基于三菱PLC控制的恒压供水专业系统设计.doc
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1、摘 要本设计是专门对日惯用水而设计恒压供水控制系统。依照国内外研究现状以及系统控制规定,制定出了一套适合此系统控制方案。控制方案中,硬件设计重要对可编程控制器(PLC)机型、变频器机型以及电机泵组机型做出了选取,同步还对系统输入输出点进行了规划和分派。在软件设计某些,针对控制规定画出了系统流程图,并且还对每一某些流程图进行了功能解释,使读者能更加轻松理解整个系统软件设计状况。在此课题中,还采用了MCGS组态软件,对控制系统进行监视与模仿运营,很直观再现了现场实际状况。最后,还对整个系统进行了运营调试,运营成果表白该系统具备水压稳定、硬件构成简朴、运营可靠和操作以便等长处。核心词:恒压供水;可编
2、程控制器;变频器;组态软件AbstractThis design is specially designed for water constant pressure water supply control system. According to the requirements of the current research at home and abroad and the system control,develop a set of control scheme suitable for the system. In the control scheme,the hardware
3、design is mainly to the programmable logic controller (PLC) model ,frequency converter and motor pump set model made a choice,but also on the system input and output points of planning and allocation. In software design part,according to draw the flow chart of the system,and the required control and
4、 flow chart of every part of the function of explanation,so that readers can more easily understand the software design of the whole system. In this topic,also adopted the MCGS configuration software,to monitor and control systems simulate,intuitive reproduce the actual situation of the scene. Final
5、ly,the debugging of the whole system running,the results on the surface of the system has stable pressure,simple structure,reliable operation and convenient operation. Key words:Constant pressure water supply;Programmable logic Controller;Inverter;Configuration software目录摘 要IAbstractII目录III第一章 绪论11.
6、1 本课题目及研究意义21.2 恒压供水系统国内外研究现状21.3 恒压供水系统控制规定3第二章 恒压供水控制系统方案论证42.1 恒压供水控制系统分析42.2 恒压供水控制方案比较42.3 供水方式与控制方案选取5第三章 恒压供水控制系统硬件设计63.1 恒压供水控制系统设备选型63.1.1 PLC机型选取63.1.2 变频器机型选取63.1.3 电动机机型选取83.1.4 水泵机型选取83.2 PLC输入输出接点分派93.3 PLC中内部触点分派93.4 PLC输入输出接线原理图设计93.5 系统控制流程图设计11第四章 恒压供水系统程序设计134.1 电机启动简介阐明134.1.1 程序
7、准备与启动134.1.2 电动机工频与变频状态切换流程图与梯形图144.1.3 七段速度切换流程图与梯形图164.2 工变频电机满载与防负压运营214.3 电机过载报警21第五章 MCGS组态软件简介与运用225.1 MCGS组态软件简介225.2 MCGS组态软件界面模型建立235.3 MCGS数据库及设备窗口参数建立245.3.1 MCGS实时数据库建立245.3.2 MCGS设备窗口参数建立255.4 恒压供水系统MCGS与PLC联机调试27第六章 控制系统程序调试286.1 系统运营调试286.2 程序调试中浮现故障与解决方案29小结30道谢31参照文献32附录33附录1 PLC源程序
8、清单33附录2 元器件清单38第一章 绪论寻常生活用水中水品质规定越来越高,同步变频器也在不断发展中,恒压变频供水控制系统由于它保护环境、节约能源、使用以便等特点,已经被广泛应用在了高层居民住宅和大某些都市水网供水之中。恒压变频供水系统使用是变频调速,这是一种无极调速,整个系统通过水管中实时变化水压,来不断反馈给控制器,这些数据通过解决之后,再反馈给变频器进行水压自动调节。当用水量发生激烈变化时,整个系统能迅速作出反映,使整个水管中水压维持在一种相对稳定值,以达到居民日惯用水规定,恒压变频供水系统是当今社会中比较先进和节能环保供水系统。变频器内置功能是十分强大,如何更换运用好它功能,使其更简洁
9、以便实现控制规定,对合理使用整个系统设备、减少初期投入和后期维护费用、保证设备已经供水质量等有着重要意义。恒压变频供水系统如今已经能合用于绝大某些用水场合,并且相较于以往供水方式,有诸多长处,因而选取恒压变频方式进行供水是非常好。1.1 本课题目及研究意义水,是咱们生活中必要自然资源。如今国内大某些地区水严重缺少,节水已经成为当今国家必要要做一件事。在国内,饮用水和电能稀缺,长期以来在都市供水、高层住房供水、工业设备生产供水等方面水平始终比较低下,自动化限度低。集中体当前用水高峰期,水供应量普遍低于使用量,浮现管网压力下降,浮现供不应求状况,此时将会导致能源挥霍,同步还会使水管炸裂和用水设备损
10、坏。据有关记录,风机和泵累负载大概占了国内年总耗电量80%,这很大限度上与国内工作效率低下、控制方式落后供水设备关于。有关信息显示,当前水泵效率不超过60%,大量能量正在被挥霍掉。因而,运用水泵供水节能技术,设计高可靠性、高运营效率给水系统对于社会发展具备十分重要现实意义。恒压变频供水系统自20世纪80年代以来,世界各国先后吧它变成工业应用,以显示出其强大竞争能力。使用该供水系统,可以实现明显节能效果,从而提高公司经济和社会效益,这在资源日益匮乏今天显得更加突出。因而,研究恒压供水控制系统,对于提高供水能效,提高人民生活状况,减少能源消耗,具备十分重大历史意义。1.2 恒压供水系统国内外研究现
11、状随着科学技术推动,变频调速技术日益完备,以PLC来控制变频器调速为核心当代供水系统代替了曾经人工控制电机泵组供水方式。初期,国外生产变频器频率控制重要功能仅限于起重调速、电机正反转控制、电机启动和制动控制、VVVF比控制和许多保护功能。在恒压供水控制系统应用中,变频器只作为执行机构。为了达到供水需求不一致大小时,保证管网水压稳定,规定在外部为变频器提供压力控制器和压力继电器,对压力进行闭环控制。总体上看,国内电力拖动科研水平和国际先进水平比,依然差距较大。国内几乎所有产品都是普通V/f控制,仅有少量样机采用矢量控制,因而需要大量从国外进口。因此研究变频调速恒压给水系统在学术界有很重要意义。1
12、.3 恒压供水系统控制规定(1)共有3台水泵,按设计规定2台运营,1台备用,运营与备用10天轮换一次;(2)用水高峰时,1台工频全速运营,1台变频运营;低谷时,只需1台变频运营;(3)3台水泵分别由电动机M1、M2、M3拖动,而3台电动机又分别由变频接触器KM1、KM3、KM5和工频接触器KM2、KM4、KM6控制如图1-1所示:图1-1 主电路原理图(4)电动机转速由变频器七段调速来控制,七段速度与变频器控制端子相应关系如表1-1所示:表1-1 七段速度与变频器控制端子相应关系速度 1 2 3 4 5 6 7接点 RH RH RH RH接点 RM RM RM RM接点 RL RL RL RL
13、 Hz 15 20 25 30 35 40 45(5)变频器七段速度及变频运营与工频运营转换由水管压力继电器压力上下限触点控制;(6)水泵投入工频运营时,电动机过载由热继电器保障,并有报警信号提示;(7)变频器关于参数自行设定; (8)实验时KM1、KM3、KM5并联接变频器与电动机,KM2、KM4、KM6用批示灯代替;压力继电器压力上限接点与下限接点分别用按钮来代替;运营与备用10天轮换一次改为30s轮换一次。第二章 恒压供水控制系统方案论证2.1 恒压供水控制系统分析社会发展到当前,水品质越来越高,供水方式也越来越节能和高效。如今,常用供水方式有高位水箱供水、气压水罐供水(无塔供水)和变频
14、供水三种。一方面,高位水箱供水方式受到水泵扬程和楼层高度影响,顶层住户会浮现水压局限性现象,因而此方式有严重局限性之处,故已经逐渐被裁减。对于第二种无塔供水方式,它可以不受楼层高度影响,对各层顾客都实现恒压供水,相对于第一种供水方式,已有很大提高,但其也有缺陷,其系统必要在变压状态下工作,要保持一定“绝压比”,因而耗能较大。对于第三种恒压变频供水方式,它消除了水泵富裕扬程以节约能耗,还充分运用了都市管网余压,更加拥有节能功能。2.2 恒压供水控制方案比较(1)数字逻辑电路控制方式此类控制电路难以完毕水泵机组所有软启动、全流量变频调节,往往采用一台电机稳定于变频运营,别的电机均为工频状况形式。因
15、而,控制精度不够、电机泵组切换时水压波动大、调试较繁琐、工频电机起动时有冲击、抗干扰能力差,但其价格低廉。(2)单片机控制方式此类控制方式比逻辑电路先进某些,但在应付不同水管、不同供水形式时,调试较复杂;附加功能时往往要对电路进行更改,挥霍时间且不以便。电路可靠性和抗干扰能力都不是特别好。(3)继电器控制方式继电器是指当输入量或勉励量,达到某些特定状态时,能在一种或各种电器输出电路中产生突变一种器件 。如今继电器已使用在寻常及工业控制各个领域,她们比以往控制方式具备更高可靠性。但是,这也随之带来了某些问题。如绝大多数控制继电器都是长期消耗和疲劳工作条件下发生,容易损坏。在满载运营状况下,大继电
16、器将产生大量热及噪声,同步也使用了巨额电能。并且继电器控制系统必要是人工接线、装配,如果有简朴变化,也需要耗费巨额时间及人力和金钱去修正、安装和调试。用继电器控制电泵当前显然不能满足高规定,一旦报废,将很难维修。(4)采用PLC来控制PLC是一种为“工业环境”下而专门设计出来计算机,它采用了严格制造工艺,可以防粉尘、防噪声,并且在强烈空间磁场干扰下或者变化激烈环境温度下依然可以稳定正常工作,故其具备非常大运营可靠性。例如日本三菱设备公司制造F系列PLC平均可靠运营时间高达30万小时。同步相对于觉得单片机工业控制系统中,使用PLC控制具备更大灵活性,并且控制功能完善,安装接线简朴等诸多特点,在工
17、业控制中获得了非常广泛应用。从PLC外部接线来说,使用PLC构成恒压供水控制系统,和同等规模继电接触器系统相比,电气接线及开关接点已减少到非常小地步,发生故障状况也就大大减少10。2.3 供水方式与控制方案选取由于此外两种供水方式较第三种方式有明显局限性之处,因而,此课题选用“恒压变频”方式来进行设计。本课题恒压供水控制系统应依照供水过程中各种控制信号和当时运营状态,依照省时、高效原则,自动进行综合分析,拟定下一种工作状态。为此,控制系统规定共有3台水泵,规定2台运营,1台备用,运营与备用10天轮换一次;用水高峰时,1台工频全速运营,1台变频运营;用水低谷时,只需1台变频运营;主控运营过程是,
18、恒压供水PLC控制系统启动,第一种周期内1#电机工频运营,2#电机变频运营,3#电机备用。PLC依照水压上下限触点导通状况,来实现变频电机7段速度选取,每当水压下限来临,变频器频率输出增长,直至工频电机与变频电机满负载运营。当第二个周期来临,2#电机工频运营,3#电机变频运营,1#备用,工作状态同上;以此类推,第三个周期3#电机工频运营,1#电机变频运营,2#备用。三个状态完毕,周期为1个月,下一种月来暂时,重复上述环节。依照上述过程,咱们在此时选取第4种方案采用PLC来控制。PLC控制方式比其她三种控制方式更加稳定可靠,价格便宜,构造简朴,且可依照实际状况轻松变化PLC程序。因而,咱们选取以
19、PLC为控制器方案来实现此课题。第三章 恒压供水控制系统硬件设计3.1 恒压供水控制系统设备选型3.1.1 PLC机型选取由控制规定可知,本设计共有7个输入点、11个输出点,I/O实际需18点。为此后工艺改进与功能扩充留有余地,在实际记录I/O点数基本上,普通加10-20余量,再考虑PLC产品自身规格1,选取FX2N-48MR-001型PLC,其I/O总点数为48点,即输入与输出各有24个接点,与其他PLC比较,三菱PLC编程直观易懂,学习起来轻松,并且其指令集丰富,并且相对于其她PLC产品,三菱产品价格有一定优势,故选用此型号PLC控制器2。三菱FX2N-48MR型PLC实物图如图3-1所示
20、。图3-1 FX2N-48MR型PLC实物图3.1.2 变频器机型选取在交流异步电动机诸多变速方式中,变频调速性能优秀,调速范畴广,静态稳定性优秀,运营效率高;使用通用变频器对笼型异步电动机进行调速控制,由于使用以便、可靠性高,并且经济效益明显,得到了大量推广3。变频器选取中,应按电动机额定功率及额定电流、额定电压综合考虑,合理选取变频器参数,与用电设备配套。由于变频器产生高阶级波动影响,对补偿电容影响较大,在选取电容器时需选取带电抗器电容器,最佳使用带消谐装置电容器组8。恒压供水系统控制参数不多,但仍需综合各种信息综合拟定控制模型,变频装置应充分考虑与其他控制系统数据和信息传递地能力,以便更
21、好观测变频器各种状态及更合理控制,充分呈现各种装置在同一系统中现实应用潜力,达到动态、互补、可靠运营目9。变频器组装及接线中,应严格根据产品安装使用手册实行,各种辅助方式,如装置环境条件保证,接地安全办法都该预留到位,否则会直接减少变频器使用寿命和效率,还会导致对其他系统干扰状况。特别是环境温度变化,尤为重要,变频器发热量庞大,安装在柜内时要考虑散热状况,必要时需增设通风装置,对大功率变频器尤为重要3。变频器是变频调速系统控制执行机构硬件,通过频率变化实现对电动机转速调节。变频器选取必颁依照电动机功率和电流进行选取。此设计采用是三菱FR-A740-2.2K-CHT型号变频器,其具备先进磁通矢量
22、控制功能、强大扩展能力、简朴操作及维护等。相较于其她品牌变频器,三菱产品价格具备一定优势,且在稳定性上,更加得到 广大顾客必定,故此课题选用该型号变频器。变频器实物图如图3-2所示。 图3-2 变频器实物图3.1.3 电动机机型选取异步电机重要用作电动机,其功率范畴从几瓦到上万千瓦,是寻常生活中应用最广泛电动机,为各种机械设备提供动力,例如机床,中下型轧钢设备、风机、水泵等,都采用三相异步电动机拖动。异步电动机被广泛应用,是由于它构造简朴、制造容易、成本和价格低、结实耐用、运营可靠、运营效率较高并有合用于各种机械负载工作特性。缺陷是需要从电网吸取滞后无功功率,功率因数总不大于1。本课题中采用Y
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