1、畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）論文題目：基于plc的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)學(xué)生姓名：劉家寶學(xué) 號(hào)：1008060222所在院系：電氣信息工程學(xué)院專業(yè)名稱：電氣工程極其自動(dòng)化屆 次：2014 屆指導(dǎo)教師：伍龍目 錄前言51 緒論5 1.1恒壓供水產(chǎn)生的背景及意義5 1.2國(guó)內(nèi)外變頻恒壓供水現(xiàn)狀5 1.3變頻恒壓供水的未來趨勢(shì)62 plc控制變頻恒壓供水系統(tǒng)的理論分析6 2.1總體方案的比較與確定6 2.2三項(xiàng)異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方式原理(磁粉制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)與原理).7(轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器的結(jié)構(gòu)與原理). 2.3 plc控制變頻恒壓供水系統(tǒng)的構(gòu)成 (試驗(yàn)臺(tái)加載系統(tǒng)構(gòu)成)8 2.4變頻恒壓供水的基本原理.(試驗(yàn)臺(tái)加載系統(tǒng)的基

2、本原理）8 2.5主電路設(shè)計(jì).（試驗(yàn)臺(tái)布局設(shè)計(jì)）9 2.6控制電路設(shè)計(jì)（ ）11 2.7 plc在恒壓供水系統(tǒng)中的主要任務(wù)(磁粉制動(dòng)器在加載系統(tǒng)中的主要任務(wù))143 硬件方面設(shè)計(jì).（軟件方面）15 3.1控制要求.(控制要求)15 3.2 plc的選擇.(轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器的選擇)15 3.3變頻器的選擇與基本功能的預(yù)置.(磁粉制動(dòng)器的選擇與磁粉安裝)16 3.4其他器件的選擇.(聯(lián)軸器的選擇)19(各元件的安裝).4 軟件設(shè)計(jì)20 4.1 主程序設(shè)計(jì)20 4.2 相關(guān)程序介紹215 檢測(cè)調(diào)試23結(jié)論24參考文獻(xiàn)：25附錄26plc程序（梯形圖）26基于plc的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)學(xué)生：劉家寶（指

3、導(dǎo)老師：伍龍）（淮南師范學(xué)院電氣信息工程院）摘 要: 基于plc的變頻調(diào)速恒壓供水該系統(tǒng)主要由plc、變頻器、水泵機(jī)組、與其配套的電動(dòng)機(jī)等組成，本文詳細(xì)介紹了該系統(tǒng)的組成、原理，工作過程，在與其他同類型系統(tǒng)的對(duì)比中突出了這個(gè)系統(tǒng)所具有的長(zhǎng)處及不足，相比與老式的供水系統(tǒng)，它能夠很好的滿足用戶的需求，而且運(yùn)行穩(wěn)定可靠，具有長(zhǎng)足的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。關(guān)鍵詞: 變頻調(diào)速；plc；恒壓供水design of variable frequency speed constant pressure water supply system based on plcstudent: liu jiabao (guidan

4、ce teacher: wu long)(college of electrical and information engineering of huainan normal university)abstract: variable frequency speed constant pressure water supply plc the system is mainly composed of plc, transducer, water pump, motor and other components based on matching, this article introduce

5、s the composition, principle, the working process of the system, in comparison with other similar systems highlights the strengths and weaknesses of the system, compared with the old water supply system, it can be very good to meet the needs of users, and the operation is stable and reliable, has gr

6、eat practical value.keywords: variable frequency speed;constant pressure water supply; plc前言隨著自動(dòng)化技術(shù)，控制技術(shù)，通信技術(shù)，微處理技術(shù)的發(fā)展，可編程邏輯控制器（plc）技術(shù)已經(jīng)成熟，plc以其速率快、穩(wěn)定性好、可靠性高、性能優(yōu)越等特點(diǎn)而在工業(yè)控制領(lǐng)域得到普遍的應(yīng)用。不管是在生活，還是在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)等領(lǐng)域中，機(jī)械和電氣設(shè)備的應(yīng)用都占有極其重要的地位，人們對(duì)品質(zhì)的要求越來越高，對(duì)機(jī)電設(shè)備的控制也變得越來越復(fù)雜。本系統(tǒng)是基于plc的控制系統(tǒng)，相比于同類系統(tǒng)，它功能更加完善，具有良好的異常報(bào)警，故障率

7、低，可靠性好，代表了當(dāng)今先進(jìn)的電氣控制領(lǐng)域的水平，發(fā)展迅速，前景廣闊。1 緒論1.1恒壓供水產(chǎn)生的背景及意義長(zhǎng)期以來，在我國(guó)城市供水中，水的供應(yīng)與需求一直是一個(gè)難以平衡的問題，供水量多，用水量少，水壓升高，容易損壞破裂，水設(shè)備，會(huì)造成巨大的浪費(fèi)；供水量少，用水量多，水壓降低，則影響人們正常的生產(chǎn)生活。水壓是否恒定，反映了供水與用水是否平衡，控制水壓恒定，就控制了供水與用水的平衡。過去傳統(tǒng)的調(diào)節(jié)供水壓力的方法是通過經(jīng)常的啟動(dòng)、停止電機(jī)和通過水塔或高處的水箱進(jìn)行二次給水的方式。前一種不但將大大縮短電動(dòng)機(jī)的使用壽命而且電動(dòng)機(jī)的頻繁啟停也會(huì)產(chǎn)生高額能耗，水壓控制也不理想；后一種則需要大量的占地空間與初

8、投資，由于是二次供水，水質(zhì)也難以得到保證。而基于變頻調(diào)速的恒壓供水模式頻率穩(wěn)定可靠，運(yùn)作經(jīng)濟(jì)高效的，沒有頻繁的啟動(dòng)和停止電動(dòng)機(jī)，起動(dòng)為軟起動(dòng)，避免了電氣、機(jī)械沖擊的很大一部分，極大的降低了對(duì)泵用電機(jī)以及電網(wǎng)的損耗，也不存在二次污染的危險(xiǎn)?？梢娮冾l調(diào)速恒壓供水具備很大的長(zhǎng)處，應(yīng)用遠(yuǎn)景開闊，經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益龐大。1.2國(guó)內(nèi)外變頻恒壓供水現(xiàn)狀在恒壓供水變頻技術(shù)方面，國(guó)外生產(chǎn)的變頻調(diào)速供水系統(tǒng)的技術(shù)比較先進(jìn)，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中經(jīng)常使用一個(gè)變頻只有一個(gè)水泵電機(jī)，這種方法比較可靠，但這種方式要求變頻器的數(shù)目和電機(jī)的數(shù)目相同，這將使所要投資的成本居高不下，并且外國(guó)公司生產(chǎn)的變頻器價(jià)格方面也明顯高于國(guó)內(nèi)同類產(chǎn)品，這是國(guó)

9、內(nèi)普通供水用戶難以承受的。目前，國(guó)內(nèi)從事供水系統(tǒng)專用變頻器的開發(fā)研制與推廣的公司很多，在由我國(guó)公司自主生產(chǎn)的變頻恒壓供水系統(tǒng)中，它們用的變頻器很多都采用從國(guó)外進(jìn)口所需的元器件，然后在國(guó)內(nèi)完成組裝調(diào)試，再結(jié)合plc、pid調(diào)節(jié)器等來實(shí)現(xiàn)了恒壓供水。它們?cè)谙喈?dāng)一部分的中小容量、供水情況簡(jiǎn)單的場(chǎng)合發(fā)展較快，但在一些大容量控制要求復(fù)雜的恒壓供水領(lǐng)域，國(guó)產(chǎn)變頻器還需進(jìn)一步的努力。1.3變頻恒壓供水的未來趨勢(shì)目前的變頻恒壓供水正在一步步走向集成、集約、操作與維護(hù)簡(jiǎn)單、應(yīng)用領(lǐng)域?qū)I(yè)等方向發(fā)展，比如在系統(tǒng)中集成pid、壓力傳感器等組件，一些直接集成可編程控制器plc和pid調(diào)節(jié)器的變頻器已經(jīng)出現(xiàn)并逐漸成為主流

10、，經(jīng)過對(duì)指令代碼的設(shè)置實(shí)現(xiàn)對(duì)plc和pid等電控系統(tǒng)的調(diào)節(jié)控制，這類變頻器只須再與相應(yīng)的恒壓供水單元組合，就可以控制接觸器工作了。這種供水系統(tǒng)雖然簡(jiǎn)化了部分電路的結(jié)構(gòu)，但在動(dòng)態(tài)性能、穩(wěn)定性方面不高，再加以這類端口難以擴(kuò)展，配套別的監(jiān)控系統(tǒng)或組態(tài)軟件難度較大。所以變頻恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)中硬件的選擇還需視具體情況而定，最合適的就是最好的。2 plc控制變頻恒壓供水系統(tǒng)的理論分析2.1總體方案的比較與確定方案一：此方案主要由數(shù)碼管顯示模塊、變頻控制模塊、鍵盤電路、水泵機(jī)組、用戶管網(wǎng)等組成，系統(tǒng)結(jié)框圖如圖1 所示： 單片機(jī) 顯示 模塊 按鍵 pid 控制器變頻器 泵組 管網(wǎng)傳感器變送器圖1方案一系統(tǒng)框圖

11、方案二：此方案由變頻控制模塊、水泵機(jī)組、用戶管網(wǎng)等組成，系統(tǒng)框圖如圖2所示： plc變頻器水泵機(jī)組管網(wǎng)傳感器圖2方案二系統(tǒng)框圖比較兩種方案可以看出：方案一以單片機(jī)為主控器件，通過pid控制器來控制變頻器輸出不同頻率、電壓的電源給水泵機(jī)組來調(diào)節(jié)水泵供水量，此方案由于單片機(jī)的可靠性不高，變頻器也比較落后，已經(jīng)漸漸不適用了。與方案一相比較，方案二采用可靠性高的plc作為主控器件，可靠性大大提高，以內(nèi)置了pid控制器的變頻器來控制水泵機(jī)組的輸入電源，這樣不僅使變頻器的線路得到簡(jiǎn)化，可靠性也大大提高了，所以本系統(tǒng)采用第二種方案。2.2三項(xiàng)異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方式原理三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速表達(dá)式為1： 基于上三

12、相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速表達(dá)式，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)速度的控制有三種方法：（1） 改變定子電壓、頻率，進(jìn)行變頻調(diào)速。（2） 改變定子極對(duì)數(shù)，進(jìn)行變極調(diào)速。（3） 使電機(jī)轉(zhuǎn)差率改變來進(jìn)行調(diào)速。 但從調(diào)速的本質(zhì)上來說，不同的調(diào)速方法就是改變其同步轉(zhuǎn)速和不改變同步轉(zhuǎn)速兩種。 在各種調(diào)速方式中變頻調(diào)速以其顯著的特點(diǎn)：（1） 效率高，調(diào)速過程中沒有附加損耗，節(jié)能效果明顯。（2） 使用的范圍廣闊，在籠型異步電動(dòng)機(jī)中也可以使用。（3） 調(diào)速范圍大，特性硬，精度高等。這使得其在恒壓供水系統(tǒng)中得到較為廣泛的普及。2.3 plc控制變頻恒壓供水系統(tǒng)的構(gòu)成該系統(tǒng)主要以可編程控制器plc為控制核心，以壓力傳感器感應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)水壓信號(hào)，用變

13、頻器（集成了pid調(diào)節(jié)器）調(diào)節(jié)某臺(tái)水泵出水量，水泵機(jī)組完成用水的抽取，用戶管網(wǎng)完成水的輸送等。在一般情況下通過異步電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力帶動(dòng)水泵旋轉(zhuǎn)以供水給用戶管網(wǎng)，變頻器調(diào)節(jié)水泵供水量是通過調(diào)節(jié)異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)的。顯而易見，變頻恒壓供水系統(tǒng)的本質(zhì)就是通過變頻調(diào)速來調(diào)節(jié)異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，來控制供水壓力。由圖2知，在這個(gè)系統(tǒng)中，水壓由安裝在水泵機(jī)組出水口的壓力傳感器感知并變換成420ma或05v標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)傳給內(nèi)置于變頻器中的pid調(diào)節(jié)器，然后pid調(diào)節(jié)器將模擬量經(jīng)傳輸線路送給變頻器，變頻器根據(jù)這個(gè)信號(hào)進(jìn)行頻率提高或降低調(diào)節(jié)。當(dāng)變頻器變換輸出的頻率達(dá)到上限或是下限時(shí)，它將發(fā)送上限或下限信號(hào)給plc，p

14、lc根據(jù)這個(gè)信號(hào)判斷供水量是多了還是少了，從而調(diào)節(jié)水泵機(jī)組間的投切。2.4變頻恒壓供水的基本原理變頻恒壓供水框圖如下圖32：由圖知，變頻器有兩個(gè)控制信號(hào)。（1） 給定信號(hào)xt：此信號(hào)通過設(shè)定端口2上得到，這是一個(gè)相應(yīng)壓力的目標(biāo)控制值，一般是以百分?jǐn)?shù)來表示，也可以直接使用鍵盤來設(shè)置。（2） 反饋信號(hào)xf：此信號(hào)由端口4得到，該信號(hào)由現(xiàn)場(chǎng)壓力傳感器sp在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得，再經(jīng)傳輸線路反饋回來，反映了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際壓力的大小。泵sprs ut v10 w254rpm圖3恒壓供水系統(tǒng)框圖該系統(tǒng)由內(nèi)置于變頻器中的pid調(diào)節(jié)器把壓力變送器sp送來的現(xiàn)場(chǎng)管網(wǎng)壓力信號(hào)和原先內(nèi)部的設(shè)定值相比較，再調(diào)節(jié)變頻器輸出給異步電動(dòng)機(jī)的

15、頻率，來改變電機(jī)驅(qū)動(dòng)泵的轉(zhuǎn)速來調(diào)整水量的供應(yīng)，以維持一個(gè)恒定的壓力。在變頻器的頻率超限時(shí)，plc發(fā)出相應(yīng)信號(hào)使其相應(yīng)接觸器動(dòng)作，來完成變頻泵之間的邏輯切換。為了防止水錘現(xiàn)象的產(chǎn)生可適當(dāng)?shù)膶⒈玫膯⑼Ｅc其出口閥門聯(lián)動(dòng)起來，即在水泵開啟時(shí)為保證出口閥門兩側(cè)壓力相同，在延時(shí)一定時(shí)間開啟其出口閥門，來防止管網(wǎng)水反推水泵。2.5主電路設(shè)計(jì)在用多臺(tái)水泵組成恒壓供水系統(tǒng)時(shí)，如果只用變頻調(diào)速來調(diào)節(jié)一臺(tái)水泵，其余的泵以恒定速率運(yùn)轉(zhuǎn)，這種方式雖然會(huì)使效率有所降低，但是能夠在水泵的全流量范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)，已經(jīng)達(dá)到調(diào)速要求，且投資最省3。只對(duì)一臺(tái)泵調(diào)速的多泵恒壓供水系統(tǒng)，有兩種不同的控制方式，即將調(diào)速泵和恒速泵固定的定一

16、變量泵方案如圖4a)，以及各泵輪換調(diào)速的循環(huán)軟啟動(dòng)方案如圖4b)： a) b)圖4 a)定一變量泵主接線 b)循環(huán)軟啟動(dòng)主接線定一變量泵的方案簡(jiǎn)單直接，將系統(tǒng)功率最大的一臺(tái)泵作為變量泵，當(dāng)變量泵供水不足時(shí)，利用變頻器發(fā)出的頻率上限信號(hào)去啟動(dòng)第二臺(tái)定量泵，變量泵做變頻運(yùn)行，補(bǔ)充差額部分，以此類推。當(dāng)流量過大時(shí)利用變頻器的頻率下限信號(hào)去關(guān)閉一臺(tái)定量泵，變量泵做變頻運(yùn)行，補(bǔ)充差額部分，從而實(shí)現(xiàn)全范圍的無級(jí)調(diào)節(jié)。循環(huán)軟啟動(dòng)方式要復(fù)雜一些，所有的泵既可以工頻運(yùn)行，也可以連接到變頻器上，變頻運(yùn)行，最開始啟動(dòng)時(shí)，變頻器以變頻方式帶動(dòng)一臺(tái)泵運(yùn)行，在變頻器所輸出電源的頻率達(dá)到設(shè)定的頻率上限時(shí)，plc控制相應(yīng)接觸

17、器動(dòng)作，將該臺(tái)泵切換到工頻狀態(tài)下運(yùn)行，而把變頻器與下一臺(tái)泵進(jìn)行連接，讓變頻器驅(qū)動(dòng)下一臺(tái)泵變頻運(yùn)轉(zhuǎn)，以此類推。流量過大時(shí)，依據(jù)輸出頻率達(dá)到下限信號(hào)按照啟動(dòng)順序依次切斷恒速運(yùn)行的臺(tái)泵就可以了。在國(guó)內(nèi)有一些支持這種方案的軟件包，不需要另外增加控制器，以變頻器輸出的開關(guān)量信號(hào)來實(shí)現(xiàn)此方案。循環(huán)軟啟動(dòng)恒壓供水方案有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)：一是循環(huán)運(yùn)行方式有利于各個(gè)水泵機(jī)械磨損的均勻，使其壽命相當(dāng)，方便整套設(shè)備的維護(hù)更換；二是采用了電機(jī)的軟啟動(dòng)，降低了電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)電流對(duì)電網(wǎng)的沖擊。在恒壓供水系統(tǒng)中采用循環(huán)軟啟動(dòng)方案時(shí)的缺點(diǎn)主要有：相關(guān)開關(guān)、接觸器等的切換比較復(fù)雜，它們的切換順序也不能出現(xiàn)差錯(cuò)，不然很大幾率會(huì)使變頻器

18、受到損壞，甚至使變頻器報(bào)廢。綜合比較來看本設(shè)計(jì)看，選用第二種方案較優(yōu)越。 主電路如下圖54：在圖中可以看出，電動(dòng)機(jī)m1驅(qū)動(dòng)第一臺(tái)水泵，m2驅(qū)動(dòng)第二臺(tái)水泵，m3驅(qū)動(dòng)最后一臺(tái)水泵，交流接觸器km1km6分別控制三臺(tái)電動(dòng)機(jī)工頻/變頻運(yùn)行，熱繼電器kh1、kh2、kh3為電動(dòng)機(jī)m1、m2、m3提供過載保護(hù)，斷路器中qf1控制主電路通斷，qf2控制變頻器主電源通斷，qf3、qf4、qf5臺(tái)電動(dòng)機(jī)電源的通斷。圖5電器控制主電路圖2.6控制電路設(shè)計(jì) 1)控制系統(tǒng)的主電路圖4 主控制系統(tǒng)主要由三菱fr-a540變頻器和外圍電路組成，控制電路如下圖6： 圖6控制線路圖圖中，sa是系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)，ka是一個(gè)

19、中間繼電器，sa打開時(shí)表示系統(tǒng)運(yùn)行在自動(dòng)狀態(tài)，sa閉合時(shí)表示系統(tǒng)運(yùn)行在手動(dòng)狀態(tài)，sa閉合時(shí)ka與其同步吸合。在手動(dòng)狀態(tài)下三臺(tái)泵的啟停是由sb1sb6的閉合與否控制,以1號(hào)泵為例加以說明，在手動(dòng)狀態(tài)下按動(dòng)sb1，繼電器km2線圈得電，其常開觸點(diǎn)km2閉合并自鎖，1號(hào)泵工頻運(yùn)行， 在工頻運(yùn)行狀態(tài)下按動(dòng)sb2，繼電器km2線圈斷電，閉合的常開觸點(diǎn)km2斷開，水泵停機(jī)。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行在自動(dòng)模式下時(shí)，它按照plc內(nèi)部的程序來控制系統(tǒng)的運(yùn)行，泵的起動(dòng)與停止有序地進(jìn)行切換，指示器hl1 hl8指示各泵現(xiàn)在所處的運(yùn)行狀態(tài)。常開觸點(diǎn) x5連接到中間繼電器ka，閉合時(shí)為啟動(dòng)手動(dòng)控制狀態(tài)。三個(gè)常閉觸點(diǎn)控制三臺(tái)泵手動(dòng)控制

20、電路電源的通斷，它們和中間繼電器ka相對(duì)應(yīng)，它們?cè)陂]合狀態(tài)下表示三臺(tái)泵的手動(dòng)運(yùn)行可用，該常閉觸點(diǎn)的存在讓手動(dòng)/自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)形成互鎖，防止兩種狀態(tài)同時(shí)運(yùn)行。2） plc的i/o分配系統(tǒng)占用了plc6個(gè)輸入點(diǎn)，7個(gè)輸出點(diǎn)，具體的分配表見圖7：輸入點(diǎn)功能輸出點(diǎn)功能x00啟動(dòng)y00stf啟動(dòng)變頻器指令x01變頻器上限信號(hào)y01km1(1號(hào)泵變頻運(yùn)行)x02變頻器下限信號(hào)y02km 2（1號(hào)泵工頻運(yùn)行）x03水池水位下限信號(hào)y03km3（2號(hào)泵變頻運(yùn)行）x04sa自動(dòng)/手動(dòng)指示y04km4（2號(hào)泵工頻運(yùn)行）x05水泵或變頻器的故障信號(hào)y05km5(3號(hào)泵變頻運(yùn)行)y06km6（3號(hào)泵工頻運(yùn)行）y07報(bào)警

21、指示燈圖7 i/o分配表 3）plc的接線 plc的接線圖如下圖8： 圖8 plc的接線圖 plc的接線圖中24v直流電作為各觸點(diǎn)的供電電源，輸出端外接380v交流電作為驅(qū)動(dòng)電源，如果用在較大容量的系統(tǒng)中，一定要注意plc的輸出保護(hù)y00y06接控制線路圖中虛線框內(nèi)相對(duì)應(yīng)的控制線，x01接變頻器的上限頻率輸出，x02接變頻器的下限頻率輸出，在系統(tǒng)啟動(dòng)前，出水閥門x04一直是閉合的，plc的com地端和變頻器的n端相連接。4）變頻器接線2變頻器控制系統(tǒng)接線如上圖9，圖中： （1）反饋信號(hào)的接入。圖中sp是 壓力傳感器，將紅線綠線分別接至外接電源的正負(fù)極，黃線接至變頻器端子4上。（2）目標(biāo)信號(hào)的輸

22、入。從圖中可以看出，這里采用了以電位器來輸入目標(biāo)信號(hào)的方法，當(dāng)變頻器工作在pid方式時(shí)，端子2得到的就是需要調(diào)節(jié)到的信號(hào)量。（3）上限/下限信號(hào)。在圖中，fu是變頻器變頻運(yùn)行達(dá)到設(shè)定上限頻率時(shí)的信號(hào)輸出端口，ol是變頻器變頻運(yùn)行達(dá)到設(shè)定的下限頻率是的信號(hào)輸出端口。圖9 變頻器接線圖2.7 plc在恒壓供水系統(tǒng)中的主要任務(wù)5（1） 控制水泵的運(yùn)行與切換。在國(guó)內(nèi)大多數(shù)的供水系統(tǒng)中，為了使各設(shè)備均勻的使用，水泵以及與水泵相連的電動(dòng)機(jī)是輪換工作的。在由單一變頻器控制的多組水泵機(jī)組中，與變頻器相連的水泵機(jī)組也是輪換工作的。plc對(duì)這些泵組進(jìn)行管理的。（2） 變頻器的驅(qū)動(dòng)控制。在這個(gè)系統(tǒng)中，由于plc只需

23、要控制水泵機(jī)組的投切，需要處理的是變頻器達(dá)到上限或下限的數(shù)字量，所以對(duì)plc的控制方式不需要另作處理。（3） 系統(tǒng)的其他邏輯控制。除了水泵機(jī)組的管理外，系統(tǒng)還有其他的邏輯控制工作。比如：系統(tǒng)操作方式指示、系統(tǒng)所處狀態(tài)的指示、系統(tǒng)出現(xiàn)異常時(shí)的報(bào)警、系統(tǒng)的每輪運(yùn)行初的自檢功能等，這些都需要在plc內(nèi)部的控制程序中添加。3 硬件方面設(shè)計(jì)3.1控制要求設(shè)計(jì)一個(gè)變頻恒壓供水系統(tǒng)，控制三臺(tái)ac380v，7.5kw三相異步電動(dòng)機(jī)要求5：（1） 循環(huán)軟啟動(dòng)方式，采用先啟先停的原則；（2） 電動(dòng)機(jī)m1、m2、m3分別拖動(dòng)三臺(tái)水泵，并由km1km6控制；（3） 保護(hù)和報(bào)警功能要完備。（4） 設(shè)有手動(dòng)功能。（5）

24、需要具備水池防抽空的功能。（6） 各電動(dòng)機(jī)手動(dòng)/自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)必須進(jìn)行機(jī)械互鎖以防止兩種狀態(tài)同時(shí)運(yùn)行。3.2 plc的選擇3.2.1可編程控制器結(jié)構(gòu)的選擇6模塊式和整體式是plc的兩個(gè)最主要類別。它們的區(qū)別在于：整體式每個(gè)i/o點(diǎn)平均下來的價(jià)格比模塊式plc在價(jià)格方面要低廉，且體積相對(duì)于模塊式要小，一般用于中小型控制系統(tǒng)。模塊式plc在功能擴(kuò)展方面方便靈活，而且它在i/o模塊的種類、點(diǎn)數(shù)的比例和數(shù)量都可選，模塊式plc還有很多具有特殊功能的i/o模塊可供用戶選擇。3.2.2可編程控制器接口種類和i/o點(diǎn)數(shù)的確定 （1）可編程控制器i/o點(diǎn)數(shù)。plc的i/o點(diǎn)的平均價(jià)格還是不夠低廉的，于是應(yīng)當(dāng)合理

25、的選用plc的輸入輸出點(diǎn)數(shù)。基于對(duì)被控制設(shè)備的分析，列出所有的需要連接的輸入，輸出設(shè)備，和所需的電壓，電流分別列表，以確定實(shí)際所需的i / o點(diǎn)，再加上10%20%的點(diǎn)數(shù)設(shè)計(jì)裕量，從而最終確定所需點(diǎn)數(shù)。 （2）可編程控制器的i/o的接口種類。輸入接口包括直流輸入，交流輸入和交流/直流輸入三種類型，選用時(shí)應(yīng)考慮輸入信號(hào)和周圍環(huán)境因素等。在信號(hào)輸入延時(shí)方面直流輸入模塊短并且它還可以把行程開關(guān)、光電開關(guān)等其他電子輸入設(shè)備連接入該模塊；而在穩(wěn)定性和可靠性方面交流輸入模塊又具有很大的優(yōu)勢(shì)，他能夠適應(yīng)許多使用環(huán)境較為惡劣的場(chǎng)合。 （3）輸入的接入方法。匯接式和分組式是開關(guān)量輸入的兩種主要方式。匯接式是所有

26、的輸入接點(diǎn)共用一個(gè)公共地端（com）；分組式是把輸入點(diǎn)分成若干組，每一組有一個(gè)公共端，各組之間的（com）是孤立的。分組式的價(jià)格要高于匯點(diǎn)式，但分組式的可靠性較高。 （4）輸出接口。將plc內(nèi)部的小信號(hào)和外部復(fù)雜的信號(hào)源相隔離，同時(shí)把其內(nèi)部的微弱信號(hào)轉(zhuǎn)化為可驅(qū)動(dòng)外部設(shè)備的開關(guān)信號(hào)。 輸出方式：在輸出模塊中，當(dāng)輸出是開關(guān)量時(shí)，它可以是繼電器輸出，可以是晶閘管的輸出也可以是晶體管輸出三種。繼電器輸出方式價(jià)格便宜，負(fù)載驅(qū)動(dòng)靈活，可以驅(qū)動(dòng)直流負(fù)載，也可以驅(qū)動(dòng)交流負(fù)載，耐壓耐流能力強(qiáng)，導(dǎo)通壓降比較少，唯一不足的在于它是觸點(diǎn)原件，因而動(dòng)作速度較慢、壽命不長(zhǎng)、可靠性有待提高，在一些不用頻繁通斷的場(chǎng)所比較適用

27、。 從圖7 plc的i/o分配中可以看出plc共有6個(gè)輸入點(diǎn)，7個(gè)輸出點(diǎn)帶動(dòng)的電機(jī)是380v三相異步電動(dòng)機(jī)，控制要求不高，所需點(diǎn)數(shù)也不多，考慮控制要求和節(jié)約成本，具有16個(gè)輸入點(diǎn)，16個(gè)輸出點(diǎn)繼電器輸出的三菱fx2n-mr能滿足要求。3.3變頻器的選擇與基本功能的預(yù)置3.3.1變頻器的選擇3變頻器的產(chǎn)品規(guī)范提供了一個(gè)標(biāo)稱功率數(shù)據(jù)，但事實(shí)上限制變頻器功率的是所帶電動(dòng)機(jī)的定子電流參數(shù)，因此，直接根據(jù)額定功率選擇變頻器，不常在實(shí)際工作中采用。根據(jù)具體工程中的情況可以有以下幾種選擇方式。（1） 按照標(biāo)稱功率選擇。一般來說這種選擇方法只適用于投資的初步估計(jì)，沒有明確的電機(jī)額定電流時(shí)，作估算依據(jù)時(shí)可以放大

28、一級(jí)估算。 對(duì)于二次方負(fù)載，一般可以直接以標(biāo)稱功率進(jìn)行變頻器的選擇，這是因?yàn)槎畏睫D(zhuǎn)矩負(fù)載的定子電流和頻率呈二次方關(guān)系，當(dāng)實(shí)際所測(cè)的電動(dòng)機(jī)電流超過變頻器額定電流時(shí)，只要將頻率上限放小一點(diǎn)，比如，將上限頻率由50hz降低到49hz，最大風(fēng)量降低了2%，最大電流則降低了4%11。 （2）根據(jù)電機(jī)的額定電流進(jìn)行選擇。對(duì)于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載大部分可以根據(jù)以下公式選擇：在式中，ief是在額定情況下運(yùn)行時(shí)流過變頻器的額定電流；ied是電動(dòng)機(jī)在額定情況下的額定電流；kl是電流的一個(gè)裕量系數(shù)(1.051.15)，在一般情況下取小值就可以了，但當(dāng)電動(dòng)機(jī)持續(xù)運(yùn)行的負(fù)載率超過80%時(shí)應(yīng)該考慮選擇大值，因?yàn)榇蠖鄶?shù)變頻器額定電

29、流的選取都是按照不高于80%的持續(xù)運(yùn)行負(fù)載率來確定的。此外，啟停頻繁的負(fù)載其裕量系數(shù)的選取也應(yīng)該取大值，因?yàn)閱⒅苿?dòng)過程電流會(huì)短時(shí)間內(nèi)超過額定值。 (3)具有閉環(huán)控制和pid調(diào)節(jié)功能。水泵在具體運(yùn)行時(shí)常常需要進(jìn)行閉環(huán)控制，如在供水系統(tǒng)中，要求恒壓就需要閉環(huán)控制來減少或消除誤差，因此在這類系統(tǒng)中應(yīng)用的變頻器大都設(shè)置了pid調(diào)節(jié)功能。3.3.2變頻器的基本功能的預(yù)置2（1） 最高頻率。水泵是按二次方規(guī)律運(yùn)行的負(fù)載，當(dāng)他運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的轉(zhuǎn)速超出其額定轉(zhuǎn)速時(shí)，它的轉(zhuǎn)矩將按平方的規(guī)律改變。比如，當(dāng)轉(zhuǎn)速超過額定轉(zhuǎn)速10%時(shí)，水泵輸出轉(zhuǎn)矩將超過其額定轉(zhuǎn)矩的21%，這會(huì)使電動(dòng)機(jī)面臨嚴(yán)重過載的威脅，于是，變頻器輸出給電動(dòng)

30、機(jī)的電源的頻率是不允許超過額定頻率的，最高頻率也只能與其額定頻率相等。（2） 上限頻率。上限頻率一般也可以等于額定頻率，但最好能預(yù)置的低一些主要考慮有一下兩個(gè)方面： 1）由于變頻器內(nèi)部往往都具有頻率補(bǔ)償功能，變頻器輸出的頻率一般都要略高于其標(biāo)注的輸出頻率。同樣在工頻情況下運(yùn)行，無形中卻增大了電動(dòng)機(jī)的負(fù)載。 2）假如電動(dòng)機(jī)以變頻調(diào)速運(yùn)行于50hz的情況下，還不如直接把電動(dòng)機(jī)與電源相連，使其在工頻下運(yùn)行，這樣便可以省去變頻器的投資。（3）下限頻率。在應(yīng)用于供水系統(tǒng)中時(shí)，在較低頻率下運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)速過低，水泵輸出的揚(yáng)程會(huì)小于實(shí)際情況所需要的揚(yáng)程，這樣會(huì)使管網(wǎng)內(nèi)的水反推水泵反轉(zhuǎn)運(yùn)行。所以在多數(shù)情況下，下限

31、頻率應(yīng)該設(shè)定為3050hz，有些特殊的需要時(shí)可以設(shè)的更低。（4）啟動(dòng)頻率。水泵在啟動(dòng)時(shí)，葉輪全部在水中，水對(duì)泵的啟動(dòng)存在一定的壓力，從0hz啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)的一段時(shí)間內(nèi)，實(shí)際葉輪是無法旋轉(zhuǎn)起來的，這就需要預(yù)置一定的啟動(dòng)頻率，給水泵一定的沖力。（5）升降速時(shí)間。水泵它不用反復(fù)頻繁的啟動(dòng)停止，于是啟動(dòng)時(shí)的升速時(shí)間和停機(jī)時(shí)的降速時(shí)間并不會(huì)影響所拖動(dòng)機(jī)械的生產(chǎn)效率的，這樣把升降速時(shí)間預(yù)置的長(zhǎng)一些便也是可行的。升降速時(shí)間確定的原則是，與以最大額定電流或接近最大額定電流啟動(dòng)的時(shí)間相等。3.3.2變頻器內(nèi)pid控制功能的實(shí)現(xiàn)2 pid控制的工作流程如下圖10所示：1） 輸入信號(hào)的設(shè)定。1.pid控制選擇端rt，rt

32、接通時(shí)，pid控制進(jìn)行工作，在關(guān)斷時(shí)，變頻器運(yùn)行時(shí)沒有pid控制的參與9。2.設(shè)定值輸入。設(shè)定值由逆變器的端子2 5進(jìn)入pid設(shè)置，而且au終端打開時(shí)有效，關(guān)閉時(shí)拒絕響應(yīng)外部的輸入。3.反饋信號(hào)輸入。從傳感器傳來的420ma的反饋信號(hào)由端子45輸入。2）輸出信號(hào)的設(shè)定。1.上限輸出端口fup，當(dāng)變頻器輸出電源的頻率高于設(shè)定的上限頻率時(shí)，這個(gè)端口會(huì)有信號(hào)輸出。2.下限輸出端口fdn，當(dāng)變頻器輸出電源的頻率低于設(shè)定的下限頻率時(shí)，這個(gè)端口會(huì)有信號(hào)輸出。3.正/反方向信號(hào)輸出端子rl，指示旋轉(zhuǎn)方向，3.輸出公共端子se，即“地”。 維持目標(biāo)不變 開 始設(shè)定目標(biāo)信號(hào)xt的值設(shè)定反饋信號(hào)xf的值 xd=x

33、t-xf xt xf x不變0 頻率 x xfxt 轉(zhuǎn)速n 水壓下降 xf =xt 頻率 x0 圖10 pid控制的基本過程3.4其他器件的選擇 （1）信號(hào)燈的選擇。由于是和plc配用，要選用工作電壓為24v的信號(hào)燈，具體型號(hào)不作要求，可以自己購(gòu)買任意型號(hào)。 （2）壓力傳感器的選擇。選用工作電壓為dc24v，輸出為420ma信號(hào)，具體型號(hào)不作要求。 （3）電源的選擇?，F(xiàn)場(chǎng)只提供ac380v和ac220v電源，由于plc和傳感器等都需要dc24v電源，若想在不外加直流電源的情況下，可以選用ac/dc轉(zhuǎn)換模塊。將ac380v/ac220v電源轉(zhuǎn)換成dc24v電源，市面上這類產(chǎn)品眾多，可供選用的也很

34、多。 （4）開關(guān)、繼電器。開關(guān)要求工作電壓為24v，繼電器要求工作電壓為ac380v。4 軟件設(shè)計(jì)無有無報(bào)警信號(hào)有 執(zhí)行加泵 執(zhí)行減泵有無頻率上限信號(hào)有無頻率下限信號(hào) 維持目標(biāo)不變結(jié)束開始 系統(tǒng)初始化有無泵啟動(dòng)信號(hào)有4.1 主程序設(shè)計(jì) 圖11 主程序結(jié)構(gòu)這個(gè)系統(tǒng)是一拖三的形式，相對(duì)比較簡(jiǎn)單。這是一個(gè)大體上是順序結(jié)構(gòu)小范圍為循環(huán)結(jié)構(gòu)，這里引用了反饋控制的理念，當(dāng)需要被控制的數(shù)值偏離期望值而出現(xiàn)偏差時(shí)，會(huì)使系統(tǒng)產(chǎn)生一個(gè)動(dòng)作去減小這個(gè)偏差，使被控量維持在期望值附近10。s22s24為加泵子程序，s25s27為減泵子程序。水泵的變頻運(yùn)行和工頻運(yùn)行之間的切換是可調(diào)節(jié)的，調(diào)節(jié)時(shí)間預(yù)置在寄存器d8030和d

35、8031中，這兩個(gè)時(shí)間可以人為設(shè)定，只有當(dāng)有頻率上限、下限信號(hào)的時(shí)間超過d8030和d8031中的數(shù)字才有進(jìn)行切換。此外對(duì)變頻器的控制要求是先把接觸器閉合，接通電源，接著再啟動(dòng)變頻器，停止變頻器時(shí)，先關(guān)閉變頻器，再接觸器把斷開，中間有0.5s的時(shí)間延遲，來保護(hù)變頻器。本程序是以步進(jìn)指令、置位、復(fù)位指令來完成，省去了一般指令中的自鎖環(huán)節(jié)。4.2 相關(guān)程序介紹7圖12變頻器保護(hù)程序 這是一個(gè)變頻器的保護(hù)程序，它的作用是確保變頻器只帶一臺(tái)電動(dòng)機(jī)，以免變頻器因?yàn)檫^載而發(fā)生損壞。圖13 加減泵判斷程序這是一個(gè)加減泵的判斷程序，只有當(dāng)有變頻器頻率上下限信號(hào)的時(shí)間超過d8030或者d8031中的數(shù)字，該程序

36、才會(huì)執(zhí)行加減泵操作。圖14 加泵子程序中的一部分這是加泵子程序中的一部分，這部分是討論在1號(hào)泵為變頻運(yùn)行情況下的加泵問題，可以代表整個(gè)加泵過程。圖15 減泵子程序中的一部分這是減泵子程序中的一部分，討論的是1號(hào)泵為變頻運(yùn)行時(shí)的減泵問題，在減泵問題中具有一定的代表性，能很好的說明減泵時(shí)的切換問題。5 檢測(cè)調(diào)試8檢測(cè)與調(diào)試部分共分軟件的檢測(cè)與調(diào)試和硬件的檢測(cè)與調(diào)試，由于資源的限制，硬件部分的檢測(cè)調(diào)試，這里不做細(xì)說。軟件在編寫完成后，并不代表，整個(gè)軟件部分已經(jīng)完成了，還要經(jīng)過變換、檢查、改錯(cuò)等步驟，其中檢查可以分為程序檢查（圖16）、參數(shù)檢查（圖17）、軟元件測(cè)試（圖18）、梯形圖邏輯測(cè)試（圖19）等，當(dāng)然最重要的還是程序測(cè)試和邏輯測(cè)試，只有在程序測(cè)試和邏輯測(cè)試通過的情況