系统核心控制原理
PLC变频恒压供水系统的梯形图设计是把PID闭环控制作为核心的, 压力传感器会实时采集管网的压力, 然后PLC会把检测到的数和设定好的数进行比较, 经过PID运算后输出信号用来调节变频器的速度, 进而驱动变频器去调整水泵的转速了, 最终目的是让管网出口压力稳定在设定值的加减0.02MPa这个范围的。
I/O分配与硬件连接
典型系统I/O分配：
输入, 也就是模拟量或者数字量的接口部分, 包含这样一些内容: 一个是压力的传感器信号, 这个信号是4到20毫安的这个类型的信号, 它是作为模拟量输入来用的；然后还有一个水箱的水位开关的信号, 这个是作为数字量输入来用的；再有就是水泵运行的反馈信号, 这也是作为数字量输入来用的；最后一个故障信号的这种类型, 它也是被归类为数字量输入的一部分。
输出的类型是包括直流与交流信号, 具体来说是由变频器来进行启动和停止的动作, 这属于数字输出DO的部分；再就是关于给频率提供的数值, 这个数值可以是0到10伏之间的电压, 或者是4到20毫安之间的电流, 这叫做模拟输出AO；还有关于水泵可以进行切换工作, 这也归类于数字输出DO的一种；最后是出现故障时的报警信息, 这也算作是用了数字输出来表示。
梯形图核心控制逻辑
该程序由四个功能部分构成, 这四个部分分别是:
1. 这里有一个启停控制的情况, 这个情况是采用了自锁电路的方式来实现水泵的启动功能, 同时还会设置最低运行时间大于等于10秒的目的, 其目的是为了可以防止出现频繁启停的现象, 关于手动模式和自動模式这两者之间的是通过选择指令来进行切换操作的。
2. 关于PID运算这一事项, 我们会去调用在PLC中自带的PID指令, 其中会涉及到S7系列的PID_Compact以及三菱系列的PID, 此时将设定值与检测值的差作为输入信号来参与计算, 其对应的输出是0到100%这个范围, 而该范围分别对应着变频器的频率从0Hz到50Hz。
3. 变频器驱动: 模拟量输出AO会向变频器发送频率给定的信号, 同时DO触点用于控制变频器的RUN和STOP端子, 以实现变频器的启动和停止操作。
4. 当单台泵的运转频率已经达到最高水平, 也就是处于45到50赫兹的状态, 并且系统内的压力依然显得比较低的时候, 经过一段设定好的延时等待时间之后, 就会去投入第二台泵来一起工作, 而当需要停止某台泵运作的时候, 就会按照每台泵累计运行的总时长来进行自动化的轮换安排, 以此来使得各台泵之间的磨损情况能够保持均衡一致。
关键PID与变频参数
| 参数 | 典型值 | 说明 |
|---|---|---|
| 比例带 | 5%~10% | 过大易振荡，过小响应慢 |
| 积分时间 | 60~120s | 消除稳态误差 |
| 微分时间 | 0~10s | 供水系统通常设为0 |
| 最低频率 | 10~15Hz | 防止水泵气蚀 |
| 最高频率 | 45~50Hz | 保护电机 |
| 启动延时 | ≥10s | 避免频繁启停 |
常见故障与处理
压力波动大的时候, 我们要减小比例带。我们还要增加积分时间。通过这样的操作来重新定调参数。
水泵频繁启停: 需要核对一下最低运行时间的设定值, 同时要检查一下PID输出下限的情况。
变频器无响应, 这要确认一下模拟量的量程是不是和变频器的频率给定模式是一致的。
多泵切换异常, 请检查一下在轮换逻辑里面, 那个用来累计时间的寄存器, 到底是不是已经把数值正确地清零了。
