【文章內(nèi)容簡介】 序調(diào) 試 程 序系 統(tǒng) 結(jié) 構 的 設 計記 錄 運 行 結(jié) 果并 分 析總 結(jié)錯誤 圖 系統(tǒng)設計步驟圖 系統(tǒng)控制方案 系統(tǒng)控制原理如圖 所示 ,系統(tǒng) 主要是由觸摸屏、可 編 程序控制器變頻器（ PLC）、液位計、配電裝置以及水泵等組成 。 10 觸 摸 屏 P I DD / A變 頻 器接 觸 器水泵水箱液 位 傳感 器A / D液 位給 定P L C + 模 擬 量 輸 入數(shù) 模 塊 圖 系統(tǒng)控制 原理 圖 系統(tǒng)帶有觸摸屏顯示裝置， 可以顯示系統(tǒng)的當前液位，設定液位上限，進行報警顯示。變頻器的作用是為三相水泵的電機提供可變頻率的電源，實現(xiàn)電機的無級調(diào)速，從而使水箱的液位連續(xù)變化。液位計的作用是檢測當前液位壓力。 系統(tǒng)的結(jié)構圖如圖 所示，水箱高 2m，我們設置它的最低液位為 ，最高液位根據(jù)觸摸屏直接輸入，通過 流量 傳感器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入當前液位值給 PLC，在PLC 內(nèi)部將它進行 PID 控制運算，將其輸出值做為變頻器的控制信號，控制水泵的轉(zhuǎn)速，使其 精確的達到液位值 。 圖 系統(tǒng) 結(jié)構 圖 11 第三章 系統(tǒng)硬件設計 可編 程控制器（ PLC）的選型 PLC 機型的選擇與特點 由于我們所學習的 PLC 機型都是三菱公司的 ＦＸ 系列，根據(jù) PLC 外部接線圖的 I/O 狀況選擇 FX2N48MR。 該 PLC 機型特點如下： （ 1）可靠性高。由于可靠性是用戶選用的首位依據(jù)，因此，每個 PLC 生產(chǎn)廠都將可靠性作為第一指標而加以研制，以單片機為核心，在硬件和軟件上采取大量的抗干擾措施，使 PLC 的平均無故障時間達到 30 萬小時以上，使用壽命更長。 （ 2）控制功能強。 PLC 具有邏輯判斷、計數(shù)、定時、步進、跳轉(zhuǎn)、移位、記憶、四則運 算和數(shù)據(jù)傳送等功能，可以實現(xiàn)順序控制、邏輯控制、位置控制和過程控制等。 （ 3）編程方便，易于使用。 PLC 采用與繼電器電路相似的梯形圖編程，比較直觀，易懂易編，深受電氣技術人員和電工的歡迎，容易推廣應用。 PLC 可取代原繼電器控制系統(tǒng)，有利于對老設備的技術改造。 （ 4）使用于惡劣的工業(yè)環(huán)境，抗干擾能力強。 （ 5）具有各種接口，與外部設備連接非常方便。 （ 6）采用積木式結(jié)構或模塊式結(jié)構，有較大靈活性和可擴展性，擴展靈活方便。 （ 7）維修方便。 PLC 上有 I/O 指示燈，哪個 I/O 元件有故障，一目了然。 （ 8）可根據(jù)生 產(chǎn)工藝要求或運行情況，隨時對程序進行在線修改，不用更改硬接線，靈活性大，適應性強。 PLC 的工作原理如下： （ 1） PLC 的等效工作電路 PLC 是一種微機控制系統(tǒng)，其工作原理也與微機相同，但在應用時，可不必用計算機的概念去做深入的了解，只需將它看成是由普通的繼電器、定時器、計數(shù)器、移位器等組成的裝置，從而把 PLC 等效成輸入、輸出和內(nèi)部控制電路三部分， ① 輸入部分 這部分的作用是接受被控設備的信息或操作命令等外部輸入信息。輸入接線端是PLC 與外部的開關、按鈕、傳感器轉(zhuǎn)換信號等連接的端口。每個端子可 等效為一個內(nèi)部繼電器線圈，線圈號即輸入接點號，這個線圈由接收到的輸入端的外部信號來驅(qū)動，其驅(qū)動電源可由 PLC 的電源部件提供 (如直流 24V)，也可由獨立的交流電源 (如交流110V)供給。每個輸入繼電器可以有無窮多個內(nèi)部觸點 (動合、動斷形式均可 )，供設計PLC 的內(nèi)部控制電路 (即編制 PLC 控制程序 )時使用。 ② 內(nèi)部控制電路 12 這部分的作用是運算和處理由輸入部分得到的信息，并判斷應產(chǎn)生哪些輸出。內(nèi)部控制電路實際上也就是用戶根據(jù)控制要求編制的程序。 PLC 程序一 般用梯形圖形式表示。而梯形圖是從繼電器控制的電氣原理圖演變而來的， PIC 程序中的動合、動斷觸點、線圈等概念均與繼電器控制電路相同。 在 PLC 內(nèi)部還設有定時器、計數(shù)器、移位器、保持器、內(nèi)部輔助繼電器等，繼電器控制系統(tǒng)沒有的器件，它們的線圈及動合、動斷觸點只能在 PLC 內(nèi)部控制電路中使用，而不能與外部電路相連。 ③ 輸出部分 這部分的作用是驅(qū)動外部負載。在 PLC 內(nèi)部，有若干能與外部設備直接相連的輸出繼電器 (有繼電器、雙向硅、晶體管三種形式 )，它也有無限個軟件實現(xiàn)的動合、動斷觸點，可在 PLC 內(nèi)部控制電路中使用；但對應每一個輸出端只有一個硬件的動合觸點與之相連，用以驅(qū)動需要操作的外部負載；如圖 所示。外部負載的驅(qū)動電源接在輸出公共端 (COM)上。 總之，在使用 PLC 時，可以把輸入端等效為一個繼電器線圈，其相應的繼電器接點 (動合或動斷 )可在內(nèi)部控制電路中使用，而輸出端又以等效為內(nèi)部輸出繼電器的一個動合觸點，驅(qū)動外部設備。 （ 2） PLC 的工作過程 PLC 一般采用循環(huán)掃描方式工作。當 PLC 加電后，首先進行初始化處理，包括清除 I/O 及 內(nèi)部輔助繼電器、復位所有定時器、檢查 I/O 單元的連接等。開始運行之后，串行地執(zhí)行存貯器中的程序，這個過程可以分為如下四個階段： ① 公共處理階段 這部分在每次循環(huán)開始都要被執(zhí)行，包括復位系統(tǒng)定時器、檢查程序存貯器、檢查I/O 總線、檢查掃描時間等。如出現(xiàn)異常情況，則通過自診斷給出故障信號，或自行進行相應的處理，這將有助于及時發(fā)現(xiàn)或提前預報系統(tǒng)的故障，提高系統(tǒng)的可靠性。這部分時間是固定的，對 P 型機來說，為 。 ② 執(zhí)行外圍設備命令階段 當有簡易編程器、圖形編程器、打印機等外部設備與 PLC 相連時，則 PLC 在每次循環(huán)時，都將執(zhí)行來自外部設備的命令。 ③ 程序執(zhí)行階段 在這個階段， CPU 將指令逐條調(diào)出并執(zhí)行，即按程序?qū)λ械臄?shù)據(jù) (輸入和輸出的狀態(tài) )進行處理，包括邏輯、算術運算，再將結(jié)果送到輸出狀態(tài)寄存器。 ④ 輸入、輸出更新階段 PLC 的 CPU 在每個掃描周期進行一次輸入來進行輸出更新。 CPU 對各個輸入端進行掃描，并將輸入端的狀態(tài)送到輸入狀態(tài)寄存器中；同時，把輸出狀態(tài)寄存器的狀態(tài)通過輸出部件轉(zhuǎn)換成外部設備能接受的電壓或電流信號，以驅(qū)動被控設備。這種對輸 13 入、輸出狀態(tài)的集中處理過程，稱為批處理，這是 PLC 工作的特點。 模擬量輸入輸出模塊（ FX0N3A） （ 1） FX2N4AD 和 FX2N2DA 介紹 FX2N4AD 模擬特殊功能塊有兩個輸入通道和一個輸出通道，輸入通道接收模擬信號并將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字值；輸出通道采用數(shù)字值并輸出等 量模擬信號。 FX2N4AD 的最大分辨率為 8 位。 在輸入 /輸出基礎上選擇的電壓或電流由用戶接線方式?jīng)Q定。 FX2N4AD 在 PLC 擴展母線上占用 8 個 I/O 點， 8 個 I/O 點可以分配給輸入或輸出。 所有數(shù)據(jù)傳輸和參數(shù)設置都是通過應用到 PLC 中的 TO/FROM 指令，通過FX2N4AD 的軟件控制調(diào)節(jié)的。 PLC 和 FX2N4AD、 FX2N2DA 這間的通信由光電耦合器保護。 上位機 PLC 的狀態(tài)改變，模塊的運行情況如下： RUNSTOP： 在 STOP 模式期間，保持 RUN 運行期間模擬輸出通道使用的最后一個操作 值。 STOPRUN： 一旦上位機 PLC 切換回到 RUN 模式，模擬輸出就恢復到由程序控制的正常狀態(tài)的數(shù)字值。 PLC 電源關閉：模擬輸出信號停止運行。 （ 2） FX2N4AD 性能規(guī)格如下表 輸入 電壓輸入 電流輸入 模擬輸入范圍 默認狀態(tài)， 0~10VDC輸入選擇了 0~250 范圍，如果需要其他電壓輸入，請重新調(diào)整偏置和增益。 0~10V/0~5VDC，電阻 200KΩ。 警告： 輸入電壓 +15V就可能損壞該模塊。 4~20mA，電阻 250Ω 警告： 輸入電流 2mA或 +60mA就可能損壞該模塊。 數(shù)字 分辨率 8bit(位 ) 最小信號 分辨率 40mV（ 0~10V/0~250 依據(jù)輸入特性而變） 60μA（ 4~20mA/0~250 依據(jù)輸入特性而變） 總精度 177。 177。 處理時間 TO指令處理時間 2+FROM 指令時間 14 輸入特點 模塊不允許兩個通道有不同的輸入特性 表 A/D 轉(zhuǎn)換 （ 3） FX2N2DA 性能規(guī)格如下表 表 D/A 轉(zhuǎn)換性能 水泵選型 水泵有很多種，從原理上可以分為氣壓泵，離心泵，軸流泵，混流泵，螺旋泵等。氣壓泵是靠大氣壓提升水位。憑借活塞的運動，制造出一個近似真空，外部大氣壓將水壓上來。這種泵液位依賴與大氣壓所以提升水的高度有限 。離心泵的原理是離心現(xiàn)象，是依靠也葉輪葉片的轉(zhuǎn)動產(chǎn)生離心的作用，將液體甩出。所以，輸送效果依賴葉輪的轉(zhuǎn)速，直徑等因素。 輸出 電壓輸出 電流輸出 模擬輸出范圍 默認狀態(tài)， 0~10VDC 輸入選擇了 0~250 范圍，如果需要其他電壓輸入，請重新調(diào)整偏置和增益。 0~10V/0~5VDC，外部負載： 1kΩ~1MΩ。 4~20mA，外部負載： 500Ω或更小。 數(shù)字 分辨率 8bit(位 ) 最小信號 分辨率 40mV（ 0~10V/0~250 依據(jù)輸入特性而變） 60μA（ 4~20mA/0~250 依據(jù)輸入特性而變） 總精度 177。 177。 處理時間 TO指令處理時間 3 輸出特點 如果使用大于 8 位的數(shù)字源數(shù)據(jù)，則只有低 8 位的數(shù)據(jù)有效，高位將被忽略掉。 15 本課題將采用 ISW 系列臥式單級單吸離心泵，該泵是在吸收國內(nèi)外同類產(chǎn)品先進技術的基礎上，采用國內(nèi)通用離心 泵之性能參數(shù)，自行研制開發(fā)的新一代節(jié)能、環(huán)保臥式離心泵。該系列泵性能優(yōu)、壽命長、結(jié)構合理、 外形美觀，具有行業(yè)領先水平。產(chǎn)品特點有： 運行平穩(wěn)：泵軸的絕對同心度及葉輪優(yōu)異的動靜平衡，保證平穩(wěn)運行，絕無振動。 滴水不漏：不同材質(zhì)的硬質(zhì)合金密封，保證了不同介質(zhì)輸送均無泄漏。 噪音低：兩個低 噪音軸承支撐下的水泵，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，除電機微弱聲響，基本無噪音。 故障率低：結(jié)構簡單合理，關鍵部分采用國際一流品質(zhì)；配套，整機無故障工作時間大大提高。 維修方便：更換密封、軸承，簡易方便。 占地更?。撼隹诳上蜃?、向右、向上三個方向，便于管道布置安裝，節(jié)省空間 本論文采用的是上海太平洋泵業(yè)的 TPW100160IA，流量為 （ m3/h） ,揚程為 32（ m） ，轉(zhuǎn)速 2900（ r/min） 配帶功率 3（ kw） 吸入口徑 50（ mm） ，排出口徑50（ mm） . 變頻器選型 變頻器技術是一門綜合性的技術，它建立在 控制技術、電子電力技術、微電子技術和計算機技術的基礎上。它與傳統(tǒng)的交流拖動系統(tǒng)相比，利用變頻器對交流電動機進行調(diào)速控制，有許多優(yōu)點，如節(jié)電、容易實現(xiàn)對現(xiàn)有電動機的調(diào)速控制、可以實現(xiàn)大范圍內(nèi)的高效連續(xù)調(diào)速控制、實現(xiàn)速度的精確控制。容易實現(xiàn)電動機的正反轉(zhuǎn)切換，可以進行高額度的起停運轉(zhuǎn)，可以進行電氣制動，可以對電動機進行高速驅(qū)動。完善的保護功能 :變頻器保護功能很強，在運行過程中能隨時檢測到各種故障，并顯示故障類別 (如電網(wǎng)瞬時電壓降低，電網(wǎng)缺相，直流過電壓，功率模塊過熱，電機短路等 )，并立即封鎖輸出電壓。這種 “自我 保護 ”的功能，不僅保護了變頻器，還保護了電機不易損壞。 本課題采用 FRA540 系列 變頻器， 功率范圍為 ~280KW。它采用先進磁通矢量控制方式，實現(xiàn)在線自動調(diào)整功能，調(diào)速比可達 1： 120（ ~60Hz） 隨機附帶一個簡易操作面板 （ FRDU04），也可使用選件 FRPU04（ LCD 顯示帶菜單功能），可拆卸式的風扇和接線端子，使維護更為方便。超低噪音運行（采用柔性 PWM 方式）。內(nèi)置 RS485， 也可通過插卡實現(xiàn) CClink、 DeviceNet TM、 Profibus DP 和 Modbus plus 聯(lián)網(wǎng) 。操作簡單，有參數(shù)拷貝功能；參數(shù)組自選功能，用戶可自己選擇讀寫的參數(shù)組。內(nèi)置 PID 控制、工頻切