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1、PLC控制的恒压供水系统目 录摘 要- 3 -第一章 绪论- 4 -1.1 课题的意义及应用背景- 4 -1.2 本文研究的内容- 5 -第二章 恒压供水原理及系统的技术指标- 6 -2.1 任务- 6 -2.2 系统技术指标- 6 -2.3 系统的组成和基本工作原理- 6 -2.4 主要元器件选型- 6 -第三章 硬件的基本原理及其应用- 7 -3.1 PLC可编程控制器(FXos20MR)- 7 -3.1.1 可编程控制器的特点- 7 -3.1.2 可编程控制器的工作原理- 8 -3.2 变频器的原理与特性(CIMRG7)- 11 -3.2.1变频器简介- 11 -3.2.2变频与变压(V
2、VVF)原理- 11 -3.2.3变频调速的基本原理- 12 -3.2.4变频调速的升速和启动- 12 -3.2.5变频调速的降速和制动- 13 -3.2.6变频后的电动机的机械特性:- 13 -3.2.7 V/F控制的概念:- 14 -3.2.8矢量控制的概述- 15 -3.2.9 CIMRG7的特性- 16 -3.3 PID调节仪- 18 -3.3.1 PID调节原理- 18 -3.3.2 PID参数设置- 20 -3.3.3 PID设定值的调整- 21 -第四章 软件设计- 22 -4.1 PLC程序- 22 -4.1.1基本步骤- 23 -4.1.2 程序中使用的继电器- 23 -4.
3、1.3程序流程- 24 -4.2PLC程序的运行和模拟调试- 25 -4.3系统总体调试- 26 -致 谢- 27 -参考文献- 27 -摘 要本文主要针对当前供水系统中存在的自动化程度不高、能耗严重、可靠性低的缺点加以研究，开发出一种新型的并在这三个方面都有所提高的PLC控制的恒压供水系统。全文共分为五章。第一章阐明了恒压供水系统的应用背景、选题意义及主要研究内容。第二章对本系统的总体方案进行了介绍，其中包括系统的工艺要求，系统的组成和基本工作原理以及主要元器件的选型。第三章着重写控制系统的硬件部分的基本原理。第四章介绍了系统的软件开发工作，对PLC程序做了详细描述并介绍了过程控制中占据重要
4、地位的PID调节原理及参数设置依据，方法。第五章是项目调试和小结部分，给出了调试结果。本论文综合运用了可编程控制器（PLC）、变频器、PID调节仪、传感器等现代工业控制常用的控制部件及其相关程序设计方法。所做的研究对同类系统的研究和开发具有一定的参考价值。关键词：可编程序控制器 变频器 PID第一章 绪论1.1 课题的意义及应用背景在我国，节电节水的潜力非常大。据有关国际组织发表的资料显示:中国的单位国民经济总产值所消耗的电是美国、德国等的4倍左右，消耗的水是他们的2倍左右。我国的大量用电设备中，风机和泵类电机的耗电量占全国发电量的50%左右,若推广新型电机调速技术,可节电40%左右,即可以节
5、约全国发电量的1/5.由于我国人均占有水、电资源相对于别国又少很多,因此,在我国一方面水电供应紧张,而另一方面,水电的浪费又十分惊人.节电节水,不仅潜力巨大,而且意义深。变频控制技术的进步不仅仅是异步电动机结构简单、坚固、易于维护等优点，更主要的是采用变频调速技术的异步电动机的机械特性达到了直流电动机调压调速的特性。由于计算机技术的介入，使得变频器具有丰富的功能和方便好用的特点，因此人们才有可能按照实际要求，自行构成一个适用和可靠的调速系统。变频调速恒压供水设备以其节能、安全、高品质的供水质量等优点，使我国供水行业的技术装备水平从90年代初开始经历了一次飞跃。恒压供水调速系统实现水泵电机无级调
6、速，依据用水量的变化自动调节系统的运行参数，在用水量发生变化时保持水压恒定以满足用水要求，是当今最先进、合理的节能型供水系统。在实际应用中得到了很大的发展。随着电力电子技术的飞速发展，变频器的功能也越来越强。充分利用变频器内置的各种功能，对合理设计变频调速恒压供水设备，降低成本，保证产品质量等方面有着非常重要的意义。变频恒压供水控制系统主要有：(1)带PID回路调节器和/或可编程序控制器(PLC)的控制系统在该系统中，变频器的作用是为电动机提供可变频率的电源，实现电动机的无级调速，从而使管网水压可控。传感器的任务是检测管网水压；压力设定单元为系统提供满足用户需要的水压期望值；压力设定信号和压力
7、反馈信号输入可编程控制器后，经可编程控制器内部PID控制程序的计算，输给变频器一个转速控制信号。还有一种办法是将压力设定信号和压力反馈信号送入PID回路调节器，由后者进行运算后，输给变频器一个转速控制信号。 (2)新型变频调速供水设备针对传统的变频调供水设备的不足之处，国内外不少生产厂家近年来纷纷推出了一系列新产品，如华为的TD2100，施耐德公司的Altivar58泵切换卡，SANKEN的SAMCO-I系列，ABB公司的ACS600、ACS400系列，富士公司的G11S/P11S系列等。这些产品将PID调节器以及简易可编程控制器的功能都综合进变频器内，形成了带有各种应用宏的新型变频器。由于P
8、ID运算在变频器内部，这就省去了对可编程控制器存储容量的要求和对PID算法的编程，而且PID参数的在线调试非常容易，这不仅降低了生产成本，而且大大提高了生产效率。(3)供水专用变频器供水专用变频器是将普通变频器和PLC控制器集成在一起，是集供水管控一体化的系统，内置供水专用PID调节器，只需加一只压力传感器，即可方便地组成供水闭环控制系统。传感器反馈的水压信号直接送入变频器自带的PID调节器输入口，而压力设定既可使用变频器的键盘设定，也可采用一只电位器以模拟量的形式送入。每日可设定多段压力运行，以适应供水压力的需要。也可设定指定日供水压力。1.2 本文研究的内容 本文设计了一个以可编程控制器(
9、PLC)为控制核心，CIMRG7系列变频器为执行元件，采用PID 调节仪控制水泵电机转速，即可调节出口管网压力，使之达到用户期望的恒定压力的系统。其中主要内容包括恒压供水原理，PLC原理，变频调速原理，通过设置几个主要器件I/O参数，实现PLC，变频器，压力传感器之间的通讯、控制功能。第二章 恒压供水原理及系统的技术指标2.1 任务 用PLC，变频器，PID调节仪，压力传感器及低压部件组成PLC控制变频调速恒压供水自动控制系统，并使系统达到工艺要求的性能指标。2.2 系统技术指标 出口管网压力：恒定在400KPa（4公斤）左右，可调水泵运行时间：全天候长期运行2.3 系统的组成和基本工作原理系
10、统由水泵机组、变频器，控制柜（内含PID控制器、PLC低压电器和变频器）、压力传感器、管路系统等构成。系统控制75KW水泵2台，基本工作原理：水路管网压力低时，变频器启动1#泵，至全速运行一段时间后，由远传压力表来的压力信号仍未到达设定值时，PLC控制1#泵由变频切换到工运行，然后变频启动2#泵运行，据管网压力情况随机调整2#泵的转速，来达到恒压供水的目的。当用水量变小，管网压力变高时，2#泵降为零速时，管网压力仍高，则PLC控制停掉1#工频泵，由2#泵实施恒压供水。至管网压力又低时，将2#泵由变频切为工频运行，变频器启动1#泵，调整1#泵的转速，维修恒压供水。如此循环不已。2.4 主要元器件
11、选型PLC：FXos20MR（三菱）变频器：CIMRG7(安川) 压力传感器：TGK（意大利）PID调节仪：JC33A（日本神港）其他低压配件选择施耐德品牌为主第三章 硬件的基本原理及其应用3.1 PLC可编程控制器(FXos20MR)1969年，在美国出现第一台可编程序逻辑控制器（Programmable Logic ControllerPLC）以来，经过30多年的发展，现在已经成为一种最重要、高可靠性、应用场合最多的工业控制微型计算机。随着微电子技术的发展，PLC以微处理器为核心，适用于开关量、模拟量和数字量的控制，它已进入过程控制和位置控制等场合的控制领域。目前，可编程序控制器既保留了原
12、来可编程序逻辑控制器的所有优点，又吸收和发展了其他控制装置的优点，包括计算机控制系统、过程仪表控制系统、集散系统、分散系统等。在许多场合，可编程序控制器可以构成各种综合控制系统，列如构成逻辑控制系统、过程控制系统、数据采集和控制系统、图形工作站等等。3.1.1 可编程控制器的特点1可靠性高。由于可靠性是用户选用的首位依据，因此，每个PLC生产厂都将可靠性作为第一指标而加以研制，以单片机为核心，在硬件和软件上采取大量的抗干扰措施，使PLC的平均无故障时间达到30万小时以上，使用寿命更长。2控制功能强。PLC具有逻辑判断、计数、定时、步进、跳转、移位、记忆、四则运算和数据传送等功能，可以实现顺序控
13、制、逻辑控制、位置控制和过程控制等。3编程方便，易于使用。PLC采用与继电器电路相似的梯形图编程，比较直观，易懂易编，深受电气技术人员和电工的欢迎，容易推广应用。PLC可取代原继电器控制系统，有利于对老设备的技术改造。4使用于恶劣的工业环境，抗干扰能力强。5具有各种接口，与外部设备连接非常方便。6采用积木式结构或模块式结构，具有较大的灵活性和可扩展性，扩展灵活方便。7维修方便。PLC上有I/O指示灯（LED），哪个I/O元件有故障，一目了然。8可根据生产工艺要求或运行情况，随时对程序进行在线修改，不用更改硬接线，灵活性大，适应性强。3.1.2 可编程控制器的工作原理一、PLC的等效工作电路PL
14、C是一种微机控制系统，其工作原理也与微机相同，但在应用时，可不必用计算机的概念去做深入的了解，只需将它看成是由普通的继电器、定时器、计数器、移位器等组成的装置，从而把PLC等效成输入、输出和内部控制电路三部分，如下图所示。1输入部分这部分的作用是接受被控设备的信息或操作命令等外部输入信息。输入接线端是PLC与外部的开关、按钮、传感器转换信号等连接的端口。每个端子可等效为一个内部继电器线圈，线圈号即输入接点号，这个线圈由接收到的输入端的外部信号来驱动，其驱动电源可由PLC的电源部件提供(如直流24V)，也可由独立的交流电源(如交流110V)供给。每个输入继电器可以有无穷多个内部触点(动合、动断形
15、式均可)(这里使用的是计算机的“COPY”概念)，供设计PLC的内部控制电路(即编制PLC控制程序)时使用。2内部控制电路这部分的作用是运算和处理由输入部分得到的信息，并判断应产生哪些输出。内部控制电路实际上也就是用户根据控制要求编制的程序。PLC程序一般用梯形图形式表示。而梯形图是从继电器控制的电气原理图演变而来的，PIC程序中的动合、动断触点、线圈等概念均与继电器控制电路相同。3输出部分 这部分的作用是驱动外部负载。在PLC内部，有若干能与外部设备直接相连的输出继电器(有继电器、双向硅、晶体管三种形式)，它也有无限多软件实现的动合、动断触点，可在PLC内部控制电路中使用；但对应每一个输出端只有一个硬件的动合触点与之相连，用以驱动需要操作的外部负载；如图23所示。外部负载的驱动电源接在输出公共端(COM)上。 二、PLC的工作过程 PLC一般采用循环扫描方式工作。当PLC加电后，首先进行初始化处理，包括清除IO及内部辅助继电器、复位所有定时器、检查I/O单元的连接等。开始运行之
