怎样用三菱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，Y0：1号泵运行指示；Y1：2号泵运行指示，T20：1号泵故障；T21：2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，X1：1号泵水流开关；X2：2号泵水流开关；X3：过压保护。

（4）PLC输出，Y1：KM1；Y2：KM2；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0—10kg对应的是数值是0—250,所以压力与数值的关系是1:25)。

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1:5(由特殊功能模拟模块FX0N-3A的资料可知: 因数值是0—250对应的是0—1250转/min,则数值与转速的关系是1:5)，所以电动机的转速实际值校正数D102=D150×5÷10（其中除以10是因为所有实数参与PID的SV<设定值>D500,PV<当前值>D160，运算都是以1000%加入的。所以要得到MV<输出值>D150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<设定值sv,d160；即bit=1,选择逆动作）所以将压力数字量寄存器d160用于pid< span="">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Pr1=50Hz；（2）下限频率Pr2=30Hz；（3）基底频率Pr3=50Hz；（4）加速时间Pr7=3s；（5）减速时间Pr8=3s；（6）电子过电流保护Pr9=电动机的额定电流；（7）起动频率Pr13=10Hz；（8）DU面板的第三监视功能为变频繁器的输出功率Pr5=14；（9）智能模式选择为节能模式Pr60=4；（10）设定端子2～5间的频率设定为电压信号0～10V Pr73=0；（11）允许所有参数的读/写Pr160=0；（12）操作模式选择（外部运行）Pr79=2；（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-3A I/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。