唐逸飞

摘 要：随着生活条件的提高，环境也越来越美观，水景作为人们生活中必不可少的景观。在公共场所基本上都有建设，它们仅仅在规模上有所区别。本文设计就是一个对建筑瀑布供水水泵设计，使用PLC、变频器，对水泵进行变频控制。本次设计的思路是依据音乐的音量控制瀑布大小，应用PLC将音频信号转换为脉冲信号，然后输入到变频器中，使变频器的输出频率随着音频信号的变化而变化，这样就对水泵进行了调速，改变了供水量，达到了瀑布大小随音乐变化的目的。

关键词：变频器；变频调速；PLC

1、设备选型

（1）执行机构

它由水泵和管道构成，用来为建筑顶端供水。

（2）信号检测

在系统运行时，音频输入信号和变频器会向可编程控制器传输信号，对其检测。可编程控制器内部指令将音频信号转换为数字量信号。变频器提供系统故障信号。

（3）控制系统

它是这次设计的控制系统的主要部分。控制系统接收外部的按钮信号以及其他的设备传输的数据，分析后，依照程序对水泵进行控制。

（4）通讯接口

通讯接口在这次设计的控制系统里有着非常重要的作用，把各个数据接口连接到可编程控制器上，能够把系统里的可编程控制器和人机画面、变频器的数据互相传输。

（5）报警装置

报警装置是每个控制系统中必不可缺的。这个控制系统能够在各式各样的工业中使用，为了防止系统发生故障，造成更大损失，所以系统一定要对拥有报警装置，由变频器对水泵工作过程实时监控，并作出保护，将数据传输到人机画面，在人机画面上显示出来。便于维修。

1.1 PLC选型及参数

本次设计需要用到6个输入点，其中，两个点连接水泵的启动按钮，两个点连接水泵的停止按钮，一个点连接浮漂，一个点连接急停按钮，一个点连接音频输入。3个输出点，其中两个点分别连接两个变频器的启动端子，一个点对变频器进行脉冲输入。而且具有一个I/O拓展插口，可连接A/D转换模块。以及通讯端，与变频器和HMI进行数据通讯。

A/D转换模块在本次设计中将音频信号转换为数字信号，通过PLC指令，发出脉冲，对水泵进行调速，是必不可少的。永宏FBs-4A2D拓展模块拥有4个A/D转换输入，2个D/A转换输出。本设计只需要使用2个A/D转换输入。

1.2 变频器的选型

变频器在本设计当中是对水泵进行调速的设备，脉冲的输入改变输出频率，进而根据音乐音量对水泵进行调速，改变瀑布的大小。水泵的功率和电流是系统选择变频器的重要依据。在本设计当中，需要对水泵进行故障检测，因此变频器必须能够和可编程控制器进行数据通讯。最终根据客户要求选择安弗森Z2400-7R5P型变频器，其规格如表2所示：

2、系统方案设计

2.1 PLC程序编写

（1）控制程序

X0接一个浮漂开关，在水位降到设定位置时，断开内部继电器M0，从而使水泵停止运行。X1和X3分别接一个常开按钮，M1和M3通过串口连接HMI的启动键，可以实现1号水泵和2号水泵的启动，X2和X4分别接一个常闭按钮，M2和M4通过串口连接HMI的停止键，可以实现1号水泵和2号水泵的停止。X5接变频器的故障输出，当变频器检测到水泵和系统发生故障时，輸出信号，使内部继电器断开，水泵停止运行，并将故障代码存放在寄存器R20中。M7通过串口连接HMI的报警复位，在解除故障后，按下按键，恢复系统正常。Y1接一号变频器的正转，拖动一号水泵；Y2接二号变频器的启动端子，拖动二号水泵。音频信号从X6端子输入，经过模拟量转换，转变为脉冲从Y2端子输出到变频器，间接控制变频器的改变输出频率，对水泵进行控制。

（2）转换程序

音频信号输入到A/D转换模块中，先存放到寄存器R21中，然后将其搬移到寄存器D0中，然后经过模拟量转换指令将音频信号转换为数字信号，存放到D1寄存器中，最后使用脉冲输出指令将D1寄存器中的数字信号转换为脉冲信号并使其从Y2端子输出到变频器的脉冲输入端子。在脉冲输出阶段，脉冲根据音量大小分为六个区段，使得水泵有六个调速区，使效果更加明显。

2.2 控制系统I/O点与功能

2.3 变频器设置

将P0.01设置为1，可对水泵进行矢量控制启动；将P0.02设置为1，可以通过接线端子控制变频器启动，控制面板则不可以控制变频器的启动，只可以设置参数；将P6.02设置为2，可以将变频器检测到的故障输出到HMI中，使其显示出来。