PLC课程设计解析

1、湖北理工学院电气与电子信息工程学院«电气控制与PLC课程设计报告课设名称：变频恒压供水设计专业名称：电气工程及其自动化班级：2016级电气专升本（2）班学号：201620210214姓名：张鸿指导教师：胡学芝、高海洲课设时间：2017年5月22日-2017年6月04日课设地点:K3-218目录1概述42方案选择及论证52.1任务要求及详解52.2设计思路6PLC型号选择63系统硬件设计73.1系统功能及原理73.2系统组成框图及电路图73.3 IO分配表及功能分配表83.4硬件接线图114系统软件设计154.1PLC梯形图概述154.2 系统程序设计154.3系统程序说明及流程框图1

2、65系统调试185.1硬件调试185.2软件调试185.3 运行调试195.4错误调试与修改方法196结果分析与展望196.1运行结果分析196.2展望未来20附录201概述随着社会经济的迅速发展，水对人民生活与工业生产的影响日益加强，人民对供水的质量和供水系统可靠性的要求不断提高。把先进的自动化技术、控制技术、通讯及网络技术等应用到供水领域，成为对供水系统的新要求。变频恒压供水系统集变频技术、电气技术、现代控制技术于一体。采用该系统进行供水可以提高供水系统的稳定性和可靠性，方便地实现供水系统的集中管理与监控；同时系统具有良好的节能性，这在能量日益紧缺的今天尤为重要，所以研究设计该系统，对于提

3、高企业效率以及人民的生活水平、降低能耗等方面具有重要的现实意义。2方案选择及论证2.1任务要求及详解对三泵生活/消防双恒压供水系统的基本要求是：(1) 生活供水时，系统低恒压值远行，消防供水时高桓压值远行。(2) 三台泵根据恒压的需要.采取“先开先停”的原则接人和退出。在用水量小的情况下，如果一台泵连续运行时间超过3h,则要切换下即系统具有“倒泵功能”，避免某一台泵工作时间过长。(3) 三台泵在启动时都要有软启动功能。(4) 要有完善的报警功。(5) 对泵的操作要有手动控制功能，手动只在应急或检修时临时使用。2.2设计思路本系统是三泵生活/消防双恒压供水系统，变频恒压供水系统主要由变频器、可编

4、程控制器、压力传感器组成。本文研究的目标是对恒压控制技术给予提升，使系统的稳定性和节能效果进一步提高，操作更加简捷，故障报警及时迅速，同时具有开放的数据传输。该系统可以生活供水和消防供水的双用供水系统。根据系统要求，设计出满足要求的恒压供水系统，对PLG变频器、压力传感器进行选型，根据系统要求设计出能满足控制要求的控制电路和控制程序。2.3PLC型号选择本次花样喷泉控制系统选用的PLC为三菱公司的FX2N系列，型号为FX2N-48MR此系列的PLC体积小，重量轻，使用寿命长，编程和维护方便，故障率低，通过扩展模块的连接，可以增加输入/输出的点数。本次花样喷泉系统共7个输入，9个输出。FX2N-

5、48MFRS全可以满足要求。3系统硕件设计3.1系统功能及原理恒压供水泵站一般需没多台水泵及电机，这比没单台水泵及电机节能而可靠。配单台电机及水泵时，它们的功率必须足够的大，在用水量少时开一台大电机肯定是浪费的.电机选小了用水量大时供水会不足。而且水泵与电机都有维修的时候，备用泉是必要的。恒压供水的主要目标是保持管网水压的恒定，水泵电机的转速要跟随用水量的变化而变化，这就要用变频器为水泵电机供电。这也有两种配置方案，一是为每台水泵电机配一台变频器，这当然方便，电机与变频器问不须切换，但购变频器的费用较高。另一种方案是数台电机配一台变频器，变频器与电机间可以切换，供水运行时，一台水泵变频运行。其

6、余水泵工频运行，以满足不同用水量的需求。3.2系统组成框图及电路图图2-1为恒压供水系统构成示意图。图中压力传感器用于检测管网中的水压,常装设在泵站的出水口。当用水量大时，水压降低：用水量小时，水压升高。水压传感器将水压的变化转变为电流或电压的变化送给调节器。7rr$PP乂工观/14泉强水调频变频%oQ.?=rIK力L节器切换/f2亏尿C口F=r罐Lg器申，路3泉1消防生活压力传感器图3.2恒压供水系统框图3.3IO分配表及功能分配表将系统所有的输入信号和输出信号统一进行编址，该系统有7个输入信号和13个输出信号，表6-1是将控制系统的输入输出信号的名称、代码及地址编号。水位上下限信号分别为X

7、I、X2它们在水淹没时为0,时为1名称代码地址编号输入信号手动和自动消防信号SA1X0水池水位下限信号SLLX1水池水位上限信号SLHX2变频器报警信号SUX3消铃按钮试灯按钮SB9SB10X4X5模拟量输入模远程压力表模拟里电压值Up块电流通道输出信号1#泵工频运行接触器及指示灯KM1,HL1Y01#泵变频运行接触器及指示灯KM2,HL2Y12#泵工频运行接触器及指示灯KM3,HL3Y22#泵变频运行接触器及指示灯KM4,HL4Y33#泵工频运行接触器及指示灯KM5,HL5Y43#泵变频运行接触器及指示灯KM6,HL6Y5生活消防供水转换电磁阀YV2Y10水池水位下限报警指示灯HL7Y11变

8、频器故障报警指示灯HL8Y12火警报警指示灯HL9Y13报警电铃HAY14变频器频率复位控制KAY15模拟量输入模控制变频器频率用电压信号Uf块电流通道图3.3.1IO分配表器件地,功能出八功能址器件地址D100过程变量标准值T38工频泵减泵滤波时间控9D102压力给定值T39工频/变频转换逻辑控制D104PI计算值M10故障结束脉冲信号D11比例系数M11泵变频启动脉冲D111米样时间M12减泵中间继电器D112积分时间M13倒泵变频启动脉冲D113微分时间M14复位当前斐频泉运行脉冲D114变频运行频率下限值M15当前泵运行启动脉冲D115生活供水变频运行上限值M16新泵变频启动脉冲D11

9、6消防供水变频运行上限值M20泵工频/变频转换逻辑控制D150PI调节结果存储单元M21泵工频/变频转换逻辑控制D180变频工作泵泵号M22泵工频/变频转换逻辑控制D182变频工作泵的总台数M30故障信号汇总D184倒泵时间存储命M31水池水位下限故障逻辑D190工频/变频转换逻辑控制M32水池水位下限故障消铃逻辑T33工频/变频转换逻辑控制M33变频器故障消铃逻辑T34工频泉增泵滤波时间控制M34火灾消铃逻辑图3.3.2功能分配表3.4硬件接线图L1L2QS1QSCIMR-7QS3QS*KM1VvvKM3WKM5P5A45P5vvvKM2KM4KM6FR1图3.4.1电控系统主电路ZlCZI

10、FU210J2ooSB1SB20oSB3SB40oSB5QooSB7SB8SAPLCY000KM2Y002KM1KM3Y00414KM5Y01016Y01118Y012Y01322Y014M1n0nKM5OFRlKM2KM3FR2HL3FR30KM60HL6HL7HL8HL9rHA26KAHL10144系统软件设计4.1PLC梯形图概述梯形图时使用的最多的图形编程语言，被称为PLC的第一编程语言。梯形图与电器控制系统的电路图很相似，具有直观易懂的优点，很容易被工厂电气人员掌握，特别适用于开关量逻辑控制。梯形图常被称为电路或程序，梯形图的设计成为编程。PLC梯形图中的某些编程元件沿用了几点起这一

11、名称，如输入继电器、输出继电器、内部继电器等，该存储单元如果为“T状态，则表示梯形图中对应软继电器的线圈“通电”，其常来触电接通，常闭触点断开，称这种状态时该软继电器的“T或“ON状态。如果该存储单元为“0”状态，对应软继电器的线圈和触点的状态与上述的相反，称该软继电器为“0”或“OFF状态。使用中也常将这些“软继电器”称为编程元件。生产过程中各个执行机构自动地有秩序地进行操作。具体图见附录。4.2系统程序设计根据可知，PLC上在恒压供水系统中的功能较多，由于模拟量单元及PID调节都需要编制初始化及中断程序，本程序分可为三部分：主程序、子程序和中断程序。系统初始化的一些工作放在初始化子程序中完

12、成。这样可节省扫描时间。利用定时器中断功能实现PID控制的定时采样及输出控制。主程序的功能最多，如泵切换信号的生成、泵组接触器逻辑控制信号的综合及报警处理等都在主程序。生活及消防双恒压的两个恒压值是采用数字方式直接在程序中设定的。生活供水时系统设定值为满量程的70%，消防供水时系统设定值为满量程的90%。在本系统PID中，只是用了比例和积分控制，其回路增益和时间常数可通过工程计算初步确定，但还需要进一步调整以达到最优控制效果。初步确定的增益和时间常数）增益：KC0.25采样时间Ts0.2s积分时间Ti30min程序中使用的PLC元件及其功能如表6-2所示4.3系统程序说明及流程框图开始手动工频

13、工作变频启动M1泵生活供水消防供水将变频运行的泵从变频器上切除，并变频启动将变频运行的泵从变频器上切除，并将上一台工频运行的口压泵是否过载?N1e-停止否?图4.3系统程序说明及流程框图5系统调试5.1硬件调试按照I/O分配表接plc外部线路，COM毓都要接+24M先单个测试单机转动情况，再进行系统联调。5.2软件调试对比梯形图，对每步进行调试。对上述程序的仿真及调试的具体步骤如下：(1) 在step7中从主程序导出111.awl程序；在S7_200汉化仿真V2.0软件中导入111.awl程序;从软件中选择CPU®号为cpu226;在仿真软件系运行程序打开开关I0.0;依次观察每个电

14、机的仿真结果。5.3运行调试软件和硬件调试结束后，进行系统运行调试，按下启动按钮，系统开始工作，观察系统运行是否符合控制要求，并随时进行更正，同时随机按下停止按钮，观察系统是否能够停止。经过不断调试和修正，本系统可达到本次课程设计的基本控制要求。5.4错误调试与修改方法在软件方面设置多个保护环节，时时检测系统状态，安全报警等。硬件方面设置安全链机械保护，经多个闭合触点组成，包括紧急停车，压力超上下限开关，水位超上下限开关，电机过热保护继电器，空载保护等。安全链多个触点均为常闭触点，其中任一触点断开，安全链即失效，系统处丁停机状态。须排除故障，系统才能进行正常工作。6结果分析与展望6.1运行结果

15、分析低峰供水时，工作一台水泵电机变频调速，用水量加大时，首台工作水泵由低速向高速调频，当工作频率达到50Hz即水泵满负荷工作时仍不能满足用水要求时，将首台工作水泵切换至工频运转，变频调速器控制第二台水泵调频运转，同时工作2台水泵。如用水量进一步增加，第二台水泵切换至工频运转，变频调速器控制第三台水泵调频运转，同时工作3台水泵。供水量减少时，调速工作水泵首先由高频段向低频段调速运转，水泵工作频率达到柜内微机控制器预先设定的下限工作频率而实测水压仍高丁水压设定值时，直接停止首台工作水泵，第二台泵工频运转，第三台泵调频运转保持系统水压包定，如2台水泵同时工作实际水压仍高丁设定值，直接停止工频运转水泵

16、，第三台调频运转保持系统水压包定6.2展望未来通过这次设计实践。我学会了PLC的基本编程方法，对PLC的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。在对理论的运用中，提高了我们的工程素质，在没有做实践设计以前，我们对知道的撑握都是思想上的，对一些细节不加重视，当我们把自己想出来的程序与到PLC中的时候，问题出现了，不是不能运行，就是运行的结果和要求的结果不相符合。能过解决一个个在调试中出现的问题，我们对PLC的理解得到加强，看到了实践与理论的差距。虽然本次课程设计是要求自己独立完成，但是，彼此还是脱离不了集体的力量，遇到问题和同学互相讨论交流。多和同学讨论。我们在做课程设计的过程中要不停的讨论问题，

17、这样，我们可以尽可能的统一思想，这样就不会使自己在做的过程中没有方向，并且这样也是为了方便最后设计和在一起。讨论不仅是一些思想的问题，还可以深入的讨论一些技术上的问题，这样可以使自己的处理问题要快一些，少走弯路。多改变自己设计的方法，在设计的过程中最好要不停的改善自己解决问题的方法，这样可以方便自己解决问题最后还要感谢高老师和胡老师的帮助和意见以及同学们的帮助，感谢你们。附录M8002CALLP10止电初始化，调初始化子程序MOVK3600D100消防/生活供水压力给定值设置10D10MOVK2800D100M800216INCD182上电和故障结束时重新M100X00021>D180D

18、162激活变频泵号存储器M11(T37K50)X000T3238>D180D162<D184K1PLSM11M1150<D180K150INCD184符合增泵条件时，工频泵运行那个数加1(T38K100)频率卜限时，减泵滤波T3859>D184K0PLSM1267M1171M13M20T33M12DECD184符合减泵条件时，工频泵运行数减1SETM20变频增泵或倒泵时。位置M20(T33K1)复位变频器频率，微软启动作准备(Y015)PLSM14产生关断当前变频泵脉冲信号82SETM21M21INCD182变频泵号加187(T34K2)T3491PLSM15产生当前泵

19、工频启动脉冲信号94M15HISETM21M1596SETM2298M221|(T39K30)T39102105107109119PLSM16产生下一台变频运行启动信号>Ki80D190143153<>D184K0M8002RSTM22RSTM20MOVK1D182变频工作泵的泵号转移M8014INCD190一个变频泵运行持续时间判断=D182K1rPtSMUWSrju产生下一台泵MOVPK0D190的变频启动信号MOVK0D190有工频泵运行时复位到M30M14Y000D190(Y001)M101号泵变频运行控制逻辑M16167179M16Y003M16=D182K2=D182K3Y005M30M14Y000M30(Y003)2号泵变频运行控制逻辑M14Y004(Y005)3号泵变频运行控制逻辑191M15217243269271IFM15Y000=