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基于PLC的变频器恒压供水系统设计【任务书+机械毕业论文+CAD+程序】
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附件 1毕业设计任务书年级/专业：13 机械设计制造及其自动化 学生姓名：黄偲哲 学号：132012130指导教师：朱同波 毕业设计题目：基于 PLC 的变频器恒压供水系统设计毕业设计的任务（包括目的要求、技术要求、工作要求、时间安排等）一、 目的要求：本次设计的主要目任务通过 PLC 来实现恒压供水系统设，培养学生综合运用所学基础理论、专业知识及基本技能来分析和解决实际问题的能力。2、设计内容和任务：控制要求：用 plc、变频器构成一个两台水泵的恒压供水系统，每台水泵功率为22KW。设定一个压力值后，启动系统，其中一台泵变频启动，当工作频率达到 50HZ 并且当前压力值没有达到设定压力值时，这台泵变频切换到工频，同时另一台泵变频启动。如果当前压力值等于设定压力值时，保持当前状态。如果用水量减少，当前压力值有高于设定压力值的趋势，变频泵的频率降低，如果频率降低到低于 10HZ，当前压力值仍有高于设定压力值的趋势，停掉工频泵，变频泵升高频率，直到调节到当前压力值等于设定压力值。如果用水量加大，当前压力值有低于设定压力值的趋势，升高频率，当升高到 50HZ 时，若当前压力值仍然有低于设定压力值的趋势，则当前变频泵切换到工频泵，另一台泵变频启动。本次毕业设计主要包括：1 熟悉被控对象，确定控制方案2. 完成主电路和控制电路的设计3. 设计控制柜及操作面板布置图及安装接线图4. 用 GX works2 完成系统流程图、功能图、梯形图程序、指令表程序设计5. 用 GX-simulator 完成仿真调试及修改，直到满足控制要求三、工作要求：（1）本次毕业设计过程中自己应首先端正态度和有一种时间的紧迫感，并积极坚持全身心投入到本次项目开发中；（2）通过各种渠道途径，认真查找自动分拣机的相关技术资料，进行其控制系统的设计，及时反馈问题，积极与老师沟通，共同解决困难；（3）按照已经计划好的时间进度安排表来完成各项进度，如果在项目实施的过程中遇到自己实在无法解决的问题，应及时与指导老师进行沟通和交流；（4）完成 8000 左右字的毕业设计说明书，要求格式规范，文字叙述流畅，数据准确，图形图表清晰美观，装订统一。四、 时间安排：1. 查阅、收集场镜相关资料，1 周2. 方案论证，完成设计初稿。4 周3. 定稿开始绘制梯形图。3 周4. 进行工件图的制作。2 周5. 修改论文初稿。3 周6. 论文定稿、打印。1 周7. 答辩、1 周毕业设计主要内容（包括题目性质、来源，研究目的、内容等）一、 题目性质：培养学生综合运用所学的专业知识和技能，独立解决本专业一般工程技术问题的能力。二、 题目来源：本次毕业设计题目来源于学生自主选题。三、研究目的：综合运用所学基本理论和技能，独立完成本专业范围内工程设计或科学技术应用研究的专业工作能力；培养学生调查研究、收集处理信息和利用文献资料的能力；语言表达和撰写科技报告或学术论文的能力；四、研究内容：1、 根据要求，拟定设计方案2、 硬件部分的设计3、软件部分的设计4、完成调试。主要参考文献1 廖常初，PLC 基础及应用（第二版）【M】.机械工业出版社，20132 周军，电气控制及 PLC【M】.机械工业出版社，20123 杨叔子，机电一体化设计手册【M】.机械工业出版社， 20134 张凤珊电气控制及可编程序控制器2 版 【M】. 北京: 中国轻工业出版社，20135 工厂常用电气设备手册编写组工厂常用电气设备手册 2 版 【M】.北京: 中国电力出版社，2013指导教师签字: 年 月 日注：表格不够填写可另续页。基于 PLC 的变频器恒压供水系统设计本科毕业设计（论文）题 目 基于 PLC 的变频器恒压供水系统设计姓 名 专 业 电气工程及其自动化 学 号 1234567 指导教师 电气工程学院二一七年五基于 PLC 的变频器恒压供水系统设计0基于 PLC 的变频器恒压供水系统设计摘要：泵站担负着工生活用水和农业的重要责任，在系统运行中需要大量消耗能量，提高泵站工作效率；降低输出能耗，对国民经济和生活质量有重大意义。我国泵站的特点是量大、范围很广、类型很多、发展快，在工程应用规模上也有一定水平，但由于工程师在设计中忽视经济观念以及机电产品类型和质量上也存在的一些问题等原因，至使在技术应用水平、工程标准和经济效益指标等方面与国外先进技术水平相比，还有一定的差距。目前，大量的动能消耗在水泵和风机负载上，居民用水设备所带来消耗的电能在这类负载中占了相当大的比重。因此，研究恒压供水系统，找出能够节能的控制方法是目前较为紧迫的一件事。以变频器和 PLC 组成的控制系统具有高可靠性、强抗干扰能力强、组合非常灵活、编程简单、维修较方便和低成本等诸多特点，变频恒压供水系统包含了变频技术、电气低压控制技术、远程监控一体画。采用该系统进行恒压供水可以提高供水管网系统的稳定性和可靠性，方便的实现供水管网系统的集中管理与监控；同时系统具有良好节能功能，这在资源日益紧缺的今天尤其重要，所以研究设计该系统，对于提高企业生产效率以及人民的生活水平、降低资源能耗等方面具有很好的现实意义。关键词： 恒压供水，PLC，变频器，远程监控基于 PLC 的变频器恒压供水系统设计1Abstract：Pump station for the domestic water and agricultural important responsibilities, need a lot of energy in the system operation, enhances the working efficiency of the pumping station; Reduce the output energy, has significant meaning to the national economy and life quality. The characteristics of the pump station in China is a large amount, range is very wide, many types, fast development, has a certain level in engineering scale, but due to the engineer to ignore the economic concepts in the design and mechanical and electrical products also exist some problems such as type and quality, to make the technology application level, engineering standards and economic benefit indexes, etc, compared with foreign advanced technology level, there is a certain gap. At present, a large amount of kinetic energy consumption on the water pump and fan load, residential water equipment caused by the consumption of electrical energy in such accounts for a considerable proportion of the load. Therefore, the study of constant pressure water supply system, and find out to control method of energy saving is now more urgent thing.With frequency converter and PLC control system has high reliability, strong anti-interference ability, combination is very flexible, simple programming, maintenance is convenient and low cost, and many other features, variable frequency constant pressure water supply system includes the frequency conversion technology, electric low voltage control technology, remote monitoring. By using this system for constant pressure water supply can improve the stability and reliability of water supply network system, the realization of the convenient water supply network system of centralized management and monitoring; System has good energy saving function at the same time, it is especially important in todays increasingly scarce resources, so the design of the system, to improve the efficiency of enterprise production and peoples living standard, to reduce the energy consumption of resources has great significance in reality.基于 PLC 的变频器恒压供水系统设计2Keywords：constant pressure water supply，PLC，frequency converter，Remote monitoring目录1 绪论 .51.1 选题背景 .51.2 发展现状及概况 .51.3 研究内容及意义 .6第二章控制系统设计方案 .72.1 设计方案选择 .72.2 控制要求 .82.3 PLC 的基本概念 .82.4 PLC 的基本结构 .82.5 PLC 的工作原理 .102.6 PLC 的特点 .11第三章 系统硬件设计 .133.1 变频器的选型 .133.2 PLC 的选择 .143.3 PLC 输入输出口分配 .153.4 主电路设计 .163.5 控制电路设计 .163.6 手动操作电路设计 .173.7 PLC 输入输出接线图设计 .183.8 PLC 扩展模块输入输出接线图设计 .193.9 电器布局图设计 .193.10 电柜壳体图设计 .20第四章系统软件设计 .214.1 GX WORKS2 简介 .21基于 PLC 的变频器恒压供水系统设计34.2 PLC 运行系统程序主流程 .214.3 梯形图程序 .22第五章仿真调试 .285.1 仿真与调试 .285.2 仿真软件 .285.3 仿真结果 .29总结 .32致 谢 .33附录 1 安装布局图 .35附录 2 电柜壳体图 .36附录 3 电气原理图 .37基于 PLC 的变频器恒压供水系统设计41 绪论1.1 选题背景变频恒压供水系统已逐渐取代原有的水塔供水系统，广泛应用于多层住宅小区生活消防供水系统。然而，由于新系统多会继续使用原有系统的部分设备，在对原有供水系统进行变频改造的实践中，往往会出现一些在理想上意想不到的问题。随着电力技术的发展，变频调速技术的日益完善，以变频调速为核心的智能供水控制系统取代了以往高位水箱和压力罐等供水设备，起动平稳，起动电流可限制在额定电流以内，从而避免了起动时对电网的冲击；由于泵的平均转速降低了，从而可延长泵和阀门等器件的使用寿命；可以消除起动和停机时的水锤效应。其稳定安全的运行性能、简单方面的操作方式，以及齐全周到的功能，将使供水实现节水，节电，节省人力，最终达到高效率的运行。1.2 发展现状及概况变频恒压供水是在变频调速技术的发展之后逐渐发展起来的。在早期，由于国外生产的变频器的功能主要限定在频率控制、升降速控制、正反转控制、起制动控制、压频比控制及各种保护功能。应用在变频恒压供水系统中，需在变频器外部提供压力控制器和压力传感器，对压力进行闭环控制。国外的恒压供水工程在设计时都采用一台变频器只带一台水泵机组的方式。随着变频技术的发展和变频恒压供水的稳定性、可靠性和自动化程度高方面的有点以及节能效果被大家认可后，国外许多变频器公司重视开始推出具有恒压供水功能的变频器，像日本的 Samc 公司，就推出了恒压供水基板。它将 PID 调节器和 PLC 可编程控制器等硬件集成在变频器控制基板上，通过输入指定代码实现 PLC 和 PID 等电控系统的功能，只要搭配配套的恒压供水单元变可以控制对个内置电磁接触器工作，最多 7 台电机（泵）的供水系统。这类设备虽微化了电路结构，降低了成本，但是其输出接口的扩展功能缺乏灵活性，系统的动基于 PLC 的变频器恒压供水系统设计5态性稳定性不高，与别得组态难以实现数据通信，并限制了带负载的容量，因此在使用的时候会受到限制。在国内外的恒压供水研究设计中，对于适应不同的用水场地，结合现代化技术和电磁兼容性（EMC）在恒压供水系统的研究还不够好，因此，有待进一步研究改善恒压供水系统的性能，才能更好的应用于人们的生活中。1.3 研究内容及意义水和电是我们日常生活中离不开的重要资源，我们国家是个水电短缺的国家，合理做好节能减排，是我们国家人民面前很迫切的工作。我们国家在居民生活用水和工业用水方面，供水技术都比较落后，大多数供水方式是恒速泵作为动力源，采用高位水箱、水塔、供水，控制电路都是传统低压电路，自动化程度比较低，而随着社会发展快、人民生活水平不断提高，近几年政府对城市建设和规划力度，很多一线城市接近饱和，城市高层建筑越来越多，导致传统供水无法满足社区、商场、机关等用水无法满足用水需求。这就让人们对供水系统的稳定性、可靠性提出更高的要求，而且要求供水系统经济、安全、高效节能。为适应城市的加快发展，需要充分利用自动化控制、网络通讯和计算机等综合的技术，优化原有的供水系统，来提升用水场所的供水能力和服务质量，本次设计正是能够更高好的解决问题而进行的，系统采用以 PLC 为控制核心，运用三菱 FX 系列 PLC，通过采集回来的压力信号，然后 PLC 再给定变频器的电流信号来实现调速从而恒压供水。基于 PLC 的变频器恒压供水系统设计6第二章控制系统设计方案2.1 设计方案选择方案一：传统的继电器控制系统，选择对应的低压电器，比如：空开，接触器，热继电器，按钮，时间继电器等。采用硬接线逻辑，利用继电器机械触点的串联或并联，及时间继电器等组合成控制逻辑。方案二：采用 PLC 控制系统。综合考虑：选择方案二。理由如下：1.继电器控制接线多而且复杂，体积大，功率大，故障率高，一旦系统构成后，想改变或者增加功能都很困难的。采用存储器逻辑控制，其控制逻辑以程序的方式存在内存内，要改变控制逻辑，只需要改变程序即可。2.继电器控制逻辑使用大量的机械触点，连线多。触点的开闭时，会受到电弧的损害，并有机械磨损，寿命短，因此可靠性和可维护性差。而 PLC 采用微电子技术，大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成，体积小，寿命长，可靠性高。3.系统设计主要包括硬件和软件两大部分，依据控制系统的工作原理和技术性能，将硬件和软件分开设计。硬件设计部分包括电路原理图、合理选择元器件、绘制线路图，然后对硬件进行调试、测试，以达到设计要求。软件设计部分，首先在总体设计中完成系统总框图和各模块的功能设计，拟定详细的工作计划；然后进行具体设计，包括各模块的流程图，选择合适的编程语言和工具，进行代码设计等；最后是对软件进行调试、测试，达到所需功能要求。基于 PLC 的变频器恒压供水系统设计72.2 控制要求控制要求：用 plc、变频器构成一个两台水泵的恒压供水系统，每台水泵功率为 22KW。设定一个压力值后，启动系统，其中一台泵变频启动，当工作频率达到 50HZ 并且当前压力值没有达到设定压力值时，这台泵变频切换到工频，同时另一台泵变频启动。如果当前压力值等于设定压力值时，保持当前状态。如果用水量减少，当前压力值有高于设定压力值的趋势，变频泵的频率降低，如果频率降低到低于 10HZ，当前压力值仍有高于设定压力值的趋势，停掉工频泵，变频泵升高频率，直到调节到当前压力值等于设定压力值。如果用水量加大，当前压力值有低于设定压力值的趋势，升高频率，当升高到 50HZ 时，若当前压力值仍然有低于设定压力值的趋势，则当前变频泵切换到工频泵，另一台泵变频启动。2.3 PLC 的基本概念现代社会飞速发展，市场需求不断扩大产品的种类逐渐增多，在控制低成本的同时还得确保高质量，对于这些变化制造业要做出变革，那么控制生产线和生产设备的系统就得有非常高的灵活性，延展性和可靠性，可编程控制器（Programmable Logic Controller，PLC）就是为了满足这些需求而诞生的，它是工业上通用的用微处理器作为核心的控制装置。PLC 是一种电子系统，通过数字运算来进行操作，几乎覆盖到了工业生产当中的每一个环节。它内部拥有存储器，用这个存储器来实现各种复杂的控制和逻辑运算，输入和输出的方式有两种分别是模拟量式和数字量式，从而对生产过程或者多种类型的机械进行控制。除了实现控制功能外，还能实现联机通信功能。本文研究的是三菱公司的 FX 系列 PLC。2.4 PLC 的基本结构PLC 组成部分包括内部芯片 CPU，可编程装置和输入输出信号部分，除此之外还有一个执行特殊任务的部分。如图 2-1 所示。基于 PLC 的变频器恒压供水系统设计8输入模块输出模块可 编 程 序 控 制器CPU模 块编 程 装 置接 触 器电 磁 阀指 示 灯电 源按 钮选 择 开 关限 位 开 关电 源图 2-1 PLC 控制系统示意图（1)CPU 模块CPU 可以说是可编程控制器的大脑，控制中枢，主要是由存储器和微处理器（芯片）组成。它的作用就是不断采集信号，储存输入的程序和数据。除了采集和存储，还能智能识别语法错误，使用户能及时察觉改正，简单方便，刷新系统，执行用户程序，并且存放整个系统监控和管理的程序。（2）I/O 模块I/O 模块又可以称为输出模块和输入模块，是联系外界与系统内部的桥梁。输入模块又可以分为两大类，模拟量输入部分和开关量输入部分；模拟量输入可以获取送变装置得到的各种变化量、测速装置和电位控制器的电压与电流信号。开关量输入部分可以接受限位开关、选择开关、光电开关、压力继电器、按钮等开关量输入的信号。变频器、调节阀的控制需要模拟量输出模块来执行；电磁阀、数字显示器、接触器、报警装置等需要开关量输出模块来控制。（3)编程器编程器属于 PLC 的外围设备，也是非常重要的外围设备之一。如果用户想修改、编辑和检查程序，都需要编程器来完成，同时也可以对程序的执行进行监视。当然也可以通 PLC 与电脑的相连，可直接在电脑上的 STEP 7-Micro/WIN 软件操作编写。基于 PLC 的变频器恒压供水系统设计92.5 PLC 的工作原理PLC 的工作方式属于串行工作方式，每一项任务需要通过执行程序来完成，就是说只能一步一步的来，每个时间段，只做一件事儿。所以可编程控制器分两种工作状态，分别是 RUN 模式和 STOP 模式，也称运行和停止模式。在 RUN 模式下执行程序，在 STOP 模式下对程序进行修改和编写，这种不停循环的工作方式叫做扫描工作方式，如图 2-2 所示。图 2-2 扫描过程示意图PLC 的基本工作流程主要包括（1）读取输入：在这一阶段可编程控制器将顺次扫描所有外部数字量的输入 I/O 状态，这一阶段在系统的控制下进行。(2)执行用户程序：用户程序由指令所组成，这些指令按顺序排列在存储器当中，这一过程是一次扫描程序当中的指令，按顺序执行用户程序，并按要求进行逻辑运算，将算出的结果写入对应的映像寄存器中，所以程序的执行使得映像寄存器的内容也随之变化。(3)输出控制信号：当 CPU 完成用户程序的执行后，得到相应的运算结果，此时各输出点将接收到输出状态寄存器发出的控制信号，并按要求实现逻辑控制。可编程控制器的 CPU 操作模式，由 RUN 模式变成 STOP 模式的时候，数字量的输出将会置为输出表定义的状态，或者保持现状，默认设置为数字输出量清基于 PLC 的变频器恒压供水系统设计10零。这些过程会不断的重复执行，执行所需的时间为扫描周期，一般为几十毫秒。为了提高可靠性，让控制信号及时接收，除了上述过程外，还会进行 CPU自诊断测试，通信处理等过程。完成诊断后没有故障，就会继续扫描，查看是否有通信请求，没有就继续相应的工作。通信处理后也会继续扫描，输入信息，执行程序，输出相应的控制信号，完成一个周期的扫描，在进行第二轮。PLC就是这样不断的重复循环，实现对设备的控制。2.6 PLC 的特点1.编程简单易学可编程控制器使用最多的语言就是梯形图，梯形图的各种符号，表达方式等跟电路图有着很大相似之处，梯形图简单直观的表达方式让初学者更加容易接受和学习，如果是熟悉电路图的技术人员则能更加快速掌握使用方法，实现程序编制。2.功能性强，性价比高PLC 产品的功能非常完善，一台小型可编程控制器就有上千种编程元件，可以实现复杂控制，功能相当强大，PLC 控制系统和继电器控制系统，在能实现同样的功能下，PLC 控制系统性价比很高。同时还能通过联网通信，实现集中管理，分散控制。3.硬件配套齐全，已操作，适应性强为了用户的选择，PLC 产品有品种齐全的硬件装置，已经模块化、系列化、便准化，用户想实现什么样的功能都很容易操作。可编程控制器带负载的能力很强大，小型交流接触器，电磁阀都能直接驱动。编程器是 PLC 更改程序和输入程序的核心，中大型 PLC 的编程器有可以显示信息的屏幕，可以更加值观的显示程序的输入，更改程序的信息也能显示，操作方便。在确定了硬件配置之后，就可以修改程序跟快的适应工作需求。4.抗干扰能力强，可靠性高，维修方便传统继电器控制系统当中的时间继电器和中间继电器，在 PLC 当中可以直接用软件代替，只有外部的输入输出相关的硬件元件，所以 PLC 的接线就会大基于 PLC 的变频器恒压供水系统设计11量减小，后期维修就会很方便，也更加节省时间，同时可靠性也会提高。由于编程语言的简单易懂，所以编程出现错误的概率也非常低，可编程控制器在软件和硬件部分都采取了抗干扰措施，抗干扰能力提升，在恶略的工作环境下也能正常工作，可靠性得到了保证，也是它主要特点。5.体积小，能耗低由于减少了大量的时间继电器和中间继电器，可编程控制器的体积也大为缩小，有的甚至只有几个继电器大小，安装起来也非常方便，使得开关柜的体积也缩小。由于 PLC 接线的减少，安装的工时也短，同时也费用也减少。基于 PLC 的变频器恒压供水系统设计12第三章 系统硬件设计 3.1 变频器的选型控制方式是决定变频器使用性能的关键所在。目前市场上低压通用变频器品牌很多，包括欧、美、日及国产的共约 5O 多种。选用变频器时不要认为档次越高越好，其实只要按负载的特性，满足使用要求就可，以便做到量才使用、经济实惠。下表中参数供选用时参考。表 3.1 控制方式的比较控制方式 U/f=C 控制电压空间矢量控制 矢量控制 直接转矩控制反馈装置 不带 PG带 PG 或PID 调节器 不要不带PG带 PG 或编码器速比 I 150%200%静态速度精度/%（0.20.3）（0.20.3） 0.2 0.2 0.02 0.2适用场合一般风机、泵类等较高精度调速，控制一般工业上的调速或控制所有调速或控制伺服拖动、高精传动、转矩控制负荷起动、起重负载转矩控制系统，恒转矩波动大负载故选择 U/f=C 控制，对于连续运转的变频器必须同时满足以下 3 个计算公式：(1)满足负载输出：PcnPm (3.1)(2)满足电动机容量：Pcn3KUeIe cos 10-3 (3.2)(3)满足电动机电流：IcnKIe (3.3)式中 Pcn 为变频器容量（单位 kW），PM-负载要求的电动机轴输出功率（单位 kW）， Ue 为电动机额定电压（单位 V）， Ie 为电动机额定电流（单位基于 PLC 的变频器恒压供水系统设计13A）， 为电动机效率（通常约为 085），cos 为电动机功率因数（通常约为075），k 是电流波形补偿系数（由于变频器的输出波形并不是完全的正弦波，而含有高次谐波的成分，其电流应有所增加，通常 K 约为 10511）。将本系统参数带入求得所取变频器容量最低为 88KW 故取 100KW，额定电流 139.26A，故取 150A。根据计算所得的所需参数可以选取西门子 MM440 变频器，配接电机的容量是 110kw，额定电流为 205A 满足使用需求，可以选择;实物图如下：3.2 PLC 的选择传统的控制方法是采用继电器-接触器控制。这种控制系统较复杂，并且大量的硬件接线使系统可靠性降低，也间接的降低了设备的工作效率。采用可编程控制器较好地解决了这一问题，可编程控制器是一种将计算机技术、自动控制技术和通信技术结合在一起的新型工业自动控制设备，不仅能实现对开关量信号的逻辑控制，还能实现与上位计算机等智能设备之间的通信。因此，将可编程控制器应用于多种液体混合灌装机，完全能满足控制要求，且具有操作简单、运行可靠、工艺参数修改方便、自动化程度高等优点。在本控制系统中，所需的开关量输入为 6 点，开关量输出为 8 点，考虑到三菱 PLC 就拥有 32 点的 PLC，选用三菱 FX2N 作为控制单元来控制整个系统，基于 PLC 的变频器恒压供水系统设计14之所以选择这种 PLC，主要考虑 FX 系列 PLC 有以下特点：1）快速的 CPU 处理速度，大程序容量；2）编程及监控功能强大，维修简单；3）结构紧凑，价格低廉，具有极高的性能/价格比；4）丰富的指令系统。3.3 PLC 输入输出口分配根据系统设计控制要求，对 I/O 口进行分配，输入地址分配表如表 3-2 所示：表 3-2 输入地址分配表输入地址 对应外部设备X0 手自动选择开关X1 启动按钮X2 停止按钮X3 1#水泵保护开关X4 2#水泵保护开关X5 变频器故障反馈输出地址分配表如表 3-3 所示：表 3-3 输出地址分配表输出地址 对应外部设备Y0 1#水泵工频运行中继Y1 1#水泵变频运行中继Y2 2#水泵工频运行中继Y3 2#水泵变频运行中继Y4 系统运行指示基于 PLC 的变频器恒压供水系统设计15Y5 变频器启动信号中继Y6 变频器故障指示Y7 系统故障指示3.4 主电路设计图 3-4 主电路3.5 控制电路设计基于 PLC 的变频器恒压供水系统设计16图 3-5 控制电路3.6 手动操作电路设计图 3-6 手动操作电路基于 PLC 的变频器恒压供水系统设计173.7 PLC 输入输出接线图设计图 3-7 PLC 输入接线图图 3-8 PLC 输出接线图基于 PLC 的变频器恒压供水系统设计183.8 PLC 扩展模块输入输出接线图设计图 3-9 模拟量输入输出接线图图3.9 电器布局图设计图 3-10 电器布局图基于 PLC 的变频器恒压供水系统设计193.10 电柜壳体图设计图 3-11 电柜壳体图基于 PLC 的变频器恒压供水系统设计20第四章系统软件设计4.1 GX WORKS2 简介GX WORKS2 是三菱电机推出的三菱综合 PLC 编程软件。是专用于 PLC 设计、调试、维护的编程工具。与传统的 GX Developer 软件相比，提高了功能及操作性能，变得更加容易使用。4.2 PLC 运行系统程序主流程PLC 是以不断循环扫描的方式进行工作的，只要 PLC 进入 RUN 模式，PLC 就会不断循环的扫描和执行，PLC 在每一次循环中都是采集所有的数字和模拟量输入信号。它的运行过程共分为三个基本阶段：PLC 输入扫描阶段、PLC 用户程序执行阶段、PLC 的输出刷新阶段。1.PLC 输入采样阶段，在这个阶段 PLC 逐个扫描每个输入端口，就像人的大脑，对身体上的器官采集到的信号进行搜集，输入映像区存储好每一次由传感器采集到的信号信号状态，改变上次输入映像区中的原有的各种状态。当每一次的扫描阶段结束后无论外界输入输出端口的信号如何变化，都要等到下一次循环，CPOU 重新读取外部输入端口的信号后，寄存器中的信号才会被刷新。这是因为输入映像区由于内部电路的设计，它是与外界隔离的，在同一次循环中，不论外面端口如何变化，输入映像区中的信号状态都不会变化，2.PLC 程序执行阶段，PLC 的大脑将所有的输入信号采样完毕后，放在输入映像寄存器中只有，系统进入 PLC 用户程序执行阶段。系统根据对程序进行先上后下，先左后右的原则进行程序的扫描和程序的控制输出。系统对用户编写的程序指令，逐条逐条的进行解析，然后根据软件编好的原则进行输出控制，执行相应的输出动作，这些动作不是直接输出到机械等控制器件，是每一次循环都集中存放在输出映像寄存器中，然后按照动作顺序集体输出。同时，相应的算术运算和逻辑判断也是会得到执行。3.PLC 输出刷新阶段，在这个阶段，CPU 将步骤（2）中的输出映像寄存器中的内容传送到输出锁存器中，然后再给到输出端子，驱动外围的机械机构等，实现控制的响应。从上面的分析中可以得出来以下结论，PLC 是以循环周期的基于 PLC 的变频器恒压供水系统设计21扫描方式执行以上的步骤，首先完成输入端口信号的采集，然后执行用户编写的控制程序，最后输出到输出控制端口，实现机械动作的控制。这一章的章节只要是对程序执行部分进行加工，编写出合格的软件程序，下载到硬件上面，使得软件在输入刷新阶段能采集到需要的信号，在输出刷新阶段能驱动起重器需要的元器件。4.3 梯形图程序基于 PLC 的变频器恒压供水系统设计22基于 PLC 的变频器恒压供水系统设计23基于 PLC 的变频器恒压供水系统设计24基于 PLC 的变频器恒压供水系统设计25基于 PLC 的变频器恒压供水系统设计26基于 PLC 的变频器恒压供水系统设计27第五章仿真调试5.1 仿真与调试程序模拟调试的基本思想是，以方便的形式模拟产生现场实际状态，为程序的运行创造必要的环境条件。根据产生现场信号的方式不同，模拟调试有硬件模拟法和软件模拟法两种形式：1.硬件模拟法是使用一些硬件设备（如用另一台 PLC 或一些输入器件等）模拟产生现场的信号，并将这些信号以硬接线的方式连到 PLC 系统的输入端，其时效性较强。2.软件模拟法是在 PLC 中另外编写一套模拟程序，模拟提供现场信号，其简单易行，但时效性不易保证。模拟调试过程中，可采用分段调试的方法，并利用编程器的监控功能。这里选择第二种模拟方法，直观明了，操作方便，可以实时监控程序动作是否有误.强制的输入点，达到模拟效果。5.2 仿真软件GX WORKS2 有自身对应的仿真软件，在调试里面选择模拟开始/停止。就出现程序在下载中画面，如下：基于 PLC 的变频器恒压供水系统设计285.3 仿真结果1 选择自动运行，按下启动按钮 SB1，系统运行指示灯亮。仿真结果如下：基于 PLC 的变频器恒压供水系统设计292 当采集的压力小于等于设定水位压力值时，1#泵的变频器先启动3 水压仍然不足,经过短暂的延时 3s，将 M1 切换为工频工作4 M2 切为变频,M2 在变频控制的情况下工作运行 10 秒钟基于 PLC 的变频器恒压供水系统设计305 水压仍然不足,经过短暂的延时 3s，将 M2 切换为工频工作基于 PLC 的变频器恒压供水系统设计31总结随着现代工业自动化程度的提高，特别是一些具有高精度，这样一来对控制系统精确、稳定、可靠的控制就显得十分的重要。近年来随着大规模集成电路的发展，使得以微处理器为核心的组成的可编程序控制器得以迅速的发展，并广泛应用与各种领域中，以满足现代化大生产的高效的、大量的自动化要求。今本课题采用 PLC 作为恒压供水控制系统的控制器，是充分考虑到 PLC 硬件柔性化、抗干扰能力强、控制能力强、构成控制系统简单、设计周期短以及可维护性好等特点，使得恒压供水控制系统功能强、可靠性高，和硬件结合即可应用于工业现场。由于本人经验不足和本系统涉及到的专业知识众多，该课题研究的层次还不是很深入。但是，我个人认为，本课题的作用是仅仅是开启了 PLC 在工业自动化中的应用的探索之门，后面还有很多未知的东西等着我们去研究和探索，还有很多不完美的地方等着我们去改进。以后也会花更多的时间，进行 PLC 控制系统的研究和应用。产品不断在改进，知识不断在更新，唯有创新不变。我觉得从这次毕业设计中，我最大的收获是努力不一定会成功，不努力一定不会成功，只有发现了自身的不足，进而不断提高自身的专业修养，才能设计出更完美的产品总之，在本次设计中我学到很多知识，不仅仅是提高了自己的书本知识，同时，在动手操作能力上，我能够通过自己的设计进行焊接，独立的完成作品，这对于我以后步入社会将会是一种鼓励，一种对工作的测试，将会在毕业后的工作中，起到深远的影响。基于 PLC 的变频器恒压供水系统设计32致 谢时间流逝好比天上的流星，在不经意间，大学时光就处于末端，恍然间，仿佛自己还处于刚入学的时候，那个时候是那么的稚嫩，对于大学充满着激情，而经过这四年的学习沉淀，我走向成熟、稳重。在这里，我学到很多知识文化，学会很多为人处事的道理，面对着毕业之际，我真诚的说声：老师们，你们辛苦啦！首先，我得感谢我的辅导员老师，是他让我从一个懵懂的大一不断给予我锻炼的机会，使的我不断的成长。不管是在我的学习方面，还是在做人办事，辅导员都时刻在教导我，帮助我，特别是在生活上，给我的关心，让我感觉到家的温暖，恍然间，毕业在即，可是心中忽然多了一种不舍，多了那么多的美
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