基于PLC的景觀建筑供水水泵控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)

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1、基于PLC的景觀建筑供水水泵控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘要：隨著生活條件的提高，環(huán)境也越來越美觀，水景作為人們生活中必不可少的景觀。在公共場所基本上都有建設(shè)，它們僅僅在規(guī)模上有所區(qū)別。本次設(shè)計(jì)就是一個(gè)對(duì)建筑瀑布供水水泵設(shè)計(jì)，在本次設(shè)計(jì)當(dāng)中，使用了PLC、變頻器，對(duì)水泵進(jìn)行變頻控制。 本次設(shè)計(jì)的思路是依據(jù)音樂的音量控制瀑布大小。應(yīng)用PLC將音頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為脈沖信號(hào)，然后輸入到變頻器中，使變頻器的輸出頻率隨著音頻信號(hào)的變化而變化，這樣就對(duì)水泵進(jìn)行了調(diào)速，改變了供水量，達(dá)到了瀑布大小隨音樂變化的目的。這就用到了變頻調(diào)速。 變頻調(diào)速有著良好的優(yōu)點(diǎn)，大部分需要調(diào)速的場合都應(yīng)用了它，是很先進(jìn)的方式。所以利用PLC

2、控制水泵供水也變得方便，高效。 關(guān)鍵詞：變頻器；變頻調(diào)速；PLC Design of water supply pump for landscape architecture based on PLC Abstract: With the continuous improvement of people's living environment, the construction of the city is becoming more and more beautiful. Waters cape has become a beautiful landscape in people'

3、s life. In large parks, squares and scenic spots can be seen everywhere, but the size, control methods are different. This design is a construction waterfall water supply pump design, in this design, the use of PLC, frequency converter, the pump frequency conversion control. The annoying control of

4、 this design is to control the waterfall size by music. The application of PLC and the audio signal is converted into a pulse signal, then input to the inverter, the inverter output frequency varies with the audio signal, so that the pump speed, change the water supply reached the waterfall with the

5、 music to the change of size. This uses frequency conversion speed regulation. Frequency of its excellent performance and the speed of braking performance, high efficiency, high power factor and energy saving effect, wide application range and many other advantages of being recognized as the most p

6、romising way to speed. Therefore, the use of PLC control pump water supply has become convenient and efficient. Key words: Motor;Variable frequency starting; PLC II 基于PLC的景觀建筑供水水泵控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 目錄 摘要 I Abstract: II 第1章 緒論 2 1.1 課題研究設(shè)計(jì)的目的和意義 2 1.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的來源 2 1.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求 2 1.4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想 2 1.5 方案確定

7、3 第2章 硬件設(shè)備 4 2.1 可編程控制器 4 2.1.1 PLC的概述 4 2.1.2 PLC的基本構(gòu)成 4 2.1.3 PLC的編程與調(diào)試 4 2.1.4 PLC的工作過程 5 2.2 變頻器 5 2.2.1 變頻器概述 5 2.2.2 變頻器的基本構(gòu)造 6 2.2.3 變頻器的特點(diǎn) 6 第3章 設(shè)備選型 7 3.1 系統(tǒng)的構(gòu)成 7 3.2 水泵的選擇與參數(shù) 7 3.3 PLC選型及參數(shù) 8 3.4 變頻器的選型及參數(shù) 8 3.5 HMI選型 9 3.6 其他元器件 10 第4章 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 11 4.1 PLC程序編寫 11 4.2 程序介

8、紹 11 4.3 控制系統(tǒng)I/O點(diǎn)與功能 12 4.4 變頻器設(shè)置 12 4.5 控制系統(tǒng)接線圖 13 4.6 通訊設(shè)置 13 4.7 HMI畫面設(shè)置 14 4.7.1 操作界面 14 4.7.2 報(bào)警界面 14 附錄 16 系統(tǒng)接線圖 16 參考文獻(xiàn)： 17 致謝 18 1 第1章 緒論 1.1 課題研究設(shè)計(jì)的目的和意義 景觀建筑特殊的人造景色，它的景觀效果是十分優(yōu)美的。在高層建筑壁上制造一個(gè)瀑布，瀑布隨著音樂的節(jié)奏變換流量，它的觀賞效果是其它人造景色無法媲美的。? 首先，應(yīng)用PLC控制技術(shù)，設(shè)計(jì)該課題的控制程序。然后，應(yīng)用變頻技術(shù)。把音樂播放器的音頻

9、信號(hào)輸入到A/D轉(zhuǎn)換模塊中，PLC輸出脈沖去控制水泵的轉(zhuǎn)速，瀑布流速就會(huì)依照音樂高低變化。? 在設(shè)計(jì)中，需要重視的有：系統(tǒng)設(shè)備的性能及費(fèi)用；控制系統(tǒng)的安全性及擴(kuò)展性。應(yīng)用本系統(tǒng)工程更加可靠。 1.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的來源 某景區(qū)要建設(shè)了一個(gè)觀賞性建筑，開放時(shí)，伴隨著音樂的節(jié)奏，水從建筑頂端流下，形成一個(gè)個(gè)人造瀑布，配合燈光效果，美輪美奐，實(shí)現(xiàn)觀賞目的。通往建筑頂端的水是由水泵加壓供上去的，所以需要設(shè)計(jì)一個(gè)水泵的控制系統(tǒng)。在這個(gè)系統(tǒng)中，PLC集中控制，水泵應(yīng)用變頻器啟動(dòng)，變頻器通過改變頻率去改變出水量。 1.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求 （1） 系統(tǒng)需要結(jié)構(gòu)簡潔，所采用的機(jī)械設(shè)備需要安全可靠，擁有數(shù)據(jù)

10、通訊功能，能夠轉(zhuǎn)換其他信號(hào)，能夠和其他設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。 （2） 可編程控制器的編程軟件非常完善，有豐富的指令。便于檢查維修，系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)平穩(wěn)。 （3）整個(gè)系統(tǒng)有較高的安全性，便于操作，能夠完成設(shè)計(jì)目的。 1.4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想 本系統(tǒng)將可編程控制器、水泵、變頻器依據(jù)其不同的功能組合在一起。PLC對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的功能進(jìn)行控制，A/D轉(zhuǎn)換器將音頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量信號(hào)，對(duì)變頻器進(jìn)行脈沖輸入，變頻器輸出頻率的改變了水泵供水量大小。在本次設(shè)計(jì)的水泵供水控制系統(tǒng)中，使用可編程控制器作為主要設(shè)備，變頻器作為拖動(dòng)設(shè)備，水泵在啟動(dòng)過程中沒有波動(dòng)，能夠?qū)⑾龥_擊電流的形成，這樣就不會(huì)對(duì)供電網(wǎng)絡(luò)造成影響；水泵

11、的工作頻率減小，能夠使其工作時(shí)間大大增加。系統(tǒng)的應(yīng)用和調(diào)試也非常便利。把可編程控制器當(dāng)成水泵供水系統(tǒng)的主要設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的目的，而且它還有安全性高、操作簡潔的優(yōu)點(diǎn)。系統(tǒng)流程圖如圖1-1，結(jié)構(gòu)圖見附錄。 按鈕 HMI PLC及轉(zhuǎn)換模塊 一號(hào)變頻器 一號(hào)變頻器 一號(hào)水泵 二號(hào)水泵 音頻 圖 1-1 系統(tǒng)流程圖 1.5 方案確定 水泵供水系統(tǒng)使可編程控制器、A/D轉(zhuǎn)換模塊、變頻器、水泵和一些其他元器件共同構(gòu)成的。系統(tǒng)中，可編程控制器去控制變頻器的輸出頻率，改變供水量的大小。 “可編程控制器+A/D轉(zhuǎn)換模塊+變頻器+水泵” 的系統(tǒng)功能強(qiáng)大。在可編程控制器和變頻器上都設(shè)計(jì)有數(shù)

12、據(jù)通訊串口，能夠?qū)⑿畔⒓刑幚恚删幊炭刂破魍ǔ６际怯泄潭ǖ南盗?，并且可以加裝各種模擬量模塊，使用者能夠依照不同設(shè)計(jì)的目的去選擇。在對(duì)機(jī)械設(shè)備控制時(shí)，依照功能設(shè)計(jì)它的I/O接線和程序，況且可編程控制器不會(huì)被輕易干擾，具有很高的穩(wěn)定性，所以使用可編程控制器的系統(tǒng)是非常安全可靠的。運(yùn)用這個(gè)方案的好處是能夠使水泵平穩(wěn)運(yùn)行，數(shù)據(jù)能夠自由傳送。因此本課題選擇使用可編程控制器控制系統(tǒng)。 第2章 硬件設(shè)備 2.1 可編程控制器 2.1.1 PLC的概述 PLC的本質(zhì)是微處理器，它運(yùn)用了微繼電器控制，它主要是為了解決工業(yè)領(lǐng)域上的控制，可編程控制器的數(shù)據(jù)被存放在其內(nèi)部存儲(chǔ)器中，運(yùn)用繼電器控制各種生產(chǎn)。

13、計(jì)算機(jī)技術(shù)和傳統(tǒng)的繼電器觸點(diǎn)控制技術(shù)組合為一體后衍生了可編程控制器，擁有接線簡單、可靠性高、功耗低的優(yōu)點(diǎn)，微處理器得到了充分的利用，電氣設(shè)備操作和維護(hù)人員得到了照顧，尤其是可編程控制器的程序編寫，不用去學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)編程語言里的專業(yè)知識(shí)，將一套簡單的梯形圖作為程序圖，使用十分便捷。 2.1.2 PLC的基本構(gòu)成 通常在一個(gè)PLC中，CPU模塊是它的“大腦”，電源模塊是它的“血液”，I/O模塊是它手臂，這樣它就成為了一個(gè)系統(tǒng)的智能處理中心。可編程控制器有著以下優(yōu)點(diǎn)：便于人們安裝，占有空間小，能耗低還能夠診斷整個(gè)系統(tǒng)中的故障，能夠在其他項(xiàng)目中多次使用?，F(xiàn)如今，雖然PLC的各項(xiàng)功能，如運(yùn)行速速度、數(shù)

14、據(jù)通信、數(shù)據(jù)處理能力都被大幅度的優(yōu)化，但是PLC還是堅(jiān)持了容易操作的初衷。 結(jié)構(gòu)如圖2-1所示： 圖 2-1 PLC結(jié)構(gòu)圖 2.1.3 PLC的編程與調(diào)試 可編程控制器的規(guī)格是多種多樣的，各種可編程控制器都擁有各自的體系，它們分別有著各自專用的使用方法，但是它們的設(shè)計(jì)都是一個(gè)方式，程序的編寫以及在線編譯如下： （1） I / O接線圖的設(shè)計(jì)，將程序和現(xiàn)場結(jié)合，設(shè)計(jì)接線圖。 （2） 書寫PLC的程序梯形圖以及指令表，按照現(xiàn)場生產(chǎn)工藝的要求,使用編程軟件，將生產(chǎn)過程書寫為PLC梯形圖，并將梯形圖轉(zhuǎn)換為指令語句表 （3）程序編寫和在線調(diào)試，將電腦和可編程控制器使用配套的數(shù)據(jù)下載

15、線連接起來，然后下載程序到可編程控制器，并執(zhí)行程序。PLC輸入連接信號(hào)，輸出連接組件，開始調(diào)試。 2.1.4 PLC的工作過程 給可編程控制器通電，系統(tǒng)以固定的方式對(duì)輸入的程序進(jìn)行查錯(cuò)，一遍又一遍的對(duì)任務(wù)掃描，從而將結(jié)果輸出。這就是依次掃描的過程。 （1）恢復(fù)初值。給可編程控制器通電，先將系統(tǒng)恢復(fù)出廠值，將內(nèi)部的所有元件復(fù)位。 （2）CPU檢測(cè)?？删幊炭刂破髅看螔呙桢X都會(huì)對(duì)供電端、PLC電路系統(tǒng)、程序是否有錯(cuò)這些方面實(shí)行檢測(cè)。保證系統(tǒng)能夠完成任務(wù)。 （3）通訊檢測(cè)。對(duì)每個(gè)與可編程控制器有通訊連接的設(shè)備進(jìn)行模擬通訊，保證通訊正常。 （4）接收外部設(shè)備信息?？删幊炭刂破髟诿看螔呙枨敖邮?/p>

16、其他設(shè)備的信息，人們從而對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)、更改。實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)更新。 （5）執(zhí)行。可編程控制器在運(yùn)行時(shí)，每次掃描完畢都會(huì)輸出結(jié)果。 （6）刷新。可編程控制器運(yùn)行時(shí)，每次掃描都會(huì)解決輸入和輸出的問題。把輸入信號(hào)和輸出結(jié)果，通過掃描輸入到映像區(qū)中，最后將命令發(fā)給機(jī)械設(shè)備。 2.2 變頻器 2.2.1 變頻器概述 微電子技術(shù)和變頻技術(shù)的研究，是制造變頻器的核心，經(jīng)過改變變頻器輸出端的頻率，也就是改變電動(dòng)機(jī)的輸入頻率，從而完成對(duì)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)和調(diào)速。 變頻器把工業(yè)用電的頻率轉(zhuǎn)換成了我們所需要頻率，從而可以完成對(duì)電機(jī)速度控制的目的，也就是對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速。 變頻器是一種軟啟動(dòng)，電壓頻率以特定的百分比

17、的穩(wěn)定上升的啟動(dòng)模式，轉(zhuǎn)差功率的變化在整個(gè)過程中不會(huì)發(fā)生，對(duì)電機(jī)的平穩(wěn)啟動(dòng)非常有利，從而實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)消除了電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)時(shí)電流對(duì)電網(wǎng)影響，進(jìn)而消除了啟動(dòng)時(shí)電源的損耗，并且電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)速度也是可以被控制的。變頻器是通過運(yùn)用在直流電動(dòng)機(jī)的上慢慢的開展、研發(fā)出來的；正反轉(zhuǎn)等因素對(duì)直流電機(jī)的限制，從而高速旋轉(zhuǎn)的功能不能實(shí)現(xiàn)，但對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用上，上述限制根本不存在，可以以非常高的速度運(yùn)行。變頻器在對(duì)于電動(dòng)機(jī)的控制上，電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換是非常容易實(shí)現(xiàn)的，變頻器內(nèi)部有變頻逆變管，只需要改變將它閉合和斷開順序改變，轉(zhuǎn)換可以實(shí)現(xiàn)，因?yàn)殄e(cuò)誤的換向使電動(dòng)機(jī)燒毀的問題并不會(huì)存在。這樣，變頻器可以更方便實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)和

18、停止。直流制動(dòng)的功能使得變頻器適用于各種環(huán)境。 2.2.2 變頻器的基本構(gòu)造 變頻器的基本構(gòu)造圖如2-2所示。 供電網(wǎng)電源 交流電 整流電路 直流中間電路 逆變電路 交流電 電壓和頻率可調(diào) 控制電路 圖 2-2 變頻器基本構(gòu)造圖 2.2.3 變頻器的特點(diǎn) （1）無極調(diào)速：可以使電機(jī)在整個(gè)速度調(diào)節(jié)范圍穩(wěn)定運(yùn)行。使調(diào)速更加準(zhǔn)確。 （2）啟動(dòng)平穩(wěn)，啟動(dòng)時(shí)的沖擊電流被明顯減小，電網(wǎng)中的波動(dòng)被大大降低，電機(jī)啟動(dòng)更加的平穩(wěn)。 （3）擁有多個(gè)信號(hào)輸入與輸出的端口，可以接收和發(fā)送模擬信號(hào)、數(shù)字信號(hào)以及電流、電壓信號(hào)，可以將其非常便捷的接入到通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)里，可以對(duì)生產(chǎn)過程中的自動(dòng)化

19、完成控制時(shí)的命令輸出。 （4）電機(jī)正反轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)換不需要通過外部接觸器來切換。 （5）為了使工作效率顯著提升，在機(jī)械設(shè)備允許頻率改變的情況下，可以使變頻器的輸出頻率改變。 第3章 設(shè)備選型 3.1 系統(tǒng)的構(gòu)成 本系統(tǒng)是由一臺(tái)帶有A/D轉(zhuǎn)換模塊的可編制控制器、兩臺(tái)變頻器、兩臺(tái)水泵以及其他元器件共同組成的。供水系統(tǒng)由以下單位構(gòu)成。 一．執(zhí)行機(jī)構(gòu) 它由水泵和管道構(gòu)成，用來為建筑頂端供水。 二．信號(hào)檢測(cè) 在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，音頻輸入信號(hào)和變頻器會(huì)向可編程控制器傳輸信號(hào)，對(duì)其檢測(cè)?？删幊炭刂破鲀?nèi)部指令將音頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量信號(hào)。變頻器提供系統(tǒng)故障信號(hào)。 三．控制系統(tǒng) 它是這次設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)

20、的主要部分?？刂葡到y(tǒng)接收外部的按鈕信號(hào)以及其他的設(shè)備傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，分析后，依照程序?qū)λ眠M(jìn)行控制。 四．通訊接口 通訊接口在這次設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)里有著非常重要的作用，把各個(gè)數(shù)據(jù)接口連接到可編程控制器上，能夠把系統(tǒng)里的可編程控制器和人機(jī)畫面、變頻器的數(shù)據(jù)互相傳輸。 五．報(bào)警裝置 報(bào)警裝置是每個(gè)控制系統(tǒng)中必不可缺的。這個(gè)控制系統(tǒng)能夠在各式各樣的工業(yè)中使用，為了防止系統(tǒng)發(fā)生故障，造成更大損失，所以系統(tǒng)一定要對(duì)擁有報(bào)警裝置，由變頻器對(duì)水泵工作過程實(shí)時(shí)監(jiān)控，并作出保護(hù)，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)饺藱C(jī)畫面，在人機(jī)畫面上顯示出來。便于維修。 3.2 水泵的選擇與參數(shù) 選擇水泵時(shí)需要能夠保證平穩(wěn)運(yùn)行，在長時(shí)間運(yùn)行中

21、能夠有非常明顯的節(jié)能效果。本設(shè)計(jì)根據(jù)某個(gè)建筑的用水量數(shù)據(jù)去研究，然后與本設(shè)計(jì)對(duì)比，確定本系統(tǒng)中的水泵需要滿足： （1）每次使用一臺(tái)水泵向建筑頂端供水，流量為45立方米左右，揚(yáng)程30米左右， （2）為了不間斷景觀的觀賞，在工作時(shí)能夠?qū)λ眠M(jìn)行維修，必須有一個(gè)備用水泵。 （3）完善的過載保護(hù)和運(yùn)行性能。 為了滿足以上要求，確定采用兩臺(tái)ISG80-160-7.5KW水泵機(jī)組。 參數(shù)如表3-1所示： 表 3-1 水泵參數(shù)表 額定電壓 功率 工作溫度 流量 頻率 揚(yáng)程 380V 7.5KW 90℃ 50m3/h 50Hz 32m 3.3 PLC選型及參數(shù) 可編輯

22、控制器是這個(gè)系統(tǒng)的主要設(shè)備，它的作用是：（1）輸入信號(hào)的采集（2）輸出單元的控制（3）對(duì)外的數(shù)據(jù)交換。選擇可編程控制器時(shí)，必須考慮可編程控制器的以下條件：（1）指令執(zhí)行速度和豐富程度；（2）內(nèi)存空間大??；（3）具備通訊接口和標(biāo)準(zhǔn)的通訊協(xié)議；（4）能夠安裝擴(kuò)展模塊。在本系統(tǒng)當(dāng)中，需要直接控制的設(shè)備只有變頻器，所以選擇的可編程控制器為永宏FBs-20MA，A/D轉(zhuǎn)換模塊選擇永宏FBs-4A2D模塊，它們通過拓展口組合到一起。永宏FBs-20MA型可編程控制器的占有空間小，結(jié)構(gòu)簡單，性價(jià)比非常高，被應(yīng)用在非常多的控制系統(tǒng)當(dāng)中。永宏公司的可編程控制器擁有非常高的安全性，擴(kuò)展功能強(qiáng)大，通訊指令及通信協(xié)議

23、使可編程控制器與幾乎所有的設(shè)備進(jìn)行通訊；可編程控制器即能夠連接上位機(jī)，又能夠?qū)ο到y(tǒng)監(jiān)測(cè)?？删庉嬁刂破骱腿藱C(jī)畫面使用485數(shù)據(jù)通訊線連接，擁有PPI協(xié)議，能夠?qū)⒖删幊谭?wù)器和的人機(jī)畫面的通信接口RS232數(shù)據(jù)通迅轉(zhuǎn)換為RS485數(shù)據(jù)通訊，可以對(duì)程序設(shè)置密碼，進(jìn)行保護(hù)。 本次設(shè)計(jì)需要用到6個(gè)輸入點(diǎn)，其中，兩個(gè)點(diǎn)連接水泵的啟動(dòng)按鈕，兩個(gè)點(diǎn)連接水泵的停止按鈕，一個(gè)點(diǎn)連接浮漂，一個(gè)點(diǎn)連接急停按鈕，一個(gè)點(diǎn)連接音頻輸入。3個(gè)輸出點(diǎn)，其中兩個(gè)點(diǎn)分別連接兩個(gè)變頻器的啟動(dòng)端子，一個(gè)點(diǎn)對(duì)變頻器進(jìn)行脈沖輸入。而且具有一個(gè)I/O拓展插口，可連接A/D轉(zhuǎn)換模塊。以及通訊端，與變頻器和HMI進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。 永宏FBs-

24、20MA型參數(shù)如表3-2所示： 表 3-2 PLC參數(shù)表 工作電壓 輸入點(diǎn)數(shù) 輸出點(diǎn)數(shù) 220V 12 8 A/D轉(zhuǎn)換模塊在本次設(shè)計(jì)中將音頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，通過PLC指令，發(fā)出脈沖，對(duì)水泵進(jìn)行調(diào)速，是必不可少的。永宏FBs-4A2D拓展模塊擁有4個(gè)A/D轉(zhuǎn)換輸入，2個(gè)D/A轉(zhuǎn)換輸出。本設(shè)計(jì)只需要使用2個(gè)A/D轉(zhuǎn)換輸入。 3.4 變頻器的選型及參數(shù) 變頻器在本設(shè)計(jì)當(dāng)中是對(duì)水泵進(jìn)行調(diào)速的設(shè)備，脈沖的輸入改變輸出頻率，進(jìn)而根據(jù)音樂音量對(duì)水泵進(jìn)行調(diào)速，改變瀑布的大小。水泵的功率和電流是系統(tǒng)選擇變頻器的重要依據(jù)。在本設(shè)計(jì)當(dāng)中，需要對(duì)水泵進(jìn)行故障檢測(cè)，因此變頻器必須能夠和可編程控

25、制器進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。最終根據(jù)客戶要求選擇安弗森Z2400-7R5P型變頻器，其規(guī)格如表3-3所示： 表3-3 變頻器參數(shù)表 額定電壓 輸出功率 輸入電流 輸出電流 適用電機(jī) 380V 7.5KW 20.0A 17.0A 7.5KW以下 詳細(xì)介紹：選擇安弗森Z2400-7R5P 變頻器。安弗森Z2400-7R5P是一套用來對(duì)三相交流電動(dòng)機(jī)啟停和速度控制的變頻器。在各種啟停及變速傳動(dòng)中應(yīng)用，不僅具有模塊化的設(shè)計(jì)，而且是理想的成本優(yōu)化的解決方案。它具有可靠的操作性和多樣的功能性。當(dāng)變頻器在使用時(shí)。根據(jù)電機(jī)的參數(shù)、系統(tǒng)功能要求和操作特點(diǎn)，系統(tǒng)設(shè)置有關(guān)的變頻器參數(shù)。接線圖如圖3-1

26、所示： 圖3-1 變頻器基本接線圖 3.5 HMI選型 本設(shè)計(jì)需要接受變頻器的故障報(bào)告，將其在顯示出來。根據(jù)客戶要求選擇AFS 700L型HMI，其參數(shù)如表3-4所示： 表 3-4 HMI參數(shù)表 輸入電壓 串口 24V RS232 3.6 其他元器件 在本次設(shè)計(jì)中用到的其他元器件如表3-5所示： 表 3-5 元器件參數(shù)表 器件名稱 型號(hào) 規(guī)格 參數(shù) 數(shù)量 空開 DZ47-60 4P D25 D25A 4P AC U380V 1 DZ47-60 3P D16 D16A 3P AC U=380V 2 DZ47-60 1P C10 C10

27、A 1P AC U=220V 2 開關(guān)電源 HS-100-24 AC U=220V 1 按鈕 NP2-BS542 急停 常閉 DC U=24V 1 NP2-BA31 綠色 常開 DC U=24V 4 NP2-BA42 紅色 常閉 DC U=24V 2 指示燈 ND16-22DS/2 紅色 DC U=24V 1 ND16-22DS/2 綠色 DC U=24V 2 浮漂開關(guān) DC U=24V 1 電壓表 42L6-450V AC=450V 1 第4章 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 4.1 PLC程序編寫 本次設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)

28、中PLC的程序如圖5-1所示： 圖 4-1 PLC程序 4.2 程序介紹 （1）控制程序 X0接一個(gè)浮漂開關(guān)，在水位降到設(shè)定位置時(shí)，斷開內(nèi)部繼電器M0，從而使水泵停止運(yùn)行。X1和X3分別接一個(gè)常開按鈕，M1和M3通過串口連接HMI的啟動(dòng)鍵，可以實(shí)現(xiàn)1號(hào)水泵和2號(hào)水泵的啟動(dòng)，X2和X4分別接一個(gè)常閉按鈕，M2和M4通過串口連接HMI的停止鍵，可以實(shí)現(xiàn)1號(hào)水泵和2號(hào)水泵的停止。X5接變頻器的故障輸出，當(dāng)變頻器檢測(cè)到水泵和系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，輸出信號(hào)，使內(nèi)部繼電器斷開，水泵停止運(yùn)行,并將故障代碼存放在寄存器R20中。M7通過串口連接HMI的報(bào)警復(fù)位，在解除故障后，按下按鍵，恢復(fù)系統(tǒng)正常。Y1接一

29、號(hào)變頻器的正轉(zhuǎn)，拖動(dòng)一號(hào)水泵；Y2接二號(hào)變頻器的啟動(dòng)端子，拖動(dòng)二號(hào)水泵。音頻信號(hào)從X6端子輸入，經(jīng)過模擬量轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)變?yōu)槊}沖從Y2端子輸出到變頻器，間接控制變頻器的改變輸出頻率，對(duì)水泵進(jìn)行控制。 （2）轉(zhuǎn)換程序 音頻信號(hào)輸入到A/D轉(zhuǎn)換模塊中，先存放到寄存器R21中，然后將其搬移到寄存器D0中，然后經(jīng)過模擬量轉(zhuǎn)換指令將音頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，存放到D1寄存器中，最后使用脈沖輸出指令將D1寄存器中的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為脈沖信號(hào)并使其從Y2端子輸出到變頻器的脈沖輸入端子。在脈沖輸出階段，脈沖根據(jù)音量大小分為六個(gè)區(qū)段，使得水泵有六個(gè)調(diào)速區(qū)，使效果更加明顯。 4.3 控制系統(tǒng)I/O點(diǎn)與功能 控制系統(tǒng)中

30、的I/O點(diǎn)與功能如表4-1所示： 表4-1 I/O點(diǎn)與功能 輸入端 輸出端 地址 元件 功能 地址 功能 X0 浮漂開關(guān) 無水停止 Y0 1號(hào)變頻器（水泵）啟動(dòng) X1 SB1 1號(hào)水泵啟動(dòng)按鈕 Y1 2號(hào)變頻器（水泵）啟動(dòng) X2 SB2 1號(hào)水泵停止按鈕 Y2 脈沖輸出，對(duì)水泵調(diào)速 X3 SB3 2號(hào)水泵啟動(dòng)按鈕 RS+ 變頻器通訊、音頻信號(hào) X4 SB4 2號(hào)水泵停止按鈕 RS- 變頻器通訊、音頻信號(hào) X5 變頻器故障輸出 C0 變頻器GND端及0V X7 SB0 急停按鈕 4.4 變頻器設(shè)置

31、 變頻器參數(shù)如表4-2所示： 表 4-2 變頻器參數(shù) 功能代號(hào) 設(shè)置參數(shù)值 功能 P0.01 1 無速度傳感器矢量控制 P0.02 1 端子命令通道 P6.02 2 故障輸出 將P0.01設(shè)置為1，可對(duì)水泵進(jìn)行矢量控制啟動(dòng)；將P0.02設(shè)置為1，可以通過接線端子控制變頻器啟動(dòng)，控制面板則不可以控制變頻器的啟動(dòng)，只可以設(shè)置參數(shù)；將P6.02設(shè)置為2，可以將變頻器檢測(cè)到的故障輸出到HMI中，使其顯示出來。 4.5 控制系統(tǒng)接線圖 如圖4-3所示： 圖4-3 控制系統(tǒng)接線圖 接線圖介紹：可編程控制器和A/D轉(zhuǎn)換模塊的電源輸入端子接24V電源，變頻器的電源輸入端

32、子R、S、T端子接380V電源，U、V、W端子接水泵；X0端子接一個(gè)浮漂開關(guān)，X1、X3端子接一個(gè)常開按鈕，X2、X4接一個(gè)常閉按鈕，X6接音頻輸入，X7接一個(gè)急停按鈕，這些端子都要與開關(guān)電源的24V端子形成回路；FWD端子接可編程控制器的Y0端子，GND端子接可編程控制器的C0端子，使其形成一個(gè)回路，控制水泵的啟停；RB端子接可編程控制器的X5端子，RC端子接開關(guān)電源的24V輸出，使其形成一個(gè)回路，在檢測(cè)到故障時(shí)停止水泵的運(yùn)行；變頻器的RS+、RS-端子分別接可編程控制器的RS+、RS-端子，實(shí)現(xiàn)變頻器和PLC的數(shù)據(jù)通訊，HMI再通過與可編程控制器的485通訊將故障顯示出來。音頻信號(hào)從A/D

33、轉(zhuǎn)換模塊輸入，由可編程控制器的接收并更改為脈沖輸出，從而更改水泵的運(yùn)行頻率。 4.6 通訊設(shè)置 通訊設(shè)置如表4-3所示： 表 4-3 通訊設(shè)置 波特率 數(shù)據(jù)位 奇偶校驗(yàn) 停止位 9600 8 無 1 4.7 HMI畫面設(shè)置 4.7.1 操作界面 圖 4-3 操作界面 在這個(gè)操作界面中，可以對(duì)水泵進(jìn)行控制，觸摸啟動(dòng)與停止按鍵，實(shí)現(xiàn)水泵的啟動(dòng)，還有一個(gè)運(yùn)行指示燈，對(duì)其運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行顯示。畫面如圖4-3所示. 4.7.2 報(bào)警界面 圖 4-4 報(bào)警界面 在這個(gè)界面中，對(duì)系統(tǒng)故障進(jìn)行顯示，使操作人員可以清楚的了解到系統(tǒng)發(fā)生了什么故障，從而可以快速清除故障。

34、在發(fā)生故障后，系統(tǒng)使水泵停止運(yùn)行，故障清除后，按下報(bào)警復(fù)位按鈕，系統(tǒng)恢復(fù)正常。畫面如圖4-4所示。 19 附錄 系統(tǒng)接線圖 參考文獻(xiàn)： [1]徐甫榮．交流異步電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)技術(shù).[J] 西安：國家電力公司熱工研究院 [2]劉美俊. 異步電動(dòng)機(jī)智能軟起動(dòng)技術(shù)及其應(yīng)用.[J] 電工技術(shù)2001年第5期 [3]王兆義. 變頻器應(yīng)用:專業(yè)技能入門與精通(第二版）.[M] 機(jī)械工業(yè)出版社 [4]許洪綱，徐方逸. 軟起動(dòng)器原理及應(yīng)用.[J] [5]李發(fā)海，朱東起. 電機(jī)學(xué)（第5版）.[M] 科學(xué)出版社 [6]王桂英，賈蘭英. 電機(jī)與拖動(dòng).[M] 東北大學(xué)出版社 [

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36、15]曹輝，霍罡.可編程控制器過程控制技術(shù).[M] 機(jī)械工業(yè)出版社，2006.1.1 [16]李道霖，電氣控制與PLC應(yīng)用.[M] 電子工業(yè)出版社，2007 致謝 時(shí)光慢慢流逝，我即將大學(xué)畢業(yè)。在2013年9月3日，我剛剛步入河北農(nóng)業(yè)大學(xué)現(xiàn)代科技學(xué)校的大門時(shí)，對(duì)于學(xué)校是那么的陌生。然而時(shí)至今日，對(duì)于校園、老師、同學(xué)我都已熟悉的不能再熟悉，現(xiàn)在卻已經(jīng)到了分別之際。在四年的學(xué)習(xí)生活當(dāng)中，老師和同學(xué)們對(duì)我照顧照顧有加，在此，我對(duì)他們表示由衷的感謝。 在這三個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)當(dāng)中，我要感謝我的指導(dǎo)老師，對(duì)于我的設(shè)計(jì)，老師以他的博學(xué)和經(jīng)驗(yàn)為我提出了很多寶貴意見，給了我很大的幫助，讓我對(duì)設(shè)計(jì)了解更深，有了更好的想法，讓我受益匪淺。