毕业论文-基于PLC的变频恒压供水系统.doc

CHANGZHOU INSTITUTE OF TECHNOLOGY毕 业 设 计 说 明 书题目： 基于PLC的变频恒压供水系统 二级学院： 电子信息与电气工程学院 专 业： 自动化 班级： 10自二 评阅教师： 职称： 2014 年 5 月常州工学院电子信息与电气工程学院毕业设计说明书摘要 水是生产生活中不可或缺的重要组成部分，城市的生产生活用水一般只能满足8层楼的供水需求。随着社会主义市场经济的不断发展，城市里的次高层和高层建筑不断增加，自来水的给水压力已经无法满足次高层和高层建筑的用水需求和消防给水的要求，人们对供水质量和供水系统可靠性的要求不断提高；再加上目前能源紧缺，利用先进的自动化技术、控制技术以及通讯技术，设计高性能、高节能、能适应不同领域的恒压供水系统成为必然的趋势。变频调速是一项效益最高、性能最好、应用最广、最有发展前途的电机调速技术,变频恒压供水系统已在国内许多实际的供水控制系统中得到应用，并取得稳定可靠的运行效果和良好的节能效果。极大地提高了供水的质量，并且节省了人力，具有明显的经济效益和社会效益。本设计是利用三菱PLC控制水泵电机转速的控制系统，首先介绍了变频恒压供水系统的工作原理和系统的组成，然后介绍了三菱PLC、变频器、压力传感器，A/D转换模块的选型及接线图。接着确定了系统的总体结构，熟悉整个系统的工作原理，接着进行PLC的I/O分配，最后设计了软件流程图，完成组态人机界面。关键词：三菱FN2X PLC，PID，组态王，变频调速AbstractWater is an important part of the production life of an integral,Production and living water to meet the citys demand for water is generally only 8 floors.With the continuous development of the socialist market economy,The citys second high-rise and high-rise buildings increasing，Water pressure of the water has been unable to meet the requirements of sub-rise and high-rise building fire water supply of water demand ，People of water quality and water requirements continues to increase system reliability;Coupled with the current energy shortage,The use of advanced automation technology, control technology and communication technology, design high-performance, high energy, able to adapt to different areas of water supply systems has become an inevitable trend.Frequency control is an effective, highest performance, most widely used, the most promising of motor control technology,Constant pressure water supply system has been applied in many practical domestic water supply control system,And obtain stable and reliable operating results and a good energy saving effect.Greatly improved the quality of water, and saves manpower, with obvious economic and social benefits.This design is the use of Mitsubishi PLC control the pump motor speed control system, first introduced the composition constant pressure water supply system works and systems,Then introduced the Mitsubishi PLC, inverter, pressure sensors, A / D converter module selection and wiring diagrams. Then determine the overall structure of the system, familiar with the working principle of the system, followed by I / O assignment of PLC, the final design of the software process, completed the configuration user interface.Keywords: Mitsubishi FN2X PLC, PID,King view，Frequency Control目录摘要Abstract第1章 绪论11.1 课题背景11.2 国内外研究现状及发展趋势11.3 研究思路和主要内容1第2章 系统总体设计32.1 系统设计要求32.2 恒压供水系统的基本组成3第3章 变频恒压供水系统硬件设计53.1 水泵机组53.1.1水泵选型53.1.2 水泵主回路接线53.1.3水泵控制回路接线63.2 可编程控制器（PLC）73.2.1 PLC的优点73.2.2 PLC的简介及选型73.2.3 PLC的I/O分配83.2.4 PLC的接线93.3压力传感器103.4 A/D转换模块113.4.1 模拟量输入输出模块123.5变频器123.5.1 变频器的组成及简介123.5.2变频器选择133.5.3变频器接线15第4章 变频恒压供水系统软件设计164.1系统总体流程图174.2变频器PID设置流程18第5章 组态设计185.1组态王简介195.2制作人机界面215.2.1新建工程215.2.2添加工程变量255.2.3画面制作265.2.4 建立动画连接28第6章 仿真与调试286.1 GX DEVELOP编程软件简介296.2 启动GX DEVELOP306.3 启动组态王30致谢32参考文献33附录135I绪论第1章 绪论1.1 课题背景水是生产生活中不可或缺的重要组成部分，城市的生产生活用水主要来自自来水公司的市政管网提供，然而自来水的给水压力只能达到0.35-0.4MPa，一般只能满足8层楼的供水需求。但是城市里的次高层和高层建筑不断增加，自来水的给水压力已经无法满足次高层和高层建筑的用水需求和消防给水的要求，只能由小区依靠二次加压给水设备进行增压给水。随着社会主义市场经济的发展，人们对供水质量和供水系统可靠性的要求不断提高；再加上目前能源紧缺，利用先进的自动化技术、控制技术以及通讯技术，设计高性能、高节能、能适应不同领域的恒压供水系统成为必然的趋势。利用变频器控制电机速度是比调压调速、机械调速等其他调速方式的方案，也是当今国际上一项效益最高、性能最好、应用最广、最有发展前途的电机调速技术,它集微机控制技术、电力电子技术和电机传动技术于一体，实现了工业交流电动机的无级调速，具有高效率、宽范围和高精度等特点,变频恒压供水系统已在国内许多实际的供水控制系统中得到应用，并取得稳定可靠的运行效果和良好的节能效果。经实践证明该系统具有高度的可靠性和实时性，极大地提高了供水的质量，并且节省了人力，具有明显的经济效益和社会效益。1.2 国内外研究现状及发展趋势在变频调速技术的发展起来之后，变频恒压供水系统才逐渐发展起来的。目前的国外的变频恒压供水系统变频器成熟可靠，恒压供水控制技术比较先进。国外的变频供水系统在设计时主要采用一台变频器只带一台水泵机组的方式。这种运行方式安全可靠，变压方式更灵活。此方式的缺点必是电机数量和变频的数量一样多，因而投资成本相当高。国外生产的变频器，特别是供水厂用的变频器，相比于国产的变频器而言，价格明显偏高，维护的成本也比国内产品要高。目前国内的很相当多的公司在研制推广变频恒压供水系统，国产的变频器大多数采用进口元件组装，结合PLC或PID调节器实现变频恒压供水，在小容量，控制要求高的变频恒压供水场合，国产的变频器发展较快，而且因为其低廉的成本占领了相当部分小容量恒压供水市场。但在功率较大，容量较大变频器上，国产的变频器还需要更加进一步改进和完善。1.3 研究思路和主要内容本论文主要设计一个变频恒压供水系统，本系统的三台水泵主要通过PLC，变频器为主要控制器来控制水泵机组的转速，首先压力传感器采集管道水压，再通过变频器的A/D转换模块将模拟量转换为数字量，同时，变频器的A/D将压力设定值转换成数值量，两个数据同时经过PID控制模块进行比较，当供水压力低于设定压力的时候，变频器就会将运行频率升高，反之则降低，并且可以根据压力变化的快慢进行差分调节，以负作用为例，如果压力在上升接近设定值的过程中，上升速度过快，PID运算也会自动减少执行量，从而稳定压力。供水压力经过PID调节后的输出量，通过交流接触器组进行切换后输出给水泵的电机，当管道的用水量变大时，会出一台变频泵，压力不太够的时候，这个时候就需要另一个水泵以工频电的方式参与供水，水泵的工作个数的切换由交流接触器组负责，PLC按需求控制各个接触器，将工频电和变频电，按需求选择水泵机组的运行方式。主要内容：首先对变频恒压供水系统和PLC、变频器做简要的介绍。接着确定了系统的总体结构，熟悉整个系统的工作原理，接着进行PLC的I/O分配，对PLC、变频器、水泵机组、压力传感器等元件进行选型，研究PLC的外围接线图，变频器的参数设置，最后设计了软件流程图，完成组态人机界面。35系统总体设计第2章 系统总体设计2.1 系统设计要求本课题主要目标是以PLC和变频器为主控制器，以PID为控制算法，通过其改变调速泵的运行频率，完成对调速泵的转速控制，从而达到恒压供水效果。2.2 恒压供水系统的基本组成 图2-1 变频恒压供水系统的基本组成变频恒压供水系统由三个水泵，一个变频器，一个PLC和一个压力传感器和若干辅助部件构成。三个水泵中每台泵的出水管均装有手动阀，以供维修和调节水量之用，三个泵协调工作以满足供水需要；变频恒压供水系统中检测管道压力的压力传感器，一般采用电阻式传感器(反馈05V电压信号)，变频恒压供水系统的核心是变频器，通过改变水泵电机的频率实现电机的无极调速、无波动稳压的效果和各项功能。工作原理：由压力传感器采集压力给系统，再通过A/D转换模块将模拟量转换为数字量，同时A/D模块将压力设定值转换为数字量，两个数据同时经过PID控制模块进行比较，PID根据变频器的参数设置，进行数据处理，并将数据处理的结果以运行频率的形式进行输出，控制水泵1的转速，当运行频率达到上限时，PLC会根据官网压力，由程序判断，将当前运行水泵切换至工频运行，并迅速变频启动水泵2，此时PID会继续分析计算压力传感器送来的信号，进一步控制变频器的运行频率，如此重复进行，达到恒压供水的目的。变频调速恒压供水系统由模拟部分，压力采集部分，电气控制部分，通讯接口，报警装置等组成。（1）模拟部分主要有：水泵、供水箱，集水箱、承压箱、模拟用户（电磁阀控制）（2）压力采集部分水压信号:它反映的是用户管网的水压值，它是控制系统的主要反馈信号。A/D转换模块：将模拟信号转换为数字信号。（3）电气控制部分PLC:控制系统最为重要的核心。PLC直接地对系统中的工况、压力、报警的信号进行采集，对来自组态界面接口和通信接口的数据信息进行分析、实施PID控制算法，得出对水泵机组控制方案，通过PLC和接触器对水泵进行控制。变频器:其可以控制水泵机组的转速的模块。变频器跟踪压力传感器送来的控制信号改变调速泵的运行频率，完成对水泵的转速控制。继电器组:它是由一组接触器、保护继电器、转换开关等电气元件组成。用于在供水控制器的控制下完成对水泵的切换、手/自动切换等（4）通讯接口恒压供水系统的一个非常重要组成部分是通讯接口，通过这接口，系统可以和组态王软件进行数据的交换，并且通过通信接口，还能够把当今的先进的网络科技技术运用到恒压供水系统中来，比如能够对系统进行远距离的诊断和维护等（5）报警装置作为一个恒压供水控制系统，报警是不可缺少的重要构成部分。为了使系统能够运用在不同供水环境，因此为了保证系统安全，可行，稳定的运行，防止因为电机过载，电网波动较大、出水超压、等等造成的原因，因此系统必须要对各种报警量进行监测，由PLC判断报警类别，进行显示和保护动作控制，以免造成不必要的损失。变频恒压供水系统硬件设计 第3章 变频恒压供水系统硬件设计3.1 水泵机组3.1.1水泵选型 水泵：M1、M2选用40-160(I)A型，M3选用40-160(I)型，水泵符号型号流量扬程转速(r/min)电机功率（KW）M1,M240-160(I)A112829002.2M340-160(I)12.53229003.0 表3-1 水泵电机的规格参数3.1.2 水泵主回路接线 图3-1 水泵主回路接线电机有两种工作模式即：在工频电下运行和在变频电下运行。KM1、 KM3、 KM5 分别为电动机M1 、M2 、M3 工频运行时接通电源的控制接触器，KM0、 KM2 、KM4 分别为电动机M1、M2、 M3 变频运行时接通电源的控制接触器。当系统起动时，KM0闭合，1#水泵以变频方式运行，当变频器的运行频率超出设定值时输出一个上限信号，PLC可以通过这个上限频率信号后将1#水泵由变频转换为工频，KM0断开，KM1吸合，同时KM2吸合以变频方式起动2#水泵，如果再次接到上限频率信号，则KM2断开KM3吸合，2#水泵由变频转为工频，同时KM4会闭合，3#水泵会以变频方式运行，假如变频器运行频率过低，即压力过高，输出的下限频率信号经过PLC使KM4关闭，KM3，KM2开启，2#水泵变频起动，再次接到下限频率信号就关闭KM2，KM1，吸合KM0，只剩1#水泵变频工作，通过这样可以完成对水泵的增加或者减少，从而到达控制水压的目的。3.1.3水泵控制回路接线 图3-2 水泵控制回路接线图每台水泵工频与变频接触器除软件程序互锁外，在硬件方面还必须互锁。如图中KM0与KM1，KM2与KM3，KM4与KM5。PLC接触器线圈的输出公用端一定要连接在一起。3.2 可编程控制器（PLC）3.2.1 PLC的优点编程方法简单易学：梯形图是最常使用的PLC编程语言。其表达方式和电路符号和电路原理图比较相似，梯形图语句形象直观，容易学容易用。功能强和性价比高。一台小型的PLC内有可供实验者使用的编程元件成千上万。可以实现极其复杂的控制功能。与功能相似的继电器系统比，具有很高的性价比。PLC可以通信联网、实现分散的控制、集中管理。硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强：PLC产品已经标准化、模块化、系列化，有品种齐全的硬件装置可供用户选择，用户可以灵活地进行系统配置，组成规模和功能都不同的系统。PLC的接线安装也非常方便，一般用接线端子与外部接线连接。硬件配置确定后，通过修整用户程序，就能够方便快速地适应工艺要求的变化。可靠性高，抗干扰能力强：PLC用软件代替了继电器控制系统中大量的时间继电器和中间继电器，接线数量减少到十分之一以下，由于触点的接触不良引起的故障大大减少。PLC有极强的故障诊断能力。其采用了大量硬件与软件抗干扰措施，具有极强的抗干扰能力，能够适应于有强烈得干扰的工业生产现场，PLC控制已经被公认为最可行的工业控制设备之一。系统的设计、安装、调试工作量少：PLC用软件中的功能代替了继电器控制系统中大量的时间继电器、中间继电器、计数器等元件，使控制柜的设计、装配、接线的工作量很大减少。PLC可以用顺序控制设计法来设计梯形图程序。这种设计方式极有规律，容易上手。PLC的用户可以在实验室进行仿真调试，输入信号可以用小开关来表示，通过各个输出点对应的发光二极管的通断来监控输出信号的状态，调试的时间少于继电器系统。维修工作量小，维修方便：PLC发生故障的几率很低，且自带完善的故障诊断功能。PLC或外部的输入装置以及执行机构发生故障时，根据编程软件提供的信息和PLC上的发光二极管，可以很方便地查出哪里出故障，用更换模块的方法就能快速地解决问题。3.2.2 PLC的简介及选型可编程控制器是60年代末在继电器系统上发展起来的，当时称作可编程逻辑控制器，简称PLC。可编程控制器的产生和发展与继电器控制系统有很大的关系。继电器是一种用弱电信号控制强电信号的电磁开关，但在复杂的控制系统中，故障的查找和排除非常困难，不适应于工艺要求发生变化的场合。由此，产生了可编程控制器，它是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通讯技术，用面向控制过程、面向用户的简单编程语句，适应工业环境，是简单易懂，操作方便、可靠性高的新一代通用工业控制器，是当代工业自动化的主要支柱之一。可编程控制器具有丰富的输入/输出接口，并具有较强的驱动能力，但它的产品并不针对某一具体工业应用，其灵活标准的配置能够适应工业上的各种控制。在实际应用中，其硬件可根据实际需要选用配置，其软件则需要根据要求进行设计。三菱PLC相对于其他的PLC价钱比较低，有相配套的伺服系统和组态软件。而且在大学期间我所接触的也大多数是三菱公司的PLC。由于本系统所需功能和技术要求FX2N完全能够解决，所以从经济方面考虑选用三菱FX2N系列产品。FX2N系列PLC是由日本三菱公司生产的一种超小型系列可编程控制器，它能满足许多自动化控制的需求，他的设计紧凑，价格低廉，而且拥有良好的可扩展性和强大的指令功能，可代替继电器用于简单的控制场所，也适用于复杂的自动化控制系统。由于具有极强的通信功能，也能在大型网络控制系统中充分发挥作用。水泵1#、2#，3#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，另外系统还有8个故障设置的接口，输出点数量一共17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，系统自动/手动起动需1输入点，手动控制电机的工频/变频运行需6个输入点，控制系统停止运行需1个输入点，检测电机是否过载需3个输入点，共需15个输入点。系统所需的输入输出点数量共为32个点。所以本系统选用FX2N-48MR-D型PLC。3.2.3 PLC的I/O分配输入输入地址符号名功能XOO0SB1自动启动X001SB2自动停止X002频率检测X003过负荷X006SB3手动/自动转换开关X010FR11#水泵热过载继电器X011FR22#水泵热过载继电器X012FR33#水泵热过载继电器X014SB41#电磁阀控制键X015SB52#电磁阀控制键X016SB63#电磁阀控制键X021SB7手动1#水泵变频X022SB8手动1#水泵工频X023SB9手动2#水泵变频X024SB10手动2#水泵工频X025SB11手动3#水泵变频X026SB12手动3#水泵工频X027SB27变频器手动起动输入输出地址符号名功能Y021KM01#水泵变频转动Y022KM11#水泵工频转动Y023KM22#水泵变频转动Y024KM32#水泵工频转动Y025KM43#水泵变频转动Y026KM53#水泵工频转动Y027KM6变频器手动起动Y0故障点1Y1故障点2Y2故障点3Y3故障点4Y4故障点5Y5故障点6Y6故障点7Y7故障点8Y10KM14A540STFY14KM15电磁阀1Y15KM16电磁阀2Y16KM17电磁阀3表3-2 I/O分配表3.2.4 PLC的接线 图3-3 PLC外部接线图图3-4 扩展单元接线图3.3压力传感器人们为了从外界获取信息，必须借助于感觉器官。而单靠人们自身的感觉器官，在研究自然现象和规律以及生产活动中它们的功能就远远不够了。为适应这种情况，就需要传感器。因此可以说，传感器是人类五官的延长，又称之为电五官。传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。本系统使用压力传感器使用CY-YZ-1001型绝对压力传感器，其采用硅压阻效应原理实现压力测量的力电转换。当水管压力作用在传感器时，敏感芯体内硅片上的惠斯登电桥的输出电压发生变化，信号调理电路将输出的电压信号作放大处理，与此同时进行温度的补偿、非线性补偿，使传感器的电性能满足技术指标的要求。 压力传感器+直流电源A红黑变频器A/D模块 图3-4 压力传感器接线3.4 A/D转换模块FX2N-4AD系列的PLC模拟量输入的模块有：2，4，8通道的电压/电流的模拟量的输入模块，型号是FX2N-（2/4/8）AD;此外还有4通道的温度传感器的模拟量输入模块，型号为FX2N-4AD-PT/TC。模拟量输出模块有：2、4通道电压/电流模拟量输出模块，其型号为FX2N-（2/4）DA。3.4.1 模拟量输入输出模块FX2N-4AD为4通道12位A/D转换模块，它可以将模拟电压或电流转换为最大分辨率为12位的数字量，并以二进制补码方式存入内部16位缓冲寄存器中，通过扩展总线与FX2N基本单元进行数据交换。FX2N-4DA有4个通道输出（CH1CH4），每个通道均可进行D/A转换。数字量转换为模拟信号输出的最大分辨率为12位，输出的模拟电压范围为-1010V时，分辨率为5mV，电流范围为020mA时，分辨率为20uA。FX2N-4DA占用FX2N扩展总线8个接点，这8个接点可以是输入或输出点。3.5变频器3.5.1 变频器的组成及简介 变频器通常由整流器，平波电路，逆变器，制动回路组成。整流器大多数使用的是二极管，其把工频的电源转换成直流电源，也可以用二组晶体管变流器组成可逆变流器，由于其功率方向可逆，可以使用再生运转，平波回路是在整流器整流后的直流电压中，含有电源6倍频率的脉动电压，此外逆变流器产生的脉动电流也使直流电压波动，为了抑制电压波动采用电感和电容吸收脉动电压，逆变器同整流器相反，逆变器的作用；将直流功率转换为所需求交流功率，根据PWM控制型号控制6个开关器件导通，关断，就可以得到三相频率可变的交流输出，自从20 世纪80年代以来，变频调速技术在工业化国家已开始了规模化的应用。80年代以来，我国的民用及工业电气设计等领域也开始使用变频调速技术。变频调速与通常的调速（如直流电机调速）比较，具有很大的优越性：整个系统体积小、重量轻、控制精度高、保护功能完善，操作过程简便，可靠性高，通用性强。尤其是该技术用于一些耗能设备的控制上，具有非常显著的节能效果：通过对用电设备进变频调速技术改造，可使总耗电量减少30%-40%，节能的量产生了一种飞跃。鉴于变频调速设备的价格总体呈现逐渐下将的趋势，而电价却在稳定地上调，因此对建筑工程和企业部分大容量电机进行变频设计与改造，回收投资周期亦很短暂，而所创造的经济效应和社会效益则是显著的。目前，国外许多优秀的变频调速系统与成套的设备已大量进入中国内地市场，如欧洲的ABB，的西门子，丹麦的丹佛思，日本的三肯、三菱、富士，施耐德，九德松益，美国的罗宾康，英国的欧陆等变频器系列。国内也生产了几种变频调速设备，其质量可与国外的变频器产品相抗衡，如佳灵公司的佳灵变频器，深圳华为公司的ENYDRIVE变频器等。3.5.2变频器选择变频器发展十分迅速，应用日渐广泛，利用变频器传动异步电动机所构成的调速控制系统，发挥着越来越出大的作用。由于应用领域十分广阔，生产厂家为了争取和占领市场，展开了技术上的竞争。近十几年来国内外大大小小的公司都将产品经改型换代，使变频器的性能和功能得到不断地提高和充实。由于市场上变频器的种类繁多，如何进行选择就成了必须掌握的基本功能知识，本论文从用途，电压，容量3方面结合考虑，最终决定使用FR-A540型号的变频器。有以下几个特点：接线简单，可运用PLC的继电器输出接到变频器的控制输入端来控制变频的正反转和频率。安装灵活，可以根据实际需要，把控制装置安装到任何位置，进行远距离操作。频率设置简单，并且具有二速设定功能，可以满足本课题自动门系统的控制要求，且操作方便，只需轻轻转动外接电位器的旋钮，就可以进行频率设置。参数号设定值设定范围注解Pr.1282010,11,20,21PID控制为4端输入，起负作用Pr.1291000.1-1000PID比例常数设定为100%Pr.1300.50.1-3600sPID积分常数设定为0.5sPr.1340.50.01-10sPID微分常数设定为0.5sPr.183140-999,999RT端子功能设为PID有效控制端Pr.19340-199,9999OL端子功能设置为Pr.42的频率检测Pr.19450-199,9999FU端子功能设置为Pr.50的频率检测Pr.42100-400HZ下限标志频率为10HZPr.50500-400HZ上限标志频率为50HZ 表3-3 变频器主要的参数设置变频器适用电机（KW)输出额定容量(KVA)输出额定电流（A）过载能力电源额定输入交流电压/频率冷却方式FR-A540系列5.5型（三菱）5.59.112150%60s ,200% 0.5s (反时限特性)3相，380V至480V 50Hz/60Hz强制风冷表3-4 变频器的规格参数 图3-5 三菱变频器FR-A540系列 3.5.3变频器接线 图3-6 变频器接线图中虚线部分（SD-RT）和4、5要在面板上连接，其余均已被“内部连接”完成。注意电流方向，传感器输出的“+”和变频器的4端子相连，“-”和变频器的5端子相连。管脚STF接PLC的Y10管脚，控制电机的正转。X2接变频器的FU接口，X3接变频器的OL接口。频率检测的上/下限信号分别通过OL和FU输出至PLC的X2与X3输入端作为PLC增泵减泵控制信号。变频恒压供水系统软件设计第4章 变频恒压供水系统软件设计4.1系统总体流程图PLC在系统中的作用是控制交流接触器组进行工频变频的切换和水泵工作数量的调整。工作流程如图4-1所示。 系统起动之后，检测是自动运行模式还是手动运行模式。如果是手动运行模式则进行手动操作，人们根据自己的需要操作相应的按钮，系统根据按钮执行相应操作。如果是自动运行模式，则系统根据程序及相关的输入信号执行相应的操作。手动模式主要是解决系统出错或器件出问题在自动运行模式中，如果PLC接到频率上限信号，则执行增泵程序，增加水泵的工作数量。如果PLC接到频率下限信号，则执行减泵程序，减少水泵的工作数量。没接到信号就保持现有的运行状态图4-1 PLC程序总体流程图4.2变频器PID设置流程设定稳定压力为0.1MPa（当一个水泵50HZ工作时，能产生的最大供水压力为0.15MPa）设定Pr.128并且使PID有效传感器规格，当传感器在4mA时表示0MPa，20mA时表示500Pa，因为4mA对应0%，20mA对应100%，所以0.1MPa为20%设定值=20%，由于规定端子2在0V时等于0%，5V时等于100%，所以输入1V到端子2设定比例范围和积分时间稍微大一点，微分时间稍微小一点，在根据系统的运行情况，减小比例范围和积分时间，增加微分时间。图4-2 变频器PID设置流程组态设计第5章 组态设计5.1组态王简介 组态王软件开发监控系统，是新型的工业自动化控制系统，它以标准的工业计算机软、硬件平台组成的集成试系统取代传统的封闭系统。组态王kingview6.55是由亚控科技公司根据目前国内自动控制技术发展方向，以实现企业一体化，面向低端工业生产以及应用为目标而研发的一个产品。该产品以搭建战略性工业生产服务平台为目标，得到了亚控科技公司自己研发工业的实时数据库的支持，能够为企业提供一个对整个生产过程的数据进行汇总、分析及管理的有效平台，让企业可以及时有效地获取信息，及时地做出反应，以获得最佳的结果。组态王保持了其早期版本运行稳定、功能强大以及使用便利的特点，同时根据国内许多用户反馈的意见，将部分功能进行了完善和补充，组态王软件kingview6.55提供了简捷易用及丰富的的配置界面。提供了大量的图库精灵和图形元素，并为实验者创建图库提供了简单易用的接口；该款产品的报表、历史曲线及web发布功能进行了大幅提升与改进，软件的功能性和可用性有了很大的提高。组态王在保留原有报表的所有功能的基础上重新增加了报表向导功能，能够用组态王软件的历史库或KingHistorian为数据源。快速地建立所需要的各种各样的报表，并且，还可以统计出行列值功能。组态王在web发布方面取得重大的突破。新版本的Web发布能够实现OCX控件发布和数据发布以及画面发布，同时保留了组态王Web的所有功能：IE浏览客户端能够获得与组态王运行系统同样的监测画面，Web服务器与IE客户端保持数据同步，通过网络您可以在任何地方获得与Web服务器上相同的画面和报表显示、数据显示、报警显示等，同时可以方便快捷的向工业现场发布控制命令，实现实时控制的功能。组态王集成了对KingHistorian的支持，且支持数据同时存储到组态王历史库和工业库，极大地增强了组态王对数据存储的能力，能够更好地达到大多数用户对存储速度及容量的需求。亚控最近退出的独立研发的工业数据库。具有单个服务器支持最高256个并发客户、100万点同时检索和存储数据、每秒超过20000 条单个变量记录检索的强大功能。能够很好地满足高端客户对存储速度和容量的要求，完全符合客户实时检索和查看历史运行数据的要求。它具有开放性好、适应性强、经济、开发周期短、易于扩展等优点。通常能够把这样的系统划分为三个层次结构即管理层、控制层。监控层向上连接管理层，向下连接控制层，它不但满足现场的实时监测与控制，并在变频恒压供水控制系统中完成组态开发、上传下达的重要连接作用。重点考虑三个方面问题：动画、数据、画面。通过分析变频恒压供水系统要求及其实现功能，运用组态王进行监控系统的设计，组态软件同时为用户提供了可以视化监控画面，用户对实时现场可以有利监控。并且，由于Windows的图形的编辑功能，构成的监控画面更加方便，并以动画的方式表示被控制对象的状态，具有实时变化曲线、报警窗口等，能够方便的生成各种各样的报表。它还拥有灵活的组态方式、数据链接功能和丰富的设备驱动程序。 运用组态王软件实现恒压供水系统实验仿真的根本方法： (1)设计图形界面 (2)构造数据库 (3)建立起动画连接 (4)启动组态王和调试 使用组态王软件开发的特点: (1)实验全部由软件来实现,只要利用现有的电脑就能够完成自动控制系统工业的实验,从而大大降低购置仪器的经费。 (2)该系统是中文界面,具有结果可视化、人机界面友好等优点。对用户而言, 参数输入与修改灵活,编程简单、操作简单易学,具有重复或多次仿真运行控制的能力,可以及时地显示参数变化前和变化后系统特性的曲线,可以很直观地显示控制系统的实时趋势曲线,这类很强的交互能力令其在自动控制系统的实验中能够发挥理想的效果。在采用组态王实现系统编制应用程序过程时需考虑以下三个方面:(1)图形,实际的工业现场和相应的工控设备用抽象的图形来模拟。(2)数据,即创建一个具体的数据库,同时用这数据库中的变量表示工控对象的各种属性，例如温度，湿度等。(3)连接,就是画面上的图素用什么动画来表示现场设备的运行和怎样让操作者输入控制设备的指令。5.2制作人机界面5.2.1新建工程 打开组态王软件，进入工程管理器，新建一个工程，选择他的存储路径并设定项目名称为“变频恒压供水系统”。如图所示，选择FX2编程口。选择COM1，波特率为9600，偶校验。通信口为RS232.如图5-1 所示，选取“FX2”的“编程口”。图5-1 选择设备通信方式点击确定之后，弹出如图所示“设置串口-COM1”对话框，在图中选择与硬件设备对应的参数，设置波特率，奇偶校验，等参数，保证COM1与PLC的通信能够正常进行。图5-2 设置串口-COM1单击下一步，弹出下图所示的对话框，在下拉式串口列表框中选择“COM1”。图5-3 选择设备连接的串口 继续单击下一步，出现如图所示的对话框，在此向导页面配置一些关于设备在发生通信故障时，系统尝试恢复通信的策略的参数，图5-4 配置参数“通信参数”对话框继续单击下一步，弹出如图5-5所示的对话框，至此，向导显示已配置的串口设备的设备信息，如需修改可以单击上一步。不需修改则单击完成，工程浏览器设备节点处显示已添加的设备。 图5-5 配置向导“信息总结”对话框5.2.2添加工程变量 数据库是组态王软件的核心部分，工业现场的生产状况要以动画的形式反映在屏幕上，操作者在计算机面前发布的指令也要迅速地送到生产现场，所以这一切都是以实时数据为中介环节因此变得非常重要。添加工程变量的大纲选型下“数据库”然后“数据词典”选项下进行，单击“数据词典”，出现“内部变量”对话框，图5-6 内部变量对话框数据字典定义，因为要采用PLC控制所以部分变量定义为I/O离散型，有的定义为内存离散型。其他变量如上述方法定义。图5-7 定义变量对话框5.2.3画面制作画面是用户用来与计算机进行人机交互，监视控制系统的运行状况，进行生产实践操作，输入控制指令，各项指标监视等的人机界面。进入组态王开发系统后，就可以为每个工程建立数目不限的画面，在每个画面上生成互相关联的静态或动态图像形象。这些画面都是由组态王提供类型丰富的图形对象组成的，系统提供各种各样的图形对象，提供了对图形的在窗口内任意移动，缩放，改变形状，复制，删除等编辑操作。组态王采用面向对象的编程技术，使用户可以方便地建立画面的图形界面，用户构图时可以像搭积木那样利用系统提供的图形对象完成画面的生成，同时支持画面之间的图形对象复制，可重复以前的开发结果。（1） 进入新建的组态王工程，选择工程浏览器左侧大纲领项“文件”点“画面”，在工程浏览器右侧用鼠标左键双击“新建”，弹出“新画面”对话框。（2） 在“画面名称”处输入变频恒压供水系统，其他属性暂不用改变，点击“确定”按钮进入内嵌的组态王画面开发系统。（3） 在组态王开发系统中从“工具箱”和“图库”中分别选择“反应器”，“矩形”，“文本”等图标，绘制一个自动供水系统的对象和一个文本对象。（4） 在画面开发系统中，使用工具箱中圆角矩形，构建出变频恒压供水系统的结构图5-8 新建画面图5-9 组态王开发系统图5-10 创建系统图形画面5.2.4 建立动画连接 实验者在组态王开发系统中制作的画面都是静止，这时就需要通过实时数据库与现场状况同步联机起来，所以必须动画连接，动画连接就是建立画面的图素与数据库变量的对应关系。这样工业现场的数据发生变化时，通过I/O接口，将引起实时数据库中变量的变化，这时我们将会在人机界面看到相应的同步变化。图5-11 动画连接属性设置画面仿真与调试第6章 仿真与调试在三菱GX Developer编程软件的基础上追加安装GX Simulator软元件包，就可以实现离线的调试。6.1 GX DEVELOP编程软件简介GX DEVELOP是三菱PLC的编程软件。适用于Q、QnU、QS、QnA、AnS、AnA、FX等全系列的可编程控制器。支持网络参数设定，指令表、梯形图、ST、SFC及FB、Label语言程序设计，可进行程序的在线更改、监控和及调试，拥有异地读写PLC程序功能。GX Developer特点：1. 软件的共通化GX Developer可以制作A系列，Q系列,FX 系列，QnA系列的数据,可以转变成GPPA、GPPQ格式的文档。 此外，选择FX系列的情况下，还可以变换成FXGP(WIN)、FXGP(DOS)格式的文档。 2. 由于Windows的优越性，其操作性飞跃上升能够有效利用将Eord、Excel等作成的说明数据进行复制、粘贴。 3. 程序的标准化 (1) 标号编程 用标号编程编写可编程控制器程序，则不必知道软元件的号码仅仅根据标示编写为标准程序。以标号编程生成的程序可以依据汇编直接作为实际的程序来使用。 (2) 功能块FB是一种提高顺序程序的开发的效率的一种功能。将开发顺序程序时反复运用的顺序程序回路块零件化，使开发程序更加容易。此外，零件化后，其运用到其他的顺序输入时不会出现错误。 (3) 宏 只要在任何回路的模式上添加名字，登录到文档，之后输入相对简单的指令就可以读出之前登录的回路模式，改变软元件就可以灵活运用了。 4. 可以简单设置与另外站点的链接 即使连接的对象的指定在图形化被构筑成比较复杂的系统的情况下也可以简单的设定。 5. 能够用以下方法与可编程控制器CPU连接 (1) 通过AF计算机插板(2) 通过MELSECNET/10(H)计算机插板(3) 通过USB(4) 通过由CC-Link计算机插板(5) 通过CPU计算机插板(6) 通过Ethernet计算机插板(7) 通过MELSECNET()计算机插(8) 通过串行通讯口6. 丰富的调试功能 (1) 因为使用了梯形图逻辑测试功能，所以可以更加方便的进行调试作业。 (a) 没有必要与可编程控制器相连。 (b) 没有必要编写使用的顺序程序。 (2) 在帮助中有特殊寄存器/特殊继电器，CPU错误的说明，因此对于在线中发生错误，或者是程序制作中想知道特殊寄存器/特殊继电器的内容的情况下提供很大的便利。 (3) 数据制作中发生错误时，会提示是什么原因或是显示消息，所以数据制作的时间可以大幅度缩短。6.2 启动GX DEVELOP启动GX Developer编程软件，打开工程；在工具菜单中选择“梯形图逻辑测试启动(L)”图6-2 PLC梯形图逻辑测试起动图6-1 PLC模拟写人6.3 启动组态王点开组态王工具栏中项目工程管理器，左键窗口栏中的“VIEW”，运行组态王，进入主画面。从画面中可以知道PLC的连接是否成功和组态王的运行情况。如果PLC连接不成功，会出现通信失败的提示语音，此时就要查看失败的原因，以便监控。成功的话，窗口就会显示数据记录，则系统开始运行。图6-3 变频恒压供水组态界面常州工学院电子信息与电气工程学院毕业设计说明书总结本论文研究的是变频恒压供水系统。其在我们日常生产，生活中是非常常见的，比如城市小区的高楼用水、火灾消防用水。我个人也想多了解一下该系统的结构及工作原理，所以对该系统研究是非常重要的。本次毕业设计对于变频恒压供水系统的研究是基于PLC的，在学校里学习的都是三菱系列的PLC，对于三菱PLC有一定的了解，因此我采用的是FX2N系列的PLC来控制水泵机组，首先压力传