基于plc变频调速恒压供水控制系统的设计(经典

基于plc变频调速恒压供水控制系统的设计(经典内容摘要：

性。 4. 指令的多少 它是衡量 PLC 能力强弱的标志，决定了 PLC 的处理能力、控制能力的强弱。 限定了计算机发挥运算功能、完成复杂控制的能力。 5. 内部寄存器的配置和容量 它直接对用户编制程序提供支持，对 PLC 指令的执行速度及可完成的功能提 供直接的支持。 6. 扩展能力 扩展能力包括 I/O 点数的扩展和 PLC 功能的扩展两方面的内容。 7. 特殊功能单元 洛阳理工学院毕业设计 （论文） 7 特殊功能单元种类多，也可以说 PLC 的功能多。 典型的特殊功能单元有模拟 量、模糊控制连网等功能 [4]。 PLC 的分类 不同的分类标准会造成不同的分类结果， PLC 常用的分类方式有如下两种。 按其 I/O 点数一般分为微型（ 32 点以下）、小型（ 128 点以下）、中型（ 1024 点以下）、大型（ 2048 点以下）、超大型（从 2048 点以上可达 8192 点以上） 5 种。 按结构可分为箱体式、模块式和平板式 3 种。 PLC 工作原理 循环扫描 CPU 连续执行用户程序、任务的循环序列称为扫描。 CPU 的扫描周期包括读 输入、执行程序、处理通讯请求、执行 CPU 自诊断测试及写输出等等内容。 PLC 可被看成是在系统软件支持下的一种扫描设备。 他意识周而复始的循环 扫描并执行由系统软件规定好的任务。 用户程序只是扫描周期的一个组成部分， 用户程序不运行时， PLC 也在扫描，只不过在一个周期中去除了用户程序和读输 入、写输出这几部分的内容。 典型的 PLC 在一个周期中可以完成以下 5 个扫描过 程。 1. 自诊断测试扫描过程。 为保证设备的可靠行，及时放映所出现的故障， PLC 都具有自监视功能。 2. 与网络进行通讯的扫描过程。 一般小型系统没有这一扫描过程，配有网络 的 PLC 系统才有通讯扫描过程，这一过程用于 PLC 之间及 PLC 与上位计算机或 终端设备之间的通信。 3. 用户程序扫描过程。 机器处于正常运行状态下，每一个扫描周期内都包含 该扫描过程。 该过程在机器运行中是否执行是可控的，即用户可以通过软件进行 设定。 用户程序的长短会影响过程所用的时间。 4. 读输入、写输出扫描过程。 机器在正常运行状态下，每一个扫描周期都包 含这个扫描过程。 该过程在机器运行中是否被执行是可控的。 CPU 在处理用户程 序时，使用的输入值不是直接从输入点读取的，运算的结果也不直接送到实际输 出点，而是在内存中设置了两个映象寄存器：一个为输入映象寄存器，另一个为 输出映象寄存器。 用户程序所用的输入值是输入映象寄存器的值，运算结果也放 在输出映像寄存器。 在输入扫描过程中， CPU 把实际输入点的状态锁入到输入映 像寄存器：在输出扫描过程中 CPU 把输出映像寄存器 的值的输出点 [5]。 洛阳理工学院毕业设计（论文） 8 循环扫描有如下特点： 1. 扫描周期周而复始地进行，读输入、输出和用户程序是否执行是可控的。 2. 输入映像寄存器的内容是由设备驱动的，在程序执行过程中的一个周期内 输入映像寄存器的值保持不变， CPU 采用集中输入的控制思想，只能使用输入映 像寄存器的值来控制程序的执行。 3. 对同一个输出单元的多次使用、修改次序会造成不同的执行结果。 4. 各个电路和不同的扫描阶段会造成输入和输出的延迟，这是 PLC 的主要缺 点。 在读输入阶段， CPU 对各个输入端子进行扫描，通过输入电路将各输入点的 状态锁入映象寄存器中。 紧接着转入用户程序执行阶段， CPU 按照先左后右、先 上后下的顺序对每条指令进行扫描，根据输入映象寄存器和输出映象寄存器的状 态执行用户程序，同时将执行结果写入输出映象寄存器。 在程序执行期间，即使 输入端子状态发生变化，输入状态寄存器的内容也不会改变 ——输入端子状态变 化只能在下一个周期的输入阶段才被集中读入。 输入 /输出采用映象寄存器的优点： 1. 集中采用 I/O，程序扫描期间输入值固定不变，程序执行完后统一输出。 种 集中 I/O 的方式保证的程序的顺序执行与外部电路乱序执行的统一，使系统更加稳 定可靠。 2. 程序执行时，存取映象寄存器要比读写 I/O 端点快的多，这样可以加快程 序执行速度。 3. I/O 点必须按位存取，而映象寄存器可按位、字节、字、双字灵活的存取， 增加了程序的灵活性。 I/O 响应时间 由于 PLC 采用循环扫描的工作方式，而且对输入 和输出信号只在没个扫描周 期的固定时间集中输入 /输出，所以必然会产生输出信号相对输入信号滞后的现象。 柚芷谠匠ぃ 秃笙窒笤窖现亍 ? 响应时间有输入延迟、输出延迟和程序执行时间部分决定。 1. PLC 输入电路设置了滤波器，滤波器的常数越大，对输入信号的延迟作用 越强。 输入延迟是由硬件决定的，有的 PLC 滤波器时间常数可调。 2. 从输出锁存器到输出端子所经历的时间称为输出延迟，对于不同的输出形 式，其值大小不同。 它也是由硬件决定的，对于不同信号的 PLC 可以通过查表得 到。 3. 程序执行时间主要由程序长短来决定，对于一个实际的控制程序，编程人 员须对此进行现场测算，使 PLC 的响应时间控制在系统允许的范围内。 洛阳理工学院毕业设计（论文） 9 在最有利的情况下，输入状态经过一个扫描周期在输出得到响应的时间，称 为最小 I/O 响应时间。 在最不利的情况下，输入点的状态恰好错过了输入的锁入时 刻，造成在下一个输出锁定才能被响应，这就需要两个扫描周期时间，称为最大 I/O 响应时间。 它们是由 PLC 的扫描执行方式决定的，与编程方法无关。 PLC 中的存储器 PLC 中的存储器按用途分为系统程序存储器、用户程序存储器以及工作数据 存储器。 1. 系统程序存储器中存放的是厂家根据其选用的 PLC的指令的系统编写的系 统程序，它决定了 PLC 的功能，用户不能更改其内容。 2. 用户程序存储器用来存储根据控制要求而编制的用户应用程序。 洛阳理工学院毕业设计（ 论文） 10 第 3 章 系统硬件设计 学习 PLC 的硬件系统、指令系统和编程方法以后，对于设计一个较大的 PLC 控制系统时，要全面考虑多种因素，不管所设计的控制系统的大小，一般都要用 以下设计步骤来进行系统设计。 随着 PLC 功能的不断完善和提高， PLC 几乎可以完成工业领域的所以控制任 务。 但是 PLC 还是有最适合它的应用场合，所以接到一个控制任务以后，要分析 被控对象的控制过程和要求，看看用什么控制设备来完成该任务最合适。 其实现 在的可编程不仅处理开关量，而且对模拟量 的处理能力也很强。 所以在很多情况 下也可以取代工业控制计算机（ IPC）作为主控器 控制对象以及控制装置确定后，还要进一步确定 PLC 的控制范围。 一般来说， 能够反映生产过程的运行情况，能用传感器直接测量的参数，控制逻辑复杂的部 分都由 PLC 控制来完成。 当某一个控制任务决定由 PLC 来完成后。 选择 PLC 就成为最重要的事情。 一 方面是选择多大容量的 PLC，另一方面是选择什么公司的 PLC 以及外设。 对第一个问题，首先要对控制任务进行详细的分析，把所有的 I/O 点找出来， 包括开关量 I/O 模拟量 I/O 以及这些 I/O 点的性质。 I/O 点是性质主要是指他们是 直流信号还是交流信号，它们的电源电压。 控制系统输出点的类型非常关键，如 果它们之中既有交流 220V 的接触器、电磁阀，又有直流 24V 的指示灯，则最后 选用的 PLC 的输出点有可能大于实际点数。 因为 PLC 的输出点一般是几个一组共 用一个公共端，这一组的输出只能有一个电源的种类和等级 [6]。 对于第二个问题，则有以下几个方面要考虑： 1. 功能方面 所有 PLC 一般都具有常规的功能，但是对 于某些特殊要求，就 要知道所选用的 PLC 是否有能力完成控制任务。 如对 PLC 与 PLC、 PLC 与智能仪 表以及上位机之间灵活方便的通讯要求；或对 PLC 的计算速度、用户程序容量有 特殊要求的；或对 PLC 的位置控制有特殊要求等。 这就要求用户对市场上流行的 PLC 品种有一个详细的了解，以便做出正确的选择。 2. 价格方面 不同厂家的 PLC 产品价格相差很大，有些功能类似、质量相当、 I/O 点数相当的 PLC 的价格能相差 40%以上。 在使用 PLC 较多的情况下，这样的 差价必须是 需要考虑的。 输入 /输出信号在 PLC 接线端子上的地址分配是进行 PLC 控制系统设计的基 础。 对软件设计来说， I/O 地址分配以后才可以进行编程；对控制柜和 PLC 的外围 接线来说，只有 I/O 地址确定以后，才可以绘制电气接线图、装配图，让装配人员 根据线路图和安装图安装控制柜。 系统调试分模拟调试和联机调试 洛阳理工学院毕业设计（论文） 11 硬件部分的模拟调试可在断开主电路的情况下，主要试一试手动控制部分是 否正确。 软件部分的模拟调试可借助于模拟开关和 PLC 输出 端的输出指示灯进行。 需 要模拟量信号 I/O 时，可用电位器和万用表配合进行。 调试时。 可利用上诉外围设 备模拟各种现场开关和传感器状态，然后观察 PLC 的输出逻辑是否正确。 如果有 错误则修改后反复调试。 现在 PLC 的主流产品都可以在 P 机上编程，并可以在电 脑上直接进行模拟调试。 联机调试时，可以把编制好的程序下载到现场的 PLC 中。 有时 PLC 也许只有 这一台，这时就要把 PLC 安装到控制柜相应的位置上。 调试时一定要先将主电路 断电，只对控制电路进行联调即可。 通过现场联调信号的接入常常还 会发现软件 以及硬件中的一些问题，有时厂家还需要对某些控制功能进行改进，这种情况下， 都要经过反复测试系统后，才能最后交付使用。 产生水压的设备是水泵，水泵转动的越快，产生的水压就越高。 传统的维持 水压的方法就是建造水塔，水泵开者时将水打到水塔中，水泵休息时借助水塔的 水位继续供水。 水塔中的水位变化相对水塔的高度来说很小，也就是说水塔能够 维持供水管路中水呀的基本恒定。 但是建造水塔需花费财力，水塔还会造成水的二次污染。 不用水塔，而要解 决水压随用水量大小变化的问题。 通常的办法是：用水量 大时，增加水泵的数量 或提高水泵的转动速度以保证管网中的水压不变，用水量小时又需作出相反的调 节。 这就是恒压供水的基本思路。 这在电动机速度调节技术不发达的年代是不可 设想的，但是今天办到这一点已经变的很容易了，交流变频的诞生为水泵转速的 平滑连续调节提供了方便。 交流变频器是改变交流电源频率的电子设备，输入三 相工频交流电后，可以输出频率平滑变化的三相交流电。 建造水塔需要花费财力，水塔还会造成水的二次污染。 那么可不可以不借助 水塔来实现恒压供水。 答案是肯定的，但是要解决水压随用水量的大小变化 的问 题。 通常的办法是：用水量大时，增加水泵的数量或提高水泵的转动速度以保持 管网中水压的不变，用水量小时又需要做出相反的调节。 这就是恒压供水的基本 思路，这在电动机速度调节技术不发达的年代是不可以想象的，但是在今天办到 这一切已经边的很容易了 [7]。 恒压供水系统的基本构成 恒压供水泵站一般需设多台水泵及电机，这比设单台水泵及电机节能而可靠。 配单台电机和水泵时，它们的功率必须足够的大，在用水量少十开一台大电机肯 定是浪费，电机选小了用水量大时供水不足。 而且 水泵和电机都有维修的时候， 洛阳理工学院毕业设计（论文） 12 备用泵是必要的。 恒压供水的主要目标是保持管压网水呀的恒定，水泵电机的转 速套跟随用水量的变化而变化，这就要用变频器为水泵供电。 这也有两种配置方 式，一是为每台水泵电机配一台变频器，这当然方便，电机与变频器间不需要切 换，但是购买变频器的费用较高。 另一种方案是数台电机陪一台变频器，变频器 与电机见可以切换，供水运行时，一台水泵变频运行，其余水泵共频运行，以满 足。