基于三菱PLC控制的恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計

摘要本設(shè)計是專門對日常用水而設(shè)計的恒壓供水控制系統(tǒng)。根據(jù)國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀以及系統(tǒng)的控制要求，制定出了一套適合此系統(tǒng)的控制方案?？刂品桨钢?，硬件設(shè)計主要對可編程控制器〔PLC〕機型、變頻器機型以及電機泵組的機型做出了選擇，同時還對系統(tǒng)的輸入輸出點進行了規(guī)劃和分配。在軟件設(shè)計局部，針對控制要求畫出了系統(tǒng)的流程圖，并且還對每一局部的流程圖進行了功能的解釋，使讀者能更加輕松的了解整個系統(tǒng)的軟件設(shè)計情況。在此課題中，還采用了MCGS組態(tài)軟件，對控制系統(tǒng)進行監(jiān)視與模擬運行，很直觀的再現(xiàn)了現(xiàn)場的實際情況。最后，還對整個系統(tǒng)進行了運行調(diào)試，運行結(jié)果說明該系統(tǒng)具有水壓穩(wěn)定、硬件組成簡單、運行可靠和操作方便等優(yōu)點。關(guān)鍵詞：恒壓供水；可編程控制器；變頻器；組態(tài)軟件AbstractThisdesignisspeciallydesignedforwaterconstantpressurewatersupplycontrolsystem.Accordingtotherequirementsofthecurrentresearchathomeandabroadandthesystemcontrol,developasetofcontrolschemesuitableforthesystem.Inthecontrolscheme,thehardwaredesignismainlytotheprogrammablelogiccontroller(PLC)model,frequencyconverterandmotorpumpsetmodelmadeachoice,butalsoonthesysteminputandoutputpointsofplanningandallocation.Insoftwaredesignpart,accordingtodrawtheflowchartofthesystem,andtherequiredcontrolandflowchartofeverypartofthefunctionofexplanation,sothatreaderscanmoreeasilyunderstandthesoftwaredesignofthewholesystem.Inthistopic,alsoadoptedtheMCGSconfigurationsoftware,tomonitorandcontrolsystem’ssimulate,intuitivereproducetheactualsituationofthescene.Finally,thedebuggingofthewholesystemrunning,theresultsonthesurfaceofthesystemhasstablepressure,simplestructure,reliableoperationandconvenientoperation.Keywords:Constantpressurewatersupply；ProgrammablelogicController；Inverter；Configurationsoftware目錄摘要IAbstractII目錄III第一章緒論11.1本課題的目的及研究意義21.2恒壓供水系統(tǒng)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀21.3恒壓供水系統(tǒng)的控制要求3第二章恒壓供水控制系統(tǒng)方案論證42.1恒壓供水控制系統(tǒng)分析42.2恒壓供水控制方案比擬42.3供水方式與控制方案的選擇5第三章恒壓供水控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計63.1恒壓供水控制系統(tǒng)設(shè)備選型63.1.1PLC機型的選擇63.1.2變頻器機型的選擇63.1.3電動機機型的選擇83.1.4水泵機型的選擇83.2PLC輸入輸出接點分配93.3PLC中內(nèi)部觸點的分配93.4PLC輸入輸出接線原理圖設(shè)計93.5系統(tǒng)控制流程圖的設(shè)計11第四章恒壓供水系統(tǒng)程序設(shè)計134.1電機啟動的介紹說明134.1.1程序的準備與啟動134.1.2電動機工頻與變頻狀態(tài)切換的流程圖與梯形圖144.1.3七段速度切換的流程圖與梯形圖164.2工變頻電機的滿載與防負壓運行214.3電機過載報警21第五章MCGS組態(tài)軟件的簡介與運用225.1MCGS組態(tài)軟件簡介225.2MCGS組態(tài)軟件界面模型的建立235.3MCGS數(shù)據(jù)庫及設(shè)備窗口參數(shù)的建立245.3.1MCGS實時數(shù)據(jù)庫的建立245.3.2MCGS設(shè)備窗口參數(shù)的建立255.4恒壓供水系統(tǒng)的MCGS與PLC聯(lián)機調(diào)試27第六章控制系統(tǒng)程序的調(diào)試286.1系統(tǒng)運行調(diào)試286.2程序調(diào)試中出現(xiàn)的故障與解決方案29小結(jié)30致謝31參考文獻32附錄33附錄1PLC源程序清單33附錄2元器件清單38第一章緒論日常生活用水中水的品質(zhì)要求越來越高，同時變頻器也在不斷的開展中，恒壓變頻供水控制系統(tǒng)因為它保護環(huán)境、節(jié)約能源、使用方便等特點，已經(jīng)被廣泛應用在了高層的居民住宅和大局部的城市水網(wǎng)供水之中。恒壓變頻供水系統(tǒng)使用的是變頻調(diào)速，這是一種無極調(diào)速，整個系統(tǒng)通過水管中實時變化的水壓，來不斷反響給控制器，這些數(shù)據(jù)經(jīng)過處理之后，再反響給變頻器進行水壓的自動調(diào)節(jié)。當用水量發(fā)生劇烈變化時，整個系統(tǒng)能迅速作出反響，使整個水管中的水壓維持在一個相對穩(wěn)定的值，以到達居民的日常用水要求，恒壓變頻供水系統(tǒng)是當今社會中比擬先進和節(jié)能環(huán)保的供水系統(tǒng)。變頻器的內(nèi)置功能是十分強大的，如何更換的利用好它的功能，使其更簡潔方便的實現(xiàn)控制要求，對合理使用整個系統(tǒng)的設(shè)備、減少初期投入和后期維護的費用、保證設(shè)備已經(jīng)供水的質(zhì)量等有著重要意義。恒壓變頻供水系統(tǒng)如今已經(jīng)能適用于絕大局部的用水場合，并且相較于以往的供水方式，有諸多的優(yōu)點，因此選擇恒壓變頻的方式進行供水是非常好的。1.1本課題的目的及研究意義水，是我們生活中必須的自然資源。如今我國大局部地區(qū)水嚴重缺乏，節(jié)水已經(jīng)成為當今國家必須要做的一件事。在我國，飲用水和電能稀缺，長久以來在城市供水、高層住房供水、工業(yè)設(shè)備生產(chǎn)供水等方面水平一直比擬低下，自動化程度低。集中表現(xiàn)在用水頂峰期，水的供應量普遍低于使用量，出現(xiàn)管網(wǎng)壓力下降，出現(xiàn)供不應求的狀況，此時將會造成能源的浪費，同時還會使水管炸裂和用水設(shè)備的損壞。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計，風機和泵累負載大概占了我國年總耗電量的80%，這很大程度上與我國工作效率低下、控制方式落后的供水設(shè)備有關(guān)。相關(guān)信息顯示，目前水泵的效率不超過60%，大量的能量正在被浪費掉。因此，運用水泵供水節(jié)能技術(shù)，設(shè)計高可靠性、高運行效率的給水系統(tǒng)對于社會開展具有十分重要的現(xiàn)實意義。恒壓變頻供水系統(tǒng)自20世紀80年代以來，世界各國先后吧它變成工業(yè)應用，以顯示出其強大的競爭能力。使用該供水系統(tǒng)，可以實現(xiàn)明顯的節(jié)能效果，從而提高企業(yè)經(jīng)濟和社會效益，這在資源日益匱乏的今天顯得更加突出。因此，研究恒壓供水控制系統(tǒng)，對于提高供水能效，提高人民的生活狀況，減少能源消耗，具有十分重大的歷史意義。1.2恒壓供水系統(tǒng)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀隨著科學技術(shù)的推進，變頻調(diào)速技術(shù)的日益完備，以PLC來控制變頻器調(diào)速為核心的現(xiàn)代供水系統(tǒng)代替了曾經(jīng)的人工控制電機泵組的供水方式。早期，國外生產(chǎn)的變頻器頻率控制主要功能僅限于起重調(diào)速、電機正反轉(zhuǎn)控制、電機啟動和制動控制、VVVF比控制和許多保護功能。在恒壓供水控制系統(tǒng)的應用中，變頻器只作為執(zhí)行機構(gòu)。為了到達供水需求不一致大小時，保證管網(wǎng)水壓穩(wěn)定，要求在外部為變頻器提供壓力控制器和壓力繼電器，對壓力進行閉環(huán)控制?？傮w上看，我國電力拖動的科研水平和國際先進水平比，仍然差距較大。國內(nèi)幾乎所有的產(chǎn)品都是普通的V/f控制，僅有少量的樣機采用矢量控制，因此需要大量的從國外進口。所以研究變頻調(diào)速恒壓給水系統(tǒng)在學術(shù)界有很重要的意義。恒壓供水系統(tǒng)的控制要求(1)共有3臺水泵，按設(shè)計要求2臺運行，1臺備用，運行與備用10天輪換一次；(2)用水頂峰時，1臺工頻全速運行，1臺變頻運行；低谷時，只需1臺變頻運行；(3)3臺水泵分別由電動機M1、M2、M3拖動,而3臺電動機又分別由變頻接觸器KM1、KM3、KM5和工頻接觸器KM2、KM4、KM6控制如圖1-1所示:圖1-1主電路原理圖(4)電動機的轉(zhuǎn)速由變頻器的七段調(diào)速來控制，七段速度與變頻器的控制端子的對應關(guān)系如表1-1所示：表1-1七段速度與變頻器的控制端子的對應關(guān)系速度1234567接點RHRHRHRH接點RMRMRMRM接點RLRLRLRLHz15202530354045(5)變頻器的七段速度及變頻運行與工頻運行的轉(zhuǎn)換由水管壓力繼電器的壓力上下限觸點控制；(6)水泵投入工頻運行時，電動機的過載由熱繼電器保障，并有報警信號提示；(7)變頻器的有關(guān)參數(shù)自行設(shè)定；(8)實驗時KM1、KM3、KM5并聯(lián)接變頻器與電動機，KM2、KM4、KM6用指示燈代替；壓力繼電器的壓力上限接點與下限接點分別用按鈕來代替；運行與備用10天輪換一次改為30s輪換一次。第二章恒壓供水控制系統(tǒng)方案論證恒壓供水控制系統(tǒng)分析社會開展到現(xiàn)在，水的品質(zhì)越來越高，供水的方式也越來越節(jié)能和高效。如今，常見的供水方式有高位水箱供水、氣壓水罐供水〔無塔供水〕和變頻供水三種。首先，高位水箱供水方式受到水泵的揚程和樓層的高度的影響，頂層的住戶會出現(xiàn)水壓缺乏的現(xiàn)象，因此此方式有嚴重的缺乏之處，故已經(jīng)逐漸被淘汰。對于第二種無塔供水方式，它可以不受樓層高度影響，對各層用戶都實現(xiàn)恒壓供水，相對于第一種供水方式，已經(jīng)有很大的提高，但其也有缺點，其系統(tǒng)必須在變壓狀態(tài)下工作，要保持一定的“絕壓比〞，因此耗能較大。對于第三種恒壓變頻供水方式，它消除了水泵的富裕揚程以節(jié)省能耗，還充分利用了城市管網(wǎng)的余壓，更加擁有節(jié)能的成效。恒壓供水控制方案比擬〔1〕數(shù)字邏輯電路控制方式這類控制電路難以完成水泵機組全部軟啟動、全流量變頻調(diào)整，往往采用一臺電機穩(wěn)定于變頻運行，其余電機均為工頻狀況的形式。因此，控制精度不夠、電機泵組切換時水壓波動大、調(diào)試較繁瑣、工頻電機起動時有沖擊、抗干擾能力差，但其價格低廉?！?〕單片機控制方式這類控制方式比邏輯電路先進一些，但在應付不同水管、不同供水形式時，調(diào)試較復雜；附加功能時往往要對電路進行更改，浪費時間且不方便。電路的可靠性和抗干擾能力都不是特別好?！?〕繼電器控制方式繼電器是指當輸入量或鼓勵量，到達某些特定的狀態(tài)時，能在一個或多個電器輸出電路中產(chǎn)生突變的一種器件。如今繼電器已使用在日常及工業(yè)控制的各個領(lǐng)域，他們比以往的控制方式具有更高的可靠性。但是，這也隨之帶來了一些問題。如絕大多數(shù)控制繼電器都是長期消耗和疲勞工作條件下發(fā)生的，容易損壞。在滿載運行的情況下，大的繼電器將產(chǎn)生大量的熱及噪聲，同時也使用了巨額的電能。并且繼電器控制系統(tǒng)必須是人工接線、裝配，如果有簡單的變化，也需要花費巨額時間及人力和金錢去修正、安裝和調(diào)試。用繼電器控制的電泵現(xiàn)在顯然不能滿足高要求，一旦報廢，將很難維修?！?〕采用PLC來控制PLC是一種為“工業(yè)環(huán)境〞下而專門設(shè)計出來的計算機，它采用了嚴格的制造工藝，能夠防粉塵、防噪聲，并且在強烈的空間磁場干擾下或者變化劇烈的環(huán)境溫度下仍然能夠穩(wěn)定正常工作，故其具有非常大的運行可靠性。例如日本三菱設(shè)備公司制造的F系列PLC平均可靠運行時間高達30萬小時。同時相對于以為的單片機工業(yè)控制系統(tǒng)中，使用PLC控制具有更大的靈活性，并且控制功能完善，安裝接線簡單等諸多特點，在工業(yè)控制中取得了非常廣泛的應用。從PLC的外部接線來說，使用PLC組成的恒壓供水控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關(guān)接點已減少到非常小的地步，發(fā)生故障的情況也就大大減少[10]。供水方式與控制方案的選擇因為另外兩種供水方式較第三種方式有明顯的缺乏之處，因此，此課題選用“恒壓變頻〞的方式來進行設(shè)計。本課題的恒壓供水控制系統(tǒng)應根據(jù)供水過程中的各種控制信號和當時的運行狀態(tài)，根據(jù)省時、高效的原那么，自動進行綜合分析，確定下一個工作狀態(tài)。為此，控制系統(tǒng)要求共有3臺水泵，要求2臺運行，1臺備用，運行與備用10天輪換一次；用水頂峰時，1臺工頻全速運行，1臺變頻運行；用水低谷時，只需1臺變頻運行；主控運行過程是，恒壓供水的PLC控制系統(tǒng)啟動，第一個周期內(nèi)1#電機工頻運行，2#電機變頻運行，3#電機備用。PLC根據(jù)水壓上下限觸點的導通情況，來實現(xiàn)變頻電機的7段速度的選擇，每當水壓下限來臨，變頻器的頻率輸出增加，直至工頻電機與變頻電機滿負載運行。當?shù)诙€周期來臨，2#電機工頻運行，3#電機變頻運行，1#備用，工作狀態(tài)同上；以此類推，第三個周期3#電機工頻運行，1#電機變頻運行，2#備用。三個狀態(tài)的完成，周期為1個月，下一個月來臨時，重復上述步驟。根據(jù)上述過程，我們在此時選擇第4種方案—采用PLC來控制。PLC控制方式比其他三種控制方式更加穩(wěn)定可靠，價格廉價，結(jié)構(gòu)簡單，且可根據(jù)實際情況輕松的改變PLC的程序。因此，我們選擇以PLC為控制器的方案來實現(xiàn)此課題。第三章恒壓供水控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計恒壓供水控制系統(tǒng)設(shè)備選型3.1.1PLC機型的選擇由控制要求可知，本設(shè)計共有7個輸入點、11個輸出點，I/O實際需18點。為今后工藝改良與功能擴充留有余地，在實際統(tǒng)計I/O點數(shù)根底上，一般加10-20％余量，再考慮PLC產(chǎn)品本身規(guī)格[1]，選擇FX2N-48MR-001型PLC，其I/O總點數(shù)為48點，即輸入與輸出各有24個接點，與其它PLC的比擬，三菱PLC編程直觀易懂，學習起來輕松，并且其指令集豐富，并且相對于其他的PLC產(chǎn)品，三菱的產(chǎn)品價格有一定的優(yōu)勢，應選用此型號的PLC控制器[2]。三菱FX2N-48MR型PLC實物圖如圖3-1所示。圖3-1FX2N--48MR型PLC實物圖變頻器機型的選擇在交流異步電動機的諸多變速方式中，變頻調(diào)速的性能優(yōu)異，調(diào)速范圍廣，靜態(tài)穩(wěn)定性優(yōu)異，運行效率高；使用通用變頻器對籠型異步電動機進行調(diào)速控制，由于使用方便、可靠性高，并且經(jīng)濟效益顯著，得到了大量的推廣[3]。變頻器選擇中，應按電動機的額定功率及額定電流、額定電壓綜合考慮，合理選擇變頻器的參數(shù)，與用電設(shè)備配套。由于變頻器產(chǎn)生的高階級波動的影響，對補償電容的影響較大，在選擇電容器時需選擇帶電抗器的電容器，最好使用帶消諧裝置的電容器組[8]。恒壓供水系統(tǒng)控制的參數(shù)不多，但仍需綜合各種信息綜合確定控制模型，變頻裝置應充分考慮與其它控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)和信息傳遞地能力，以便更好觀察變頻器的各種狀態(tài)及更合理的控制，充分展現(xiàn)各種裝置在同一系統(tǒng)中現(xiàn)實應用的潛力，到達動態(tài)、互補、可靠運行的目的[9]。變頻器組裝及接線中，應嚴格依據(jù)產(chǎn)品安裝使用手冊實施，各種輔助方式，如裝置環(huán)境條件確實保，接地平安措施都該預留到位，否那么會直接減少變頻器的使用壽命和效率，還會造成對其它系統(tǒng)干擾情況。特別是環(huán)境溫度的變化，尤為重要，變頻器發(fā)熱量龐大，安裝在柜內(nèi)時要考慮散熱的情況，必要時需增設(shè)通風裝置，對大功率變頻器尤為重要[3]。變頻器是變頻調(diào)速系統(tǒng)控制執(zhí)行機構(gòu)的硬件，通過頻率的改變實現(xiàn)對電動機轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。變頻器的選擇必頒根據(jù)電動機的功率和電流進行選擇。此設(shè)計采用的是三菱的型號的變頻器，其具有先進的磁通矢量控制功能、強大的擴展能力、簡單的操作及維護等。相較于其他品牌的變頻器，三菱的產(chǎn)品價格具有一定的優(yōu)勢，且在穩(wěn)定性上，更加得到廣闊用戶的肯定，故此課題選用該型號的變頻器。變頻器實物圖如圖3-2所示。圖3-2變頻器實物圖電動機機型的選擇異步電機主要用作電動機，其功率范圍從幾瓦到上萬千瓦，是日常生活中應用最廣泛的電動機，為多種機械設(shè)備提供動力，例如機床，中下型軋鋼設(shè)備、風機、水泵等，都采用三相異步電動機拖動。異步電動機被廣泛應用，是由于它結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、本錢和價格低、鞏固耐用、運行可靠、運行效率較高并有適用于多種機械負載的工作特性。缺點是需要從電網(wǎng)吸收滯后的無功功率，功率因數(shù)總小于1。本課題中采用Y90L-2型號的電動機，此型號的電動機，使用的功率為，匹配變頻器，剛好適用[5]，電動機的實物圖如圖3-3所示。圖3-3電動機的實物圖水泵機型的選擇在水泵方面，必須要考慮以下幾個因素，①流量；②揚程；③管道系統(tǒng)的壓力差〔揚程的損失〕；④管道系統(tǒng)的數(shù)據(jù)等。綜上考慮，此課題采用IS50-32-160A型號的水泵進行供水，，揚程H=，故此型號的水泵已經(jīng)可以滿足一般供水的要求[6]，水泵的實物圖如圖3-4所示。圖3-4水泵的實物圖PLC輸入輸出接點分配根據(jù)恒壓供水控制模型的輸入/輸出信號，分配FX2N—48MR型PLC輸入/輸出接點共為18個，I/O分配如表3-1[4]。表3-1PLC輸入輸出分配表輸入端子功能輸出端子功能輸出端子功能X0啟動按鈕Y0STF信號Y10KM5X1水壓下限開關(guān)Y1RH信號Y11KM6X2水壓上限開關(guān)Y2RM信號Y12FR報警燈X5停止Y3RL信號X6~X7FR1~FR2Y4~Y7KM1~KM4X10FR33.3PLC中內(nèi)部觸點的分配整個系統(tǒng)中，我一共使用到了10個輔助繼電器M，2個定時器T，1個數(shù)據(jù)存放器D和3個計數(shù)器C。PLC內(nèi)部的每一個觸點的功能都見表3-2所示。表3-2PLC系統(tǒng)內(nèi)部觸點分配觸點功能觸點功能輔助繼電器M115Hz變頻啟動輔助繼電器M200啟開工頻電機輔助繼電器M220Hz變頻啟動輔助繼電器M8013系統(tǒng)內(nèi)部秒震蕩輔助繼電器M325Hz變頻啟動定時器T10水壓下限保持用定時器輔助繼電器M430Hz變頻啟動定時器T11水壓上限保持用定時器輔助繼電器M535Hz變頻啟動數(shù)據(jù)存放器D0水壓變頻數(shù)據(jù)保存輔助繼電器M640Hz變頻啟動計數(shù)器C1第1組電機運行時間輔助繼電器M745Hz變頻啟動計數(shù)器C2第2組電機運行時間輔助繼電器M100關(guān)閉工頻電機計數(shù)器C3第3組電機運行時間3.4PLC輸入輸出接線原理圖設(shè)計恒壓供水控制系統(tǒng)的PLC電氣控制系統(tǒng)接線原理圖設(shè)計如圖3-5所示。PLC的7個輸入點分別接收水壓上限與水壓下限的信號,1個啟動按鈕和1個停止按鈕的信號；PLC的11個輸出點中，Y001-Y003輸出驅(qū)動變頻器的正轉(zhuǎn)與調(diào)速觸點，Y004-Y011分別驅(qū)動6個電機的接觸器，Y012輸出驅(qū)動報警顯示燈[2]。圖3-5恒壓供水控制系統(tǒng)接線圖實際模擬控制系統(tǒng)接線圖如圖3-6所示。圖3-6實際模擬控制系統(tǒng)接線圖3.5系統(tǒng)控制流程圖的設(shè)計根據(jù)控制要求畫出的控制流程圖如圖3-5所示。圖3-5恒壓供水控制系統(tǒng)流程圖簡要說明一下恒壓供水的主要操作步驟：〔1〕通電后，首先按下復位按鈕SB2，之后按下啟動按鈕SB1系統(tǒng)在按下SB1后，電機開始運行，且每10天為一個短周期，每30天為一個大周期，循環(huán)往復?！?〕電機運行狀態(tài)切換每個小周期里，有1臺電機工頻運行，1臺電機變頻運行，1臺電機備用，且每10天為一個短周期，每30天為一個大周期，循環(huán)往復?！?〕變頻運行每當水壓下限信號到來，15Hz升為20Hz運行；20Hz升為25Hz運行；25Hz升為30Hz運行；30Hz升為35Hz運行；35Hz升為40Hz運行；40Hz升為45Hz運行。當45Hz時，水壓任缺乏，就必須啟開工頻電機，以此實現(xiàn)更大的水壓供應。第四章恒壓供水系統(tǒng)程序設(shè)計電機啟動的介紹說明程序的準備與啟動啟動與停止復位功能局部流程圖見圖4-1。圖4-1啟保停、復位流程圖當啟動按鈕按下時，X000閉合，此時數(shù)據(jù)存放器D0中被送入數(shù)據(jù)1，并且輔助繼電器M0閉合且自鎖，正轉(zhuǎn)信號Y000導通。當停止按鈕按下時，X005常閉觸電斷開，系統(tǒng)停止工作，X005常開觸點閉合，將C0~C2、D0中的內(nèi)容清零復位[1]。啟動、保持與停止復位功能局部程序見圖4-2與圖4-3。圖4-2恒壓供水啟動與保持梯形圖程序圖4-3恒壓供水停止與復位梯形圖程序電動機工頻與變頻狀態(tài)切換的流程圖與梯形圖三組電機30天內(nèi)周期運行的流程圖見圖4-4。圖4-4電機運行狀態(tài)流程圖由第二章第1節(jié)中給出的電氣原理圖，我們可知KM1，KM2帶動1#電機運行；KM3，KM4帶動2#電機運行；KM5,KM6帶動3#電機運行。當?shù)谝粋€10天時，1#電機工頻運行，2#電機變頻運行，故驅(qū)動Y004與Y007即可實現(xiàn)控制要求。同理，第二個10天時，驅(qū)動Y006和Y011可以實現(xiàn)控制要求。第三個10天時，驅(qū)動Y010與Y005可以實現(xiàn)控制要求?？刂埔笾?，一個完整周期為30天，由于模擬不需要如此長的時間，故在程序中縮短了每個轉(zhuǎn)換的時間，每個轉(zhuǎn)換時間為20秒，這樣既能實現(xiàn)控制要求，又大大縮減了運行時間，使模擬運行效率得到大大提高。三組電機30天周期模擬運行的程序見圖4-5。圖4-5電機運行狀態(tài)梯形圖程序七段速度切換的流程圖與梯形圖電機在變頻運行與切換時的流程圖見圖4-6。圖4-6電機變頻運行與切換流程圖當水壓下限到達時，X001閉合，即水壓缺乏，需要提高水壓，此時需要變頻調(diào)速，將電泵的轉(zhuǎn)速提高，從而增加水壓。故程序中，X001閉合，使得存放器D0中的數(shù)據(jù)加1；同理，當水壓不再需要那么大時，就需要降低水壓，此時X002閉合，使存放器D0中數(shù)據(jù)減1。程序見圖4-7。圖4-7水壓上下限梯形圖程序同時將數(shù)據(jù)存放器D0中的數(shù)據(jù)與數(shù)字1-7〔1-7分別代表7段速度〕比擬，由此可得：〔1〕當D0=1時，M1閉合，此時變頻器的調(diào)速設(shè)置為15Hz；〔2〕當D0=2時，M2閉合，此時變頻器的調(diào)速設(shè)置為20Hz；〔3〕當D0=3時，M3閉合，此時變頻器的調(diào)速設(shè)置為25Hz；〔4〕當D0=4時，M4閉合，此時變頻器的調(diào)速設(shè)置為30Hz；〔5〕當D0=5時，M5閉合，此時變頻器的調(diào)速設(shè)置為35Hz；〔6〕當D0=6時，M6閉合，此時變頻器的調(diào)速設(shè)置為40Hz；〔7〕當D0=7時，M7閉合，此時變頻器的調(diào)速設(shè)置為45Hz。M1~M7為自己設(shè)置的輔助繼電器，實際變頻器是無法識別的，必須用這些輔助繼電器來驅(qū)動Y001、Y002和Y003所接的變頻器的RH、RM和RL觸點來實現(xiàn)變頻調(diào)速。Y001表示RH信號，由M1、M5、M6和M7驅(qū)動；Y002表示RM信號，由M2、M4、M6和M7驅(qū)動；Y003表示RL信號，由M3、M4、M5和M7驅(qū)動，各個驅(qū)動情況如圖4-8所示。圖4-8輔助繼電器驅(qū)動變頻器梯形圖當D0>7時，M200閉合，此時說明光一臺變頻的電泵已缺乏以完成提高水壓的要求，故閉合M200，啟動處于待機狀態(tài)的工頻電泵〔分別由接觸器KM1，KM3和KM5導通啟動〕，然后繼續(xù)增壓。當D0<1時，M100閉合，此時說明已經(jīng)不需要工頻電泵，故關(guān)閉工頻電泵，只由變頻的電泵來給水增壓。見圖4-9與圖4-10。圖4-9工頻電機啟動與關(guān)閉梯形圖程序1圖4-10工頻電機啟動與關(guān)閉梯形圖程序2工變頻電機的滿載與防負壓運行當一個周期內(nèi)的工頻電機與變頻電機全部都在運行時，且此時的變頻電機已經(jīng)處于45Hz的滿頻狀態(tài)，這個時候，變頻電機必須一直以此速度運行，并不能減速。故設(shè)定輔助繼電器M150在滿載時，限制水壓下限信號的再次觸發(fā)，以此實現(xiàn)持續(xù)滿載運行，否那么變頻電機將處于持續(xù)的加速減速中，運行不可靠且不和要求。同時設(shè)定輔助繼電器M250為負壓保護控制，當用水低谷時，如果用戶使用的水壓非常低時，即使以1臺變頻電機在15Hz運行的時候，都已經(jīng)滿足，這時候任然不能將電機都關(guān)閉，所以設(shè)定M250，防止負壓的出現(xiàn)[7]，程序見圖4-11。圖4-11恒壓供水系統(tǒng)過載與防負壓運行梯形圖程序電機過載報警此工程設(shè)計中一共有三臺電機組，每臺電機都有熱繼電器FR，即有FR1〔X006〕，F(xiàn)R2(X007)和FR3(X008)。當某個熱繼電器因為過載而損壞時，電時機停止運行，且PLC會接收到熱繼電器的信號，常閉觸電斷開，驅(qū)動Y012線圈報警[5]，見圖4-12。圖4-12電機過載報警梯形圖程序第五章MCGS組態(tài)軟件的簡介與運用5.1MCGS組態(tài)軟件簡介MCGS是由北京昆侖通態(tài)自動化軟件科技研發(fā)，全稱為MonitorandControlGeneratedSystem，中文名為“通用監(jiān)控系統(tǒng)〞。它是一套基于Microsoft的，用于快速構(gòu)造和生成上位機監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件，可運行于MicrosoftWindows95/98/Me/NT/2000等操作系統(tǒng)，目前在win7上也已經(jīng)可以兼容運行。其具有功能完善、操作簡便、可視性好、可維護性強的突出特點。通過與其他相關(guān)的硬件設(shè)備結(jié)合，可以快速、方便的開發(fā)各種用于現(xiàn)場采集、數(shù)據(jù)處理和控制的設(shè)備。用戶只需要通過簡單的模塊化組態(tài)就可構(gòu)造自己的應用系統(tǒng)，如可以靈活組態(tài)各種智能儀表、數(shù)據(jù)采集模塊，無紙記錄儀、無人值守的現(xiàn)場采集站、人機界面等專用設(shè)備。MCGS為客戶提供了解決實際工程問題的完整方案和開發(fā)平臺，能夠完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、實時和歷史數(shù)據(jù)處理、警報和平安機制、流程控制、動畫顯示、趨勢曲線和報表輸出以及企業(yè)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)等功能。它充分利用了Windows圖形功能完備、界面一致性好、易學易用的特點，比以往使用專用機開發(fā)的工業(yè)控制系統(tǒng)更具有通用性，在自動化領(lǐng)域有著更廣泛的應用。MCGS的主要和根本功能如下：〔1〕簡單的可視化操作界面〔2〕實時性好、優(yōu)秀的并行處理能力〔3〕豐富、形象的多媒體動畫〔4〕開放式結(jié)構(gòu)，強大的數(shù)據(jù)獲取和處理能力〔5〕強大的平安機制〔6〕穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)功能〔7〕多樣化的報警功能〔8〕課擴展多種硬件設(shè)備，實現(xiàn)“設(shè)備無關(guān)〞〔9〕控制簡單復雜的運行流程〔10〕用數(shù)據(jù)庫來控制數(shù)據(jù)存儲，系統(tǒng)穩(wěn)定性高〔11〕設(shè)立對象元件庫，組態(tài)工作輕易方便5.2MCGS組態(tài)軟件界面模型的建立MCGS中有豐富的圖片資源與零器件資源，我們可以自由的拖拉其中的資源到“用戶窗口〞中進行繪制，并調(diào)整到適當?shù)拇笮?。同時，還可以使用自己想用的圖片，用其內(nèi)部的“位圖〞功能，進行圖片自定義，調(diào)節(jié)起來相當簡單。此課題中，設(shè)計的是恒壓供水控制系統(tǒng)，需要顯示的有：三臺電機組、變頻器速度顯示、電機運行狀態(tài)監(jiān)視、啟動與停止按鈕以及水壓限制開關(guān)的模擬測試按鈕。本人繪制的模擬界面中，使用LED等的亮滅來表示此時變頻器正處于的速度狀態(tài)；電機運行狀態(tài)的監(jiān)視是通過界面中右側(cè)的框圖閃爍來表示當前電機組的運行情況及切換狀況，恒壓供水控制系統(tǒng)模擬界面如圖5-1所示。圖5-1恒壓供水系統(tǒng)MCGS與PLC交互界面5.3MCGS數(shù)據(jù)庫及設(shè)備窗口參數(shù)的建立MCGS實時數(shù)據(jù)庫的建立MCGS中的“實時數(shù)據(jù)庫〞是工程各個局部的數(shù)據(jù)交換與處理中心，它將MCGS工程的各個局部連接成有機的整體。在本窗口內(nèi)定義不同類型和名稱的變量，作為數(shù)據(jù)采集、處理、輸出控制、動畫連接以及設(shè)備驅(qū)動的對象。本課題的“實時數(shù)據(jù)庫〞參數(shù)全部為開關(guān)量。實時數(shù)據(jù)庫為用戶分步組態(tài)提供極大方便。MCGS嵌入版由主控窗口、設(shè)備窗口、用戶窗口、實時數(shù)據(jù)庫和運行策略五個局部構(gòu)成，其中實時數(shù)據(jù)庫是一個數(shù)據(jù)處理中心，是系統(tǒng)各個局部及其各種功能性構(gòu)件的公用數(shù)據(jù)區(qū)，是整個系統(tǒng)的核心。各個部件獨立地向?qū)崟r數(shù)據(jù)庫輸入和輸出數(shù)據(jù)，并完成自己的過失控制。在生成用戶應用系統(tǒng)時，每一局部均可分別進行組態(tài)配置，獨立建造，互不相干?！皩崟r數(shù)據(jù)庫〞的建立如圖5-2所示。圖5-2MCGS實時數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的建立MCGS設(shè)備窗口參數(shù)的建立MCGS中的“設(shè)備窗口〞是連接和驅(qū)動外部設(shè)備的工作環(huán)境。在本窗口內(nèi)配置數(shù)據(jù)采集與控制輸出設(shè)備，注冊設(shè)備驅(qū)動，定義連接與驅(qū)動設(shè)備用的數(shù)據(jù)變量。簡而言之，這個窗口中的參數(shù)是用來與PLC參數(shù)進行實時交互的，進行對PLC的模擬控制。對于設(shè)備編輯窗口，有幾點要重要說明一下：由于在此窗口中，當在“通道名稱〞中使用X通道時，只允許讀取數(shù)據(jù)，不能夠?qū)懭?，故無法完成控制要求，所以此處我采用輔助繼電器M20~M23來分別代替X001、X005、X003以及X002，同時，PLC梯形圖程序中也需要更改，這樣才能實現(xiàn)控制要求，如果不進行修改，將會出現(xiàn)的情況是模擬監(jiān)控界面無法實現(xiàn)模擬控制，如果需要模擬運行，就必須得對輸入觸點進行更改。參數(shù)設(shè)置如圖5-3所示，更改后的局部梯形圖程序如圖5-4所示。圖5-3MCGS設(shè)備窗口數(shù)據(jù)建立圖5-4恒壓供水系統(tǒng)更改后的局部梯形圖程序5.4恒壓供水系統(tǒng)的MCGS與PLC聯(lián)機調(diào)試在圖5-1所示的恒壓供水系統(tǒng)MCGS與PLC交互界面中，左半邊為運行監(jiān)控與運行控制的界面；右半邊為變頻速度與電機組運行狀況的監(jiān)控，此界面比擬直觀的顯示出了電機的運行狀態(tài)和變頻器的頻率輸出情況，且能直觀的看出電機組運行的情況，并且水壓上下限的按鈕也集成在界面中，用于模擬水壓的情況，并且經(jīng)過調(diào)試，此界面能夠較好的監(jiān)視運行狀況。下面簡要介紹一下聯(lián)機調(diào)試下的監(jiān)控運行情況：〔1〕按下啟動按鈕時，2#電機開始變頻運行，頻率為15Hz；〔2〕當水壓下限到來，變頻器輸出頻率增加，一直到45Hz時，如果水壓任不夠，這時候1#電機啟動，進行工頻運行，同時2#電機變?yōu)?5Hz變頻運行；〔3〕當電機的熱繼電器出現(xiàn)故障時，界面中的過載報警指示燈開始閃爍報警，這時候電機停止工作，需要進行檢修；〔4〕當按下停止與復位按鈕時，3臺電機停止工作，變頻器被關(guān)閉。前四個操作的監(jiān)控情況可在圖5-5所示的界面中實現(xiàn)控制與監(jiān)察。圖5-5狀況監(jiān)視與控制報警界面〔5〕此時，為第一個運行周期，故在交互界面中，右半邊的“1#電機工頻運行，2#電機變頻運行，運行時間10天〞框圖進行閃爍，提示電機組的運行方式，假設(shè)進入第2個周期時，第2個框圖閃爍，以此類推，循環(huán)往復。電機運行狀態(tài)監(jiān)視界面如圖5-6所示。圖5-6電機運行狀態(tài)監(jiān)視界面第六章控制系統(tǒng)程序的調(diào)試6.1系統(tǒng)運行調(diào)試〔1〕PLC外部電氣線路的初始檢查PLC外圍電氣線路的接線，在接線中細心加耐心，特別要注意的是：①電源端子不能接錯，②直流輸入端不能與電源端子之間發(fā)生短路連接,③輸出導線之間要有短路保護，否那么會嚴重地損壞PLC。因此,在接通電源之前，我們必須仔細檢查電源、接地及輸入/輸出接線的情況；在斷開電源情況下，可用萬用表檢測PLC的絕緣電阻。例如，可斷開PLC的輸入/輸出接線端和電源端，并通過各接線端和接地端中的公共點進行測試等?！?〕程序的校驗、讀/寫、執(zhí)行和修改PLC設(shè)備與上位計算機連接好后就能夠接通電源，在電腦上使用GX-Developer編程軟件編好的恒壓供水系統(tǒng)控制程序，可進行修改、檢驗，確定無語法等錯誤后，點擊編程軟件中“在線〞，之后再點擊“PLC寫入〞，這一步是將上位機中的程序?qū)懭氲絇LC中，讓PLC執(zhí)行我們想要的動作，所以這實際上是程序的模擬運行，假設(shè)有控制錯誤，可點擊“監(jiān)視模式〞，觀察程序的哪個過程不符合邏輯，或者運行出錯，然后再點擊“寫入模式〞，重新對程序進行修改編譯，直至程序能夠完整的實現(xiàn)控制要求?！?〕系統(tǒng)運行及調(diào)試由于我在此課題中使用了MCGS組態(tài)軟件，能夠更加直觀的變現(xiàn)出運行的狀況，故此處我可以講系統(tǒng)的運行步驟總結(jié)為以下幾個步驟：PLC控制系統(tǒng)接通電源；將計算機中調(diào)試正確的程序?qū)懭氲絇LC中，并執(zhí)行；將MCGS軟件翻開，并下載，模擬運行；通過點擊電腦屏幕中，MCGS的運行界面里對應開關(guān)發(fā)出輸入控制信號,按控制要求一步一步地觀察是否有相應動作的輸出信號，假設(shè)對應的輸出信號有輸出，對應的指示燈亮，且在電腦屏幕中直觀的顯示出電機的運行狀態(tài)；假設(shè)無信號指示，要檢查程序中對應的輸出線圈是否接通，或者MCGS的參數(shù)是否設(shè)定正確，假設(shè)不通，繼續(xù)進行修改，假設(shè)該線圈已接通，應檢查驅(qū)動的指示燈是否完好；假設(shè)參數(shù)設(shè)定錯誤，必須立刻將參數(shù)重新設(shè)定，之后再將其重新下載并運行。6.2程序調(diào)試中出現(xiàn)的故障與解決方案在編寫此課題的程序中與修改程序時，我也遇到了非常多的問題，經(jīng)過我一段時間的思考和與他人的探討，最終解決了絕大局部的問題，但是仍有少量問題需要在以后的學習中繼續(xù)得到解決。在此，我先列出我覺得非常突出的問題與解決方法。故障1：水壓上下限觸點連續(xù)觸發(fā)答：在初次編寫程序的時候，我模擬了水在觸發(fā)水壓上下限開關(guān)的時候就會導通一次，并發(fā)送信號給PLC，以此來對變頻電機進行調(diào)速。但是后來我發(fā)現(xiàn)，如果水壓一直缺乏的時候，水壓上下限只能觸發(fā)一次，在實際情況中，這是不符合邏輯的，實際情況為：水壓持續(xù)缺乏時，水壓上下限會持續(xù)導通，直到水壓足夠時，才會停止水壓的變化。因為此問題，我考慮了幾種方法，最終，我使用了參加定時器的方法，在水壓連續(xù)觸發(fā)該觸點時，由每段持續(xù)中的定時器來定時斷開一次此程序，之后再閉合，能夠?qū)掖斡|發(fā)導通，到此，我根本算是完美的解決了這一個問題。故障2：過載保護時，變頻器仍在運行中答：這是一個在導師查驗時，才發(fā)現(xiàn)的一個小毛病。當我將熱繼電器的模擬開關(guān)閉合時，這個時候應該出現(xiàn)的情況是電機停止運行，變頻器也停止運行，可是在當時的情況卻是電機停止了運行，變頻器仍然在運行中，當水壓變化時，變頻器一直在不斷的跳動，可以想象，如果這是在實際情況中發(fā)生的錯誤，那么變頻器的壽命肯定會大大的縮減。這個故障可以通過將熱繼電器的常閉觸點串在觸發(fā)變頻器的那些程序信號中，這樣熱繼電器閉合時，常閉觸點就會斷開，此時變頻器也就無法觸發(fā)了。小結(jié)為期幾個月的畢業(yè)設(shè)計終于接近了尾聲，這個過程想起來都讓我難以忘懷，期間各種探討、學習、自己制作，還有不斷的查閱資料，全部的一切，都是為了更好的完成這次的畢業(yè)設(shè)計。終于，檢驗的一天快要來臨了，我心懷忐忑，但是我非常的自信，我認為我做的非常的好，過程中我投入了非常多，花費了大量的精力來完成它，每天按時去實驗室編寫校驗程序，拍攝視頻，即使是在制作的末期，我們大家都還另外學習了MCGS組態(tài)軟件，并且大局部