基于PLC速恒压供水系统的设计毕业论文（论文）说明书

1、基于PLC速恒压供水系统的设计毕业论文论文说明书 基于plc恒压供水系统的设计摘 要随社会经济的迅速开展，人们对供水质量和供水系统可靠性的要求不断提高，再加上目前能源紧缺，利用先进的自动化技术、控制技术以及通讯技术，设计高性能、高节能、能适应不同领域的恒压供水系统成为必然趋势。本设计是针对居民生活用水/消防用水而设计的。由变频器、PLC及PID调节器组成控制系统，调节水泵的输出流量。电动机泵组由三台水泵并联而成，由变频器或工频电网供电，根据供水系统出口水压和流量来控制变频器电动机泵组之间的切换及速度，使系统运行在最合理的状态，保证按需供水。? 本文介绍了采用PLC控制的变频调速供水系统，由PL

2、C进行逻辑控制，由变频器进行压力调节。在经过PID运算，通过PLC控制变频与工频切换，实现闭环自动调节恒压供水。运行结果说明，该系统具有压力稳定，结构简单，工作可靠等优点。关键词： 变频调速； 恒压供水；PID调节； PLCConstant Pressure Water Supply System Instructor:Wang xin Tutor:Zhou hongfaWith the rapid development of social economy, it demands the better of water supply' s quality and reliabilit

3、y of water supply system. Meanwhile energy resources are seriously lack. So it is inevitable tendency to design water supply system which has high function and saves on energy well, with help of advanced technique of automation, control and communication. At the same time this system can adapt diffe

4、rent water supply fields.It is very important of the Water Supply System in Constant Pressure for the water supply in industrial and citizen existence. It is consist of the variable frequency and speed regulation, PLC, PID control system for the control system. It controls the outcome of the pumps.

5、The generator pumps are consist of parallel three pumps, and the power come from variable frequency and speed regulation or power grid. According to the water supply of constant pressures outcome water press and flux, the control system control the variable frequency and speed regulation, parallel p

6、umps speed and cut over, cause the system move in the best rational situation, assure according to wants supply water. This design has many merits such as save energy.In this paper, the control principle of VVVF providing-water system is introduced, PLC is used to carry on logic control and inverter

7、ed to modulate pressureThrough PID control principle. We realize Closed-loop control in VVVF Providing-water System. The result indicates that the system has the stable pressure, simple structure, and reliable work.Keywords： variable frequency and speed regulation； water supply of constant pressure；

8、 PID control system目 录1 绪论.1.1.21.3课题来源及本文的主要研究内容.42 恒压供水系统的根本构成.53 变频器和压力传感器.73.1 变频器的根本结构.73.2 变频器的分类及工作原理.93.3 变频器的操作方式及使用.93.4 变频器硬件选择103.5 压力传感器.114 PLC选择及应用.134.1 PLC在恒压供水泵站中的主要任务.134.2 PLC模拟量扩展单元的配置及应用.13 模拟量输入模块的功能及与PLC系统的连接.13 模拟量输入模块缓冲存储器BFM的分配.14 模拟量输出模块的功能及PLC系统连接.15 模拟量输出模块的偏置、增益及分配.165

9、 系统的设计.185.1 系统要求.18.185.3 PLC系统选型.185.4 电气控制系统原理图.19 主电路图.20 控制电路图.215.5 系统程序设计.21 由“恒压要求出发的工作泵组数量管理.21 多泵组泵站泵组管理标准.21 系统流程图设计.23 程序的结构及程序功能的实现.24 系统的运行分析.24致谢.27参考文献.28附录.291 绪 论随着社会经济的迅速开展，水对人民生活与工业生产的影响日益加强，人民对供水的质量和供水系统可靠性的要求不断提高。把先进的自动化技术、控制技术、通讯及网络技术等应用到供水领域，成为对供水系统的新要求。变频恒压供水系统集变频技术、电气技术、现代控

10、制技术于一体。采用该系统进行供水可以提高供水系统的稳定性和可靠性，方便地实现供水系统的集中管理与监控；同时系统具有良好的节能效果，这在能量日益紧缺的今天尤为重要，所以研究设计该系统，对于提高企业效率以及人民的生活水平、降低能耗等方面具有重要的现实意义。众所周知，水是生产生活中不可缺少的重要组成局部，在节水节能已成为时代特征的现实条件下，我们这个水资源和电能短缺的国家，长期以来在市政供水、高层建筑供水、工业生产循环供水等方面技术一直比拟落后，自动化程度低。主要表现在用水顶峰期，水的供应量常常低于需求量，出现水压降低供不应求的现象，而在用水低峰期，水的供应量常常高于需求量，出现水压升高供过于求的情

11、况，此时将会造成能量的浪费，同时有可能使水管爆破和用水设备的损坏。在恒压供水技术出现以前，出现过许多供水方式。以下就逐一分析。1、一台恒速泵直接供水系统这种供水方式，水泵从蓄水池中抽水加压直接送往用户，有的甚至连蓄水池也没有，直接从城市公用水网中抽水，严重影响城市公用管网压力的稳定。这种供水方式，水泵整日不停运转，有的可能在夜间用水低谷时段停止运行。这种系统形式简单、造价最低，但耗电、耗水严重，水压不稳，供水质量极差。2、恒速泵加水塔的供水方式这种方式是水泵先向水塔供水，再由水塔向用户供水。水塔的合理高度是要求水塔最低水位略高于供水系统所需要压力。水塔注满后水泵停止，水塔水位低于某一位置时再启

12、动水泵。水泵处于断续工作状态中。这种供水方式，水泵工作在额定流量额定扬程的条件下，水泵处于高效区。这种方式显然比前一种节电，其节电率与水塔容量、水泵额定流量、用水不均匀系数、水泵的开、停时间比、开、停频率等有关。供水压力比拟稳定。但这种供水方式基建设备投资最大，占地面积也最大；3、恒速泵加高位水箱的供水方式这种方式原理与水塔是相同的，只是水箱设在建筑物的顶层。高层建筑还可分层设立水箱。占地面积与设备投资都有所减少，但这对建筑物的造价与设计都有影响，同时水箱受建筑物的限制，容积不能过大，所以供水范围较小。一些动物甚至人都可能进入水箱污染水质。水箱的水位监控装置也容易损坏，这样系统的开、停，将完全

13、由人操作，使系统的供水质量下降能耗增加。4、恒速泵加气压罐供水方式这种方式是利用封闭的气压罐代替高位水箱蓄水，通过监测罐内压力来控制泵的开、停。罐的占地面积与水塔水箱供水方式相比拟小，而且可以放在地上，设备的本钱比水塔要低得多。而且气压罐是密封的，所以大大减少了水质因异物进入而被污染的可能性。但气压罐供水方式也存在着许多缺点。气压罐方式依靠压力罐中的压缩空气送水，气压罐配套水泵运行时，水泵在额定转速、额定流量的条件下工作。当系统所需水量下降时，供水压力将超出系统所需要的压力从而造成能量的浪费。同时水泵是工频率启动，且启动频繁，又会造成一定的能耗。频繁启动会造成系统的不稳定性。5、变频调速供水方

14、式这种系统的原理是通过安装在系统中的压力传感器将系统压力信号与设定压力值作比拟，再通过控制器调节变频器的输出，无级调节水泵转速。使系统水压无论流量如何变化始终稳定在一定的范围内。变频调速式供水系统具有节约能源、节省钢材、节省占地、节省投资、调节能力大、运行稳定可靠的优势，具有广阔的应用前景和明显的经济效益与社会效益。变频恒压供水是在变频调速技术的开展之后逐渐开展起来的。在早期，由于国外生产的变频器的功能主要限定在频率控制、升降速控制、正反转控制、起制动控制、压频比控制及各种保护功能。应用在变频恒压供水系统中，变频器仅作为执行机构，为了满足供水量大小需求不同时，保证管网压力恒定，需在变频器外部提

15、供压力控制器和压力传感器，对压力进行闭环控制。从查阅的资料的情况来看，国外的恒压供水工程在设计时都采用一台变频器只带一台水泵机组的方式，几乎没有用一台变频器拖动多台水泵机组运行的情况，因而投资本钱高。随着变频技术的开展和变频恒压供水系统的稳定性、可靠性以及自动化程度高等方面的优点以及显著的节能效果被大家发现和认可后，国外许多生产变频器的厂家开始重视并推出具有恒压供水功能的变频器，像日本Samc 公司，就推出了恒压供水基板，备有“变频泵固定方式，“变频泵循环方式两种模式。它将PID调节器和PLC可编程控制器等硬件集成在变频器控制基板上，通过设置指令代码实现PLC和PID等电控系统的功能，只要搭载

16、配套的恒压供水单元，便可直接控制多个内置的电磁接触器工作，可构成最多7台电机 泵 的供水系统。这类设备虽微化了电路结构，降低了设备本钱，但其输出接口的扩展功能缺乏灵活性，系统的动态性能和稳定性不高，与别的监控系统 如BA系统 和组态软件难以实现数据通信，并且限制了带负载的容量，因此在实际使用时其范围将会受到限制。目前国内有不少公司在做变频恒压供水的工程，大多采用国外的变频器控制水泵的转速，水管管网压力的闭环调节及多台水泵的循环控制，有的采用可编程控制器 PLC 及相应的软件予以实现；有的采用单片机及相应的软件予以实现。但在系统的动态性能、稳定性能、抗扰性能以及开放性等多方面的综合技术指标来说，

17、还远远没能到达所有用户的要求。艾默生电气公司和成都希望集团 森兰变频器 也推出恒压供水专用变频器 5.5kW-22kW ，无需外接PLC和PID调节器，可完成最多4台水泵的循环切换、定时起、停和定时循环。该变频器将压力闭环调节与循环逻辑控制功能集成在变频器内部实现，但其输出接口限制了带负载容量，同时操作不方便且不具有数据通信功能，因此只适用于小容量，控制要求不高的供水场所。 1、课题来源本课题来源于生产、生活供水的实际应用。2、研究的主要内容本系统是三泵生活/消防双恒压供水系统，变频恒压供水系统主要由变频器、可编程控制器、压力传感器组成。本文研究的目标是对恒压控制技术给予提升，使系统的稳定性和

18、节能效果进一步提高，操作更加简捷，故障报警及时迅速，同时具有开放的数据传输。该系统可以生活供水和消防供水的双用供水系统。根据系统要求，设计出满足要求的恒压供水系统，对PLC、变频器、压力传感器进行选型，根据系统要求设计出能满足控制要求的控制电路和控制程序。本文包括以下几个局部： 1 恒压供水系统的根本构成 2 分析变频恒压供水系统的组成 3 研究PID控制器的设计原理及方法。 4 设计变频恒压供水系统的硬件和软件。2 恒压供水系统的根本构成 恒压供水泵站一般需设多台水泵电机，这比设单台水泵及电机节能而可靠。配单台电机及水泵时，它们的功率必须足够的大，在用水量少时开一台大电机肯定是浪费的。电机选

19、小了用水量大时供水会缺乏。而且水泵与电机都有维修的时候，备用泵是必要的。恒压供水的主要目标是保持管网水压的恒定，水泵电机的转速要跟随用水量的变化而变化，这就要用变频器为水泵电机供电。这也有两种配置方案，一是为每台水泵电机配一台变频器，这当然方便，电机与变频器间不须切换，但购置变频器的费用较高。另一种方案是数台电机配一台变频器，变频器与电机间可以切换，供水运行时，一台水泵变频运行。其余水泵工频运行，以满足不同用水量的需求。 图2-1为恒压供水系统构成示意图。图中压力传感器用于检测管网中的水压，常装设在泵站的出水口。当用水量大时，水压降低，用水量小时，水压升高。水压传感器将水压转变为电流或电压的送

20、给调节器。调节器是一种电子装置，在系统中完成以下几种功能：设定水管压力的给定值。恒压供水水压的上下依需要设定。供水距离越远，用水地点越高，系统所需供水压力越大。给定值即是系统正常工作时的恒压值。另外有些供水系统可能有多种用水目的，如将生活用水与消防用水共用一个泵站，水压的设定值可能不止一个，一般消防用水的水压要高一些。量进行设定，也有的调节器以模拟量方式设定。 2 接收传感器送来的管网水压的实测值。馈，调节器是反应的接收点。 3 根据结定值与实测值的综合，依一定的调节规律发出系统调节信号。调节器接收了水压的实测反应信号后，将它与结定值比拟，得到给定值与值之差。如给定位大于值，说明系统水压低于理

21、想水压，要加大水泵电机的转速如水压高于理想水压，要降低水泵电机的转速。这些都由调节器的输出信号控制。为了实现调节的快速性与系统的稳定性，调节器工作中还有个调节规律问题，传统调节器的调节规律多是比例积分微分调节，俗称PD调节器。调节器的调节参数，如P、I、D参数均是可以由使用者设定的调节过程视调节器的内部构成有数字式调节及模拟量调节两类，以微计算机为核心的调节器多为数字式调节。 调节器的输出信号一船是模拟信号，420mA变化的电流信号或压信号。号的量值与前边提到的差值成比例，用于驱动执行设备工作。系统中，执行设备就是变频器。式中-同步转速，r/min； -定子频率，Hz； -电机的磁极对数。而异

22、步电动机转速:式中-异步电机转差率，一般小于3%。均与送入电机的电流频率与电机的转速成正比例或接近于正比例。因而，改变频率可以方便地改变电机的运行速度。3.1 变频器的根本结构 变频器分为交-交和交-直-交两种形式。交-交变频器可将工频交流电直接变换成频率、电压均可控制的交流电，称为直接式变频器。而交-直-交变频器那么是先把工频交流电通过整流变成直流电。然后再把直流电变换成频率、电压均可控制的交流电又称间接式变频器。市售通用变频器多是交-直-交变频器，其根本结构图如图3-1所示，由主回路，包括整流器、中间直流环节、逆变器和控制回路组成，现将各局部的功能分述如下： 1 整流器。电网侧的变流器是整

23、流器，它的作用是把三相 也可以是单相 交流整流成直流。图3-1 交-直-交变频器的根本结构 2 直流中间电路。直流中间电路的作用是对整流电路的输出进行平滑，以保证逆变电路及控制电源得到质量较高的直流电源。由于逆变器的负载多为异步电动机，属于感性负载。 3 逆变器。负载侧的变流器为逆变器。逆变器的主要作用是在控制电路的控制下将直流平滑输出电路的直流电源转换为频率及电压都可以任意调节的交流电源。 4 控制电路。变频器的控制电路包括主控制电路、信号检测电路、门极驱动电路、外部接口电路及保护电路等几个局部。其主要任务是完成对逆变器的开关控制，对整流器的电压控制及完成各种保护功能。图3-2 电压型变频器

24、和电流型变频器主电路根本结构3.2 变频器的分类及工作原理变频器的较详细的工作原理还与变频器的工作方式有关，通用变频器按工作方式分类如下： 1控制控制即电压与频率成比例变化控制。 由于通用变频器的负载主要是电动机，出于电动机磁场恒定的考虑，在变频的同时都要伴随着电压的调节。控制由于忽略了电动机漏阻抗的作用，在低频段工作特性不理想。因而实际变频器中采用控制。采用控制方式的变频器通常被称为普通功能变频器。 2转差频率控制转差频率控制是在控制根底上增加转差控制的一种控制方式。从电动机的转速角度看，这是一种以电动机的实际运行速度加上该速度下电动机的转差频率确定变频器的输出频率的控制方式。更重要的是，在

25、 常数的条件下，通过对转差率的控制，可以实现对电机转矩的控制。采用转差频率控制的变频器通常属于多功能型变频器。 3矢量控制矢量控制是受调速性能优良的直流电动机的励磁电流和转矩电流可分别控制所启发而设计的一种控制方式。矢量控制将交流电动机的定子电流采用矢量分解的方法，计算出定子电流的磁场分量及转矩分量，并分别控制，从而大大提高了变频器对电动机转速及力矩控制的精度及性能。采用矢量控制的变频器通常称为高功能变频器。通用变频器按工作方式分类的主要工程意义在于各类变频器对负载的适应性。普通功能型变频器适用于泵类负载及要求不高的对抗性负载，而高功能变频器可适用于位能性负载。3.3 变频器的操作方式及使用

26、和PLC一样，变频器是一种可编程的电气设备。在变频器接入电路工作前，要根据通用变频器的实际应用修定变频器的功能码。功能码一般有数十甚至上百条， 涉及调速操作端口指定、频率变化范围、 力矩控制、系统保护等各个方面。功能码在出厂时已按默认值存储。修订是为了使变频器的性能与实际工作任务更加匹配。 变频器与外界交换信息的接口很多，除了主电路的输入与输出接线端外，控制电路还设有许多输入输出端子，另有通信接口及一个操作面板，功能码的修订一般就通过操作面板完成。变频器的输出频率控制有以下几种方式：操作面板控制方式。这是通过操作面板上的按钮手动设置输出频率的一种操作方式。外输入端子数字量频率选择操作方式。变频

27、器常设有多段频率选择功能。各段频率值通过功能码设定，频率段的选择通过外部端子选择。变频器通常在控制端子中设置一些控制端，通常变频器都有三个端子X1、X2、X3，他们的7种组合课选定7种工作频率值。这些端子的接通组合可通过机外设备，如PLC控制实现。输入端子模拟量频率选择操作方式。为了方便与输出量为模拟电流或电压的调节器、控制器的连接，变频器还设有模拟量输入中的端，当接在这些端口上的电流或电压量在一定范围内平滑变化时，变频器的输出频率在一定范围内平滑变化。3.4 变频器硬件选择 根据设计要求，变频器选用日本安川变频器CIMR-P5A45P5产品。下列图3-3为日本安川变频器CIMR-P5A45P

28、5在电路中的接线图。图3-3 日本安川变频器CIMR-P5A45P5在电路中的接线图该产品可以和三菱PLC工作协调。变频器选用日本安川变频器CIMR-P5A45P5产品，适配电机15 kW，该变频器根本配置中带有PID功能。通过变频器面板设定一个给定频率作为压力给定值，压力传感器反应来的压力信号 010 V 接至变频器的辅助输入端FI、FC，作为压力反应，变频器根据压力给定和实测压力，调节输出频率，改变水泵转速，控制管网压力保持在给定压力值上。M1、M2为变频器的极限输出频率的检测输出信号端，该信号进PLC，作为泵变频与工频切换的控制信息之一，变频器的极限输出频率通过面板可以设定。MA、MC为

29、变频器发生故障的输出信号，该两端连接信号灯，以显示变频器故障，变频器面板上有故障复位按键，轻故障用复位按键复位，可重新启动变频器。S1和S2短接，并与S3连接到PLC的输出点上，由PLC控制变频器的运行与关断；U、V、W输出端并联三个接触器分别接M1、M2、M3水泵电机，变频器可分别驱动三台泵，另外这三台泵电机还通过另外三个接触器并联到工频电源上，这6个接触器线包连接到PLC的四个输出点上，由PLC控制其工频、变频切换工作，变频控制系统主回路如图6-2所示。通过变频器面板设定一个给定频率作为压力给定值 14端 ，压力传感器反应来的压力信号 010V 接至变频器端子的7端、8端，作为压力反应，变

30、频器根据压力给定和实测压力，调节输出频率，改变水泵转速。变频器端子的19端和20端是传感器压力设定的上、下限值，该信号进PLC，作为工频切换的控制信息，由PLC控制水泵的工频或变频运行。变频器有2个作用，一是作为电机的软起动装置，限制电动机的启动电流；二是改变异步电动机的转速，实现恒压供水。3.5 压力传感器在自动控制系统中检测环节是非常重要的一局部，它将检测到的控制量反应回输入端，才能实现自动调节，本系统所用的检测的是水压，采用压力传感器，它通常安装在出水管网上，其功能是把出口压力信号变成420mA变化的电流信号或压信号，下面单位都是估计标准单位，g 9.8，一般情况下，h 60米，所以本系

31、统供水系统输出压力一般小于或等于0.6Mpa，系统选用YTZ-150型带电接点式的压力传感器，其水压检测范围为01MPa，检测精度为土0.01MPa，该传感器将01MPa范围的压力对应转换成010V的电信号。该传感器还具有体积小，重量轻、结构简单、工作可靠等特点。4 PLC选择及应用4.1 PLC在恒压供水泵站中的主要任务 1 代替调节器实现水压给定值与反应值的综合与调节工作，实现数字式PID调节一只传统调节器往往只能实现一路PID设置，用PLC作调节器可同时实现多路PID设置在多功能供水泵站的各类情况中PID参数可能不一样，使用PLC作数字式调节器就十分方便。 2 控制水泵的运行与切换。在多

32、泵组恒压供水泵站中，为了使设备均匀地磨损，水泵及电机是轮换工作的。在设单一变频器的多泵组泵站中，如规定和变频器相连接的泵为主泵，主泵也是轮流担任的。主泵在运行时到达最高频率时。增加一台工频泵投入运行PLC那么是泵组管理的执行设备。 3 变频器的驱动控制。恒压供水泵站中变频器常常采用模拟量控制方式，这需采PLC的模拟量控制模块，该模块的模拟量输入端接收传感器送来的模拟信号。输出端送出经给定值与反应值比拟并经PID处理后得出的模拟量控制信号，并依此信号的变化改变变频器的输出频率。 4 泵站的其他逻辑控制。除了泵组的运行管理工作外，泵站还有许多逻辑控制工作，如手动、自动操作转换，泵站的工作状态指示，

33、泵站工作异常的报警，系统的自检等，这些都可以在PLC的控制程序中安排。4.2 PLC模拟量扩展单元的配置及应用 PLC的普通输入输出端口均为开关量处理端口，为了使PLC能完成模拟量的处理，常见的方法是为整体式PLC加配模拟量扩展单元。模拟量扩展单元可将外部模拟量转换为PLC可处理的数字量及将PLC内部运算结果转换为机外所需的模拟量。模拟量扩展单元有单独用于模/数转换的，单独用于数/模转换的，也有兼具模/数及数/模两种功能的。以下介绍三菱FX系列PLC的模拟量模块以及，它们分别具有FX-4AD及FX-2DA，它们分别具有4路模拟量输入及2路模拟量输出，可以用于恒压供水控制中。 模拟量输入模块的功

34、能及与PLC系统的连接 输入信号可以是-10+10V的电压信号分辨率为5Mv-4AD 4模拟量输入模块具有4个通道同时接受处理4路模拟量输入信号，最大分辨率，连接及方法如图4-1所示，当使用电流输入时，需将V+及I+端接。图4-1 FX-4AD模块的连接方法 FX-4AD的宽及高与FX相同，在安装时装在FX根本单元的右边，将总线连接器接入左侧单元的总线插孔中。FX系列可编程控制器中，与PLC连接的特殊功能扩展模块位置从左至右依次编号扩展单元不占编号，如图4-2所示FX-4AD将消耗根本单元或电源扩展单元的+5VDC电源内部电源30mA电流，+24VDC电源外部电源55mA电流。其通常转换速度为

35、15ms/ 通道，高速转换速度为6/ms通道。 模拟量输入模块缓冲存储器BFM的分配为了能适用于多种规格的输入、输出量，模拟量处理模块都设成可编程的。FX-4AD模块利用缓冲存储器 简称模BFM 的设置完成编辑工作。FX-4AD拟量量输入模块共有32个缓冲存储器，但目前只使用了以下21个BFM：FX-32MR A/D FX-8EX A/D D/A FX-8EYR图4-2 特殊功能模块 1BFM#0。0号BFM用于通道的选择。 4个通道的模拟输入信号范围用4位16进制数表示。具体地讲，16进制数字“03分别表示“-10+10V、420mA、-20+20 mA 、通道关闭。2BFM#1#4。14通

36、道的采样次数 设定范围为14096 ，默认值为8。3BFM#5#8。14通道的采样平均值。4BFM#9#12BFM#15。选择A/D转换的速度。假设设为0，那么为正常转换速度，即15ms/通道；假设设为1，那么为告诉转换速度，即6ms/通道。6BFM#20。假设将BFM#20设为1，那么模块的所有设置都将复位成默认值。用它可以快速消除不希望的增益和偏置值。BFM#20的默认值为0。7BFM#21。假设BFM#21的b1、b0分别置为1，0，那么禁止调整增益和偏置；假设BFM#21的b1、b0分别置为0，1此为默认值，那么可以改变增益和偏置的意义课可由图3-3说明，图中偏置为横轴上的截距，表示数

37、字量输出为0是的模拟量输入值。增益为输出曲线的斜率，为数字输出+1000时的模拟量输入值。8BFM#22。BFM#22为增益与偏置调整的指定单元。BFM#22的b0b7由低到高两两为一组。通道的偏置及增益可分别调整。 9BFM#23 BFM#24。BFM#23mV，或A。BFM#23，BFM#24-4AD 的偏置和增益10BFM#29中各位的状态是FX-4AD错误状态信息。其中，b0为，表示有错误；当b1为ON时，表示存在偏置及增益错误；b2为ON时表示存在电源故障；b3为ON时，表示存在硬件错误等。11BFM#30中存在的模块的识别码K2021。 模拟量输出模块的功能及PLC系统连接FX-2

38、DA模块用来将12位数字信号转换成模拟电压或电流输出。它具有2个模拟量输出通道。这两个通道都可以输出010VDC 分辨率2.5mV 、05DVC分辨率1.25mV的电压信号，或420Ma 分辨率为4A 的电流信号。模拟量输出可通过双绞屏蔽电缆与驱动负载相连，连接方法如所图4-4所示：图4-4 FX方法-2DA模块的连接图4-5模拟量输入模块FX-4AD的编程 模拟量输出模块的偏置、增益及分配 FX-2DA模块在出厂时，其偏置和增益是经过调整的，数字值为04000，电压输出为010V。假设用于电流输出机时可利用模块上自带的调节装置重调偏置与增益值。模块共有32个缓冲存储器，但只用了以下两个： 1

39、 BFM#16。BFM#16的B7B0用于输出数据的当前值低8位数据。 2 BFM#17。BFM#17的B0位从“1 变为“0时，通道2的D/A转换开始；当B2位从“1变成“0 D/A转换低8位保持，其余各位没有意义。5 系统的设计5.1 系统要求对三泵生活/消防双恒压供水系统的根本要求是： 1 生活供水时，系统低恒压值远行，消防供水时高恒压值运行。 2 三台泵根据恒压的需要。采取“先开先停的原那么接入和退出。 3 在用水量小的情况下，如果一台泵连续运行时间超过3h，那么要切换下即系统具有“倒泵功能，防止某一台泵工作时间过长。 4 三台泵在启动时都要有软启动功能。 5 要有完善的报警功能。 将

40、系统所有的输入信号和输出信号统一进行编址，该系统有7个输入信号和13个输出信号，表5-1是将控制系统的输入输出信号的名称、代码及地址编号。水位上下限信号分别为X1、X2它们在水淹没时为0没有淹没的时候1 。5.3 PLC系统选型从上面分析可以知道，系统共需开关量输入点6个、开关量输出点12个；模拟量输入点1个、模拟量输出点1个。选用FX-32MR主机一台，加上一个模拟量输入扩展模块FX-4N，再扩展一个模拟量输出扩展模块FX-2N。这样的配置是最经济的。整个PLC系统的配置如图5-1所示：图5-1 PLC系统的组成表5-1 输入输出点代码及地址编号 名 称代码地址编号输入信号手动和自动消防信号

41、SA1X0水池水位下限信号SLLX1水池水位上限信号SLHX2变频器报警信号SUX3消铃按钮SB9X4试灯按钮SB10X5远程压力表模拟量电压值Up模拟量输入模块电流通道1#泵工频运行接触器及指示灯KM1，HL1Y0KM2，HL2Y1KM3，HL3Y2KM4，HL4Y3KM5，HL5Y4KM6，HL6Y5YV2Y10水池水位下限报警指示灯HL7Y11变频器故障报警指示灯HL8Y12火警报警指示灯HL9Y13报警电铃HAY14变频器频率复位控制KAY15控制变频器频率用电压信号Uf模拟量输入模块电流通道5.4 电气控制系统原理图电气控制原理图包括主电路图、控制电路图。图如图5-2所示为电控系统的

42、主电路图。三台电机分别为M1、M2、M3。接触器KM1、KM3、KM5分别控制M1、M2、M3的工频运行；电机分别为M1、M2、M3。接触器KM2、KM4、KM6分别控制M1、M2、M3的变频运行；FRl、FR2、FR3分别为三台水泵电机过载保护用的热继电器：QS1、QS2、QS3、QS4别为变频器和三合泵电机主电路的隔离开关；FU1为主电路的熔断器；CIMR-P5A45P5是日本安川变频器。图5-2 电控系统主电路 控制电路图如图5-3为电控系统控制电路图。图中SA为手动/转换开关，SA打在1的位置为手动控制状态；打在2的状态为自动控制状态。手动运行时，可用按钮SBlSB8控制三台泵的启/停

43、和电磁阀YV2的通断；自动运行时，系统在PLC程序控制下运行。图中的HL10为自动运行状态电源指示灯。对变频器R进行复位时只提供一个干触点信号，由于PM为4个输出点为一组共用一个COM端，而本系统又没有剩下单独的COM端输出组，所以通过一个中间继电器KA的触点对变频器实行复频控制。 1手动运行按下按钮启动或停止水泵，可根据需要分别控制1#3#泵的启停 见图1 。该方式主要供检修及变频器故障时用。 1自动运行合上自动开关后，1#泵电机通电，变频器输出频率从0 Hz上升，同时PID调节程序将接收到自压力传感器的标准信号，经运算与给定压力参数进行比拟，将调节参数送给变频器，如压力不够，那么频率上升到

44、50 Hz，1#泵由变频切换为工频，对2#泵进行变频，变频器逐渐上升频率至给定值，加泵依次类推；如用水量减小，从先启的泵开始减，同时根据PID调节器给的调节参数使系统平稳运行。假设有电源瞬时停电的情况，那么系统停机；待电源恢复正常后，系统自动恢复运行，然后按自动运行方式启动1#泵变频，直至在给定水压值上稳定运行。变频自动功能是该系统最根本的功能，系统自动完成对多台泵软起动、停止、循环变频的全部操作过程。“恒压要求出发的工作泵组数量管理 前边已经说过，为了恒定水压，在水压降落时要升高变频器的输出频率，且在一台泵工作不能满足恒压要求时，需启动第二台泵或第三台泵。判断需启动新泵的标准是变频器的输出频

45、率到达设定的上限值。这一功能可通过比拟指令实现。 多泵组泵站泵组管理标准图 由于变频器泵站希望每一次启动电动机均为软启动，又规定各台水泵必须交替使用，多泵组泵站泵组的投运要有个管理标准。在该系统中，控制要求中规定任一台泵连续变频运行不得超过3h，因此每次需启动新泵或切换变额泵时，以新运行泵为变频泵是合理的。具体的操作时，将现行运行的变频泵从变频器上切除，并接上工频电源运行，将变频器复位并用于新运行泵的启动。5-3电控系统控制电路图程图设计5-4 系统流程图设计结构及程序功能的实现 根据可知，PLC上在恒压供水系统中的功能较多，由于模拟量单元及PID调节都需要编制初始化及中断程序，本程序分可为三

46、局部：主程序、子程序和中断程序。系统初始化的一些工作放在初始化子程序中完成。这样可节省扫描时间。利用定时器中断功能实现PID控制的定时采样及输出控制。主程序的功能最多，如泵切换信号的生成、泵组接触器逻辑控制信号的综合及报警处理等都在主程序。生活及消防双恒压的两个恒压值是采用数字方式直接在程序中设定的。生活供水时系统设定值为满量程的70，消防供水时系统设定值为满量程的90。在本系统PID中，只是用了比例和积分控制，其回路增益和时间常数可通过工程计算初步确定，但还需要进一步调整以到达最优控制效果。初步确定的增益和时间常数 增益：采样时间积分时间程序中使用的PLC元件及其功能如表5-2所示。双恒压供

47、水系统的梯形图程序及程序在附录中所示。运行分析1设备控制3台水泵电机当系统在生活供水运行中，低峰供水时，工作一台水泵电机变频调速，用水量加大时，首台工作水泵由低速向高速调频，当工作频率到达50 Hz即水泵满负荷工作时仍不能满足用水要求时，将首台工作水泵切换至工频运转，变频调速器控制第二台水泵调频运转，同时工作2台水泵。如用水量进一步增加，第二台水泵切换至工频运转,变频调速器控制第三台水泵调频运转，同时工作3台水泵。供水量减少时，调速工作水泵首先由高频段向低频段调速运转，水泵工作频率到达柜内微机控制器预先设定的下限工作频率而实测水压仍高于水压设定值时，直接停止首台工作水泵，第二台泵工频运转，第三

48、台泵调频运转保持系统水压恒定，如2台水泵同时工作实际水压仍高于设定值，直接停止工频运转水泵，第三台调频运转保持系统水压恒定。当系统接到消防信号，提供消防供水时，PLC先初始化上下水位的设定值。然后对每台水泵实行软启动，变频器从0Hz开始增加，到到达50Hz时，仍不能满足负荷需要时，将首台工作水泵切换至工频运转，变频调速器控制第二台水泵调频运转，同时工作2台水泵，以后的过程和生活供水的过程是类似的。表5-2 程序中使用PLC机内器件及功能器件地址功能器件地址功能D100过程变量标准值T38工频泵减泵滤波时间控制D102压力给定值T39工频/变频转换逻辑控制D104PI计算值M10故障结束脉冲信号

49、D11比例系数M11泵变频启动脉冲D111采样时间M12减泵中间继电器D112积分时间M13倒泵变频启动脉冲D113微分时间M14复位当前变频泵运行脉冲D114变频运行频率下限值M15当前泵运行启动脉冲D115生活供水变频运行上限值M16新泵变频启动脉冲D116消防供水变频运行上限值M20泵工频/变频转换逻辑控制D150PI调节结果存储单元M21泵工频/变频转换逻辑控制D180变频工作泵泵号M22泵工频/变频转换逻辑控制D182变频工作泵的总台数M30故障信号汇总D184倒泵时间存储器M31水池水位下限故障逻辑D190工频/变频转换逻辑控制M32水池水位下限故障消铃逻辑T33工频/变频转换逻辑

50、控制M33变频器故障消铃逻辑T34工频泵增泵滤波时间控制M34火灾消铃逻辑2平安问题在软件方面设置多个保护环节，时时检测系统状态，平安报警等。硬件方面设置平安链机械保护，经多个闭合触点组成，包括紧急停车，压力超上下限开关，水位超上下限开关，电机过热保护继电器，空载保护等。平安链多个触点均为常闭触点，其中任一触点断开，平安链即失效，系统处于停机状态。须排除故障，系统才能进行正常工作。致 谢在即将毕业之际，毕业设计已接近尾声，我想借此时机对关心和支持我的所有人表示感谢！三年来，我认真地学习了专业课程根底知识，具有一定的设计理论根底和独立设计能力，由于毕业设计的课题是一种整体性的，系统性的设计，我真的是很努力地在做，但还是感到力不从心，因而这次设计在深度和广度上都有一定的局限性，不过，我认为还是提高了认识，学到了东西。所以我要感谢所有的任课老师，是您们的教育和培养，才