《可編程控制器原理及應(yīng)用》課件知識(shí)模塊七

知識(shí)模塊七PLC在恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用

7.1教學(xué)組織

7.2教學(xué)內(nèi)容

7.3課堂演示——PLC控制的恒壓供水泵站實(shí)例

7.4技能訓(xùn)練

邊學(xué)邊議

7.1教學(xué)組織

一、教學(xué)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(jì)方法。

7.2教學(xué)內(nèi)容

7.2.1恒壓供水系統(tǒng)的基本構(gòu)成

為達(dá)到恒壓供水目的，供水系統(tǒng)由多臺(tái)水泵和一臺(tái)變頻器及PLC控制器組成。這樣能克服因一臺(tái)水泵故障導(dǎo)致整個(gè)供水系統(tǒng)癱瘓的缺陷，而且能使每臺(tái)水泵輪流處于高效節(jié)能運(yùn)行狀態(tài)，既節(jié)約了能源又延長(zhǎng)了水泵的使用壽命。以控制三臺(tái)電機(jī)運(yùn)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(cè)管網(wǎng)中的水壓，裝設(shè)在泵站的出水口處。用水量大時(shí)，水壓降低；用水量小時(shí)，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?hào)送給變

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

(1)手動(dòng)：轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)置于手動(dòng)位置，能直接啟停每臺(tái)工頻水泵，每臺(tái)水泵的狀態(tài)由對(duì)應(yīng)手動(dòng)開(kāi)關(guān)位置決定。

(2)停止：轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)置于停止位置，設(shè)備進(jìn)入停機(jī)狀態(tài)，任何水泵都不能啟動(dòng)。

(3)自動(dòng)：轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)置于自動(dòng)位置，設(shè)備進(jìn)入自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，PLC按變頻水泵循環(huán)工作方式對(duì)三臺(tái)水泵進(jìn)行自動(dòng)控制，其控制過(guò)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(lái)的信號(hào)需要經(jīng)一個(gè)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(jìn)行設(shè)定。供水距離越遠(yuǎn)，用水地點(diǎn)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(shí)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(gè)泵站，水壓的設(shè)定值可能不止一個(gè)，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(jìn)行設(shè)定，有的調(diào)節(jié)器也用模擬量方式進(jìn)行設(shè)定。

(2)接收傳感器送來(lái)的管網(wǎng)水壓的實(shí)測(cè)值。管網(wǎng)實(shí)測(cè)水壓回送到泵站控制裝置的過(guò)程稱為反饋，調(diào)節(jié)器是反饋的接收點(diǎn)。

(3)根據(jù)給定值與實(shí)測(cè)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(hào)。調(diào)節(jié)器接收水壓的實(shí)測(cè)反饋信號(hào)后，將它與給定值進(jìn)行比較，得到給定值與實(shí)測(cè)值之差。如給定值大于實(shí)測(cè)值，則說(shuō)明系統(tǒng)水壓低于理想水壓，要加大水泵電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速；如水壓高于理想水壓，則要降低水泵電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。這些都由調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)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(guò)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(jì)算機(jī)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(hào)一般是模擬信號(hào)，為4～20mA變化的電流信號(hào)或0～10V變化的電壓信號(hào)。信號(hào)的量值與前邊提到的差值成比例，用于驅(qū)動(dòng)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(shí)現(xiàn)水壓給定值與反饋值的綜合及調(diào)節(jié)工作，實(shí)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(shí)現(xiàn)一路PID設(shè)置，用PLC作調(diào)節(jié)器可同時(shí)實(shí)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(yùn)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(dòng)機(jī)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(dān)任的。變頻泵運(yùn)行之后且選到最高頻率時(shí)，可增加一臺(tái)工頻泵投入運(yùn)行。PLC則是泵組管理的執(zhí)行設(shè)備。

(3)變頻器的驅(qū)動(dòng)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(kuò)展模塊，壓力傳感器送來(lái)的模擬信號(hào)輸入到PLC(或模擬量擴(kuò)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(hào)經(jīng)模擬量輸出端送出，并依據(jù)此信號(hào)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(yùn)行管理工作外，泵站還有許多其他邏輯控制工作，如手動(dòng)、自動(dòng)操作轉(zhuǎn)換，泵站的工作狀態(tài)指示，泵站工作異常的報(bào)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(tái)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(guò)控制可保證三臺(tái)水泵的運(yùn)行時(shí)間和開(kāi)啟次數(shù)接近，從而延長(zhǎng)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(jì)算機(jī)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(guó)是50Hz/s。

交流電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)的磁極對(duì)數(shù)。異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為n=n1(1－S)式中：S為異步電動(dòng)機(jī)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(guò)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(duì)整流電路的輸出進(jìn)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(fù)載多為呈感性的異步電動(dòng)機(jī)，無(wú)論電動(dòng)機(jī)處于電動(dòng)或發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)，其功率因數(shù)都不會(huì)為l，在中間直流環(huán)節(jié)和電動(dòng)機(jī)間總有無(wú)功功率交換，這種無(wú)功能量要靠中間直流環(huán)節(jié)的儲(chǔ)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(chǔ)能環(huán)節(jié)。

(3)逆變器：即負(fù)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(hào)檢測(cè)電路、門極驅(qū)動(dòng)電路、外部接口電路及保護(hù)電路，其作用是完成對(duì)逆變器的開(kāi)關(guān)控制以及對(duì)整流器的電壓控制和各種保護(hù)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(chǔ)能元件在整流電路是電壓源時(shí)為大容量的電解電容，電流源時(shí)是大容量的電感。為了電動(dòng)機(jī)制動(dòng)的需要，中間電路中有時(shí)還包括制動(dòng)電阻及輔助電路。逆變電路最常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)形式是利用6個(gè)電力電子主開(kāi)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(kāi)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(dòng)機(jī)漏阻抗的作用，在低頻段時(shí)，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(shí)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(dòng)機(jī)的實(shí)際運(yùn)行速度加上該速度下電動(dòng)機(jī)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(guò)對(duì)轉(zhuǎn)差頻率的控制，可實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)的定子電流矢量分解，算出定子電流的磁場(chǎng)分量及轉(zhuǎn)矩分量，并分別控制。矢量控制提高了變頻器對(duì)電動(dòng)機(jī)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(fù)載及要求不高的反抗性負(fù)載，高功能型變頻器適用于位能性負(fù)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(shí)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(shí)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(guò)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(guò)操作面板的按鈕手動(dòng)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(guò)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(guò)功能碼設(shè)定。頻率段通過(guò)外部端子選擇。通常在變頻器控制端子中設(shè)置幾個(gè)控制端，如圖7-6中的三個(gè)端子X(jué)1、X2、X3，它們的7種組合選定了7種工作頻率值，三個(gè)端子的接通組合可通過(guò)機(jī)外設(shè)備(如PLC)控制實(shí)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(dāng)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(shí)，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(guò)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(jì)了專用通信協(xié)議。7.2.3PLC模擬量擴(kuò)展模塊的配置及應(yīng)用

模擬量擴(kuò)展模塊有單獨(dú)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(gè)通道，可同時(shí)接收處理4路模擬量輸入信號(hào)，最大分辨率為12位。輸入信號(hào)可以是－10～+10V的電壓信號(hào)(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(hào)。模擬量信號(hào)可通過(guò)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(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

(1)若輸入電壓波動(dòng)，或存在外部干擾，可以接一個(gè)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(guò)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(kuò)展模塊位置從左至右依次編號(hào)(擴(kuò)展單元不占編號(hào))，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(hào)

2.?FX2N-4AD四通道模擬量輸入模塊緩沖存儲(chǔ)器(BFM)的分配

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

(1)?BFM#0，用于通道選擇。4個(gè)通道的模擬輸入信號(hào)范圍用4位十六進(jìn)制數(shù)表示。十六進(jìn)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(jìn)制數(shù)字為“H3310”，表示通道CH4、CH3關(guān)閉(未使用)，2號(hào)通道CH2的輸入信號(hào)范圍為4～20mA，1號(hào)通道CH1的輸入信號(hào)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(dāng)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(rèn)值)；BFM#15設(shè)為1，則為高速轉(zhuǎn)換速度，即6ms/通道。

(6)?BFM#20，復(fù)位到缺省值和預(yù)設(shè)值，默認(rèn)值為0。BFM#20設(shè)為1，則模塊的所有設(shè)置都復(fù)位成默認(rèn)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(rèn)值)，則可改變?cè)鲆婧推谩Ｔ鲆婧推玫囊饬x可由圖7-9說(shuō)明。圖中：偏置為橫軸上的截距，表示數(shù)字量輸出為0時(shí)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(shí)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(dāng)置1時(shí)調(diào)整，置0時(shí)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(chǔ)單元，單位為mV或μA。BFM#23(偏置)的默認(rèn)值為0000，BFM#24(增益)的默認(rèn)值為5000。當(dāng)BFM#22指定單元中的某位置1時(shí)，偏置值及增益值會(huì)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(cuò)誤狀態(tài)信息。其中，b0為ON，表示有錯(cuò)誤；b1為ON，表示存在偏置及增益錯(cuò)誤；b2為ON，表示存在電源故障；b3為ON，表示存在硬件錯(cuò)誤等。

(11)?BFM#30，存放模塊的識(shí)別碼K2010。用戶在使用程序中可方便地利用這一識(shí)別碼在傳送數(shù)據(jù)前先確認(rèn)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(lái)將12位數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬量電壓或電流輸出。它具有2個(gè)模擬量輸出通道。這兩個(gè)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(hào)或4～20mA(分辨率

4μA)的電流信號(hào)。模擬量輸出可通過(guò)雙絞屏蔽電纜與驅(qū)動(dòng)負(fù)載相連，連接方法如圖7-10所示。當(dāng)使用電壓輸出時(shí)，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(shí)裝在FX2N基本單元的右邊，將消耗基本單元或電源擴(kuò)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(shí)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(shí)，其偏置和增益是經(jīng)過(guò)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(shí)，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(gè)緩沖存儲(chǔ)器，只用兩個(gè)：

(1)?BFM#16，輸出數(shù)據(jù)的當(dāng)前值。b7～b0用于輸出數(shù)據(jù)當(dāng)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(dāng)BFM#17的B0位從“1”變成“0”時(shí)，通道2的D/A轉(zhuǎn)換開(kāi)始；當(dāng)b1位從“1”變成“0”時(shí)，通道1的D/A轉(zhuǎn)換開(kāi)始；當(dāng)b2位從“1”變?yōu)椤?”時(shí)，D/A轉(zhuǎn)換的低8位數(shù)據(jù)被保持。其余各位沒(méi)有意義。

5.模塊的讀寫操作及程序?qū)嵗?/p>

擴(kuò)展模塊與主機(jī)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(hào)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(hào)特殊模塊位置，通道1和通道2的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)分別被存放在數(shù)據(jù)寄存器D10和D11中。當(dāng)輸入X000接通時(shí)，通道1進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換；當(dāng)輸入X001接通時(shí)，通道2進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換。圖7-12所示為通道1進(jìn)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(guò)程變量PV的差)達(dá)到預(yù)定指標(biāo)、使系統(tǒng)實(shí)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(yùn)算指令如表7-2所示。

PID運(yùn)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(biāo)值SV，[S2]為當(dāng)前測(cè)定的反饋值PV，參數(shù)[S3]占用從S3開(kāi)始的25個(gè)數(shù)據(jù)寄存器，其中[S3]～[S3]+6用來(lái)存放PID控制參數(shù)，執(zhí)行PID運(yùn)算的輸出結(jié)果MV存于[D]中。對(duì)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(kāi)始運(yùn)行時(shí)使用程序清空原來(lái)存放的數(shù)據(jù)。圖7-13PID運(yùn)算指令梯形圖在PID開(kāi)始運(yùn)算之前，應(yīng)使用MOV指令對(duì)目標(biāo)值、測(cè)定值及控制參數(shù)進(jìn)行設(shè)定。其中：測(cè)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(biāo)值為結(jié)合工程實(shí)際、傳感器測(cè)量范圍、模/數(shù)轉(zhuǎn)換字長(zhǎng)等參數(shù)的設(shè)定值，它應(yīng)當(dāng)是控制系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的期望值；控制參數(shù)則為PID運(yùn)算相關(guān)的參數(shù)。

表7-3給出了控制參數(shù)[S3]的25個(gè)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(shí)例

下面介紹一個(gè)以三臺(tái)泵組構(gòu)成的生活/消防雙恒壓無(wú)塔供水泵站的實(shí)例，如圖7-14所示。市網(wǎng)自來(lái)水用高低水位控制器EQ來(lái)控制注水閥YV1，自動(dòng)把水注滿儲(chǔ)水池，只要水位低于高水位，則自動(dòng)往水池注水。水池的高/低水位信號(hào)也直接送給PLC，作為高/低水位報(bào)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(tái)泵，平時(shí)電磁閥YV2處于失電狀態(tài)，關(guān)閉消防管網(wǎng)，三臺(tái)泵根據(jù)生活用水的多少，按一定的控制邏輯運(yùn)行，維持生活用水低恒壓值。當(dāng)有火災(zāi)發(fā)生時(shí)，電磁閥YV2得電，關(guān)閉生活用水管網(wǎng)，三臺(tái)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(tái)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(shí)，系統(tǒng)低恒壓值運(yùn)行；消防供水時(shí)，系統(tǒng)高恒壓值運(yùn)行。

(2)三臺(tái)泵根據(jù)恒壓的需要，采取“先開(kāi)先停”的原則接入和退出。

(3)在用水量小的情況下，如果一臺(tái)泵連續(xù)運(yùn)行時(shí)間超過(guò)3?h，則要切換下一臺(tái)泵，即系統(tǒng)具有“倒泵功能”，以避免某一臺(tái)泵工作時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。

(4)三臺(tái)泵在啟動(dòng)時(shí)都要有軟啟動(dòng)功能。

(5)要有完善的報(bào)警功能。

(6)對(duì)泵的操作要有手動(dòng)控制功能，手動(dòng)只在應(yīng)急或檢修時(shí)臨時(shí)使用。

2.控制系統(tǒng)的I/O點(diǎn)及地址分配

根據(jù)圖7-14及以上控制要求統(tǒng)計(jì)控制系統(tǒng)的輸入/輸出信號(hào)的名稱、代碼及地址編號(hào)，如表7-4所示。水位上、下限信號(hào)分別為X001、X002，它們?cè)谒蜎](méi)時(shí)為0，露出時(shí)為1。

3.?PLC系統(tǒng)選型

系統(tǒng)有開(kāi)關(guān)量輸入點(diǎn)6個(gè)、開(kāi)關(guān)量輸出點(diǎn)12個(gè)；模擬量輸入點(diǎn)1個(gè)、模擬量輸出點(diǎn)1個(gè)。選用三菱FX2N-32MR一臺(tái)，加上一臺(tái)模擬量擴(kuò)展模塊FX2N-4AD和一臺(tái)模擬量擴(kuò)展模塊FX2N-2DA構(gòu)成系統(tǒng)。整個(gè)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(tái)電動(dòng)機(jī)分別為M1、M2、M3；接觸器KM1、KM3、KM5分別控制M1、M2、M3電動(dòng)機(jī)的工頻運(yùn)行；接觸器KM2、KM4、KM6分別控制M1、M2、M3電動(dòng)機(jī)的變頻運(yùn)行；FR1、FR2、FR3分別為三臺(tái)水泵電動(dòng)機(jī)過(guò)載保護(hù)用的熱繼電器；QS1、QS2、QS3、QS4分別為變頻器和三臺(tái)泵電動(dòng)機(jī)主電路的隔離開(kāi)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(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，SA置于1位為手動(dòng)控制，置于2位為自動(dòng)控制；HL10為自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)電源指示燈。手動(dòng)運(yùn)行時(shí)，可用按鈕SB1～SB8控制三臺(tái)泵的啟/停和電磁閥YV2的通/斷。自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)在PLC程序控制下運(yùn)行。

對(duì)變頻器頻率進(jìn)行復(fù)位時(shí)只提供一個(gè)輔助觸點(diǎn)信號(hào)KA，由于PLC是4個(gè)輸出點(diǎn)為一組共用一個(gè)COM端，而本系統(tǒng)又沒(méi)有剩下單獨(dú)的COM端輸出組，因此通過(guò)一個(gè)中間繼電器KA的觸點(diǎn)對(duì)變頻器頻率進(jìn)行復(fù)位控制。圖7-17中的Y000～Y005及Y010～Y015為PLC的輸出繼電器觸點(diǎn)，它們旁邊的4、6、8等數(shù)字為接線編號(hào)。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(kuò)展模塊外圍接線圖。發(fā)生火災(zāi)時(shí)，火災(zāi)信號(hào)SA被觸動(dòng)，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(hù)措施和系統(tǒng)保護(hù)措施。圖7-18恒壓供水控制系統(tǒng)PLC及擴(kuò)展模塊外圍接線圖

5.系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

硬件連接確定之后，系統(tǒng)的控制功能主要通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)，軟件設(shè)計(jì)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(shuō)過(guò)，為了恒定水壓，在水壓降落時(shí)要升高變頻器的輸出頻率，且在一臺(tái)泵工作不能滿足恒壓要求時(shí)，需啟動(dòng)第二臺(tái)泵或第三臺(tái)泵。判斷需啟動(dòng)新泵的標(biāo)準(zhǔn)是變頻器的輸出頻率達(dá)到設(shè)定的上限值。這一功能可通過(guò)比較指令實(shí)現(xiàn)。為了判斷變頻器工作頻率達(dá)上限值的確實(shí)性，應(yīng)過(guò)濾掉因偶然的頻率波動(dòng)而引起的頻率達(dá)到上限的情況，在程序中考慮采取時(shí)間濾波。

2)