【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 PLC的 X2與 X3輸入端作為 PLC增泵減泵控制信號(hào) 。 基于 PLC 的變頻恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 11 變頻器的選型 根據(jù)設(shè)計(jì)的要求， 本系統(tǒng)選用 FRA540系列 變頻器 ，如下圖所示： 基于 PLC 的變頻恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 12 圖 4. 2 FRA540的管腳說(shuō)明 變頻器的接線(xiàn) 管腳 STF接 PLC的 Y7管腳，控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)。 X2接變頻器的 FU接口， X3接變頻器的 OL接口。 頻率檢測(cè)的上 /下限信號(hào)分別通過(guò) OL和 FU輸出至 PLC的 X2與 X3輸入端作為PLC增泵減泵控制信號(hào) 。 圖 4. 3變頻器接線(xiàn)圖 PID 調(diào)節(jié)器 僅用 P動(dòng)作控制，不能完全消除偏差。為了消除 殘留偏差，一般采用增加 I動(dòng)作的 PI控制。用 PI控制時(shí)，能消除由改變目標(biāo)值和經(jīng)常的外來(lái)擾動(dòng)等引起的偏差。但是， I動(dòng)作過(guò)強(qiáng)時(shí)，對(duì)快速變化偏差響應(yīng)遲緩。對(duì)有積分元件的負(fù)載系統(tǒng)可以單獨(dú)使用 P動(dòng)作控制。 對(duì)于 PD控制，發(fā)生偏差時(shí)，很快產(chǎn)生比單獨(dú) D動(dòng)作還要大的操作量，以此來(lái)抑制偏差的增加。偏差小時(shí)， P動(dòng)作的作用減小?？刂茖?duì)象含有積分元件的負(fù)載場(chǎng)合，僅 P動(dòng)作控制，有時(shí)由于此積分元件的作用，系統(tǒng)發(fā)生振蕩。在該場(chǎng)合，為使 P動(dòng)作的振蕩衰減和系統(tǒng)穩(wěn)定，可用 PD控制。換言之，該種控制方式適用于過(guò)程本身沒(méi)有制動(dòng)作用的負(fù)載。 利用 I動(dòng)作消除偏差作用和用 D動(dòng)作抑制振蕩作用，在結(jié)合 P動(dòng)作就構(gòu)成了 PID控制，本系統(tǒng)就是采用了這種方式。采用 PID控制較其它組合控制效果要好，基本上能獲得無(wú)偏差、精度高和系統(tǒng)穩(wěn)定的控制過(guò)程。這種控制方式用于從產(chǎn)生偏差到出現(xiàn)響應(yīng)需要一定時(shí)間的負(fù)載系統(tǒng) (即實(shí)時(shí)性要求不高，工業(yè)上的過(guò)程控制系統(tǒng)一般都是此類(lèi)系統(tǒng)，本基于 PLC 的變頻恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 13 系統(tǒng)也比較適合 PID調(diào)節(jié) )效果比較好 圖 4. 4 PID 控制框圖 通過(guò)對(duì)被控制對(duì)象的傳感器等檢測(cè)控制量 (反饋量 )，將其與目標(biāo)值 (溫度、流量、壓力等設(shè)定值 )進(jìn)行比較。若有偏差，則通過(guò)此功能的控制 動(dòng)作使偏差為零。也就是使反饋量與日標(biāo)值相一致的一種通用控制方式。它比較適用于流量控制、壓力控制、溫度控制等過(guò)程量的控制。在恒壓供水中常見(jiàn)的 PID控制器的控制形式主要有兩種 : (1)硬件型 ： 即通用 PID控制器，在使用時(shí)只需要進(jìn)行線(xiàn)路的連接和 P、 I、 D參數(shù)及日標(biāo)值的設(shè)定。 (2)軟件型 ： 使用離散形式的 PID控制算法在可編程序控制器 (或單片機(jī) )上做 PID控制器 此次使用硬件型控制形式。 根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，本系統(tǒng)的 PID 調(diào)節(jié)器內(nèi)置于變頻器中。 圖 4. 5 PID 控制接線(xiàn)圖 壓力傳感器的接線(xiàn)圖 基于 PLC 的變頻恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 14 壓力 傳感器使用 CYYZ1001 型絕對(duì)壓力傳感器。改傳感器采用硅壓阻效應(yīng)原理實(shí)現(xiàn)壓力測(cè)量的力－電轉(zhuǎn)換。 傳感器由敏感芯體和信號(hào)調(diào)理電路組成，當(dāng)壓力作用于傳感器時(shí)，敏感芯體 內(nèi)硅片上的惠斯登電橋的輸出電壓發(fā)生變化，信號(hào)調(diào)理電路將輸出的電壓信號(hào)作放大處理 ，同時(shí)進(jìn)行溫度補(bǔ)償、非線(xiàn)性補(bǔ)償，使傳感器的電性能滿(mǎn)足技術(shù)指標(biāo)的要求。 該傳感器的量程為 0～ ，工作溫度為 5℃ ～ 60 ℃ ， 供電電源為 28177。3V（ DC） 。 圖 4. 6 壓力傳感器的接線(xiàn)圖 原件表 水泵： M M2 選用 40160(I)A 型， M3 選用 40160(I)型 ，參數(shù)見(jiàn) 表 所示 。 1 2200 5 .8380PIAU? ? ? 2 3000 7 .9380PIAU? ? ? 熱繼電器的選擇：選用 最小的熱繼電器作為電機(jī)的過(guò)載保護(hù)熱繼電器 FR， FR1 FR2可選用規(guī)格其型號(hào)為 TKE02TC， 額定電流 5－ 8A， FR3可選用規(guī)格其型號(hào)為 TKE02UC，額定電流為 6－ 9 A 熔斷器的選擇： 在控制回路中熔斷器 FU 選用 RT18 系列。 接觸器的選擇：對(duì)于 接觸器 KM 選擇的是 規(guī)格 SCE03C,功率 3Kw 按鈕 SB 的選擇 ： PLC 各輸入點(diǎn)的回路的額定電壓直流 24V，各輸入點(diǎn)的回路的額定電流均小于 40mA， 按鈕均只需具有 1 對(duì)常開(kāi)觸點(diǎn)， 按鈕均 選用 LAY3— 11 型，其主要技術(shù)參數(shù) 為： UN=24VDC， IN=， 含 1 對(duì)常開(kāi)和 1 對(duì)常閉觸點(diǎn)。 表 4. 1 元件表總圖 元件 符號(hào) 型號(hào) 個(gè)數(shù) 基于 PLC 的變頻恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 15 表 4. 2 水泵的參數(shù) 表 4. 3 變頻器的參數(shù) 可編程控制器 PLC FXos30MRD 1 變頻器 FRA540 系列 型 1 接觸器 KM SCE03C 7 水泵 M1,M2 40160(I)A 2 M3 40160(I) 1 閘刀開(kāi)關(guān) QS HD11100/18 1 熔斷器 FU1， FU2 RT18 6A 2 FU3 RT18 8A 1 熱繼電器 FR1 FR2 TKE02TC 2 FR3 KE02UC 1 按鈕 SB LAY3— 11 10 水泵 符號(hào) 型號(hào) 流量(m3/h) 揚(yáng)程 (m) 轉(zhuǎn)速 (r/min) 電機(jī)功率 (kw) M1,M2 40160(I)A 11 28 2900 M3 40160(I) 32 2900 變頻器 適用電機(jī)容量（ KW) 輸出額定容量(KVA) 輸出額定電流 （ A） 過(guò)載能力 電源額定輸入 交流電壓 /頻率 冷卻方式 FRA540系列 （三菱） 12 150%60s ,200% (反時(shí)限特性 ) 3 相， 380V 至480V 50Hz/60Hz 強(qiáng)制風(fēng)冷 基于 PLC 的變頻恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 16 五、 PLC 控制 及編程 PLC 控制 PLC 在系統(tǒng)中的作用是控制交流接觸器組進(jìn)行工頻 — 變頻的切換和水泵工作數(shù)量的調(diào)整。 工作流程如圖 所示。 圖 5. 1 PLC 程序流程圖 系統(tǒng) 起動(dòng) 之后，檢測(cè)是自動(dòng)運(yùn)行模式還是手動(dòng)運(yùn)行模式。 如果是手動(dòng)運(yùn)行模式則 進(jìn)行手動(dòng)操作， 人們根據(jù)自己的需要操作相應(yīng)的按鈕， 系統(tǒng)根據(jù)按鈕執(zhí)行相應(yīng)操作。 如果是自動(dòng)運(yùn)行模式，則系統(tǒng)根據(jù)程序及相關(guān)的輸入信號(hào)執(zhí)行相應(yīng)的操作。 手動(dòng)模式 主要是解決 系統(tǒng)出錯(cuò)或器件出問(wèn)題 在自動(dòng)運(yùn)行模式中， 如果 PLC 接到頻率上限信號(hào)，則執(zhí)行增 泵 程序，增加水泵的工作數(shù)量。 如果 PLC 接到頻率下限信號(hào)，則執(zhí)行減泵程序， 減少 水泵的工作數(shù)量。 沒(méi)接到信號(hào)就保持現(xiàn)有的運(yùn)行狀態(tài)。 基于 PLC 的變頻恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 17 手動(dòng)運(yùn)行 當(dāng)按下 SB7按鈕， 用手動(dòng)方式。按下 SB10手動(dòng) 啟動(dòng)變頻 器 。 當(dāng)系統(tǒng)壓力不夠需要增加泵時(shí)，按下 SBn（ n=1,3,5） 按鈕，此時(shí)切斷電機(jī)變頻，同時(shí)啟動(dòng)電機(jī)工頻運(yùn)行 ,再起動(dòng)下一臺(tái)電機(jī)。 為了變頻向工頻切換時(shí)保護(hù)變頻器免于受到工頻電壓的反向沖擊，在切換時(shí)，用時(shí)間繼電器作了時(shí)間延遲，當(dāng)壓力過(guò)大時(shí)，可以手動(dòng)按下 SBn（ n=2,4,6） 按鈕，切斷工頻運(yùn)行的電機(jī) ， 同時(shí)啟動(dòng)電機(jī) 變 頻運(yùn)行 。 可根據(jù)需要，停按不同電機(jī)對(duì)應(yīng)的啟停按鈕，可以依次實(shí)現(xiàn)手動(dòng)啟動(dòng)和手動(dòng)停止 三臺(tái)水 泵 .該方式僅供自動(dòng)故障時(shí)使用 . 自動(dòng)運(yùn)行 由 PLC分別控制某臺(tái)電機(jī) 工頻和變頻繼電器，在條件成立時(shí)，進(jìn)行增泵升壓和減泵降壓控制 . 升壓控制 ： 系統(tǒng)工作時(shí)，每臺(tái)水泵處于三種狀態(tài)之一，即工頻電網(wǎng)拖動(dòng)狀態(tài)、變頻器拖動(dòng)調(diào)速狀態(tài)和停止?fàn)顟B(tài) .系統(tǒng)開(kāi)始工作時(shí)，供水管道內(nèi)水壓力為零，在控制系統(tǒng)作用下，變頻器開(kāi)始運(yùn)行，第一臺(tái)水泵 M1，啟動(dòng)且轉(zhuǎn)速逐漸升高，當(dāng)輸出壓力達(dá)到設(shè)定值，其供水量與用水量相平衡時(shí)，轉(zhuǎn)速才穩(wěn)定到某一定值，這期間 M1處在調(diào)速運(yùn)行狀態(tài) .當(dāng)用水量增加水壓減小時(shí)，通過(guò)壓力閉環(huán)調(diào)