PLC控制继电器组实现变频-工频的切换的程序设计

    本设计中，艾特贸易网小编是利用PLC控制继电器组，来达到变频-工频的切换。恒压供水系统为闭环控制系统，其工作原理为：供水的压力通过传感器采集给系统，再通过变频器的A/D转换模块将模拟量转换成数字量，同时，变频器的A/D将压力设定值转换成数值量，两个数据同时经过PID控制模块进行比较，PID根据变频器的参数设置进行数据处理，并将数据处理的结果以运行频率的形式控制输出。PID控制模块具有比较和差分的功能，供水的压力低于设定压力，变频器就会将运行频率升高，相反则降低，并且可以根据压力变化的快慢进行差分调节。以负作用为例，如果压力在上升接近设定值的过程中，上升速度过快，PID运算也会自动减少执行量，从而稳定压力，如图6-49所示。供水压力经PID调节后的输出量，通过交流接触器组进行切换控制水泵的电动机。在水网中的用水量增大时，会出现一台“变频泵”效率不够的情况，这时就需要其他的水泵以工频的形式参与供水，交流接触器组就负则水泵的切换工作情况，由PLC控制各个接触器，是工频供电或者是变频供电，按需要选择水泵的运行情况。

    图6-49    PID控制原理

    1．变频器的PID设定

    在PID控制下，使用一个标准输出信号4~20mA，量程范围0~ 0.5MPa的传感器作为反馈信号与变频器的给定信号进行比较来调节水泵的供水压力，设定值通过变频器的2和5端子(0~ 5V)给定。变频器的PID参数设置流程图如图6-50所示。

    图6-50    变频器PID设置流程图

    如需要校准时，用Pr.902~ Pr.905校正传感器的输出，在变频器停止时，在PU模式下输入设定值。见表6-11所示。

    表6-11    模拟输入电压、电流、频率的校正参数设定表

    2．PLC控制

   PLC在这个项目中的作用是控制交流接触器组进行工频一变频的切换和水泵工作数量的调整。由操作步骤中主回路的接线图可以看出，交流接触器组中的KM0与KM1分别控制1号水泵的变频运行和工频运行，而KM2和KM3则控制2号水泵的变频与工频，KM4与KM5控制3号的变频启动。考虑到操作的安全，我们没有将3号水泵的工频运行连接，即没有实现3台水泵同时工频运行。读者可结合实际生产工艺使用的要求，实行3台水泵的全工频运行。本项目的运行要求如下所述。

    系统启动时，KM0闭合，1号水泵以变频方式运行。

    当变频器的运行频率超出设定值时输出一个上限信号，PLC通过这个上限信号后将1号水泵由变频运行转为工频运行，KM0断开，KM1吸合，同时KM2吸合，变频启动2号水泵。

    如果再次接收到变频器上限输出信号，则KM2断开，KM3吸合，2号水泵由变频转为工频，同时KM4闭合，3号水泵变频运行。如果变频器频率偏低，即压力过高，输出的下限信号使PLC关闭KM4、KM3，开启KM2，2号水泵变频启动。

    再次收到下限信号就关闭KM2、KM1，吸合KM0，只剩1号水泵变频工作。

    由控制要求可画出本项目PLC参考程序流程图，如图6-51所示。

    图6-51    PLC参考程序流程图

    3．根据系统结构进行主电路和控制电路的连线及PLC程序的编写。

   (1)主电路连接如图6-52所示。

    图6-52    主电路图

   (2)交流接触器及PLC控制回路部分连接图如图6-53所示，即Y21~Y26分别控制继电器KM0～KM5，KM0与KM1、KM2与KM3、KM4与KM5之间分别互锁，防止它们同时闭合使变频器输出端接入电源输入端。

    图6-53    交流接触器控制回路图

   (3)变频器控制回路连接图如图6-54所示，变频器启动运行靠PLC的Y0控制，频率检测的上/下限信号分别通过变频器的输出端子功能FU、OL输出至PLC的X4、X5输入端。PLC的X3输入端为手自动切换信号输入，变频器RT输入端为手/自动切换调整时，PID控制是否有效，由PLC的输出端Y1供给信号。故障报警输出连接与PLC的X2与COM端，当系统故障发生时输出接点信号给PLC，由PLC立即控制Y0断开，停止输出。PLC输入端SB1为启动按钮，SB2为停止按钮，SA1为手自动切换，由SA2~ SA7手动控制变频工频的启动和切换。在自动控制时由压力传感器发出的信号(4~20mA)和被控制信号（给定信号，变频器2端，也可用0～10V信号发生器供给）进行比较通过PID调节输出一个频率可变的信号改变供水量的大小，从而改变了压力的高低，实现了恒压供水控制。

    图6-54    变频器控制回路图

   (4)结合项目内容列出恒压供水PLC控制的I/O分配表、接线图、状态流程图及参考程序。I/O分配表见表6-12所示，接线图如6-55所示，状态流程图如图6-56所示。参考程序如图6-57所示。

    表6-12    恒压供水I/O分配表

    图6-55    PLC控制接线图

    图6-56    PLC控制状态流程图

    图6-57    恒压供水PLC控制参考程序梯形图

    4．据系统控制要求进行变频器参数设置

   (1)按表6-13设定相关参数。

    表6-13    恒压供水控制参数设定表

   (2)部分参数含义详解。

    ①Pr.42，输出频率检测。此参数为设定输出频率的动作（检测）值。当输出频率超过设定的动作值时，由端子OL输出ON信号。此参数的设定与Pr.193相对应。为下限标志频率。设定范围：0~ 400Hz。

    ②Pr.50，输出频率检测。此参数为设定输出频率的动作（检测）值。当输出频率超过设定的动作值时，由端子FU输出ON信号。此参数的设定与Pr.194相对应。为上限标志频率。设定范围：0~ 400Hz。

    ③Pr.193，OL端子功能的选择。此参数为OL端子功能的选择，本变频器所设定次值为4，是输出频率检测功能。当检测到设定的频率值时输出为低电平，未检测到时为高电平，相当于接点的接通和断开。有时OL也常作为过负荷报警的输出监测。其具体功能设定参照附录。

    设定范围：0~8，10~ 20，25~28，30~36，39，41~47，64，70，84，85，90～99，100~108，110～116，120，125～128，130～136，139，141～147，164，170，184，185，190，～199，9999。

    ④Pr.194，FU端子功能的选择。此参数为FU端子功能的选择，本变频器所设定次值为5，是第二输出频率检测功能。当检测到设定频率值时输出为低电平，未检测到时为高电平，相当于接点的接通和断开。有时FU也常作为其他功能的输出监测。其具体功能设定参照附录。

    设定范围：0~8，10~ 20，25~28，30~36，39，41~47，64，70，84，85，90～99，100～108，110～116，120，125～128，130～136，139，141～147，164，170，184，185，190～199，9999。

    ⑤Pr.195，ABC1端子功能的选择。此参数为ABC1继电器输出端子功能的选择，本变频器所设定次值为99，作为变频器报警，异常输出时用。当变频器因保护功能动作时输出停止的转换接点。故障时：B-C间不导通(A-C间导通)，正常时：B-C间导通(A-C间不导通)。ABC1也可作为其他功能的输出监测。其具体功能设定参照附录。

    设定范围：0~8，10~20，25~28，30~36，39，41~47，64，70，84，85，90，91，94～99，100～108，110～116，120，125～128，130～136，139，141～147，164，170，184，185，190，191，194～199，9999