技術(shù)供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 目 錄1前言11.1課題研究的目的及意義11.2 設(shè)計(jì)的內(nèi)容12總體方案設(shè)計(jì)32.1 技術(shù)供水系統(tǒng)簡(jiǎn)介32.2方案比較42.3方案論證與選擇53系統(tǒng)設(shè)計(jì)63.1 軸流式水輪機(jī)63.1.1 ZZ560-LH1130水輪機(jī)63.1.2水輪機(jī)軸承73.2 可編程邏輯控制器PLC83.3 PLC通信模塊103.4 溫度檢測(cè)模塊113.5 流量控制模塊163.5.1 模擬量輸出模塊173.5.2 電動(dòng)調(diào)節(jié)閥193.6壓力控制部分203.6.1壓力傳感器213.6.2模擬量輸入模塊213.6.3變頻器223.6.4水泵的選擇223.7 液位傳感器及電磁閥的選型233.7.1 電磁閥

2、233.7.2液位傳感器233.7.3接觸器233.8各硬件模塊的連接244軟件設(shè)計(jì)254.1軟件設(shè)計(jì)工具254.2主要軟件設(shè)計(jì)流程框圖254.3 PID控制及參數(shù)整定264.4上位機(jī)設(shè)計(jì)315結(jié)論366總結(jié)與體會(huì)377謝辭（致謝）388參考文獻(xiàn)39 1前言1.1課題研究的目的及意義水電站自動(dòng)化是電力系統(tǒng)自動(dòng)化的組成部分，目的是提高發(fā)供電的可靠性，保證電能質(zhì)量及電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)安全運(yùn)行，同時(shí)也有效地改善運(yùn)行人員的工作條件，最終提高水電企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。我國(guó)大中型水電廠自動(dòng)化以計(jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù)為平臺(tái),經(jīng)過(guò)二十多年的發(fā)展已經(jīng)日趨成熟,而我國(guó)農(nóng)村中小水電廠的自動(dòng)化正處于一個(gè)推廣應(yīng)用快速發(fā)展的階段。中國(guó)農(nóng)村

3、水電或中小水電起源于20世紀(jì)90年代，指總裝機(jī)在5萬(wàn)kW以下水電站及其配套電網(wǎng)。中小水電站的自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展大致分三個(gè)階段：第一階段為20世紀(jì)70年代以前，基本為傳統(tǒng)的機(jī)電電磁技術(shù)。第二階段大約為90年代期間，為計(jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù)在中小水電站移植試點(diǎn)階段，此階段的狀況是：模仿大中型水電廠的監(jiān)控模式，將大中型水電廠的模式直接搬到中小水電站上來(lái)；將用于變電站中的綜合自動(dòng)化模式略加修改搬到水電站上來(lái)；少數(shù)廠家結(jié)合中小水電站的特點(diǎn)，研制開發(fā)出適合于中小水電站的計(jì)算機(jī)監(jiān)控模式，并致力于推廣應(yīng)用。第三階段為2001年以來(lái)，在全國(guó)農(nóng)村水電領(lǐng)域展開了全面推廣現(xiàn)代化技術(shù)的工作，經(jīng)過(guò)十多年的試點(diǎn)，中小水電站自動(dòng)化水平

4、已到一個(gè)關(guān)鍵的攻堅(jiān)階段。但是在設(shè)計(jì)、設(shè)備選型、設(shè)備管理、資金投入、人才水平等方面與大電網(wǎng)有較大的差距，因此迫切需要加強(qiáng)各方面的力量。而本次的技術(shù)供水系統(tǒng)是專門針對(duì)水電站的供水系統(tǒng)而做的，致力與提高水電站技術(shù)供水系統(tǒng)的監(jiān)視和智能控制技術(shù)。技術(shù)供水系統(tǒng)中，水輪機(jī)設(shè)備、上導(dǎo)軸承、推力軸承、水導(dǎo)軸承、發(fā)電機(jī)空氣冷卻器等等在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)因?yàn)楦鞣N的機(jī)械損耗，電磁損耗和機(jī)械摩擦等等導(dǎo)致設(shè)備發(fā)熱，散熱不及時(shí)則會(huì)對(duì)設(shè)備甚至發(fā)電機(jī)設(shè)備的癱瘓，所以在處理設(shè)備冷卻上是十分重要的，而技術(shù)供水就是為了解決這個(gè)問題的。1.2 設(shè)計(jì)的內(nèi)容 本次設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容是通過(guò)三菱公司生產(chǎn)的功能最強(qiáng)、速度最快的FX系列的FX2N的微型PL

5、C來(lái)控制整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。具體是這樣的，首先對(duì)于技術(shù)供水系統(tǒng)的了解，技術(shù)供水系統(tǒng)的各用水設(shè)備對(duì)水的要求。總的原則是，水量足夠、水壓合適、水質(zhì)良好、水溫適宜。在通常情況下，也就是根據(jù)我過(guò)大中型水電站的情況，水量的分配比例大致是空冷器為70%，推力和導(dǎo)軸承的油冷卻基本是18%，水輪機(jī)的導(dǎo)軸承商瑞華用水是5%，水冷式變壓器為6%，其他的用水大致是1%。由于自己的能力不足所以在這一塊的控制上就沒有去考慮，本次設(shè)計(jì)所做的重點(diǎn)是，對(duì)于機(jī)組軸承冷器、發(fā)電機(jī)空氣冷卻器等設(shè)備的流量控制、壓力控制和溫度檢測(cè)。溫度在這個(gè)系統(tǒng)里面是不能控制的，而本次設(shè)計(jì)的重點(diǎn)就是，通過(guò)實(shí)時(shí)的對(duì)設(shè)備溫度進(jìn)行檢測(cè)，設(shè)備溫度超過(guò)正常的工

6、作溫度，通過(guò)溫度檢測(cè)模塊讀入的信號(hào)值反饋到PLC中通過(guò)PID調(diào)節(jié)器比較，然后給出一個(gè)調(diào)節(jié)值，這個(gè)調(diào)節(jié)值通過(guò)控制調(diào)節(jié)閥的開度控制管道中的水流量，從而通過(guò)增大管網(wǎng)中水的流量，加快設(shè)備的冷卻，來(lái)達(dá)到設(shè)備降溫的目的，保證水電站發(fā)電設(shè)備的正常運(yùn)行和生產(chǎn)。而對(duì)于技術(shù)供水系統(tǒng)中管網(wǎng)中壓力是有一定的要求的，軸承冷卻器和發(fā)電機(jī)空氣冷卻器，水壓不能超過(guò)0.3MPa，冷卻其入口水壓取決于冷卻器和排水管的阻力，一般不能低于0.040.075MPa，水冷空壓機(jī)的水壓不能低于0.05MPa，水潤(rùn)滑導(dǎo)軸承的水壓一般為0.150.20MPa，水壓低就沒潤(rùn)滑效果。通過(guò)資料等的查閱，對(duì)與壓力控制要求非常高，控制起來(lái)復(fù)雜，但從數(shù)據(jù)

7、來(lái)看，用水設(shè)備的水壓有一個(gè)共同的區(qū)間，0.2MPa這個(gè)水壓合適各個(gè)用水設(shè)備的要求，所以這次的設(shè)計(jì)決定對(duì)壓力控制是保證供水水壓在0.2MPa左右。2總體方案設(shè)計(jì) 2.1 技術(shù)供水系統(tǒng)簡(jiǎn)介技術(shù)供水系統(tǒng)主要是為水輪機(jī)發(fā)電機(jī)組和水輪機(jī)的輔助設(shè)備的提供冷卻水的一個(gè)水路管網(wǎng)系統(tǒng)，另外還有部分的用水是用于機(jī)組的潤(rùn)滑用，有一些水電站的技術(shù)用水還會(huì)給消防水補(bǔ)充供水以及生產(chǎn)人員平時(shí)的生活提供水。本次設(shè)計(jì)的技術(shù)供水主要是圍繞發(fā)電機(jī)組水輪機(jī)各重要部件的冷卻用水，以及提供給消防水池補(bǔ)給水。在這個(gè)系統(tǒng)中水輪機(jī)設(shè)備冷卻的主要的用水設(shè)備是發(fā)電機(jī)空氣冷卻器，上導(dǎo)軸承油冷卻器，推力軸承的油冷卻器以及水導(dǎo)軸承的油冷卻器，這幾個(gè)部件

8、是水輪機(jī)整個(gè)設(shè)備中冷卻水用量相當(dāng)大的部分，這些部分因?yàn)楦鞣N電磁損耗和機(jī)械磨損等等產(chǎn)生大量的熱量，如果不能夠及時(shí)的的對(duì)設(shè)備進(jìn)行散熱，會(huì)造成機(jī)組溫度升高，就會(huì)對(duì)電氣設(shè)備造成極大的損失，嚴(yán)重時(shí)會(huì)破壞整個(gè)電力資源的生產(chǎn)。本次設(shè)計(jì)的技術(shù)供水系統(tǒng)由技術(shù)供水的水源、水輪機(jī)的冷卻器用水設(shè)備和溫度、壓力模擬量測(cè)控制元件等主要部分構(gòu)成成，技術(shù)供水系統(tǒng)的主要水源從上面技術(shù)供水圖里面看到是蝸殼的水源，當(dāng)這些水源不足以滿足用水設(shè)備需求的時(shí)候，系統(tǒng)就會(huì)通過(guò)檢測(cè)切換到蓄水池水源供水，而蓄水池里面的水源通過(guò)一個(gè)液位信號(hào)器檢測(cè)反饋蓄水池的水位水量，保證蓄水池水量足夠。在這個(gè)技術(shù)供水系統(tǒng)里面還增加了一個(gè)消防池的功能，同樣是通過(guò)一

9、個(gè)液位信號(hào)器，實(shí)時(shí)的檢測(cè)水池的水位，水位降低，電氣控制系統(tǒng)及時(shí)的給出信號(hào)通過(guò)水泵向水池里面抽水，這部分的管道開斷選擇的是一個(gè)電磁閥，兩個(gè)狀態(tài)開關(guān)。在主要的水輪機(jī)冷卻器里面的用水系統(tǒng)中，根據(jù)各個(gè)設(shè)備的要求溫度、供水壓力、水流量等等，在水管路上裝設(shè)壓力表，流量表，以及相應(yīng)的傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控，冷卻器設(shè)備主要的參數(shù)就是溫度，在設(shè)備上面裝設(shè)溫度傳感器通過(guò)特殊的功能模塊對(duì)溫度監(jiān)視，通過(guò)反饋的信號(hào)控制系統(tǒng)對(duì)溫度值高于預(yù)設(shè)值的設(shè)備所在的水管網(wǎng)路通過(guò)控制電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，增加水路上的水流量，加快設(shè)備的冷卻。用水設(shè)備對(duì)水的要求，基本上滿足是水量足夠、水壓適宜、水溫合適和水質(zhì)較好就可以了。2.2方案比較2.2

10、.1方案一 這個(gè)方案一單片機(jī)為核心控制整個(gè)系統(tǒng)，原理框圖如下圖所示：圖2.1 單片機(jī)控制系統(tǒng)原理框圖2.2.2方案二 在這個(gè)方案中，用到的是PLC作為控制核心，其原理框圖如下所示：圖2.2 PLC控制系統(tǒng)原理框圖2.3方案論證與選擇 在以上所介紹的兩種方案中，第一中方案選擇的是以51或者52單片機(jī)作為技術(shù)供水系統(tǒng)電氣控制的核心控制器，通過(guò)A/D模塊接受來(lái)自壓力傳感器和溫度傳感器的信號(hào)然后通過(guò)單片機(jī)的控制程序，調(diào)節(jié)控制技術(shù)供水系統(tǒng)的流量、壓力等，這種方案單片機(jī)控制頗為麻煩，而且效率不高，處理器要求高，I/O控制點(diǎn)數(shù)太少，另外單片機(jī)的穩(wěn)定性不好，外圍電路繁瑣，一不小心就容易出現(xiàn)故障，單片的內(nèi)部可擴(kuò)

11、展的功能模塊相對(duì)不多，性價(jià)比相對(duì)來(lái)說(shuō)比較低。方案二中，選擇以PLC作為技術(shù)供水系統(tǒng)電氣控制的核心控制器，PLC的整體結(jié)構(gòu)比起單片機(jī)更加的模塊化，封裝良好，沒有很多的外圍電路，對(duì)于三菱公司的PLC還有很多結(jié)構(gòu)化的特殊功能模塊，對(duì)于模塊擴(kuò)展非常容易。PLC相對(duì)單片機(jī)有很大的儲(chǔ)存能力，分用戶儲(chǔ)存器和系統(tǒng)儲(chǔ)存器，系統(tǒng)儲(chǔ)存器，用于放置生產(chǎn)廠商預(yù)置的程序，是PLC的基礎(chǔ)功能，而用戶儲(chǔ)存器包含了程序儲(chǔ)存器和數(shù)據(jù)儲(chǔ)存器，這些儲(chǔ)存器的容量小的有1K，大的則可以達(dá)到幾兆，當(dāng)然這是根據(jù)廠家技術(shù)和需要來(lái)生產(chǎn)的，PLC擁有很多的I/O口完全能夠滿足本次的設(shè)計(jì)需求，在編程語(yǔ)言方也是比較簡(jiǎn)單易懂的，加上其豐富的控制指令，與

12、方案一相比的方案二，通過(guò)PLC作為核心控制器控制整個(gè)系統(tǒng)，方案二更具有優(yōu)勢(shì)，控制也更加的穩(wěn)定、可靠、方便，所以本次技術(shù)供水系統(tǒng)電氣控制選擇方案二作為本次的最終設(shè)計(jì)方案。3系統(tǒng)設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)的技術(shù)供水系統(tǒng)電氣控制是PLC控制電機(jī)水泵、閥門達(dá)到控制冷卻水流量、溫度，在本系統(tǒng)中采用特殊功能模塊，溫度模擬量輸入模塊FX2N-4AD-PT對(duì)溫度進(jìn)行采集反饋給讀入PLC，壓力變送器通過(guò)調(diào)節(jié)器A/D模塊讀入PLC,通過(guò)PLC某種控制方式程序計(jì)算比較與設(shè)定值的關(guān)系，輸出信號(hào)通過(guò)模擬量輸出模塊輸出模擬點(diǎn)信號(hào)控制閥門、電機(jī)的動(dòng)作從而控制整個(gè)技術(shù)供水系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，保證發(fā)電站電氣設(shè)備正常生產(chǎn)。本次設(shè)計(jì)的技術(shù)供水對(duì)象主

13、要是水輪機(jī)中的各個(gè)冷卻器，所以對(duì)水輪機(jī)需要一個(gè)基本的認(rèn)識(shí)，對(duì)其基本的機(jī)構(gòu)有基礎(chǔ)的了解。下面會(huì)稍微介紹本次技術(shù)供水系統(tǒng)原型的水輪機(jī)的一個(gè)大概。3.1 軸流式水輪機(jī)3.1.1 ZZ560-LH1130水輪機(jī)如下圖所示，ZZ560-LH1130軸流式水輪機(jī)結(jié)構(gòu)，立軸、混凝土蝸殼，轉(zhuǎn)輪直徑1130cm。水輪機(jī)基本參數(shù)：最大水頭27m,最小水頭10.6m，額定轉(zhuǎn)速54.6r/min，飛逸轉(zhuǎn)速120r/min，額定輸出功率175.3MW，額定流量1130m，安裝高程36.6m。圖3.1 ZZ560-LH-1130型水輪機(jī)蝸殼為混凝土蝸殼，蝸殼包角180度。導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的型式為徑向式，活動(dòng)導(dǎo)葉32個(gè)，導(dǎo)葉不知圓

14、直徑1.31m，導(dǎo)葉高度4.54m。導(dǎo)葉密封采用橡膠密封，防止沙進(jìn)入軸頸，導(dǎo)葉中下軸都采用了橡膠密封。導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)為叉頭式，保護(hù)裝置為剪斷銷導(dǎo)水機(jī)構(gòu)接力器2只900mm的環(huán)形接力裝置，活塞與控制環(huán)直接連在一起。主軸型式為雙法蘭空心結(jié)構(gòu)，軸的中心有操作用的油管，與軸領(lǐng)分段加工后接成整體。水導(dǎo)軸承瓦式導(dǎo)軸承，在油槽的下面部分裝設(shè)有油冷卻器。在軸承下面裝置可調(diào)的水壓密封，為防止移動(dòng)時(shí)順壞，在密封蓋設(shè)置減壓排水閥，這樣設(shè)置自動(dòng)補(bǔ)償密封塊的磨損量，還能夠保值密封面的壓力恒定，另外還可以阻擋泥沙進(jìn)入密封面。3.1.2水輪機(jī)軸承 導(dǎo)軸承是為了保持主軸中心位置平衡，承受徑向力而存在的軸承。水輪機(jī)導(dǎo)軸承的

15、主要作用承受機(jī)組運(yùn)行中主軸傳來(lái)的振擺力和徑向力限制主軸軸線的位置，在布置上靠近轉(zhuǎn)輪，保證主軸穩(wěn)定性、可靠性。根據(jù)潤(rùn)滑介質(zhì)不一樣，有水潤(rùn)滑和油潤(rùn)滑導(dǎo)軸承，下面分別介紹。水潤(rùn)滑導(dǎo)軸承主要固定在頂蓋上的鑄鐵軸承體和固定在軸承體頂部的水箱組成。軸體內(nèi)壁裝設(shè)橡膠軸瓦，和主軸形成的間隙經(jīng)過(guò)螺釘調(diào)節(jié)，軸瓦上有溝槽，方向與軸的轉(zhuǎn)動(dòng)方向適應(yīng)，清潔水經(jīng)溝槽進(jìn)入瓦面，形成潤(rùn)滑水膜，從而起到潤(rùn)滑和冷卻軸瓦的功能。水潤(rùn)滑導(dǎo)軸承軸瓦材料都用的是橡膠，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單安裝方便而且成本不高。結(jié)構(gòu)如下圖所示：圖3.2水潤(rùn)滑導(dǎo)軸承結(jié)構(gòu)油潤(rùn)滑導(dǎo)軸承的結(jié)構(gòu)型式有分塊軸瓦式、圓筒瓦式導(dǎo)軸承。主要由軸承體、軸瓦和調(diào)整螺釘構(gòu)成軸承體安裝在頂蓋，軸

16、瓦浸入油中，水輪機(jī)運(yùn)行時(shí)冷油浸入軸瓦面形成油膜。對(duì)軸瓦潤(rùn)滑和冷卻，此時(shí)油的溫度上升從軸承體頂流出，然后經(jīng)它們之間的通道回到軸領(lǐng)，形成一個(gè)自循環(huán)的系統(tǒng)，軸承體內(nèi)設(shè)冷卻器對(duì)回流的油進(jìn)行降溫，在內(nèi)部還裝設(shè)有溫度信號(hào)器，過(guò)高及報(bào)警，這個(gè)型的導(dǎo)軸承受力均勻，軸瓦塊有自動(dòng)調(diào)節(jié)力，安裝、檢修間隙調(diào)節(jié)方便，但成本較高。圓筒瓦式導(dǎo)軸承的結(jié)構(gòu)常見三種，帶轉(zhuǎn)動(dòng)油盆的圓筒式導(dǎo)軸承、導(dǎo)軸領(lǐng)的圓筒式導(dǎo)軸承和帶畢托管的圓筒式導(dǎo)軸承，主要結(jié)構(gòu)和工作原理相似。這種軸承的特點(diǎn)是在主軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)油盆的油受旋轉(zhuǎn)離心力的作用從油嘴進(jìn)入軸瓦下部的環(huán)狀油槽，然后沿軸瓦面斜油溝導(dǎo)全部瓦面，熱油排進(jìn)油箱，經(jīng)過(guò)冷卻器從回油管道流回油盆，形成循

17、環(huán)。工作可靠，使用壽命長(zhǎng)成本低，被廣泛接受使用。如下圖所示，導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的工作原理圖：圖3.3導(dǎo)水機(jī)構(gòu)工作原理圖圖示兩個(gè)接力器的工作情況，導(dǎo)葉此時(shí)處于中間開度，檔接力器腔體收到調(diào)速系統(tǒng)過(guò)來(lái)的壓力油后，便能控制接力器的推拉桿運(yùn)動(dòng)從而改變導(dǎo)葉的開度達(dá)到調(diào)節(jié)水輪機(jī)流量的效果。3.2 可編程邏輯控制器PLC可編程邏輯控制器，也就是PLC，它是以微處理器為基礎(chǔ)出現(xiàn)的通用工業(yè)控制系統(tǒng)裝置，其應(yīng)用范圍廣大，是當(dāng)代工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的核心支柱之一，在民用和家庭自動(dòng)化方面也有了飛速的發(fā)展。PLC的出現(xiàn)，帶來(lái)了新的控制理念、全新的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和繼電-接觸器控制系統(tǒng)沒有辦法可以相比較的各種強(qiáng)大的功能?；谠诖髮W(xué)期間自己

18、學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)是三菱公司PLC，而且對(duì)于本次設(shè)計(jì)技術(shù)供水控制系統(tǒng)相對(duì)不大，三菱公司 生產(chǎn)PLC是能夠完全可以滿足本次設(shè)計(jì)的需求，在本次的設(shè)計(jì)中選用的是三菱公司生產(chǎn)的FX系列中功能強(qiáng)大、速度極高的FX2N微型PLC作為本次設(shè)計(jì)的核心控制器。FX2N 外形結(jié)構(gòu)圖如下圖所示：圖3.4 FX2N外形結(jié)構(gòu)圖 FX系列各子系列FX1S、FX1N、FX2N和FX2NC的PLC的外觀、高度、深度沒有太大的差別，高度90mm，深度75mm(FX1S 和FX1N系列)、87mm（FX2N和FX2NC系列），內(nèi)置DC 24V電源可以作為輸入回路的電源與傳感器電源使用，很合適在機(jī)電一體化的產(chǎn)品中使用。表3.1 FX各子系

19、列的性能比較型號(hào)I/O點(diǎn)數(shù)用戶程序步數(shù)應(yīng)用指令通信功能基本指令執(zhí)行時(shí)間FX1S10302K步EEPROM85條較強(qiáng)0.550.7sFX1N141288K步EEPROM89條強(qiáng)0.550.7sFX2N和FX2NC16256內(nèi)置8K步RAM，最大16K步128條最強(qiáng)0.08sFX1S的功能簡(jiǎn)單實(shí)用，價(jià)格低適用于小的開關(guān)量控制系統(tǒng)；FX1N最多能夠配置128個(gè)I/O點(diǎn)，適用于要求高的中小系統(tǒng)；FX2N的功能是最強(qiáng)的，能用于要求極高的控制系統(tǒng)中，有很強(qiáng)的通信功能，內(nèi)置8K步RAM，支持?jǐn)U展，最大可以達(dá)到16K步，I/O口可以擴(kuò)展到256個(gè)，機(jī)內(nèi)有實(shí)時(shí)鐘，PID指令用于模擬量閉環(huán)控制。FX系列體積小，功

20、能強(qiáng)大，內(nèi)置高速計(jì)數(shù)器，有輸入輸出刷新、中斷、輸入濾波事件調(diào)整、恒定掃描時(shí)間的功能，有高速計(jì)數(shù)器的專用比較指令。FX1N和FX2N系列的擴(kuò)展模塊比較如下表所示：表3.2 FX1N和FX2N系列的擴(kuò)展模塊輸入模塊繼電器輸出模塊晶體管輸出模塊輸入點(diǎn)數(shù)輸出點(diǎn)數(shù)FX0N-8ER-44FX0N-8EX-8-FX0N-16EX-16-FX2N-16EX-16-FX0N-8EYRFX0N-8EYT-8-FX0N-16EYRFX0N-16EYT-16-FX2N-16EYRFX2N-16EYT-16上表中的擴(kuò)展模塊都可以用于FX2N 和FX1N ，F(xiàn)X系列的系統(tǒng)配置非常靈活，除了可以選擇不一樣的子系列，還能夠選

21、用多種的基本單元、擴(kuò)展單元和擴(kuò)展模塊，構(gòu)成不同功能和I/O點(diǎn)的系統(tǒng)。同樣FX2N系列還有多種功能擴(kuò)展板和特殊功能模塊，可實(shí)現(xiàn)多軸定位控制。如模擬量輸入輸出模塊、溫度傳感器用模擬量輸入模塊、高速計(jì)數(shù)模塊、RS-232C通信接口模塊、RS-232C/RS-485轉(zhuǎn)換接口等。表3.2 FX2N系列基本單元AC電源，DC 24V輸入DC電源，DC 24V輸入輸入點(diǎn)數(shù)輸出點(diǎn)數(shù)繼電器輸出晶體管輸出繼電器輸出晶體管輸出FX2N-16MR -001FX2N-16MT-88FX2N-32MR-001FX2N-32MTFX2N-32MR-DFX2N-32MT-D1616FX2N-48MR-001FX2N-48MT

22、FX2N-48MR-DFX2N-48MT-D2424FX2N-64MR-001FX2N-64MTFX2N-64MR-DFX2N-64MT-D3232FX2N-80MR-001FX2N-80MTFX2N-80MR-DFX2N-80MT-D4040FX2N-128MR-001FX2N-128MT-6464根據(jù)本次設(shè)計(jì)輸入輸出總點(diǎn)數(shù)、單元類型和輸出形式，選用的PLC型號(hào)是FX2N-64MR-001，AC電源，DC 24V輸入，繼電器輸出。3.3 PLC通信模塊FX系列PLC有強(qiáng)大的通信功能，通信模塊用來(lái)完成與其他PLC、其他智能控制設(shè)備或豬計(jì)算機(jī)之間的通信。FX系列有多種通信功能擴(kuò)展模塊、適配器和通

23、信模塊，在通過(guò)功能擴(kuò)展板加各種通信模塊，通過(guò)這個(gè)模塊就實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)鏈接和外部串行接口設(shè)備的通信。遠(yuǎn)程I/O系統(tǒng)也需要配備相應(yīng)的通信接口模塊。下面是FX系列支持的五種通信方式：（1）并行鏈接，使用RS-485通信適配器或者是功能擴(kuò)展版，實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)FX系列PLC之間的信息自動(dòng)交換，一臺(tái)作為主站，另一臺(tái)PLC為從站。用戶不需要編寫通信程序，只需設(shè)置和通信有關(guān)的參數(shù)，兩臺(tái)計(jì)算機(jī)之間就能夠自動(dòng)傳送數(shù)據(jù)。（2）N:N鏈接網(wǎng)絡(luò)，使用RS-485通信適配器或者是功能擴(kuò)展板，實(shí)現(xiàn)最多8臺(tái)FX系列PLC之間的信息自動(dòng)交換。一臺(tái)是主站，其余的是從站，數(shù)據(jù)為自動(dòng)傳送。 （3）計(jì)算機(jī)鏈接，采用專用通信協(xié)議，由計(jì)算機(jī)發(fā)出讀寫

24、PLC數(shù)據(jù)的命令幀，PLC收到后自動(dòng)生成和返回響應(yīng)幀，但計(jì)算機(jī)的程序由用戶編寫?？梢杂糜谝慌_(tái)計(jì)算機(jī)與一臺(tái)配有RS-232C通信接口的PLC通信，也可以通過(guò)RD-485通信網(wǎng)絡(luò)和最多16臺(tái)PLC通信。 （4）I/O鏈接，采用遠(yuǎn)程I/O控制方式，CPU單元附近的稱為本地I/O，遠(yuǎn)離CPU單元的I/O稱為遠(yuǎn)程I/O，兩者之間的信息交換只需要少量的通信電纜線。 （5）無(wú)協(xié)議通信，這種通信方式能夠?qū)崿F(xiàn)PLC與各種有RS-232C接口設(shè)備之間通信，通信方式通過(guò)RS指令實(shí)現(xiàn)。這種方式靈活，PLC與RS-232C設(shè)備之間能夠使用用戶自定義的通信規(guī)約。· 本次設(shè)計(jì)會(huì)用到一個(gè)通信，選用的是FX2N-48

25、5-BD模塊，這種通信不需要通信協(xié)議，直接采用RS指令就可以完成外部設(shè)備和PLC的數(shù)據(jù)傳輸通信功能。FX2N-485-BD通信板如下圖所示： 圖3.5 FX2N-485-BD通信板3.4 溫度檢測(cè)模塊本次設(shè)計(jì)的技術(shù)供水系統(tǒng)中，溫度的采集反饋回到PLC控制系統(tǒng)中和控制擁有極其重要的作用，對(duì)設(shè)備溫度的監(jiān)視及時(shí)從而通過(guò)PLC調(diào)節(jié)比較控制冷卻水的流量等，從而保證水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)電氣設(shè)備的正常運(yùn)行，溫度對(duì)于各個(gè)設(shè)備的運(yùn)行相當(dāng)?shù)闹匾?。圖3.6 溫度讀取反饋圖本次設(shè)計(jì)選用的是特殊功能模塊中的PT-100型溫度傳感器用模擬量輸入模塊FX2N-4AD-PT，F(xiàn)X2N-4AD-PT供三線式鉑電阻PT-100用，有1

26、2位4通道，恒流方式下驅(qū)動(dòng)電流為1mA，分辨率為0.20.3oC，綜合精度達(dá)到1%。內(nèi)部裝有溫度變送器和模擬量輸入電路，對(duì)傳感器的非線性進(jìn)行了校正，額定溫度范圍-100+600oC，數(shù)字輸出量-1000+6000，轉(zhuǎn)換速度15ms/通道，數(shù)字和模擬電路之間有光隔離，在整個(gè)的程序中占用8個(gè)I/O點(diǎn)。表3.3 FX2N-4AD-PT的技術(shù)指標(biāo)項(xiàng)目攝氏度oC華氏度oF模擬量輸入信號(hào)箔溫度PT100傳感器（100W），3線，4通道傳感器電流PT100傳感器100W是1mA補(bǔ)償范圍100+ 600oC148+ 1112oF數(shù)字輸出1000+ 60001480+ 1112012轉(zhuǎn)換（11位數(shù)據(jù)為+1個(gè)符號(hào)

27、位）最小分辨率0.20.3 oC0.360.54 oF整體精度滿量程±1%轉(zhuǎn)換速度15ms電源主單元提供5V/30mA直流，外部提供24V/50mA直流占用I/O點(diǎn)數(shù)占用8個(gè)點(diǎn)，可分配為輸入或輸出適用PLCFX1N，F(xiàn)X2N，F(xiàn)X2NCFX2N-4AD-PT使用的是PT-100傳感器的專用電纜，或這是選擇雙絞屏蔽電纜作為模擬輸入電纜，這樣就和和那些可能產(chǎn)生電氣干擾的線線路隔開。FX2N-4AD-PT的接下圖如下圖所示：圖3.7 FX2N-4AD-PT模塊接線圖該模塊在運(yùn)行的過(guò)程中，會(huì)占8個(gè)I/O口能使用FROM/TO指令與可邏輯編程器PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。下圖為FX2N-4AD模塊的連

28、接方法：圖3.8通用FX2N-4AD模塊連接方法在外來(lái)的干擾信號(hào)較強(qiáng)時(shí)，將FG端接地，這樣可以消除大部分的干擾信號(hào)。 下表為FX2N-4AD-PT的BFM分配表：表3.4 BFM分配表BFM內(nèi)容說(shuō)明#14CH1CH4的平均溫度值的采樣次數(shù)（14096），默認(rèn)值8（1）平均溫度的采樣次數(shù)被分配給BFM#14。只有14096的范圍是有效的，溢出的值將被忽略，默認(rèn)值為8（2）最近轉(zhuǎn)換的一些可讀值被平均后，給出一個(gè)平均的可讀值保存在#58和#1316中（3）BFM#912和#1720保存輸入數(shù)據(jù)的當(dāng)前值。這個(gè)數(shù)值以0.1oC或0.1oF為單位，可用的分辨率為0.2oC0.3oC或0.36oF0.54o

29、F#58CH1CH4在0.1oC單位下的平均溫度#912CH1CH4在0.1oC單位下的平均溫度#1316CH1CH4在0.1oF單位下的平均溫度#1720CH1CH4在0.1oF單位下的平均溫度#2127保留#28數(shù)字范圍錯(cuò)誤鎖存#29錯(cuò)誤狀態(tài)#30識(shí)別號(hào)K2040#31保留BFM#28是數(shù)字范圍錯(cuò)誤鎖存，鎖存每個(gè)通道的錯(cuò)誤狀態(tài)如下表所示：表3.5 BFM#28位信息b15到b8b7b6b5b4b3b2b1b0未用高低高低高低高低CH4CH3CH2CH1根據(jù)上表可檢查熱電偶是否斷開?！暗汀北硎緶y(cè)量溫度下降，低于可測(cè)最低溫度時(shí)對(duì)應(yīng)位為ON，“高”表示當(dāng)測(cè)量溫度升高，高于最高可測(cè)溫度或熱電偶斷開

30、時(shí)，對(duì)應(yīng)位為ON。如果出現(xiàn)錯(cuò)誤，那么在出現(xiàn)錯(cuò)誤之前的溫度數(shù)據(jù)被鎖存。如果測(cè)量值返回到有效范圍內(nèi)問溫度數(shù)據(jù)返回正常運(yùn)行，錯(cuò)誤狀態(tài)依然鎖存與BFM#28之中。在錯(cuò)誤消除以后，可以使用TO指令向BFM#28寫入K0或者關(guān)閉電源，從而清除錯(cuò)誤的鎖存。BFM#29中的各位的狀態(tài)是FX2N-4AD-PT運(yùn)行正常與否的信息，具體信息如下表所示：表3.6 FX2N-4AD-PT BFM#29位信息BFM#29的各位的功能ON(1)OFF(0)b0：錯(cuò)誤如果b1b3中任何一個(gè)為ON，出錯(cuò)通道的A/D轉(zhuǎn)換停止無(wú)錯(cuò)誤b1：保留保留保留b2：電源故障DC 24V電源故障電源正常b3：硬件錯(cuò)誤A/D轉(zhuǎn)換器或其他硬件故障

31、硬件故障b4b9：保留保留保留b10：數(shù)字范圍錯(cuò)誤數(shù)字輸出/模擬量輸入值超出指定范圍數(shù)字輸出值正常b11：平均值的采樣次數(shù)錯(cuò)誤采樣次數(shù)超出范圍參BFM#1#4正常（14096）b12b15：保留保留保留FX2N-4AD-PT模塊的識(shí)別碼是K2040，存放在緩沖儲(chǔ)存器BFM#30中，在傳輸/接受數(shù)據(jù)之前，可以使用FROM指令獨(dú)處特殊功能模塊的識(shí)別碼，從而確認(rèn)正在對(duì)此特殊功能模塊進(jìn)行操作。而對(duì)于特殊功能模塊三菱PLC有對(duì)這個(gè)模塊的相對(duì)應(yīng)的讀寫指令，如下圖所示：圖3.9特殊功能模塊的讀寫指令當(dāng)上圖中X3位ON時(shí)將編號(hào)為m1(07)的特殊功能模塊內(nèi)編號(hào)為m2(032767)開始的n個(gè)緩沖寄存器BFM的

32、數(shù)據(jù)讀入PLC并且存入從D開始的n個(gè)數(shù)據(jù)寄存器之中。當(dāng)圖中X0為ON時(shí)將從PLC基本單元中S指定的元件開始n個(gè)字的數(shù)據(jù)寫到編號(hào)為m1的特殊功能模塊中編號(hào)為m2的n各緩沖寄存器之中。 初始化程序：圖3.10初始化程序本次設(shè)計(jì)的技術(shù)供水系統(tǒng)中會(huì)有檢測(cè)4個(gè)冷卻器設(shè)備通道上的溫度，上導(dǎo)軸承油冷卻器、發(fā)電機(jī)空氣冷卻器、推力軸承油冷卻器、水導(dǎo)軸承油冷卻器，分別對(duì)這幾個(gè)設(shè)備冷卻器進(jìn)行溫度的檢測(cè)，實(shí)時(shí)的讀入PLC，當(dāng)讀出的溫度大于預(yù)設(shè)值時(shí)，為保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，以便PLC發(fā)出控制信號(hào)，通過(guò)控制下面介紹的流量控制模塊，增大流量從而達(dá)到及時(shí)降溫的作用，也可以叫控制溫度。3.5 流量控制模塊本次設(shè)計(jì)的技術(shù)供水系統(tǒng)中

33、的流量控制通過(guò)是一個(gè)PLC的模擬量閉環(huán)控制，在模擬量閉環(huán)控制系統(tǒng)中，被控制量流量，它是一個(gè)變化的模擬量，執(zhí)行機(jī)構(gòu)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥要求的是要PLC輸出模擬信號(hào)，而PLC的CPU卻只能夠處理數(shù)字量，首先被測(cè)量模塊溫度模塊FX2N-4AD-PT測(cè)量轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的電壓信號(hào)或電流信號(hào)，然后在PLC中通過(guò)測(cè)量的信號(hào)值與預(yù)設(shè)的值PID的控制比較，模擬量輸出模塊的D/A轉(zhuǎn)換器將PID控制器輸出的數(shù)字量mv(n)轉(zhuǎn)換為模擬電壓信號(hào)或電流信號(hào)mv(t)，然后再去控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥控制閥門的3種不同狀態(tài)，關(guān)閉、中間位置、全開，從而達(dá)到控制流量的效果。閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖入下所示：圖3.11 流量閉環(huán)控制框圖3.5.1 模擬

34、量輸出模塊本次設(shè)計(jì)有4路輸入而對(duì)應(yīng)的會(huì)有4路輸出，所以模擬量輸出模塊選的是FX2N-4DA模塊，F(xiàn)X2N-4DA模塊用來(lái)將12位數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬電壓或電流輸出，F(xiàn)X2N -4DA安裝時(shí)裝在FX2N基本單元的右邊，F(xiàn)X2N -4DA將消耗基本單元或電源擴(kuò)展單元的+5VDC電源單元的（內(nèi)部電源）20mA電流，+24V DC電源5mA電流。FX2N-4DA接線圖如下圖所示：圖3.12 FX2N-4DA接線圖它具有2個(gè)模擬量輸出通道。這兩個(gè)通道都可以輸出010V DC(分辨率為2.5mV)、05V（分辨率為1.25mV）的電壓信號(hào)，或者420mA（分辨率為4A）的電流信號(hào)，D/A轉(zhuǎn)換時(shí)間為4ms/通

35、道，模擬量輸出端通過(guò)雙絞線屏蔽電纜與負(fù)載相連，在整個(gè)的程序中占用8個(gè)I/O點(diǎn)。FX2N-4DA的技術(shù)指標(biāo)如下表所示：表3.11 FX2N-4DA的技術(shù)指標(biāo)項(xiàng)目輸出電壓輸出電流模擬量輸出范圍010V直流，05V直流420mA數(shù)字輸出12位分辨率2.5mV（10V/4000）1.25 mV（10V/4000）4 mA（20mA/4000）總體精度滿量程1%轉(zhuǎn)換速度4ms/通道電源規(guī)格主單元提供5V/30mA和24V/85mA占用I/O點(diǎn)數(shù)占用8個(gè)I/O點(diǎn)，可分配為輸入或輸出適用的PLCFX1N，F(xiàn)X2N，F(xiàn)X2NC在使用電壓輸出的時(shí)候，負(fù)載的一端接在“VOUT”端，另一端“COM”和“IOUT”需

36、要短接,另一端就接在短接后的“COM”和“IOUT”端。電流型負(fù)載接在“IOUT”和“COM”端。3.13 圖模擬量與數(shù)字量的對(duì)應(yīng)關(guān)系FX2N-4DA模塊在出廠時(shí)，調(diào)整為輸入數(shù)字值04000對(duì)應(yīng)于輸出電壓010V。如果用在電流輸出，那么久需要FX2N-4DA上的調(diào)節(jié)電位器對(duì)偏置值和增益值重新進(jìn)行調(diào)整，電位器想順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，數(shù)字值增加。增益是可以設(shè)定為任意的值，但是為了能夠充分的利用好12位的數(shù)字值，比較合適的輸入數(shù)字范圍為04000。比如420mA電流輸出時(shí)，調(diào)節(jié)20mA模擬輸出量對(duì)應(yīng)的數(shù)字輸入為4000。電壓輸出時(shí)，它的偏置值是0，電流輸出時(shí)4mA模擬輸出量對(duì)應(yīng)的數(shù)字輸入值就是0。FX2

37、N-2DA模塊總共擁有32個(gè)緩沖儲(chǔ)存器（BFM），F(xiàn)X2N-2DA的BFM分配如下表所示：表3.12 FX2N-4DA的BFM分配表BFM編號(hào)b15b8b7b3b2b1b0#0#15保留#16保留輸出數(shù)據(jù)的當(dāng)前值，8位數(shù)據(jù)#17保留D/A低8位數(shù)據(jù)保持通道1的D/A轉(zhuǎn)換開始通道2的D/A轉(zhuǎn)換開始#18#32保留但是在通常的情況下只會(huì)使用兩個(gè)BFM#16和BFM#17：（1） BFM#16，BFM#16的低8位b7b0用于輸出數(shù)據(jù)的當(dāng)前值，高8位保留。存放由BFM#17指定通道的D/A轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，D/A數(shù)據(jù)以二進(jìn)制形式出現(xiàn)，并以低8位和高4位兩部分順序存放和轉(zhuǎn)換。（2） BFM#17，BFM#17

38、的b0位從“1” 變?yōu)椤?”時(shí)，通道2的D/A轉(zhuǎn)換開始；b1位從“1” 變?yōu)椤?”時(shí)，通道1的D/A轉(zhuǎn)換開始；b2位從“1” 變?yōu)椤?”時(shí)，D/A轉(zhuǎn)換的低8位數(shù)據(jù)被鎖存保持，其余的各位都沒有意義。3.5.2 電動(dòng)調(diào)節(jié)閥 本次技術(shù)供水系統(tǒng)的流量控制這個(gè)部分，通過(guò)資料的查詢和老師的指導(dǎo)，用到的是電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，通過(guò)控制閥門的開度，來(lái)控制水流量。ZDGT電動(dòng)隔膜調(diào)節(jié)閥由PLS系列和3810系列直行程電動(dòng)執(zhí)行結(jié)構(gòu)和隔膜閥組成，這種電動(dòng)閥門可以達(dá)到控制閥門開度，控制流量，液位，溫度一些參數(shù)，但這種閥門屬于耐腐蝕電動(dòng)隔膜閥，這個(gè)閥穩(wěn)定性不高，而對(duì)另一種閥門電動(dòng)單座調(diào)節(jié)閥ZDLP，一樣由PLS系列和3810L系

39、列電子式的執(zhí)行機(jī)構(gòu)與單座調(diào)節(jié)閥構(gòu)成的。ZDLP電動(dòng)閥，它的供電的電源為220V AC、50Hz電源，內(nèi)設(shè)有伺服放大器、位置信號(hào)發(fā)生器以及閥門位置顯示和位置限位開關(guān)等等，這種電動(dòng)閥門它能夠直接的接受來(lái)自控制儀表或者計(jì)算機(jī)CPU等輸出的模擬電信號(hào)，420mA DC或者是電壓信號(hào)15V DC的控制，對(duì)調(diào)節(jié)閥門的開度進(jìn)行控制，就能夠達(dá)到控制調(diào)節(jié)介質(zhì)水的流量控制了。本次設(shè)計(jì)選用的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥就是ZDLP，下面會(huì)介紹一下ZDLP的具體參數(shù)等。ZDLP電動(dòng)調(diào)節(jié)閥除了可以幾首點(diǎn)信號(hào)外，還能反饋相應(yīng)的閥門位置電信號(hào)，閥們體為低阻流直通單座上導(dǎo)向的結(jié)構(gòu)，控制的精度較高，流量大，而泄漏量非常小等優(yōu)點(diǎn)。下表為ZDLP電

40、動(dòng)閥額技術(shù)參數(shù)：表ZDLP電動(dòng)單座調(diào)節(jié)閥技術(shù)參數(shù)公稱通徑DN(mm)253240506580100125150200閥座直徑mm263240506580100125150200額定流量系數(shù)Kv81322325080120200280450額定行程L(mm)16254060配用電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)型號(hào)381LSA/381-20381LSA/381-30381LSA/381-50381LSA/381-65允許壓差(MPa)3.02.01.81.051.160.670.470.390.260.16下表為ZDLP電動(dòng)閥的執(zhí)行機(jī)構(gòu)的參數(shù)：型號(hào)381LSA-08381LSA-20381LSA-30381LSA-5

41、0381LSA-65381LSA-99381LSA-160隔爆型號(hào)381-08381-20381-30381-50381-65381-99381-160輸出力推(N)80020003000500065001000016000最大行程L(mm)3060100工作速度(mm/S)4.22.13.51.72.82.01.0主要技術(shù)參數(shù)電源電壓：220V/50Hz 輸入信號(hào)420mA或15V DC，輸出信號(hào)：420 mA DC 防護(hù)等級(jí)：相當(dāng)于IP55，隔爆標(biāo)志ExdIIBT4，手操作功能：手柄環(huán)境溫度：-25+70oC環(huán)境濕度95%ZDLP電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的外形結(jié)構(gòu)，如下圖所示：圖3.13 ZDLP電動(dòng)調(diào)

42、節(jié)閥的外形結(jié)構(gòu)3.6壓力控制部分對(duì)于本次設(shè)計(jì)的壓力控制部分，是采用恒壓供水控制，如下框圖所示：圖3.14 壓力控制框圖這部分控制用到的兩臺(tái)水泵，相互為備用，為了達(dá)到控制要求的水壓力，是通過(guò)壓力傳感器實(shí)時(shí)的檢測(cè)出水口的水壓力，然后通過(guò)A/D模塊讀入到PLC中然后通過(guò)與PLC中的設(shè)定值比較，當(dāng)水壓達(dá)不到要求時(shí)，PLC控制變頻器，通過(guò)變頻器改變水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，到達(dá)穩(wěn)定壓力的目的。上圖中的壓力傳感器檢測(cè)管中的水壓。水壓傳感器將檢測(cè)到的水壓信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏骰螂妷盒盘?hào)送到PLC。3.6.1壓力傳感器在現(xiàn)代的自動(dòng)化智能系統(tǒng)中，檢測(cè)非常重要，本設(shè)計(jì)之中的一個(gè)檢測(cè)就是壓力檢測(cè)，將檢測(cè)到的壓力反饋給系統(tǒng)，達(dá)到自動(dòng)控

43、制。將壓力傳感器安裝在水管網(wǎng)上，把出口壓力信號(hào)變成420mA變化的電流信號(hào)或者是010V變化的電壓信號(hào)送入PLC的端口進(jìn)行PID調(diào)節(jié)經(jīng)過(guò)運(yùn)算后和預(yù)設(shè)的壓力參數(shù)進(jìn)行比較得到一個(gè)調(diào)節(jié)參數(shù)送到變頻器，從而變頻器控制調(diào)節(jié)水泵的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)水量，達(dá)到供水管網(wǎng)中壓力恒定的控制目的。本次設(shè)計(jì)選用的是YTZ-150型帶電接點(diǎn)式的壓力傳感器，YTZ-150壓力傳感器水壓的檢測(cè)范圍是01MPa，它檢測(cè)的精度達(dá)到了0.01MPa，將檢測(cè)到的壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換成010V的電信號(hào)。這種傳感器體積小、重量輕、工作可靠。3.6.2模擬量輸入模塊壓力信號(hào)是連續(xù)變化的模擬量，而PLC的CPU智能處理數(shù)字量，模擬量擴(kuò)展單元可將外部模擬量

44、轉(zhuǎn)換為PLC可處理的數(shù)字量及將PLC內(nèi)部運(yùn)算結(jié)果轉(zhuǎn)換為機(jī)外所需的模擬量，在這個(gè)模塊上，選用的是FX2N-2AD模擬量輸入模塊。AD轉(zhuǎn)換模塊是將壓力傳感器提供的模擬量的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的信號(hào)輸入到PLC中，供PLC對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和計(jì)算。此次選擇的AD轉(zhuǎn)換模塊為三菱公司的FX2N-2AD模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，它可以將2點(diǎn)的模擬輸入量轉(zhuǎn)換成12位的數(shù)字量，并將這個(gè)值輸入到可編程邏輯控制器中。圖3.15 FX2N-2AD模塊接線圖該轉(zhuǎn)換模塊有兩個(gè)模擬輸入通道，可以選擇電壓輸入或者是電流輸入，這兩個(gè)模擬通道可以接受的輸入為010VDC、05VDC或者是420mA；此模塊共占用8個(gè)I/O口，能夠使用FROM/T

45、O指令與PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，除此之外，該模塊的輸入與PLC的電源間還采用了光耦及DC/DC轉(zhuǎn)換器進(jìn)行隔離，同時(shí)在使用時(shí)還應(yīng)注意兩個(gè)通道不能同時(shí)一個(gè)輸入電流和另一個(gè)輸入電壓。3.6.3變頻器根據(jù)設(shè)計(jì)需要，變頻器選用日本安川變頻器CIMR-P5A45P5產(chǎn)品。該產(chǎn)品可以和三菱PLC工作協(xié)調(diào)。變頻器選用日本安川變頻器CIMR-P5A45P5產(chǎn)品，適配電機(jī)15 kW ，該變頻器基本配置中帶有PID功能。通過(guò)變頻器面板設(shè)定一個(gè)給定頻率作為壓力給定值，壓力傳感器反饋來(lái)的壓力信號(hào)(010 V)接至變頻器的輔助輸入端FI、FC，作為壓力反饋，變頻器根據(jù)壓力給定和實(shí)測(cè)壓力，調(diào)節(jié)輸出頻率，改變水泵轉(zhuǎn)速

46、，控制管網(wǎng)壓力保持在給定壓力值上。 圖3.16 基本接線圖3.6.4水泵的選擇水泵是把機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)樗鲃?shì)能或動(dòng)能的電機(jī)。離心泵是水電站用的較多的一種水泵。水泵的選擇決定了這個(gè)系統(tǒng)的品質(zhì)，水量的需求。推力軸承冷卻器，機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，軸承達(dá)到熱平衡狀態(tài)，全部摩擦損失都變成熱量被帶走冷卻水用量QT=3600NTCt式中C水的比熱，25oC，C=4186.8 (J/kgoC)；t水在冷卻器內(nèi)的溫升，一般為t=24oC；NT推力軸承損耗功率（kW）由下面公式?jīng)Q定NT=PfV1000P推力軸承總負(fù)荷；f鏡鈑與推力瓦的摩擦系數(shù)；V推力瓦表面的平均圓周速度（m/s）。不同的需求經(jīng)過(guò)上面相關(guān)的公式計(jì)算可以得到相

47、應(yīng)的水量，導(dǎo)軸承需要的冷卻水較少，一般就是可以按照推力用水量的10%20%計(jì)算。因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)的重點(diǎn)在與溫度和壓力的控制，而且在水量的控制上十分的復(fù)雜，所以本次設(shè)計(jì)對(duì)于積水供水泵的選型就根據(jù)通常滿足的要求選擇的是單級(jí)單吸臥式離心泵IS65-40-250，轉(zhuǎn)速2900m/s，葉輪直徑250mm，效率48%，揚(yáng)程80m，吸上真空高度為7m，配備的是型號(hào)Y160M22，功率15KW的電動(dòng)機(jī)。深井泵選擇國(guó)產(chǎn)XBD17.6/10-DLL水泵，流量10(L/s)，壓力1.764(MPa)，額定功率37KW，轉(zhuǎn)速2950（r/min），效率65%，對(duì)于蓄水池在水位降低時(shí)需要及補(bǔ)給水，從水井或上游抽水，揚(yáng)程和功

48、率相對(duì)就取的大一點(diǎn)。3.7 液位傳感器及電磁閥的選型 3.7.1 電磁閥電磁閥選用的是VF-50，其中“V”表示電磁閥，“F”表示防腐蝕，50表示口徑（mm）寬度，使用電壓是AC 220V 50Hz/60Hz DC 24V，功率AC 2.5KW，介質(zhì)溫度150，環(huán)境溫度-2060，操作方式常閉，通電打開、斷電關(guān)閉，動(dòng)作響應(yīng)迅速，高頻率。3.7.2液位傳感器本次的液位傳感器選用的LSF-3型液位傳感器，“L”表示是光電的，“S”表示傳感器，“F”表示是防腐蝕的，3為最大工作壓力。LSF系列液位開關(guān)可提供非常準(zhǔn)確、可靠的液位檢測(cè)。其原理是依據(jù)光電反射折射原理，當(dāng)沒有液體時(shí)，光被

49、前端的凌鏡面或球面反射回來(lái)；有液體覆蓋光電探頭球面時(shí)，光被折射出去，這使得輸出發(fā)生變化，相應(yīng)的晶體管或繼電器動(dòng)作并輸出一個(gè)開關(guān)量。應(yīng)用此原理可制作成單點(diǎn)或多點(diǎn)液位開關(guān)。LSF光電液位開關(guān)具有較高的適應(yīng)環(huán)境的能力，在耐腐蝕方面有較好的抵抗能力。工作溫度上限為125，工作壓力3Mpa，觸點(diǎn)容量為70W，觸點(diǎn)壽命為100萬(wàn)次，切換電流為0.5A，開關(guān)電壓為DC24V。3.7.3接觸器 本次選用的接觸器是CJ-15型接觸器，“C”表示接觸器，“J”表示交流，15為主觸頭額定電流。相關(guān)技術(shù)參數(shù)，操作頻率為1200/h，機(jī)電壽命為1000萬(wàn)次，主觸頭額定電流為15(A) ，額定電壓為380/220(V)，

50、功率為2.5KW。3.8各硬件模塊的連接在經(jīng)過(guò)和完成了上面的硬件選型后，系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)如下圖所示：圖3.17硬件連接框圖各個(gè)部分的連接可以從上圖看出，整個(gè)技術(shù)供水系統(tǒng)開始運(yùn)行時(shí)，溫度檢測(cè)模塊FX2N-4AD-PT實(shí)時(shí)對(duì)各個(gè)部分上導(dǎo)軸承油冷卻器、發(fā)電機(jī)空氣冷卻器、推力軸承油冷卻器、水導(dǎo)軸承油冷卻器等設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)檢測(cè)到的數(shù)據(jù)信號(hào)送回到PLC中在同過(guò)三菱PLC對(duì)讀入的信號(hào)與預(yù)設(shè)的值進(jìn)行比較，通過(guò)比較，如果大于預(yù)設(shè)值PLC則輸出一個(gè)信號(hào)，通過(guò)D/A模塊轉(zhuǎn)換成模擬量電壓或電流信號(hào)，當(dāng)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥ZDLP接受到電信號(hào)時(shí)，閥門做出動(dòng)作調(diào)節(jié)閥門開度變大，流量增加，從而使得設(shè)備溫度下降，而溫度檢測(cè)模塊一直在檢

51、測(cè)溫度的變化，直到檢測(cè)溫度等于預(yù)設(shè)值時(shí)，閥門回到中間位置，當(dāng)然這也是通過(guò)PLC實(shí)現(xiàn)的，在同時(shí)系統(tǒng)還在通過(guò)壓力傳感器檢測(cè)入水口的壓力，然后通過(guò)A/D模塊實(shí)時(shí)的傳回PLC中，在PLC中一樣會(huì)有一個(gè)預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較，同過(guò)比較PLC會(huì)控制變頻器，通過(guò)變頻器改變技術(shù)供水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速然后提高水位來(lái)提升穩(wěn)定系統(tǒng)的水壓，同樣壓力檢測(cè)實(shí)時(shí)檢測(cè)，反饋PLC處理，控制壓力輸出。 4軟件設(shè)計(jì)4.1軟件設(shè)計(jì)工具在本次設(shè)計(jì)中，使用的PLC編程軟件為GX Developer。該軟件為三菱可編程邏輯控制器的編程軟件，可以用來(lái)編寫三菱各個(gè)系列的程序，支持梯形圖、SFC等語(yǔ)言的程序設(shè)計(jì)，同時(shí)還可以對(duì)程序進(jìn)行在線的更改、調(diào)試及監(jiān)控。

52、4.2主要軟件設(shè)計(jì)流程框圖技術(shù)供水系統(tǒng)溫度檢測(cè)和流量控制程序流程框圖如下圖所示： 圖4.1 系統(tǒng)溫度檢測(cè)流量控制程序流程框圖技術(shù)供水系統(tǒng)壓力控制程序流程圖如下圖所示：圖4.2 系統(tǒng)壓力控制程序流程圖4.3 PID控制及參數(shù)整定4.3.1 PID介紹PID是比例、微分、積分的縮寫。PID控制方式是現(xiàn)代工業(yè)控制中應(yīng)用的最廣泛的反饋控制力式之一。PID控制不需要被控的對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)，有良好的靈活性和適應(yīng)性能。它的原理通過(guò)控制對(duì)象的傳感器等檢測(cè)控制量(反饋量)，將其與目標(biāo)值(溫度、流量、壓力等設(shè)定值)進(jìn)行比較。若有偏差，則通過(guò)此功能的控制動(dòng)作使偏差為零。也就是使反饋量與目

53、標(biāo)值相一致的一種通用控制方式。它比較適用于流量控制、壓力控制、溫度控制等過(guò)程量的控制。PID控制原理如下圖所示：圖4.3 PID控制原理圖PID控制算法的一般形式 ，PID控制器根據(jù)日標(biāo)值(設(shè)定值)r(t)與反饋值(測(cè)量值)c(t)構(gòu)成的控制偏差： e(t)=r(t)-c(t)。將偏差的比例(P)、積分(I)和微分(D)通過(guò)線性組合構(gòu)成控制量，對(duì)受控對(duì)象進(jìn)行控制。其控制規(guī)律為：ut=Kpet+1TiOtet+Tddetdt或者1et+10tet+Tdde(t)d(t)式中KP ：調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)Ti ：調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間Td ：調(diào)節(jié)器的微分時(shí)間e ：調(diào)節(jié)器的偏差信號(hào)u ：輸出 ：比例帶，它是慣用

54、增益的倒數(shù)（1）比例環(huán)節(jié)： 即時(shí)成比例地反應(yīng)控制系統(tǒng)的偏差信號(hào)e(t)，偏差一旦產(chǎn)生，控制器立即產(chǎn)生控制作用以減小誤差。（2）積分環(huán)節(jié) ：主要用于消除靜差，提高系統(tǒng)的無(wú)差度，積分作用的強(qiáng)弱取決于積分時(shí)間常數(shù)Ti， Ti越大，積分作用越弱，反之則越強(qiáng)。（3）微分環(huán)節(jié) ：能反應(yīng)偏差信號(hào)的變化趨勢(shì)(變化速率)，并能在偏差信號(hào)值變得太大之前，在系統(tǒng)中引入一個(gè)有效的早期修正信號(hào)，從而加快系統(tǒng)的動(dòng)作速度，減小調(diào)節(jié)時(shí)間。 PID調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)是：Gc s=11+1n+Tds當(dāng)上述控制算法公式只包含第一項(xiàng)時(shí)，稱為比例(P)作用，只包含第二項(xiàng)時(shí)，稱為積分(I)作用;但只包含第三項(xiàng)的單純微分(D)作用是不采用的，因?yàn)樗荒芷鸬绞贡豢刈兞拷咏O(shè)定值的效果，只包含第一、二項(xiàng)的是PI作用;只包含第一、三項(xiàng)的是PD作用;同時(shí)包含這三項(xiàng)的是PID作用。用P動(dòng)作控制，不能完全消除偏差。為了消除殘留偏差，一般采用增加I動(dòng)作的PI控制。用PI控制時(shí)，能消除由改變目標(biāo)值和經(jīng)常的外來(lái)擾動(dòng)等引起的偏差。但是，I動(dòng)作過(guò)強(qiáng)時(shí)，對(duì)快速變化偏差響應(yīng)遲緩。對(duì)有積分元件的負(fù)載系統(tǒng)可以單獨(dú)使用P動(dòng)作控制。 對(duì)于PID控制