《可編程控制器原理及應(yīng)用》課件知識模塊七

知識模塊七PLC在恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用

7.1教學組織

7.2教學內(nèi)容

7.3課堂演示——PLC控制的恒壓供水泵站實例

7.4技能訓練

邊學邊議

7.1教學組織

一、教學目的

(1)掌握PLC與變頻器的連接及使用方法。

(2)掌握利用PLC和變頻器恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計方法。

7.2教學內(nèi)容

7.2.1恒壓供水系統(tǒng)的基本構(gòu)成

為達到恒壓供水目的，供水系統(tǒng)由多臺水泵和一臺變頻器及PLC控制器組成。這樣能克服因一臺水泵故障導致整個供水系統(tǒng)癱瘓的缺陷，而且能使每臺水泵輪流處于高效節(jié)能運行狀態(tài)，既節(jié)約了能源又延長了水泵的使用壽命。以控制三臺電機運行為例，系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖如圖7-1所示。

圖7-1中壓力傳感器用于檢測管網(wǎng)中的水壓，裝設(shè)在泵站的出水口處。用水量大時，水壓降低；用水量小時，水壓升高。壓力傳感器將水壓的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏骰螂妷盒盘査徒o變

頻器。圖7-1變頻恒壓供水系統(tǒng)的基本構(gòu)成根據(jù)實際要求，給恒壓供水系統(tǒng)設(shè)置了如下控制功能：

(1)手動：轉(zhuǎn)換開關(guān)置于手動位置，能直接啟停每臺工頻水泵，每臺水泵的狀態(tài)由對應(yīng)手動開關(guān)位置決定。

(2)停止：轉(zhuǎn)換開關(guān)置于停止位置，設(shè)備進入停機狀態(tài)，任何水泵都不能啟動。

(3)自動：轉(zhuǎn)換開關(guān)置于自動位置，設(shè)備進入自動運行狀態(tài)，PLC按變頻水泵循環(huán)工作方式對三臺水泵進行自動控制，其控制過程可用圖7-2所示的流程框圖表示。圖7-2水泵控制流程框圖如果不使用PLC，則壓力傳感器送來的信號需要經(jīng)一個調(diào)節(jié)器再送給變頻器。調(diào)節(jié)器的作用如下：

(1)設(shè)定水管壓力的給定值。恒壓供水水壓的高低根據(jù)需要進行設(shè)定。供水距離越遠，用水地點越高，系統(tǒng)所需供水壓力就越大。給定值就是系統(tǒng)正常工作時的恒壓值。有些供水系統(tǒng)可能有多種用水目的，如將生活用水與消防用水共用一個泵站，水壓的設(shè)定值可能不止一個，一般消防用水的水壓要高一些。調(diào)節(jié)器具有給定值設(shè)定功能，可以用數(shù)字量進行設(shè)定，有的調(diào)節(jié)器也用模擬量方式進行設(shè)定。

(2)接收傳感器送來的管網(wǎng)水壓的實測值。管網(wǎng)實測水壓回送到泵站控制裝置的過程稱為反饋，調(diào)節(jié)器是反饋的接收點。

(3)根據(jù)給定值與實測值的綜合，依一定的調(diào)節(jié)規(guī)律發(fā)出系統(tǒng)調(diào)節(jié)信號。調(diào)節(jié)器接收水壓的實測反饋信號后，將它與給定值進行比較，得到給定值與實測值之差。如給定值大于實測值，則說明系統(tǒng)水壓低于理想水壓，要加大水泵電動機的轉(zhuǎn)速；如水壓高于理想水壓，則要降低水泵電動機的轉(zhuǎn)速。這些都由調(diào)節(jié)器的輸出信號控制。傳統(tǒng)調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)規(guī)律多是PID調(diào)節(jié)器。調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)參數(shù)可由使用者設(shè)定，PID調(diào)節(jié)過程根據(jù)調(diào)節(jié)器內(nèi)部構(gòu)成分為數(shù)字式調(diào)節(jié)和模擬量調(diào)節(jié)兩類，以微型計算機為核心的調(diào)節(jié)器多為數(shù)字式調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)器的輸出信號一般是模擬信號，為4～20mA變化的電流信號或0～10V變化的電壓信號。信號的量值與前邊提到的差值成比例，用于驅(qū)動執(zhí)行設(shè)備工作。變頻恒壓供水系統(tǒng)中，執(zhí)行設(shè)備就是變頻器。

PLC在恒壓供水泵站中的主要任務(wù)如下：

(1)代替調(diào)節(jié)器實現(xiàn)水壓給定值與反饋值的綜合及調(diào)節(jié)工作，實現(xiàn)數(shù)字式PID調(diào)節(jié)。一只傳統(tǒng)調(diào)節(jié)器往往只能實現(xiàn)一路PID設(shè)置，用PLC作調(diào)節(jié)器可同時實現(xiàn)多路PID設(shè)置，在多功能供水泵站各類工況中PID參數(shù)可能不一樣，使用PLC作數(shù)字式調(diào)節(jié)器很方便。

(2)控制水泵的運行與切換。在多泵組恒壓供水泵站中，為了使設(shè)備損耗均勻，水泵及電動機要輪換工作。在只設(shè)單一變頻器的多泵組泵站中，變頻泵也是輪流擔任的。變頻泵運行之后且選到最高頻率時，可增加一臺工頻泵投入運行。PLC則是泵組管理的執(zhí)行設(shè)備。

(3)變頻器的驅(qū)動控制。恒壓供水泵站中變頻器常采用模擬量控制方式，這需采用具有模擬量輸入/輸出的PLC或采用PLC的模擬量擴展模塊，壓力傳感器送來的模擬信號輸入到PLC(或模擬量擴展模塊)的模擬量輸入端，給定值與反饋值比較并經(jīng)PID處理后得出的模擬量控制信號經(jīng)模擬量輸出端送出，并依據(jù)此信號的變化調(diào)整變頻器的輸出頻率。

(4)泵站的其他邏輯控制。除了泵組的運行管理工作外，泵站還有許多其他邏輯控制工作，如手動、自動操作轉(zhuǎn)換，泵站的工作狀態(tài)指示，泵站工作異常的報警，系統(tǒng)的自檢等，這些都可以編寫在PLC的控制程序中。

(5)任何一臺水泵在程序的控制下都可以工作在工頻或變頻狀態(tài)。通過控制可保證三臺水泵的運行時間和開啟次數(shù)接近，從而延長設(shè)備的整體使用壽命。7.2.2變頻器的基本工作原理及其控制

微型計算機是變頻器的核心，電力電子器件構(gòu)成了變頻器的主電路。從發(fā)電廠送出的交流電的頻率是恒定不變的，我國是50Hz/s。

交流電動機的同步轉(zhuǎn)速為

n1=60式中：n1為同步轉(zhuǎn)速，單位為r/min；f1為定子頻率；P為電動機的磁極對數(shù)。異步電動機的轉(zhuǎn)速為n=n1(1－S)式中：S為異步電動機的轉(zhuǎn)差率，S=(n1－n)/n1，小于3%。

1.變頻器的基本結(jié)構(gòu)

變頻器分為交—交變頻器和交—直—交變頻器兩種形式。交—交變頻器可將工頻交流電直接變換成頻率、電壓可調(diào)的交流電，也稱為直接式變頻器。交—直—交變頻器則是先把工頻交流電通過整流變成直流電，然后再把直流電變換成頻率、電壓可調(diào)的交流電，也稱為間接式變頻器，其基本結(jié)構(gòu)如圖7-3所示，它由主回路和控制回路組成。主回路包括整流器、中間直流環(huán)節(jié)、逆變器。圖7-3交—直—交變頻器的基本結(jié)構(gòu)

(1)整流器：即電網(wǎng)側(cè)的變流器，其作用是把三相(或單相)交流整流為直流。

(2)中間直流環(huán)節(jié)：其作用是對整流電路的輸出進行平滑處理，以保證逆變電路及控制電源得到質(zhì)量較高的直流電源。逆變器負載多為呈感性的異步電動機，無論電動機處于電動或發(fā)電制動狀態(tài)，其功率因數(shù)都不會為l，在中間直流環(huán)節(jié)和電動機間總有無功功率交換，這種無功能量要靠中間直流環(huán)節(jié)的儲能元件(電容器或電抗器)緩沖。中間直流環(huán)節(jié)又稱為中間直流儲能環(huán)節(jié)。

(3)逆變器：即負載側(cè)的變流器，其作用是在控制電路的控制下將輸出電路的直流電源轉(zhuǎn)換為頻率、電壓可調(diào)的交流電。逆變電路的輸出就是變頻器輸出。

(4)控制電路：包括主控制電路、信號檢測電路、門極驅(qū)動電路、外部接口電路及保護電路，其作用是完成對逆變器的開關(guān)控制以及對整流器的電壓控制和各種保護功能。三相變頻器的整流電路由三相全波整流橋組成，直流中間電路的儲能元件在整流電路是電壓源時為大容量的電解電容，電流源時是大容量的電感。為了電動機制動的需要，中間電路中有時還包括制動電阻及輔助電路。逆變電路最常見的結(jié)構(gòu)形式是利用6個電力電子主開關(guān)器件組成的三相橋式逆變電路。有規(guī)律地控制逆變器中主開關(guān)的通與斷，可得到任意頻率的三相交流輸出。圖7-4為電壓型變頻器和電流型變頻器主電路結(jié)構(gòu)示意圖。圖7-4電壓型變頻器和電流型變頻器主電路結(jié)構(gòu)示意圖(a)電壓型變頻器主電路；(b)電流型變頻器主電路

2.變頻器的分類及工作原理

通用變頻器按工作方式可分為以下幾類：

(1)?u/f控制：即電壓與頻率成比例變化的控制。u/f控制忽略了電動機漏阻抗的作用，在低頻段時，工作特性不理想。采用u/f控制方式的變頻器常被稱為普通功能變頻器。實際變頻器中常采用E/f控制。

(2)轉(zhuǎn)差頻率控制：是在E/f控制基礎(chǔ)上增加轉(zhuǎn)差控制，以電動機的實際運行速度加上該速度下電動機的轉(zhuǎn)差頻率確定變頻器輸出頻率的控制方式。在E/f為常數(shù)的條件下，通過對轉(zhuǎn)差頻率的控制，可實現(xiàn)對電動機轉(zhuǎn)矩的控制。采用轉(zhuǎn)差頻率控制的變頻器屬多功能型變頻器。

(3)矢量控制：將交流電動機的定子電流矢量分解，算出定子電流的磁場分量及轉(zhuǎn)矩分量，并分別控制。矢量控制提高了變頻器對電動機轉(zhuǎn)速及力矩控制的精度和性能。采用矢量控制的變頻器稱為高功能型變頻器。普通功能型變頻器適用于泵類負載及要求不高的反抗性負載，高功能型變頻器適用于位能性負載。

3.變頻器的操作方式及使用

變頻器接入電路工作前，要根據(jù)實際應(yīng)用修訂變頻器的功能碼。修訂是為了變頻器的性能與實際工作任務(wù)更加匹配。變頻器與外界交換信息的接口很多，如主電路的輸入與輸出接線端、控制電路的輸入/輸出端、通信接口及操作面板。功能碼修訂一般通過操作面板完成。圖7-5所示為通用變頻器的操作面板，圖7-6所示為通用變頻器的接線圖。圖7-5通用變頻器的操作面板圖7-6通用變頻器的接線圖變頻器輸出頻率控制有以下幾種方式：

(1)操作面板控制方式：通過操作面板的按鈕手動設(shè)置輸出頻率。操作方法有兩種：一是按面板上的頻率上升或頻率下降按鈕調(diào)節(jié)輸出頻率；二是通過直接設(shè)定頻率數(shù)值調(diào)節(jié)輸出頻率。

(2)外輸入端子數(shù)字量頻率選擇操作方式：變頻器常設(shè)有多段頻率選擇功能，各段頻率值通過功能碼設(shè)定。頻率段通過外部端子選擇。通常在變頻器控制端子中設(shè)置幾個控制端，如圖7-6中的三個端子X1、X2、X3，它們的7種組合選定了7種工作頻率值，三個端子的接通組合可通過機外設(shè)備(如PLC)控制實現(xiàn)。

(3)外輸入端子模擬量頻率選擇操作方式：變頻器設(shè)有模擬量輸入端，其作用是方便變頻器與輸出量為模擬電流或電壓的調(diào)節(jié)器、控制器的連接。如圖7-6中的C1端為電流輸入端，11、12、13端為電壓輸入端，當接在這些端口上的電流值或電壓值在一定范圍內(nèi)平滑變化時，變頻器的輸出頻率也跟著在一定范圍內(nèi)平滑變化。

(4)通信數(shù)字量操作方式：變頻器設(shè)有網(wǎng)絡(luò)接口，可通過通信方式接收頻率控制指令，生產(chǎn)廠家為各自的變頻器與PLC之間的通信設(shè)計了專用通信協(xié)議。7.2.3PLC模擬量擴展模塊的配置及應(yīng)用

模擬量擴展模塊有單獨用于模/數(shù)轉(zhuǎn)換的，也有模/數(shù)及數(shù)/模兩種功能都有的。FX2N系列PLC的模擬量模塊FX2N-4AD及FX2N-2DA，分別具有4路模擬量輸入及2路模擬量輸出，可用于恒壓供水控制。

1.?FX2N-4AD四通道模擬量輸入模塊的功能及其與PLC系統(tǒng)的連接

FX2N-4AD四通道模擬量輸入模塊有4個通道，可同時接收處理4路模擬量輸入信號，最大分辨率為12位。輸入信號可以是－10～+10V的電壓信號(分辨率為5mV)，也可以是－20～+20mA(分辨率為16μA)或－20～+20mA(分辨率為20μA)的電流信號。模擬量信號可通過雙絞屏蔽電纜接入，連接方法如圖7-7所示。圖7-7FX2N-4AD四通道模擬量輸入模塊的連接方法使用時應(yīng)注意以下幾點：

(1)若輸入電壓波動，或存在外部干擾，可以接一個0.1～0.47μF、25V的電容器。

(2)若使用電流輸入，需短接V+及I+端子。

(3)若存在過多的電氣干擾，需連接FG和接地端。

FX2N系列可編程控制器中，與PLC連接的特殊功能擴展模塊位置從左至右依次編號(擴展單元不占編號)，如圖7-8所示。

FX2N-4AD使用?+5V(DC)電源(內(nèi)部電源)、30mA電流，或?+24V(DC)電源(外部電源)、55mA電流，通常轉(zhuǎn)換速度為15ms/通道，高速轉(zhuǎn)換速度為6ms/通道。圖7-8特殊功能模塊的編號

2.?FX2N-4AD四通道模擬量輸入模塊緩沖存儲器(BFM)的分配

FX2N-4AD四通道模擬量輸入模塊利用緩沖存儲器(簡稱BFM)的設(shè)置完成編程工作。模擬量輸入模塊共有32個緩沖存儲器，目前使用了以下21個BFM：

(1)?BFM#0，用于通道選擇。4個通道的模擬輸入信號范圍用4位十六進制數(shù)表示。十六進制數(shù)字0表示－10～

+10V，1表示4～20mA，2表示－20～+20mA，3表示通道關(guān)閉，缺省值為H0000。

如：BFM#0中的4位十六進制數(shù)字為“H3310”，表示通道CH4、CH3關(guān)閉(未使用)，2號通道CH2的輸入信號范圍為4～20mA，1號通道CH1的輸入信號范圍為－10～+10V。

(2)?BFM#1～#4，采樣次數(shù)設(shè)置，表示1～4通道的采樣次數(shù)(設(shè)定范圍為1～4096)，缺省值為8。

(3)?BFM#5～#8，表示1～4通道的采樣平均值。

(4)?BFM#9～#12，表示1～4通道的采樣當前值。

(5)?BFM#15，A/D轉(zhuǎn)換的速度設(shè)置。BFM#15設(shè)為0，則為正常轉(zhuǎn)換速度，即15ms/通道(默認值)；BFM#15設(shè)為1，則為高速轉(zhuǎn)換速度，即6ms/通道。

(6)?BFM#20，復位到缺省值和預設(shè)值，默認值為0。BFM#20設(shè)為1，則模塊的所有設(shè)置都復位成默認值。用它可以快速消除不希望的增益和偏置值。

(7)?BFM#21，禁止調(diào)整偏置和增益值。BFM#21的b1、b0分別置為(1，0)，則禁止調(diào)整增益和偏置；BFM#21的b1、b0分別置為(0，1)(此為默認值)，則可改變增益和偏置。增益和偏置的意義可由圖7-9說明。圖中：偏置為橫軸上的截距，表示數(shù)字量輸出為0時的模擬量輸入值；增益為輸出曲線的斜率，是數(shù)字輸出為+1000時的模擬量輸入值。圖7-9FX2N-4AD的偏置和增益

(8)?BFM#22，為偏置和增益調(diào)整通道設(shè)置。BFM#22的b0～b7由低到高兩兩為一組，分別用于通道1～4的調(diào)整指定，當置1時調(diào)整，置0時不調(diào)整。兩位代碼中低位指定偏置，高位指定增益。通道偏置及增益可分別調(diào)整。

(9)?BFM#23、BFM#24，為偏置值與增益值存儲單元，單位為mV或μA。BFM#23(偏置)的默認值為0000，BFM#24(增益)的默認值為5000。當BFM#22指定單元中的某位置1時，偏置值及增益值會被送入相應(yīng)通道的增益和偏置寄存器中。

(10)?BFM#29，各位的狀態(tài)是FX-2N-4AD錯誤狀態(tài)信息。其中，b0為ON，表示有錯誤；b1為ON，表示存在偏置及增益錯誤；b2為ON，表示存在電源故障；b3為ON，表示存在硬件錯誤等。

(11)?BFM#30，存放模塊的識別碼K2010。用戶在使用程序中可方便地利用這一識別碼在傳送數(shù)據(jù)前先確認該特殊功能模塊。

3.?FX2N-2DA模擬量輸出模塊的功能及其與PLC系統(tǒng)的連接

FX2N-2DA模擬量輸出模塊用來將12位數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬量電壓或電流輸出。它具有2個模擬量輸出通道。這兩個通道都可以輸出0～10V(DC)(分辨率2.5mV)、0～

5V(DC)(分辨率1.25mV)的電壓信號或4～20mA(分辨率

4μA)的電流信號。模擬量輸出可通過雙絞屏蔽電纜與驅(qū)動負載相連，連接方法如圖7-10所示。當使用電壓輸出時，需將IOUT端和COM端短接。圖7-10FX2N-2DA模塊的連接方法

FX2N-2DA安裝時裝在FX2N基本單元的右邊，將消耗基本單元或電源擴展單元的+5?V(DC)電源(內(nèi)部電源)20?mA電流，+24?V(DC)電源5?mA電流，D/A轉(zhuǎn)換時間為4?ms/通道。

4.?FX2N-2DA模擬量輸出模塊偏置、增益及BFM分配

FX2N-2DA模擬量輸出模塊在出廠時，其偏置和增益是經(jīng)過調(diào)整的，數(shù)字值為0～4000，電壓輸出為0～10V。用于電流輸出時，可利用自帶調(diào)節(jié)裝置重調(diào)偏置與增益值。

FX2N-2DA模擬量輸出模塊共有32個緩沖存儲器，只用兩個：

(1)?BFM#16，輸出數(shù)據(jù)的當前值。b7～b0用于輸出數(shù)據(jù)當前值(低8位)，8位數(shù)據(jù)存于b7～b0。

(2)?BFM#17，轉(zhuǎn)換通道的設(shè)置。當BFM#17的B0位從“1”變成“0”時，通道2的D/A轉(zhuǎn)換開始；當b1位從“1”變成“0”時，通道1的D/A轉(zhuǎn)換開始；當b2位從“1”變?yōu)椤?”時，D/A轉(zhuǎn)換的低8位數(shù)據(jù)被保持。其余各位沒有意義。

5.模塊的讀寫操作及程序?qū)嵗?/p>

擴展模塊與主機的數(shù)據(jù)連通需借助FROM(讀出)指令及TO(寫入)指令。FROM指令用于將BFM中的數(shù)據(jù)讀入PLC，TO指令可將數(shù)據(jù)寫入BFM。BFM讀出/寫入指令的要素如表7-1所示。FROM指令及TO指令可用于模塊的配置，偏置及增益調(diào)整、模擬量轉(zhuǎn)換生成的數(shù)字量或待轉(zhuǎn)換為模擬量的數(shù)字量傳遞等。假設(shè)FX2N-4AD四模擬量輸入模塊連接在0號特殊模塊位置。通道1和通道2用4～20mA的電流輸入，采樣平均次數(shù)為6，用D10和D11接收采樣平均值，程序如圖7-11所示。圖7-11模擬量輸入模塊FX2N-4AD應(yīng)用基本程序假設(shè)FX2N-2DA模塊被連接到FX2N系列PLC的1號特殊模塊位置，通道1和通道2的數(shù)字數(shù)據(jù)分別被存放在數(shù)據(jù)寄存器D10和D11中。當輸入X000接通時，通道1進行D/A轉(zhuǎn)換；當輸入X001接通時，通道2進行D/A轉(zhuǎn)換。圖7-12所示為通道1進行D/A轉(zhuǎn)換的程序。圖7-12FX2N-2DA模塊的編程7.2.4PID調(diào)節(jié)及PID指令

PID調(diào)節(jié)在改善控制系統(tǒng)品質(zhì)、保證系統(tǒng)偏差e?(給定值SP和過程變量PV的差)達到預定指標、使系統(tǒng)實現(xiàn)穩(wěn)定狀態(tài)方面具有良好效果。三菱FX系列PLC的PID運算指令如表7-2所示。

PID運算指令梯形圖如圖7-13所示。圖中[S1]為設(shè)定調(diào)節(jié)目標值SV，[S2]為當前測定的反饋值PV，參數(shù)[S3]占用從S3開始的25個數(shù)據(jù)寄存器，其中[S3]～[S3]+6用來存放PID控制參數(shù)，執(zhí)行PID運算的輸出結(jié)果MV存于[D]中。對于[D]最好選用非電池保持的數(shù)據(jù)寄存器，否則應(yīng)在PLC開始運行時使用程序清空原來存放的數(shù)據(jù)。圖7-13PID運算指令梯形圖在PID開始運算之前，應(yīng)使用MOV指令對目標值、測定值及控制參數(shù)進行設(shè)定。其中：測定值是傳感設(shè)備反饋量在PLC中產(chǎn)生的數(shù)字量值；目標值為結(jié)合工程實際、傳感器測量范圍、模/數(shù)轉(zhuǎn)換字長等參數(shù)的設(shè)定值，它應(yīng)當是控制系統(tǒng)穩(wěn)定運行的期望值；控制參數(shù)則為PID運算相關(guān)的參數(shù)。

表7-3給出了控制參數(shù)[S3]的25個數(shù)據(jù)寄存器的名稱及參數(shù)的設(shè)定內(nèi)容。

7.3課堂演示——PLC控制的恒壓供水泵站實例

下面介紹一個以三臺泵組構(gòu)成的生活/消防雙恒壓無塔供水泵站的實例，如圖7-14所示。市網(wǎng)自來水用高低水位控制器EQ來控制注水閥YV1，自動把水注滿儲水池，只要水位低于高水位，則自動往水池注水。水池的高/低水位信號也直接送給PLC，作為高/低水位報警。為了保證供水的連續(xù)性，水位上下限傳感器高低距離較小。生活用水和消防用水共用三臺泵，平時電磁閥YV2處于失電狀態(tài)，關(guān)閉消防管網(wǎng)，三臺泵根據(jù)生活用水的多少，按一定的控制邏輯運行，維持生活用水低恒壓值。當有火災(zāi)發(fā)生時，電磁閥YV2得電，關(guān)閉生活用水管網(wǎng)，三臺泵供消防用水使用，并維持消防用水高恒壓?；馂?zāi)結(jié)束后，三臺泵再改為生活供水使用。圖7-14生活/消防雙恒壓供水系統(tǒng)構(gòu)成圖

1.基本要求

生活/消防雙恒壓供水系統(tǒng)的基本要求如下：

(1)生活供水時，系統(tǒng)低恒壓值運行；消防供水時，系統(tǒng)高恒壓值運行。

(2)三臺泵根據(jù)恒壓的需要，采取“先開先?！钡脑瓌t接入和退出。

(3)在用水量小的情況下，如果一臺泵連續(xù)運行時間超過3?h，則要切換下一臺泵，即系統(tǒng)具有“倒泵功能”，以避免某一臺泵工作時間過長。

(4)三臺泵在啟動時都要有軟啟動功能。

(5)要有完善的報警功能。

(6)對泵的操作要有手動控制功能，手動只在應(yīng)急或檢修時臨時使用。

2.控制系統(tǒng)的I/O點及地址分配

根據(jù)圖7-14及以上控制要求統(tǒng)計控制系統(tǒng)的輸入/輸出信號的名稱、代碼及地址編號，如表7-4所示。水位上、下限信號分別為X001、X002，它們在水淹沒時為0，露出時為1。

3.?PLC系統(tǒng)選型

系統(tǒng)有開關(guān)量輸入點6個、開關(guān)量輸出點12個；模擬量輸入點1個、模擬量輸出點1個。選用三菱FX2N-32MR一臺，加上一臺模擬量擴展模塊FX2N-4AD和一臺模擬量擴展模塊FX2N-2DA構(gòu)成系統(tǒng)。整個PLC系統(tǒng)的配置如圖7-15所示。圖7-15PLC系統(tǒng)組成

4.電氣控制系統(tǒng)原理圖

1)主電路圖

如圖7-16所示為電氣控制系統(tǒng)的主電路圖。圖中：三臺電動機分別為M1、M2、M3；接觸器KM1、KM3、KM5分別控制M1、M2、M3電動機的工頻運行；接觸器KM2、KM4、KM6分別控制M1、M2、M3電動機的變頻運行；FR1、FR2、FR3分別為三臺水泵電動機過載保護用的熱繼電器；QS1、QS2、QS3、QS4分別為變頻器和三臺泵電動機主電路的隔離開關(guān)；FU1為主電路的熔斷器；VVVF為通用變頻器。圖7-16電氣控制系統(tǒng)的主電路圖

2)控制電路圖

圖7-17所示為電氣控制系統(tǒng)的控制電路圖。圖中：SA為手動/自動轉(zhuǎn)換開關(guān)，SA置于1位為手動控制，置于2位為自動控制；HL10為自動運行狀態(tài)電源指示燈。手動運行時，可用按鈕SB1～SB8控制三臺泵的啟/停和電磁閥YV2的通/斷。自動運行時，系統(tǒng)在PLC程序控制下運行。

對變頻器頻率進行復位時只提供一個輔助觸點信號KA，由于PLC是4個輸出點為一組共用一個COM端，而本系統(tǒng)又沒有剩下單獨的COM端輸出組，因此通過一個中間繼電器KA的觸點對變頻器頻率進行復位控制。圖7-17中的Y000～Y005及Y010～Y015為PLC的輸出繼電器觸點，它們旁邊的4、6、8等數(shù)字為接線編號。圖7-17電氣控制系統(tǒng)的控制電路圖

3)?PLC外圍接線圖

圖7-18所示為PLC及擴展模塊外圍接線圖。發(fā)生火災(zāi)時，火災(zāi)信號SA被觸動，X000為1。

本例忽略了以下因素：直流電源的容量、電源方面的抗干擾措施、輸出方面的保護措施和系統(tǒng)保護措施。圖7-18恒壓供水控制系統(tǒng)PLC及擴展模塊外圍接線圖

5.系統(tǒng)程序設(shè)計

硬件連接確定之后，系統(tǒng)的控制功能主要通過軟件實現(xiàn)，軟件設(shè)計分析如下。

1)由“恒壓”要求出發(fā)的工作泵組數(shù)量管理

前面說過，為了恒定水壓，在水壓降落時要升高變頻器的輸出頻率，且在一臺泵工作不能滿足恒壓要求時，需啟動第二臺泵或第三臺泵。判斷需啟動新泵的標準是變頻器的輸出頻率達到設(shè)定的上限值。這一功能可通過比較指令實現(xiàn)。為了判斷變頻器工作頻率達上限值的確實性，應(yīng)過濾掉因偶然的頻率波動而引起的頻率達到上限的情況，在程序中考慮采取時間濾波。

2)