经典设计举例：6.7.4机床PLC控制系统

例6-1：原有传统机床的PLC技术改造设计

学习PLC技术的一个突出应用就是能够对大量存在的原有传统机床进行技术改造设计，使其升级换代，发挥更大效用。下面就以某卧式镗床继电器控制系统为例，将其改造设计为PLC控制系统。

1.移植设计法

对原有机床继电器控制系统进行PLC改造设计通常采用移植设计法。用PLC控制取代继电器控制已是大势所趋，用PLC改造继电器控制系统，根据原有的继电器电路图来设计PLC梯形图显然是一捷径。这是由于原有的继电器控制系统经过长期的使用和考验，已经被证明能完成系统要求的控制功能，而继电器电路图又与PLC的梯形图极为相似，因此可以将继电器电路图经过适当的“翻译”，直接转化为具有相同功能的PLC梯形图程序，所以将这种设计方法称为“移植设计法”或者“翻译法”。这种设计方法没有改变系统的外部特性，对于操作工人来说，除了控制系统可靠性提高了之外，改造前后的系统没有什么区别，他们不用改变长期形成的操作习惯。这种设计方法一般不需要改动控制面板及器件，因此可以减少硬件改造的费用和改造的工作量。

继电器电路图是一个纯硬件电路图。将它改造为PLC控制时，需要用PLC的外部接线图和梯形图来等效继电器电路图。可以将PLC想象成是一个控制箱，其外部接线圈描述了这个控制箱的外部接线，梯形图是这个控制箱的内部“线路图”，梯形图中的输入位和输出位是这个控制箱与外部世界联系的“接口继电器”，这样就可以用分析继电器电路图的方法来分析PLC控制系统。在分析梯形图时可以将输入位的触点想象成对应的外部输入器件的触点，将输出位的线圈想象成对应的外部负载的线圈。外部负载的线圈除了受梯形图的控制外，还能受外部触点的控制。

将继电器控制电路图转换成为功能相同的PLC控制外部接线图和梯形图的步骤如下：

1）了解和熟悉被控设备的工作原理、工艺过程和机械的动作情况，根据继电器电路图分析和掌握控制系统的工作原理。

2）确定PLC的输入信号和输出负载。继电器电路图中的交流接触器和电磁阀等执行机构如果用PLC的输出位来控制，它们的线圈在PLC的输出端。按钮、操作开关和行程开关、接近开关等提供PLC的数字量输入信号。继电器电路图中的中间继电器和时间继电器的功能用PLC内部的存储器位和定时器来完成，它们与PLC的输入位、输出位无关。

3）选择PLC的型号，根据系统所需要的功能和规模选择CPU模块、电源模块、数字量输入和输出模块，对硬件进行组态，确定输入输出模块在机架中的安装位置和它们的起始地址。

4）确定PLC各数字量输入信号与输出负载对应的输入位和输出位的地址，画出PLC的外部接线图。各输入和输出在梯形图中的地址取决于它们模块的起始地址和模块中的接线端子号。

5）确定与继电器电路图中的中间继电器、时间继电器对应的梯形图中的存储器和定时器、计数器的地址。

6）根据上述的对应关系画出梯形图。

台移动互锁限位开关，SQ₇和SQ₈是镗头架和工作台的正、反向快速移动开关。

图6-20 某卧式镗床继电器控制系统的电路图

2.原有的电气控制原理图

某卧式镗床继电器控制系统的电路图如图6-20所示，它包括主电路、控制电路、照明电路和指示电路。镗床的主轴电动机M₁是双速异步电动机，中间继电器KA₁和KA₂控制主轴电动机的启动和停止；接触器KM₁和KM₂控制主轴电动机的正反转；接触器KM₄、KM₅和时间继电器KT控制主轴电动机的变速；接触器KM₃用来短接串在定子回路的制动电阻。SQ₁、SQ₂和SQ₃、SQ₄是变速操纵盘上的限位开关，SQ₅和SQ₆是主轴进刀与工作

3.PLC控制的改造设计

在改造后设计的PLC控制系统外部接线图中，其主电路、照明电路和指示电路同原电路保留不变，只是其控制电路的功能改由PLC实现。根据原控制电路中输入/输出信号的数量选择适用的PLC，并进行I/O端口的地址分配，画出PLC控制的I/O实际接线图，如图6-21所示。

图6-21 某卧式镗床PLC控制的I/O实际接线图

根据PLC的I/O对应关系，再加上原控制电路（见图6-20）中KA₁、KA₂和KT分别与PLC内部的M300、M301和T37相对应，可设计出PLC控制的用户程序，如图6-22所示。

4.设计说明

设计过程中应注意梯形图与继电器电路图的区别。梯形图是一种软件，是PLC图形化的程序，PLC梯形图是串行工作的，而在继电器电路图中，各电器可以同时动作（并行工作）。

根据原继电器控制电路图设计PLC控制的外部接线图和梯形图时应注意以下问题：

（1）应遵守梯形图语言中的语法规定 由于工作原理不同，梯形图不能照搬继电器电路中的某些处理方法。例如在继电器电路中，依据原理触点是可以放在线圈两侧的（但不提倡，避免使用）；但是在梯形图中，线圈必须放在电路的最右边（触点绝对不能放在线圈两侧）。

（2）适当地分离继电器电路图中的某些电路 设计继电器电路图时的一个基本原则是尽量减少图中使用的触点个数，因为这意味着成本的节约，但是这往往会使某些线圈的控制电路交织在一起；而在设计PLC控制梯形图时首要问题是设计思路要清楚，设计出的梯形图容易阅读和理解，并不是特别在意是否多用了几个触点，因为这不会增加硬件的成本，只是在输入程序时需要多花一些时间。

（3）尽量减少PLC的输入和输出端子PLC的价格与I/O端子数有关，因此减少输入、输出信号的点数是降低硬件费用的主要措施。在PLC的外部输入电路中，各输入端可以接常开触点或常闭触点，也可以接触点组成的串、并联电路。PLC不能识别外部电路的结构和触点类型，只能识别外部电路的通断。

图6-22 某卧式镗床PLC控制的用户程序

a）梯形图程序 b）语句表程序

（4）代换时间继电器 物理时间继电器有通电延时型和断电延时型两种。通电延时型时间继电器，其延时动作的触点有通电延时闭合和通电延时断开两种。断电延时型时间继电器，其延时动作的触点有断电延时闭合和断电延时断开两种。而在用PLC控制时，时间继电器可以用PLC的定时器或计数器或者是二者的组合来代替，使用方便，灵活可靠，精度高。

（5）设置中间单元 在梯形图中，若多个线圈都受某一触点串、并联电路的控制，为了简化电路，在梯形图中可以设置中间单元，即用该电路来控制某存储位，在各线圈的控制电路中使用其常开触点。这种中间元件类似于继电器电路中的中间继电器。

（6）设立外部硬件互锁电路 控制异步电动机正反转的交流接触器如果同时动作，将会造成三相电源短路。为了避免出现这样的事故，应在PLC外部设置硬件互锁电路。

（7）重新确定外部负载的额定电压PLC双向晶闸管输出模块一般只能驱动额定电压AC220V的负载，如果系统原来的交流接触器的线圈电压为380V，应换成220V的线圈，或是设置外部中间继电器进行电压转换。

例6-2：新型机床设备的PLC控制系统创新开发设计

学习PLC技术的另一个突出应用就是应用PLC技术创新设计以前没有的新型机床设备PLC控制系统，开发研制新的现代化机床设备，赶超世界先进水平，缩短我国机床设备与世界先进水平之间的技术差距。下边仅以搬运工件的机械手为例，介绍其创新开发设计的方法。

1.机械手搬运工件的生产工艺过程分析

机械手将工件从A点向B点移送的工作过程示意图如图6-23所示。机械手的上升、下降与左移、右移都是由双线圈二位电磁阀驱动气缸来实现的。抓手对物件的松开、夹紧由一个单线圈二位电磁阀驱动气缸完成，只有在电磁阀通电时抓手才能夹紧。该机械手工作原点在左上方，按①下降→②夹紧→③上升→④右移→⑤下降→⑥松开→⑦上升→⑧左移的顺序依次运行。

图6-23 机械手工作过程示意图

2.PLC的I/O接点地址

根据搬运机械手的工艺过程和控制要求，选择PLC，并分配其I/O接点地址，见表6-46。

表6-46 输入/输出点地址分配

3.机械手自动运行方式的状态转移图

根据机械手搬运工件的工作过程，可以编写出机械手自动运行方式下的状态转移图，如图6-24所示。

S0.0为初始状态，用双线框表示。当辅助继电器M1.0、Q0.0接通时，状态从S0.0向S0.1转移，下降输出Q0.0动作。当下限位开关I0.0接通时，状态S0.1向S0.2转移，下降输出Q0.0切断，夹紧输出Q0.1接通并保持。同时启动定时器T37。5s后定时器T37的接点动作，转至状态S0.3，上升输出Q0.2动作。当上升限位开关I0.2动作时，右移输出Q0.3动作。当右移限位开关I0.3接通，转至S0.4状态时，下降输出Q0.0再次动作。当下降限位开关I0.1又接通时，状态转移至S0.5，使输出Q0.1复位，即夹钳松开，同时启动定时器T38。3s之后状态转移到S0.6，上升输出Q0.2动作。到上限位开关I0.2接通，状态转移至S0.7，左移输出Q0.4动作，到达左限位开关I0.4接通，状态返回S0.0，在没有按下停止按钮时，又进入下一个循环，直到按下停止按钮为止。

4.PLC控制的用户程序设计

根据状态转移图就可以编写出机械手自动运行方式下的梯形图程序，如图6-25所示。

例6-3：PLC对变频器的控制应用设计

随着现代高新技术的日益发展和电子产品价格的不断降低，变频器在现代机床控制中的应用越来越广泛。变频器在现代机床控制系统中主要作为执行机构来使用，有的变频器还有闭环PID控制和时间顺序控制的功能。PLC和变频器都是以计算机技术为基础的现代工业控制产品，将二者有机地结合起来，用PLC来控制变频器，是当代机床控制中经常遇到的问题。常见的控制要求有：

1）用PLC控制变频电动机的旋转方向、转速和加速、减速时间。

2）实现电动机的工频电源和变频电源之间的切换。

图6-24 机械手自动运行方式下的状态转移图

图6-25 机械手自动运行方式下的梯形图程序

图6-25 机械手自动运行方式下的梯形图程序（续）

3）实现变频器与多台电动机之间的切换控制。

4）通过通信实现PLC对变频器的控制，将变频器纳入工厂自动化通信网络。

1.变频器输出频率的控制

（1）PLC控制变频器输出频率的方法

1）用PLC的模拟量输出模块提供变频器的频率给定信号。PLC模拟量输出模块输出的直流电压或直流电流信号送给变频器的模拟量转速给定输入端，用模拟量输出信号控制变频器的输出频率。这种控制方式的硬件接线简单，但是PLC的模拟量输出模块价格较高，模拟信号可能会受到干扰信号的影响。

2）用PLC的数字量输出信号有级调节变频器的输出频率。PLC的数字量输出/输入点一般可以与变频器的数字量输入/输出点直接相连，这种控制方式的接线简单，抗干扰能力强。用PLC的数字量输出模块可以控制变频器的正/反转、有级调节转速和加/减速时间。虽然只能有级调节，但是对于大多数系统，这也足够用了。

3）用串行通信提供频率给定信号。PLC和变频器之间的串行通信除了可以提供频率给定信号外，还可以传送大量的参数设置信息和状态信息。S7—200和西门子的变频器都带有RS—485通信接口，使用USS协议可实现S7—200与西门子变频器的通信。

4）用PLC的高速脉冲输出信号作为频率给定信号。某些变频器有高速脉冲输入功能，可以用PLC输出的高速脉冲频率作为变频器的频率给定信号。

（2）与频率给定值有关的变频器参数设置 变频器通过参数设置来确定接收频率指令的方法。以安川的F7系列为例，可以用参数b1—01设置5种频率指令的输入方法：

1）通过变频器的数字式操作器。

2）通过模拟量输入端子（见图6-26）A1，用电位器输入电压形式的频率给定值；通过端子A2可以输入电压或电流形式的频率给定值。

3）通过Modbus通信。

4）通过可选用的卡。

5）通过脉冲输入端子RP输入脉冲，用参数H6—01设置脉冲信号是PID控制器的反馈值或设定值，用参数H6—01设置对应于100%变频器输出频率的脉冲频率值。

（3）变频器的转速和电动机旋转方向的控制 下面将通过一个案例介绍用PLC控制变频器的方法。

PLC的输入点I0.0和I0.1用来接收按钮SB₁和SB₂的指令信号（见图6-26），通过PLC的输出点Q0.0和接触器KM控制变频器电源的接通和断开。

图6-26 正反转控制电路

按下“接通电源”按钮SB₁，I0.0变为1状态，使Q0.0置位，接触器KM的线圈得电，其主触点闭合，接通变频器的电源。

按下“断开电源”按钮SB₂，I0.1变为1状态，如果I0.2和I0.3均为0状态（SA₁在中间位置），变频器未运行，则Q0.0被复位，使接触器KM线圈断电，其主触点断开，变频器电源被切断。变频器出现故障时，I0.4的常开触点接通，亦使Q0.0复位，使变频器的电源断电，同时用Q0.3显示变频器故障信号。(www.xing528.com)

三位置旋钮开关SA₁通过I0.2和I0.3控制电动机的正转、反转运行或停止。“正转运行/停止”开关接通时正转，断开时停机。“反转运行停止”开关接通时反转，断开时停机。变频器的输出频率由接在模拟量输入端A1的电位器控制。

将SA₁旋至“反转运行”位置，I0.3变为1状态，使Q0.6动作，变频器的S2端子被接通，电动机反转运行。

将SA₁旋至中间位置，I0.2和I0.3均为0状态，使Q0.5和Q0.6的线圈断电，变频器的S1和S2端子都处于断开状态，电动机停机。

当电动机正转或反转时，I0.2或I0.3的常闭触点断开，使SB₂对应的I0.1不起作用，以防止在电动机运行时切断变频器的电源（见图6-27）。

图6-27 正反转控制的梯形图

（4）电动机的多段转速与升降速时间的控制 有很多设备并不需要连续调节转速，只要能切换若干段固定的转速就行了。几乎所有的变频器都有设置多段转速的功能，只需要用变频器的2点或3点数字量输入信号，就可以切换4段或8段转速，可以避免使用昂贵的PLC模拟量输出模块来连续调节变频器的输出频率。有的设备要求一个或两个转速段的转速给定值可以由操作人员调整，这一功能可以用接在变频器模拟量给定信号输入端的电位器来实现。其他段的转速则用变频器的参数来设置，在运行时操作人员不能修改它们。

可以用类似的方法，用变频器的一个或两个输入信号，来切换两挡或4挡加/减速时间，加速时间和减速时间的值用参数来设置。

（5）用按钮切换电动机的多段转速 图6-28用Q0.0和Q0.1来控制安川F7系列变频器转速的方向，用Q0.4～Q0.6控制变频器的8段转速，用按钮SB₃和SB₄控制转速的切换。按一次“加段号”按钮，转速的段号加1，第7段时按“加段号”按钮不起作用。按一次“减段号”按钮，转速的段号减1，第0段时按“减段号”按钮不起作用。在变频器内部用参数设定各段速度的值。

图6-28 多段转速切换的硬件电路

段号用一只七段LED共阳极显示器来显示，用共阳极七段译码驱动芯片4547来控制七段显示器。CPU 224的继电器输出点分为3组，1L～3L是各组的公共点。控制段速的Q0.4～Q0.6为第2组；显示段号的Q0.7～Q1.1为第3组，使用DC 5V电源电压。

F7系列变频器的输入端子为多功能端子，需要用参数H1—02～H1—05来指定端子S4～S7的功能，用参数b1—01和H3—09来设置模拟量输入端子A1和A2的功能。

下面是控制8段转速的程序：

2.用顺序控制设计法设计变频器转速控制程序

某龙门刨床的工作台有点动和自动循环两种工作方式。点动用来将工作台调整到合适的位置，以便摆放加工工件和为进入自动循环方式做好准备。自动循环往返工作方式用于工件的加工。图6-29给出了工作台自动运行的转速曲线。

变频器的7种转速用输入端子S4～S7（见图6-30）来切换，表6-47给出了龙门刨床工作台主拖动电动机各段转速与端子S4～S7状态之间的关系。

图6-29 工作台自动运行的转速曲线

根据表6-47，可以确定工作台自动运行各阶段（即顺序功能图中的各步）对应的变频器转速段号和各步的动作（见图6-31）。

参数d1—01～d1—08分别用于设置段速1～8的频率值，参数d1—017用于设置点动频率。

工作台自动循环往返运动由装在床身的4只行程开关来控制（见图6-30），其中I0.4和M0.5为减速行程开关，I0.2和I0.3为换向行程开关。用终端限位开关（对应于I0.0和I0.1）的常闭触点为PLC提供输入信号，防止在故障时工作台冲出极限位置。

图6-30 龙门刨床工作台自动控制硬件接线图

表6-47 变频器的频率切换表

在工作台进入自动循环往返运动之前，应在点动模式下使工作台处于前进减速行程开关I0.4和后退减速行程开关I0.5之间，变频电动机的冷却风机和液压泵应处于运行状态。

在工作台自动循环运行过程中，用Q0.0和Q0.1分别控制工作台的前进和后退，用Q0.3～Q0.5控制各段的转速切换。

外部设备（液压泵、风机和变频器）运行正常时，M5.1为1状态。左、右终端限位开关未动作时，它们的常闭触点闭合，I0.0和I0.1为1状态；未按停止按钮时，I1.4的常闭触点闭合。以上条件同时满足时，M5.0的线圈通电（见图6-31），才能进行自动运行。

在工作台自动运行的过程中，只要外部设备有故障（M5.1为OFF）、按了停止按钮I1.4或终端限位开关I0.0和I0.1动作（变为0状态），M5.0的线圈都会断电，使M0.1～M0.7的线圈全部断电，除初始步之外的其他步全部都变为不活动步，输出点均为0状态，工作台停止运动。同时初始步M0.0变为活动步，为下次启动工作台自动运行做好准备。

在初始步，如果外部设备运行正常（M5.1为ON），并且前进减速行程开关I0.2与前进换向行程开关I0.4都没有动作（均为0状态），按下前进按钮I1.0，步M0.1变为活动步，工作台前进。碰到前进减速行程开关I0.4，M0.2变为1状态（见顺序功能图），开始减速运行。碰到前进换向行程开关I0.2，M0.3变为1状态，工作台慢速后退。离开前进减速行程开关I0.4时，M0.4变为1状态，工作台快速后退。后退行程开关I0.5动作时，M0.5变为1状态，工作台减速后退。后退换向行程开关I0.3动作时，M0.6变为1状态，工作台进入慢速切入阶段，以防止工件边沿接触刀具时崩裂。离开后退换向行程开关I0.3时，M0.7变为1状态，工作台慢速前进。离开后退减速行程开关I0.5时，M0.1变为1状态，工作台快速前进，开始下一周期的操作。这样工作台将按图6-29所示的速度曲线周期性地自动运行。

在PLC上电时，初始化脉冲SM0.1的常开触点闭合一个扫描周期，使初始步M0.0变为活动步。

根据系统的顺序功能图，用“启—保—停”电路设计出控制各步的梯形图（见图6-31），从顺序功能图可以看出每个输出继电器在哪几步为1状态，由此可以设计出与速度控制有关的输出继电器的控制电路（见图6-32）。

图6-31 工作台自动循环往返顺序功能图与梯形图

a）顺序功能图 b）梯形图

图6-32 输出继电器的控制电路

3.用PLC切换电动机的变频电源和工频电源

为了保证在变频器出现故障时设备仍能继续运行，很多设备都要求设置工频运行和变频运行两种模式。有的还要求变频器因为故障跳闸时，可以自动切换为工频运行方式，同时发出报警信号。

（1）单台电动机的电源切换 在工频/变频控制的主电路中（见图6-33），接触器KM₁和KM₂动作时为变频运行，KM₃动作时工频电源直接接到电动机。

图6-33 工频/变频电源切换控制电路

工频电源如果接到变频器的输出端，将会损坏变频器，所以KM₂和KM₃绝对不能同时动作，相互之间必须设置可靠的互锁。

即使采取了上述措施，也仅能保证KM₂和KM₃的线圈不会同时通电。如果在运行时维修人员或操作人员用手按压某个接触器的活动触点部分，仍有可能使KM₂和KM₃的主触点同时接通，导致变频器损坏。因此建议KM₂和KM₃采用交流接触器的机械联锁。

在工频运行时，变频器不能对电动机进行过载保护，所以设置了热继电器FR，用它提供对工频运行时的过载保护。

旋钮开关SA₁用于切换PLC的工频运行模式或变频运行模式，按钮SB₅用于变频器出故障后对故障信号复位。

1）工频运行。工频运行时将选择开关SA₁扳到“工频模式”位置，I0.4为1状态，为工频运行做好准备。

按下“电源接通”按钮SB₁，I0.0变为1状态，使Q0.2的线圈通电并保持（见图6-34），接触器KM₃动作，电动机在工频电压下启动并运行。

图6-34 电源切换控制梯形图

工频运行时I0.4的常闭触点断开，按下“电源断开”按钮SB₂，I0.1的常闭触点断开，使Q0.2的线圈断电，接触器KM₃失电，电动机停止运行。如果电动机过载，热继电器FR的常闭触点断开，I0.7变为0状态，Q0.2的线圈也会断电，使接触器KM₃失电，电动机停止运行。

2）变频运行。变频运行时将选择开关SA₁旋至“变频模式”位置，I0.5为1状态，为变频运行做好准备。按下“电源接通”按钮SB₁，I0.0变为1状态，使Q0.0和Q0.1的线圈通电，接触器KM₁和KM₂动作，接通变频器的电源，并将电动机接至变频器的输出端。

接通变频器电源后，按下变频启动按钮SB₃，I0.2变为1状态，使Q0.4线圈通电，变频器的S1端子被接通，电动机在变频模式下运行。Q0.4的常开触点闭合后，使断开电源的按钮SB₂（I0.1）的常闭触点不起作用，以防止在电动机变频运行时切断变频器的电源。按下变频停止按钮SB₄，I0.3的常闭触点断开，使Q0.4的线圈断电，变频器的S1端子处于断开状态，电动机减速和停机。

3）故障时的电源切换。如果变频器出现故障，变频器内部的MA与MC端子之间的常开触点闭合，使PLC的输入点I1.0变为1状态，Q0.1、Q0.0和Q0.4的线圈断电，接触器KM₁和KM₂线圈断电，变频器的电源被断开。Q0.4使变频器的输入端子S1断开，变频器停止工作。另一方面，Q0.3的线圈通电并保持，声光报警器HA动作，开始报警。同时T37开始计时，定时时间到时，使Q0.2的线圈通电并保持，电动机自动进入工频运行状态。

操作人员接到报警信号后，应立即将开关SA₁扳到“工频模式”位置，输入继电器I0.4动作，使控制系统正式进入工频运行模式。另一方面，使Q0.3线圈断电，停止声光报警。

处理完变频器的故障，重新通电后，应按下故障复位按钮SB₅，I0.6变为1状态，使Q0.5线圈通电，接通变频器的故障复位输入端S4，使变频器的故障状态复位。

（2）互为备用的两台电动机的工频/变频电源切换 图6-35中的两台电动机互为备用，工作时只使用一台设备，每台电动机都能用工频电源或变频电源驱动。因为要使用工频电源，每台电动机均应配备用于过载保护的热继电器。与图6-33相同，用KM₁、KM₂和KM₃实现工频和变频电源的切换，用KM₄和KM₅实现两台电动机的切换。与图6-33相比，PLC的输入回路应增加选择电动机M₁或M₂的二位置旋钮开关。在PLC的输出回路，除了KM₂和KM₃之间的硬件互锁电路外，还应设置KM₄和KM₅之间的硬件互锁电路，以保证工作时只有一台电动机运行。

4.用变频器实现泵站恒压供水控制

（1）恒压供水的基本控制 供水系统的加压泵站通常采用多泵并联的供水方式，过去多用人工来控制投入运行的工频水泵的台数，使出口压力控制在允许的范围内。这种手工控制方式的水压不稳定，很难满足恒压用水的高要求，过高的水压还会造成能量的浪费。

用变频器和压力闭环控制可以保证泵站的出口压力基本恒定。为了节省投资，一般只配备一台变频器，某一台电动机用变频器驱动，其他电动机仍然用工频电源驱动。多泵并联恒压供水系统中，只要其中最大的一台泵是变频调速泵，其余各泵是工频恒速泵，就可以实现多泵并联恒压变流量供水。因为变频器的价格基本上与其功率成正比，最经济的方案是各并联水泵电动机的输出功率相同。

为了实现工频泵的自动投入和切除，需要给PLC提供管道压力信号或变频器的频率信号。可以用电接点压力表给PLC提供压力过高和压力过低的触点信号，电接点压力表的价格便宜，工作可靠。

图6-35 主电路图

图6-36是多泵并联供水的水泵电动机主接线示意图，PLC可以选择任意一台电动机作变频运行，其余各台电动机由工频驱动。根据当前的供水量和泵站出口处的水压，控制工频运行水泵的台数，对供水量和水压进行粗调，用变频电动机进行细调。假设各泵的电动机容量相同，当用水流量小于一台泵的流量时，由一台变频泵自动调速供水。随着用水流量的增大，由于闭环控制的作用，变频泵的转速自动升高，以维持恒压；如果变频泵的转速升高到工频转速时，管道出口水压仍未达到设定值，则启动一台工频泵，依此类推，直到出口压力达到设定值。

图6-36 水泵电动机主接线示意图

当用水量减少时，变频泵的频率将自动减小，降到某一设定值时，如果管道压力仍高于设定值，则切除一台工频泵，切除后如果管道压力仍然过高，再切除一台工频泵，依此类推，直到管道压力等于设定值。

现代的变频器都有可编程的输出触点，例如可以对触点编程，使它在变频器的频率大于设定值（例如50Hz）时闭合，此信号相当于电接点压力表的压力过低信号，可以将它送给PLC，用来控制自动投入工频运行的泵。

当用水流量减少，变频泵的转速下降到水泵不出水的临界值之前，变频器的另一个可编程输出触点闭合，此信号相当于电接点压力表的压力过高信号，可以将它送给PLC，以控制工频运行的泵自动退出。

（2）恒压供水的闭环控制 现代变频器的内部通常都有一个PI控制器或PID控制器，用于恒压供水的闭环控制系统，即将反馈信号（例如压力信号）接到变频器的反馈信号输入端，用变频器内部的控制器实现闭环控制，以减少压力偏差，保持水压恒定。

PLC的主要功能是根据管道的出口压力，控制工频电源供电的水泵台数，通过数字量输出信号给变频器提供启动/停止命令，对泵站总的供水量进行粗调。

这种设计方案的控制器和执行器（即变频器）是一体化的，具有硬件成本低、使用方便、可靠性较高、编程工作量少的优点，应优先采用。可以使用安装在水泵出水管道上的压力传感器，将压力信号转换为直流电流信号或电压信号，用于水压的闭环控制。

变频器时刻跟踪管网压力与压力给定值之间的偏差变化情况，经变频器内部的PID运算，调节变频器的输出频率，改变变频器驱动的水泵转速。变频器的输出频率越高，泵站的出口压力就越高。选择最佳的输出频率，既能保证供水的压力，又能防止压力过高，还可以节约大量的能量。

如果用PLC来做闭环控制器（见图6-37），既需要配置模拟量输入模块（A/D转换器）来输入压力信号，还需要模拟量输出模块（D/A转换器）给变频器提供频率给定信号，增加的硬件投资较多。其优点是模拟量闭环控制与数字量逻辑控制融为一体，PLC可以利用压力反馈信号来实现工频泵的投入和切除，压力信号还可以用于监控和报警等功能。

图6-37 PLC压力闭环控制系统框图