实训任务2：恒压供水的PID控制优化

1.实训任务

设计一个利用PLC的PID控制的变频恒压供水系统，并在实训室完成模拟调试。

（1）控制要求

1）系统共有两台水泵，按设计要求一台运行，一台备用，自动运行时，水泵累计运行100h轮换一次，手动运行时不轮换。

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

3）轮换后起动和停电后起动需5s报警，运行异常时可自动切换到备用泵，并报警。

4）采用PLC的PID调节功能来实现压力恒定。

5）采用PLC的特殊功能模块FX_0N-3A的模拟输出来控制变频器的频率，从而调节电动机的转速。

6）系统设定压力在0～10kg可调，并可通过触摸屏进行设定。

7）触摸屏可以显示设定压力、实际压力、水泵的运行时间、转速及报警信号等。

8）变频器的其余参数自行设定。

（2）实训目的

2.实训目的

1）了解恒压供水的工作原理及系统的结构。

2）掌握PLC的PID控制参数的设置。

3）掌握PLC、变频器、触摸屏和FX_0N-3A模拟量模块的综合应用。

4）掌握PLC、变频器和外部设备的电路设计和程序设计。

5）能运用PLC、变频器、触摸屏等新器件解决工程实际问题。

3.实训步骤

（1）软元件分配

1）触摸屏的输入信号：M500——自动起动；M503——1、2号泵切换；M100——手动1号泵；M101——手动2号泵；M102——停止；M103——运行时间复位；M104——清除报警；D500——设定压力。

2）触摸屏的输出信号：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——实际压力；D102——电动机的转速；D501——水泵累计运行的时间（分）；D502——水泵累计运行的时间（时）；M501——手动运行；M502——自动运行。

3）PLC的输入信号：X1——1号泵水流开关；X2——2号泵水流开关；X3——过压保护。

4）PLC的输出信号：Y0——1号泵KM1；Y1——2号泵KM2；Y4——报警器；Y10——变频器STF。

（2）触摸屏界面设计

根据控制要求及I/O分配，按图7-87～图7-89所示制作触摸屏界面。

图7-87 1号界面：登陆

图7-88 2号界面：手动运行监控

图7-89 触摸屏界面

（3）PLC程序

根据控制要求，PLC程序如图7-90所示。

图7-90 PLC程序

图7-90 PLC程序（续）

图7-90 PLC程序（续）

（4）变频器设置

1）上限频率Pr.1=50Hz；

2）下限频率Pr.2=30Hz；(www.xing528.com)

3）基底频率Pr.3=50Hz；

4）加速时间Pr.7=3s；

5）减速时间Pr.8=3s；

6）电子过电流保护Pr.9=电动机的额定电流；

7）起动频率Pr.13=10Hz；

8）DU面板的第3监视功能为变频繁器的输出功率Pr.5=14；

9）智能模式选择为节能模式Pr.60=4；

10）设定端子2与5的频率设定为电压信号0～10V Pr.73=0；

11）允许所有参数的读/写Pr.160=0；

12）操作模式选择（外部运行）Pr.79=2；

13）其他设置为默认值。

（5）系统接线图

根据控制要求及I/O分配，其系统接线如图7-91所示。

图7-91 恒压供水的控制系统接线图

（6）实训器材

根据控制要求、I/O分配及系统接线图，完成本实训需要配备恒压供水实训装置1套或采用下列实训器材进行模拟实训。

1）PLC应用技术综合实训装置1台。

2）AC 220V接触器2个。

3）F940触摸屏1台。

4）A540变频器1台。

5）FX_0N-3A模块1个（含压力传感器1个）。

6）计算机1台（已安装GPP软件、GD Designer软件）。

7）电动机2台。

（7）系统调试

1）将触摸屏RS-232接口与计算机连接，将触摸屏RS-422接口与PLC编程接口连接，编写好FX_0N-3A偏移/增益调整程序，连接好FX_0N-3A模块，通过OFFSET/GAIN调整偏移/增益。

2）按图7-89所示设计好触摸屏界面，并设置好各控件的属性；按图7-90所示编写好PLC程序，并分别传送到触摸屏和PLC。

3）将PLC运行开关置于STOP，程序设定为监视状态，按触摸屏上的按钮，观察程序中触点的动作情况，如动作不正确，检查触摸屏属性设置和程序是否对应。

4）系统时间应正确显示。

5）改变触摸屏输入寄存器的值，观察程序对应寄存器值的变化。

6）按图7-91所示连接好PLC、变频器及其外围电路。

7）将PLC运行开关置于RUN，将系统压力设定为3kg。

8）按手动起动，设备应正常起动，观察各设备运行是否正常，变频器输出频率是否相对平稳，实际压力与设定压力的偏差是否适当。

9）如果水压在设定值上下有剧烈的抖动，则应该调节PID指令的微分参数，将其设定小一些，同时适当增加积分参数值。如果调整过于缓慢，水压的上下偏差很大，则系统比例常数太大，应适当减小。

10）测试其他功能，观察是否与控制要求相符。

4.实训报告

（1）分析与总结

1）根据实际的操作过程，写出PID调节的具体步骤。

2）分析程序并解释程序的工作原理。

（2）巩固与提高

1）程序可能会出现手动运行和自动运行切换时输出不能复位，如何解决？

2）若没有触摸屏，则系统该如何设计？