1、目录1 绪论 .11.1 背景和意义 .11.2 主要内容 .2第二章 PLC 简介 .42.1 PLC 的定义 .42.2 PLC 的应用领域 .42.3 PLC 的编程语言 .5第三章 系统的硬件设计 .63.1 系统主要设备的选型 .63.2 基础组成 .12第四章 系统主电路分析及其设计 .143.3 系统控制电路分析及其设计 .153.4 PLC 的 I/O 端口分配及外围接线图 .164 系统的软件设计 .204.1 系统软件设计分析 .204.1.1 控制系统主程序设计 .204.2.2 控制系统子程序设计 .244.3 PID 控制器参数整定 .284.3.1 PID 控制及其
2、控制算法 .28结束语 .31程序请咨询3165787171本设计是以小区供水系统为控制对象，采用 PLC 和变频技术相结合技术，设计一套城市小区恒压供水系统，并引用计算机对供水系统进行远程监控和管理保证整个系统运行可靠，安全节能，获得最佳的运行工况。PLC 控制变频恒压供水系统主要有变频器、可编程控制器、压力变送器和现场的水泵机组一起组成一个完整的闭环调节系统，本设计中有 3 个贮水池，3 台水泵，采用部分流量调节方法，即 3 台水泵中只有 1 台水泵在变频器控制下作变速运行，其余水泵做恒速运行。PLC 根据管网压力自动控制各个水泵之间切换，并根据压力检测值和给定值之间偏差进行 PID运算，
3、输出给变频器控制其输出频率，调节流量，使供水管网压力恒定。各水泵切换遵循先起先停、先停先起原则。关键词：变频调速，恒压供水，PLC，,电机11 绪论1.1 背景和意义水和电是人类生活、生产中不可缺少的重要物质，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源短缺的国家，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较落后，自动化程度较低，而随着我国社会经济的发展，人们生活水平的不断提高，以及住房制度改革的不断深入，城市中各类小区建设发展十分迅速，同时也对小区的基础设施建设提出了更高的要求。小区供水系统的建设是其中的一个重要方面，供水的可靠性、稳定性、经济性直接影
4、响到小区住户的正常工作和生活，也直接体现了小区物业管理水平的高低。传统的供水方式普遍不同程度的存在浪费水力、电力资源；效率低；可靠性差；自动化程度不高等缺点，严重影响了居民的用水和工业系统中的用水。目前的供水方式朝向高效节能、自动可靠的方向发展，变频调速技术以其显着的节能效果和稳定可靠的控制方式，在风机、水泵、空气压缩机、制冷压缩机等高能耗设备上广泛应用，特别是在城乡工业用水的各级加压系统，居民生活用水的恒压供水系统中，变频调速水泵节能效果尤为突出，其优越性表现在：一是节能显著；二是在开、停机时能减小电流对电网的冲击以及供水水压对管网系统的冲击；三是能减小水泵、电机自身的机械冲击损耗 2。基于
5、 PLC 和变频技术的恒压供水系统集变频技术、电气技术、现代控制技术于一体。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，同时系统具有良好的节能性，这在能源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。21.2 主要内容本设计是以小区供水系统为控制对象，采用 PLC 和变频技术相结合技术，设计一套城市小区恒压供水系统，并引用计算机对供水系统进行远程监控和管理保证整个系统运行可靠，安全节能，获得最佳的运行工况。PLC 控制变频恒压供水系统主要有变频器、可编程控制器、压力变送器和现场的水泵机组一起组成一个完整的闭环调节系统，
6、本设计中有 3 个贮水池，3 台水泵，采用部分流量调节方法，即 3 台水泵中只有 1 台水泵在变频器控制下作变速运行，其余水泵做恒速运行。PLC 根据管网压力自动控制各个水泵之间切换，并根据压力检测值和给定值之间偏差进行 PID运算，输出给变频器控制其输出频率，调节流量，使供水管网压力恒定。各水泵切换遵循先起先停、先停先起原则。根据以上控制要求，进行系统总体控制方案设计。硬件设备选型、PLC 选型，估算所需 I/O 点数，进行 I/O 模块选型，绘制系统硬件连接图：包括系统硬件配置图、I/O 连接图，分配 I/O 点数，列出 I/O 分配表，熟练使用相关软件，设计梯形图控制程序，对程序进行调试
7、和修改并设计监控系统。3第二章 PLC 简介2.1 PLC 的定义PLC 是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC 及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。2.2 PLC 的应用领域目前，PLC 在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类：（1）开关量的逻辑控制这是
8、 PLC 最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。（2）模拟量控制在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的 A/D 转换及 D/A 转换。PLC 厂家都生产配套的 A/D 和 D/A 转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。（3）运动控制PLC 可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期
9、直接用于开关量 I/O 模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要 PLC 厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。（4）过程控制过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC 能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID 调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型 PLC 都有 PID 模块，目前许多小型 PLC 也具有此功能模块。PID 处理一般是运行专用的 PID 子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛
10、的应4用。（5）数据处理现代 PLC 具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算） 、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。（6）通信及联网PLC 通信含 PLC 间的通信及 PLC 与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各 PLC 厂商都十分重视 PLC的通信功能，纷纷推出各自的网
11、络系统。新近生产的 PLC 都具有通信接口，通信非常方便。2.3 PLC 的编程语言编程语言是 PLC 的重要组成部分，PLC 为用户提供了完整的编程语言，以适应用户编程的需要。利用编程语言，按照不同的控制要求编写不同的控制程序，这相当于设计和改变几点起的硬件接线线路，这就是所谓的4“可编程序” 。程序由编程器送到 PLC 内部的存储器中，它也能方便地读出、检查与修改。PLC 共有 5 种标准编程语言，其中有三种图形语言，即梯形图、功能块图，和顺序功能图，两种文本语言，即结构化文本和指令表。其中梯形图是最早使用的一种 PLC 语言，也是现在最常用的编程语言。它是从继电气控制系统原理图的基础上演
12、变而来的，它继承了继电气控制系统中的基本工作原理和电器逻辑关系的表达方法，梯形图预计电气控制系统梯形图的基本思想是一致的，只是在使用符号和表达方式上有一定区别，所以在逻辑控制系统中得到了广泛的使用。它的最大特点就是直观、清晰。山东科技大学学士学位论文 系统的硬件设计5第三章 系统的硬件设计3.1 系统主要设备的选型根据基于 PLC 的变频恒压供水系统的原理，系统的电气控制总框图如图 3.1 所示：A / D 模块 可编程控制器 ( P L C ) 通讯模块压力变送器故障 、 状态等量输入报警 、 控制等量输出人机界面上位机 、组态等变频器水泵机组软启动 、 自耦变压器图 3.1 系统的电气控制
13、总框图由以上系统电气总框图可以看出,该系统的主要硬件设备应包括以下几部分：(1) PLC 及其扩展模块、(2) 变频器、(3) 水泵机组、(4) 压力变送器、(5) 液位变送器。主要设备选型如表 3.1 所示：三菱 PLCFX2n 系列是 FX 系列 PLC 家族中最先进的系列。由于 FX2n 系列具备如下特点：最大范围的包容了标准特点、程式执行更快、全面补充了通信功能、适合世界各国不同的电源以及满足单个需要的大量特殊功能模块，它可以为你的工厂自动化应用提供最大的灵活性和控制能力。 型号 点数选择 报价FX2N-80MR-D输入点：40，40点继电器输出(直流供电) 7030FX2N-64MR
14、-D输入点：32，32点继电器输出(直流供电) 6280FX2N-48MR-D输入点：24，24点继电器输出(直流供电) 5490山东科技大学学士学位论文 系统的硬件设计6FX2N-32MR-D输入点：16，16点继电器输出(直流供电) 5180FX2N-80MT-D输入点：40，40点晶体管输出(直流供电) 7180FX2N-64MT-D输入点：32，32点晶体管输出(直流供电) 6410FX2N-48MT-D输入点：24，24点晶体管输出(直流供电) 5600FX2N-32MT-D输入点：16，16点晶体管输出(直流供电) 5290三菱 plcFX2n 系列是 FX 系列 PLC 家族中最
15、先进的系列。由于 FX2n 系列具备如下特点：最大范围的包容了标准特点、程式执行更快、全面补充了通信功能、适合世界各国不同的电源以及满足单个需要的大量特殊功能模块，它可以为你的工厂自动化应用提供最大的灵活性和控制能力。 为大量实际应用而开发的特殊功能 开发了各个范围的特殊功能模块以满足不同的需要-模拟 I/O，高速计数器。定位控制达到 16 轴，脉冲串输出或为 J 和 K 型热电偶或 Pt 传感器开发了温度模块。对每一个 FX2n 主单元可配置总计达 8 个特殊功能模块。 连接到世界上最流行的开放式网络 CC-Link，Profibus Dp 和 DeviceNet 或者采用传感器层次的网络解
16、决您的通信需要。 其它功能 内置式 24V 直流电源 24V、400mA 直流电源可用于外围设备，如传感器或其它元件。快速断开端子块 因为采用了优良的可维护性快速断开端子块，即使接着电缆也可以更换单元。 时钟功能和小时表功能 在所有的 FX2NPLC 中都有实时时钟标准。时间设置和比较指令易于操作。小时表功能对过程跟踪和机器维护提供了有价值的信息。 持续扫描功能 为应用所需求的持续扫描时间定义操作周期。 山东科技大学学士学位论文 系统的硬件设计7输入滤波器调节功能 可以用输入滤波器平整输入信号（在基本单元中 x000 到x017）。 注解记录功能 元件注解可以记录在程序寄存器中。 在线程序编辑
17、 在线改变程序不会损失工作时间或停止生产运转。 RUN/STOP 开关 面板上运行/停止开关易于操作。 远程维护 远处的编程软件可以通过调制解调器通信来监测、上载或卸载程序和数据 密码保护 使用一个八位数字密码保护您的程序。 交流电源、24V 直流输入类型 输入 输出 模型 I/O总数 数目 类型 数目 类型 尺寸mm(英寸)(宽)*(厚)*(高) FX2N-16MR-001继电器 FX2N-16MT16 8 漏型 8 晶体管 130*87*90() FX2N-32MR-001继电器 FX2N-32MT32 16 漏型 16 晶体管 150*87*90(5.9*3.4*3.5) FX2N-48
18、MR-001继电器 FX2N-48MT48 24 漏型 24晶体182*87*90(7.2*3.4*3.5)山东科技大学学士学位论文 系统的硬件设计8管 FX2N-64MR-001继电器 FX2N-64MT64 32 漏型 32 晶体管 220*87*90(8.7*3.0*3.5)FX2N-80MR-001继电器 FX2N-80MT80 40 漏型 40 晶体管 285*87*90(11.2*3.4*3.5) FX2N-128MR-001继电器 FX2N-128MT128 64 漏型 64 晶体管 350*87*90(13.8*3.4*3.5) FX2N 性能规格 项目 规格 备注 运转控制方式 通过储存的程序周期运转 I/O 控制方法 批次处理方法(当执行 END 指令时) I/O 指令可以刷新 运转处理时间 基本指令：0.8s/指令应用指令：1.52 至几百 s/指令 编程语言 逻辑梯形图和指令清单 使用步进梯形图能生成 SFC 类型程序 程式容量 8000 步内置 使用附加寄存盒可 扩展到 16000 步 指令数目 基本顺序指令：27 最大可用 298 条应
