【導(dǎo)讀】題目：基于FX2N變頻器的PLC變頻調(diào)速設(shè)計(jì)。完成日期：2020年5月15日。河西學(xué)院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）誠(chéng)信聲明。獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果，成果不存在知識(shí)產(chǎn)權(quán)爭(zhēng)議，除文中已經(jīng)注明。引用的內(nèi)容外，本論文不含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的作品成。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體均已在文中以明確方式標(biāo)明。人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。二○一○年五月十五日。教師姓名、職稱(chēng)張曉峰副教授任務(wù)下達(dá)日期2020年1月4日。河西學(xué)院機(jī)電工程系電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)圖號(hào)。標(biāo)注：標(biāo)題欄各列寬度從左到右依次為15，30，95，15，25mm，各行寬度為。圖號(hào)為“電設(shè)—1”、“電設(shè)—2”等依此類(lèi)推，圖紙最終縮放為A4紙張電腦。求，包括酸化過(guò)程的酸化原理和參數(shù)、變頻器、PLC選擇依據(jù)，并遵守電氣安全規(guī)

　　

【正文】 N2 2AD模塊的連接方法 模擬量輸入模塊緩沖存儲(chǔ)器（ BFM）的分配 FX2N4DA和 FX2N主單元之間通過(guò)緩沖存儲(chǔ)器交換數(shù)據(jù)， FX2N4DA共有 32個(gè)存儲(chǔ)器（每個(gè) 16位） FX2N占用 FX2N擴(kuò)展總線(xiàn)的 8個(gè)點(diǎn)。這 8個(gè)點(diǎn)可以分配成輸入或輸出， FX2N4DA消耗 FX2N主單元或有源擴(kuò)展單元 5V電源槽的 30mA電流。 對(duì)于模擬輸出使用雙絞線(xiàn)屏蔽電纜，電纜應(yīng)遠(yuǎn)離電源線(xiàn)或者其他可能產(chǎn)生電氣干擾的電線(xiàn)。在輸出電纜的幅載短使用單點(diǎn)接地（ 3級(jí)接地：不大于 100歐姆）。 如果輸出存在電氣噪聲或者電壓波動(dòng)，可以連接一個(gè)平滑電容器（ 。 25V）。將 FX2N2DA的接地端和可編程控制器的接地端連接在一起 。 將電壓輸出端子短路或者連接電流輸出負(fù)載道電壓輸出端子可能會(huì)損壞 FX2N2DA。也可以使用可編程控制器 24VDC服務(wù)電源。不要將任何單元連接到未用端子 ]16[ 。 20 BFM0：保存由 BFM17通道指定的通道輸入的低 8位當(dāng)前數(shù)據(jù)值。數(shù)據(jù)值按二進(jìn)制形式保存。 BFM1：保存輸入的高 4位當(dāng)前數(shù)據(jù)值。數(shù)據(jù)按二進(jìn)制形式保存。 BFM17： b0 →模數(shù)轉(zhuǎn)換通道（ CH1,CH2）標(biāo)注位。 b0=0 →模數(shù)轉(zhuǎn)換通道 為 CH1； b0=1 →模數(shù)轉(zhuǎn)換通道為 CH2； b1由 0→ 1，模 /數(shù)轉(zhuǎn)換開(kāi)始 。 ]17[ PLC與計(jì)算機(jī)連接 通訊 FX系列 PLC支持無(wú)協(xié)議的 RS232和 RS485通信協(xié)議兩種通信方式。 PLC的默認(rèn)設(shè)置是只支持 RS232通信，所以要使用 RS485通信協(xié)議，必須事先用 RS232（即 PLC的編程口）通信，設(shè)置寄存器 PLC D8120寄存器，因此必須具有編程電纜一條 ]18[ 。 工控機(jī)與 PLC的通訊通過(guò)電纜來(lái)完成 ,它將 FX N2 的編程口與計(jì)算機(jī)的 RS232口相連 ,具體設(shè)置是在下位機(jī)的編程環(huán)境 (FX N2 編程軟件 )和 MCGS 組態(tài)軟件的設(shè)備窗口中完成的。工控機(jī)與數(shù)顯儀表的具體設(shè)置在 MCGS 組態(tài)軟件的設(shè)備窗口中完成的 ]19[ 。 21 第五章 PH值 測(cè)量 儀 PH 測(cè)量?jī)x（選 303 工業(yè) PH） 在控制系統(tǒng)中檢測(cè)是非常重要的一部分，它將檢測(cè)到控制量反饋給系統(tǒng)， 才能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，該系統(tǒng)需要檢測(cè)的是 PH值，該系統(tǒng)中選用 PH測(cè)量?jī)x，它的作用是通過(guò)安裝在酸化罐中的 PH測(cè)量?jī)x傳感器，把 PH信號(hào)變成 4～ 20 mA間變化的電流 信號(hào) 的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)送入 變頻器的模擬量輸入端口 進(jìn)行 PID調(diào)節(jié)，經(jīng)運(yùn)算與給定 PH參數(shù)進(jìn)行比較，得出一個(gè) 調(diào)節(jié)參數(shù)，送給控制電機(jī) ， 調(diào)節(jié)電機(jī)的 轉(zhuǎn)速， 進(jìn)而控制電動(dòng)球閥的開(kāi)度， 調(diào)節(jié)系統(tǒng) 反應(yīng)液的進(jìn)液 量，使酸化罐中的 PH保持在給定 PH上；當(dāng) PH不符合的給定值時(shí)，通過(guò)變頻器調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。實(shí)現(xiàn) PH值的穩(wěn)定。當(dāng) PH變化時(shí)，輸入電機(jī)的 電壓 和頻率也隨之變化，這樣就構(gòu)成了以設(shè)定 PH為 基準(zhǔn)的閉環(huán)控制系統(tǒng)。 鉻酸鈉溶液用硫酸調(diào)整酸化率至 100%～ 102%， PH值變化范圍為 4～ 2，本設(shè)計(jì)取 PH值的標(biāo)準(zhǔn)值為 3。本設(shè)計(jì)選用 303工業(yè) PH計(jì)。其 PH檢測(cè)范圍為 ～ ，檢測(cè)精度為177。，該 PH 傳感器將 ～ PH值轉(zhuǎn)化為 4～ 20 mA的電信號(hào)。該傳感器還具有體積小，重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠的特點(diǎn)。 PH測(cè)量?jī)x（選 303工業(yè) PH ]20[ ）的技術(shù)參數(shù)如下： 303 工業(yè) PH 精巧的盤(pán)裝儀表，面板尺寸： 96x96mm，定制大屏幕液晶，多參數(shù)同屏顯示。兩路 420mA隔離電流輸出，兩組可編程繼電器，一組清洗功能繼電器， RS485 通訊，標(biāo)準(zhǔn) MODBUS 協(xié)議。 技術(shù)參數(shù) 工作條件 : 環(huán)境溫度： 5～ 50℃ 相對(duì)濕度：≤ 90% 供電電源： 測(cè)量范圍 : PH： ～ mV： 1999～ 1999mV 溫 度： 0～ 100℃自動(dòng)溫補(bǔ) 測(cè)量精度 : PH：177。 22 ORP（ mV）：177。 1mV 介質(zhì)壓力 : ≤ 介質(zhì)溫度 : 0～ 100℃， 10～ 130℃（取決 于電極及傳感器材質(zhì)） 顯 示 : 定制大屏幕 液晶，同屏顯示 PH、 mV、溫度、狀態(tài) 輸 出 : 4～ 20mA 隔離電流輸出（最大輸出負(fù)載 500Ω） 報(bào)警輸出 : 雙路常開(kāi)觸點(diǎn)輸出，繼電器觸點(diǎn)容量： ， 3A 清洗功能： 清洗時(shí)間及清洗間隔時(shí)間可任意設(shè)定 數(shù)字通訊 : RS485，標(biāo)準(zhǔn) MODBUS 協(xié)議 圖 51 PH 測(cè)量?jī)x 23 第六章 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真 系統(tǒng)的設(shè)計(jì) PH值自動(dòng)控制裝置 如圖 61所示，為 酸化過(guò)程的 PH自動(dòng)控制裝置，其中 L3為 PH測(cè)量?jī)x，可以測(cè)量酸化罐中反應(yīng)液的 PH值；液體 A、 B、 C由電磁閥 Y Y2 、 Y3控制， M為 攪拌電動(dòng)機(jī)； A為鉻酸鈉溶液， B為硫酸， C為酸化液。 圖 61 酸化過(guò)程的自動(dòng)控制裝置 原理接線(xiàn)圖 輸入輸出原理接線(xiàn)圖如圖 62所示 ]8[ 。 24 圖 62 原 理接線(xiàn)圖 PLC 程序流程圖 如圖 63 所示： 25 圖 63 PLC 程序流程圖 初始狀態(tài) 裝置投入運(yùn)行時(shí)，容器是空的，閥門(mén) YI、閥門(mén) Y閥門(mén) Y3 都處于關(guān)閉狀態(tài)，攪拌機(jī)M 不工作，液面?zhèn)鞲衅?L L2 也處于關(guān)閉狀態(tài)。按下啟動(dòng)按鈕 SB1，先是 YI 閥門(mén)打開(kāi)，液體 A 流入酸化罐。當(dāng)達(dá)到液面 1/3 時(shí) ,L1 變?yōu)?ON,啟動(dòng)攪拌電機(jī) M，對(duì)兩種液體進(jìn)行攪拌。當(dāng)液面達(dá)到 2/3 時(shí)液面?zhèn)鞲衅?L2 變?yōu)?ON， Y2 閥門(mén)打開(kāi)，液體 B 流入酸化罐。當(dāng) PH 測(cè)量?jī)x傳感器 L3 測(cè)得的實(shí)際 PH值大于 3 時(shí)，變頻器輸出頻率增加，電機(jī)加速運(yùn)行；當(dāng) PH 測(cè)量?jī)x傳感器測(cè)得的實(shí)際 PH 值小于 3 時(shí)變頻器輸出頻率減小，電機(jī)減速運(yùn)行。當(dāng) PH 值： 2～ 4時(shí)，閥門(mén) Y3 打開(kāi)，放出酸化液。按下停止按鈕 SB2，返回初始狀 態(tài)。 評(píng)估控制任務(wù) 該控制系統(tǒng)有 5 個(gè)輸入點(diǎn)，分別為 SB SB液面?zhèn)鞲衅?L L2， PH測(cè)量?jī)x L3,； 26 有 5 個(gè)輸出點(diǎn) Y Y Y M、 HL， I/O 總點(diǎn)數(shù)有 10 個(gè)。 PLC 機(jī)型選擇 該控制系統(tǒng)開(kāi)關(guān)量共 4 個(gè)，分別為啟動(dòng)按鈕 SB停止按鈕 SB液面?zhèn)鞲衅?L L2，電壓全部為交流 220V，開(kāi)關(guān)量輸出共 4 個(gè)，分別為閥門(mén) YI、閥門(mén) Y閥門(mén) Y攪拌電機(jī) M。有 PH 測(cè)量?jī)x L3 的輸入，要考慮模擬量輸出模塊，經(jīng)綜合考慮選擇 三菱 224 型PLC,EM235 的輸入、輸出模塊。 I/O 地址分配 表 61 輸入輸出地址分配表 輸入 地址 輸出 地址 啟動(dòng)按鈕 SB1 X1 攪拌電動(dòng)機(jī) M Y0 停止按鈕 SB2 X0 液體 A 電磁閥 Y1 Y1 液位傳感器 L1 X2 液體 B電動(dòng)球閥 閥門(mén) Y2 Y2 液位傳感器 L2 X3 液體 C閥門(mén) Y3 Y3 PH測(cè)量?jī)x傳感器 L3 X4 變頻器高速端子 Y4 復(fù)位鍵 X5 變頻器中速端子 Y5 變頻器低速端子 Y6 PLC 控制梯形圖 設(shè)計(jì)的 PLC 控制梯形圖如 圖 64所示 ： 27 圖 64 PLC 控制梯形圖 PLC 程序 設(shè)計(jì)程序如下： 28 29 仿真驗(yàn)證 驗(yàn)證目的 結(jié)合酸化過(guò)程的變頻器調(diào)速 系統(tǒng)，應(yīng)用 PLC 技術(shù)對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程實(shí)施控制設(shè)計(jì)，并 用PLC 仿真軟件 進(jìn)行仿真驗(yàn) 證，解決生產(chǎn)實(shí)際問(wèn)題。仿真驗(yàn)證可以發(fā)現(xiàn)程序的錯(cuò)誤。檢驗(yàn)設(shè)計(jì)的合理性。 仿真裝置 仿真裝置：裝有 PLC 編程軟件 GXDeveloper（兼容仿真軟件 GXsimulator）的計(jì)算機(jī)一臺(tái)。 仿真驗(yàn)證過(guò)程 （ 1） 仿真軟件的功能就是將程序在虛擬的 PLC 中啟動(dòng)運(yùn)行 ， 所以 ， 在安裝仿真軟件 GX Developer 之前 ， 必須先安裝編程軟件 GX Developer， 并且版本要互相兼容 。 在安裝有 GX Developer 的計(jì)算機(jī)內(nèi)追加安裝 GX Simulator ，就能夠?qū)崿F(xiàn)不在線(xiàn)時(shí)的調(diào)試，即仿 真，不在線(xiàn)調(diào)試功能內(nèi)包括軟元件的監(jiān)視測(cè)試外部機(jī)器的 I/O 的模擬操作等。 （ 2）安裝好編程軟件和仿真軟件后，在桌面或者開(kāi)始菜單中并沒(méi)有仿真軟件的圖標(biāo)。因?yàn)榉抡孳浖患傻骄幊誊浖?GXDeveloper 中了，其實(shí)這個(gè)仿 真軟件相當(dāng)與編程軟件的一個(gè)插件。 （ 3）接下來(lái)我做個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)例 ： 啟動(dòng)編程軟件 GXDeveloper，創(chuàng)建一新工程 。 30 編寫(xiě)一個(gè)簡(jiǎn)單的梯形圖： 可以通過(guò)菜單欄啟動(dòng)仿真： 也可以通過(guò)快捷圖標(biāo)啟動(dòng)仿真： 31 上面兩種方式都可以啟動(dòng)仿真，仿真窗口顯示運(yùn)行狀態(tài)，如果出錯(cuò)會(huì)有說(shuō)明： 啟動(dòng)仿真后程序開(kāi)始模擬 PLC 寫(xiě)入過(guò)程： 程序?qū)懭牒螅? 32 這時(shí)可以通過(guò)軟件元件測(cè)試來(lái)強(qiáng)制一些輸入條件 ON，進(jìn)行仿真： 按照 以上的 的仿真方法及步驟對(duì)本設(shè)計(jì)仿真。啟動(dòng)仿真后， 通過(guò)軟件元件測(cè)試來(lái)強(qiáng)制一些輸入條件 ON。下面我就把 X0、 X X X X X5 按照設(shè)計(jì)的動(dòng)作先后，設(shè) ON 或 OFF時(shí)輸出的變化。如下圖所示，下面是本設(shè)計(jì)的軟件仿真過(guò)程： （ 1）程序檢查（工具 /程序檢查） （ 2） 啟動(dòng)仿真、程序?qū)懭耄üぞ?/梯形圖邏輯測(cè)試啟動(dòng)）。 （ 3）仿真啟動(dòng)后可以看到，輸入藍(lán)色底的代表通路，輸出藍(lán)色底的代表得電。這時(shí)還沒(méi)啟動(dòng)，只有常閉節(jié)點(diǎn)為藍(lán)