电子课件-《变频技术及应用(三菱 第二版)》-B02-0757 课题三 变频恒压供水控制

课题三 变频恒压供水控制
工作任务
本任务利用 PLC、变频器和压力传感器设计一个 单台水泵的变频控制恒压供水系统。
课题三 变频恒压供水控制 相关知识
一、变频恒压供水控制系统
变频恒压供水控制系统一般由变频器、控制器、压 力传感器以及水泵电动机等组成。
变频恒压供水控制系统框图
课题三 变频恒压供水控制
1．FX2N-3A 模拟量模块的特点 2．FX2N-3A 模拟量输入的应用 3．FX2N-3A 模拟量输出的应用
课题三 变频恒压供水控制
任务实施 一、 任务准备
实施本任务所需的实训设备及工具材料见表。
实训设备及工具材料
课题三 变频恒压供水控制 二、PLC 输入/输出地址分配
本任务将变频器输出频率分为 7 段速度，每段之间相差2Hz， 其速度运行曲线如图所示。通过变频器的输入端子 RL、RM 和 RH 的组合来控制多段速度。水泵电动机只需要单向运行，由 变频器 STF 端子控制，此外还需系统启动、停止控制信号。 PLC 输入/输出地址分配见表。
基本运行参数
课题源自文库 变频恒压供水控制
２． 多段转速运行参数设定
多段转速运行参数
课题三 变频恒压供水控制 五、编制 PLC 控制程序
1．程序流程图
程序流程图
课题三 变频恒压供水控制
2．PLC 程序
系统 PLC 控制程序
课题三 变频恒压供水控制
六、 联机调试
１． 水泵上水操作 具体步骤如下： （1）将 1# 水泵电动机直接和变频器的输出端相连，注 意相序不要颠倒。 （2）接通变频器电源，确认变频器为“ PU ”操作模式 （若不为“ PU ”操作模式，则用“ MODE ”设定到操作 “ PU ”模式）。 （3）将变频器的运行频率设为 50 Hz。
负作用控制过程
课题三 变频恒压供水控制
５． 正作用
正作用控制过程
课题三 变频恒压供水控制 二、变频器 PID 控制功能实现
1．接线原理图
PID 控制接线原理图
课题三 变频恒压供水控制
2．输入、输出端子功能定义 使用变频器内置 PID 功能进行控制时，当 X14 信号关断时， 变频器的运行不含 PID 的功能；只有当 X14 信号接通时，PID 控制功能才有效，此时其输入、输出端子功能见表。
课题三 变频恒压供水控制
3．参数设置
变频器内置 PID 功能的主要参数
课题三 变频恒压供水控制
4．注意事项 使用变频器内置 PID 功能进行控制时，要注意以下几点： （1）PID 控制时，如果要进行多段速度运行或点动运行， 请先将 X14 置于 OFF，再输入多段速度信号或点动信号。 （2）当 Pr.128 设定为“ 20 ”或“ 21 ”时，变频器端子 1～5 的输入信号将设定值叠加到端子 2～5。 （3）当 Pr. 79 设定为“ 5 ”(程序运行模式)时，则 PID 控 制不能执行，只能执行程序运行。 （4）当 Pr.79 设定为“ 6 ”(切换模式)时，则 PID 控制无 效。
课题三 变频恒压供水控制 相关知识 一、变频与工频切换控制原理
继电器与变频器组合的变频与工频的切换控制电路
课题三 变频恒压供水控制
二、 电动机的启动
随着大功率电力电子器件的不断发展成熟，变频器得到 了广泛应用。
１． 变频启动 先将电动机接到变频器的输出端，启动时，变频器输出 交流电的频率由 0 开始逐渐增加，输出电压也成比例增加。 ２． 变频与工频状态切换 当电动机达到规定转速之后，其所加工作电压往往已接 近工频，再继续由变频器供电，也不能起到节电的效果，失 去了变频器供电的意义，同时变频器本身也有一定的功率损 耗，此时应转入工频运行。
课题三 变频恒压供水控制
任务实施 一、 任务准备
实施本任务所需的实训设备及工具材料见表。
实训设备及工具材料
课题三 变频恒压供水控制
二、PLC 输入/输出地址分配
输入/输出地址分配表
课题三 变频恒压供水控制 三、系统接线
PLC、变频器系统接线图
课题三 变频恒压供水控制
四、设置变频器参数
基本运行参数
课题三 变频恒压供水控制
程序流程图
课题三 变频恒压供水控制
２． PLC 程序
系统 PLC 控制程序
课题三 变频恒压供水控制
六、 联机调试
控制程序编译成功后，将程序下载到 PLC 主机，将 PLC 置于“ RUN ”状态，变频器的操作模式设置在“ EXT ” 外部操作模式，启动恒压供水系统。
1. PLC 程序调试 2. 变频器部分调试 3. 系统联调 如上述过程均能实现且调试无误说明该系统运行正常。
二、 供水系统节能原理分析
常见的方法有阀门控制法和转速控制法两种。 阀门控制法是通过开关阀门大小来调节流量，而转速保持 不变，通常为额定转速。 转速控制法是通过改变水泵的转速来调节流量，而阀门开 度则保持不变 （ 通常为最大开度） 。
课题三 变频恒压供水控制
调节流量的两种方法比较
课题三 变频恒压供水控制
课题三 变频恒压供水控制
任务 １ 单台水泵的变频控制
学习目标
1．了解变频器恒压供水控制系统的组成及基本原理。 2．了解 PLC、变频器、压力传感器等设备的主要参 数和使用方法。 3．会设计单台水泵变频控制的 PLC、变频器控制线 路。 4．能正确设置单台水泵变频控制的变频器参数及编 制 PLC控制程序。
课题三 变频恒压供水控制
输入、输出端子功能
课题三 变频恒压供水控制
（1）反馈信号的输入 反馈信号的输入通常有给定输入法和独立输入法。 （2）目标值的预置 PID 调节的根本依据是反馈量与目标值之间进行比较的结 果，因此，准确地预置目标值是十分重要的。目标值通常是被 测量实际大小与传感器量程之比的百分数。 （3）偏差信号 当输入外部计算偏差信号时，通过端子 1～5 输入，且将 Pr.128 设定为“ 50 ”或“ 51 ”。
3．能控制变频器在合适的情况下使电动机转入工 频运行。
4．能正确设置变频启动、工频运行控制变频器参 数及编制 PLC 控制程序。
工作任务
课题三 变频恒压供水控制
本任务使用三菱 FR-E740 变频器和 PLC 实现变频与工频 切换，电动机变频工作时将变频器通过接触器接入电动机主 回路，电动机工频工作时通过接触器将变频器切除，直接将 电动机接入三相工频电源。
三、 压力传感器
压力传感器也叫压力传送器，用于检测流体的压力 （ 实 际是压强） ，并且可以进行远程信号传送，将信号传送到二 次仪表或者计算机后进行压力控制或者检测的一种自动化控 制前端元件。
如图所示为压阻式压力传感器外形图，输出信号为 4～20 mA (二线制) 或 0～5/10V（三线制），供电电压为直流 24V （DC9～36 V），对应测量范围为 0～1MPa，负载电阻为电 流输出型最大 800Ω，电压输出型大于 50kΩ。
如上述过程均能实现，说明该系统运行正常。
课题三 变频恒压供水控制
任务测评 对任务实施的完成情况进行检查， 并将结果填入
测评表内。
评分标准
课题三 变频恒压供水控制
任务 ２ 单台水泵变频启动工频运行控制 学习目标
1．掌握用 PLC 控制变频器进行工频和变频切换的 方法。
2．了解变频器工频、变频切换的方法及参数设置 的相关知识。
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任务 １ 任务 ２ 任务 ３ 任务 ４ 任务 ５
单台水泵的变频控制 单台水泵变频启动工频运行控制 单台水泵的变频器 PID 控制 三台水泵的 PID 控制 小区恒压供水控制
课题三 变频恒压供水控制
随着城市建设飞速发展，高层智能楼宇大量涌现，居民用 水矛盾日益突出。如采用传统水箱供水，存在水压不稳、 二 次污染和耗能增加等问题。为保证供水质量，高层建筑普遍采 用了变频恒压供水系统，其具有优异的调速和启动性能，以及 高效率、 高功率因数和明显的节能效果。
7 段速度运行曲线
课题三 变频恒压供水控制
输入 ／ 输出地址分配表
课题三 变频恒压供水控制 三、 系统接线
１． 传感器的连接 传感器回路接线如图所示。
传感器回路接线图
课题三 变频恒压供水控制
2．PLC、变频器系统接线图
PLC、 变频器系统接线图
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四、 设置变频器参数
１． 基本运行参数设定
3．系统要求设置 0.4 Mpa 为上限报警、0.2
Mpa 为下限报警，报警 5 s 后，系统自动停止运行。
4．系统运行参数能根据需要设置。
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相关知识 一、PID 控制概述
PID 控制是随时将传感器测量的实际信号（称为 反馈信号）与被控量的目标信号相比较，以判断是否 已经到达预定目标。
PID 控制原理框图
课题三 变频恒压供水控制
PID 控制因其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便 等优点而成为工业控制中被广泛采用的一种控制方式。
1．PI控制 2．PD 控制
PI控制
PD控制
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３．PID 控制 PID 控制是利用 PI 控制和 PD 控制的优点组合而成的控制， 是 P、 I 和 D 三个运算的总和。 ４．负作用
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三、 水锤效应
电动机全电压启动时，在不到 1s 的时间内，即可从静止 状态加速到额定转速，管道内水的流量则从零增加到额定流 量。由于流体具有动量和一定程度的可压缩性，所以，流量 的急剧变化将在管道内引起压强过高或过低的冲击，以及出 现 “ 空化” 现象。压力的冲击将使管壁受力而产生噪声， 犹如锤子敲击管子一般，故称为 “ 水锤效应” 。
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任务测评
对任务实施的完成情况进行检查，并将结果填入表内。
评分标准
课题三 变频恒压供水控制
任务 ３ 单台水泵的变频器 PID 控制 学习目标
1．了解 PID 控制原理。 2．了解变频器 PID 控制的相关知识。 3．会设置变频器 PID 控制参数。 4．能完成单台水泵变频器 PID 控制恒压供水控制 系统的设计、安装与调试。
课题三 变频恒压供水控制
工作任务
本任务用 PLC、变频器设计一个基于变频器
PID 控制的恒压供水系统，并在恒压供水装置上完
成模拟调试。具体控制要求如下：
1．系统按设计要求只有一台水泵，采用变频器
的内置 PID 进行变频恒压供水。
2．系统要求管网压力为 0.3 MPa，采用压力传
感器采集压力信号（4～20 mA）。
课题三 变频恒压供水控制
（4）按变频器“ FWD ”键进行启动，1# 水泵随之运转， 此时通过观察水箱液位是否变化或液位数显表变化情况，如 果液位下降则说明水已经被吸入，这时可手动打开电磁阀等 待水流出。
（5）当水从电磁阀流出时，表示承压箱已灌满，还可以 通过观察承压箱机械压力指示表察看承压箱的压力。
（6）在上水操作过程中要注意观察 4 个数显表的显示是 否正常。
（7）分别将 2#、3# 水泵电动机的电源线直接接至变频 器的输出端，重复上述步骤对 2#、3# 水泵进行上水操作。
课题三 变频恒压供水控制
2. 控制程序编译成功后，将程序下载到 PLC 主机，将 PLC 置于“ RUN ”状态，变频器的操作模式设置在 “ EXT ”外部操作模式，启动恒压供水系统。
课题三 变频恒压供水控制
五、 编制 PLC 控制程序
１． 程序流程图 在电动机停止或过载保护时，应平缓地降低电动机的转 速直到停止，防止管网中发生水锤效应，可设置变频器的减 速时间完成此项功能。还有一种特殊的情况是，电动机刚启 动 （ 还在变频工作状态）时，就发生过载现象或是按下停 止按钮，则变频器就直接停止运行，其停止曲线保持不变， 但由于电动机还未达到最大转速，电动机会更快地完全停止 下来。
课题三 变频恒压供水控制
压阻式压力传感器外形图
课题三 变频恒压供水控制
四、FX2N-3A 模拟量模块
本任务中压力传感器的测量输出为模拟量信号，而 PLC 程序控制要求的是数字量信号，所以采用 FX2N-3A 模拟量模 块进行 A/D 转换。FX2N-3A 模拟量模块可以与 FX0N、FX1N 、FX2N 等系列可编程序控制器相连接。
（1）关闭放水阀，当系统供水压力达到 D11、D12 设定 范围时，记录变频器的运行频率（此时应为最低速）。
课题三 变频恒压供水控制
（2）通过手动操作放水阀逐步增大对储压罐放水，模拟 增加用水量，观察系统压力达到设定值时变频器的运行频率 变化情况，直至变频器运行至最高频率。
（3）通过手动操作放水阀逐步减小对储压罐放水，模拟 减小用水量，观察系统压力达到设定值时变频器的运行频率 变化情况，直至变频器运行至最低频率。