1.控制要求
变频恒压供水控制系统通过监测管网压力，控制变频器的输出频率，实现管网的恒压供水。当系统开始工作时，如果管网压力低于设定值，PLC启动一台泵，并通过程序控制变频器的运行频率，使其逐渐上升，当管网压力升至设定值时，水泵在此频率下稳定运行，保持水压恒定；若水泵频率达到电网工频时，水压还未达到设定值，则控制系统自动将此泵切换至工频电网，然后启动第二台水泵，并调速至水压达到设定值，使水压恒定。第三台泵一般作为备用泵。当用水量变化（如夜间用水量很低），水压超过设定值时，PLC控制变频器，逐渐降低输出频率，当变频器输出频率降低至频率下限时，PLC关闭此台泵，将另一台工频运行的水泵切换到变频运行，调节水压至设定值。
2.设计方案
变频恒压供水控制系统采用一台变频器控制三台水泵，首先用变频器启动一台水泵，当水泵达到工频时，将水泵切换至工频运行，然后用变频器启动下一台水泵。当变频器输出为下限频率时，停止水泵，然后将工频运行的水泵切换至变频运行，由变频器控制。水管压力设定值由文本显示器TD400C设定。
水泵由变频切换至工频时，采用先切后投的控制方式，即先停止变频器，使水泵自由停车，然后断开变频器与水泵间的接触器，再接通水泵与工频间的接触器，完成变频到工频的切换。水泵由工频切换至变频时，也采取先切后投的方式，即先断开水泵与工频间的接触器，使电动机处于自由停车状态，然后接通水泵与变频器间的接触器。使用变频器的捕捉再启动功能，使变频器可以跟踪电动机转速，直至变频器输出频率与电动机转速同步，再将电动机调节至设定速度。
变频器选用西门子MM430水泵、风机专用变频器。PLC通过数字量输入、输出和模拟量输入、输出控制变频器的启动、停止和调速。因为PLC需要控制变频器的启/停及调速，变频器中除了设置电动机参数外，还需设置以下几个参数：
（1）将P0700[0]设为2，即命令源来自外端子输入。
（2）将P0701[0]设为1，即由数字量输入端子1控制变频器的启动和停止。
（3）将P0702[0]设为9，即由数字量输入端子2复位变频器故障。
（4）将P0703[0]设为3，即由数字量输入端子3控制变频器自由停车。
（5）将P0731[0]设为52.3，即由数字量输出端子1输出变频器故障信号。
（6）将I/O板上左侧的DIP开关拨至OFF状态，即模拟量输入1为0～10 V信号。
（7）将P0756[0]设为0，即模拟量输入1为O～10 V信号。
（8）将Pl000[0]设为2，即频率值由模拟量输入1给定。
（9）将P2000[0]设为50，即基准频率为50 Hz。
根据任务要求，首先确定I/O的个数，进行I/O分配。此例中需要11个数字量输入点、16个数字量输出点、1个模拟量输入和1个模拟量输出，如表9-4所示。因为所用I/O点数较多，采用CPU 224XP DC/DC/DC和EM222的8点输出24 V DC两个基本模块。水管压力传感器采用O～10 V信号，量程为0～5 MPa。
表9-4 PLC I/0配置
3.电路设计
变频恒压供水系统的电气主电路原理如图9-29所示，CPU 224XP DC/DC/DC模块端子接线如图9-30所示，EM222 的8点输出24 V DC模块端子接线如图9-31所示，MM430变频器端子接线如图9-32所示。
图9-29 变频恒压供水主电路
图9-30 CPU 224XP DC/DC/DC模块端子接线
图9-31 EM222模块端子接线
图9-32 MM430变频器端子接线
4.编写程序
根据I/O配置和任务要求，程序中除了用到表9-4所示的I/O点外，还需用到一些变量，VD120是管道压力设定值，由文本显示器TD400C设定。VD124为PID手动输入值，当PID为手动时，用VD124控制PID的输出。V128.0是PID的手动和自动切换标志，当V128.0为1时，PID为自动控制；当V128.0为0时，PID为手动控制。VD130为当前管道压力值，显示在文本显示器TD400C上。MB0为当前泵号，分别用l、2、3代表三台泵。T37为断开变频延时定时器，用于在水泵自由停车后，延时断开变频器与水泵间的接触器。T38为接通工频延时定时器，用于在水泵断开变频后，延时接通工频接触器。T39为自由停车延时定时器，用于当变频器达到50 Hz时，延时停止水泵，防止水泵误动作。T40为断开工频延时定时器，用于延时断开水泵与工频间的接触器。T41为接通变频延时定时器，用于在水泵断开工频后，延时接通变频器。T42为停泵延时定时器，用于在变频器输出为0时，延时停止水泵，防止水泵误动作。
根据控制要求，编写PLC程序。首先利用指令向导功能，生成PID子程序。PID回路给定值和回路参数如图9-33所示。因为压力传感器的量程为0～5 MPa，所以PID给定值范围的低限为0.0，高限为5.0。PID的采样时间为1.0 s，比例增益为0.8，积分时间为10 min，微分时间为0，即不使用微分。PID回路的输入参数和输出参数如图9-34所示。PID指令向导为PID子程序指定存储区，本例中使用VBO～VB119的存储区，在用户程序中不能再次使用此存储区。
图9-33 PID回路给定值和回路参数
图9-34 PID回路的输入参数和输出参数
因为管道当前压力需在文本显示器TD400C上显示，管道设定压力也需在TD400C上设定，所以利用文本显示向导配置文本显示器TD400C，操作步骤从略。
PLC程序由1个主程序和5个子程序组成。5个子程序分别是手动程序（SBRO）、自动程序（SBR1）、运行及故障指示灯程序（SBR2）、PIDO_INIT（SBR3）和TD CTRL 325（SBR4），其中，子程序PIDO INIT（SBR3）和TD CTRL 325（SBR4）是由向导自动生成的。在主程序中调用这5个子程序。(www.xing528.com)
手动程序（SBRO）子程序如图9-35所示。网络1中，在手动方式下，断开变频器与所有电动机间的接触器。网络2中，若一号泵启/停旋钮旋至启动位置，并且一号泵没有变频启动，则一号泵工频启动。网络3中，若二号泵启/停旋钮旋至启动位置，并且二号泵没有变频启动，则二号泵工频启动。网络4中，若三号泵启/停旋钮旋至启动位置，并且三号泵没有变频启动，则三号泵工频启动。
图9-35 手动程序（SBRO）子程序
自动程序（SBR1）子程序如图9-36～图9-40所示。图9-36所示为自动启动和自动停止程序。网络1中，在自动方式下，按下自动启动按钮时启动变频器，吸合变频器与一号水泵间的接触器，并将1赋值给当前泵号MBO。网络2中，在自动方式下按下自动停止按钮时，所有水泵的工频和变频接触器断开，停止变频器，并将0赋值给当前泵号MBO。
图9-36 自动启动和停止程序
图9-37所示为变频向工频切换准备程序。网络3中，当PID输出为100%，即变频器的频率达到50 Hz，且当前泵号小于等于2时，启动自由停车延时T39。网络4中，如果变频器的频率达到50 Hz持续超过1 s，则自由停车延时定时器T39计时到，置位水泵自由停车输出。此时，变频器不输出电流，水泵处于自由停车状态。网络5中，水泵自由停车后，启动断开变频延时定时器T37。
图9-37 变频向工频切换准备程序
图9-38所示为变频向工频切换完成程序。网络6中，当断开变频延时定时器T37计时到时，断开变频器与所有水泵间的接触器，并启动接通工频延时定时器T38。网络7中，当接通工频延时定时器T38计时到时，接通当前水泵的工频接触器，并将当前泵号MBO加1，然后接通下一台水泵的变频接触器，并复位水泵自由停车输出。
图9-38 变频向工频切换完成程序
图9-39所示为工频向变频切换准备程序。网络8中，当PID输出为0.0%，即变频器的频率为0，且当前泵号大于等于2时，启动停泵延时定时器T42。网络9中，当停泵延时定时器T42计时到时，置位水泵自由停车输出，断开变频器与所有水泵间的接触器，并将当前泵号MBO减1。
图9-39 工频向变频切换准备程序
图9-40是工频向变频切换完成程序。网络10中，当水泵停止后，启动断开工频延时定时器T40。网络11中，当断开工频延时定时器T40计时到时，断开相应水泵的工频接触器，并启动接通变频延时定时器T41。网络12中，当接通变频延时定时器T41计时到时，接通相应水泵的变频接触器，并复位水泵自由停车输出。
图9-40 工频向变频切换完成程序
运行及故障指示灯（SBR2）子程序如图9-41～图9-43所示。图9-41是3台水泵运行指示灯程序。网络l中，当一号水泵变频运行或工频运行时，一号水泵运行指示灯亮。网络2中，当二号水泵变频运行或工频运行时，二号水泵运行指示灯亮。网络3中，当三号水泵变频运行或工频运行时，三号水泵运行指示灯亮。
图9-41 3台水泵运行指示灯程序
图9-42是水泵及变频器故障程序。网络4中，当一号水泵有故障时，一号水泵故障指示灯亮。网络5中，当二号水泵有故障时，二号水泵故障指示灯亮。网络6中，当三号水泵有故障时，三号水泵故障指示灯亮。网络7中，当变频器有故障时，变频器故障指示灯亮。
图9-42 水泵及变频器故障程序
图9-43为故障复位程序。网络8中，当一号水泵有故障时，断开一号水泵的变频和工频接触器。网络9中，当二号水泵有故障时，断开二号水泵的变频和工频接触器。网络10中，当三号水泵有故障时，断开三号水泵的变频和工频接触器。网络11中，复位3台水泵和变频器的故障指示灯，如果变频器有故障，同时复位变频器故障。
图9-43 故障复位程序
主程序如图9-44～图9-46所示。图9-44所示为调用手动和自动程序。网络1中，当手/自动切换旋钮切换至手动时，执行手动程序。网络2中，当手/自动切换旋钮切换至自动时，执行自动程序。
图9-44 调用手动和自动程序
图9-45所示为调用PID调节程序。网络3中，当手/自动切换旋钮切换至自动，且没有水泵自由停车输出时，PID调节为自动方式，否则PID调节为手动方式。网络4中，当PID为手动方式，由变频转为工频时，将0赋值给PID手动输入。从变频切换至工频，在切换完成时，上一台水泵变为工频运行，变频器需从0 Hz开始启动下一台水泵；由工频转为变频时，将50赋值给PID手动输入，因为在切换时，水泵是以工频运行的，切换到变频后，水泵仍有很高的转速，所以需使变频器从50 Hz开始调节水泵转速，达到设定的管道压力。网络5中，每个扫描周期都需调用PID调节子程序PID0-INIT。
图9-45 调用PID调节程序
图9-46所示为指示灯程序。网络6中，在手动切换为自动或自动切换为手动时，断开3台水泵的变频及工频接触器。网络7中，每个扫描周期都要调用“运行及故障指示灯”子程序。网络8中，计算管道的当前压力值，在文本显示器中显示。
图9-46 指示灯程序
免责声明：以上内容源自网络，版权归原作者所有，如有侵犯您的原创版权请告知，我们将尽快删除相关内容。
