经典案例-模拟量控制的应用实例

用三菱FX2N PLC与A740变频器设计一个带PID控制的恒压供水系统。

1.系统控制要求

1）有两台水泵，按设计要求一台运行，一台备用，自动运行时泵运行累计100h轮换一次，手动时不切换。

2）两台水泵分别由电动机M₁、M₂拖动，电动机同步转速为3000r/min，由KM₁、KM₂控制。

3）切换后起动和停电后起动需5s报警，运行异常可自动切换到备用泵，并报警。

4）采用PLC的PID调节指令。

5）变频器（使用三菱FR-A740）采用PLC的特殊功能单元FX0N-3A的模拟输出，调节电动机的转速。

6）水压在0～10kg可调，通过触摸屏（使用三菱F940）输入调节。

7）触摸屏可以显示设定水压、实际水压、水泵的运行时间、转速、报警信号等。

8）变频器的其余参数自行设定。

2.系统设计

（1）I/O分配情况

1）PLC输入：

X1：1号泵水流开关；X2：2号泵水流开关；X3：过电压保护。

2）PLC输出

Y1：KM₁；Y2：KM₂；Y4：报警器；10：变频器STF。

（2）根据控制要求及I/O分配情况，其系统接线图如图5-26所示。

（3）触摸屏画面设计（见图5-27）

1）触摸屏输入：M500：自动起动；M100：手动1号泵；M101：手动2号泵；M102：停止；M103：运行时间；M104：清除报警；D500：水压设定。

2）触摸屏输出：Y0：1号泵运行指示；Y1：2号泵运行指示；T20：1号泵故障；T21：2号泵故障；D101：当前水压；D502：泵累计运行的时间；(www.xing528.com)

D102：电动机的转速。

图5-26 恒压供水系统接线图

图5-27 触摸屏画面设计

a）1号画面b）2号画面c）3号画面

（4）PLC控制程序（见图5-28所示）

图5-28 PLC控制程序

图5-28 （续）

图5-28 （续）

图5-28 （续）

PLC得电后，通过程序把模块中的模拟量压力信号转化成压力数字量（D160），将压力的数据寄存器D160的值除以25以校正压力的实际值（由特殊功能模拟模块FX0N-3A的资料可知：因0～10kg压力对应压力变送器4～20mA的电流信号，进而对应的是A-D数值0～250，所以压力与数值的关系是1∶25）。

在该系统中我们规定了电动机同步转速为3000r/min，在PID运算中通过选择合适的PID参数，使得运算的输出值（MV值）范围为0～3000，同时限定输出值的上限为3000，下限为0，对应为电动机的转速变化，因而PID运算的MV值D150与模拟量模块的输出值对应关系为12∶1（由特殊功能模拟模块FX0N-3A的资料可知：其D-A通道的数值0～250对应的是0～3000r/min的电动机转速，则数值与转速的关系是1∶12）。另外，因该系统中电动机的转速是与压力成正比的，转速加大，压力也加大，因而为了进行系统的压力调节，在该系统中PID指令的[S3]+1字节的动作方向设置为bit0=1，选择逆动作。

（5）变频器设置

1）上限频率pr1=50Hz；2）下限频率pr2=0Hz；3）基底频率pr3=50Hz；4）加速时间pr7=5s；5）减速时间pr8=5s；6）电子过电流保护pr9=电动机的额定电流；7）起动频率pr13=5Hz；8）智能模式选择为节能模式pr60=4；9）设定端子2～5间的频率设定为电压信号0～10V，pr73=0；11）操作模式选择（外部运行）pr79=2；12）其他设置为默认值。