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1 引言
目前，在水位控制中有很大一部分水泵电机是不变速拖动系统，不变速电机的电能大多消耗在适应供水量的变化而频繁的开停水泵中。这样不但使电机工作在低效区、减短电机的使用寿命，电机的频繁开停使设备故障率很高，导致水资源严重浪费，系统的维护、维修工作量较大。
随着高位生活用水和工业用水逐渐增多，传统的控制方法已经落后。原先用人工进行水位控制，由于无法每时每刻对水位进行准确的定位监测，很难准确控制水泵的起停;使用浮标或机械等水位控制装置使供水状况有了一些改变，但由于机械装置的故障多，可靠性差，给维修带来很大的麻烦。
变频技术以其在节能与恒压方面的优越性能可以解决水压控制系统存在的以上问题。考虑选用单片机或PLC与变频器结合为核心构成的系统都能达到较好的控制效果。但在软件设计上，PLC比单片机的编程更简洁、直观;从硬件接口考虑，单片机电路稍微复杂一些;从经济方面考虑，由于PLC工艺的日渐成熟，小型PLC的成本与单片机相差无几，由于要根据现场情况调整系统参数，PLC的软件中时间参数的调整更简单，这样更有利于售后服务人员掌握。基于以上原因，选用了OMRON的CPM1系列PLC与ABB的变频器作为控制核心，再加上PSW7调节器与WSP300压力变送器，控制效果非常好，软件设计简单，硬件接口简易可行、可靠性高，整个系统的性价比非常高。
在供水系统中引进变频器结合小型PLC技术，不仅改变传统用阀门控制水量多少，在节能、恒压控制等方面均有非常好的效果，本文介绍了变频器——PLC调控技术在水泵控制中的应用。
2 控制系统的原理
控制系统用一台变频器可以带三台水泵，每台水泵既可以工作在常规工频泵模式，也可以工作在变频泵模式。每台泵只能处于变频或工频其中一种工作模式，通过两个继电器互锁保证它的安全与可靠。系统的结构如图一所示，利用安置在的生活用水中的压力变送器将水的压力信号传输到调节器，根据与调节器的设定值和报警上下限比较，送信号给PLC与变频器，系统的起停泵分别由调节器的压力下限信号和变频器的频率下限信号决定，假如压力低，调节器给PLC一个压力下限信号，PLC启动变频器，并使一号泵处于变频工作状态，输出的频率逐渐增大，经过一段时间的调节，如压力还低，这时，PLC让一号泵处于工频状态工作，使二号泵处于变频工作状态泵，如压力还低，则让二号泵处于工频状态工作，使三号泵处于变频工作状态，如此类推。当压力达到调节器上限报警值时，调节器输出降低，变频器频率降低，低到频率下限设定值，这时变频器给出一个频率下限信号给PLC，PLC根据先启先停的原则控制泵的运行顺序，例如，PLC收到频率下限信号时，系统中泵的状态是一号工频，二号工频，三号变频，这时一号泵先启动，先停，接着如压力还高，则停二号泵。系统采用了每次都进行低速启动，高速运行以提高运行效率。
控制系统结构图如下：
图一
3 系统的软件设计
本控制系统的软件以OMRON公司的CX—PROGRAMER软件进行梯形图设计，通过专用电缆把程序下装到PLC中。
CX—PROGRAMRER软件的梯形图是逐行扫描，频率大约100ms一次，PLC软件设计思路是列出所有泵可能的运行状态，每种状态处理两种情况,有压力下限信号时增加泵,当无压力下限而有频率下限信号时减少泵,按照先启先停的原则，可列出水泵运行的所有组合状态。
状态1： 0 0 0;表示三个水泵都在停止状态;
状态2： B 0 0;表示1#水泵在变频状态，其它为停止状态;
状态3： 0 B 0; 状态4： 0 0 B;
状态5： B 0 G;表示1#水泵在变频状态，2#在停止，3#在工频状态;
状态6： B G 0; 状态7： 0 B G;
状态8： G B 0; 状态9： G 0 B;
状态10：0 G B;
状态11：B G G;表示1#水泵在变频状态，2#在工频，3#在工频状态
状态12：G B G; 状态13：G G B;
其中状态6、状态7、、状态9，由于次序启动、先启先停的原则是不可能出现，可以不考虑。状态1只有增加泵处理程序，状态11，状态12，状态13，只有减少泵处理程序。梯形图输入、输出点的含义可对照硬件接口图所示。
图二
本文由于篇幅原因，只给出部分梯形图。以下是状态1：0 0 0的处理程序。
以上为启动时的处理程序，后面程序以此类推，只要列出泵的各种状态，给出相应的处理程序即可，后的故障处理就是当有缺水信号或变频器故障信号时把所有的泵与变频器都停止。
4 系统的优点
采用变频器-PLC恒压供水装置有以下几个优点：
A:节电效益高。传统水泵电机均采用大容量电机，用阀门控制水量恒定，造成电能浪费。
变频系统，无论工作参数如何，电机的效率不会降低，电机的功率因数会得到提高。
B:运行可靠、稳定。系统中的核心部件—变频调速器本身的可靠性很高，一般情况下可连续使用10万/h以上。系统还采用软启动方式，不存在电气冲击，不污染电网，变频器自带欠压、过压、过流、过载、过热以及失速等各种保护功能。系统对管网压力波动采取阻尼滤波处理，供水恒压精度较高，通常能控制在0.002Mpa范围内。
C:结构简单，操作简便。装置的控制系统采用集成度高，配套方案灵活多样，由可编程控制器得到水泵运行的各种组合。调速范围广，对水量变化的适应能力强。
D:使用寿命长，自动化程度高，无需人看管，维护量少。
以上系统在实际的应用中效果显著，如将PLC与变频器中自带编程器的功能集成，可开发成一些专用的变频器，这样系统的可靠性与健壮性大大增强，应用更加简单，系统的总成本也会下降。
5 结束语
可以预见：未来的变频技术会向以下方向发展：
（1） 高性能化
包括内部的整流电路、逆变电路都采用高频PWM电路从而使输入、输出都是正弦波;对于大容量变频器采用多重化和多机并联;降低变频器自身损耗，实现高效率化;实现自动调谐或自优化、遥控和远控;更加面向用户，提高可使用性和维修性：向着小型、轻量发展，以及降低成本等。
（2） 智能化
包括两个方面：尽量减少硬件，实现硬件软件化;采用智能电力电子器件和其他智能化部件。集成化是智能化的基础。
（3） 全数字化
近年来，各种现代控制理论、专家系统、模糊控制及神经元控制等都是发展的热点，将使电力电子控制技术发展到一个崭新的阶段。预计21世纪全数字控制的应用将更加广泛深入，甚至取代模拟控制。
（4） 系统化
变频技术的发展与其相关技术的发展是分不开的，在21世纪变频技术的发展是将电网、整流器、逆变器、电动机、生产机械和控制系统等作为一个整体、从系统上进行考虑的。
PLC在燃气轮发电机组中已经得到广泛应用，可编程控制器利用内部存储的控制程序软件以及外部的输入数据和操作指令，经过逻辑和算术运算，向控制装置发送指令，完成对燃气轮发电机组和各辅助设备的控制、调节：已达到节能环保，稳定可靠的效果，为企业创造可观的经济效益。
PLC可以对燃气轮发电机组的发动机转速、排气温度、负载以及发动机各系统的参数、状态进行控制和调节。例如，在滑油系统中，就可完成对温度、压力、液位等参数和滑油冷动器、滑油加热器、交直流滑油泵等状态的控制。本文只介绍PLC在Taurus60燃气轮机滑油系统压力、温度控制的部分应用。
1、Taurus60燃气轮机的滑油系统介绍
Taurus60燃气轮滑油为燃气轮机轴承、发电机轴承和齿轮箱轴承提供润滑油，也为压气机可变导流叶片作动器、燃料作动器和放气活门作动器提供增压滑油，控制上述作动器的位置。
滑油系统中温度传感器RTD和压力传感器TP380的安装位置见图1。
2、PLC对滑油温度的控制
PLC控制原理：Taurus60燃气轮机利用温度传感器RTD来控测滑油系统温度，并将其转换为相应的电信号经输入模块的光耦合、A/D转换，转换成数字信号，存储在内部存储器中，PLC扫描内部应用程序，读取数据，进行算术、逻辑运算，结果经输出模块转换输出控制执行机构动作，来达到上述控制目的。
PLC控制目标:对Taurus60燃气轮机滑油温度的控制主要目的如下：①在机组停机时，启动或停止滑油箱加热器；②在运行中若滑油系统温度过高，启动报警回路、停车回路，或发出声光报警或使燃气轮机紧急停车；③控制滑油系统的三个滑油散热器冷却风扇的启动、停止和转速，从而控制滑油系统的滑油温度，使其保持在规定的范围内。
Taurus60燃气轮机组滑油温度传感器RTD共有两个，分别为滑油箱RTD(RT390)和滑油管RTD(RT380)。滑油箱RTD安装在滑油箱内，感受滑油箱滑油温度，当滑油箱滑油温度低于设定值(65℉)(18℃)时，PLC命令滑油箱加热器启动，给滑油加热；当滑油箱滑油温度达到设定值70℉(21℃)时，PLC命令滑油加热器停止运行。滑油管RTD安装在主滑油管上，感受系统滑油温度，当系统温度高于设定值160℉(71℃)时，启动报警回路报警；当系统温度再升高超过设定值165℉(74℃)时，启动燃气轮机紧急停车回路，燃气轮机停止运行。
PLC还可控制滑油散热器的工作，当系统温度高于设定值100℉(38℃)时，PLC命令1#、2#滑油散热器冷却风扇启动，给系统散热；当系统温度低于设定值90℉(32℃)时，PLC命令1#、2#滑油散热器冷却风扇停止工作。1#、2#滑油散热器风扇的工作是由PLC根据系统温度控制风扇变频器的输出，从而实现滑油冷却风扇的平稳调速，滑油温度的调节十分jingque；当滑油温度超过140℉(60℃)启动3#散热器风扇，它是由继电器控制的。
PLC控制过程：
限于篇幅，我们仅以滑油温度高引起Taurus60滑油系统报警、停车以及3#滑油冷却器风扇的启动、停止为例来探讨一下PLC是如何实现对滑油温度的控制的。
PLC是使用梯形语言进行控制的。
(1)滑油温度高引起报警、停车的控制程序当滑油管温度高于160℉(71℃)将会出现滑油温度高报警，从而引起维护人员的注意；当滑油温度高于160℉(74℃)将会出现滑油温度高停车，以确保设备的安全。
(2)3#滑油冷却风扇启动/停止控制程序
当滑油管温度高于100℉(38℃)或低于90(32℃)，滑油冷却风扇开启或停止命令使能。具体的说，当高于100℉(38℃)或低于90℉(32℃)时滑油冷动风扇启动(或停止)命令通过输出模块输入.
当滑油温度超过140℉(60℃)后，3#冷却风扇启动定时器控制电路回路动作(如图4)这时继电器K280-3线圈通电(或断电)其常开接点闭合(或断开)，接触器K4983线圈通电(或断电)，其常开接点闭合(或断开)接通(或断开)3#滑油冷却风扇。
3、滑油压力控制
PLC控制原理：滑油压力是通过滑油压力传感器TP380(以下简称TP380)、输入输出模块、PLC的运算等来实现的。TP380感受0～690kPa范围内变化的滑油压力，将其转换为4～20mA的电流信号，输入输出模块将电流信号转换为供PLC识别的数字信号，PLC经过运算，将结果存储在标示为LUBEPRESS的地单元中，供程序调用。
PLC控制目标Taurus60燃气机共有三套滑油泵，即主滑油泵、交流滑油泵、直流滑油泵。主滑油泵由燃气轮机驱动，提供燃气轮机、发电机的润滑滑油和控制作动器动作的增压滑油；交流滑油泵用于给燃气轮机、发电机提供运转前和动转后润滑，当主滑油压力低于设定值时紧急启动，以确保燃气轮机的正常运转；直流滑油泵作为交流滑油泵的备用泵，当交流滑油泵故障或燃气轮机发电站全站失电时，确保燃气轮机的润滑。
当燃气轮机启动循环开始后，PLC对直流滑油泵进行试验，当直流泵P903压力达到4PSI，PLC使得P903断电停转并启动交流滑油泵BP321工作，如果压力达到6PSI，PLC允许燃气轮机运转，PLC启动前润滑定时器开始计时，燃气轮机必须以大于6PIS的压力进行运转前润滑30秒，滑油压力低于41PIS则PLC给出低滑油压力报警，若滑油压力低于25PSI，则启动不锁定快速停车。在燃气轮机稳定运转条件下，滑油压力的调节是由滑油压力温度控制组件完成的，但PLC始终监控着系统滑油压力的变化，并在不同状态下完成低滑油压力报警、启动交流滑油泵、启动不锁定快速停车等工作。当燃气机停止运行时，PLC检查直流泵工作，30秒计时器开始时允许滑油压力降至3PSI，定时器工作结束，重新接通交流滑油泵，运转后润滑开始。这些都是由PLC预先设定的控制程序完成。
PLC根据燃气轮机不同的运行停车情况，编制了五种不同的运转后润滑方案供启用。
PLC控制过程：
这里我们只介绍滑油系统的压力计算和直流泵启动的命令程序。
(1)滑油压力输入数据计算。
(2)直流滑油泵
启动命令使能直流滑油泵是作为交流滑油泵的备用泵，当交流泵或者TP380故障时，直流滑油启动。
4、结束语
PLC对滑油系统控制是十分完备的，它的控制内容、项目也是十分复杂的。它不但能控制、显示滑油系统中的温度、压力，它还能设置温度、压力的极限值，一旦系统超越了这个极限值，可以给出报警信号或停止系统运行，确保设备安全；它还可以控制滑油箱加热器的工作，控制油箱液位的高低，并给出报警信号等。本文只摘取其一小部分，做一简单介绍，希望能对大型复杂设备的滑油系统的控制有一定的借鉴价值。
随着中国新能源开发，特别是风能及太阳能发电的发展，必然要求要对输配电网进行优化，母线排是电网建设中不可或缺的一部分，母线加工单元的市场也将会越来越大。
由江苏金方圆开发的全自动母线生产设备由两个单元组成：冲孔机及折弯机。冲孔机用于完成铜排的冲孔、开槽、切边、切角、剪断、压印压痕等工艺；折弯机用于完成母线的平弯、立弯和U 形弯曲等工艺。这两台设备分别由一台液压 CNC系统控制，它们既可联动，也可作为单独的设备运行。这样可带来很高的灵活性，设备能够满足各种用户需求。江苏金方圆选用 Beckhoff CP62xx 系列“经济型”面板型 PC作为冲孔机及折弯机的控制系统；EtherCAT作为总线系统，EtherCAT 端子模块则用于 I/O 层。伺服驱动通过CANopen 主站端子模块集成在 EtherCAT 端子模块系统中。
用软件取代传统的定位模块和 NC控制器
折弯机采用了 TwinCAT NC PTP 自动化软件。“我们使用 TwinCAT NCPTP 来实现轴的运动和折弯单元定位控制。我们还充分利用了 NC PTP软件库的功能，通过在系统中加入两个编码器轴来显示液压部件的位置。”金方圆电气控制部经理叶敬春先生如此说道。
冲孔机采用的则是 TwinCAT NC I。对于叶敬春先生来说，TwinCAT自动化软件的开放性是该软件所具备的另一个优势：“就 I/O 和驱动系统方面而论，TwinCAT 为我们带来了极大的独立性。这也是我们决定采用基于软件的控制平台一个重要选择标准。”
软件平台的开放性为用户带来极大的灵活性
“TwinCAT 完全支持 IEC-6113-3 标准规定的 5种编程语言，易于管理，非常适合我们，它还为修改设计提供了极大的灵活性。”金方圆软件工程师申晓园先生高兴地说道：“我们重新设计了 PLC代码结构以优化母线加工单元的生产流程，从而使得母线机的生产能力提高了 20 %。”
TwinCAT ADS 也被用于集成人机界面。“在 Beckhoff .net程序库的基础上，我们的客户在开发他们专用的 HMI 时能够添加任何想要的功能。这在传统的 CNC 系统中是不可想象的，因为在传统的 CNC界面上，只能使用系统支持的、已有的功能和界面。如果功能不存在，就什么也不能做。”金方圆软件开发工程师陈林先生解释道。
“基于软件的控制解决方案所具备的优点赢得了我们的信赖，也为后续 CNC 系统的开发提供了一个很好的基础。我们现在正在和倍福上海讨论在其它的设备上使用 Beckhoff NCI/CNC 解决方案。”叶敬春先生后说道。
图片文字
由铜排制成母线
折弯机能够完成母线的平弯、立弯和 U 形弯曲等工艺折弯机既能够独立使用，也能够与冲压单元一起使用。这两台设备分别由一台液压 CNC系统控制，它们既可联动，也可作为单独的设备运行。
江苏金方圆用于生产母线的折弯机的用户界面
全自动冲孔机 MC-40用于完成用来制作母线的铜排的冲孔、开槽、切边、切角、剪断、压印压痕等工艺
Beckhoff CP62xx 系列“经济型”面板型 Panel PC 结构紧凑，用于实现冲压单元MC-40 的控制和可视化
江苏金方圆冲孔机用户界面
TwinCAT-ADS 便于集成 HMI。Beckhoff 的 TwinCAT自动化软件为客户提供开发其专用 HMI 的各项功能。与传统 CNC 系统相比，这是一个非常重要的优势
一、冲床自动送料机的技术状态
本文介绍的冲床自动送料机是一种用于冷挤压套圈类零件的送料机器，是冲床进行技术改造的理想附机。该送料机克服了国内外有关冲床送料机的不足。如日本的RF20SD—0R11机械手送料装置与冲床做成一体，从横向(侧面)送料，结构复杂，装配、制造、维修困难，价格昂贵，又不适合于我国冲床的纵向送料的要求。RF20SD—0R11的结构由冲床上的曲轴输出轴，通过花键轴伸缩，球头节部件联接机械手齿轮，由伞齿轮、圆柱齿轮、齿条、凸轮、拨叉、丝杆等一系列传动件使机械手的夹爪作伸缩、升降、夹紧、松开等与冲床节拍相同的动作来完成送料，另设一套独立驱动可移式输送机，通过隔料机构将工件输送至预定位置，这样一套机构的配置仅局限于日本设备，不能应用于国产冲床。国内有的送料机构由冲床工作台通过连杆弹簧驱动滑块在滑道上水平滑动，将斜道上下来的料，通过隔料机构推到模具中心，并联动打板将冲好的料拨掉，往复运动的一整套机构比较简单，无输送机构，联动可靠，制造容易。但机械手不能将料提升、夹紧，料道倾斜放置靠料自重滑下，如规格重量变动，则料道上工件下滑速度不一致，易产生叠料，推料机构没有将料夹紧，定位不正，废品率较高，使用也不安全。
结合国产冲床工作特点，采用机械手与输送机构配合为主要装置，再配合采用自动卸料安全保护，设计了具有较大应用价值和推广意义的自动送料机。
二、结构设计
该送料机主要配备于3150kN冲床，加上校平机也可配备于1600kN或1250kN等冲床。它主要由机架(包括撑脚、电器箱、角铁架)、输送机(包括电机、变速箱、滚筒、输送带、料台、料道、隔料机构、挡料机构等)、机械手(包括提升缸、夹紧缸、滑板、支架、连杆铰链等)、供油装置(包括油箱、液压泵等)、卸料机构和安全保护装置等部分组成(如图1)。
该机械手的动作过程如下：当按下启动按钮时，机械手从原点开始下降，下降到底时，碰到下限位开关(X401接通)，下降停止。接通定时器，机械手开始夹紧工件，定时结束，夹持完成。机械手上升，上升到顶时，碰到上限位开关(X402接通)，上升停止。机械手右移，右移碰到右限位开关(X403接通)时，右移停止。机械手下降，下降到底，碰到下限位开关(X401接通)时，下降停止。接通定时器，机械手放松工件，定时结束，工件已松开。机械手上升，上升到顶碰到上限位开关(X402接通)时，上升停止。机械手左移，左移到原点碰到左限位开关(X404接通)时，左移停止。于是机械手动作的一个周期结束。
机械手自动操作流程图如图5所示。状态转换图如图6所示。梯形图如图7所示。