基于plc变频调速恒压供水控制系统的设计毕业论文(编辑修改稿)

基于plc变频调速恒压供水控制系统的设计毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

要，主要介绍以下几种功能的选择。 ⑴ . 控制功能 PLC 主要用于顺序逻辑控制，因此，大多数场合常采用单回路或多回路控制器解决模拟量的控制，有时也采用专用的智能输入输出单元完成所需的控制功能，提高 PLC 的处理速度和节省存储器容量。 ⑵ . 编程功能 洛阳理工学院毕业设计（论文） 11 离线编程方式： PLC 和编程器共用一个 CPU，编程器在编程模式时，CPU 只为编程器提供 服务，不对现场设备进行控制。 完成 编程后，编程器切换到运行模式， CPU 对现场设备进行控制，不能进行编程。 离线编程方式可降低系统成本，但使用和调试不方便。 在线编程方式： CPU 和编程器各有自己的 CPU，主机 CPU 负责现场控制，并在一个扫描周期内与编程器进行数据交换，编程器把在线编制的程序或数据发送到主机，下一扫描周期，主机就根据新收到的程序运行。 这种方式成本较高，但系统调试和操作方便，在大中型 PLC 中常采用。 五种标准编程语言：顺序功能图（ SFC）、梯形图（ LD）、功能模块图（ FBD）三种图形化语言和语句表（ IL）、结构文本（ ST）两种文本语言。 选用的编程语言应遵守其标准，同时，还应支持多种语音编程序形式，以满足特殊控制场合 的 控制要求。 ⑶ . 诊断功能 PLC 的诊断功能硬件和软件的诊断。 硬件诊断通过硬件的逻辑判断确定硬件的故障位置，软件诊断分内诊断和外诊断。 通过软件对 PLC 内部的性能和功能进行诊断是内诊断，通过软件对 PLC 的 CPU 与外部输入输出等部件信息交换功能进行诊断是外诊断。 PLC 的诊断功能的强弱直接影响对操作和维护人员技术能力的要求，并影响维修时间。 4．机型的选择 目前，国内众多的生产厂家生产了多种系列功能各异的 PLC 产品，使用户眼花缭 乱、无所适从，通过对输入 /输出点的选择、对存储容量的选择、对 I/O 响应时间的选择以及输出负载的特点选型的分析，决定使用西门子公司生产的 S7 – 200 系列的 CUP222 型号的可编程控制器作为变频调速恒压供水系统的控制器。 S7200PLC 是德国西门子公司生产德一种小型 PLC，其许多功能达到大、中型 PLC 的水平，而价格却和小型 PLC 一样，因此，它一经退出，即受到了广泛的关注。 特别是 S7200CUP22*系列 PLC。 由于它具有多种功能模块和人机界面（ HMI）可供选择，所以系统的集成非常方便，并且可以很容易的 组成 PLC 网络。 洛阳理工学院毕业设计（论文） 12 PLC 模拟量控制单元的配置以及应用 PLC 的普通输入输出端口均为开关量处理端口，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化为 PLC 可处理的数字量及将 PLC 内部运算结果数字量转换为机外可以使用的模拟量。 模拟量扩展单元有单独用于 模 /数转换的，单独用于数 /转换的，也兼有模 /数和数 /模两种功能的，以下介绍 S7200 系列 PLC 的模拟量扩展模块 EM235，它具有四路模拟量输入及一路模拟量输入，可以用于恒压供水控制中。 EM235 模拟量工作单元性能指标 为能适用各种规格的输入、输出两，模拟量处理模块都设计成可编程，而转换生成的数字量一般具有固定的长度及格式。 模拟量输出则希望将一定范围的数字量转换为标准电流量或标准电压量以方便与其他控制接口。 上表中，输入、输出信号范围栏给出了 EM235 的输出、输入信号规格，以供选用。 校准及配置 模拟量模块在接入电路工作前需完成配置及校准，配置指根据实际需接入的信号类型对模块进行一些设定。 校准可以简单的理解为仪器仪表使用前的调零以及调满度。 EM235 的安装使用 1. 根据输入信号的类型及变化范 围设置 DIP 开关，完成模块的配置工作。 必要时进行校准工作。 2. 完成硬件的接线工作。 注意输入、输出信号的类型不同，采用不同的接入方式。 为防止空置端对接线端的干扰，空置端应短接。 接线还应注意传感器的线路尽可能短，且应使用屏蔽双绞线，要保证 24VDC 传感器电源无噪声、稳定可靠。 3. 确定模块安装入系统时的位置，并由安装位置确定模块的编号。 S7200 扩展单元安装时在主机的右边依次排列，并从模块 0 开始编号。 模块安装完毕后，将模块自带的接线排插入主机上的扩展总线插口。 4. 为了在主机中进行输入模拟量转换后数字 处理及为了输出需要在洛阳理工学院毕业设计（论文） 13 模拟量单元中转换为模拟量的数字量，要在主机中安排一定的存储单元。 一般使用模拟量输入 AIW 及模拟量输出 AQW 单元安排由模拟量模块送来的数字量及待入模块转变为模拟量输出的数字量。 而在主机的变量存储区V区存放处理产生的 中间数据。 工作程序编制 EM235 的工作程序编制包括以下的内容： 1. 设置初始化主程序。 在该子程序中完成采样次数饿预置顶及采样和单元清零的工作，为开始工作做好准备。 2. 设置模块检测子程序。 该子程序检查模块的连接的正确性以及模块工作的正确性。 3. 设置子程序完成采样以及相 关的计算工作。 4. 工程所需的有关该模拟量的处理程序。 S7200PLC 硬件系统的配置方式采用整体式和积木式，即主机包含一定数量的输入 /输出（ I/O）点，同时还可以扩展 I/O 模块和各种功能的模块。 一个完整的系统组成如图 34 所示。 图 23 S7200 PLC 系统组成 （ 1）基本单元 基本单元（ Basic Unit）有时又称 CUP 模块，也有的称之为主机或本机。 它包括 CUP、存储器、基本输入 /输出点和电源等，是 PLC 的主要部分。 实际上它 就是一个完整的控制系统，可以单独完成一定的控制任务。 （ 2）扩展单元 主机 I/O 点数量不能满足控制系统的要求时，用户编程工具 CUP 主机 人机界面 扩展模块 功能模块 通讯设备 洛阳理工学院毕业设计（论文） 14 可以根据需要扩展各种 I/O 模块，所能连接的扩展单元的数量和实际所能使用的 I/O 点数时由多种因素共同决定的。 （ 3）特殊功能模块 当需要完成某些特殊功能的控制任务，需要扩展功能模块。 它们是完成某些特殊控制任务的一些设置。 （ 4）相关设备 相关设备是为了充分和方便地利用系统的硬件和软件资源而开发和使用的一些设备，主要有编程设备、人机操作界面和网络设备等。 （ 5）工业软件 工业软件是 为了更好地管理和使用这些设备而开发的与之相配套的程序，它主要由标准工具、工程工具、运行软件和人机借口软件等几大类构成。 供水 系统 主要器件选型 根据我们设计的需要，并结合它所具有的特点，我们选用沪龙公司的ISG 型立式离心泵，它供输送清水及物理化学性质类似于清水的其他液体之用，适用于工业和城市给排水、高层建筑增压送水、园林喷灌、消防增压、远距离输送、暖通制冷循环、浴室等冷暖水循环增压及设备配套，使用温度 T：≤ 80℃。 在传统的变频控制系统中，变频器的启动 /停止由 PLC 通过开关量输出控制，变频器频率是由 PLC 通过模拟量输出端口输出 0～ 5（ 10） V 或 4～20mA 信号控制的，这需要购买 PLC 比较昂贵的模拟量输出端口模块。 对变频器故障的检测是只是由 PLC 读取变频器的故障报警触点，只是知道变频器出现故障，但具体什么故障并不清楚，需操作人员查询变频器报警信息后再阅读变频器说明书才知道，这对于一般值班人员来说太难了。 因此在本系统中 PLC 对变频器的控制是通过串行通讯的方式实现的，西门子变频器 MicroMaster430 是全新一代标准变频器中的风机和泵类变转矩负载专家。 功率范围 至 250kW。 它按照专用要求设计，并使用内部功能互联（ Bicol）技术，具有高度可靠性和灵活性。 控制软件可以实现洛阳理工学院毕业设计（论文） 15 专用功能：多泵切换、手动 /自动切换、旁路功能、断带及缺水检测、节能运行方式等。 PLC 通过自由通讯口方式与变频器通讯，控制变频器的运行，读取变频器自身的电压、电流、功率、累计运行时间和过压、过流、过负荷等全部报警信息等参数。 PLC 及变频器控制电路 供水系统 电气 主电路 该系统有三台水泵，如图 31 所示，合上空气开关 QS 后，当交流接触器 KM KM KM5 主触点 闭合时，水泵为工频运行；当 KM KMKM6 主触点闭合时，水泵为变频运行。 三个热继电器 FR1～ FR3 分别对三台电动机进行保护，避免电动机在过载时可能产生的过热损坏。 图 24 恒压供水的主电路 供水系统控制电路 如图 22 所示， ～ 为 PLC 输出软电器触点，其中 、 、洛阳理工学院毕业设计（论文） 16 控制变频运行电路； 、 、控制工频运行电路。 SAC 为转换开关，实现手动、自动控制切换。 当 SAC切换在手动位时，通过 1SB2～ 3SB2 按钮 分别起动 三 台水泵工频运行；当 SAC 在自动位时，由 PLC 控制水泵进行变频或工频状态的起动、切换、停止运行。 图 25 恒压供水系统的控制电路 KA1 为缺水保护电路的中间继电器触点，当水池缺水或水位不足时，配合缺水保护装置断开控制电路，切断主电路，实现缺水保护作用。 1． 缺水保护 当水池缺水或水位不足时，若不及时切断电源就会损坏水泵，甚至发生事故。 本系统设置了缺水自动保护电路。 如图 25 所示。 利用液位继电器等装置时刻检测水池里的水位，经电路转换及处理后对控制回路电源进行控制。 水池水位正常时，控制回路电源接通，系统正常工作。 水池缺水洛阳理工学院毕业设计（论文） 17 或水位不足时，液位继电器 K1 释放，系统报警、指示灯亮并通过 KA1 切断系统控制电路和主电路，水泵停止，水位正常后，液位继电器 K1 吸合，重新启动系统。 2．缺相相序保护 水泵工作在三相交流电下，电源发生缺相时，电动机中某一相无电流，而另外两相电流会增大，容易烧坏电动机；另外，为了避免电源相序相反，电动机反转水泵抽空的现象，设置了缺相相序保护电路 ,采用缺相相序保护电路继电器 KP 接在主电路电源进线空气开关之后，三相正常时， KP 得电吸合，控制电路中 KP 的 12 触点吸合，接通 PLC 控制电路。 反之，缺相或反向时， KP 的 12 触点断开，会切断 PLC 控 制电路，系统停止工作，缺相相序保护指示灯亮。 硬件接线图 系统的硬件连接图即 PLC 和系统中各个硬件的连线。 其输入通道数字分辨率为 8 位， A/D 的转换时间为 100us，在模拟量与数字信号之间采用光电隔离，适用于 S7200CUP22*系列 PLC。 由于 PLC 为 6 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 的触点对变频器进行复位控制。 图中的 ~及 ~ 为 PLC 输出继电器触点，它们旁边的 8 等数字为接线编号，可结合 PLC 外围接线图一起读图。 洛阳理工学院毕业设计（论文） 18 图 26 PLC 接线图 洛阳理工学院毕业设计（论文） 19 图 27 变频器接线图 控制系统的 I/O 点及地址分配 PLC 要能够识别和接受描述现场设备的开关量，同时要能够发出控制信号控制一些执行设备，以便对现场设备进行控制。 PLC 是通过 I/O 单元完成此工作的。 I/O 单元是 PLC 与外部设备相互联系的通道，能输入 /输出多种形式和驱动能力的信号，以实现被控设备与 PLC 的 I/O 接口之间的电平转换、电气隔离、串 /并转换、 A/D 与 D/A 转换等功能。 输入单元接受现洛阳理工学院毕业设计（论文） 20 场设备向 PLC 提供信号，包括人为的控制信号和能描述现 场状态的开关量信号，例如由按钮、限位开关、继电器触点、接近开关、拨码器等提供的开关量。 这些信号经过输入电路进行滤波、光电隔离、电平转换等处理后，变成 CUP 能够接受和处理的信号。 根据以上控制要求统计控制系统的输入输出信号的名称、代码及地址编号如表 21 及 22 所示。 水位上下限信号分别位 、 ，它们在水淹没时为 0，露出时为 1。 表 21 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 SA1 水池水位下限信号 SLL 水池水位上限信号 SLH 变频器报警信号 SU 消铃按钮 SB9 试灯按钮 SB10 远程压力表模拟量变压值 U AIW0 输 出 信 号 1泵工频运行接触器及指示灯 KM1， HL1 1泵变频运行接触器及指示灯 KM2， HL2 2泵工频运行接触器及指示灯 KM3， HL3 2泵变频运行接触器及指示灯 KM4， HL4 3泵工频运行接触器及指示灯 KM5， HL5 3泵变频运行接触器及指示灯 KM6， HL6 生活 /消防供水转换电。