某综合小区恒压供水系统设计.doc

毕 业 设 计(论文)题 目： 某综合小区 恒压供水系统设计 班 级： 学 号： 姓 名： 指导老师： 二一二 年 月 日40摘 要随着经济的发展和国民生活水平的提高，生活供水系统的稳定性已经成为影响日常生活的一个重要部分。传统供水方式不仅占地面积大，水质易污染，基建投资多，而最主要的缺点是水压不能保持恒定，导致部分设备不能正常工作。变频调速技术作为一种新型成熟的交流电机无极调速技术，它以其独特优良的控制性能被广泛应用于速度控制领域，特别是供水行业中。本文是以某综合小区的供水要求为题材而展开的以恒压供水为控制方式的一次设计，在确定好以恒压供水为供水方案后，全文分别对恒压供水的计算指标、工作原理、系统组成以及变频器、plc、PID控制的工作原理等方面进行了具体阐述，软件部分则主要应有plc编程技术来最终实现该综合小区恒压供水这一目的。【关键字】 恒压供水 变频器 可编程控制器 PID控制 Abstract With economic development and improvement of national living standards, stability of the domestic water supply system has become an important part of everyday life. Not only covers an area of traditional water supply, water pollution, infrastructure investment, the main disadvantage is that water does not remain constant, resulting in some of the equipment is not working properly.Frequency conversion speed regulating technology as a new mature stepless speed control technology of AC motors, based on its unique quality control performance is widely used for speed control, in particular in the water supply industry.This is to a integrated community of water requirements for theme and expand of to constant pressure water for control way of once design, in determines good to constant pressure water for water programme Hou, full text respectively on constant pressure water of calculation index, and work principle, and system composition and frequency device, and PLC, and PID control of work principle, area for has specific explained, software part is main should have PLC programming technology to eventually implementation the integrated community constant pressure water this a purpose.Key words: Programmable constant-pressure water supply,，frequency converter，Programmable controller ， PID control目 录摘 要2Abstract3第1章 绪论61.1 课题的意义及应用背景61.2 研究内容7第2章 恒压供水的原理及系统的技术指标82.1 任务要求82.2 参数分析及方案选定92.2.1 参数分析92.2.2 给水方案选择112.2.3 恒压供水控制系统的选择112.2.4 方案的选定及主要元器件选型122.3 恒压供水的工作原理132.3.1 系统的组成132.3.2 恒压供水的调节142.4 系统组成及工作原理16第3章 硬件的原理及运用173 .1 变频器的原理与特性173.1.1 变频器功能简介173.1.2 变频与变压（VVVF）原理173.1.3 变频调速的基本原理183.1.4 变频调速启动、升速和运行183.1.5 变频调速后电机的机械特性193.1.6 森兰SB12S170简介和特性203.1.7 变频器部分主要参数设置223.1.8 部分参数设置说明223.2 PID调节简介233.2.1 PID调节的原理233.2.2 PID调节在本系统中的应用243.2.3 PID调节参数设置253.3 PLC可编程控制器简介253.3.1 PLC可编程控制器的特点263.3.2 可编程控制器的工作原理26第4章 软件设计284.1 I/O分配294.2 系统原理图294.2.1 附录一 恒压供水系统主电路图294.2.2 主电路图简介294.2.3 附录二 恒压供水系统控制电路图304.2.4 控制电路图简介304.3 程序设计及功能简介31第5章 结束语36致 谢37参考文献38第1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。1.2 研究内容本文以某小区供水系统设计具体要求为题材，结合当前恒压供水的优势，设计了一套以可编程控制器(PLC)、 变频器为控制核心，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供水系统。其中主要内容包括恒压供水原理，PLC原理，变频调速原理，通过设置变频器中几个主要参数，结合PLC编程技术控制水泵的运行，压力传感器之间的通讯、变频器PID调节，最终实现小区恒压供水的目的。序号项目名称用水用水用水时化系数最高日用水量最大时用水量备注标准单位时间L(人d)人h(M3/d)(M3/h)1居住区11010000242.21100101.6672幼儿园80200242.2161.4673活动中心15300242.24.50.4134医院60508230.7502035092.571.94415080242.3121.1505配电房40201020.80.1606商业中心5450010222.54.50015045012267.511.2507液化站401582.30.60.1738居委会408082.33.20.9209绿地用水 20000 M272310场地用水20000 M242411车辆用水300L/(辆次)60060612未预见用水按总用水量的10%260合计第2章 恒压供水的原理及系统的技术指标2.1 任务要求该小区总面积19Ha，总户3500户，设计总人口10000人左右。住宅建筑层数为7层，一楼两户；同时，还有商业区、幼儿园、医院、液化站等部分公共建筑。属于新建成的居住小区，区内原是农田，有部分住宅建筑，区内无完整的室外给水排水系统。每户设有卫生间设备、洗涤盆生活饮用水给水管网从地面算起的最小服务水压可按住宅建筑层数确定：一层为0.1MPa，二层为0.12MPa，二层以上每增高一层增加0.04MPa。卫生器具所需流出水压大于0.03Mpa 时，最小服务水压应按实际要求计算。 给水管道与建筑物基础的水平净距：管径100mm150mm 时，不宜小于1.5m；管径50mm75mm 时，给水管道担负卫生器具设置标准不同的住宅时，生活给水管道设计秒流计算公式中的系数k 值可取，卫生器具当量数的加权平均值。给水管网设有两条或两条以上与城镇给水管网连成环网时，应保证一条检修关闭，其余连接管仍然供应70%的生活给水流量。给水管道的局部水头损失，除水表和止回阀等需单独计算外，可按管网沿程水头损失的15%20%计算。管径小于等于70mm，应采用镀锌钢管，管径大于70mm，应采用承插式铸铁管。有条件时可采用自应力钢筋混凝土管、硬聚氯乙稀给水管。居住小区公共绿地和道路需要洒水时，可设洒水栓，洒水栓的间距不宜大于80m。2.2 参数分析及方案选定2.2.1 参数分析（1）系统设计用水量包括：综合生活用水量，包括居民生活用水量和公共建筑及设施用水量；浇洒道路、绿地和其他市政用水量；管网漏失水量；未预见水量综合用水（）=101.667+1.467+0.413+0.75+1.944+1.15+0.16+4.5+11.25+0.173+0.92=124.394绿化场地用水（）=3+4+6=13管网漏失（）=（0.100.12）（+）=0.10（124.394+13）=13.739未遇到用水（）=（0.080.12）（+）=0.10（124.394+13+13.739）=15.113总用水量=+=124.394+13+13.739+15.113=166.246（2）系统设计贮水池为地下2（贮水池储水足够提供用水需求）水泵扬程=+1+算式中 水泵扬程， ； 贮水池最低水位标高与最高用水单位标高之差，； 泵房至最高用水单位之间管道水头流失，； 进水管的出留水头 ； 泵房内水头损失按1水计 其中要保证配水点有2水柱采用压水管DN=100，=0.85 m/s=21+2+0.852（29.8）+2+1=26.042.2.2 给水方案选择常用的给水方式主要包括水泵-水箱联合供水、变频泵加压供水和气压给水。气压给水方式适用于外网水压经常不足、而室内供水水压允许有一定波动、在不宜设置高水位水箱的建筑。而本设计对象为综合小区，主要考虑因素为供水安全性和运行费用以及设备费用，而恒压供水技术因采用变频器改变电动机电源频率，而达到调节水泵转速改变水泵出口压力，比靠调节阀门的控制水泵出口压力的方式，具有降低管道阻力大大减少截流损失的效能。由于变量泵工作在变频工况，在其出口流量小于额定流量时，泵转速降低，减少了轴承的磨损和发热，延长泵和电动机的机械使用寿命。因实现恒压自动控制，不需要操作人员频繁操作，降低了人员的劳动强度，节省了人力。由于变量泵工作在变频工作状态，在其运行过程中其转速是由外供水量决定的，故系统在运行过程中可节约可观的电能，其经济效益是十分明显的。由于其节电效果明显，所以系统具有收回投资快，而长期受益，其产生的社会效益也是非常巨大。从各方面考虑本论文采用恒压供水为该综合小区的供水方案。2.2.3 恒压供水控制系统的选择(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PID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。2.2.4 方案的选定及主要元器件选型本次设计选择供水专用变频器作为恒压供水主要控制元件根据 流量=166.246 扬程=26.04 m 主要元件选型如下：PLC FX2N32MR-ES/UL （ 三菱 ）变频器 SB12S11水泵专用变频器 （ 森兰 ）水泵 ISG 80-160(I)B 立式管道离心泵 ( 博生 )压力变送器 PMP131 （ 北京华美恒强 ）其余元件如中间继电器、按钮、指示灯、接触器等外围元件ABB、施耐德的为主要选型对象2.3 恒压供水的工作原理2.3.1 系统的组成系统由水泵机组、变频器、压力传感器、控制元件等构成。图 2-1 恒压供水系统框图恒压供水系统框图如图2-1所示，水泵电机M由变频器VF供电。变频器有两个模拟量控制信号输入端：(1)目标信号输入端 即给定端VRF。当PID功能有效时，VRF端即自动地成为目标的输入端。目标信号XT从电位器RP上取出。目标信号是一个与压力的控制目标相对应的值，显示屏上通常以百分数表示。目标信号也可以由键盘直接给定，而不必通过外接电路来给定。(2)反馈信号输入端即辅助给定端VRF。当PID功能有效时，VRF端即自动地成为反馈信号的输入端。接受从电压变送器SP反馈过来的信号。2.3.2 恒压供水的调节 （d）（c）（b）（a）图2-2 恒压供水的调节情况（a）流量 （b）压力 （c）调节量 （d）频率 图 2-2 所示是变频调速恒压供水系统正常工作状况下的PID调节过程。图a所示是管道内流量的变化情形；图b是供水压力（从而反馈量）的变化情形，由于PID调节的结果，它的变化是很小的；图c所示是管道内流量发生变化（从而供水压力也变化）时的PID调节量，只是在压力反馈量与目标值之间有偏差时才出现。在无偏差的情况下，=0；图d所示是变频器输出频率和电动机转速的变化情形。(1)稳态运行 水泵装置供水能力与用户的用水需求处于平衡状态（=），供水压力稳定而无变化，反馈信号与目标信号近乎相等（），PID调节量为0，电动机在频率下匀速运行，如图2-2 0段所示。（2）有水流量增加 当用户的用水量增大，超过了供水能力（）时，供水压力有所下降，反馈信号减小，合成信号-则增大，PID产生的调节量（为“+”），变频器的输出频率和电动机的转速上升，使供水能力增大，压力恢复，如图 中的段所示。当压力恢复到目标值时，PID的调节量减小为0（=0），变频器的输出频率和电动机的转速不再上升，供水系统在新的平衡状态（=）下稳定运行，如图2-2中的段所示。（3）用水流量减小 当用户的用水流量减小时，供水能力大于用水需求，则供水压力上升，反馈信号增大，合成信号（-）则减小，PID产生负的调节量（PID为“-”）。结果是变频器的输出频率和电动机的转速下降，使供水能力下降，压力又开始恢复，如图2-2中的段所示当压力大小重又回到目标值时，供水能力与用水需求又重取得新的平衡（=），系统恢复问稳定运行，如图2-2的以后的情形。2.4 系统组成及工作原理工频电源PLC可编程控制器三相交流电源交流接触器变频器交流接触器1#水泵2#水泵压力传感器用户管网压力检测数字信号变频电源变频电源反馈信号图2-3 系统结构图框图系统组成：水泵机组、变频器、压力传感器、管路系统等构成。系统控制11 KW水泵2台，控制结构框图如图2-3所示基本工作原理：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， 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，如此循环恒压供水。当水泵出现故障时3#水泵自动投入运行，其运行方式与1#、2#泵的运行方式相同。第3章 硬件的原理及运用3 .1 变频器的原理与特性3.1.1 变频器功能简介1、变频器的功能将频率固定（通常为固定50HZ）的交流电（三相或者单相的）变换成频率连续可调（多数为0400HZ）的三相交流电源。2、变频调速的工作原理由式可知，当频率连续可调时，电动机的同步转速也是连续可调的，又因为异步电动机的转子转速总是比同步转速略低一些。所以，当连续可调时，也连续可调。由于磁极对数不同的一步电动机在相同的频率是的转速是不同的，所以即使频率的调节范围相同，转速的调节范围也是各异的。今将磁极对数不同的异步电机在两倍频率范围内调频时，电动机的转速调节范围也是可以改变的。3.1.2 变频与变压（VVVF）原理当在实际利用变频器调节电机转速的过程中，当频率下降时，定子绕组的反电动势E有所下降，定子电流增大，但是转子侧的负载并未增加，故转子段电流不变，根据电流平衡方程可知，励磁电流比增大，因而磁通增大。增加将导致铁芯的饱和，进而引起励磁电流波形的畸变，这是不希望的结果，因此希望可以保持基本不变。要实现这个目标，只要在变频过程中使变频器输出电压/=const，则磁通可保持基本不变。因此变频的同时也要变压，常用VVVF表示。VVVF实施的基本方法包括:脉幅调制(PAM)、脉宽调制(PWM)。3.1.3 变频调速的基本原理异步电动机的电磁转矩是由定子主磁通和转子电流相互作用产生。异步电动机的定子主磁通是以一定的转速旋转，旋转磁场实际是三个交变磁场合成的结果。旋转磁场的转速，其中是电流频率，是旋转磁场的磁极对数。产生转子电流的必要条件是转子绕组切割定子磁场的磁力线。因此转子的转速必须低于定子磁场的转速 (即所谓的“异步”)。两者之间的差异可由转差率表示，转差率=根据可知，当频率连续可调时，电动机的同步转速也连续可调，而异步电机的转子转速，总是比同步转速略低一点，所以当连续可调时，也是连续可调。3.1.4 变频调速启动、升速和运行由于异步电动机在额定频率和电压下直接启动时，其绕组以同步转速切割旋转磁场，转子电流都很大，其启动电流可达额定电流的4-7倍。这将对电源形成冲击，引起电网电压的波动；而且启动过程过于快捷，常常对机械负载形成冲击，影响其使用寿命；如果直接启动，在泵水管道启动过程中，会引发水锤效应，使管道受到损害。使用变频器后，由于其输出频率可以从很低频率开始，频率上升的快慢可以任意设定，从而可以有效地将启动电流限制在一定的范围内。设定升速时间的基本原则:在电动机的启动电流不超过允许值的前提下，尽可能地缩短升速时间。3.1.5 变频调速后电机的机械特性设变频后的频率为，电压为，电动机的额定相电压和频率为和，则有其中为频率可调比，为电压可调比。将上述两个公式代入异步电动机的电磁转矩公式可得变频后的转矩公式：其中：为频率为时的转差率。在变频器正常工作情况下，即1时的机械特性入下图所示由图可知随着的下降，临界转矩逐渐减少，电动机的带负载能力也随之下降。这无疑给变频调速带来了瑕点。所以如何改变变频后的机械特性就成了关注的焦点。在这里我们采用V/F控制方法。3.1.6 森兰SB12S170简介和特性SB12S系列高性能风机、水泵专用数字是变频器是针对风机、水泵而开发的具有PID控制的智能型变频调速器。（1）型号说明 （2）接线图接及情况说明在变频器一拖多时 一拖多扩展单元1K1输出高电平信号，启动1#水泵，当变频器运行到切换频率上限时，如果压力低于设定压力，该电机由变频切换到工频，同时变频器输出频率迅速下降到0，如果压力还是低于设定压力，2K1输出高电平信号，启动2#水泵，如果压力始终低于压力设定压力，将2#电机切换到工频运行，下一台电机以切换到频率上限运行，直至压力满足设定压力；反之，当水泵电机全部运行时，如果压力高于设定值，变频器降频运行，当变频器运行到切换频率上限时，如果压力高于设定压力，将运行时间最长的工频电机停止，变频器升频运行一段时间后，检测压力，如果压力高于设定值，变频器降频运行，直至全部工频电机停止，变频器运行到低于切换频率下限时，如果设定F76=1，变频器以切换频率下限运行；如果F76=0，变频器停止。3.1.7 变频器部分主要参数设置No.参数名称设定范围出厂值设定值F01频率给定方式3：频率由外控VRF给定03F08加速时间0.13600S20.030.0F09减速时间0.13600S20.030.0F32检出频率10.00120.040.049.5F33Y1输出功能3：检查出频率1到达03F34Y2输出功能10：检查出频率2到达110F42加泵延时时间060.0s02F47目标给定方式2：外控制VRF给设定02F50反馈方式3：模拟电压15V33F53电机台数2:一拖三模式02F78继电器2输出10:故障报警输出010F80检出频率20.00120.040.00.13.1.8 部分参数设置说明水泵属于二次方律负载，对于该类负载，最高频率不允许超过额定频率，此类负载在刚启动时低速时负载较轻，升速过程可以快一些，但随着转速升高，其阻转矩会迅速增加，为了防止短时间内流量方式发生巨大变化引起的压强过高或过低冲击出现水锤效应。因此，本次系统升速方式选择半S型，系统启动时间设定为30s，上限频率设定为。频率给定以及目标给定均选择模拟电压给定为给定方式，由于本次供水水压为0.32 MPa，压力变送器的SP量程为00.46 MPa，用户供水压力与压力变送器输出信号15V 按百分比相对应。本次设计对应是反馈量为3.78V是压力表量程的69.5%，所以目标值为预置的69.5%。多功能输出端子Y1、Y2分别设置为检查出频率1到达、检查出频率2到达两种频率输出信号，检出频率设定值分别为49.5和0.5。设计中运用到3台水泵，因此变频器拖动水泵选择1拖3模式。3.2 PID调节简介3.2.1 PID调节的原理仅用P动作控制，不能完全消除偏差。为了消除残留偏差，一般采用增加I动作的 P+I控制。用 PI控制时，能消除由改变目标值和经常的外来扰动等引起的偏差。但是，I动作过强时，对快速变化偏差响应迟缓。对有积分元件的负载系统可以单独使用P动作控制。 对于PD控制，发生偏差时，很快产生比单独D动作还要大的操作量，以此抑制偏差的增加。偏差小时，P动作的作用减小。控制对象含有积分元件的负载场合，仅P动作控制，有时由于此积分元件的作用，系统发生振荡。在该场合，为使P动作的振荡衰减和系统稳定，可用PD控制。换言之，该种控制方式适用于过程本身没有制动作用的负载。利用I动作消除偏差作用和用D动作抑制振荡作用。在结合P动作就构成了PID控制，本系统就是采用了这种方式。采用PID控制较其它组合控制效果要好，基本上能获得无偏差、精度高和系统稳定的控制过程。这种控制方式用于从产生偏差到出现响应需要一定时间的负载系统（即实时性要求不高，工业上的过程控制系统一般都是此类系统，本系统也比较适合PID调节）效果比较好。PID调节器的动作规律是或式中 ：调节器的比例系数 ：调节器的积分时间 ：调节器的微分时间 ：比例带，它是惯用增益的倒数e : 调节器的偏差信号U ：输出PID调节器的传递函数是不难看出，由上式表示的调节器动作规律在物理上是不能实现的。工业上实际采用的PID调节器的传递函数一般为其中 ；式中带的量是调节器参数的实际值，不带的为参数的刻度值。F成为相互干扰系数：为积分增益；为微分增益。3.2.2 PID调节在本系统中的应用PID调节仪根据压力传感器采集来的信号进行PID运算，并将其运算的结果送给变频器作为给定，该PID调节仪带有上下限报警的功能。良好的人机界面。可以对其参数进行设定。通过其参数设定P I D的值。在本系统中因为要求是滞后的系统。所以只采用PI调节就可以，因为有了D系统很难调节。整个系统中PID调节仪直接决定整个系统的好坏，它也影响整个系统的使用寿命。3.2.3 PID调节参数设置P比例增益：设定范围：0.0110.0倍这是操作量和偏差之间有比例关系的动作。增益取大时，响应快，但过大将产生振荡。增益取小时，响应迟后。实际中我们取10。I积分时间：设定范围：0.13600s， 0.0：不动作。操作量（输出频率）的变化速度和偏差成比例关系的动作，即输出按偏差积分的动作。积分时间大时，响应迟后，另外，对外部扰动的控制能力变差。积分时间小时，响应速度快，但过小将产生振荡。实际中我们取150s。D微分时间：设定范围：00110.0s 0.0：不动作。操作量（输出频率）和偏差的微分值成比例动作（D动作）。微分时间大时，能使发生偏差时P动作引起的振荡很快衰减。微分时间小时，发生偏差时的衰减作用小。但一般的滞后系统不需要设定微分值，因为微分对系统调试很难，所以我们不取微分值，实际中我们取0.0。3.3 PLC可编程控制器简介1969年，自美国研制出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。3.3.1 PLC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。3.3.2 可编程控制器的工作原理一、扫描工作原理当PLC运行时，是通过执行反映控制要求的用户程序来完成控制任务的，需要执行众多的操作，但CPU不可能同时去执行多个操作，它只能按分时操作（串行工作）方式，每一次执行一个操作，按顺序逐个执行。由于CPU的运算处理速度很快，所以从宏观上来看，PLC外部出现的结果似乎是同时（并行）完成的。这种串行工作过程称为PLC的扫描工作方式。用扫描工作方式执行用户程序时，扫描是从第一条程序开始，在无中断或跳转控制的情况下，按程序存储顺序的先后，逐条执行用户程序，直到程序结束。然后再从头开始扫描执行，周而复始重复运行。PLC的扫描工作方式与电器控制的工作原理明显不同。电器控制装置采用硬逻辑的并行工作方式，如果某个继电器的线圈通电或断电，那么该继电器的所有常开和常闭触点不论处在控制线路的哪个位置上，都会立即同时动作；而PLC采用扫描工作方式（串行工作方式），如果某个软继电器的线圈被接通或断开，其所有的触点不会立即动作，必须等扫描到该时才会动作。但由于PLC的扫描速度快，通常PLC与电器控制装置在I/O的处理结果上并没有什么差别。二、PLC扫描工作过程PLC的扫描工作过程除了执行用户程序外，在每次扫描工作过程中还要完成内部处理、通信服务工作。整个扫描工作过程包括内部处理、通信服务、输入采样、程序执行、输出刷新五个阶段。整个过程扫描执行一遍所需的时间称为扫描周期。扫描周期与CPU运行速度、PLC硬件配置及用户程序长短有关，典型值为1100ms。三、FX2N32MR简介：FX2N32MR可编程控制器是FX2N 系列中的一种型号，属于基本输出单元，继电输出型可编程控制器，具有功能强、速度高的等性能。它的基本指令执行时间为0.8每条指令，内置的用户存储器为8 K步，可以扩展到16 K步，最大可扩展到256个I/O，机内有实时钟，PID指令用于模拟量闭环控制等功能。第4章 软件设计输入/ I功能输出 /O功能X1启动Y01#变频运行X2停止Y11#工频运行X31#电机故障信号Y22#变频运行X42#电机故障信号Y32#工频运行X53#电机故障信号Y43#变频运行X6上限频率到达信号Y53#工频运行X7下限频率到达信号Y6启动变频器X10变频器故障信号Y71#水泵故障指示Y102#水泵故障指示Y113#水泵故障指示Y12变频器故障指示Y13故障报警及指示4.1 I/O分配4.2 系统原理图4.2.1 附录一 恒压供水系统主电路图4.2.2 主电路图简介系统主电路图主要由变频器（含PID控制器）、压力变送器及水泵机组组成。变频器是系统的核心器件，用于不断收集压力变送器反馈的信号并进行处理，通过PID调节不断调节供水水泵的频率，使管道内的压力保持一个相对稳定的值。压力变送器用于对用户供水水压进行检测并反馈到变频器中进行处理。通过对变频器参数的设置可选择其多功能输出端子的输出方式，其中多功能输出端子Y1为变频调节频率输出上限信号，多功能输出端子Y2为变频调节频率输出下限信号，频率达到设定频率1或设定频率2时，变频器都会输出一个信号给可编程控制器，再由可编程控制器控制水泵变频运行或者工频运行。多功能继B1的设定为变频器故障信号输出，当变频器出现故障时，变频器会给出一个高电平信号给可编程控制器，可编程控制器接收信号后控制做出动作断开所有水泵，并发出报警。4.2.3 附录二 恒压供水系统控制电路图4.2.4 控制电路图简介可编程控制器的输入端由启动、停止、水泵故障信号、变频器故障信号、变频器输出频率上限、变频器输出频率下限信号组成，输出端分别控制水泵的变频运行、水泵的工频运行、水泵的故障指示、变频器故障指示、故障报警。当按下启动按钮后可编程控制器通过读取程序控制输出来控制中间继电器的得电与失电从而控制水泵的运行数量和运行方式。当水泵出现故障时变频器发出信号，故障指示灯点亮并发出报警，同