變頻恒壓供水控制項目三267268任務1單臺水泵的變頻控制任務2單臺水泵變頻啟動、工頻運行控制任務3單臺水泵的變頻器PID控制任務4三臺水泵的變頻器PID控制任務5小區(qū)恒壓供水控制任務1

單臺水泵的變頻控制269學習目標1.了解變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的組成及基本原理。2.了解壓力傳感器和FX3U

-3A-ADP模擬量模塊。3.能正確設計單臺水泵變頻控制的PLC、變頻器控制線路。4.能正確設置單臺水泵變頻控制的變頻器參數(shù)、編制PLC控制程序并完成系統(tǒng)調(diào)試。270工作任務本任務利用PLC、變頻器和壓力傳感器設計一個單臺水泵的變頻控制恒壓供水系統(tǒng)。其調(diào)速通過變頻器的多段速功能實現(xiàn)，設有7段速度（運行頻率為36~48Hz），每段相差2Hz。供水系統(tǒng)運行時，PLC通過A/D模塊采集壓力傳感器檢測到的管道供水壓力信號，與系統(tǒng)設定的壓力信號進行比較，控制變頻器的多段速端子組，從而實現(xiàn)水泵的運行頻率控制。即PLC將壓力值轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，再判斷是否處于恒壓區(qū)，如果壓力過低，則增大水泵運行頻率；反之，則減小水泵運行頻率。271一、變頻恒壓供水控制系統(tǒng)

恒壓供水是指無論用戶端用水量是多少，管網(wǎng)中水壓都能保持基本恒定。這樣既可以滿足各用戶的用水需求，又不使電動機空轉(zhuǎn)，避免造成電能的浪費。為了實現(xiàn)上述要求，可以利用變頻器根據(jù)給定壓力信號和反饋壓力信號調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速，從而達到恒壓供水的目的。272相關(guān)知識273變頻恒壓供水控制系統(tǒng)框圖變頻恒壓供水控制系統(tǒng)一般由變頻器、控制器、壓力傳感器以及水泵電動機等組成，系統(tǒng)框圖如圖所示。變頻恒壓供水控制系統(tǒng)主要通過壓力傳感器感知管網(wǎng)壓力變化，并將電信號傳輸給控制器（PID調(diào)節(jié)器），經(jīng)分析運算后，控制器輸出信號給變頻器，由變頻器控制水泵轉(zhuǎn)速。在供水過程中，用水量大時增大水泵轉(zhuǎn)速，用水量小時減小水泵轉(zhuǎn)速，用水量極小及無人用水時進入水泵補壓或休眠狀態(tài)，這些都由PLC進行控制。在該系統(tǒng)中，通常用壓力設定表SV顯示壓力設定值，用供水壓力表PV顯示出水口壓力值，用運行頻率表FR顯示電動機的運行頻率，用液面高度表LV顯示供水箱水位高度。274二、供水系統(tǒng)節(jié)能原理分析

在供水系統(tǒng)中，最根本的控制對象是流量。因此，要研究節(jié)能問題必須從考慮如何調(diào)節(jié)流量入手。常見的方法有閥門控制法和轉(zhuǎn)速控制法兩種，兩種方法的比較如圖所示。275閥門控制法和轉(zhuǎn)速控制法的比較1.閥門控制法閥門控制法是通過調(diào)節(jié)閥門的開度來調(diào)節(jié)流量，其轉(zhuǎn)速保持不變，通常為額定轉(zhuǎn)速。閥門控制法的實質(zhì)是：水泵本身的供水能力不變，通過改變水路中的阻力大小來改變流量，以適應用戶對流量的需求。這時管阻特性將隨閥門開度的大小而改變，但揚程特性不變。

2.轉(zhuǎn)速控制法轉(zhuǎn)速控制法是通過改變水泵的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)流量，而閥門開度則保持不變（通常為最大開度）。轉(zhuǎn)速控制法的實質(zhì)是通過改變水泵的全揚程來適應用戶對流量的需求。當水泵的轉(zhuǎn)速改變時，揚程特性將隨之改變，而管阻特性則不變。276比較上述兩種調(diào)節(jié)流量的方法，從供水功率的角度分析可以得出，在所需流量小于額定流量的情況下，轉(zhuǎn)速控制時的揚程比閥門控制時小得多，所以轉(zhuǎn)速控制方式所需的供水功率比閥門控制方式小很多。從水泵工作效率的角度分析可以得出，轉(zhuǎn)速控制方式的工作效率要比閥門控制方式大得多。從電動機效率的角度分析得出，閥門控制方式的效率和功率因數(shù)要比轉(zhuǎn)速控制方式低。綜上所述，從節(jié)能的角度考慮，轉(zhuǎn)速控制方式（變頻調(diào)速供水方式）的節(jié)能效果明顯，目前以變頻調(diào)速裝置為控制核心的恒壓供水系統(tǒng)已得到廣泛使用。2773.變頻恒壓供水系統(tǒng)的優(yōu)點（1）因采用變頻器改變電動機電源頻率而達到調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速、改變水泵出口壓力的目的，所以比閥門控制方式更能降低管道阻力、減少截流損失。（2）由于水泵工作在變頻工作狀態(tài)，當其出口流量小于額定流量時，泵轉(zhuǎn)速降低，可減少軸承的磨損和發(fā)熱，延長泵和電動機的機械使用壽命。（3）因?qū)崿F(xiàn)恒壓自動控制，不需要操作人員頻繁操作，降低了人員的勞動強度，節(jié)省了人力。（4）水泵電動機采用軟啟動方式，按設定的加速時間加速，避免電動機啟動時的電流沖擊對電網(wǎng)電壓造成波動的影響，同時也避免了電動機突然加速造成泵系統(tǒng)的喘振。（5）由于水泵工作在變頻工作狀態(tài)，故系統(tǒng)在運行過程中可節(jié)約可觀的電能，其經(jīng)濟效益十分明顯。278三、壓力傳感器壓力傳感器也稱為壓力傳送器，用于檢測流體的壓力（實際是壓強），并且可以進行遠程信號傳送，將信號傳送到二次儀表或計算機后進行壓力控制或檢測，是一種自動化控制前端器件。變頻器恒壓供水控制系統(tǒng)中將壓力傳感器安裝在出水管位置，實現(xiàn)管網(wǎng)供水壓力的檢測。壓力傳感器的種類繁多，主要分為電阻應變片傳感器、半導體應變片傳感器、壓阻式壓力傳感器、電感式壓力傳感器及電容式壓力傳感器。279280壓阻式壓力傳感器如圖所示為壓阻式壓力傳感器實物圖，輸出信號為4~20mA（二線制）或0~5/10V（三線制），供電電壓為DC24V（DC9~36V），對應測量范圍為0~1MPa，負載電阻為：電流輸出型最大800Ω、電壓輸出型大于50kΩ。四、FX3U-3A-ADP模擬量模塊FX3U

-3A-ADP是三菱FX系列PLC的一款特殊功能模塊，它同時具備模擬量輸入和模擬量輸出功能，廣泛應用于工業(yè)自動化領域，適用于需要同時采集模擬量信號和控制模擬量輸出的場景。本任務中壓力傳感器的輸出為模擬量信號，而PLC程序控制要求的是數(shù)字量信號，所以采用FX3U

-3A-ADP模擬量模塊進行A/D轉(zhuǎn)換。FX3U-3A-ADP模擬量模塊可以與FX0N、FX1N、FX2N、FX3U

等系列PLC連接。2811.FX3U-3A-ADP模擬量模塊的特點（1）FX3U

-3A-ADP有2個模擬量輸入通道和1個模擬量輸出通道，輸入通道將現(xiàn)場的模擬量信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字量信號送給PLC處理，輸出通道將PLC中的數(shù)字量信號轉(zhuǎn)化為模擬量信號輸出給現(xiàn)場設備。（2）FX3U

-3A-ADP的BFM分配見下表。282FX3U

-3A-ADP的BFM分配（3）模擬量輸入可在電壓輸入或電流輸入中進行選擇。當采用電壓輸入時，輸入為DC0~10V、DC0~5V；當采用電流輸入時，輸入為DC4~20mA，但兩路要為同一特性。模擬量輸出可以為電壓輸出DC0~10V、DC0~5V，也可以為電流輸出DC4~20mA。（4）使用FROM/TO指令可與PLC進行數(shù)據(jù)傳輸。2832.FX3U--3A-ADP模擬量輸入的應用當PLC只連接一個FX3U-3A-ADP模塊時，F(xiàn)X3U-3A-ADP就為0號特殊功能模塊。當FX3U

-3A-ADP將采樣到的模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后，存放在FX3U

-3A-ADP內(nèi)部0號緩沖存儲器的低8位中，PLC要讀取轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量，可以用如圖所示的程序完成（使用模擬量輸入通道1）。284模擬量輸入的應用（使用模擬量輸入通道1）當使用模擬量輸入通道2時，程序如圖所示。285模擬量輸入的應用（使用模擬量輸入通道2）任務2

單臺水泵變頻啟動、工頻運行控制286學習目標1.了解變頻器工頻、變頻切換的方法及參數(shù)設置的相關(guān)知識。2.了解電動機的啟動方法和水錘效應。3.能正確設置變頻啟動、工頻運行控制變頻器參數(shù)，編制PLC控制程序并完成系統(tǒng)調(diào)試。287工作任務某學校宿舍樓的供水系統(tǒng)用一臺電動機拖動水泵變頻運行，當供水高峰時，電動機頻率上升到50Hz（工頻）并保持長時間運行；當供水量較低時，電動機轉(zhuǎn)入變頻運行狀態(tài)，從而達到節(jié)能效果。當電動機長時間處于工頻運行時，可以將電動機直接切換到工頻電網(wǎng)供電，讓變頻器休息；此外，當變頻器發(fā)生故障時，為了保證宿舍樓的正常供水，也需將水泵電動機直接接到工頻電網(wǎng)運行。也就是說，電動機有變頻工作和工頻工作兩種方式。本任務使用三菱FR-E740變頻器和PLC實現(xiàn)變頻與工頻切換，電動機變頻工作時將變頻器通過接觸器接入電動機主回路，電動機工頻工作時通過接觸器將變頻器切除，直接將電動機接入三相工頻電源。288289相關(guān)知識一、變頻與工頻切換控制原理繼電器與變頻器組合的變頻與工頻切換控制電路如圖所示。它必須滿足兩個控制要求：一是可根據(jù)工作需要選擇工頻運行或變頻運行；二是在變頻運行時，一旦變頻器因故障而跳閘，可自動切換為工頻運行方式，同時進行聲光報警。290繼電器與變頻器組合的變頻與工頻切換控制電路a）主電路b）繼電器控制電路1.主電路主電路中，接觸器KM1用于將電源接至變頻器的輸入端；KM2用于將變頻器的輸出端接至電動機；KM3用于將工頻電源直接接至電動機；熱繼電器KH用于工頻運行時的過載保護。2.繼電器控制電路SA為運行方式選擇開關(guān)。當SA撥至工頻運行時，按下啟動按鈕SB2，中間繼電器KA1吸合并自鎖，接觸器KM3動作，電動機M進入工頻運行狀態(tài)。按下停止按鈕SB1，中間繼電器KA1和接觸器KM3均斷電，電動機M停止運行。291當SA撥至變頻運行時，按下啟動按鈕SB2，中間繼電器KA1吸合并自鎖，接觸器KM2動作，將電動機接至變頻器的輸出端，隨后接觸器KM1也動作，將工頻電源接至變頻器的輸入端，并允許電動機啟動。此時按下按鈕SB4，中間繼電器KA2吸合，電動機開始升速，進入變頻運行狀態(tài)。KA2動作后，停止按鈕SB1失去作用，防止直接切斷變頻器的電源而使電動機M停機。292在變頻運行過程中，如果變頻器因故障而跳閘，則“B-C”斷開，接觸器KM2和KM1均斷電，變頻器和電源之間以及電動機和變頻器之間都被切斷。與此同時，“A-C”閉合，蜂鳴器HA和指示燈HL進行聲光報警。同時，時間繼電器KT得電，延時后其觸點閉合，使接觸器KM3動作，電動機進入工頻運行狀態(tài)。操作人員發(fā)現(xiàn)報警后，應將選擇開關(guān)SA旋至工頻運行位置。這時，聲光報警停止，時間繼電器KT斷電。293294二、電動機的啟動1.變頻啟動先將電動機接到變頻器的輸出端，啟動時，變頻器輸出交流電的頻率由0開始逐漸增加，輸出電壓也逐漸增大。開始時，由于電壓小，所以啟動電流也較小，隨著啟動過程的進行，轉(zhuǎn)速越來越高，電壓也越來越大，但轉(zhuǎn)差率卻不大，直到電動機達到規(guī)定轉(zhuǎn)速，完成變頻啟動過程，其電流都一直在額定電流以下，有效地解決了沖擊電流的問題。2952.變頻與工頻狀態(tài)切換當電動機達到規(guī)定轉(zhuǎn)速之后，其所加工作電壓往往已接近工頻，再繼續(xù)由變頻器供電也不能起到節(jié)電的效果，失去了變頻器供電的意義，同時變頻器本身也有一定的功率損耗，此時應轉(zhuǎn)入工頻運行。操作時，變頻器應先禁止輸出，并斷開所連接接觸器；等待一段時間，防止電動機上的自感電動勢產(chǎn)生不利的影響；將電動機接到工頻電源上，由于電動機已有接近額定轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速，所以避免了大的沖擊電流，可順利完成啟動過程。296三、水錘效應電動機全電壓啟動時，在不到1s的時間內(nèi)，即可從靜止狀態(tài)加速到額定轉(zhuǎn)速，管道內(nèi)水的流量則從零增加到額定流量。由于流體具有動量和一定程度的可壓縮性，所以，流量的急劇變化將在管道內(nèi)引起壓強過高或過低的沖擊，以及出現(xiàn)“空化”現(xiàn)象。沖擊將使管壁受力而產(chǎn)生噪聲，猶如錘子敲擊管子一般，故稱為“水錘效應”。任務3單臺水泵的變頻器PID控制297學習目標1.了解PID控制原理。2.了解變頻器PID控制的相關(guān)知識。3.能正確設置變頻器PID控制參數(shù)。4.能正確完成單臺水泵變頻器PID控制恒壓供水控制系統(tǒng)的設計、安裝與調(diào)試。298工作任務前面任務中學習的恒壓供水系統(tǒng)屬于簡易控制系統(tǒng)，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，抵抗內(nèi)、外擾動的能力較差，系統(tǒng)的實際值與目標值有較大的偏差，供水系統(tǒng)的壓力常在較大的范圍內(nèi)波動。若將供水控制系統(tǒng)設計成PID閉環(huán)系統(tǒng)，可有效解決上述問題。本任務用PLC、變頻器設計一個基于變頻器PID控制的恒壓供水系統(tǒng)，并在恒壓供水裝置上完成模擬調(diào)試。299具體控制要求如下：1.系統(tǒng)只有一臺水泵，采用變頻器的內(nèi)置PID控制功能進行變頻恒壓供水。2.系統(tǒng)管網(wǎng)壓力為0.3MPa，采用壓力傳感器采集壓力信號（4~20mA）。3.系統(tǒng)設置0.4MPa為上限報警、0.2MPa為下限報警，報警5s后，系統(tǒng)自動停止運行。4.系統(tǒng)運行參數(shù)根據(jù)需要設置。300一、PID控制概述PID控制能使控制系統(tǒng)的被控量在各種情況下，都能夠迅速而準確地無限接近控制目標。具體地說，是隨時將傳感器測量的實際信號（稱為反饋信號）與被控量的目標信號相比較，以判斷是否已經(jīng)到達預定目標。其控制原理框圖如圖所示（KP———比例常數(shù)；TI———積分時間常數(shù)；TD———微分時間常數(shù)）。301相關(guān)知識302PID控制原理框圖PID控制因結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便等優(yōu)點而成為工業(yè)控制中被廣泛采用的一種控制方式。1.PI控制PI控制是比例控制（P）與積分控制（I）組合而成的，即根據(jù)偏差及時間變化產(chǎn)生一個執(zhí)行量，其動作過程如圖所示。303PI控制2.PD控制PD控制是比例控制（P）與微分控制（D）組合而成的，即根據(jù)改變動態(tài)特性的偏差速率產(chǎn)生一個執(zhí)行量，其動作過程如圖所示。304PD控制3.PID控制PID控制是將PI控制和PD控制的優(yōu)點組合而成的控制方法，是P、I和D三個運算的總和。4.負作用負作用控制即當偏差

X（目標值－測定值）為正時，增加執(zhí)行量（輸出頻率）；當偏差

X

為負時，則減小執(zhí)行量，其控制過程如圖所示。305負作用控制過程5.正作用正作用控制即當偏差

X（目標值－測定值）為負時，增加執(zhí)行量（輸出頻率）；當偏差

X

為正時，則減小執(zhí)行量，其控制過程如圖所示。306正作用控制過程二、變頻器PID控制功能實現(xiàn)1.接線原理圖

利用變頻器內(nèi)置的PID功能進行控制時，其接線原理圖如圖所示。307PID控制接線原理圖注意事項：（1）DC24V電源應該根據(jù)所用傳感器規(guī)格進行選擇。（2）輸出信號端子由參數(shù)Pr.190~Pr.192設定。（3）輸入信號端子由參數(shù)Pr.178~Pr.184設定。3082.輸入、輸出端子功能定義

當X014信號關(guān)斷時，變頻器的運行不含PID的功能；只有當X014信號接通時，PID控制功能才有效，此時其輸入、輸出端子功能見下表。309X014信號接通時輸入、輸出端子功能310X014信號接通時輸入、輸出端子功能（1）反饋信號的輸入反饋信號的輸入通常有給定輸入法和獨立輸入法。給定輸入法是將傳感器測得的反饋信號直接接到反饋信號端，其目標值由參數(shù)設定。獨立輸入法是針對專門配置了獨立的反饋信號輸入的變頻器使用的，其目標值可以由參數(shù)（Pr.133）設定，也可以由給定輸入端輸入。311（2）目標值的預置目標值的預置主要有參數(shù)給定法和外接給定法兩種。參數(shù)給定法即通過變頻器參數(shù)Pr.133）來預置目標值；外接給定法即通過給定信號端、由外接電位器進行預置，這種方法調(diào)整較方便，因此使用較廣。（3）偏差信號當輸入外部計算偏差信號時，通過端子2、4、5、10輸入，且將參數(shù)Pr.128設定為50或51。3123.參數(shù)設置

使用變頻器內(nèi)置PID功能進行控制時，除了定義變頻器的輸入、輸出端功能，還必須設定變頻器PID控制的參數(shù)，其主要參數(shù)的設置見下表。313變頻器內(nèi)置PID功能的主要參數(shù)設置314變頻器內(nèi)置PID功能的主要參數(shù)設置4.注意事項

使用變頻器內(nèi)置PID功能進行控制時，要注意以下幾點：（1）PID控制時，如果要進行多段速度運行或點動運行，需先將X014置于OFF，再輸入多段速度信號或點動信號。（2）當參數(shù)Pr.128設定為20或21時，變頻器端子2、4、5、10的輸入信號將設定值疊加到端子2~5。（3）當參數(shù)Pr.79設定為3（程序運行模式）時，PID控制不能執(zhí)行，只能執(zhí)行程序運行。（4）當參數(shù)Pr.79設定為6（切換模式）時，PID控制無效。315（5）當參數(shù)Pr.22設定為200%時，端子1的輸入值作為失速防止動作水平；當要用端子1的輸入作為PID控制的修訂時，需將參數(shù)Pr.22設定為9999以外的值。（6）當用參數(shù)Pr.178~Pr.184和參數(shù)Pr.190~Pr.192改變端子的功能時，其他功能可能會受到影響，在改變設定前需確認相應端子的功能。（7）選擇PID控制時，下限頻率為參數(shù)Pr.902的設定值，上限頻率為參數(shù)Pr.903的設定值，同時，參數(shù)Pr.1（上限頻率）和Pr.2（下限頻率）的設定也有效。316任務4三臺水泵的變頻器PID控制317學習目標1.掌握變頻恒壓供水系統(tǒng)三臺水泵的切換控制方法。2.熟悉變頻恒壓供水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和控制過程。3.能正確完成三臺水泵PID控制恒壓供水系統(tǒng)的設計、安裝與調(diào)試。318工作任務實際應用中，若單臺水泵供水不能滿足用水要求，常用多臺水泵為系統(tǒng)供水，同時為考慮設備成本，通常采用單臺變頻器拖動多臺水泵實現(xiàn)變頻控制，即“一拖多”控制方案。對于這種多臺泵調(diào)速方式，系統(tǒng)通過計算判定目前是否已達到設定壓力，決定是否增加（投入）或減少（撤出）水泵。319本任務要設計一個變頻恒壓供水控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)由3臺水泵組成，運行過程中當?shù)?臺水泵工作頻率達到最高頻率時，若管網(wǎng)水壓仍達不到預設水壓，則將此臺水泵切換到工頻運行，變頻器將自動啟動第2臺水泵，控制其變頻運行。此后，若壓力仍然達不到要求，則將該水泵也切換至工頻，變頻器啟動第3臺水泵，直到滿足設定壓力要求為止；反之，若管網(wǎng)水壓大于預設水壓，則控制變頻器頻率降低，使水泵轉(zhuǎn)速降低，若頻率降至最低時仍能滿足設定壓力要求，則自動切掉一臺工頻水泵或此變頻水泵，使管網(wǎng)水壓保持恒定。320“一拖多”變頻恒壓供水系統(tǒng)涉及壓力PID控制、工頻和變頻的邏輯切換、輪換控制等功能，需要由專門的程序?qū)崿F(xiàn)。目前流行的“一拖多”變頻供水系統(tǒng)主要有以下三種控制方式：PLC控制變頻恒壓供水系統(tǒng)、微型計算機控制變頻恒壓供水系統(tǒng)、供水專用變頻器控制變頻恒壓供水系統(tǒng)。本任務采用PLC控制變頻恒壓供水控制方案，壓力PID調(diào)節(jié)由變頻器本身的PID功能實現(xiàn)。321相關(guān)知識3臺水泵構(gòu)成的變頻恒壓供水系統(tǒng)組成如圖所示。通過壓力傳感器將供水壓力采集給系統(tǒng)，再通過變頻器的A/D轉(zhuǎn)換模塊將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，同時，變頻器的A/D轉(zhuǎn)換模塊將壓力設定值轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，兩個數(shù)據(jù)同時經(jīng)過PID控制模塊進行比較，PID根據(jù)變頻器的參數(shù)設置進行數(shù)據(jù)處理，并將數(shù)據(jù)處理的結(jié)果以運行頻率的形式進行輸出。322變頻恒壓供水控制系統(tǒng)組成圖PID控制模塊具有比較和差分的功能，若供水壓力低于設定壓力，變頻器就會將運行頻率升高，反之則降低，并且可以根據(jù)壓力變化的快慢進行差分調(diào)節(jié)。以負作用為例，如果壓力上升接近設定值的過程中，上升速度過快，PID運算會自動減小執(zhí)行量，從而穩(wěn)定壓力。經(jīng)PID調(diào)節(jié)后的輸出量，通過交流接觸器進行切換后輸出給水泵的電動機。當水網(wǎng)中的用水量增大時，會出現(xiàn)一臺水泵效率不夠的情況，這時就需要其他的水泵參與供水，交流接觸器就負責水泵的切換工作，由PLC控制各個接觸器，根據(jù)水泵的運行情況選擇其需要的工頻電或者變頻器。323任務5小區(qū)恒壓供水控制324學習目標1.了解小區(qū)變頻器恒壓供水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和控制原理。2.熟悉恒壓供水控制系統(tǒng)設備的選擇依據(jù)。3.熟悉PLC的PID指令和模擬量輸入/輸出模塊FX3U

-3A-ADP的用法。4.能正確完成小區(qū)恒壓供水控制系統(tǒng)的設計、安裝與調(diào)試。325工作任務某小區(qū)有多棟高層建筑，共居住有560多戶，由于用水高峰過于集中，該小區(qū)供水系統(tǒng)不夠穩(wěn)定，無法滿足小區(qū)居民的用水要求。根據(jù)以上情況，本任務要求利用PLC、變頻器實現(xiàn)小區(qū)恒壓供水控制。供水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖所示，由水泵組、一臺智能型電控柜（包括變頻器、PLC、交流接觸器、繼電器等）、一套壓力傳感器、缺水保護器、斷相相序保護裝置以及供電主回路等構(gòu)成。326327供水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖具體控制要求如下：1.系統(tǒng)共有2臺水泵，要求1臺運行，1臺備用，自動運行時水泵每累計運行100h切換一次；手動運行時不切換。2.用水高峰時，1臺水泵工頻全速運行，1臺變頻運行；用水低谷時，1臺變頻運行，1臺停機。3.本系統(tǒng)采用PLC的PID指令進行變頻恒壓供水。4.切換后啟動和停電后啟動需進行5s報警，運行異常時可自動切換到備用泵并報警。5.觸摸屏可以顯示設定水壓、實際水壓、水泵的運行時間及轉(zhuǎn)速、報警信號等。328一、供水設備選擇依據(jù)設計恒壓供水系統(tǒng)時，應先選擇水泵和電動機，選擇依據(jù)是供水規(guī)模（供水流量），供水規(guī)模與住宅類型及用戶數(shù)有關(guān)。329相關(guān)知識1.不同住宅類型的用水標準不同住宅類型的用水標準是不同的，具體見下表。330不同住宅類型的用水標準2.供水規(guī)模換算供水規(guī)模換算見下表。331供水規(guī)模換算表332供水規(guī)模換算表二、PID指令1.指令形式FX3U

系列PLC的PID控制指令用于模擬量閉環(huán)控制，指令格式如圖所示。333PID指令的格式2.PID參數(shù)定義PID指令的控制參數(shù)【S3】~【S3】+25的定義見下表。334PID指令的控制參數(shù)335PID指令的控制參數(shù)3.自動調(diào)諧為了得到最佳的PID控制效果，最好使用自動調(diào)諧功能。當【S3·】+1的bit4=1時，自動調(diào)諧有效，系統(tǒng)通過自動調(diào)節(jié)，使PID的相關(guān)參數(shù)自動達到最佳狀態(tài)。為了使自動調(diào)諧高效進行，自動調(diào)諧開始時的偏差（設定值與當前值之差）必須大于150（可通過改變設定值來滿足）。當前值達到設定值的三分之一時，自動調(diào)諧標志（【S3·】+1的bit4）會被復位，自動調(diào)諧完成，轉(zhuǎn)為正常的PID調(diào)節(jié)，這時可將設定值改回正常設定值而不要令PID指令為OFF。要完成PLC的PID控制的恒壓供水系統(tǒng)，除了需要PID指令外，還必須有模擬量處理模塊。336三、模擬量輸入/輸出模塊FX3U

-3A-ADP1.A/D通道的校準（1）A/D校準程序A/D校準程序如圖所示。337A/D校準程序（2）輸入偏移校準運行如圖所示的程序，使X000為ON，在模擬輸入CH1通道輸入下表中的模擬電壓/電流信號，調(diào)整其A/D的OFFSET電位器，使讀入D0的值為1。順時針調(diào)整為數(shù)字量增大，逆時針調(diào)整為數(shù)字量減小。338輸入偏移校準對照表（3）輸入增益校準運行如圖所示的程序，并使X000為ON，在模擬輸入CH1通道輸入下表中的模擬電壓/電流信號，調(diào)整其A/D的GAIN電位器，使讀入D0的值為250。339輸入增益校準對照表2.D/A通道的校準（1）D/A校準程序D/A校準程序如圖所示。340D/A校準程序（2）D/A輸出偏移校準運行如上圖所示的程序，使X000為ON，X001為OFF，調(diào)整模塊D/A的OFFSET電位器，使輸出滿足下表中的電壓、電流值。（3）D/A輸出增益校準運行上圖所示的程序，使X001為ON，X000為OFF，調(diào)整模塊D/A的GAIN電位器，使輸出滿足下表中的電壓、電流值。341輸出偏移校準對照表輸出增益校準對照表物料檢測生產(chǎn)線變頻調(diào)速控制項目四342任務1生產(chǎn)線傳送系統(tǒng)連續(xù)調(diào)速控制任務2生產(chǎn)線變頻傳送系統(tǒng)的PLC控制任務3物料檢測生產(chǎn)線加、減速定位控制343任務1

生產(chǎn)線傳送系統(tǒng)連續(xù)調(diào)速控制344學習目標1.掌握變頻器模擬量輸入方法。2.能正確完成生產(chǎn)線傳送變頻控制系統(tǒng)的設計、安裝與調(diào)試。345工作任務物料檢測生產(chǎn)線裝置模型如圖所示，其主要由電動機、傳送帶、傳感器、編碼器、推料氣缸等組成，可分揀金屬、非金屬、顏色塊等。346物料檢測生產(chǎn)線裝置模型現(xiàn)有兩類工件，即白色塑料工件和金屬工件，要求系統(tǒng)實現(xiàn)分揀功能，具體功能要求如下：1.按下啟動按鈕，當進料光電傳感器檢測到有工件時，傳送帶向右運行（此時電動機運行頻率為30Hz），若檢測到金屬工件，則推入第一個料槽中；若檢測到白色塑料工件，則推入第二個料槽中。2.推送工件時，傳送帶停止工作（假設每次分揀1個工件）。3.通過模擬量模塊設置變頻器的頻率參數(shù)。4.按下停止按鈕，系統(tǒng)停止工作。347一、變頻器模擬量輸入信號端子的選擇FR-E740系列變頻器提供2個模擬量輸入信號端子（端子2、端子4）用于連續(xù)變化的頻率設定。在出廠設定情況下，只能使用端子2，端子4無效。要使端子4有效，需要在各接點輸入端子（STF、STR、RES等）中選擇一個，將其功能定義為AU信號輸入。當這個端子與SD端子短接時，AU信號為ON，端子4變?yōu)橛行В俗?變?yōu)闊o效。348相關(guān)知識二、變頻器模擬量信號的輸入規(guī)格如果使用端子2，模擬量信號可為0~5V或0~10V的電壓信號，用參數(shù)Pr.73指定，其出廠設定值為1，指定為0~5V的輸入規(guī)格，并且不能可逆運行。參數(shù)Pr.73的取值范圍為0、1、10和11，具體內(nèi)容見下表。如果使用端子4，模擬量信號可為電壓輸入（0~5V、0~10V）或電流輸入（4~20mA，初始值），用參數(shù)Pr.267和電壓/電流輸入切換開關(guān)設定，并且要輸入與設定相符的模擬量信號。參數(shù)Pr.267的取值范圍為0、1、2，具體內(nèi)容見下表。349350模擬量輸入選擇（Pr.73、Pr.267）

必須注意的是，若發(fā)生切換開關(guān)與輸入信號不匹配的錯誤（開關(guān)設定為電流輸入，但端子輸入?yún)s為電壓信號；或開關(guān)設定為電壓輸入，但端子輸入?yún)s為電流信號），會導致外部輸入設備或變頻器故障。頻率設定信號（DC0~5V、0~10V或4~20mA）的相應輸出頻率的大小可用參數(shù)Pr.125（對端子2）或Pr.126（對端子4）設定，用于確定輸入增益（最大）的頻率。它們的出廠設定值均為50Hz，設定范圍為0~400Hz。351任務2

生產(chǎn)線變頻傳送系統(tǒng)的PLC控制352學習目標1.掌握PLC與變頻器的通信方法。2.掌握變頻器通信專用指令。3.能正確完成生產(chǎn)線變頻傳送系統(tǒng)的設計、安裝與調(diào)試。353工作任務物料傳送單元結(jié)構(gòu)如圖所示，該單元模擬了實際生產(chǎn)中的物料傳送系統(tǒng)，通過變頻器驅(qū)動傳送帶。354物料傳送單元結(jié)構(gòu)具體控制要求為：1.按下正轉(zhuǎn)按鈕，傳送帶電動機正轉(zhuǎn)，頻率為10Hz。2.按下反轉(zhuǎn)按鈕，傳送帶電動機反轉(zhuǎn)，頻率為30Hz。3.按下停止按鈕，傳送帶立即停止運行。4.采用PLC與變頻器通信的方式實現(xiàn)電動機的正反轉(zhuǎn)控制及頻率的改變。355356相關(guān)知識實際的物料生產(chǎn)線控制系統(tǒng)需要進行頻率顯示和頻率在線修改，而此時通過面板控制、端子控制等方式顯然是不可行的，采用PLC與變頻器通信的方式則可以達到要求。PLC與變頻器通信常用的方法是PLC通過FX3U

-485-BD模塊和變頻器連接，該方式使用的硬件少、傳送的信息量大、傳送速度快。357一、PLC與變頻器的通信連接FX3U

-485-BD與三菱FR-E740變頻器的通信接線如圖所示，RJ-45水晶頭插入變頻器的PU接口，另一端接在FX3U

-485-BD。FX3U

-485-BD與三菱FR-E740變頻器的通信接線a）PU接口b）PU接口各引腳名稱及功能c）FX3U

-485-BD與FR-E740變頻器PU接口的連接358PLC通過FX3U

-485-BD與多臺三菱E700系列變頻器的通信接線如圖所示。PLC通過FX3U

-485-BD與多臺三菱E700系列變頻器的通信接線359二、PLC與變頻器間的數(shù)據(jù)通信執(zhí)行過程PLC與變頻器間的數(shù)據(jù)通信執(zhí)行過程如圖所示。其中，①是指如果發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)錯誤則進行再試，即從用戶程序執(zhí)行再試操作。如果連續(xù)再試次數(shù)超過參數(shù)設定值，變頻器進入報警停止狀態(tài)。②是指當接收一個錯誤數(shù)據(jù)時，變頻器給PLC返回再試數(shù)據(jù)，如果連續(xù)錯誤次數(shù)達到或超過參數(shù)設定值，變頻器也進入報警停止狀態(tài)。通信執(zhí)行過程360三、變頻器通信專用指令（IVDR指令）1.指令格式其中，各操作數(shù)的內(nèi)容和數(shù)據(jù)類型見下表、對象軟元件見下表。IVDR指令各操作數(shù)的內(nèi)容和數(shù)據(jù)類型361IVDR指令各操作數(shù)的對象軟元件3622.指令功能IVDR指令的功能是針對連接在通信口n上的站號為[S1·]的變頻器，