景觀建筑供水水泵PLC控制系統設計

唐逸飛

摘 要：隨著生活條件的提高，環境也越來越美觀，水景作為人們生活中必不可少的景觀。在公共場所基本上都有建設，它們僅僅在規模上有所區別。本文設計就是一個對建筑瀑布供水水泵設計，使用PLC、變頻器，對水泵進行變頻控制。本次設計的思路是依據音樂的音量控制瀑布大小，應用PLC將音頻信號轉換為脈沖信號，然后輸入到變頻器中，使變頻器的輸出頻率隨著音頻信號的變化而變化，這樣就對水泵進行了調速，改變了供水量，達到了瀑布大小隨音樂變化的目的。

關鍵詞：變頻器；變頻調速；PLC

1、設備選型

（1）執行機構

它由水泵和管道構成，用來為建筑頂端供水。

（2）信號檢測

在系統運行時，音頻輸入信號和變頻器會向可編程控制器傳輸信號，對其檢測。可編程控制器內部指令將音頻信號轉換為數字量信號。變頻器提供系統故障信號。

（3）控制系統

它是這次設計的控制系統的主要部分。控制系統接收外部的按鈕信號以及其他的設備傳輸的數據，分析后，依照程序對水泵進行控制。

（4）通訊接口

通訊接口在這次設計的控制系統里有著非常重要的作用，把各個數據接口連接到可編程控制器上，能夠把系統里的可編程控制器和人機畫面、變頻器的數據互相傳輸。

（5）報警裝置

報警裝置是每個控制系統中必不可缺的。這個控制系統能夠在各式各樣的工業中使用，為了防止系統發生故障，造成更大損失，所以系統一定要對擁有報警裝置，由變頻器對水泵工作過程實時監控，并作出保護，將數據傳輸到人機畫面，在人機畫面上顯示出來。便于維修。

1.1 PLC選型及參數

本次設計需要用到6個輸入點，其中，兩個點連接水泵的啟動按鈕，兩個點連接水泵的停止按鈕，一個點連接浮漂，一個點連接急停按鈕，一個點連接音頻輸入。3個輸出點，其中兩個點分別連接兩個變頻器的啟動端子，一個點對變頻器進行脈沖輸入。而且具有一個I/O拓展插口，可連接A/D轉換模塊。以及通訊端，與變頻器和HMI進行數據通訊。

A/D轉換模塊在本次設計中將音頻信號轉換為數字信號，通過PLC指令，發出脈沖，對水泵進行調速，是必不可少的。永宏FBs-4A2D拓展模塊擁有4個A/D轉換輸入，2個D/A轉換輸出。本設計只需要使用2個A/D轉換輸入。

1.2 變頻器的選型

變頻器在本設計當中是對水泵進行調速的設備，脈沖的輸入改變輸出頻率，進而根據音樂音量對水泵進行調速，改變瀑布的大小。水泵的功率和電流是系統選擇變頻器的重要依據。在本設計當中，需要對水泵進行故障檢測，因此變頻器必須能夠和可編程控制器進行數據通訊。最終根據客戶要求選擇安弗森Z2400-7R5P型變頻器，其規格如表2所示：

2、系統方案設計

2.1 PLC程序編寫

（1）控制程序

X0接一個浮漂開關，在水位降到設定位置時，斷開內部繼電器M0，從而使水泵停止運行。X1和X3分別接一個常開按鈕，M1和M3通過串口連接HMI的啟動鍵，可以實現1號水泵和2號水泵的啟動，X2和X4分別接一個常閉按鈕，M2和M4通過串口連接HMI的停止鍵，可以實現1號水泵和2號水泵的停止。X5接變頻器的故障輸出，當變頻器檢測到水泵和系統發生故障時，輸出信號，使內部繼電器斷開，水泵停止運行，并將故障代碼存放在寄存器R20中。M7通過串口連接HMI的報警復位，在解除故障后，按下按鍵，恢復系統正常。Y1接一號變頻器的正轉，拖動一號水泵；Y2接二號變頻器的啟動端子，拖動二號水泵。音頻信號從X6端子輸入，經過模擬量轉換，轉變為脈沖從Y2端子輸出到變頻器，間接控制變頻器的改變輸出頻率，對水泵進行控制。

（2）轉換程序

音頻信號輸入到A/D轉換模塊中，先存放到寄存器R21中，然后將其搬移到寄存器D0中，然后經過模擬量轉換指令將音頻信號轉換為數字信號，存放到D1寄存器中，最后使用脈沖輸出指令將D1寄存器中的數字信號轉換為脈沖信號并使其從Y2端子輸出到變頻器的脈沖輸入端子。在脈沖輸出階段，脈沖根據音量大小分為六個區段，使得水泵有六個調速區，使效果更加明顯。

2.2 控制系統I/O點與功能

2.3 變頻器設置

將P0.01設置為1，可對水泵進行矢量控制啟動；將P0.02設置為1，可以通過接線端子控制變頻器啟動，控制面板則不可以控制變頻器的啟動，只可以設置參數；將P6.02設置為2，可以將變頻器檢測到的故障輸出到HMI中，使其顯示出來。