【正文】 V 額定輸出電流 30A 壓力變送器 CJ800D通用型壓力變送器 水壓檢測范圍 0~1MPa 對應(yīng)電信號 4~20mA 穩(wěn)壓罐 SQL型消防氣壓罐 壓力 直徑高度∮ 600 1900/mm 觸摸屏 三菱 GT1155QTBD 尺寸： 分辨率： 320 240 內(nèi)存： 3M 顯示顏色： 256 PLC 三菱 FX2N32MR I/O： 16/16 擴(kuò)展模塊 FX2N16ER 8點(diǎn)輸入， 8繼電器輸出 PLC 及其拓展模塊選型 本例中 PLC 選擇三菱公司的 FX2N32MR PLC 是整個(gè)變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的核心 ,它要完成對系統(tǒng)中所有輸入信號的采集、所有輸出單元的控制、恒壓的實(shí)現(xiàn)以及對外的數(shù)據(jù)交換。如果變頻器的輸出為上限頻率 ,只有當(dāng)實(shí)際的供水壓力比設(shè)定壓力小 2Pd 的時(shí)候才允許進(jìn)行機(jī)組增加 。這個(gè)頻率遠(yuǎn)大于 0HZ,具體數(shù)值與水泵華北理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 16 特性及系統(tǒng)所使用的場所有關(guān) ,一般在 20HZ 左右。當(dāng)用水量繼續(xù)下降 ,并且滿足減少水泵的條件時(shí) ,將繼續(xù)發(fā)生如上轉(zhuǎn)換 ,直到剩下一臺變頻泵運(yùn)行為止。報(bào)警信號反映系統(tǒng)是否正常運(yùn)行 ,水泵電機(jī)是否過載、變頻器是否有異常 ,該信號為開關(guān)量信號。同時(shí)設(shè)一臺備用泵，方便設(shè)備輪換，提高硬件可靠性。具有良好的通信接口 ,可以方便地與其他的系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換 。 第 2 章 系統(tǒng)理論分 析及控制方案確定 9 第 2 章 系統(tǒng)的理論分析及控制方案確定 變頻恒壓供水系統(tǒng)的理論分析 水泵 電機(jī)多采用三相異步電動機(jī)，而其轉(zhuǎn)速公式為： n= )1(60 spf ? （式 ） f:電源頻率， p：電動機(jī)極對數(shù)， s：轉(zhuǎn)差率。另外 ,一些特殊功能模塊也帶有自己的操作系統(tǒng)軟件。編程器工作方式主要有編程和監(jiān)控兩種 ,編程工作方式是在 PLC 機(jī)處于停機(jī)狀態(tài)時(shí)可以進(jìn)行編程 ,它的功能主要是輸入新的程序 ,或者對已有的程序予以編輯和修改。模擬華北理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 6 量輸入模塊接收到標(biāo)準(zhǔn)量程的模擬電壓或電流后 ,把它轉(zhuǎn)換成 8 位、 10 位或 12位的二制數(shù)字信號 ,送給中央處理器進(jìn)行處理。由于數(shù)據(jù)在控制器應(yīng)用中是經(jīng)常變化、經(jīng) 常存取的 ,因此數(shù)據(jù)存貯器一般選用 CMOS RAM,以滿足隨機(jī)存取的要求。 中央處理器的功能是 :CPU按系統(tǒng)程序所賦予的功能 ,接收并存貯從編程器輸入的用戶程序和數(shù)據(jù) 。 PLC的編程大多采用類似于繼電器控制線路的梯 形圖形式 ,對使用者來說 ,不需要具備計(jì)算機(jī)的專門知識 ,因此很容易被一般工程技術(shù)人員所理解和掌握。 70 年代初期 ,體積小、功能強(qiáng)和價(jià)格便宜的微處理器被用于 PLC,使得 PLC 的功能大大增強(qiáng)。 變頻恒壓供水系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)?況 可編程控制器的產(chǎn)生取代了傳統(tǒng)繼電器控制，是面向工業(yè)控制領(lǐng)域的專用設(shè)備，具有以下幾個(gè)特點(diǎn)： ⑴ 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)； ⑵ 功能強(qiáng)大，編程簡單，使用方便； ⑶ 體積小，重量輕，能耗低，性價(jià)比高； ⑷ 控制系統(tǒng)易于實(shí)現(xiàn)，開發(fā)工作量少，周期短，維護(hù)方便，易于改造。 ABSTRACT .........................................................II 第 1 章 緒論 ......................................................... 1 課題的來源及背景 .............................................. 1 變頻恒壓供水系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r .................................... 2 PLC 特點(diǎn)及應(yīng)用 ................................................. 2 本課題主要研究內(nèi)容 ............................................. 8 第 2 章 系統(tǒng)的理論分析及控制方案確定 ................................. 9 變頻恒壓供水系統(tǒng)的理論分析 ..................................... 9 變頻恒壓供水控制方案的確定 .................................... 9 控制方案的比較和確定 ....................................... 9 恒壓供水系統(tǒng)的組成及原理圖 ................................ 10 供水系統(tǒng)中水泵切換條件分析 ................................ 15 本章小結(jié) ..................................................... 17 第 3 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) ................................................ 18 系統(tǒng)主要裝備選型 ............................................. 18 PLC及其拓展模塊選型 ...................................... 18 水泵機(jī)組的選型 ............................................ 19 變頻器的選型 .............................................. 20 壓力變送器的選型 .......................................... 21 穩(wěn)壓罐的選型 .............................................. 21 觸摸屏的選型 .............................................. 21 系統(tǒng)主電路分析及設(shè)計(jì) ....................................... 22 系統(tǒng)控制電路分析及設(shè)計(jì) ....................................... 23 PLC 的 I/O 端口分配及變頻器接線圖 .............................. 24 本章小結(jié) ..................................................... 28 第 4 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) ................................................ 29 系統(tǒng)功能分析 ................................................. 29 PLC 程序設(shè)計(jì)方法 .............................................. 30 系統(tǒng)控制程序設(shè)計(jì) .............................................. 31 梯形圖程序編制 ................................................ 35 控制界面組態(tài) .................................................. 37 目 錄 V 本章小結(jié) ...................................................... 37 結(jié) 論 ............................................................. 39 參考文獻(xiàn) ........................................................... 40 謝 辭 ............................................................. 41 附 錄 主程序設(shè)計(jì) ................................................. 42 第 1 章 緒論 1 第 1 章 緒論 課題的來源及背景 眾所周知，河北省地區(qū)水資源相對匱乏，城市生活用水緊張，長期以來在供水技術(shù)方面也一直比較落后，自動化程度不高，而隨著社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展，城市化進(jìn)程加快的需求 ，對于供水系統(tǒng)提出了更高的要求。系統(tǒng)有效地解決了傳統(tǒng)供水方式中存在的問題 ,并具有多種輔助功能 ,增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性。恒壓供水將 PLC 和變頻技術(shù)結(jié)合起來，利用由變頻器控制的水泵，將市政管網(wǎng)水源或地下水源經(jīng)蓄水池后直接加壓送入供水管網(wǎng)，直至各個(gè)用水點(diǎn)。由于 PLC 采用了“三機(jī)一體化”的綜合技術(shù)即集計(jì)算機(jī)、儀器儀表、電氣控制于一身 ,具有高可靠性、強(qiáng)抗千擾能力、組合靈活、編程簡單、維修方便和低成本等諸多特點(diǎn) ,因而與其它控制器相比它更加適合工業(yè)控制環(huán)境和市場的要求 。 PLC 針對不同的工業(yè)現(xiàn)場信號 ,有相 應(yīng)的 I/O模塊與工業(yè)現(xiàn)場的器件或設(shè)備直接連接。它的軟、硬件配置與計(jì)算機(jī)極為類似 ,只不過它比一般計(jì)算機(jī)具有更強(qiáng)的與工業(yè)過程相連接的接口和更直接的適應(yīng)于控制要求的編程語言。用戶不能訪問和修改存貯器這部分的內(nèi)容用戶存貯器主要用來存放用戶的應(yīng) 用程序。模擬量輸入 /輸出模塊主要用來實(shí)現(xiàn)模擬量 數(shù)字量之間的轉(zhuǎn)換 ,即 A/D 或 D/A 轉(zhuǎn)換。用于 IBM 一 PC 及其兼容機(jī)的編程器。擴(kuò)展模板的外形一般也小巧、堅(jiān)固 ,有易于接線的端子排 ,帶有擴(kuò)展總線或通過總線連接器與 CPU 相連。這種編程方法是在傳統(tǒng)繼電器梯形圖基礎(chǔ)上進(jìn)行一定演變而形成的 ,突出了各編程原件之間的邏輯關(guān)系。系統(tǒng) 主要的設(shè)計(jì)任務(wù)是利用恒壓控制單元使變頻器控制一臺水泵或循環(huán)控制多臺水泵 ,實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)水壓的恒定和水泵電機(jī)的軟起動以及變頻水泵與工頻水泵的切換 ,同時(shí)還要能對運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸。而高水 位區(qū)選擇使用一臺變頻器對多臺水泵進(jìn)行循環(huán)控制。供水系統(tǒng)的增容和減容容易 ,無需更換水泵 ,只要再增加恒速泵即可 。由于本系統(tǒng)能適用于不同的供水領(lǐng)域 ,所以為了保證系統(tǒng)安全、可靠、平穩(wěn)的運(yùn)行 ,防止因電機(jī)過載、變頻器報(bào)警、電網(wǎng)過大波動、供水水源中斷造成故障 ,因此系統(tǒng)必須要對各種報(bào)警量進(jìn)行監(jiān)測 ,由 PLC 判斷報(bào)警類別 ,進(jìn)行顯示和保護(hù)動作控制 ,以免造成不必要的損失。通過水泵機(jī)組切換 ,增加運(yùn)行機(jī)組數(shù)量來實(shí)現(xiàn) 恒壓。同時(shí) ,在切換過程和變頻器從啟動到穩(wěn)定的過程中 ,系統(tǒng)的供水情況是不穩(wěn)定的 ,實(shí)際供水壓力也會在很大的壓力范圍內(nèi)震蕩。 華北理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 18 第 3 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)主要裝備選型 參照華北地區(qū)人均用水量及 所選 居民小區(qū)進(jìn)行需水量計(jì)算 ，數(shù)據(jù)如下： 8棟樓，供水目標(biāo)為 6~15 層，每層 8戶，每戶 4 人，人均用水 190L/日則 高峰期流量 =8 10 8 4 190 247。由于 FX2N 系列具備如下特點(diǎn) :最大范圍的包容了標(biāo)準(zhǔn)特點(diǎn)、程式執(zhí)行更快、全面補(bǔ)充了通信功能、適合世界各國不同的電源以及滿足單個(gè)需要的大量特殊功能模塊 ,它可以在實(shí)際自動化工程應(yīng)用中提供最大的靈活性和控制能力。為風(fēng)機(jī)、泵用 P11S 系列 ,標(biāo)準(zhǔn)設(shè)有風(fēng)機(jī)、泵最佳第 3 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 21 自動節(jié)能運(yùn)行方式，泵用容量 。 在工業(yè)控制上 POD 作為 PLC 的前端設(shè)備在用戶和機(jī)器（例如變頻器）之間架設(shè)了一條橋梁，可以用一種簡單明了而又靈活的方式來取代傳統(tǒng)設(shè)備大量的觸華北理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 22 控按鈕、指示燈、選擇開關(guān)等。變頻器的輸出端嚴(yán)禁和工頻電源相連 ,也就是說不允許一臺電機(jī)同時(shí)接到工頻電源和變頻電源的情況出現(xiàn)。通過轉(zhuǎn)換開關(guān)及 相應(yīng)的電路來實(shí)現(xiàn) , 圖 ,SA為手動 /自動轉(zhuǎn)換開關(guān) ,打在①位置為手動狀態(tài) ,打在②位置為自動狀態(tài)。 POD 還具有完善易用 的通信功能。內(nèi)置 PID 模塊與 A/D轉(zhuǎn)換模塊。定位控制達(dá)到 16 軸 ,脈沖串輸出為 J和 K型熱電偶或 Pt 傳感器開發(fā)了溫度模塊。 1000= 錯誤 !未找到引用源。對于第二個(gè)判別條件 ,通過相同的討論方法也能夠得到類似的結(jié)論。其實(shí) ,在實(shí)際應(yīng)用中 ,變頻器長期低頻輸出會導(dǎo)致電機(jī)發(fā)熱，損壞機(jī)組，浪費(fèi)能量。 ⑵ 當(dāng)用水量增加水壓減小時(shí) ,通過壓力閉環(huán)和恒壓控制器 ,增加水泵的轉(zhuǎn)速到另一個(gè)新的穩(wěn)定值 ,反之 ,當(dāng)用水量減少水壓增加時(shí) ,通過壓力閉環(huán)和恒壓控制器 ,減小水泵的轉(zhuǎn)速到另一個(gè)新的穩(wěn)定值。在用水量不太大時(shí) ,系統(tǒng)中不是所有的水泵在運(yùn)行 ,這樣可以提高水泵的運(yùn)行 壽命 ,同時(shí)降低系統(tǒng)的功耗 ,達(dá)到節(jié)能的目的。管網(wǎng)鋪設(shè)如圖 所示： 第 2 章 系統(tǒng)理論分 析及控制方案確定 11 圖 管網(wǎng)鋪設(shè)圖 華北理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 12 供水系統(tǒng)的恒壓通過壓力變送器、 PID調(diào)節(jié)器和變頻器組成的閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制。它雖然微化了電路結(jié)構(gòu) ,降低了設(shè)備成本 ,但在壓力設(shè)定和壓力反饋 值的顯示方面比較麻煩 ,無法自動實(shí)現(xiàn)不同時(shí)段的不同恒壓要求 ,在調(diào)試時(shí) ,PID 調(diào)節(jié)參數(shù)尋優(yōu)困難 ,調(diào)節(jié)范圍小 ,系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)、動態(tài)性能不易保證。 華北理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 8 本課題主