PLC在恒温恒压控制系统中的应用

摘要：通过三菱PLC、触摸屏和变频器对换热站中的供水管道和回水管道中的温度、压力进行自动监控，实现了换热站系统恒压、恒温供热的自动运行与人机交互。换热站控制系统的改造不仅能够通过自动化控制技术实现安全生产的目的，还能够提高节能环保。

关键词：恒温 恒压 PLC

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）06-0001-02

1 概述

在供热系统中，由热电厂恒压向一次网供水管道供热水流经换热器将热水的温度经热传递传给二次网。在二次网侧，二次网供水管道将换热板换器中的热水向用户恒压供热水。热水经热用户使用后温度下降，下降后的低温水经二次网回水管道流回换热器进行加热，如此不断循环。二次网侧有两台循环泵和两台补水泵。两台循环泵都是由变频器控制，实现对二次网恒压供水，而且两台循环泵一用一备。补水泵的功能是因为在供回水的过程中管道中的水会有损耗，这样在回水管道中的水会出现不足就不能恒压回水，这时候回水泵就对回水管道进行补水，两台补水泵也是一用一备。

2 PLC控制系统设计

根据控制要求，该系统采用2路PID控制。一路是恒压控制，系统通过安装在管路上的压力传感器检测水泵输出压力，压力变送器将压力传感器输出的电压信号转换为4～20mA的电流信号，然后送给FX2N-2AD模块，经A/D转换后得到与压力成比例的数字量，PLC将它与压力设定值比较，并经PID运算对误差值进行运算，将运算结果数字量送给FX2N-4DA模块，经D/A转换后变为电压信号或电流信号，用来控制变频器的输出频率，通过它控制水泵电机的转速改变输出水压，实现对管道内水压的闭环控制。假设管道压力值低于给定压力值，PLC控制变频器的输出量将增大，使水泵电动机转速增大，最终使水压接近或等于给定值。

3 主要元器件选型

根据系统的实际情况，PLC采用FX2N-64MR，采用PT100作为温度传感器，整个系统中PLC带4个特殊功能模块，FX2N-4AD-PT、FX2N-2AD、FX2N-4DA、FX2N-2DA。PLC与特殊功能模块连接进行数据通讯时，是通过FROM/TO指令实现的，每个特殊功能模块都有一个确定的地址编号，编号的方法是从最靠近PLC的那一个功能模块从0开始顺次编号，但不允许超过7。

FX2N-4AD-PT将温度传感器采集的温度模拟量转换成12位的数据，FX2N-4AD-PT共有31位缓冲存储器，其中BFM#1～#4设定CH1～CH4通道的平均采样次数，我们这里只用了一路通道。BFM#9～#12和#17～#20保存输入数据的当前值，BFM#29中各位的状态是FX2N-4AD-PT运行正常与否的信息。FX2N-4AD-PT的识别码为K2040存放在BFM#30。在传输/接收数据之前，可以使用FROM指令读出特殊功能模块的识别码，以确认正在对此特殊功能模块进行操作。本文中将FX2N-4AD-PT的CH1设定为电压输入方式。

FX2N-4AD可用于4通道，双极性模拟量输入的A/D转换，由于本文中由压力传感器过来的-10V～10V模拟信号，该模块转换结果为带符号的12位数字量。

变频器采用三菱FR-D700变频器，变频器的使用可以消除管道的压力波动，不但保证可靠供水，而且节能效果明显。变频器在使用过程中，需要设置的参数较多。在本系统中，控制水泵电机的变频器主要参数设置如下：PR.79设置为2；PR.73为0（模拟量输入选择0-10V）等。

本系统采用了台达DOP-A57GSTD触摸屏，触摸屏通过COM1口与PLC的COM口相连，通过触摸屏良好的人机界面不但可以监视系统的运行参数，如水泵电机的运行时间等；也可以通过触摸屏设定相关的参数，如改变压力、温度的设定值等，保证了系统的可靠运行。

热电阻温度传感器是利用导体或半导体的电阻值随温度变化而变化的原理进行测温的一种传感器，这里我们选用Pt100。

4 程序设计

该指令对当前值[S2]和设定值[S1]进行比较，通过PID回路处理两者之间的偏差来产生一个调节值，存入目标元件[D]中。[S3]为PID的参数设置：PID参数存放在以[S3]为首的23个数据寄存器组成的数据栈中，这些软元件有些是要输入数据的，有些是内部操作运算要用的，有些是从PID运算过程在产生的标志，通过参数设置，可用PID指令构成不同的回路状态。在这里着重强调的是温度PID运算时，由于温度调节的滞后性，D参数可不可以调的很大，D参数调大了以后会增加控制器的敏感度，P参数调大了亦可以提高响应速度，I参数应该不用调节大多，否则调节时间会较长。

5 结语

应用三菱FX2N系列PLC的PID功能，配合相关的特殊功能模块和变频器、触摸屏，再加载少量的电气元件，就可以实现恒温恒压供水，其硬件投资少，编程简单，调试方便，可靠性高，有一定的推广应用价值。