1、天津職業技術師范大學天津職業技術師范大學電氣控制與PLC應用課程設計說明書課程設計題目： 無 塔 供 水指導老師： 劉 朝 華姓 名： 馬偉、盛若竹、李琳陳潔、謝恒曇班 級： 機電1314 機械工程學院2016 07 15目錄1課題設計任務及要求41.1設計主要內容及要求41.2設計的主要工作42 PLC控制系統原理結構分析42.1 結構框圖42.2 無塔供水控制系統的操作面板52.3 PLC控制系統的選擇53 無塔供水系統的設計63.1 系統的設計方案63.2 系統的工作原理73.3無塔供水系統的I/O分配73.3.1系統I/0接線圖73.4 無塔供水系統的梯形圖83.5 梯形圖所對應的語句

2、表114 系統調試134.1程序設計134.2接線并檢查電器線路144.3運行調試145總結與收獲146參考資料15天津職業技術師范大學課 程 設 計 任 務 書 機械工程 學院 機電1314 班 學生 馬偉 課程設計課題： 無塔供水系統一、課程設計工作日自 2016 年 7 月 4 日至 2016 年 7 月 15 日二、同組學生： 李琳、盛若竹、謝恒曇、陳潔 三、課程設計任務要求（包括課題來源、類型、目的和意義、基本要求、完成時間、主要參考資料等）： 1.控制要求 (1)初始狀態變頻器與變送器的數碼顯示為00，變頻器控制的主電機與輔助電機M1、M2均為OFF。 (2)啟動操作按下啟動按鈕，

3、系統自動運行，根據程序設定的PID參數進行調節。最終達到用戶供水壓力保持在17MPa。即變送器輸出顯示17 啟動時小泵先啟動，大泵后啟動，停止時大泵先停止，小泵后停止。 2.設計完成要求 （1）完成I/O分配圖，及PLC外圍電路圖的設計及連接。 （2）完成設計說明書 （3）完成PLC程序，并調試通過。 3.參考資料： （1）黃永紅，電氣控制與PLC應用技術，機械工業出版社，2015年7月。 （2）TVT90HC機電一體化試驗臺說明書，天津源峰科技有限公司。指導教師簽字： 教研室主任簽字： 1課題設計任務及要求1.1設計主要內容及要求某小區內生活采用無塔供水系統，要求用變頻調速變頻器控制，主要設

4、備由一臺主電機與兩臺輔助電機，電氣控制部分用PLC作為主控制器。其中，初始時變頻器與變送器的數碼顯示為00，變頻器控制的主電機與輔助電機M1、M2均為OFF。當按下啟動按鈕，系統自動運行，根據程序設定的PID參數進行調節。最終達到用戶供水壓力保持在17MPa。即變送器輸出顯示17。啟動時小泵先啟動，大泵后啟動，停止時大泵先停止，小泵后停止。1.2設計的主要工作主要介紹變頻器在無塔供水系統中的工作原理，以及PID參數的調節。詳細敘述無塔供水系統的組成以及各個器件的作用，仔細分析設計方案。根據設計的要求以及控制方式完成外部接線以及I/O表及地址分配表、設計梯形圖并調試，最后完成設計說明書。2 PL

5、C控制系統原理結構分析2.1 結構框圖原理圖是用來表明設備電氣的工作原理及各電氣元件的作用，相互之間的關系的一種表示方式。運用電氣原理圖的方法和技巧，對于分析電氣線路，排除機床電路故障是十分有益的。電氣原理圖一般由主電路、控制電路、保護、配電電路等幾部分組成。2.2 無塔供水控制系統的操作面板2.3 PLC控制系統的選擇選擇PLC的容量。首先要對控制任務進行詳細分析，把所有的I/O點找出來，包括開關量I/O和模擬量I/O以及這些I/O點性質。I/O點的性質主要指它們的信號類型，電壓，輸出的類型。確定控制系統輸出點的類型，交流220V的接觸器、電磁閥，指示燈只留24V，選用的PLC的輸出點數大于

6、實際點數。因為PLC的輸出點一般是幾個一組公用一個公共端，這一組輸出只能有一種電源的種類和等級。所以一旦它們被交流220V點的負載使用，則直流24V的負載只能使用其他組的輸出端了。這樣有可能造成輸出點數的浪費，增加成本。所以要選擇相同等級和種類的負載，比如使用交流220V的指示燈等。繼電器輸出的PLC使用最多，但對于要求高速輸出的情況，比如運動控制的高速脈沖輸出，就要使用五觸電的晶體管輸出的PLC了。在編程語言上，用梯形圖編程還是用語句表編程或使用功能圖編程，這主要取決于以下幾點：（1）PLC使用梯形圖編程不方便則可用語句表編程；單梯形圖總比語句表直觀。（2）經驗豐富的人員可用語句表直接編程，

7、就像使用匯編語言一樣。（3）如果是清晰的單順序、選擇順序或并發順序的控制任務，則最好是用功能圖來設計程序。3 無塔供水系統的設計3.1 系統的設計方案我們采用高性能、模塊化結構、帶模擬量通道功能的西門子S7-200可編程控制器，配合變頻器，完成無塔供水自動控制。恒壓供水泵站一般需要設多臺水泵及電機，這比設單臺水泵電機節能而可靠。配單臺電機及水泵時，它們的功率必須足夠大，在用水量少時來開一臺大電機肯定是浪費的，電機選小了用水量大時供水量則相應的會不足。而恒壓供水的主要目標是保持管網水壓恒定，水泵電機的轉速要跟隨用水量的變化而變化的，那么這就是要用變頻器為水泵電機供電。在此這里有兩種配置方案，一種

8、是為每一臺水泵電機配一臺相應的變頻器，從解決問題方案這個比較簡單和方便，電機與變頻器間不須切換，但是從經費的角度來看的話這樣比較昂貴。另一種方案則是數臺電機配一臺變頻器，變頻器與電機間可以切換的，供水運行時，一臺水泵變頻運行，一臺水泵工頻運行，以滿足不同的水量要求。壓力傳感器用于檢測管網中的水壓，常裝在泵站的出水口。當用水量大時，水壓降低；當用水量小時，水壓升高。壓力傳感器將水壓的變化轉變為電信號的變化傳送給調節器。壓力變送器的輸出信號一般是模擬量信號，4-20mA變化的電流信號或0-10V間變化的電壓信號。3.2 系統的工作原理系統中的壓力傳感器將水壓的變化轉換為電信號通過電壓調節器送給變頻

9、器，變頻器則根據傳感器的采樣值與變頻器的設定值進行比較，通過內置的PID功能進行數據處理，將數據處理的結果以頻率的形式輸出（0-50HZ之間變化）。壓力傳感器常裝設在泵站的出口。現代的變頻器一般都具有PID調節功能。3.3無塔供水系統的I/O分配輸入端口輸出端口變送器輸出電流（正極）AI0(藍)大泵M1Q0.0變送器輸出電流（負極）AI0(黑)小泵M2Q0.1變頻器輸入電流（正極）AQ0(綠)變頻器輸入電流（負極） AQ0（黑）3.3.1系統I/0接線圖3.4 無塔供水系統的梯形圖3.5 梯形圖所對應的語句表主程序網絡1LD I0.0 /當I0.0置1時，調用子程序CALL SBR-0 /子程

10、序啟用，并初始化網絡2LD M0.1AW<= ALW16 , 21000S Q0.1 , 1 /Q0.1接通，小泵啟動，同時啟動T37定時器TON T37 , 30A T37S Q0.0 , 1 /3s后Q0.0接通，大泵啟動網絡3LD SM0.0AW>= ALW16 ，23000R Q0.0 , 1 /Q0.0復位，大泵停止，同時啟動T38定時器TON T38 , 30A T38R Q0.1 , 1 /3s后Q0.0復位，小泵啟動網絡4LD I0.0O M1.0= M1.0子程序網絡1LD SM0.0 /SM0.0總是1MOVR 0.87 , VD104 /將設定值0.87載入V

11、D104MOVR 10.0 , VD112MOVR 0.1 , VD116 /VD116裝入采樣時間0.1sMOVR 3.0 , VD120 /VD120裝入積分時間3minMOVR 0.0 , VD124 /關閉微分作用MOVB 20 , SMB34 /設置定時中斷0的時間間隔為20msATCH INT-0 , 10 /設置定時中斷，以定時執行PID指令ENI /允許中斷中斷程序網絡1LD SM0.0 /SM0.0總是1ITD ALW16 , AC0 /把模擬輸入寄存器的值（單極性）轉換成雙整數存入AC0DTR AC0 , AC0 /雙整數轉換成實數/R 27648.0 , AC0 /標準化

12、AC0中的值MOVR AC0 , VD100 /將AC0中的值存入回路表VD100網絡2LD SM0.0PID VB100 , 0 /執行PID回路指令網絡3LD SM0.0MOVR VD108 , AC0 /將輸出值刻度化*R 27648.0 , AC0ROUND AC0 , AC0 /將實數轉換成雙整數DIT AC0 , AC0 /將雙整數轉換成整數MOVW AC0 , AQW16 /將整數值寫入到模擬量輸出寄存器4 系統調試變頻調速恒壓供水系統具有節能、安全、高品質的供水質量等有點。采用PLC作為控制器，硬件結構簡單，成本低，系統實現水泵電機無極調速，依據用水量的變化自動調節系統的運行參

13、數，在用數量發生變化時保持水壓恒定以滿足用水要求。通過采用變頻調速恒壓控制，可在不同季節、全天不同時段內有效及時的調控水量，減少電耗。在設定壓力內跟隨用水量供水，避免了傳統供水方式的損耗，降低噸水消耗。由于變量泵工作在變頻工作狀態，在其運行過程中其轉速是由外供水量決定的，故系統在運行過程中可節約可觀的電能，其經濟效益是十分明顯的。正因為此，其產生的社會效益也是非常巨大。在實際應用中，采用PLC控制恒壓供水，還容易的隨時修改控制程序，以改變各元件的工作時間和工作狀況，滿足不同情況要求。與繼電器或硬件邏輯電路控制系統相比，PLC控制系統具有更大的靈活性和通用性。本系統的設計也有些許的不足之處，電機

14、在進行工頻、變頻轉換運行時會對電網造成波動，所以需根據具體設計的小區需水要求來選取合適的電機與水泵。可以預期，在不久的將來，變頻調速技術將有一個廣闊的發展前景。4.1程序設計1、設計主程序，實現順序開啟、停止M1、M2的功能2、PID設計調試，參考電器控制與PLC應用技術P180的程序完成PID設計，參數：給定值APn=0.87，增益Kc=10，采樣時間Ts=0.1s，積分時間Ti=3min，中斷時間為20ms3、設計完成后將程序經行編譯檢查是否有錯4.2接線并檢查電器線路根據I/O分配表及接線圖接好硬件連線并檢查4.3運行調試1、將程序下載到PLC中，并開始運行程序2、系統啟動，主電機與小泵

15、M2同時啟動，3s后大泵M1啟動，供水系統持續增壓，變送器數值顯示不斷增大。當變送器顯示16時，大泵M1停止，3s后小泵M2停止，主電機繼續運行將系統壓力增至17MP并保持不變，即變送器數值顯示17不變。5總結與收獲整個課程設計的過程，主要分為三個部分：程序設計；接線設計完成試運行；參數調整完成所有要求。在過程中主要的難點在于PID的程序設計及最終的參數調整，主程序按照任務書的控制要求結合平時的PLC知識可直接設計完成，PID的程序由于第一次接觸，花費了三天時間去搜集資料，熟悉程序編輯，了解程序的結構及各部分意義，最終完成PID程序的設計。在系統調試試運行的過程中也碰到了許多的難題，例如大小泵

16、按照要求運行但主電機不運行，大小泵不能按照控制要求順序停止，變頻器不顯示數值等問題，在解決問題的過程中采用了排除法來進行檢查，首先利用儀器檢查各個插口是否有輸入輸出，排除硬件問題，然后找軟件的問題，是否是程序有問題，利用軟件自帶的監控功能查找出錯地方，最終確定所有問題主要引起的原因是在編輯程序時沒有選對模擬量的轉換對象及未對PLC 的組態進行正確的設置，在對錯誤的地方經行糾正后系統按照要求開始運行，最后在調整好PID的參數后完成了整個課程設計，系統完全按照設計要求自動運行。通過本次的課程設計，我學會了PLC的基本編程方法，對PLC的工作原理和使用方法有了更深刻的理解，也初步了解了PID的使用方法。在理論運用中，提高了我們的工程素質在沒做課程設計之前，對一些細節不太重視，當我們把自己想出來的過程運行到PLC上的時候，問題出現了，不是不能運行，就是運行的結果與課程設計的要求不相符合。通過解決一個個在調試過程中出現的問題，我們對PLC理解與認識得到加強，看到理論與實踐的差距，意識到有理論的知