中央负压抽吸系统变频控制设计工艺图与PLC程序的设计说明

1、 TONGJIZHEJIANGCOLLEGE毕业设计（论文） 课题名称：中央负压抽吸系统变频控制设计 副 标 题: 工艺图与PLC程序设计 系 名 称：机械与电气信息工程系 专 业：电气工程与其自动化 日 期：2013年5月15日52 / 56中央负压抽吸系统变频控制设计工艺图与PLC程序设计09电气工程与其自动化 某某某学号指导老师 某某某 摘要随着现代口腔医学的不断发展，医生和患者对牙科设备的要求越来越高。一套良好的牙科设备，不仅可以使医生能快速准确的治愈病人，还能使患者在治疗过程中感到舒适和安全。本次设计运用PLC与变频器对YJF-60负压抽吸系统进行控制。利用PLC进行控制具有可靠性高

2、，抗干扰性强，使用方便等优点，使得系统的设计、安装、调试等工作量大大减少。利用变频器进行控制可以使电机调速更加节能，减少无功功率，还能达到软启动的目的。该负压抽吸系统可以与时有效的抽吸患者口腔污染物的同时，又能保证不损伤患者的口腔 ；可以保证治疗区域良好的可视度；从患者口吸出的带菌气雾，液体和混合物，经由管道进入机组的分离装置中，在诊室外进行集中分离过滤，这样既减少了清理的工作量，又避免在诊室造成二次污染。关键词牙科设备 PLC 变频器 污染物 负压抽吸系统Central vacuum suction system frequency control designProcess diagram

3、 and PLC programmingElectrical Engineering and Automation jiangyangyang 091026Adviser ganweiqinAbstractWith the continuous development of modern oral medicine, doctors and patients have become increasingly demanding of dental equipment. A good set of dental equipment, not only allows the doctor to c

4、ure the patient quickly and accurately, but also to make the patient feel comfortable and safe in the treatment process.The design of the PLC and inverter control vacuum suction system . PLC control with high reliability, strong anti-interference, ease of use, making the system design, installation,

5、 commissioning, greatly reducing the workload. Inverter control allows the motor speed is more energy efficient, reduce reactive power, but also achieve the purpose of the soft-start.The vacuum suction system pollutants in a timely and effective suction the patient's mouth at the same time, but

6、also ensures that no damage to the patient's mouth; ensure good visibility of the treatment area; the contaminated aerosol sucked out from the patient's mouth, liquid and mixture into the pipe the unit separation device, to centralized separation filter outside the clinic, so not only reduce

7、s the workload of the clean-up, avoid to cause secondary pollution in the consulting room.Key wordsdental equipmentPLC inverter controlpollutantvacuum suction system目 录1. 绪论11.1 背景与意义11.2 课题设计的主要容和主要方法12. 系统设计22.1 方案的选择22.2 PLC和变频器的应用32.2.1 PLC的原理与应用32.2.2 变频器的原理和应用42.3 电气原理图43. 系统电器工艺图设计53.1 电器工艺图设

8、计需要注意的问题63.2 元器件的选择63.3 电器工艺图的绘制114. 程序设计与分析144.1 PLC程序设计思路144.1.1 PLC端口分配154.1.2 系统控制过程164.2 PLC程序分析194.2.1 数据的采集程序194.2.2 气泵起动控制程序204.2.3 废水泵控制程序234.2.4 寄存器的跳转程序255. 系统调试265.1调试注意事项275.2 系统的调试285.3调试结果分析306. 结论31参考文献32辞33附录341. 绪 论1.1 背景与意义在口腔医学不断发展的今天,医生对牙科设备的要求越来越高,不仅病人在治疗中坐着要舒适,医生更要准确快速地治愈病人,并且

9、在治疗过程中注意自我防护。当牙医在治疗过程中，从患者口中喷出带有细菌，病毒，真菌等大量雾化状态的带菌气流（见图1.1-1），这些带菌气流直接喷射到牙医的面部，并扩散到整个口腔诊室，污染了诊室环境；据资料统计，牙医是所有执业医师中最容易受到感染的人群；图1.1-1 带菌气流图 图1.1-2 抽吸效果图患者在接受治疗的过程中，需要清洁水来清洗创面，而涡轮手机需要水来冷却，这样就不可避免的有大量的水进入口中，必将刺激患者的神经，造成吞咽反应，如不能进行持续而有效地排出，会中断治疗，影响治疗效果；传统的牙科治疗机的负压采用“射流”原理，利用压缩空气或水在主管道大量排放，使得附属管道产生真空而形成的负压

10、来抽吸患者口的液体。若采用压缩空气做动力，将造成压缩机的连续运转，降低压缩机的使用寿命。而本课题设计的YJF-60负压抽吸设备抽吸量持久，抽吸力度适中，在与时有效的抽吸患者口腔污染物的同时，又能保证不损伤患者的口腔 ；能与时有效的从患者口吸出的带菌气雾，液体和混合物（见图1.1-2），经由管道进入机组的分离装置中，进行集中分离过滤，这样保证了治疗区域良好的可视度，使牙医在治疗过程中持续工作，无需中断，而且使牙医，护士和病人远离了感染。收集到的混合气体通过气液分离罐处理后排放到下水道中。而且在设计中增加变频系统，根据工作台的使用量与时调节设备工作频率，根据工作台负压力的大小与时调节气泵的工作台数

11、，具有节约能源，降低成本的优点。1.2 课题设计的主要容和主要方法本课题设计主要对YJF-60负压抽吸系统的工作过程进行设计分析。该负压抽吸系统的基本结构主要包括两个部分：气路部分和电气控制部分。本课题设计采用可编程控制器PLC和变频器对YJF-60负压抽吸系统工作过程进行控制。气路部分包括三台380V 50Hz 4.3KW的三相漩涡式气泵组成的负压抽吸动力源、气液分离罐、一台380V 50Hz1.1KW排水泵将气液分离罐的废水排出、一只220V 50Hz清冼用进水电磁阀、一只220V 50Hz卸荷用电磁阀、气路管道、安装支架等。电气控制部分主要包括三台380V 50Hz，4.3KW的三相漩涡

12、式气泵、一台380V 50Hz，1.1KW排水泵、一只220V 50Hz清冼用进水电磁阀、一只220V 50Hz卸荷用电磁阀、可编程控制器、压力传感器、压力显示控制器 、电气控制板、变频器、电器箱等。YJF-60负压抽吸系统的设计主要包括四个板块的设计：抽吸气泵的控制设计，废水泵的控制设计，清冼进水电磁阀的控制设计和卸荷电磁阀的控制设计。根据各个板块的设计要求，利用CAD软件作出YJF-60负压抽吸系统电气原理图主电路图，电气原理图控制电路图。根据电气原理图，规选择合适的电器元器件，利用CAD软件作出电器工艺图。根据YJF-60负压抽吸系统电气原理图与电器工艺图，根据负压系统运作的控制过程，利

13、用三菱FX编程软件进行编程。将完整程序导入PLC（FX1S-30MR）进行调试修改，最后对整个系统的调试结果作出分析。图1.2-1 YJF-60负压抽吸系统图2. 系统设计2.1 方案的选择本课题设计的负压抽吸系统由三台抽吸气泵M1、M2、M3提供动力。针对这三台抽吸气泵的工作状态，选出了二套电气控制方案供讨论： 方案一：固定抽吸气泵M1为变频控制，其它二台抽吸气泵M2和M3按设计要求按需为固定频率工作。方案二：三台抽吸气泵按程序设计轮流为变频控制。例：在第一程序段：第一台抽吸气泵为变频控制时，第二台与第三台抽吸气泵按设计要求按需为为固定频率工作；在第二程序段：第二台抽吸气泵为变频控制时，第一

14、台与第三台抽吸气泵按设计要求按需为为固定频率工作；在第三程序段：第三台抽吸气泵为变频控制时，第一台与第二台抽吸气泵按设计要求按需为为固定频率工作。通过不断的分析和讨论，总结出方案一具有电气控制电路简单，设计方便的优点，但是用变频控制的抽吸气泵M1的使用率大大高于其它二台抽吸气泵，可能使变频控制的抽吸气泵因使用时间长而损坏。而方案二的优点主要是三台抽吸气泵使用率比较一致，且都采用变频控制，可以达到软启动，节能，控制准确等优点，但电气控制电路要比方案一复杂很多。经过综合分析，决定选用方案二作为本课题设计的方案。2.2 PLC和变频器的应用本设计采用可编程控制器（PLC）和变频器对YJF-60负压抽

15、吸系统工作过程进行控制。因为PLC具有以下优点：系统构成灵活，扩展容易，以开关量控制为其特长；使用方便，编程简单；能适应各种恶劣的运行环境，抗干扰能力强，可靠性强。变频器具有节能、降低电力线路电压波动等优点。2.2.1 PLC的原理与应用PLC的基本结构包括CPU、存储器、输入/输出接口、编程器等（见图2.2.1-1）。PLC采用循环扫描的工作方式。每次扫描过程，集中采集输入信号，集中对输出信号进行刷新。输入刷新过程，当输入端口关闭时，程序在进行执行阶段时，输入端有新状态，新状态不能被读入。只有程序进行下一次扫描时，新状态才被读入。一个扫描周期分为输入采样，程序执行，输出刷新。元件映象寄存器的

16、容是随着程序的执行变化而变化的。扫描周期的长短由三条决定。CPU执行指令的速度,指令本身占有的时间,指令条数，现在的PLC扫描速度都是非常快的。由于采用集中采样，集中输出的方式，存在输入/输出滞后的现象，即输入/输出响应延迟。图2.2.1-1PLC基本结构图PLC以其可靠性高、逻辑功能强、体积小、可在线修改控制程序、具有远程通信联网功能、以易与计算机接口、能对模拟量进行控制，具备高速计数与位控等性能模块等优异性能，日益取代由大量中间继电器、时间继电器、计数继电器等组成的传统继电接触控制系统，在机械、化工、石油、冶金、电力、轻工、电子、纺织、食品、交通等行业得到广泛应用。当然，发展到今天，PLC

17、的品牌多的数不胜数，如三菱PLC、施耐德PLC、犹尼康Unitronics、台达PLC、松下PLC、欧姆龙PLC、富士PLC、西门子PLC等等。在本课题设计中，选用三菱PLC的FX1S-30MR系列，它具有完整的性能和通讯功能等扩展性。FX1S-30MR有16个输入点和14个输出点，可以满足本设计的要求。2.2.2 变频器的原理和应用变频器的主电路是给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分，变频器的主电路大体上可分为两类:电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波是电容。电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路滤波是电感。 它由三部分构成，将工频电源变换为直流功率的

18、“整流器”，吸收在变流器和逆变器产生的电压脉动的“平波回路”，以与将直流功率变换为交流功率的“逆变器”（见图2.2.2-1）。 图2.2.2-1 变频器主电路示意图变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置，能实现对交流异步电机的软起动、变频调速、提高运转精度、改变功率因数、过流/过压/过载保护等功能。在本课题设计中选用西门子MM430变频器。它具有易于调试、配置灵活、节能控制等优点。2.3 电气原理图电气原理图是用来表明设备电气的工作原理与各电器元件的作用，相互之间的关系的一种表示方式。运用电气原理图的方法和技巧，对于分析电气线路，排除电路故障是十分有益的。电

19、气原理图一般由主电路、控制电路、保护、配电电路等几部分组成。YJF-60型负压抽吸系统电气原理图包括两个部分，电气原理图主电路部分设计和电气原理图控制电路设计。在设计过程中应该满足电气控制设计原则：最大限度满足生产机械和生产工艺对电气控制的要求。在满足要求的前提下,使控制系统简单,经济,合理,便于操作,维修方便,安全可靠。电器元件选用合理,正确,使系统能正常工作。为适应工艺的改进,设备能力应留有裕量。分析YJF-60型负压抽吸系统所需要的元器件，作出电气原理图主电路部分（见图2.3-1）和电气原理图控制电路部分（见图2.3-2）。图2.3-1 系统电气原理图主电路图图2.3-2电气原理图控制电

20、路图3. 系统电器工艺图设计电器工艺图是为了表达生产机械电气控制系统的结构、原理等设计意图，便于电气系统的安装、调试、使用和维修，将电气控制系统中各电器元件与其连接线路用一定的图形表达出来。3.1 电器工艺图设计需要注意的问题完整的电器工艺图应该包括以下容：设计电气设备的总体配置，绘制总装配图和总接线图。绘制各组件电器元件布置图与安装接线图，标明安装方式,接线方式。编写使用维护说明书。在设计电器工艺图过程中，需要遵循以下原则：尽量缩短连接导线的长度和导线数量，设计控制电路时，应考虑各电器元件的安装位置，尽可能地减少连接导线的数量,缩短连接导线的长度。尽量减少电器元件的品种，数量和规格，同一用途

21、的器件尽可能选用同品牌，型号的产品，并且电器数量减少到最低限度。尽量减少电器元件触头的数目。在控制电路中,尽量减少触头是为了提高电路运行的可靠性。尽量减少通电电器的数目，以利节能与延长电器元件寿命，减少故障。3.2 元器件的选择在电器工艺图中，需要正确的表示元器件的规格大小，形状尺寸和接线方式，所以，在设计电器工艺图前需要对所用到的元器件进行准确的选择。PLC的选择：合理选用PLC，对于提高PLC控制系统的技术经济指标有着重要意义。PLC的选择主要应从PLC的机型、容量、I/O模块、电源模块、特殊功能模块、通信联网能力等方面加以综合考虑。PLC机型的选择PLC机型选择的基本原则是在满足功能要求

22、与保证可靠、维护方便的前提下，力争最佳的性能价格比。本课题设计的YJF-60负压抽吸系统有16个输入信号和14个输出信号，而三菱FX1S-30MR（见图3.2-1）刚好有16个输入端口和14个输出端口，电源输入为220VAC，所以选用三菱FX1S-30MR作为本次设计所要用的PLC。它的外形尺寸是100mm×90mm。主要参数见表3.2-1.表3.2-1 FX1S-30MR参数表型号FX1S-30MR品牌三菱输入16点输出14点外形尺寸(mm)宽*高*深100*90*49电源规格DC24V输入规格DC24V 7mA/5mA(无电压触点、或者NPN开集电极晶体管输入)输出规格继电器输出

23、图 3.2-1 FX1S-30MR图变频器的选择：变频器的选型要根据电机的实际工作电流来选择。本课题设计的YJF-60负压抽吸系统的负载类型为风机泵类负载，三台气泵都是可以变频起动，气泵的功率为4.3KW，要求功率较大，计算气泵的Ijs来确定变频器的型号选择。Pjs=3Un×Ij×cos,Pjs=Pe×COS,其中cos为气泵的功率因数，cos=0.8；COS为气泵需要系数，COS=0.80.85,取COS=0.8,Pe=4.3KW,所以Pjs=4.3KW×0.8=3.44KW,所以求出Ijs=6.53A。西门子MM430（见图3.2-2）系列的6SE6

24、440-2CD27-5CA1型P=7.5KW，IN= 19A 可以满足设计要求，它的外形尺寸是185mm×245mm×195mm。组要参数见表3.2-2。表3.2-2 MM430主要参数表·380V-480V±10%，三相，交流，7.5kW-250kW； · 风机和泵类变转矩负载专用； · 牢固的EMC（电磁兼容性）设计； 控制信号的快速响应· 置PID控制器； · 快速电流限制，防止运行中不应有的跳闸； · 数字量输入6个，模拟量输入2个，模拟量输出2个，继电器输出3个； · 具有1

25、5个固定频率，4个跳转频率，可编程； · 采用BiCo技术，实现I/O端口自由连接； · 集成RS485通讯接口，可选PROFIBUS-DP通讯模块； · 灵活的斜坡函数发生器，可选平滑功能； · 三组参数切换功能：电机数据切换，命令数据切换；图3.2-2 西门子MM430变频器图空气开关的选择：空气开关具有控制和多种保护功能于一身。除了能完成接触和分断电路外，尚能对电路或电气设备发生的短路、严重过载与欠电压等进行保护。在本课题设计中，选用了380V 50Hz 4.3KW的三相漩涡式气泵和380V 50Hz1.1KW排水泵，需要计算Ijs来确定选用的空气

26、开关。求出的Ijs=6.53A。所以决定选用施耐德的梅兰日兰C65 3P 10A空气开关（见图3.2-3），它的外形尺寸是55mm×81mm。主要参数见表3.2-3。 表3.2-3 C65参数表 制造厂商法国施耐德电气脱扣曲线（C）保护常规负载和配电线缆额定电流10A   16A  20A  25A  32A  40A额定电压（AC  V）：230额定电流（A）：6   32分断能力（KA）：4.5极数3P+N规格55mm&#

27、215;81mm机械寿命20，000次接线适用于10mm2与以下导线图3.2-3C65空气开关图继电器选择：应根据继电器的功能特点，适用性，使用环境，工作制，额定工作电压与额定工作电流来选择。正确选用继电器的原则具体来讲应该是：a 继电器的主要技术性能，如触点负荷 ,动作时间参数，机械和电气寿命等,应满足整机系统的要求；b 继电器的结构型式（包括安装方式）与外形尺寸应能适合使用条件的需要；c 经济合理。本课题设计中继电器用于卸荷阀和进水阀中，这些电磁阀P=160W，U=220V，MY2NJ 5A 220AC，所以选用欧姆龙MY2NJ继电器（见图3.2-4）可以满足设计条件。它的外形尺

28、寸是22.5mm×68mm。主要参数见表3.2-4。品 牌欧姆龙型 号MY2NJ-DC24V外形尺寸（mm）21.5×21.5×36mm（L×W×H）触点负载5A 220VAC 5A24VDC额定电流5A工作温度-55+70阻 抗50m电气寿命40万回机械寿命8000万回表3.2-4 欧姆龙继电器参数表图3.2-4 欧姆龙继电器图接触器选择：根据接触器控制的负载性质来相应选择直流接触器还是交流接触器，一般场合选用电磁式接触器，对频繁操作的带交流负载的场合，可选用带直流电磁线圈的交流按触器。接触器的选型主要需要确定种类，负载类型，主回路参数，控制

29、回路参数辅助触点，以与电气寿命，机械寿命与工作制等多种情况综合考虑。本课题设计中，已经算出气泵的Ijs=6.53A，选用西门子3TB40接触器（见图3.2-5），它的额定电流为9A，可以满足条件，它的外形尺寸是44mm×80mm。主要参数见表3.2-5 西门子3TB40接触器参数表。表3.2-5 西门子3TB40接触器参数表品牌西门子型号3TB40外形尺寸44mm×80mm频率50Hz额定电压690-1000V AC-3 使用类别下额定工作电压为 380V额定电流9A-400A适用场合远距离接通与分断电路之用，适用于控制交流电动机的起动、停止与反转标准符合IEC947，VD

30、E0660，GB14048标准图3.2-5 西门子3TB40接触器图 压力变送器的选择：压力变送器选择三要素为确定测量介质、确定精度围，补偿温度围，使用温度围、确定丈量围和丈量方式。本课题设计的负压抽吸系统测量介质为牙科治疗气液废物，需要的压力围是-400KPa。压力变送器SMP131的压力测量围是00.7bar，1bar=100KPa，所以40KPa=0.4bar，可以满足设计要求，所以选用SMP131-S4M1F2D（见图3.2-6）。主要参数见表3.2-6。表3.2-6 SMP131压力变送器参数表测量围00.1bar至0600bar过载围满量程的1.5倍精度等级0.25%f.s .，0

31、.5%f.s工作电压:1230vdc, 24vdc输出信号420ma，010ma，15vdc，010vdc，05vdc补偿温度050 ，-1080工作温度-3085电气连接din，航空接头防护等级ip65，ip67螺纹接口m20*1.5外螺纹，g1/2外螺纹，g1/4外螺纹图3.2-6 SMP131压力变送器图 压力数显仪的选择：根据已经确定的压力变送器的相关参数，选择合适的压力数显仪与之配合使用。压力变送器的输出信号方式是4mA20maA DC二线制，数显仪LG8（见图3.2-7）的输入模拟信号为4mA20maA DC，符合设计要求。主要参数见表3.2-7。图3.2-7 LG8压力数显仪图表

32、3.2-7 LG8压力数显仪参数表输入信号模拟量  热电偶：标准热电偶B、S、K、E、J、T等          热电阻：标准热电阻Pt100、Cu50、Cu100电   流：4-20mA、0-10mA、0-20mA等输入阻抗250 电   压：0-5V、1-5V、mV等-输入阻抗250K输出信号模拟量输出    DC 0-10mA（负载电阻750） DC

33、4-20mA（负载电阻500）DC 0-5V（负载电阻250K） DC 1-5V（负载电阻250K）开关量输出   继电器控制输出继电器ON/OFF带回差。AC220V/3A；DC24V/6A（阻性负载）可控硅控制输出SCR（可控硅过零触发脉冲）输出，  光电隔离AC400V/0.5A固态继电器输出SSR（固态继电器控制信号）输出，光电隔离DC624V/30mA通讯输出       接口方式标准串行双向通信接口，光电隔离，RS-485、RS-232、RS-422等&

34、#160;     波特率300-9600bps  部自由设定馈电输出        DC24V，负载30mA根据已经选出的元器件，列出元器件列表（见表3.2-8）。表3.2-8 主要元器件列表序号名称型号规格（mm）备注1可编程控制器PLC FX1S-30MR100×90三菱2变频器西门子MM430185×245×195西门子3空气开关QF C65 3P 10A55×81梅兰日兰4相序继电器KA145&#

35、215;705接触器KM 3TB4044×80西门子6继电器KA MY2NJ22.5×68欧姆龙7压力变送器SMP1318压力数显仪LG8立格3.3 电器工艺图的绘制用CAD软件绘制电器工艺图，主要包括各个元器件安装位置，安装接线图的绘制。 FX1S-30MR的绘制（见图3.3-1）。FX1S-30MR的外形尺寸大小为100mm×90mm，它的输入输出为8进制编号，有X0X16一共16个输入端，Y0Y15一共14个输出端。2 继电器的绘制（见图3.3-2）。继电器的外形尺寸是22.5mm×68mm。12是公共点，8是常开点，4是常闭点。9是公共点，5是常

36、开点，1是常闭点。其中12，8，4为一组触点，9，5，1为一组触点。这两组是分别独立的，互不关联。3 接触器的绘制（见图3.3-3）。接触器的外形尺寸是44mm×80mm，有3对主触点和一对辅助触点。4 变频器的绘制（见图3.3-4）。MM430变频器的外形尺寸是185mm×245mm×195mm，而它的I/O接线板的尺寸是15.2mm×6.7mm，它的1号端和2号端为电压输入，58号端子为数字输入端，1825号端子为输出继电器的触头。S1和S2为DIP开关。5 熔断器的绘制（见图3.3-5）。熔断器的外形尺寸是17.5mm×77mm。6 导轨

37、的绘制（见图3.3-6）。安装导轨的规格35×15mm，长度可以根据设计需要截取。电气元件可方便地卡在导轨上而无需用螺丝固定，维护也很方便。7 空气开关的绘制（见图3.3-7）。空气开关的外尺寸是55×81，上端接三相电源，下端接到接触器和继电器。8 相序继电器的绘制（图3.3-8）。相序继电器的外尺寸是45×70。它主要用于控制电机的相序。 图3.3-1 PLC图 图3.3-2 继电器KA图图3.3-3 接触器图 图3.3-4变频器图 图3.3-6导轨图 图3.3-7 空气开关图 图3.3-8 相序继电器图 图3.3-5 熔断器图根据电气原理图所表达的各个元器件

38、之间的关系，把各个元器件安装到导轨上，再接线。最后完成负压抽吸系统的电器工艺图绘制（见图3.3-9）。图3.3-9 系统的电器工艺图4. 程序设计与分析YJF-60型负压抽吸系统的过程控制主要包括四个板块：抽吸气泵控制设计、废水泵控制设计、清洗进水阀控制设计、卸荷阀控制设计。根据系统的控制要求，先对每个版块的控制过程进行程序编辑，最后完成整个系统的程序编辑工作。4.1 PLC程序设计思路分析系统工作过程，利用编程软件FXGPWIN对负压抽吸系统的整个控制过程进行编程。整个程序分成三个程序段，第一程序段1#气泵M1受变频器控制起动，2#气泵M2作为第二台运行的气泵，3#气泵M3作为第三台运行的气

39、泵；第二程序段2#气泵M2受变频器控制起动，3#气泵M3作为第二台运行的气泵，1#气泵M1作为第三台运行的气泵；第三程序段3#气泵M3受变频器控制起动，1#气泵M1作为第二台运行的气泵，2#气泵M2作为第三台运行的气泵。表4.1-1 程序段对应气泵起动顺序表受变频器控制的气泵第二台运行气泵第三台运行气泵S20，S21，S22M1M2M3S30，S31，S32M2M3M1S40，S41，S42M3M1M2图4.2-1 系统工作流程图4.1.1 PLC端口分配X、Y分别表示PLC的输入/输出信号。要对系统的控制过程进行编程就需要先对输入/输出端口进行分配（见表4.1.1-1），了解每个端口所表示的

40、信号。表4.1.1-1 FX1S-30MR输入/输出端口分配表输入端X输入端信号输入端Y输入端信号X0起动/停止Y0卸荷阀X1低液位Y1报警X2中液位Y2进水阀X3高液位Y31#气泵变频起动X4低压力Y41#气泵工频起动X5中压力Y52#气泵变频起动X6高压力Y62#气泵工频起动X7超高压力Y73#气泵变频起动X10相序控制Y103#气泵工频起动X11过载保护1Y11废水泵起动信号X12过载保护2Y12起动信号X13过载保护3Y13HL1X14选择1#气泵Y14HL2X15选择2#气泵Y15HL3X16选择3#气泵X17复位开关根据端口分配表，利用CAD软件绘制PLC的I/O接线图(见图4.1

41、.1-1)。图4.1.1-1PLC I/O接线图4.1.2 系统控制过程分析整个系统的设计要求，先画出系统工作流程图（见图4.1.2-1）。再根据工作流程图，分析系统各个板块的工作过程。 抽吸气泵控制设计：本课题设计的抽吸系统由三台三相漩涡式气泵组成负压抽吸动力源，分别是1#气泵M1、2#气泵M2、3#气泵M3。三台气泵的参数：U=380V,f=50Hz，P=4.3KW。每台气泵都可以分工频起动的变频起动。变频起动由变频器MM430控制。以1#气泵的动作为例，三相电路L1、L2、L3过变频器MM40，再经过 KM1，再经过过载保护FR1到M1三相定子绕组，另一路L1、L2、L3经过KM2再通过

42、过载保护FR1也到M1三相定子绕组。这两路同时组成了1#气泵M1的变频起动和工频起动，而KM2的常闭触点串接到KM1线圈下，KM1的常闭触点串接到KM2线圈下，这样就构成了互锁电路。1#气泵M1的变频起动信号为FX1S-30MR中的Y3，,工频起动为Y4，2#气泵M2的变频起动信号为FX1S-30MR端口Y5，工频起动为Y6，3#气泵M3的变频起动信号为FX1S-30MR端口Y7，工频起动为Y10。当PLC接收到来自牙科治疗椅的起动信号（无源开关量信号），PLC发出控制受变频器驱动1#气泵M1的接触器KM1接通信号，过0.5秒后单片机发出起动变频器起动的信号Y3，受变频器驱动的1#气泵M1起动

43、，受变频器驱动的1#气泵M1起动后，根据压力传感器采集的压力信号，压力传感器对变频器与压力显示控制器发出相应的电流信号（-30KPa对应的电流为4mA DC 0KPa对应的电流为20mA DC），压力显示控制器显示抽吸压力。变频器根据接收的电流信号调整变频器的输出电压与频率(变频器进行PID调节)，改变1#气泵电动机M1的转速，保证抽吸负压的稳定（例稳定在-14KPa）。此时若抽吸量增大，抽吸负压力减小（例抽吸负压力由-14KPa上升到-9KPa），并持续10S,表明一台气泵的抽吸能力已不能满足要求，必须起动第二台气泵。此时首先停止变频器的起动信号Y3,接通起动2#气泵电动机M2的接触器KM4

44、,使2#气泵电动机M2在50HZ频率运行。过0.5S后，重新接通变频器的起动信号Y3,变频器根据接收的电流信号调整变频器的输出电压与频率，改变1#气泵电动机的转速，保证抽吸负压的稳定（例稳定在-14KPa）。在控制过程中，有三种可能性：二台气泵能满足牙科治疗椅的抽吸需求，此时一台气泵按固定频率运行，另一台气泵按变频运行。牙科治疗椅的抽吸需求减小，（抽吸量减小，抽吸负压力增大，例抽吸负压力为-15KPa,且持续时间10S），表明二台气泵的抽吸能力已超过抽吸量要求，必须停止2#气泵。此时需要停止2#气泵的接触器KM4，使第二台气泵停止运行。变频器根据接收的电流信号调整变频器的输出电压与频率，改变1

45、#气泵电动机的转速，保证抽吸负压的稳定（例稳定在-14KPa）。牙科治疗椅的抽吸需求增大，（抽吸量增大，抽吸负压力降低），并持续10S，表明二台气泵的抽吸能力已不能满足要求，必须起动3#气泵。此时保持2#气泵的运行，暂时停止变频器的起动信号Y3,然后接通起动3#气泵电动机M3的接触器KM6,过0.5S后，重新接通变频器的起动信号Y0,变频器根据接收的电流信号调整变频器的输出电压与频率，改变第一台气泵电动机的转速，保证抽吸负压的稳定（例稳定在-14KPa）。若牙科治疗椅的抽吸需求减小，（抽吸量减小，抽吸负压力增高，例抽吸负压力为-15KPa,且持续时间10S），表明三台气泵的抽吸能力已超过抽吸量

46、要求，必须停止第三台气泵。停止第三台气泵的接触器KM3，使第三台气泵停止运行。保持二台气泵运行，变频器根据接收的电流信号调整变频器的输出电压与频率，改变第一台气泵电动机的转速，保证抽吸负压的稳定（例稳定在-14KPa）。当PLC接收到来自牙科治疗椅的停止信号（无源开关量信号），延时5分钟后，PLC 发出停止变频器运行的信号。再延时10S后，PLC发出控制受变频器驱动气泵M1的接触器KM1断开信号。以上是1#气泵受变频器起动的动作过程，2#气泵和3#气泵受变频器起动的动作过程和1#气泵类似，就不一一例举了。 废水泵控制设计：废水泵主要用于气液分离罐的废水排放。4#水泵起动守KM7控制，当KM7出

47、点合上后，4#水泵开始动作。水泵在以下两个状态动作：当气液分离罐的废水液位达到中液位或气泵停止运行时液位超过低液位时，废水泵运行，当液位低于低液位时，延时5秒后废水泵停止。当气液分离罐在清洗状态，气液分离罐废水液位达到中液位，延时15秒后废水泵运行，当液位低于低液位时，延时5秒后废水泵停止。 清洗进水阀控制设计：清冼进水电磁阀用于对气液分离罐进行清洗，累计气泵的运行时间，当气泵运行时间达到设定值时（例20小时），KA3闭合，清洗进水电磁阀动作，将水注入气液分离罐，当气液分离罐的液位达到中液位时，清洗进水电磁阀停止运行。若气液分离罐的中液位控制失效，液位升到高液位时，清洗进水电磁阀也停止运行并报

48、警。 卸荷阀控制设计：在本电路中，卸荷电磁阀仅为保护环节，在正常压力围时卸荷电磁阀不工作，只有当抽吸压力达到-22.5KPa时，KA2闭合，卸荷阀才动作，动作回差为3KPa（即当抽吸压力达到-19.5KPa时，卸荷阀停止运行）。若卸荷阀动作后压力仍然为-22.5KPa，且持续10秒，则停止抽吸气泵的运行，并发出报警信号。4.2 PLC程序分析4.2.1 数据的采集程序以上程序主要用于数据的采集，对开机次数，开机时间进行计数。另外通过比较指令确定运行的序列。D1D130 MO接通 D3D130 M3接通D1D130D2 M1接通 D3D130 M4接通D2D130 M2接通 D3D130 M5接

49、通4.2.2气泵起动控制程序以上程序为三台气泵1-2-3运行序列的控制。S30S40同S20处理。处于S20情况下，复位Y4和Y5，使得2#气泵和3#气泵复位，运行X11，使1#气泵开始起动。当开启1#气泵，同时有一个低压力的信号时，用定时器延时，复位1#气泵。1#气泵没开，2#气泵开着，跳到S21,用定时器T4延时，前面两台没开，3#气泵开着时，跳到S22寄存器。当系统发生报警时，整体复位三台气泵。这时处于S21的状态，前S20状态可以覆盖到1#气泵，2#气泵，3#气泵，而S21用于控制2#气泵和3#气泵。S22用于控制最后一台气泵。原理和S20基本一样。S30用于控制气泵起动顺序中的2-3

50、-1起动序列，原理和S20相似。S40用于控制气泵起动顺序中的3-1-2起动序列，原理和S20相似。4.2.3废水泵控制程序此段程序的主要功能是用于计时。等气泵起动后，M8013秒脉冲驱动计数器C31，K60表示计60次，所以C31就表示计时60秒，计数器C31驱动C30，计数器C30表示一分钟计一次，K480表示计数器C30计480次的分信号。C30驱动Y2，使清洗电磁阀动作。清水就会经清洗进水电磁阀进入气液分离罐，进行清洗工作。当清洗罐水位到达中液位时，进水阀就会停止动作。若此时中液位的开关失效，当液位到达高液位限位开关时，进水阀也停止动作，并发出报警。当气液分离罐经清洗后，废水泵运行将飞

51、回排出。当废水到达中液位开关时或到达高液位开关时，驱动Y11，使废水泵开始动作，将废水排出。当废水到达低液位以下，利用定时器T2延时3秒，停止废水泵运转。4.2.4寄存器的跳转程序以上程序主要用于不同条件的组合，以与寄存器的复位。5. 系统调试为了测试设计的负压抽吸系统是否满足工艺要求，需要对系统进行调试，从而发现问题，分析问题，解决问题。调试的方式可以分为模拟调试和现场调试，由于受到条件的限制，本课题主要采用模拟调试。模拟调试设备见图5-1。图5-1 模拟调试设备图对系统进行模拟调试，具有以下优点： 在模拟环境下校验测试plc程序，发现并更正绝大多数的设计错误，大大缩短现场安装调试时间和工期

52、。 在仿真环境下对plc软件进行完备的校验，测试和优化，显著提高工程的质量和可靠性。它不受现场环境的制约，而且可以轻易模拟硬件故障来测试系统的漏洞。5.1调试注意事项在系统调试的过程中，需要注意一些事项：调试前，需要对PLC的外部接线作仔细检查，确保外部接线准确无误。也可以用事先编写好的试验程序作扫描通电检查来查找接线故障。将设计好的程序写入PLC后，首先逐条仔细检查，并改正写入时出现的错误。用户程序一般先在实验室模拟调试，实际的输入信号可以用钮子开关和按钮来模拟，各输出量的通断状态用PLC上有关的发光二极管来显示，一般不用接PLC实际的负载(如接触器、电磁阀等)。可以根据功能表图，在适当的时

53、候用开关或按钮来模拟实际的反馈信号，如限位开关触点的接通和断开。对于顺序控制程序，调试程序的主要任务是检查程序的运行是否符合功能表图的规定，即在某一转换条件实现时，是否发生步的活动状态的正确变化，即该转换所有的前级步是否变为不活动步，所有的后续步是否变为活动步，以与各步被驱动的负载是否发生相应的变化。在调试时应充分考虑各种可能的情况，对系统各种不同的工作方式、有选择序列的功能表图中的每一条支路、各种可能的进展路线，都应逐一检查，不能遗漏。发现问题后应与时修改梯形图和PLC中的程序，直到在各种可能的情况下输入量与输出量之间的关系完全符合要求。如果程序中某些定时器或计数器的设定值过大，为了缩短调试

54、时间，可以在调试时将它们减小，模拟调试结束后再写入它们的实际设定值。5.2 系统的调试 调试前，先对PLC的外部接线作仔细检查，确保外部接线准确无误。用事先编写好的试验程序作扫描通电检查来查找接线故障。 打开程序编程软件FXGPWIN，将完整的YJF-60负压抽吸系统程序写入三菱FX1S-30MR中。 待程序写入完毕，将PLC设置到RUN状态，打开程序监视。对X、Y、S0、S20、S21、S22运行状态进行监视。 合上X0，监视状态下的X0呈现绿色，说明系统已经开始正常运行。此时Y3被驱动，延时了0.5秒后，Y12也被驱动，此时运行在S20程序段。这时系统的运行状态是1#气泵变频起动。此时模拟

55、1#气泵损坏，按下按钮X11，此时程序段从S20跳转到S21，此时驱动了Y5，经定时器延时0.5秒，驱动了Y12，这时候2#气泵变频起动。再模拟2#气泵损坏，按下按钮X12，此时程序段从S21跳转到S22，此时驱动了Y7，经定时器延时0.5秒，驱动了Y12，这时候3#气泵变频起动。监视状态下的运行情况（见图5.2-1）和实际设计要求中的情况一样，说明这段系统功能设计是正确的。图5.2-1 模拟气泵损坏调试图 重启系统，此时模拟废水泵运行情况。合上X0，此时Y3被驱动，延时了0.5秒后，Y12也被驱动，此时运行在S20程序段。合上X2，此时监视状态下的X2呈现绿色状态，说明液位已经到达中液位限位开关，此时驱动了Y11，废水泵起动，开始排水。若合上X3，则说明液位已经到达高液位限位开关，此时驱动Y11，废水泵运行排水，同时驱动Y1，系统发出了警报，同时使气泵全部停止运行。监视状态下的废水泵运行情况（见图5.2-2）和实际设计要求中的情况一样，说明这段系统功能设计是正确的。图5.2-2 模拟废水泵运行调试图系统的其他工作过程经过一一调试，都符合系统的设计要求。说明本课题设计模拟调试获得成功。5.3调试结果分析在模拟调试的过程中，遇到了很多的问题。 当程序写入PLC时，发现程序不能写入。结果发现编写的程序类型和PLC不匹配。程序编写使用