案例44变频水泵恒压供水装置Word文档格式.docx

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元件代号

元件名称

型号规格

1

PLC

可编程控制器

三菱FX2N-48MR

2

FR-F540

三菱变频器

三菱FR-540-11K

3

A1

数字式压力控制表

FUJIPXR5

4

PB-DA-2Y

压力变送器

HSAPB-DA-2YA输出4-20mA

5

DC

稳压器

AC220V/DC24V

6

SB1

启动按钮

7

SB2

停止按钮

8

S02

手动/自动选择开关

9

QF1～QF3，QF10

断路器

10

KM1～KM3,KM10～KM13

接触器

11

KA1

变频器起停继电器

12

FR1,FR2,FR3

热继电器

13

FU1～FU4

熔断器

14

HL1,HL2,HL3

HL11,HL12,HL13

HL17

HL18

泵1～泵3变频指示灯

泵1～泵3工频指示灯

变频故障指示灯

电机故障指示灯

15

HA

变频故障蜂鸣器

16

SA1、SA2、SA3

检修选择按钮

17

S01

检修开关

18

DY1,DY2,DY3

水泵电动机

Y132M-4B,7.5kW/15.4A/380v/1440rpm

19

离心清水泵

65DL4扬程46m/流量30m3/h

2.变频器

采用三菱公司风机、水泵专用型FR-F540系列变频器，容量11kW。

由于采用外围PID调节器，因此对变频器性能要求不高，采用其它型号变频器均可。

端子接线图如图4-5所示。

参数设置见表4-2所示：

表4-2FR-F540系列变频器参数设置

功能

参数号

名称

设定范围

设定值

基本功能

上限频率

0-120Hz

50HZ

下限频率

15HZ

基底频率

0-400Hz

48Hz

加速时间

0-360S

10S

减速时间

标准运行功能

起动频率

0-60Hz

0.5Hz

输出功能

41

频率到达动作范围

0-100%

100%

42

输出频率检测

显示功能

55

频率监视基准

电机参数

80

电机容量

0-55KW

7.5KW

81

电机极数

2.4.6.8.12.16

83

电机额定电压

0-1000V

380V

84

电机额定频率

50-120Hz

子功能

158

AM端子功能选择

0,1,2,5,6,8,10-14,17,21

端子安排功能

195

ABC端子功能选择

0-5,8,10,11,13-19,25,26,

98-105,108,110,111,113-116

125,126,198,199,9999

99

校准功能

904

频率设定电流偏置

0-20mA

4mA

0Hz

905

频率设定电流增益

1-400Hz

20mA

50Hz

注：

其它参数为出厂设定值。

3.数字式多功能PID调节器（PXR5）

该调节器系日本富士电气公司产品。

它可以作为温度、压力、流量等控制仪。

它具有使用方便、体积小（相当于一只中间继电器大小）、价格低和功能强等优点。

PXR5的各接线端子如图4-6所示，实际接线时，接线端子在调节器背面，通过螺钉与导线连接。

本实例中，在上图中确定电源端子11,12为100～240VAC；

控制输出1端子31,32为电流输出；

测量值输入端子35,36为电流/电压输入，并应在端子35,36之间并接250Ω电阻；

报警AL1输出端子7,8为常开触点。

据此，可画出PXR5与PLC、变频器之间的连接图如图4-7所示：

在图4-7中，管网压力通过压力变送器输出4-20mA电流信号送到PXR5的输入端，作为反馈值。

压力变送器采用宝鸡华水自动化工程有限公司生产的HSA变频专用压力变送器，型号为PB-DA-2YA，量程为0～1.0MPa，输出信号为4～20mA。

PB-DA-2Y系列产品是一种新型的压力变送器，广泛应用于冶金、电力、自来水、化工和石油等工业现场，实现远程监控和控制。

PB-DA-2Y系列产品采用德国AMG公司传感器及专用变送器用集成电路，传感器部件为光刻箔式电阻应变计。

它设计新颖独特，工艺先进，信号输出稳定，信号输出精度达1.0级，表面指针精度为1.6级。

使用环境温度为-20℃～45℃，相对湿度不大于80%。

仪表接线为三线制：

黑色――电源正极；

红色-－输出正极；

兰色-公共负极。

接头螺纹选用ZG1/2，与管道直接相接。

该压力变送器外形如图4-8所示。

本例中，压力变送器安装在水泵出水口的管道上，如图4-9所示。

图4-8压力变送器外形图图4-9压力变送器安装图

该调节器的参数分为三组，可以根据不同要求分别设置，这3组参数的分类及各参数的定义分别如表4-3、表4-4、表4-5所示。

在需要设置其中的有关参数时，按住SEL键保持1秒（或2秒、3秒），就可分别进入第一组（或第二组、第三组）参数的设定状态，使用∧或∨键可以在本组参数中选择需要设置的参数并进行修改。

当该组参数设置完成后，按SEL键2秒钟，就可返回工作状态，可继续进入其它参数组进行设置，也可保持在工作状态开始进行控制。

在本实例中，是将该调节器作为压力调节使用的，不需要较复杂的多段升温、保温的程序，只需使其进行简单的PID运算即可，因此需设置的参数不多。

本例中所设置的参数如下：

（1）运行控制参数Stby（第一组）

参数Stby可以使仪表在控制待机状态和控制运行状态（即工作状态）之间切换。

设置STby=ON则为待机状态，此时可以进行参数设置，但控制和报警都无输出；

Stby=OFF为运行状态，控制及报警功能正常进行。

在此状态下也可通过SEL键进入参数设定状态。

（2）报警1动作值参数AL1、A1-L、A1-H（第一组）

这3个参数都是对报警1的动作值进行设置的。

AL1是设定值；

A1-L是报警1下限值；

A1-H是报警1上限值。

要根据所用的报警方式的不同，在这3个参数中进行选用。

例如报警方式是高低限报警时，即测量值超出高限或低限要报警，在高、低限之间不报警，就要分别设置A1-H和A1-L；

而若使用高（或低）报警方式，即测量值超出高限（或低限）时报警，低于高限（或高于低限）时不报警，就只要对AL1设置即可。

本例中使用高报警方式，因此设置AL1=10，即压力测量值超出给定值10%时报警。

（3）控制方式参数CTrL（第二组）

可设置3种控制方式：

PID控制、模糊控制及PID自整定方式。

本例选用PID控制方式，因此设置CTrL=PID。

（4）输入信号代码P-n2（第二组）

PXR系列温度控制器允许使用热电阻或热电偶测量温度，也可直接输入1～5V直流电压或4～20mA直流电流。

各种不同的输入信号以不同的代码来表示，如表4-6所示。

本例中用4～20mA直流电流输入，因此设置P-n2=16。

表4-6输入信号代码表

输入信号

输入量程（℃）

输入量程（℉）

代码（P-n2）

电阻测温包

Pt100Ω

0～150

32～302

0～300

32～572

0～500

32～932

0～600

32～1112

-50～100

-58～212

-100～200

-148～392

-150～600

-238～1112

-150～850

-238～1562

热电偶

J

0～400

32～752

0～800

32～1472

K

0～1200

32～2192

R

0～1600

32～2912

B

0～1800

32～3272

S

T

-199～200

-328～392

-150～400

-238～752

E

-199～800

-328～1472

N

0～1300

32～2372

PL2

DC电压

刻度范围：

-1999～9999

1～5VDC

DC电流

对电流输入，应并接250Ω电阻，等效转换为1～5VDC输入

4～20mADC

（5）小数点位置设定P-dP（第二组）

当输入类型设定为4～20mA电流后，仪表已规定显示形式为百分比，显示范围为0%～100%，即显示为0～100。

显示1即代表4～20mA量程的1%。

由于输入电流是由压力变送器输出的，压力变送器量程为0～1Mpa，对应输出4～20mA电流，则量程的1%就对应0.01Mpa。

而压力值0.01Mpa近似为0.1kg/cm2，因此设置小数点位置为1位，即参数P-dP=1，这样当显示1%时显示的形式就变为0.1，可近似看作为0.1kg/cm2的压力值。

（6）设定报警1动作模式ALM1（第二组）

PXR5系列调节器具有31种报警方式，可通过对参数ALM1设置不同的报警代码来指定。

各种报警动作的模式如表4-7和表4-7（续表）所示：

在表4-7中，报警代码分为标准报警代码和双报警代码。

在标准报警代码中，报警动作的方式是当测量值超过参数AL1（在表32-7的作用图中以ALn表示，n=1、2，本例所选型号只有1个报警，无AL2，故n只能取1）的设定值时报警输出触点接通（绝对值报警模式）；

或当测量值超过给定值SV一定的偏差（偏差即参数AL1的设定值）时报警输出触点接通（偏差报警模式）。

标准报警模式中只用到AL1一个参数。

而在双报警代码中，报警动作的方式是当测量值超过高限或低限时或超出SV的上、下偏差时报警触点动作，要用到参数A1-L和A2-H来分别设定低限（下偏差）和高限（上偏差）。

本例采用的报警方式是上偏差报警，故设置参数ALM1=5。

因设定AL1=10，所以本例中报警输出动作是在实际管网压力超出给定值SV的10%时发生。

（7）P、I、D运算数值设置（第二组）

本调节器的主要任务是对管网压力进行PID控制，为了使压力的变化平稳，当用水量出现波动时调节器要及时作出响应，使管网压力尽快满足用水量的需要，同时又不能出现过大的超调量，因此要将P、I、D参数设定为最佳状态。

在设置PID参数时，需注意的是，在变频器中，内置PID调节功能的“P”参数，是直接预置比例增益Kp。

而在专用的PlD调节器中，比例增益的大小常常是通过“比例带”来进行调节的（PXR5中即是）。

本实例中只使用PI控制，未使用微分控制，设置参数D=0，参数P和I在调试中整定。

（8）SV设定范围Sv-L和Sv-H（第三组）

参数Sv-L和Sv-H分别用于指定给定值设置范围的下限和上限。

当在参数P-n2中设定输入信号种类是4～20mA电流时，已规定SV和PV显示的单位是百分比，显示范围为0%～100%，因此Sv-L和Sv-H的数值范围必须在0～100之间。

本例要求压力值在0～1Mpa之间可任意给定，因此设置Sv-L=0，Sv-H=100，使SV设定范围为0%～100%。

4.PLC及控制程序的编写

（1）PLC的选用及输入/输出端口的分配

在本实例中，PLC用于对变频器的运行、停止进行控制，并负责三台电动机的切换。

PLC选用三菱公司的FX系列，型号为FX2N-48MR，继电器输出，输入点24点，输出点24点。

PLC的接线图参见附图4-4，其I/O分配表如表4-8所示：

表4-8输入/输出分配表

输入点

输入元件

功能说明

输出点

输出元件

X0

Y0

RES

变频器复位

X1

Y4

变频器正转起动/停止

X2

A,C

变频器异常报警

Y5

KM10

变频器电源

X3

自动/手动选择开关

Y6

KM1

1#泵变频运行

X10

AL1

PID调节器压力报警

Y7

KM11

1#泵工频运行

X11

FU

变频器输出频率下限

Y10

KM2

2#泵变频运行

X13

SU

变频器输出频率上限

Y11

KM12

2#泵工频运行

Y12

KM3

3#泵变频运行

Y13

KM13

3#泵工频运行

Y14

HL17、HA

变频器故障指示

（2）控制程序的分析

本例的梯形图如图4-10所示。

附：

PLC控制系统设计的一般步骤

如图4-11所示，PLC控制系统的一般设计步骤可以分为以下几步：

熟悉控制对象、PLC选型及确定硬件配置、设计PLC的外部接线、设计控制程序、程序调试和编制技术文件。