唐逸飛

摘 要：隨著生活條件的提高，環(huán)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(shè)，它們僅僅在規(guī)模上有所區(qū)別。本文設(shè)計就是一個對建筑瀑布供水水泵設(shè)計，使用PLC、變頻器，對水泵進(jìn)行變頻控制。本次設(shè)計的思路是依據(jù)音樂的音量控制瀑布大小，應(yīng)用PLC將音頻信號轉(zhuǎn)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(jìn)行了調(diào)速，改變了供水量，達(dá)到了瀑布大小隨音樂變化的目的。

關(guān)鍵詞：變頻器；變頻調(diào)速；PLC

1、設(shè)備選型

（1）執(zhí)行機(jī)構(gòu)

它由水泵和管道構(gòu)成，用來為建筑頂端供水。

（2）信號檢測

在系統(tǒng)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?？删幊炭刂破鲀?nèi)部指令將音頻信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字量信號。變頻器提供系統(tǒng)故障信號。

（3）控制系統(tǒng)

它是這次設(shè)計的控制系統(tǒng)的主要部分。控制系統(tǒng)接收外部的按鈕信號以及其他的設(shè)備傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，分析后，依照程序?qū)λ眠M(jìn)行控制。

（4）通訊接口

通訊接口在這次設(shè)計的控制系統(tǒng)里有著非常重要的作用，把各個數(shù)據(jù)接口連接到可編程控制器上，能夠把系統(tǒng)里的可編程控制器和人機(jī)畫面、變頻器的數(shù)據(jù)互相傳輸。

（5）報警裝置

報警裝置是每個控制系統(tǒng)中必不可缺的。這個控制系統(tǒng)能夠在各式各樣的工業(yè)中使用，為了防止系統(tǒng)發(fā)生故障，造成更大損失，所以系統(tǒng)一定要對擁有報警裝置，由變頻器對水泵工作過程實時監(jiān)控，并作出保護(hù)，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)饺藱C(jī)畫面，在人機(jī)畫面上顯示出來。便于維修。

1.1 PLC選型及參數(shù)

本次設(shè)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(jìn)行脈沖輸入。而且具有一個I/O拓展插口，可連接A/D轉(zhuǎn)換模塊。以及通訊端，與變頻器和HMI進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。

A/D轉(zhuǎn)換模塊在本次設(shè)計中將音頻信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，通過PLC指令，發(fā)出脈沖，對水泵進(jìn)行調(diào)速，是必不可少的。永宏FBs-4A2D拓展模塊擁有4個A/D轉(zhuǎn)換輸入，2個D/A轉(zhuǎn)換輸出。本設(shè)計只需要使用2個A/D轉(zhuǎn)換輸入。

1.2 變頻器的選型

變頻器在本設(shè)計當(dāng)中是對水泵進(jìn)行調(diào)速的設(shè)備，脈沖的輸入改變輸出頻率，進(jìn)而根據(jù)音樂音量對水泵進(jìn)行調(diào)速，改變瀑布的大小。水泵的功率和電流是系統(tǒng)選擇變頻器的重要依據(jù)。在本設(shè)計當(dāng)中，需要對水泵進(jìn)行故障檢測，因此變頻器必須能夠和可編程控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。最終根據(jù)客戶要求選擇安弗森Z2400-7R5P型變頻器，其規(guī)格如表2所示：

2、系統(tǒng)方案設(shè)計

2.1 PLC程序編寫

（1）控制程序

X0接一個浮漂開關(guān)，在水位降到設(shè)定位置時，斷開內(nèi)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(xiàn)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(xiàn)1號水泵和2號水泵的停止。X5接變頻器的故障輸出，當(dāng)變頻器檢測到水泵和系統(tǒng)發(fā)生故障時，輸出信號，使內(nèi)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(fù)位，在解除故障后，按下按鍵，恢復(fù)系統(tǒng)正常。Y1接一號變頻器的正轉(zhuǎn)，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(jīng)過模擬量轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)變?yōu)槊}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(jìn)行控制。

（2）轉(zhuǎn)換程序

音頻信號輸入到A/D轉(zhuǎn)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(jīng)過模擬量轉(zhuǎn)換指令將音頻信號轉(zhuǎn)換為數(shù)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(shù)字信號轉(zhuǎn)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(jù)音量大小分為六個區(qū)段，使得水泵有六個調(diào)速區(qū)，使效果更加明顯。

2.2 控制系統(tǒng)I/O點與功能

2.3 變頻器設(shè)置

將P0.01設(shè)置為1，可對水泵進(jìn)行矢量控制啟動；將P0.02設(shè)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(shè)置參數(shù)；將P6.02設(shè)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。