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。
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