用三菱PLC-FX2N与F940设计一个带PID控制的恒压供水系统

用三菱 PLC-FX2N 与 F940 设计一个带 PID 控制的恒压供水系统 一．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 M1、M2 电动机拖动，电动机同步转速为 3000 转/min，由 KM1、KM2 控制； （3）切换后起动和停电后起动须 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-A540）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。 二.软件设计 1．I/O 分配 （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运行时间复位；M104清除报警； D300水压设定。 （2）触摸屏输出，Y01 号泵运行指示；Y12 号泵运行指示，T20 1 号泵故障；T212 号泵故障；D101当前水压；D502泵累计运行 的时间；D102电动机的转速。 （3）PLC 输入，X11 号泵水流开关；X22 号泵水流开关；X3过压 保护。 （4）PLC 输出，Y1KM1；Y2KM2；Y4报警器；10变频器 STF。 2．触摸屏画面设 根据控制要求及 I/O 分配，按下图 1-1 制作触摸屏画面。 （三菱 F940 触摸屏的画面制作图 1-1） 3．PLC 的程序 1.根据控制要求，PLC 程序如下图 2-1，3-1 所示。 （PLCFX2N-48MR 的程序梯形图图 2-1） （PLCFX2N-48MR 的程序梯形图图 3-1） 2.PLC 的关键性程序结构简述 PLC 得电后,通过程序把模块中的摸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010kg对应的是数值是0250, 所以压力与数值的关系是 125。 在该系统中我们规定了电动机同步转速为3000 转/min，所以同步转速 的设定低于 3000 转/min 对电机的保护是有好处的,这里我们把转速设 定为不能超过 1250 转/min， 则数值与通过 PID 程序运算的 MV （输出） 值 D150 （即电动机转速量） 的关系为 15由特殊功能模拟模块 FX0N-3A 的资料可知因数值是 0250 对应的是 01250 转/min,则数值与转速的关 系 是15 ， 所 以 电 动 机 的 转 速 实 际 值 校 正 数 D102D150times5divide10 （其中除以 10 是因为所有实数参与 PID 的 SVD500,PVD160，运算都是以 1000加入的。所以要得到 MVD150 的实 际数值需要除以 10） 。 因该系统中电机的转速是与压力成正比的,转速加大压力也加大 （这里 要注意动作方向【S3】1,当前值 PV，D500 程序的 PV（当前）数字 量做为时刻检查管内的当前压力状况。 4．变频器设置 （1） 上限频率 Pr150Hz；（2） 下限频率 Pr230Hz；（3） 基底频率Pr350Hz； （4） 加速时间 Pr73s； （5） 减速时间 Pr83s； （6） 电子过电流保护 Pr9 电动机的额定电流； （7）起动频率 Pr1310Hz； （8）DU 面板的第三监 视功能为变频繁器的输出功率 Pr514； （9）智能模式选择为节能模式 Pr604； （10）设定端子 2～5 间的频率设定为电压信号 0～10VPr730； （11） 允许所有参数的读/写 Pr1600； （12） 操作模式选择 （外部运行） Pr792； （13）其他设置为默认值。 三、系统接线 根据控制要求及 I/O 分配，其系统接线图如图 4-1 所示。 （PLCFX2N-48MR 系统接线图如图 4-1） 四、系统调试 （1）将触摸屏 RS232 接口与计算机连接，将触摸屏 RS422 接口与 PLC 编程接口连接， 编写好 FX0N-3A 偏移/增益调整程序， 连接好 FX0N-3AI/O 电路，通过 GAIN 和 OFFSET 调整偏移/增益。 （2）按图 1-1 设计好触摸屏画面，并设置好各控件的属性， 按图 2-1， 3-1 所示编写好 PLC 程序，并传送到触摸屏和 PLC。 （3）将 PLC 运行开关保持 OFF，程序设定为监视状态，按触摸屏上的 按钮，观察程序触点动作情况，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值，观察程序对应寄存器的值变化。 （6） 按 （图 4-1） 连接好 PLC 的 I/O 线路和变频器的控制电路及主电路。 （7）将 PLC 运行开关保持 ON，设定水压调整为 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，实际水压与设定的偏差。 （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，将值设定小一些，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，是否跟控制要求相符。