畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-PLC恒壓供水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) (2).doc

目 錄第一章 緒 論11.1 恒壓供水問題的提出11.2 本課題設(shè)計(jì)的內(nèi)容21.2.1 恒壓供水系統(tǒng)的選型21.2.2 硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)21.2.3 軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)21.3 設(shè)計(jì)要求21.4 本課題設(shè)計(jì)的目的和意義2第二章 恒壓供水系統(tǒng)的原理42.1 變頻器調(diào)速42.1.1 變頻器的工作原理42.1.2 變頻器的功能設(shè)置52.2 系統(tǒng)控制方案6第三章 硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)83.1 可編程控制器（plc）的選型83.1.1 plc的概述83.1.2 plc的選型93.2 變頻器的選型93.3 水泵的選型93.4 傳感器的選型103.5模數(shù)與數(shù)模轉(zhuǎn)換113.5.1 i/o分配表113.6 外部接線圖113.7 plc外部接線圖113.8 元器件明細(xì)表12第四章 軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)134.1流程圖134.2 plc梯形圖154.3 系統(tǒng)工作過程分析254.4 故障處理25第五章 結(jié)論26參考文獻(xiàn)27ii恒壓供水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)4第一章 緒 論1.1 恒壓供水問題的提出隨著人們生活水平的提高與變頻器技術(shù)的日益成熟和完善, 城市和城鄉(xiāng)也有過去的水塔供水朝著恒壓供水(無塔供水)的方向發(fā)展, 恒壓供水的實(shí)現(xiàn)就是變頻器技術(shù)和功能的應(yīng)用。目前除了通用變頻器外, 還有針對(duì)不同行業(yè)、不同領(lǐng)域生產(chǎn)的專用變頻器, 因此變頻器在工業(yè)和不同生產(chǎn)領(lǐng)域中應(yīng)用越來越廣泛。變頻調(diào)速恒壓供水技術(shù)其節(jié)能、安全、供水高品質(zhì)等優(yōu)點(diǎn)，在供水行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。恒壓供水調(diào)速系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)水泵電動(dòng)機(jī)無級(jí)調(diào)速，依據(jù)用水量的變化（實(shí)際上為供水管網(wǎng)的壓力變化）自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，在用水量發(fā)生變化時(shí)保持水壓恒定以滿足用水要求是當(dāng)今先進(jìn)、合理的節(jié)能型供水系統(tǒng)。在實(shí)際應(yīng)用中如何充分利用變頻器內(nèi)置的各種功能，對(duì)合理設(shè)計(jì)變頻器調(diào)速恒壓供水設(shè)備，降低成本、保證產(chǎn)品質(zhì)量等有著重要意義。而高校校園的供水和一般城市供水相比較則有些特殊。主要是由于校園內(nèi)學(xué)生住宿區(qū)一般都較為集中，造成了學(xué)生宿舍、食堂的用水十分集中，且用水量較大。而其它建筑物如教室、實(shí)驗(yàn)室、教師住宿區(qū)等的用水量則相對(duì)較少。同時(shí)，用水的時(shí)間性強(qiáng)，一般在早上六點(diǎn)到八點(diǎn)，中午十一點(diǎn)到下午兩點(diǎn)，下午五點(diǎn)到七點(diǎn)，晚上九點(diǎn)到十點(diǎn)四個(gè)時(shí)間段用水量最大，而其它時(shí)間則用水量一般。某高校的某區(qū)供水方式為：把城市自來水管網(wǎng)的水源取到蓄水池后，用水泵抽到校園內(nèi)高位水池，再由高位水池向校園管網(wǎng)供水。這種方法的缺點(diǎn)是隨著高校的擴(kuò)招，學(xué)生人數(shù)顯著增多，造成了經(jīng)常性的供水不足，特別是學(xué)生宿舍和食堂最為明顯，影響了學(xué)生和教師的正常生活秩序。同時(shí)該供水方式還存在如下問題：供水成本高。由于校園內(nèi)的用水全部單純采用水泵供水，造成電能的極大浪費(fèi)和機(jī)電設(shè)備的大量損耗。 供水可靠性低。由于水泵采用人工操作方式，高位水池的水位只能靠人為估計(jì)，而且高位水池離水泵房較遠(yuǎn)，無法做到準(zhǔn)時(shí)開機(jī)和停機(jī)。會(huì)造成供水中斷或出現(xiàn)高位水池水位過高而溢流，電能和水資源造成浪費(fèi)。另外，如果蓄水池水位過低，還會(huì)造成水泵空轉(zhuǎn)，導(dǎo)致電能浪費(fèi)和機(jī)電設(shè)備的加速損耗。 水資源浪費(fèi)。除水泵不能準(zhǔn)時(shí)停機(jī)而造成的溢流浪費(fèi)外。學(xué)生因高峰期供水中斷，故經(jīng)常打開閥門未關(guān)，造成來水后的浪費(fèi)。很多學(xué)生在上課前或睡覺前打開閥門，用水桶或臉盆接水、貯水，造成來水后大量溢流，極大地浪費(fèi)了水資源，增大了供水成本。 校園管網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)有缺陷。對(duì)于一般建筑物，如教室、實(shí)驗(yàn)室、教師住宿區(qū)等，本來城市自來水的正常供水即可滿足其用水量要求，但采用水泵供水后反而會(huì)出現(xiàn)樓房頂層供水不足的現(xiàn)象。同時(shí)，用水量大的學(xué)生宿舍屋頂水池設(shè)計(jì)偏小，調(diào)節(jié)能力較差。1.2 本課題設(shè)計(jì)的內(nèi)容1.2.1 恒壓供水系統(tǒng)的選型恒壓供水泵站一般需設(shè)多臺(tái)水泵及電機(jī)，這比設(shè)單臺(tái)水泵及電機(jī)節(jié)能而可靠。配單臺(tái)電機(jī)和水泵時(shí)，它們的功率必須足夠的大，在用水量少時(shí)開一臺(tái)大電機(jī)肯定是浪費(fèi)，電機(jī)選小了用水量大時(shí)供水不足。而且水泵和電機(jī)都有維修的時(shí)候，備用泵是必要的。恒壓供水的主要目標(biāo)是保持管壓網(wǎng)水呀的恒定，水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速套跟隨用水量的變化而變化，這就要用變頻器為水泵供電。這也有兩種配置方式，一是為每臺(tái)水泵電機(jī)配一臺(tái)變頻器，這當(dāng)然方便，電機(jī)與變頻器間不需要切換，但是購買變頻器的費(fèi)用較高。另一種方案是數(shù)臺(tái)電機(jī)陪一臺(tái)變頻器，變頻器與電機(jī)見可以切換，供水運(yùn)行時(shí)，一臺(tái)水泵變頻運(yùn)行，其余水泵共頻運(yùn)行，以滿足不同用水兩的需求。1.2.2 硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)plc變頻恒壓供水控制系統(tǒng)由四臺(tái)水泵，一臺(tái)智能型點(diǎn)控柜（包括西門子m420變頻器，西門子s7-200plc，交流接觸器，繼電器等），一套壓力傳感器，缺水保護(hù)器，斷相相序保護(hù)裝置和供電主電路組成。1.2.3 軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)包括plc的程序設(shè)計(jì)和變頻器的功能參數(shù)的設(shè)定。plc的程序設(shè)計(jì)包括手動(dòng)設(shè)計(jì)和自動(dòng)控制的程序設(shè)計(jì)，手動(dòng)部分主要是通過按鈕控制水泵在工頻下啟動(dòng)和停止，主要考慮系統(tǒng)調(diào)試和檢修時(shí)用。當(dāng)選擇開關(guān)打到自動(dòng)時(shí)系統(tǒng)能夠自動(dòng)的進(jìn)入到自動(dòng)的工作狀態(tài)。由變頻器和plc聯(lián)合控制各臺(tái)電機(jī)的運(yùn)行和停止，以及時(shí)工頻和變頻運(yùn)行。供水系統(tǒng)有四臺(tái)水泵機(jī)組組成。根據(jù)水壓的大小決定水泵運(yùn)行的個(gè)數(shù)。只有第一臺(tái)投入使用的水泵處于變頻調(diào)速，其后投入的水泵則處于工頻下高速運(yùn)行，泵組電機(jī)的切換由plc實(shí)現(xiàn)。1.3 設(shè)計(jì)要求 本課題的設(shè)計(jì)是根據(jù)學(xué)校一幢樓的用水情況設(shè)計(jì)的，該樓一共有五層每層有二十個(gè)房間，每個(gè)房間有四個(gè)人住。每人每天的平均用水量大概在0.1立方米，則每個(gè)宿舍所需要的壓力0.5mpa（1s=1mpa）。1.4 本課題設(shè)計(jì)的目的和意義眾所周知,水是我們?nèi)粘Ｉ钪胁豢扇鄙俚哪茉粗?我們生活范圍的高度集中使得水的供給需求增大,而日常生活中對(duì)水的需求也隨著時(shí)間的變化而變化,為了保障對(duì)水的供給需求,也是時(shí)代的發(fā)展要求就必須有一些輔助裝置來確保,在我們居住的環(huán)境有穩(wěn)定的水源供應(yīng),根據(jù)需要的多少來自行調(diào)節(jié)水源的供給,從而,既充分利用了水源,又節(jié)約了相應(yīng)的能源,本設(shè)計(jì)是針對(duì)高校實(shí)際供水需求情況，結(jié)合生活用水和消防用水的需要,擬定為高校恒壓供水。隨社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，人們對(duì)供水質(zhì)量和供水系統(tǒng)可靠性的要求不斷提高，再加上目前能源緊缺，利用先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)、控制技術(shù)以及通訊技術(shù)，設(shè)計(jì)高性能、高節(jié)能、能適應(yīng)不同領(lǐng)域的恒壓供水系統(tǒng)成為必然趨勢(shì)?，F(xiàn)將其中的改造情況介紹如下。恒壓供水系統(tǒng)對(duì)于高校是非常重要的，例如在高校供水過程中，若自來水供水因故壓力不足或短時(shí)斷水，可能影響學(xué)生的生活。又如當(dāng)發(fā)生火警時(shí)，若供水壓力不足或無水供應(yīng)，不能迅速滅火，可能引起重大損失和人員傷亡。所以，高校采用恒壓供水系統(tǒng)，具有較大的經(jīng)濟(jì)意義。日常的生活用水量隨季節(jié)、晝夜、上下課時(shí)間不同而有著變化，因而經(jīng)常出現(xiàn)供水用水的不平衡，主要表現(xiàn)在水壓上，用水多而供水少則水壓低，用水少而供水多則水壓高。高校由于自來水管網(wǎng)的水壓較低，自來水通常不能到達(dá)住宅的較高樓層。傳統(tǒng)的供水方式利用蓄水池蓄水，用水泵再次將水送至樓頂?shù)母呶凰?，再供?yīng)給用戶。蓄水池中的水一般是由市政自來水管網(wǎng)供給，這樣，有壓力的水進(jìn)入水池后變成了零壓力，造成大量的能源白白浪費(fèi)，這種供水方式不可避免通過蓄水池和高位水箱造成二次污染，影響學(xué)生的身體健康。但是為保證高校的供水正常，我們利用plc，配以穩(wěn)流罐、變頻器和傳感器等，根據(jù)網(wǎng)管的壓力，通過變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速，使水管中的壓力始終保持在合適的范圍。這種變頻恒壓供水系統(tǒng)直接取代水塔、高位水箱及傳統(tǒng)的氣壓罐供水裝置。不對(duì)市政供水管網(wǎng)產(chǎn)生負(fù)壓，適用于一切需要增高水壓、恒定流量的給水系統(tǒng)。結(jié)合使用可編程序控制器，可實(shí)現(xiàn)循環(huán)變頻，電機(jī)軟啟動(dòng)，具有短路保護(hù)、過流保護(hù)功能，工作穩(wěn)定可靠，大大延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命。采用西門子plc作為主控單元。并充分利用變頻器的變頻作用，根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)可快速調(diào)整供水系統(tǒng)的供給需要，達(dá)到恒壓供水的目的。改造提高了系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性，得到了良好的控制效果。恒壓供水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)6第二章 恒壓供水系統(tǒng)的原理2.1 變頻器調(diào)速2.1.1 變頻器的工作原理變頻器是利用電力半導(dǎo)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。我們公司現(xiàn)在使用的變頻器主要采用交直交方式（vvvf變頻），先把工頻交流電源通過整流器轉(zhuǎn)換成直流電源，然后再把直流電源轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動(dòng)機(jī)。變頻器的電路一般由整流環(huán)節(jié)、中間直流環(huán)節(jié)、逆變環(huán)節(jié)和控制環(huán)節(jié)4個(gè)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(huán)節(jié)為濾波、直流儲(chǔ)能和緩沖無功功率。 從理論上可知電機(jī)的轉(zhuǎn)速n與供電頻率f有以下關(guān)系： ( p-電機(jī)極數(shù) s-轉(zhuǎn)差率) （2-1）由上式可知，轉(zhuǎn)速n與頻率f成正比，如果不改變電動(dòng)機(jī)的級(jí)數(shù)，只要改變頻率f即可改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，當(dāng)頻率f在050hz的范圍內(nèi)變化時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍非常寬。變頻器就是通過改變電動(dòng)機(jī)電源頻率實(shí)現(xiàn)速度調(diào)節(jié)的，是一種理想的高效率、高性能的調(diào)速手段。變頻器在工頻以下和工頻以上工作時(shí)的情況：（1）變頻器小于50hz時(shí)，由于i*r很小，所以u(píng)/f=e/f不變時(shí)，磁通為常數(shù)，轉(zhuǎn)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(zhuǎn)矩）能力，并成為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。（2）變頻器50hz以上時(shí)，通常的電機(jī)是按50hz電壓設(shè)計(jì)制造的，其額定轉(zhuǎn)矩也是在這個(gè)電壓范圍內(nèi)給出的。因此在額定頻率之下的調(diào)速稱為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。 (t=te， p60hz時(shí)，x會(huì)相應(yīng)減小。對(duì)于電機(jī)來說， (k-常數(shù)，i-電流，x-磁通) （2-4）因此轉(zhuǎn)矩t會(huì)跟著磁通x減小而減小。結(jié)論：當(dāng)變頻器輸出頻率從50hz以上增加時(shí)，電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩會(huì)減小。（3）變頻器結(jié)構(gòu)電路 主回路主要由整流電路、限流電路、濾波電路、制動(dòng)電路、逆變電路和檢測(cè)取樣電路部分組成。2.1.2 變頻器的功能設(shè)置 雖然水泵對(duì)系統(tǒng)調(diào)速的精度要求不高，但是要使供水系統(tǒng)運(yùn)行性能的穩(wěn)定，就需正確對(duì)待設(shè)置變頻器的各種性能。變頻器的頻率功能的設(shè)置（1） 最高頻率 水泵屬于平方率負(fù)載，當(dāng)轉(zhuǎn)速超過額定轉(zhuǎn)速時(shí)，轉(zhuǎn)矩將按平方規(guī)律增加，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)嚴(yán)重的過載。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=50hz。（2） 上限頻率 一般來說，上限頻率等于額定頻率值為宜。但是也可以預(yù)置得稍微低一些，原因有二：一是變頻器內(nèi)部有轉(zhuǎn)差補(bǔ)償功能，同時(shí)在50hz的情況下，水泵在變頻運(yùn)行時(shí)的實(shí)際轉(zhuǎn)速要高于工頻運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)速。從而增大了水泵和電機(jī)的負(fù)載，二是變頻調(diào)速系統(tǒng)在50hz下運(yùn)行時(shí)，還不如直接在工頻下運(yùn)行，可以減少變頻器本身的損失。因此，將上限頻率預(yù)置為49或49.5hz時(shí)合適的。（3） 下線頻率 在供水系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速過低，會(huì)出現(xiàn)水泵的全揚(yáng)程小于實(shí)際的，形成水泵“空轉(zhuǎn)”的現(xiàn)象。所以，下限頻率應(yīng)定為2530hz。（4） 啟動(dòng)頻率 水泵在啟動(dòng)時(shí)，如果從0hz開始啟動(dòng)，水泵基本沒有壓力輸出，為減少調(diào)節(jié)時(shí)間和節(jié)約電能，應(yīng)預(yù)置啟動(dòng)頻率值為 1520hz，即設(shè)置變頻器pid輸出值的下限為最大值的30%40%。6 （5）升速，降速時(shí)間控制、升速與降速時(shí)間: 通常, 決定升速時(shí)間的原則是: 在啟動(dòng)過程中,其最大啟動(dòng)電流接近或略大于電動(dòng)機(jī)的額定電流。降速時(shí)間只需和升速時(shí)間相等即可。（6）暫停( 睡眠與蘇醒) 功能: 在生活供水系統(tǒng)中, 夜間的用水量常常是很少的, 這時(shí), 可使主水泵暫停運(yùn)行。當(dāng)變頻器的工作頻率已經(jīng)降至下限頻率而壓力仍偏高時(shí), 水泵應(yīng)暫停工作( 使變頻器處于睡眠狀態(tài)) 以森蘭rt12s系列變頻器為例, 當(dāng)壓力傳感器的量程為1mpa, 而所要求的供水壓力為0. 2 mpa時(shí), 則目標(biāo)值為20%,“睡眠值”可設(shè)定為21%25%( 相當(dāng)于壓力的上限) , 而“蘇醒值”( 即中止暫停值, 相當(dāng)于壓力的下限) 可設(shè)定為15%19%。2.2 系統(tǒng)控制方案變頻恒壓供水系統(tǒng)原理如圖所示，它主要是由plc、變頻器、pid調(diào)節(jié)器、時(shí)間控制器、壓力傳感器、液位傳感器、動(dòng)力控制線路以及4臺(tái)水泵等組成。通過控制柜面板上的指示燈和按鈕、轉(zhuǎn)換開關(guān)來了解和控制系統(tǒng)的運(yùn)行。其中pid調(diào)節(jié)器的給定壓力應(yīng)為其最大的壓力，當(dāng)有用水情況出現(xiàn)的時(shí)候通過安裝在出水管網(wǎng)上的壓力傳感器，把出口壓力信號(hào)變成4-20ma的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)送入pid調(diào)節(jié)器，經(jīng)運(yùn)算與給定壓力參數(shù)進(jìn)行比較，得出一調(diào)節(jié)參數(shù)，送給變頻器，由變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)系統(tǒng)供水量，使供水系統(tǒng)管網(wǎng)中的壓力保持在給定壓力上；當(dāng)用水量超過一臺(tái)泵的供水量時(shí)，通過plc控制器加泵。根據(jù)用水量的大小由plc控制工作泵數(shù)量的增減及變頻器對(duì)水泵的調(diào)速，實(shí)現(xiàn)恒壓供水。當(dāng)供水負(fù)載變化時(shí)，輸入電機(jī)的電壓和頻率也隨之變化，這樣就構(gòu)成了以設(shè)定壓力為基準(zhǔn)的閉環(huán)控制系統(tǒng)。同時(shí)系統(tǒng)配備的時(shí)間控制器和pid控制器，使其具有定時(shí)換泵運(yùn)行功能（即鐘控功能，由時(shí)間控制器實(shí)現(xiàn)）和雙工作壓力設(shè)定功能（pid控制器和時(shí)間控制器實(shí)現(xiàn)）。此外，系統(tǒng)還設(shè)有多種保護(hù)功能，尤其是硬件/軟件備用水泵功能，充分保證了水泵的及時(shí)維修和系統(tǒng)的正常供水。正常情況（無泵檢修）時(shí)，各泵的運(yùn)行順序?yàn)?#，2#，3#，4#（其中4#為備用泵）。8第三章 硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3.1 可編程控制器（plc）的選型3.1.1 plc的概述plc可編程序控制器：plc英文全稱programmable logic controller ,中文全稱為可編程邏輯控制器，定義是:一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算,順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生程。 1969年美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（dec）根據(jù)美國(guó)通用汽車公司的這種要求，研制成功了世界上第一臺(tái)可編程控制器(plc)。根據(jù)plc的結(jié)構(gòu)形式，可將plc分為整體式和模塊式兩類。（1）整體式plc 整體式plc是將電源、cpu、i/o接口等部件都集中裝在一個(gè)機(jī)箱內(nèi)， 具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、價(jià)格低的特點(diǎn)。小型plc一般采用這種整體式結(jié)構(gòu)。整體式plc由不同i/o點(diǎn)數(shù)的基本單元（又稱主機(jī)）和擴(kuò)展單元組成?；締卧獌?nèi)有cpu、i/o接口、與i/o擴(kuò)展單元相連的擴(kuò)展口，以及與編程器或eprom寫入器相連的接口等。擴(kuò)展單元內(nèi)只有i/o和電源等，沒有cpu?；締卧蛿U(kuò)展單元之間一般用扁平電纜連接。整體式plc一般還可配備特殊功能單元，如，模擬量單元、位置控制單元等，使其功能得到擴(kuò)展。（2）模塊式plc 模塊式plc是將plc各組成部分，分別作成若干個(gè)單獨(dú)的模塊，如cpu模塊、i/o模塊、電源模塊（有的含在cpu模塊中）以及各種功能模塊。模塊式plc由框架或基板和各種模塊組成。模塊裝在框架或基板的插座上。這種模塊式plc的特點(diǎn)是配置靈活，可根據(jù)需要選配不同規(guī)模的系統(tǒng)，而且裝配方便，便于擴(kuò)展和維修。大、中型plc一般采用模塊式結(jié)構(gòu)。還有一些plc將整體式和模塊式的特點(diǎn)結(jié)合起來，構(gòu)成所謂疊裝式plc。疊裝式plc其cpu、電源、i/o接口等也是各自獨(dú)立的模塊，但它們之間是靠電纜進(jìn)行聯(lián)接，并且各模塊可以一層層地疊裝。這樣，不但系統(tǒng)可以靈活配置，還可做得體積小巧。（3）按i/o點(diǎn)數(shù)分類根據(jù)plc的i/o點(diǎn)數(shù)的多少，可將plc分為微型、小型、中型、大型和巨型五類。超小型或微型plc：i/o點(diǎn)數(shù)小于的64點(diǎn)。小型plc：i/o點(diǎn)數(shù)為64點(diǎn)以上、256點(diǎn)以下的為小型plc。中型plc：i/o點(diǎn)數(shù)為256點(diǎn)以上、2048點(diǎn)以下的為中型plc。大型plc:i/o點(diǎn)數(shù)為2048以上、8192點(diǎn)以下的為大型plc。超大型plc: i/o點(diǎn)數(shù)超過8192點(diǎn)。3.1.2 plc的選型 本課題中plc的選擇為西門子s7-200系列，其cpu型號(hào)為224cn型，本型號(hào)集成14個(gè)輸入、10輸出共24個(gè)數(shù)量i/o點(diǎn)，可連接7個(gè)擴(kuò)展模塊最大擴(kuò)展至168路數(shù)字量i/o點(diǎn)或35路模擬量i/o點(diǎn)。16k字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。6個(gè)獨(dú)立的30khz的高速計(jì)數(shù)器，2個(gè)獨(dú)立的20khz高速脈沖輸出，具備pid控制器。一個(gè)rs485編程或者通訊口，具有ppi通訊協(xié)議，mpi通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。3.2 變頻器的選型變頻器的正確選擇對(duì)于控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行是非常關(guān)鍵的。選擇變頻器時(shí)必須要充分了解變頻器所驅(qū)動(dòng)的負(fù)載特性。人們?cè)趯?shí)踐中常將生產(chǎn)機(jī)械分為三種類型: 恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載、恒功率負(fù)載和風(fēng)機(jī)、水泵負(fù)載。本課題中我選擇的是西門子m420型號(hào)的變頻器?？刂菩阅?先性v/f控制，線性v/f 控制；帶磁通電流控制（fcc）的線性 v/f 控制，平方 v/f 控制；多點(diǎn)v/f 控制輸入頻率 47 hz 至 63 hz ,輸出頻率0 hz 至 650hz 功率因數(shù) 0.98 變頻器效率 96 % 至 97 % 過載能力 在額定電流基礎(chǔ)上過載 50 %，持續(xù)時(shí)間 60 s，間隔周期時(shí)間5 分鐘 合閘沖擊電流小于額定輸入電流 控制方法 線性v/f 控制；帶磁通電流控制（fcc）的線性 v/f 控制，平方 v/f 控制；多點(diǎn)v/f 控制脈沖調(diào)制頻率 2 khz 至16 khz（每級(jí)調(diào)整2 khz） 固定頻率 7 個(gè)，可編程 跳轉(zhuǎn)頻率 4 個(gè)，可編程 設(shè)定值的分辯率0.01 hz 數(shù)字輸入；0.01 hz 串行通訊輸入；10 位二進(jìn)制的模擬輸入（電動(dòng)電位計(jì)0.1 hz 0.1%（ pid 方式） 數(shù)字輸入 3個(gè)可編程的輸入（電氣隔離的），可切換為高電平 / 低電平有效（pnp/npn） 模擬輸入 1個(gè)（0 至 10 v）用于頻率設(shè)定值輸入或 pi 反饋信號(hào)，可標(biāo)定或用作第4 個(gè)數(shù)字輸入 繼電器輸出 1個(gè)可編程，30 v dc / 5 a（電阻性負(fù)載），250 v ac / 2 a（電感性負(fù)載） 模擬輸出 1個(gè)，可編程（0 ma 至 20 ma） 串行接口 rs-485，選件 rs-232 電磁兼容性可選 emc 濾波器，en55011 標(biāo)準(zhǔn)a 或 b 級(jí)，也可選內(nèi)部 a 級(jí)濾波器制動(dòng) 直流注入制動(dòng)，復(fù)合制動(dòng)3.3 水泵的選型泵是一種面大量廣的通用型機(jī)械設(shè)備，它廣泛地應(yīng)用于石油、化工、電力冶金、礦山、選船、輕工、農(nóng)業(yè)、民用和國(guó)防各部門，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要的地位。大力降低泵有能源消耗，對(duì)節(jié)約能源具用十分重大的意義。近年來，我們泵行業(yè)設(shè)計(jì)研制了許多高效節(jié)能產(chǎn)品，如 ihf、cqb、fsb、uhb等型號(hào)的泵類產(chǎn)品，對(duì)降低泵的能源消耗起了積極作用。但是目前在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域中，由于選型 不合理，許多的泵處于不合理運(yùn)行狀況，運(yùn)行效率低，浪費(fèi)了大量能源。還有的泵由于選型不合理，根本不能使用，或者使用維修成本增加，經(jīng)濟(jì)效益低。由此可見，合理選泵對(duì)節(jié)約能源同樣具有重要意義。所謂合理選泵，就是要綜合考慮泵機(jī)組和泵站的投資和運(yùn)行費(fèi)用等綜合性的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，使之符合經(jīng)濟(jì)、安全、適用的原則。具體來說，有以下幾個(gè)方面： 必須滿足使用流量和揚(yáng)程的要求，即要求泵的運(yùn)行工次點(diǎn)（裝置特性曲線 與泵的性能曲線的交點(diǎn)）經(jīng)常保持在高效區(qū)間運(yùn)行，這樣既省動(dòng)力又不易損壞機(jī)件。 所選擇的水泵既要體積小、重量輕、造價(jià)便宜，又要具有良好的特性和較高的效率。 具有良好的抗汽蝕性能，這樣既能減小泵房的開挖深度，又不使水泵發(fā)生汽蝕，運(yùn)行平穩(wěn)、壽命長(zhǎng)。本課題中我選擇了350s44型水泵，泵的額定參數(shù)為流量1260m3/h，揚(yáng)程44m，轉(zhuǎn)速1450r/min，效率87%，葉輪直徑406mm。3.4 傳感器的選型本課題中選擇了ptj200型傳感器ptj200傳感器廣泛用于工業(yè)設(shè)備、石油 水利、化工、醫(yī)療、電力、空調(diào)、金剛石壓機(jī)、冶金、車輛制動(dòng)、樓宇供水等壓力測(cè)量與控制。 其主要有以下參數(shù):量 程: 01150(mpa)綜合精度: 0.1%fs、0.2%fs、0.5%fs、1.0%fs輸出信號(hào): 420ma(二線制)、05v、15v、010v(三線制) 供電電壓: 24dcv(936dcv) 介質(zhì)溫度: -2085 環(huán)境溫度: 常溫(-2085) 負(fù)載電阻: 電流輸出型：最大800；電壓輸出型：大于50k 絕緣電阻: 大于2000m (100vdc 密封等級(jí): ip65長(zhǎng)期穩(wěn)定性能: 0.1%fs/年 振動(dòng)影響: 在機(jī)械振動(dòng)頻率20hz1000hz內(nèi)，輸出變化小于0.1%fs 電氣接口(信號(hào)接口): 四芯屏蔽線、四芯航空接插件、緊線螺母 機(jī)械連接(螺紋接口): 1/2-20unf、m141.5、m201.5、m221.5等。3.5模數(shù)與數(shù)模轉(zhuǎn)換當(dāng)壓力發(fā)生變化時(shí)壓力通過改變電阻的形狀來改變電阻的的阻值，則相應(yīng)的電阻阻值也將發(fā)生相應(yīng)的變化，當(dāng)其他條件不不變時(shí)，電壓狀態(tài)變量會(huì)變化，從而壓力的變化信號(hào)就變成了電路的電壓表示的模擬量。再通過外接的運(yùn)放轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的數(shù)值。3.5.1 i/o分配表輸入輸出地址說明地址說明i0.0啟動(dòng)q0.0km1（1號(hào)電機(jī)接變頻器）i0.1變頻器高頻信號(hào)q0.1km2（1號(hào)電機(jī)接工頻電源）i0.2變頻器低頻信號(hào)q0.2km3（2號(hào)電機(jī)接變頻器） i0.3 故障q0.3km4（2號(hào)電機(jī)接工頻電源）q0.4km5（3號(hào)電機(jī)接變頻器）q0.5km6（3號(hào)電機(jī)接工頻電源）q0.6km7（4號(hào)電機(jī)接變頻器）q0.7km8（4號(hào)電機(jī)接工頻電源）3.6 外部接線圖283.7 plc外部接線圖3.8 元器件明細(xì)表元器件明細(xì)表名稱數(shù)量西門子s7-200plc 1個(gè)m420變頻器 1個(gè)交流接觸器 8個(gè)pid 1個(gè)壓力傳感器 1套交流電機(jī) 4臺(tái)熱繼電器 4個(gè)水泵 4個(gè)短路保護(hù)器 6個(gè)導(dǎo)線 若干 第四章 軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)4.1流程圖4.2 plc梯形圖 4.3 系統(tǒng)工作過程分析加啟動(dòng)信號(hào)后，如果水池水位下限沒有達(dá)到時(shí)開始啟動(dòng)程序，此時(shí)plc控制1#電機(jī)變頻器通電（此時(shí)q0.0，q0.7亮），如果變頻器輸出頻率達(dá)到上限頻率時(shí)，則定時(shí)器t37定時(shí)，計(jì)時(shí)完成后關(guān)閉q0.0，q0.7，延時(shí)1s，（延時(shí)是有兩個(gè)方面的原因：一是使開關(guān)充分息弧，防止電網(wǎng)到電給變頻器，燒毀變頻器；二是讓變頻器減速為零，以重新啟動(dòng)其他的電機(jī)。以下各切換時(shí)的延時(shí)