动运行方式下，液位的高低直接影响泵的起停。可编程控制器控制变频器启动1#泵，此时1#泵进入变频运行状态，当液位逐渐增高时，其转速逐渐升高，反之，其转速逐渐下降，PLC根据排尾量的变化自动调节1#泵的运行转速，保证液位处于正常波动范围。如1#泵无法保证液位不再上升，液位达到高限值时，则PLC控制2#泵启动，来控制液位上升趋势，若液位降低则2#泵转速下降，到达低限值时，2#泵停止运行，此时若来量突然增大，2#泵为保护其自身不受到反作用力的损伤无法再次启动时，PLC将立即起动3#泵。如运行中某台泵出现故障，PLC会自动起动另一台辅助泵，顶替当前泵的位置继续工作运行，以保证排尾工序的正常进行。
7、结束语
本系统应用PLC控制和变频调速技术，在大大节约电能的基础上，使长期轻载运行的泵工作在低转速、低电压的状态下，这样就使电机发热少、温升低，提高了工作效率，延长了使用寿命，同时降低了水泵噪音，改善了生产环境。
本系统在选矿厂排尾工序的实际应用中表现十分出色，它运行速度快，控制精度高，结构合理，功能齐全，具有较高实用价值和推广前景。不但节约了资金和人员投入，又提高了选矿厂排尾的自动控制水平，消除了事故隐患，此外，系统还极大的减少了控制系统的维护工作量及设备备品、备件的更换量和更换周期，经济效益可观。
关键字：变频器 PLC 液位 泵
1、概述
本系统中，为了实现能源的充分利用和生产的需要，需要对电机进行转速调节，考虑到电机的启动、运行、调速和制动的特性，采用变频器控制，由PLC完成数据的采集和对变频器、电机等设备的控制任务。系统利用触摸屏进行人机对话，实现变频器的参数设置、液位的显示及电机的启动和停止控制。
2、本系统的设计特点
1）系统使用户能够直观的了解现场设备的工作状态及水位的变化；
2）系统分为手动和自动两种运行方式；
3）用户能够远程控制变频器的启动和停止；
4）用户可根据生产实际自行设定系统参数，控制液位的上下限值、报警点输出、电机的起停顺序、延时时间等；
5） 变频器及其他设备的故障信息能够及时反映在远程PLC上；
6）具有水位过高、过低报警和提示用户功能；
3、本设计控制结构
由于现场有三台电机作为被控对象，须采用三台变频器进行一对一控制，通过触摸屏的操作，使用单台PLC进行三个对象的控制，只要适当的选用高性能的PLC，完全能够胜任此功能。系统控制结构如图1所示。
PLC采集传感器、监控电机及变频器等有关的各类对象的信息。本系统中，对电机采用变频器来进行频率的调节控制。采用PLC输出的模拟量信号作为变频器的控制端输入信号，从而控制电机转速大小，并且向PLC反馈自身的工作状态信号。由于变频调速是通过改变电动机定子供电频率以改变同步转速来实现的，故在调速过程中从高速到低速都可以保持有限的转差功率，因此具有高效率、宽范围、高精度的调速性能。
4、设备的选型
（1）PLC及其扩展模块的选型：
目前，存在着种类繁多的大、中、小型PLC，小到作为少量的继电器装置的替代品，大到作为分布式系统中的上位机，几乎可以满足各种工业控制的需要。
本系统有三台电机、一个液位传感器、三个变频器、七个继电器，共有十五个I/O点，它们构成被控对象。综合分析各类PLC的特点，最终选西门子公司的S7系列PLC。
由于CPU224CN集成14输入/10输出共24个数字量I/O点，完全能满足控制要求。此PLC可连接7个扩展模块，最大扩展至168路数字量I/O点或35路模拟量I/O 点。13K字节程序和数据存储空间。6个独立的30kHz高速计数器，2路独立的20kHz高速脉冲输出，具有PID控制器。1个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。
根据上述分析，参照西门子S7-200产品目录，选用主机CPU224CN PLC一台、另加上模拟量扩展模块EM235CN一台和EM232CN一台。
（2）变频器模块的选型：
目前，市场上存在各种各样的变频器，本设计采用英威腾公司的CHF100A-132G/160P-4变频器。CHFl00A系列矢量通用型变频器为CHF系列功能增强型产品，其融合CHFl00、CHEl00所有优点于一身，采用DSP控制系统，完成优化的无速度传感器控制、V/F控制，功能更优化，应用更灵活，性能更稳定。可广泛应用于风机、泵类负载及对速度控制精度、转矩响应速度、低频输出特征有较高要求的应用场合。
5、本系统的运行方式
本系统具有手动/自动操作方式，根据实际需要可进行相互转换。
1）手动工作方式：本系统中，设有手动操作界面，可针对三台泵进行单台或多台起动，并按设定好的频率恒定运行，实现单台独立变频控制。
2）自动工作方式：变频器始终固定驱动一台泵并实时根据液位高低调整其输出频率，并控制其他辅助泵启停。即当液位达到高限时启动一台辅助泵变频运行，当液位达到低限时则停止最后启动的辅助泵。由此控制增减变频运行泵的台数。
6、本系统的运行特征
系统在自动运行方式下，液位的高低直接影响泵的起停。可编程控制器控制变频器启动1#泵，此时1#泵进入变频运行状态，当液位逐渐增高时，其转速逐渐升高，反之，其转速逐渐下降，PLC根据排尾量的变化自动调节1#泵的运行转速，保证液位处于正常波动范围。如1#泵无法保证液位不再上升，液位达到高限值时，则PLC控制2#泵启动，来控制液位上升趋势，若液位降低则2#泵转速下降，到达低限值时，2#泵停止运行，此时若来量突然增大，2#泵为保护其自身不受到反作用力的损伤无法再次启动时，PLC将立即起动3#泵。如运行中某台泵出现故障，PLC会自动起动另一台辅助泵，顶替当前泵的位置继续工作运行，以保证排尾工序的正常进行。
7、结束语
本系统应用PLC控制和变频调速技术，在大大节约电能的基础上，使长期轻载运行的泵工作在低转速、低电压的状态下，这样就使电机发热少、温升低，提高了工作效率，延长了使用寿命，同时降低了水泵噪音，改善了生产环境。
本系统在选矿厂排尾工序的实际应用中表现十分出色，它运行速度快，控制精度高，结构合理，功能齐全，具有较高实用价值和推广前景。不但节约了资金和人员投入，又提高了选矿厂排尾的自动控制水平，消除了事故隐患，此外，系统还极大的减少了控制系统的维护工作量及设备备品、备件的更换量和更换周期，经济效益可观。