1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。PLC在變頻調速恒壓供水系統中的應用【范文僅供參考】_x0001_畢 業 論 文題 目: PLC在變頻調速恒壓供水系統中的應用學 生 專 業 指導教師 完成日期 PLC在變頻調速恒壓供水系統中的應用 學 生： 指導教師： 摘 要變頻恒壓供水系統是現代建筑中普遍采用的一種水處理系統，隨著變頻調速技術的發展和人們節能意識的不斷增強，變頻恒壓供水系統的節能特性被廣泛地應用于住宅小區、高層建筑的生活及消防供水系統。在智能建筑教學領域，恒壓供水系統已成為一個研究的重要課題，其典型結構是由壓力傳感器、可編程控制器（

2、PLC）、變頻器、供水泵組等組成。隨著社會的飛速發展和城市建設規模的擴大，人口的增多以及人們生活水平的提高，對城市供水的質量、數量、穩定性等問題提出了越來越高的要求，我國中小城市供水的自動化配置相對落后，機組的控制主要依靠值班人員的手操作，控制過程煩瑣，而且手動控制無法對供水管網的壓力和水位變化及時做出恰當的反應。為了保證供水，機組常保持在超壓的狀態下運行，爆損現象也挺嚴重。本論文結合現狀，設計了一套基于PLC的變頻調速恒壓供水系統。 本課題滿足了變頻恒壓供水系統中的基本要求，是由儲水系統、動力系統，回水系統和控制系統（手動控制、自動控制）組成。它利用流量與轉速成正比的關系來實現節能，即當需求

3、的壓力降低時，電動機轉速降低，泵出口流量減少，電動機的消耗功率大幅度下降，從而達到節能的目的。對象系統由四臺不同功率的水泵機組組成，都為常規變頻循環泵，用于模擬正常模式下的生活供水動力系統。回水系統采用有機玻璃材料結構，以使實驗系統具有可觀察性。控制系統采用手動和自動兩種控制方式，在自動控制器失效的狀態下，用手動控制系統也能保證系統地可靠運行。在系統投入自動運行前，手動控制還可用于檢驗動力線路和動力設備的工況。在有變頻和工頻兩種運行狀態的設備間，采用機械互鎖和邏輯互鎖的雙重保護設計，以保障設備的安全運行；該系統同時采用過載保護、漏電保護、接地保護等多重保護機制，充分保障了操作者的人身安全和設備

4、的運行安全。關鍵詞: 恒壓供水 變頻調速 PLC 泵機切換目 錄摘 要3目 錄3第1章緒論41.1本課題設計的背景41.2 本課題設計的內容51. 恒壓供水系統的選型52. 系統的硬件設計53. 系統的軟件設計51.3本課設計的目的和意義6第二章 系統控制方案的確定72.1變頻調速72.1.1變頻調速的工作原理72.1.2 變頻器主要功能的預置82.2 系統控制方案8第三章 系統硬件設計103.1可編程控制器(PLC)的選型103.1.1 PLC概述103.1.2 PLC的選型113.2 變頻器的選型123.3 水泵的選型133.4 壓力傳感器的選型133.5 PLC及變頻器控制電路143.5

5、 硬件接線圖163.6 I/O分配表17第四章 系統軟件設計184.1 PLC梯形圖概述184.2 GX DeveloPer 編程軟件的安裝與操作194.3 系統工作過程分析204.4控制系統程序設計224.4.1啟動程序224.4.2水泵切換程序224.4.3逐臺停泵程序224.4.4 故障處理22第五章 結論23致謝23參考文獻24附錄25第1章緒論1.1本課題設計的背景隨著變壓器調速技術的發展和人們對生活飲用水品質要求的不斷提高, 變頻恒壓供水系統已逐漸取代原有的水塔供水系統, 廣泛應用于多層住宅小區生活消防供水系統, 然而, 由于新系統多會繼續使用原有系統的部分舊設備(水泵) , 在對

6、原有供水系統進行變頻改造的實踐中,往往會出現一些在理論上意想不到的問題. 本課題介紹的變頻控制恒壓供水系統很好的解決了舊設備需要頻繁檢修的問題,既體現了變頻控制恒壓供水的技術優勢,同時有效的實現節水、節電、節省人力，最終達到高效率的運行目的。 1969年美國數字設備公司（DEC）研制書世界第一臺可編程控制器，并成功地應用在美國（GM）的生產線上。但當時只能進行邏輯運算，故稱為可編程邏輯控制期，簡稱PLC（programmable logic controller）。70年代后期，隨著微電子技術和計算機的迅猛發展，使PLC從開關量的邏輯控制擴展到數字控制及生產過程控制域，真正成為一種電子計算機工

7、業控制裝置，故稱為可編程控制器，簡稱PC（programmable controller）.但由于PC容易與個人計算機（programmable computer）相混淆，故人們仍習慣地用PLC作為可編程器的縮寫。1985年國際電工委員會（IEC）對PLC的定義如下：可編程控制器是一種進行數字運算的電子系統，是專為在工業環境下的應用而設計的工業控制器，它采用了可以編程的存儲器，用來在其內部存儲執行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作的指令，并通過數字或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型機械的生產過程。PLC是繼電器邏輯控制系統發展而來，所以它在數學處理、順序控制方面具有一定優勢。繼電器

8、在控制系統中主要起兩種作用：（1）邏輯運算（2）弱電控制強電。PLC是集自動控制技術，計算機技術和通訊技術于一體的一種新型工業控制裝置，已躍居工業自動化三大支柱（PLC、ROBOT、CAD/CAM）的首位。可編程控制器，簡稱PLC。它在集成電路、計算機技術的基礎上發展起來的的一中新型工業控制設備。 具有1.可靠性高、抗干擾能力強 2.設計、安裝容易，維護工作量少 4.功能強、通用性好 5.開發周期短，成功率高 6.體積小，重量輕、功耗底等特點。具有功能強、可靠性高、配置靈活、使用方便以及體積小、重量輕等優點，已經廣泛應用于自動化控制的各個領域，并已成為實現工業生產自動化的支柱產品。與繼電接觸器

9、系統相比系統更加可靠；占位空間比繼電接觸器控制系統小；價格上能與繼電接觸器控制系統競爭；易于在現場變更程序；便于使用、維護、維修；能直接推動電磁閥、觸器與于之相當的執行機構；能向中央執行機構；能向中央數據處理系統直接傳輸數據等。因此，進行變頻恒壓供水系統的PLC控制系統的設計，可以推動變頻恒壓供水系統行業的發展，擴大PLC在自動控制領域的應用，具有一定的經濟和理論研究的價值。1.2 本課題設計的內容本設計將在以下幾個方面對恒壓供水控制系統進行研究和論證。1. 恒壓供水系統的選型該系統是由儲水系統、動力系統，回水系統和控制系統（手動控制、自動控制）組成。對象系統由四臺不同功率的水泵機組組成，都為

10、常規變頻循環泵，用于模擬正常模式下的生活供水動力系統；回水系統采用有機玻璃材料結構，以使實驗系統具有可觀察性。2. 系統的硬件設計PLC變頻恒壓供水控制系統由4臺水泵，一臺智能型電控柜（包括變頻器、PLC、交流接觸器、繼電器等），一套壓力傳感器、缺水保護器、斷相相序保護裝置以及供電主回路等構成。3. 系統的軟件設計 系統的軟件設計包括plc的程序設計和變頻器的功能參數設定。這里主要討論plc的程序設計。plc的程序設計包括手動控制和自動控制的程序設計，手動部分是通過按鈕控制水泵在工頻下運行和停止，主要考慮系統調試或檢修時用。當選擇開關打到"自動"時，系統能夠進入自動工作狀態

11、，由plc和變頻器聯合控制各臺電機的投入或切除、工頻或變頻運行方式。供水系統共有4臺泵組電機，在根據水壓決定投入泵組臺數后，只有最初投入的電機進行變頻調速，其它后投入的電機則在工頻下全速運行，泵組電機的切換過程由邏輯控制單元plc實現。1.3本課設計的目的和意義 隨著電力技術的發展，以變頻調速為核心的智能供水控制系統取代了以往高位水箱和壓力罐等供水設備，起動平穩，起動電流可限制在額定電流以內，從而避免了起動時對電網的沖擊；由于泵的平均轉速降低了，從而可延長泵和閥門等東西的使用壽命；可以消除起動和停機時的水錘效應。其穩定安全的運行性能、簡單方便的操作方式、以及齊全周到的功能，將使供水實現節水、節

12、電、節省人力，最終達到高效率的運行目的。用戶用水的多少是經常變動的，因此供水不足或供水過剩的情況時有發生。而用水和供水之間的不平衡集中反映在供水的壓力上，即用水多而供水少，則壓力低；用水少而供水多，則壓力大。保持供水壓力的恒定，可使供水和用水之間保持平衡，即用水多時供水也多，用水少時供水也少，從而提高了供水的質量。PLC恒壓供水系統對于某些工業或特殊用戶是非常重要的。例如在某些生產過程中，若自來水供水因故壓力不足或短時斷水，可能影響產品質量，嚴重時使產品報廢和設備損壞。又如發生火災時，若供水壓力不足或或無水供應，不能迅速滅火，可能引起重大經濟損失和人員傷亡。所以，某些用水區采用PLC恒壓供水系

13、統，具有較大的經濟和社會意義。 PLC是面向工業生產過程控制的，特別是中小容量PLC成功地取代了傳統的繼電器接觸器控制系統，使控制裝置的可靠性大為提高，在改造傳統工業控制設備和開發研制機電一體化高新技術產品中發揮了巨大作用。而變頻器能節能和調速，并能實現自動控制程高精度控制，還能在恒壓恒溫控制應用實現了智能控制等。本課程的基本要求是在了解PLC一般性硬軟件基本構成和工作原理的基礎上，掌握利用PLC技術實現生產過程順序控制或程序控制開發應用的方法步驟和全過程真正掌握此項新技術的開發和應用，并和變頻器綜合利用，根據系統狀態可快速調整供水系統的工作壓力，達到恒壓供水的目的。改造提高了系統的工作穩定性

14、，得到了良好的控制效果。第二章 系統控制方案的確定2.1變頻調速2.1.1變頻調速的工作原理 變頻器是利用電力半導體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。變頻器的電路一般由整流環節、中間直流環節、逆變環節和控制環節4個部分組成。整流部分為三相橋式不可控整流器，逆變部分為IGBT三相橋式逆變器，且輸出為PWM波形，中間直流環節為濾波、直流儲能和緩沖無功功率。從理論上可知電機的轉速N與供電頻率f有以下關系： ( q-電機極數 s-轉差率) （2-1） 由上式可知，轉速n與頻率f成正比，如果不改變電動機的級數，只要改變頻率f即可改變電動機的轉速，當頻率f在050Hz的范圍內變化時，電

15、動機轉速調節范圍非常寬。變頻器就是通過改變電動機電源頻率實現速度調節的，是一種理想的高效率、高性能的調速手段。變頻器在工頻以下和工頻以上工作時的情況：（1）變頻器小于50Hz時，由于I*R很小，所以U/F=E/F不變時，磁通為常數，轉矩和電流成正比，這也就是為什么通常用變頻器的過流能力來描述其過載（轉矩）能力，并成為恒轉矩調速。（2）變頻器50Hz以上時，通常的電機是按50Hz電壓設計制造的，其額定轉矩也是在這個電壓范圍內給出的。因此在額定頻率之下的調速稱為恒轉矩調速。 (T=Te, P<=Pe)變頻器輸出頻率大于50Hz頻率時，電機產生的轉矩要以和頻率成反比的線性關系下降。當電機以大于

16、50Hz頻率速度運行時，電機負載的大小必須要給予考慮，以防止電機輸出轉矩的不足。舉例，電機在100Hz時產生的轉矩大約要降低到50Hz時產生轉矩的1/2。因此在額定頻率之上的調速稱為恒功率調速。下面用公式來定性的分析一下頻率在50Hz時的情況。眾所周知，對一個特定的電機來說, 其額定電壓和額定電流是不變的。如變頻器和電機額定值都是: 15kW/380V/30A, 電機可以工作在50Hz以上。     當轉速為50Hz時，變頻器的輸出電壓為380V，電流為30A。 這時如果增大輸出頻率到60Hz，變頻器的最大輸出電壓電流還只能為380V/30A。 很顯然輸

17、出功率不變。所以我們稱之為恒功率調速。     這時的轉矩情況怎樣呢？由于功率是角速度與轉矩的乘積。因為功率不變，角速度增加了，所以轉矩會相應減小。我們還可以再換一個角度來看：從電機的定子電壓 (I-電流，R-電子電阻，E-感應電勢) （2-2） 可以看出，U、I不變時，E也不變。而 (k-常數，f-頻率，X-磁通) （2-3）所以當f由50->60Hz時，X會相應減小。對于電機來說， (K-常數，I-電流，X-磁通) （2-4）因此轉矩T會跟著磁通X減小而減小。    結論：當變頻器輸出頻率從50Hz以上增

18、加時，電機的輸出轉矩會減小。2.1.2 變頻器主要功能的預置雖然水泵對系統調速的精度要求不高，但要使供水系統運行性能穩定，工作問題，就必須正確設置變頻器的各種性能。1. 頻率功能的設置1 最高頻率 水泵屬于平方率負載，當轉速超過額定轉速時，轉矩將按平方規律增加，導致電動機嚴重過載。因此，變頻器的工作頻率是不允許超過額定頻率的，其最高頻率只能與額定頻率相等，即Fmax=Fn=50HZ2 上限頻率 一般說來，上限頻率以等于額定頻率為宜。但有時也可以預置得略低一些，原因有二：一是變頻器內部有轉差補償功能，同在50HZ的情況下，水泵在變頻運行時的實際轉速要高于工頻運行時的轉速，從而增大了水泵和電動機的

19、負載；二是變頻調速系統在50HZ下運行時，還不如直接在工頻下運行，可以減少變頻器本身的損失。因此，將上限頻率預置為49HZ或49.5HZ是適宜的。3 下限頻率 在供水系統中，轉速過低，會出現水泵的全揚程小于實際揚程，形成水泵“空轉”的現象。所以。下限頻率應定為2530HZ。4 起動頻率 水泵在起動時，如果從0HZ開始起動，水泵基本沒有壓力輸出，為減少調節時間，應預置起動頻率值為1520HZ，即設置變頻器PID輸出值的下限為最大值的30%40%。2. 升速、降速時間由于水泵電動機不需要頻繁的起、停，對于起、停時間午嚴格要求。整定變頻器的升、降速時間時主要考慮升、降速時間過短，變頻器可能因過流或過

20、壓而跳閘；升、降速時間過長，則會使變頻器調速系統反應遲緩，造成管路中欠壓或超壓時間過長，滿足不了恒壓供水要求。因此，升、降速時間的確定，應根據現場的實際情況來決定。2.2 系統控制方案PLC變頻恒壓供水控制系統本系統是以PLC為控制核心，由PLC控制器、變頻調速器、壓力傳感器、等其它電控設備以及4臺水泵組成，如圖2-1所示。圖2-1 變頻調速恒壓供水控制系統的原理圖其工作過程：設定一個水壓值后，根據變頻恒壓供水原理，利用安裝在供水管網上的壓力傳感器，連續采集供水管網中的水壓及水壓變化率信號，并將水壓信號轉換為電信號送入PLC，PLC根據實際水壓值與設定水壓值進行比較和經PID運算，并將運算結果

21、轉換為電信號，輸出送到變頻器的信號給定端，變頻器根據給定信號，調節水泵的電源頻率，從而調整水泵的轉速，以維持供水管網中水壓值在設定的水壓范圍內，當變頻器頻率到達最大最小時，由PLC控制加泵或減泵實現恒壓供水，從而達到恒壓供水的目的。這樣也就形成了一個閉環控制的恒壓供水系統。 該系統的特點：1) 水泵能自動變頻軟啟動，四臺水泵自動變頻軟啟動，并根據用水量大小自動調節泵臺數。2) 電控自動狀態時，四臺水泵自動輪換變頻運行，工作泵故障時備用泵自動投入，可轉換自動或人工手動開、停機。3) 設備具有缺相、欠壓、過壓、短路、過載等多種電氣保護功能，具有相序保護防止水泵反轉抽空，并具有缺水保護及水位恢復開機

22、功能。4) 有設備工作、停機、報警指示。該系統可分為手動和自動兩種運行方式，四臺水泵均可以在工頻或變頻調速狀態下工作。1、 手動運行當用手動方式時，把轉換開關切換到自動擋。按下啟動按鈕，啟動電機變頻運行；當系統壓力不夠需要增加泵時，此時切斷電機變頻，同時PLC控制電機變頻運行. 為了變頻向工頻切換時保護變頻器免于受到工頻電壓的反向沖擊，在切換時，用時間繼電器作了0.5的時間延遲，當壓力過大時，可以手動按下停止按鈕，切斷工頻運行的電機. 使用該方式時，可根據需要，停按不同電機對應的啟停按鈕，可以依次實現手動啟動和手動停止水泵。 該方式僅供自動故障時使用。2、 自動運行 由PLC分在條件成立時，進

23、行增泵升壓和減泵降壓控制.(1)升壓控制:系統工作時，每臺水泵處于三種狀態之一，即工頻電網拖動狀態、變頻器拖動調速狀態和停止狀態. 系統開始工作時，供水管道內水壓力為零，在控制系統作用下，變頻器開始運行，第一臺水泵啟動且轉速逐漸升高，當輸出壓力達到設定值，其供水量與用水量相平衡時，轉速才穩定到某一定值，這期間第一臺泵處在調速運行狀態. 當用水量增加水壓減小時，通過壓力閉環調節水泵按設定速率加速到另一個穩定轉速；反之用水量減少水壓增加時，水泵按設定的速率減速到新的穩定轉速.當用水量繼續增加，變頻器輸出頻率增加至工頻(即50HZ)時，水壓仍低于設定值，鎖相同步控制器控制變頻器頻率與工頻同步，由PL

24、C控制切換至工頻電網后恒速運行；同時，使第二臺水泵, 投入變頻器并變速運行，系統恢復對水壓的閉環調節，直到水壓達到設定值為止.在第二臺投入變頻器運行以前，使變頻器輸出頻率降至起動頻率，然后再投入. 如果用水量繼續增加，每當加速運行的變頻器輸出頻率達到工頻時，將繼續發生如上轉換，并有新的水泵投入并聯運行.當最后一臺水泵投入運行，變頻器輸出頻率達到工頻，壓力仍未達到設定值時，控制系統就會發出故障報警.(2) 降壓控制:當用水量下降水壓升高，變頻器輸出頻率降至起動頻率時，水壓仍高于設定值，系統將工頻運行時間最長的一臺水泵關掉，恢復對水壓的閉環調節，使壓力重新達到設定值.這樣每臺水泵的啟動均經變頻器的

25、控制，全部機組實現循環軟啟動，即每臺泵的啟動頻率東從設定的最低頻率開始逐漸上升，并遵循“先開的泵先停，先停的泵先開”的原則。當用水量繼續下降，每當減速運行的變頻器輸出頻率降至起動頻率時，將繼續發生如上轉換，直到剩下最后一臺變頻泵運行為止.當一臺水泵變速運行，用水量接近于零，水泵最小轉速為臨界轉速時( 這是變速運行水泵最小工作轉速) ，可根據這一工作狀態的長短和系統用水的特點，使系統轉入間歇運行或小容量水泵運行。 除了具有上述自動切換功能外，系統具有一次水位檢測功能，即在水位低限時報警和切斷輸出。該系統還設有多種保護、人機交互、強電邏輯硬件互鎖、報警及上位連接功能，從而保證正常供水，且可以做到無

26、人值守.第三章 系統硬件設計3.1可編程控制器(PLC)的選型3.1.1 PLC概述可編程控制器，英文稱Programmable Controller，簡稱PLC，本課題中用PLC作為它的簡稱。PLC是用于工業現場的電控制器。它源于繼電器控制技術，但基于電子計算機。它通過運行存儲在其內存中的程序，把經輸入電路的物理過程得到的輸入信息，變換為所要求的輸出信息，進而再通過輸出電路的物理過程去實現對負載的控制。PLC基于電子計算機，但并不等同于普通計算機。普通計算機進行入出信息變換時，大多只考慮信息本身，信息入出的物理過程一般不考慮的。而PLC則要考慮信息入出的可靠性、實時性，以及信息的實際使用。特

27、別要考慮怎么適應于工業環境，如便于安裝，便于維修及抗干擾等問題,入出信息變換及可靠的物理實現，可以說是PLC實現控制的兩個基本要點。PLC可以通過它的外設或通信接口與外界交換信息。其功能要比繼電控制裝置多的多、強的多。PLC有豐富的指令系統，有各種各樣的I/O接口、通信接口，有大容量的內存，有可靠的自身監控系統，因而具有以下基本的功能：邏輯處理功能；數據運算功能；準確定時功能；高速計數功能；中斷處理（可以實現各種內外中斷）功能；程序與數據存儲功能；聯網通信功能；自檢測、自診斷功能。可以說，凡普通小型計算機能實現的功能，PLC幾乎也都可以做到。像PLC這樣。集豐富功能于一身，是別的電控器所沒有的

28、，更是傳統的繼電控制電路所無法比擬的。豐富的功能為PLC的廣泛應用提供了可能，同時，也為節水行業的遠程化、信息化及智能化創造了條件。3.1.2 PLC的選型在PLC系統設計時，首先應確定控制方案，下一步工作就是PLC工程設計選型。工藝流程的特點和應用要求是設計選型的主要依據。因此，工程設計選型和估算時，應詳細分析工藝過程的特點、控制要求，明確控制任務和范圍確定所需的操作和動作，然后根據控制要求，估算輸入輸出點數、所需存儲器容量、確定PLC的功能、外部設備特性等，最后選擇有較高性能價格比的PLC和設計相應的控制系統。1輸入輸出（I/O）點數的估算I/O點數估算時應考慮適當的余量，通常根據統計的輸

29、入輸出點數，再增加10%20%的可擴展。余量后，作為輸入輸出點數估算數據。實際訂貨時，還需根據制造廠商PLC的產品特點，對輸入輸出點數進行圓整。根據估算的方法故本課題的I/O點數為輸入5點，輸出10點。2存儲器容量的估算存儲器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲單元大小，程序容量是存儲器中用戶應用項目使用的存儲單元的大小，因此程序容量小于存儲器容量。設計階段，由于用戶應用程序還未編制，因此，程序容量在設計階段是未知的，需在程序調試之后才知道。為了設計選型時能對程序容量有一定估算，通常采用存儲器容量的估算來替代。存儲器內存容量的估算沒有固定的公式，許多文獻資料中給出了不同公式，大體上都是按數

30、字量I/O點數的1015倍，加上模擬I/O點數的100倍，以此數為內存的總字數（16位為一個字），另外再按此數的25%考慮余量。因此本課題的PLC內存容量選擇應能存儲2000條梯形圖，這樣才能在以后的改造過程中有足夠的空間。3控制功能的選擇該選擇包括運算功能、控制功能、通信功能、編程功能、診斷功能和處理速度等特性的選擇。根據本課題所設計的變頻調速恒壓控制的需要，主要介紹以下幾種功能的選擇。（1）控制功能PLC主要用于順序邏輯控制，因此，大多數場合常采用單回路或多回路控制器解決模擬量的控制，有時也采用專用的智能輸入輸出單元完成所需的控制功能，提高PLC的處理速度和節省存儲器容量。（2）編程功能離

31、線編程方式：PLC和編程器公用一個CPU，編程器在編程模式時，CPU只為編程器提供服務，不對現場設備進行控制。完成編程后，編程器切換到運行模式，CPU對現場設備進行控制，不能進行編程。離線編程方式可降低系統成本，但使用和調試不方便。在線編程方式：CPU和編程器有各自的CPU，主機CPU負責現場控制，并在一個掃描周期內與編程器進行數據交換，編程器把在線編制的程序或數據發送到主機，下一掃描周期，主機就根據新收到的程序運行。這種方式成本較高，但系統調試和操作方便，在大中型PLC中常采用。五種標準化編程語言：順序功能圖（SFC）、梯形圖（LD）、功能模塊圖（FBD）三種圖形化語言和語句表（IL）、結構

32、文本（ST）兩種文本語言。選用的編程語言應遵守其標準（IEC6113123），同時，還應支持多種語言編程形式，如C，Basic等，以滿足特殊控制場合的控制要求。（3）診斷功能PLC的診斷功能包括硬件和軟件的診斷。硬件診斷通過硬件的邏輯判斷確定硬件的故障位置，軟件診斷分內診斷和外診斷。通過軟件對PLC內部的性能和功能進行診斷是內診斷，通過軟件對PLC的CPU與外部輸入輸出等部件信息交換功能進行診斷是外診斷。PLC的診斷功能的強弱，直接影響對操作和維護人員技術能力的要求，并影響平均維修時間。4機型的選擇目前，國內眾多的生產廠家生產了多種系列功能各異的PLC產品，使用戶眼花繚亂、無所適從。通過對輸入

33、/輸出點的選擇、對存儲容量的選擇、對I/O響應時間的選擇以及輸出負載的特點選型的分許。我們決定使用的三菱公司生產的FX2N列的FX2N-32M型號的可編程控制作為變頻調速恒壓供水系統的控制器,但是由于和變頻器之間的信號不同，我們要添加一個有A/D、D/A轉換功能的模擬輸入輸出模塊，將信號進行轉換輸入變頻器。3.2 變頻器的選型在傳統的變頻控制系統中，變頻器的啟動/停止由PLC通過開關量輸出控制，變頻器頻率是由PLC通過模擬量輸出端口輸出05(10)V或420mA信號控制的，這需要購買PLC比較昂貴的模擬量輸出端口模塊。對變頻器故障的檢測是只是由PLC讀取變頻器的故障報警觸點，只是知道變頻器出現

34、故障，但具體什么故障并不清楚，需操作人員查詢變頻器報警信息后再閱讀變頻器說明書才知道，這對于一般值班人員來說太難了。因此在本系統中PLC對變頻器的控制是通過串行通訊的方式實現的，我們選用的是的三菱系列F500變頻器風機/泵類專用變頻器，采用最適磁通控制方式,實現更高節能運行。內置PID,變頻器/工頻切換和多泵循環運行功能。PLC通過自由通訊口方式與變頻器通訊，控制變頻器的運行，讀取變頻器自身的電壓、電流、功率、頻率、累計運行時間和過壓、過流、過負荷等全部報警信息等參數。其實物圖如圖31所示。圖3-1 FR-F500系列三菱F500系列變頻器的實物圖3.3 水泵的選型 根據我們的需要，并結合它所

35、具有的特點，我們選用上海滬龍公司的ISG型立式離心泵，它供輸送清水及物理化學性質類似于清水的其他液體之用，適用于工業和城市給排水、高層建筑增壓送水、園林噴灌、消防增壓、遠距離輸送、暖通制冷循環、浴室等冷暖水循環增壓及設備配套，使用溫度T：80。 其實物圖如圖32所示。圖3-2 ISG型立式離心泵的實物圖3.4 壓力傳感器的選型 根據我們的需要，并結合它所具有的特點，我們選用PTH503壓力傳感器。它采用全不銹鋼封焊結構，具有良好的防潮能力及優異的介質兼容性。輸出信號: 420mA(二線制)、05V、15V、010V(三線制) 供電電壓: 24DCV(936DCV)。廣泛用于工業設備、水利、化工

36、、醫療、電力、空調、金剛石壓機、冶金、車輛制動、樓宇供水等壓力測量與控制，具有高精度、高穩定性、高重復性、量程范圍寬、介質兼容性好等優點。其實物圖如圖33所示。圖33 PTH503壓力傳感器的實物3.5 PLC及變頻器控制電路1 供水系統主電路 該系統有四臺水泵， 如圖34所示，合上空氣開關后，當交流接觸器1KM、3KM、5KM、7KM主觸點閉合時，水泵為工頻運行；當2KM、4KM、6KM、8KM主觸點閉合時，水泵為變頻運行。四個熱繼電器FR1FR4分別對四臺電動機進行保護，避免電動機在過載時可能產生的過熱損壞。圖34 恒壓供水的主電路2 供水系統控制電路如圖35所示，Y0Y7為PLC輸出軟繼

37、電器觸點，其中Y0、Y2、Y4、Y6控制變頻運行電路；Y1、Y3、Y5、Y7控制工頻運行電路。SAC為轉換開關，實現手動、自動控制切換。當SAC切在手動位時，通過1SB24SB2按鈕分別起動四臺水泵工頻運行；當SAC在自動位時，由PLC控制水泵進行變頻或工頻狀態的起動、切換、停止運行。圖35 恒壓供水系統的控制電路1KA為缺水保護電路的中間繼電器觸點，當水池缺水或水位不足時，配合缺水保護裝置斷開控制電路，切斷主電路，實現缺水保護作用。3 缺水保護電路當水池缺水或水位不足時，若不及時切斷電源就會損壞水泵，甚至發生事故。本系統設置了缺水自動保護電路，如圖36所示。利用液位繼電器等裝置時刻檢測水池里

38、的水位，經電路轉換及處理后對控制回路電源進行控制。水池水位正常時，控制回路電源接通，系統正常工作。水池缺水或水位不足時，液位繼電器1K釋放，系統報警、指示燈亮并通過1KA切斷系統控制電路和主電路，水泵停止。水位正常后，液位繼電器1K吸合，重新啟動系統。 圖36 缺水保護電路4 缺相相序保護電路水泵工作在三相交流電，電源發生缺相時，電動機中某一相無電流，而另外兩相電流會增大，容易燒壞電動機；另外，為了避免電源相序相反，電動機反轉水泵抽空的現象，設置了缺相相序保護電路，如圖3-7所示。采用缺相相序保護電路繼電器KP接在主電路電源進線空氣開關之后，三相正常時，KP得電吸合，控制電路中KP的1-2觸點

39、吸合，接通PLC控制電路。反之，缺相或反向時，KP的1-2觸點斷開，會切斷PLC控制電路，系統停止工作，缺相相序保護指示燈亮。 圖37缺相相序保護電路3.5 硬件接線圖系統的硬件連接圖即PLC和系統中各個硬件的連線。由于PLC所輸出的信號是數字信號，不被變頻器所識別，所以我們在他們之間加了個模擬量輸入輸出模塊FX0N-3A。其功能為：該模塊具有2路模擬量輸入（010V直流或420mA直流）通道和1路模擬量輸出通道。其輸入通道數字分辨率為8位，A/D的轉換時間為100s，在模擬與數字信號之間采用光電隔離，適用于FX1N、FX2N、FX2NC子系列，占用8個I/O點。具體的如圖38所示：圖3-8硬

40、件接線圖變頻器的標準接線圖如下:3.6 I/O分配表表3-1 I/O分配表元件輸入說明SB0X0啟動SB1X1模擬調節上限SB2X2模擬調節下限SB4X3復位SB5X4故障輸入信號元件輸出說明2KM動作Y01#水泵接變頻1KM動作Y11#水泵接工頻4KM動作Y22#水泵接變頻3KM動作Y32#水泵接工頻6KM動作Y43#水泵接變頻5KM動作Y53#水泵接工頻8KM動作Y64#水泵接變頻7KM動作Y74#水泵接工頻Y10指示燈Y11蜂鳴器第四章 系統軟件設計4.1 PLC梯形圖概述梯形圖是使用得最多的圖形編程語言，被稱為PLC的第一編程語言。梯形圖與電器控制系統的電路圖很相似，具有直觀易懂的優點

41、，很容易被工廠電氣人員掌握，特別適用于開關量邏輯控制。梯形圖常被稱為電路或程序，梯形圖的設計稱為編程。PLC梯形圖中的某些編程元件沿用了繼電器這一名稱，如輸入繼電器、輸出繼電器、內部輔助繼電器等，但是它們不是真實的物理繼電器，而是一些存儲單元（軟繼電器），每一軟繼電器與PLC存儲器中映像寄存器的一個存儲單元相對應。該存儲單元如果為“1”狀態，則表示梯形圖中對應軟繼電器的線圈“通電”，其常開觸點接通，常閉觸點斷開，稱這種狀態是該軟繼電器的“1”或“ON”狀態。如果該存儲單元為“0”狀態，對應軟繼電器的線圈和觸點的狀態與上述的相反，稱該軟繼電器為“0”或“OFF”狀態。使用中也常將這些“軟繼電器”

42、稱為編程元件。梯形圖兩側的垂直公共線稱為母線(Bus bar)，。在分析梯形圖的邏輯關系時，為了借用繼電器電路圖的分析方法，可以想象左右兩側母線（左母線和右母線）之間有一個左正右負的直流電源電壓，母線之間有“能流”從左向右流動。右母線可以不畫出。根據梯形圖中各觸點的狀態和邏輯關系，求出與圖中各線圈對應的編程元件的狀態，稱為梯形圖的邏輯解算。梯形圖中邏輯解算是按從左至右、從上到下的順序進行的。解算的結果，馬上可以被后面的邏輯解算所利用。邏輯解算是根據輸入映像寄存器中的值，而不是根據解算瞬時外部輸入觸點的狀態來進行的。4.2 GX DeveloPer 編程軟件的安裝與操作本控制系統下位機編程軟件采

43、用三菱公司的GX DeveloPer7.0。一、GX DeveloPer 軟件安裝 打開“GX DeveloPer安裝盤”，雙擊里面的“SETUP”安裝圖標，根據提示完成安裝。安裝完成后，桌面上會顯示“GX DeveloPer” 圖標。注意：通常安裝時，需要先點擊“GX-DeveloP7中文版EnvMELSET UP”進行環境安裝，然后點擊“GX-DeveloP7中文版SET UP”進行軟件安裝。二、PLC程序下載1給 PLC 提供 220V 交流電源，打開掛箱上的船形開關，將 PLC 打到 STOP 的狀態。2打開 PC 機(事先裝好了GX DeveloPer 和力控組態軟件)，通過 WIN

44、DOWS 菜單打開三菱 PLC 編程軟件環境 GX DeveloPer，如圖4-1 所示。圖4-13打開配套光盤，將下位機工程復制到C盤的根目錄，用GX DeveloPer打開C盤下的工程，點擊菜單在線->PLC寫入,進入下載畫面，如圖 4-2 所示圖4-24選擇參數加程序，在圖4-2窗口中,點擊執行，程序被下裝到PLC。程序下載完成后，將PLC置為運行狀態。在圖2-1所示窗口中，單擊菜單診斷，在下拉菜單中，點擊PLC診斷項，出現圖4-3所示的畫面。通過這個畫面，可以查看PLC的運行狀態。診斷完成后，點擊關閉按鈕。圖4-35關閉編程環境，程序下載完成。4.3 系統工作過程分析1、 開始2

45、、 初始化程序3、 PLC檢測給水池液位保護開關是否動作4、 啟動第一臺水泵進行變頻工作5、 變頻輸出率是否達到最大值6、 變頻切換開機程序7、 變頻輸出率是否打到最小值8、 逐臺停泵程序9、 運行結果送到PLC輸出控制水泵運行或停機10、 工作結束其流程圖如下：4.4控制系統程序設計4.4.1啟動程序 在自動運行方式下開始啟動運行時，首先檢測水池水位，若水池水位符合設定水位要求，1#泵變頻交流接觸器吸合，電機與變頻器連通，變頻器輸出頻率從0Hz開始上升，此時壓力變送器檢測壓力信號反饋PLC，由PLC經PID運算后控制變頻器的頻率輸出；如壓力不夠，則頻率上升至50Hz，延時一定時間后，將1#泵切換為工頻，2#泵變頻交流接觸器吸合，變頻啟動2#水泵，頻率逐漸上升，直至出水壓力達到設定壓力，依次類推增加水泵。4.4.2水泵切換程序如用水量減小，出水壓力超過設定壓力，則PLC控制變頻器降低輸出頻率，減少出水量來穩定出水壓力。若變頻器輸出頻率低于某一