七级调速的恒压控水文档格式.docx
《七级调速的恒压控水文档格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《七级调速的恒压控水文档格式.docx（28页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
3.1水泵的工作原理5
3.2变频恒压供水的能耗分析5
3.3变频恒压供水的系统组成及原理5
3.4水泵的切换条件6
第四章变频器6
4.1变频器的简介6
4.2变频器的管脚图6
第五章PLC控制程序的设计8
5.1I/O分析8
5.2PLC的选择8
5.3FX2N系列编程器介绍8
5.4确定各元件的编号，分配I/O地址9
5.5外部接线图6
5.6PLC流程图6
5.7顺序功能图6
第六章基本指令系统和编程方法12
6.1基本指令系统特点12
6.2编程语言的形式12
6.3梯形图编程规则12
6.4编程软件介绍12
6.4.1基本概况12
6.4.2此软件编写梯形图的方法12
6.5PLC吊车控制程序的语句表与梯形图13
第六章总结16
参考文献：
17
附录18
第一章恒压供水简介
1.1传统式供水和变频供水比较
相对于很多企业，如何用最有性价比的方式供水是最重要的，而利用恒压供水系统进行整体控制，就是最好的解决方案。
1.2传统供水进行PLC改造的意义
我国长期以来在市政供水，循环性供水等方面技术一直比较落后，自动化程度不高。
传统的方式，会影响设备寿命等多种患处，而变频调速恒压供水系统具有供水安全、节约能源、节省钢材、节省占地、节省投资、调节能力大、运行稳定可靠的优势，具有广阔的应用前景和明显的经济效益与社会效益。
以变频器为核心结合PLC组成的控制系统具有编程较简单、高可靠性、组合较灵活、强抗干扰能力很强、维修方便和低成本等诸多特点;
同时系统具有良好节能性，这在能量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。
综上所述，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。
基于PLC和变频技术的恒压供水系统，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，对于环保和节约很重要，所以研究设计该系统，对于企业和个人都有有重要的现实意义。
第二章PLC及恒压供水的PLC控制
2.1PLC简介
在PLC的发展过程中，美国电气制造商协会（NEMA）经过4年的调查，于1980年把这种新型的控制器正式命名为可编程序控制器（ProgrammableController），英文缩写为PC，并作如下定义：
“可编程序控制器是一种数字式电子装置。
它使用可编程序的存储器来存储指令，并实现逻辑运算、顺序控制、计数、计时和算术运算功能，用来对各种机械或生产过程进行控制。
PLC的特点如下：
1、高可靠性
所有的I/O接口电路均采用光电隔离，使工业现场的外电路与PLC内部电路之间电气上隔离。
各输入端均采用R-C滤波器，其滤波时间常数一般为10~20ms。
各模块均采用屏蔽措施，以防止辐射干扰。
采用性能优良的开关电源。
对采用的器件进行严格的筛选。
良好的自诊断功能，一旦电源或其他软，硬件发生异常情况，CPU立即采用有效措施，以防止故障扩大。
大型PLC还可以采用由双CPU构成冗余系统或有三CPU构成表决系统,使可靠性更进一步提高。
2、丰富的I/O接口模块
PLC针对不同的工业现场信号，如：
交流或直流；
开关量或模拟量；
电压或电流；
脉冲或电位；
强电或弱电等。
有相应的I/O模块与工业现场的器件或设备，如：
按钮行程开关、接近开关、传感器及变送器电磁线圈控制阀直接连接。
另外为了提高操作性能，它还有多种人-机对话的接口模块;
为了组成工业局部网络，它还有多种通讯联网的接口模块，等等。
3、采用模块化结构
为了适应各种工业控制需要，除了单元式的小型PLC以外，绝大多数PLC均采用模块化结构。
PLC的各个部件，包括CPU，电源，I/O等均采用模块化设计，由机架及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。
2.2在恒压供水中应用PLC的优越性
PLC恒压供水系统在供水行业中的应用，按所使用的范围基本分为二类:
（1）加压泵站变频PLC恒压供水系统这种系统主要包含小区，建筑，乡村等加压站，变频控制的电机功率小是特色，大概在135kW以下。
这一范围是目前国内研究和推广最多的方式。
（2）供水厂PLC恒压供水系统这类用于供水厂，这一类变频器、电机功率在135～320kW之间，电网电压一般为220V或380V。
目前主要采用国产通用的变频恒压供水变频器
变频恒压供水的变频技术的发展逐渐发展后。
在早期，逆变器的功能主要是在有限的频率控制，升降速控制，反控制，制动控制，变频转化率的控制和保护功能。
在变频恒压供水系统中的应用，变频器作为执行机构，为了满足供水规模的需求和确保恒定的压力管道，压力传感器和变频器的外部控制器，压力闭环控制。
从数据来看，国外的恒压供水工程的设计只有一个抽油机使用变频器，几乎没有一个逆变器驱动多台水泵的运行，因此，投资成本高。
1968，丹麦丹麦丹佛斯发明第一逆变器（丹麦丹佛斯传输产品，五个核心的世界各地的供应商），我们发现和认可的变频技术优势，变频恒压供水系统的稳定发展，可靠性和自动化程度高，节能效果显著，许多国外生产的变频器厂商开始关注并推出与变频恒压供水的功能，如瑞典，瑞士ABB集团在空调推出的变频技术，法国施耐德公司推出了恒压供水基板，配备固定泵变频模式，“变频泵循环坏的方式”两种模式。
PID控制器和PLC可编程控制器的硬件集成在变频器控制板，通过设置指令代码实现PLC和PID控制系统的功能，只要对恒压供水机组配套装备，多个内置电磁接触器工作的直接控制，多达七个电机（泵）供水系统可以构造。
这种设备虽然是电路的微结构，降低设备成本，但其输出接口的扩展，缺乏灵活性，系统的动态响应性能和稳定性不高，和其他监测系统（如BA系统）和组态软件很难实现数据通信和极限荷载的能力，所以在实际使用的范围将受到限制。
目前，在变频恒压供水工程的许多公司，大多数变频器控制水泵的转速的外国品牌，管网压力闭环调节和多泵循环控制，一些可编程控制器（PLC）和相应的软件实现；
实现了利用单片机和相应的软件。
然而，在动态性能，稳定性，抗干扰和开放性和综合技术指标等方面，它是远离所有用户的要求。
因此，恒压供水控制系统还需要一个成熟、可靠的技术。
采用变频调节后，系统实现了软启动，电机启动电流从零逐渐增加到额定电流，起动时间相应延长。
对电网无大的影响，降低起动转矩的机械对电机机械损伤，有效的延长了电机的使用寿命。
这种方式为目的，控制水的压力，各种优化方案是基于母管（市政给水管道）进口压力保持恒定的条件下。
事实上，出口压力泵站允许一定范围内的变化。
因此，降低的最佳范围，和所得到的解是局部最优解，而泵站始终工作在最佳状态。
第三章恒压控水模型的设计与组装
3.1水泵的工作原理
供水所用水泵主要是离心泵，普通离心泵如图2.1所示，安装叶轮在泵2内，安在泵轴3上，电机带动泵轴，泵壳内有液体吸入口4与吸入管5连接，液体经过底阀6和吸入管进入泵内，液体排出口8与排出管9连接。
启动前，液体注满泵壳:
启动后，叶轮高速转动，叶片之间的液体也需随着旋转运动。
从叶轮中心处注入液体且被抛向外缘且获得能量，以很高速离开叶轮外缘进入泵壳内。
只要叶轮不断地转动，液体便会不断地被吸入和排出。
电动机的调速原理
水泵电机一般采用三相异步电动机，转速公式为：
n=60f（1-s）/p;
式中：
f表示电源频率，p表示电动机极对数，s表示转差率
由此可知道，三相异步电动机调速方法有以下3法：
（l）改变电源的频率
（2）改变电机的极对数
（3）改变转差率
根据经验，方法一最好，下面分析改变电源频率调速的特点和方法。
3.2变频恒压供水的能耗分析
在所有的供水系统中，最基本的控制对象是水的流量。
常见的方法有转速控制法和阀门控制法。
传统上采用阀门调节实现对水压流量的控制。
水泵的轴功率与转速的立方成正比，水泵用变频器来调节转速能实现压力或流量的自动控制，而且可获得较大节能。
（1）
阀门控制法：
通过控制大阀门来调节流量，而转速则保持不变。
如图
2.2所显示，设流量QX为额定流量的60%。
用关闭小阀门来实现，管阻特性会
改变为曲线③，扬程特性则为曲线①，在供水系统之内工作点移到E点，流量则为QE（=Qx）；
扬程变成为HE；
供水功率PC与面积ODEJ成为正比。
（2）恒压控制法：
阀门的开度不变，改变水泵的转速调节用户流量。
以流量为60%Qn为例，供水功率PC与面积0DCK成正比，降低转速使得Qx=60%Qn时，扬程特性还是曲线②，所以工作点移向C点。
同时流量减为QE（=Qx），扬程特性减为Hc。
比较2种方法可见，供水能力与用水需求之间的矛盾基本具体的反映在流体压力的变化上。
从就是说，压力成为了控制流量大小的参，变量保持供水系统中的压力的恒定，即保证了使该处的供水能力和用水流量在平衡状态，满足了用户所需的用水流量。
3.3变频恒压供水系统组成及原理图
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，该系统的控制流程图
从图中可看出，系统可分为：
执行机构、信号检测机构、控制机构三大部分。
根据水泵机组中水泵被变频器拖动的情况不同，变频器有两种工作方式即变频固定式和变频循环式，本设计采用，变频循环式
变频恒压供水系统以供水出口管网水压为控制目标，在控制上实现出口总管网的实际供水压力跟随设定的供水压力。
设定的供水压力可以是一个常数，也可以是一个时间分段函数，在每一个时段内是一个常数。
所以，在某个特定时段内，恒压控制的目标就是使出口总管网的实际供水压力维持在设定的供水压力上2。
2变频恒压供水系统的结构框图,如下图
恒压供水系统通过安装在用户供水管道上的压力变送器实时地测量参考点的水压，检测管网出水压力，并将其转换为4—20mA的电信号，此检测信号是实现恒压供水的关键参数。
由于电信号为模拟量，故必须通过PLC的A/D
转换模块才能读入并与设定值进行比较，将比较后的偏差值进行PID运算，再将运算后的数字信号通过D/A转换模块转换成模拟信号作为变频器的输入信号，控制变频器的输出频率，从而控制电动机的转速，进而控制水泵的供水流量，最终使用户供水管道上的压力恒定，实现变频恒压供水。
3.4水泵切换条件分析
以上过程，变频泵运行在上限频率，此时管网实际压力低于设定压力，需要增加水泵来满足供水要求，以达到恒压的目的；
若变频泵和工频泵都在运行且变频泵运行在下限频率时，这是管网的实际压力仍高于设定压力，此时需要减少工频泵来减少供水流量，达到恒压的目的
因为电网的限制和变频器以及电机工作频率的限制，50HZ成为频率调节的上限频率。
变频器的输出频率不能够为负值，最低为零。
该频率在实际应用中其实就是是电机运行的下限频率。
这个频率远大于0HZ，实际数值与水泵特性等因素有关，大概在20HZ左右。
综上，50HZ和20HZ作为水泵机组切换的上下限频率最合适。
以下下是实际机组切换的条件：
加泵条件：
f=fUP且延时判别成立
减泵条件：
且延时判别成立
外部传感器的状态如下注:
1）采集压力传感器反馈的信号，会将该传感器输出的模拟信号转换成PLC可以处理的数字信号。
2）PLC根据变频输出以及压力的反馈值，会对模拟量进行数据处理。
3）在PLC中数据被计算后，产生的控制信号来实现对驱动的控制。
第四章变频器
4.1变频器简介
变频器是把工频电源（50Hz）变换成各种频率的交流电源，以实现电机的变速运行的设备，它在变频调速恒压供水系统中起着非常重要作用，是水泵电机调速的执行者。
变频器可分为交-直-交变频器和交-交变频器两类。
交-直-交变频器是先将工频交流电通过整流器整流成直流；
再把直流电经逆变器变成频率可调的交流电。
交-交变频器将电网的交流电直接变为电压和频率都可调的交流电。
由于交-交变频器的输出频率一般最高只能达到电源频率的1/2～1/3，所以它适用于低速大功率的传动，在泵与风机的调速节能中迄今很少使用。
本文只讨论交-直-交变频器。
其结构如下图所示：
其中控制电路完成对主电路的控制，整流电路将交流电变换成直流电，直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波，逆变电路将直流电再逆变成交流电。
变频器的型号很多，选择合适的变频器对系统的稳定运行有很大的帮助。
变频器容量的选择归根到底是选择其额定电流，总的原则是变频器的额定电流一定要大于拖动系统在运行过程中的最大电流。
在选择变频器容量时，有以下情况需要考虑：
（1）变频器驱动的是单一电动机，还是驱动多个电动机。
（2）电动机是直接在额定电压、额定频率下直接启动，还是软启动。
（3）驱动多个电动机时，是同时启动，还是分别启动。
大多数情况下是使用变频器驱动单一的电动机，并且是软启动，这时候变频器额定电流选择为电动机的额定电流的1.05～1.1倍即可。
当一台变频器驱动多台电动机时，多数情况下也是分别单独进行软启动。
这时候变频器额定电流的选择为多个电动机中最大电动机额定电流1.05～1.1倍即可。
总的来说，变频器的选用应该满足以下原则：
变频器的容量应大于负载所需的输出；
变频器的电流大于电机的电流。
因电机的计算功率小于所选用功率，根据变频器的容量的选择方法进行计算。
根据设计的要求，本系统选用FR-A540系列变频器，根据以上理论，选用三菱FR-A540系列变频器。
该变频器采用先进磁通矢量控制方式，实现在线自动调整功能，调速比可达1：
120（0.5～60Hz）；
可拆御风扇和接线端子，维护方便；
柔性PWM，实现更低噪音运行；
内置RS485通信口，可插扩展卡符合全世界主要通信标准；
PID等各种功能适合各种应用场合。
应用三菱FR-A540系列变频器内置PID功能的PLC控制恒压供水系统，效率高，损耗小，调速供水节能效果突出，运行稳定，可靠性高，抗干扰能力强，精度高，动态响应快，体现了变频调速恒压供水的技术优势，取代了水塔、水箱、气压罐等，实现恒压供水，成为供水网的换代产品。
4.2变频器管脚如下图所示：
第五章PLC控制程序的设计
5.1I/O分析
在本系统中，水泵M1、M2，M3可变频运行，也可工频运行，需PLC的6个输出点，变频器的运行与关断由PLC的1个输出点，控制变频器使电机正转需1个输出信号控制，报警器的控制需要1个输出点，七级调速的输出需要3个输出点，考虑到有一定的冗余量，输出点数量一共16个。
控制起动和停止需要2个输入点，变频器极限频率的检测信号占用PLC2个输入点，10天更换，和三个水泵的错误运行报警共7个输入点，考虑到冗余性，共需16个输入点。
系统所需的输入／输出点数量共为32个点。
5.2PLC的选择
PLC容量主要是指是PLC的I/O点数，I/O点数也应留有适当裕量。
由于目前I/O点数较多的PLC价格也较高，若备用的I/O点是数量太多，将使成本增加。
根据被控对象的输入信号和输出信号的总点数，并考虑到今后的调整和扩充，通常I/O点数按实际需要的考虑留10%～15%点数备用量。
5.3FX2N系列编程器介绍
编程器与外围设备的选择。
小型PLC控制系统通常都选用价格便宜的简易编程器。
如果系统大，用PLC多，选一台功能强、编程方便的图形编程器也不错，如果有现成的个人计算机，也可选用能在个人计算机上运行的编程软件包。
FX2N系列PLC是由三菱公司近年来推出的高性能小型可编程控制器，采用整体式和模块式相结合的叠装式结构，具有较高的性能价格比，应用广泛。
三菱的FX2N系列PLC适用于各行各业、各种场合中的检测、监测及控制的自动化。
FX2N系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。
由于它紧凑的设计、良好的扩展性、低廉的价格、丰富的功能模块以及强大的指令系统，使得FX2N可以近乎完美地满足小规模的控制要求，FX2N可以用模块上的电位器来改变它对应的特殊寄存器中的数值，可以实现更该程序运行中的一些参数，如定时器/计数器的设定值、过程量的控制参数等。
实现时钟可用于对信息加注时间标记，记录及其运行时间或对过程进行时间控制。
选用PLC时必须从其技术指标、硬件配置等方面综合考虑。
FX2N系列PLC的技术指标包括一般技术指标、电源技术指标、输入技术指标、输出技术指标和性能技术指标等；
FX2N系列PLC
的硬件配置包括基本单元、扩展单元、扩展模块、模拟量I/O
模块、各种特殊功能模块及外围设备等。
三菱FX2N的主要特点：
较高的可靠性；
丰富的指令集；
丰富的内置集成功能；
实时特性强和强大的通信能力
。
5.4确定各元件的编号，分配I/O地址
先确定所使用的编程元件编号，PLC是按编号来区别操作元件的。
一般讲，配
安装接线图以及现场器件及PLC输入输出对照表如下：
现场器件
内部继电器地址
说明
输
入
SB1
x010
十天一轮换
X001
故障输入
SB2
X012
启动按钮
X002
X014
上限频率
SB3
X013
紧急停止按钮
X003
运行状态
x015
下限频率
X004
X011
自动运行
X005
出
Y006
一号电机变频
Y000
故障输出
Y007
一号电机工频
Y001
Y010
二号电机变频
Y002
Y011
二号电机工频
Y003
泵的转换
Y012
三号电机变频
Y004
Y013
三号电机工频
Y005
变频器RL
Y014
RL低速
变频器RM
Y015
RM中速
变频器RH
Y016
RH高速
5.5外部接线图（接变频器）
PLC流程图
顺序功能图
第六章基本指令系统和编程方法
6.1基本指令系统特点
1.图形式指令结构：
程序由图形方式表达，指令由不同的图形符号组成，易于理解和记忆。
系统的软件开发者已把工业控制中所需的独立运算功能编制成象征性图形，用户根据自己的需要把这些图形进行组合，并填入适当的参数。
在逻辑运算部分，几乎所有的厂家都采用类似于继电器控制电路的梯形图，很容易接受。
如西门子公司还采用控制系统流程图来表示，它沿用二进制逻辑元件图形符号来表达控制关系，很直观易懂。
较复杂的算术运算、定时计数等，一般也参照梯形图或逻辑元件图给予表示，虽然象征性不如逻辑运算部分，也受用户欢迎。
2.明确的变量常数：
图形符相当于操作码，规定了运算功能，操作数由用户填人，如：
K400，T120等。
PLC中的变量和常数以及其取值范围有
明确规定，由产品型号决定，可查阅产品目录手册。
3.简化的程序结构：
PLC的程序结构通常很简单，典型的为块式结构，不同块完成不同的功能，使程序的调试者对整个程序的控制功能和控制顺序有清晰的概念。
4.简化应用软件生成过程：
使用汇编语言和高级语言编写程序，要完成编辑、编译和连接三个过程，而使用编程语言，只需要编辑一个过程，其余由系统软件自动完成，整个编辑过程都在人机对话下进行的，不要求用户有高深的软件设计能力。
5.强化调试手段：
无论是汇编程序，还是高级语言程序调试，都是令编辑人员头疼的事，而PLC的程序调试提供了完备的条件，使用编程器，利用PLC和编程器上的按键、显示和内部编辑、调试、监控等，并在软件支持下，诊断和调试操作都很简单
6.2编程语言的形式
1、梯形图语言（LD）
2、指令表语言（IL）
3、功能模块图语言（FBD）
4、顺序功能流程图语言（SFC）
5、结构化文本语言（ST）
6.3梯形图编程规则
1）每一逻辑行总是起于左母线，然后是触点的连接，最后终止于线圈或右母线（右母线可以不画出）。
注意：
左母线与线圈之间一定要有触点，而线圈与右母线之间则不能有任何触点。
2）梯形图中的触点可以任意串联或并联，但继电器线圈只能并联而不能串联。
3）触点的使用次数不受限制。
4）一般情况下，在梯形图中同一线圈只能出现一次。
如果在程序中，同一线圈使用了两次或多次，称为“双线圈输出”。
对于“双线圈输出”，有些PLC将其视为语法错误，绝对不允许；
有些PLC则将前面的输出视为无效，只有最后一次输出有效；
而有些PLC，在含有跳转指令或步进指令的梯形图中允许双线圈输出。
5）对于不可编程梯形图必须经过等效变换，变成可编程梯形图。
6）有几个串联电路相并联时，应将串联触点多的回路放在上方。
6.4编程软件介绍
6.4.1基本概况
GXDeveloper是三菱PLC的编程软件。
适用于Q、QnU、QS、QnA、AnS、AnA、FX等全系列可编程控制器。
支持梯形图、指令表、SFC、ST及FB、Label语言程序设计，网络参数设定，可进行程序的线上更改、监控及调试，具有异地读写PLC程序功能。
6.4.2此软件编写梯形图的方法
（1）建立梯形图程序文件
（2）打开梯形图程序文件
升级会员 