恒压供水实验指导书.docx
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恒压供水实验指导书
目录
第一章可编程控制器及变频器介绍……………………………………………………………………2
第二章实验内容…………………………………………………………………………………………5
实验一控制屏认识与调试实验…………………………………………………………………………5
实验二单泵控制变频恒压供水实验……………………………………………………………………8
实验三双泵切换变频恒压供水实验…………………………………………………………………11
实验四生活水系统静态压力控制实验………………………………………………………………14
实验五生活水系统动态压力控制实验………………………………………………………………17
实验六生活水系统的分时控制实验…………………………………………………………………20
实验七夜间休眠模式下的供水实验…………………………………………………………………23
实验八模拟消防状态供水实验………………………………………………………………………26
实验九基于PLC模拟量控制变频开环调速实验……………………………………………………29
实验十基于PLC通信方式的变频开环调速实验……………………………………………………32
实验十一基于PLC通信方式的速度闭环定位控制实验……………………………………………38
实验十二基于PLC模拟量方式的变频闭环调速实验………………………………………………42
实验十三基于PLC模拟量方式的变频器矢量闭环调速实验………………………………………45
附录一GXdeveloper软件的安装……………………………………………………………………48
第一章可编程控制器及变频器介绍
一．可编程控制器简介
可编程序控制器，英文称ProgrammableLogicalController，简称PLC。
它是一个以微处理器为核心的数字运算操作的电子系统装置，专为在工业现场应用而设计，它采用可编程序的存储器，用以在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时/计数和算术运算等操作指令，并通过数字式或模拟式的输入、输出接口，控制各种类型的机械或生产过程。
PLC是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物，它克服了继电接触控制系统中的机械触点的复杂接线、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用了微处理器的优点，又照顾到现场电气操作维修人员的技能与习惯，特别是PLC的程序编制，不需要专门的计算机编程语言知识，而是采用了一套以继电器梯形图为基础的简单指令形式，使用户程序编制形象、直观、方便易学；调试与查错也都很方便。
用户在购到所需的PLC后，只需按说明书的提示，做少量的接线和简易的用户程序的编制工作，就可灵活方便地将PLC应用于生产实践。
二．PLC的结构及各部分的作用
PLC的类型繁多，功能和指令系统也不尽相同，但结构与工作原理则大同小异，通常由主机、输入/输出接口、电源、编程器、扩展器接口和外部设备接口等几个主要部分组成。
PLC的硬件系统结构如图所示：
1.主机
主机部分包括中央处理器（CPU）、系统程序存储器和用户程序及数据存储器。
CPU是PLC的核心，它用以运行用户程序、监控输入/输出接口状态、作出逻辑判断和进行数据处理，即读取输入变量、完成用户指令规定的各种操作，将结果送到输出端，并响应外部设备（如编程器、电脑、打印机等）的请求以及进行各种内部判断等。
PLC的内部存储器有两类，一类是系统程序存储器，主要存放系统管理和监控程序及对用户程序作编译处理的程序，系统程序已由厂家固定，用户不能更改；另一类是用户程序及数据存储器，主要存放用户编制的应用程序及各种暂存数据和中间结果。
2.输入/输出（I/O）接口
I/O接口是PLC与输入/输出设备连接的部件。
输入接口接受输入设备（如按钮、传感器、触点、行程开关等）的控制信号。
输出接口是将主机经处理后的结果通过功放电路去驱动输出设备（如接触器、电磁阀、指示灯等）。
I/O接口一般采用光电耦合电路，以减少电磁干扰，从而提高了可靠性。
I/O点数即输入/输出端子数是PLC的一项主要技术指标，通常小型机有几十个点，中型机有几百个点，大型机将超过千点。
3．电源
图中电源是指为CPU、存储器、I/O接口等内部电子电路工作所配置的直流开关稳压电源，通常也为输入设备提供直流电源。
4．编程器
编程器是PLC的外部编程设备，用户可通过编程器输入、检查、修改、调试程序或监示PLC的工作情况。
也可以通过专用的编程电缆线将PLC与电脑联接起来，并利用编程软件进行电脑编程和监控。
5．输入/输出扩展单元
I/O扩展接口用于将扩充外部输入/输出端子数的扩展单元与基本单元（即主机）连接在一起。
6．外部设备接口
此接口可将编程器、打印机、条码扫描仪,变频器等外部设备与主机相联，以完成相应的操作。
三．变频器的简介
变频器是运动控制系统中的功率变换器。
当今的运动控制系统包含多种学科的技术领域，总的发展趋势是：
驱动的交流化，功率变换器的高频化，控制的数字化、智能化和网络化。
因此，变频器作为系统的重要功率变换部件，提供可控的高性能变压变频的交流电源而得到迅猛发展。
随着新型电力电子器件和高性能微处理器的应用以及控制技术的发展，变频器的性能价格比越来越高，体积越来越小，而厂家仍然在不断地提高可靠性实现变频器的进一步小型轻量化、高性能化和多功能化以及无公害化而做着新的努力。
变频器性能的优劣，一要看其输出交流电压的谐波对电机的影响；二要看对电网的谐波污染和输入功率因数；三要看本身的能量损耗（即效率）如何。
这里仅以量大面广的交—直—交变频器为例，阐述它的发展趋势：
主电路功率开关元件的自关断化、模块化、集成化、智能化；开关频率不断提高，开关损耗进一步降低。
变频器主电路的拓扑结构方面。
变频器的网侧变流器对低压小容量的装置常采用6脉冲变流器，而对中压大容量的装置采用多重化12脉冲以上的变流器。
负载侧变流器对低压小容量装置常采用两电平的桥式逆变器，而对中压大容量的装置采用多电平逆变器。
对于四象限运行的转动，为实现变频器再生能量向电网回馈和节省能量，网侧变流器应为可逆变流器，同时出现了功率可双向流动的双PWM变频器，对网侧变流器加以适当控制可使输入电流接近正弦波，减少对电网的公害。
脉宽调制变压变频器的控制方法可以采用正弦波脉宽调制控制、消除指定次数谐波的PWM控制、电流跟踪控制、电压空间矢量控制（磁链跟踪控制）。
交流电动机变频调整控制方法的进展主要体现在由标量控制向高动态性能的矢量控制与直接转矩控制发展和开发无速度传感器的矢量控制和直接转矩控制系统方面。
微处理器的进步使数字控制成为现代控制器的发展方向。
运动控制系统是快速系统，特别是交流电动机高性能的控制需要存储多种数据和快速实时处理大量信息。
近几年来，国外各大公司纷纷推出以DSP（数字信号处理器）为基础的内核，配以电机控制所需的外围功能电路，集成在单一芯片内的称为DSP单片电机控制器，价格大大降低，体积缩小，结构紧凑，使用便捷，可靠性提高。
DSP和普通的单片机相比，处理数字运算能力增强10～15倍，可确保系统有更优越的控制性能。
数字控制使硬件简化，柔性的控制算法使控制具有很大的灵活性，可实现复杂控制规律，使现代控制理论在运动控制系统中应用成为现实，易于与上层系统连接进行数据传输，便于故障诊断、加强保护和监视功能，使系统智能化（如有些变频器具有自调整功能）。
第二章实验内容
实验一控制屏结构认识与调试实验
一．实验目的
1．了解试验台构成，熟悉各个模块的接线方式
2．掌握变频器FR-A700的使用
3．了解GXdeveloper的编程环境与使用方法
4．手动调试试验台
二．实验设备
1．QSBA型试验台
2．QSBA型模拟对象
三．工作原理
比如一个实际的供水系统，由于供水网较大，系统需要供水量每小时开1台水泵向管网充压，供水量大时，开2台泵同时向管网充压。
要想维持供水网的压力不变，在管网系统的管道上安装了压力变送器作为反馈元件，为控制系统提供反馈信号，由于供水系统管道长、管径大，管网的充压比较慢，故系统是一个大滞后系统，不宜直接采用PID调节器进行控制，而应采用PLC参与控制的方式来实现对控制系统的调节。
四.调试步骤
1．实验前认真阅读变频器得使用手册和各个模块的相关资料。
2．接好总电源，打开漏电保护器，按下启动按钮，此时电压表显示电压、电压指示灯亮起。
3．把模式选择开关打到手动位置，此时手动状态指示灯亮起。
4．依次按下手动控制按钮，观察相应的指示灯。
五.GXdeveloper的使用
1.GXdeveloper工作界面如下图：
点击工程菜单下的创建新工程命令，在弹出菜单中可以进行PLC系列、PLC型号、程序类型的选择和设置工程名。
2．在GXdeveloper中进行I/O地址分配：
设置完PLC系列、PLC型号、程序类型和设置工程名后点击确定。
将打开如下画面：
在左面菜单中点击参数前的+，在打开菜单中选择PLC参数，在打开菜单中选择I\O分配，进行各个模块的I\O地址分。
3．程序下载
用专用编程电缆将PLC主机和PC机相连。
打开已经编好的程序，点击菜单中的在线-PLC写入。
即可把编写好的程序写入PLC。
实验二单泵控制变频恒压供水实验
一．实验目的
1．学习三菱Q系列PLC的使用。
2．掌握闭环调速原理。
3．掌握变频器FR-A700的使用方法。
4．了解单泵控制变频恒压供水原理
二．实验设备
1.QSBA型试验台
2.QSBA型模拟对象
三．应用软件
1．三菱GXdeveloper
2．组态王6.52版
四．实验流程图
五．参数设置
变频器参数设置：
功能
参数
名称
单位
初始值
设定值
上限频率设定
Pr.1
上限频率
0.01Hz
120/60Hz
50
下限频率设定
Pr.2
下限频率
0.01Hz
0Hz
0
加速时间设定
Pr.7
加速时间设定
0.1s
5
0.5
减速时间设定
Pr.8
减速时间设定
0.1s
5
0.5
运行模式选择
Pr.79
运行模式选择
1
0
4
电机容量
Pr.80
电机容量
0.01/0.1kW
9999
9999
电机级数
Pr.81
电机级数
1
9999
9999
控制方式选择
Pr.800
控制方式选择
1
20
20
六．实验接线图
DO模块的公共端接220V电源，接线端口在模式选择开关上面
七．实验步骤
1．按照接线图接好线路，确保接线无误，以免损坏变频器和PLC的各个模块。
2．接好总电源，打开漏电保护器，此时电压表显示电压。
按下启动按钮，电压指示灯亮起。
3．把模式选择开关打到手动位置，此时手动状态指示灯亮起。
检查各水泵的运行情况，确定水泵能能正常运行。
4．把模式选择开关打到自动位置。
5．打开GXdeveloper软件把程序写到PLC中，关闭GXdeveloper。
6．把PLC的开关达到RUN位置。
7．打开组态王软件，运行变频恒压供水监控程序。
在主画面中选择自动，再选择闭环模式，在打开的画面中选择单泵运行。
8．按下变频器操作面板（FR-DU07）中的FWD键，启动指令正传。
9．设定给定压力，进行PID参数整定。
参数每改变一次，都要点击参数设定键，否则参数设定无效。
实验三双泵切换变频恒压供水实验
一.实验目的
1．了解双泵切换变频恒压供水原理
2．掌握闭环调速原理
3．掌握PID参数整定方法
二．实验设备
1．QSBA型试验台
2．QSBA型模拟对象
三．应用软件
1．三菱GXdeveloper
2．组态王6.52版
四．实验流程图
五．参数设置
变频器参数设定：
功能
参数
名称
单位
初始值
设定值
上限频率设定
Pr.1
上限频率
0.01Hz
120/60Hz
50
下限频率设定
Pr.2
下限频率
0.01Hz
0Hz
0
加速时间设定
Pr.7
加速时间设定
0.1s
5
0.5
减速时间设定
Pr.8
减速时间设定
0.1s
5
0.5
运行模式选择
Pr.79
运行模式选择
1
0
4
电机容量
Pr.80
电机容量
0.01/0.1kW
9999
9999
电机级数
Pr.81
电机级数
1
9999
9999
控制方式选择
Pr.800
控制方式选择
1
20
20
六．实验接线图
DO模块的公共端接220V电源，接线端口在模式选择开关上面
七．实验步骤
1．按照接线图接好线路，确保接线无误，以免损坏变频器和PLC的各个模块。
2．接好总电源，打开漏电保护器，此时电压表显示电压监控电压。
按下启动按钮，电压指示灯亮起。
3．把模式选择开关打到手动位置，此时手动状态指示灯亮起。
检查各水泵的运行情况是否良好。
4．把模式选择开关打到自动位置。
5．打开GXdeveloper软件把程序写到PLC中，关闭GXdeveloper。
6．把PLC的开关打到RUN位置。
7．打开组态王软件，运行变频恒压供水监控程序。
在主画面中选择自动，再选择闭环模式，在打开的画面中选择双泵运行。
8．按下变频器操作面板（FR-DU07）中的FWD键，启动指令正传。
9．设定给定压力，进行PID参数整定。
参数每改变一次，都要点击参数设定键，否则参数设定无效。
实验四生活水系统静态压力控制实验
一．实验目的
1．了解生活水系统静态压力控制原理
2．掌握闭环调速原理
3．掌握PID参数整定方法
二．实验设备
1．QSBA型试验台
2．QSBA型模拟对象
三．应用软件
1．三菱GXdeveloper
2．组态王6.52版
四．实验流程图
五．参数设置
变频器参数设定：
功能
参数
名称
单位
初始值
设定值
上限频率设定
Pr.1
上限频率
0.01Hz
120/60Hz
50
下限频率设定
Pr.2
下限频率
0.01Hz
0Hz
0
加速时间设定
Pr.7
加速时间设定
0.1s
5
0.5
减速时间设定
Pr.8
减速时间设定
0.1s
5
0.5
运行模式选择
Pr.79
运行模式选择
1
0
4
电机容量
Pr.80
电机容量
0.01/0.1kW
9999
9999
电机级数
Pr.81
电机级数
1
9999
9999
控制方式选择
Pr.800
控制方式选择
1
20
20
六．实验接线图
DO模块的公共端接220V电源，接线端口在模式选择开关上面
七．实验步骤：
1．按照接线图接好线路，确保接线无误，以免损坏变频器和PLC的各个模块。
2．接好总电源，打开漏电保护器，此时电压表显示电压。
按下启动按钮，电压指示灯亮起。
3．把模式选择开关打到手动位置，此时手动状态指示灯亮起。
检查各水泵的运行情况是否良好。
4．把水箱阀门全部关闭。
5．把模式选择开关打到自动位置。
6．打开GXdeveloper软件把程序写到PLC中，关闭GXdeveloper。
7．把PLC的开关打到RUN位置。
8．打开组态王软件，运行变频恒压供水监控程序。
在主画面中选择自动，再选择闭环模式。
9．按下变频器操作面板（FR-DU07）中的FWD键，启动指令正传。
10．设定给定压力，进行PID参数整定。
参数每改变一次，都要点击参数设定键，否则参数设定无效。
实验五生活水系统动态压力控制实验
一．实验目的
1．了解生活水系统动态压力控制原理
2．掌握闭环调速原理
3．掌握PID参数整定方法
二．实验设备
1．QSBA型试验台
2．QSBA型模拟对象
三．应用软件
1．三菱GXdeveloper
2．组态王6.52版
四．实验流程图
五．参数设定
变频器参数设置：
功能
参数
名称
单位
初始值
设定值
上限频率设定
Pr.1
上限频率
0.01Hz
120/60Hz
50
下限频率设定
Pr.2
下限频率
0.01Hz
0Hz
0
加速时间设定
Pr.7
加速时间设定
0.1s
5
0.5
减速时间设定
Pr.8
减速时间设定
0.1s
5
0.5
运行模式选择
Pr.79
运行模式选择
1
0
4
电机容量
Pr.80
电机容量
0.01/0.1kW
9999
9999
电机级数
Pr.81
电机级数
1
9999
9999
控制方式选择
Pr.800
控制方式选择
1
20
20
六．实验接线图
DO模块的公共端接220V电源，接线端口在模式选择开关上面
七．实验步骤
1．按照接线图接好线路，确保接线无误，以免损坏变频器和PLC的各个模块。
2．接好总电源，打开漏电保护器，此时电压表显示电压。
按下启动按钮，电压指示灯亮起。
3．把模式选择开关打到手动位置，此时手动状态指示灯亮起。
检查各水泵的运行情况是否良好。
4．把水箱阀门打到一个位置后，保持不变。
5．把模式选择开关打到自动位置。
6．打开GXdeveloper软件把程序写到PLC中，关闭GXdeveloper。
7．把PLC的开关打到RUN位置。
8．打开组态王软件，运行变频恒压供水监控程序。
在主画面中选择自动，再选择闭环模式。
9．按下变频器操作面板（FR-DU07）中的FWD键，启动指令正传。
10．设定给定压力，进行PID参数整定。
参数每改变一次，都要点击参数设定键，否则参数设定无效。
11．调节阀门改变管道压力。
实验六生活水系统的分时控制实验
一．实验目的
1.掌握生活水系统分时控制原理
2.了解分时控制的作用
二．实验设备
1.QSBA型试验台
2.QSBA型模拟对象
三．应用软件
1.三菱GXdeveloper
2.组态王6.52版
四．实验流程图
五．参数设定
变频器参数设置：
功能
参数
名称
单位
初始值
设定值
上限频率设定
Pr.1
上限频率
0.01Hz
120/60Hz
50
下限频率设定
Pr.2
下限频率
0.01Hz
0Hz
0
加速时间设定
Pr.7
加速时间设定
0.1s
5
0.5
减速时间设定
Pr.8
减速时间设定
0.1s
5
0.5
运行模式选择
Pr.79
运行模式选择
1
0
4
电机容量
Pr.80
电机容量
0.01/0.1kW
9999
9999
电机级数
Pr.81
电机级数
1
9999
9999
控制方式选择
Pr.800
控制方式选择
1
20
20
六．实验接线图
DO模块的公共端接220V电源，接线端口在模式选择开关上面
七．实验步骤
1．按照接线图接好线路，确保接线无误，以免损坏变频器和PLC的各个模块。
2．接好总电源，打开漏电保护器，此时电压表显示电压。
按下启动按钮，电压指示灯亮起。
3．把模式选择开关打到手动位置，此时手动状态指示灯亮起。
检查各水泵的运行情况是否良好。
4．把水箱阀门打到一个位置后，保持不变。
5．把模式选择开关打到自动位置。
6．打开GXdeveloper软件把程序写到PLC中，关闭GXdeveloper。
7．把PLC的开关打到RUN位置。
8．打开组态王软件，运行变频恒压供水监控程序。
在主画面中选择自动，在选择分时控制画面，进行时间设定。
当设定时间后，点击设点按键，如果要停止或改变设定时间先点击停止按键在进行时间设定。
9．按下变频器操作面板（FR-DU07）中的FWD键，启动指令正传。
八．分时控制作用
分时控制可以有效的防止水泵长时间不用而发生锈死现象，提高了设备的综合利用率，降低了维护费用。
本实验装置只对分时控制进行模拟，当设定时间后，点击确定，相应的水泵立刻启动。
根据学校安排课时长短，可在程序中加入适当延时。
由学生自行完成，以提高学生的程序设计能力。
实验七模拟夜间休眠模式下供水实验
一．实验目的
1．掌握休眠模式下的供水原理
二．实验设备
1．QSBA型试验台
2．QSBA型模拟对象
三．应用软件
1．三菱GXdeveloper
2．组态王6.52版
四．实验流程图
五．参数设定
变频器参数设置：
功能
参数
名称
单位
初始值
设定值
上限频率设定
Pr.1
上限频率
0.01Hz
120/60Hz
50
下限频率设定
Pr.2
下限频率
0.01Hz
0Hz
0
加速时间设定
Pr.7
加速时间设定
0.1s
5
0.5
减速时间设定
Pr.8
减速时间设定
0.1s
5
0.5
运行模式选择
Pr.79
运行模式选择
1
0
4
电机容量
Pr.80
电机容量
0.01/0.1kW
9999
9999
电机级数
Pr.81
电机级数
1
9999
9999
控制方式选择
Pr.800
控制方式选择
1
20
20
六．实验接线图
DO模块的公共端接220V电源，接线端口在模式选择开关上面
七．实验步骤
1．按照接线图接好线路，确保接线无误，以免损坏变频器和PLC的各个模块。
2．接好总电源，打开漏电保护器，此时电压表显示电压。
按下启动按钮，电压指示灯亮起。
3．把模式选择开关打到手动位置，此时手动状态指示灯亮起。
检查各水泵的运行情况是否良好。
4．把水箱阀门打到一个位置后，保持不变。
5．把模式选择开关打到自动位置。
6．打开GXdeveloper软件把程序写到PLC中，关闭GXdeveloper。
7．把PLC的开关打到RUN位置。
8．打开组态王软件，运行变频恒压供水监控程序。
在主画面中选择自动。
在选择休眠模式。
设置相关参数，点击参数写入，否则所设置参数无效。
9．按下变频器操作面板（FR-DU07）中的FWD键，启动指令正传。
八．休眠模式控制原理
休眠模式是在夜间用水量少时启动，可编程控制器只对管道压力进行监控，当管道压力压力小于设定压力值时，系统自动切断休眠泵，启动1号泵的变频。
当管道压力大于设定值后，系统自动切断1号泵变频，启动休眠泵。
实验八模拟消防状态下供水实验
一．实验目的
1．掌握消防模式供水原理
二．实验设备
1．QSBA型试验台
2．QSBA型模拟对象
三．应用软件
1．三菱GXdeveloper
2．组态王6.52版
四．实验流程图
五．参数设定
变频器参数设置：
功能
参数
名称
单位
初始值
设定值
上限频率设定
Pr.1
上限频率
0.01Hz
120/60Hz
50
下限频率设定
Pr.2
下限频率
0.01Hz
0Hz
0
加速时间设定
Pr.7
加速时间设定
0.1s
5
0.5
减速时间设定
Pr.8
减速时间设定
0.1s
5
0.
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