基于三菱PLC控制的恒压供水系统设计.doc

摘 要本设计是专门对日常用水而设计的恒压供水控制系统。根据国内外的研究现状以及系统的控制要求，制定出了一套适合此系统的控制方案。控制方案中，硬件设计主要对可编程控制器（PLC）机型、变频器机型以及电机泵组的机型做出了选择，同时还对系统的输入输出点进行了规划和分配。在软件设计部分，针对控制要求画出了系统的流程图，并且还对每一部分的流程图进行了功能的解释，使读者能更加轻松的了解整个系统的软件设计情况。在此课题中，还采用了MCGS组态软件，对控制系统进行监视与模拟运行，很直观的再现了现场的实际情况。最后，还对整个系统进行了运行调试，运行结果表明该系统具有水压稳定、硬件组成简单、运行可靠和操作方便等优点。关键词：恒压供水；可编程控制器；变频器；组态软件AbstractThis design is specially designed for water constant pressure water supply control system. According to the requirements of the current research at home and abroad and the system control, develop a set of control scheme suitable for the system. In the control scheme, the hardware design is mainly to the programmable logic controller (PLC) model , frequency converter and motor pump set model made a choice, but also on the system input and output points of planning and allocation. In software design part, according to draw the flow chart of the system, and the required control and flow chart of every part of the function of explanation, so that readers can more easily understand the software design of the whole system. In this topic, also adopted the MCGS configuration software, to monitor and control systems simulate, intuitive reproduce the actual situation of the scene. Finally, the debugging of the whole system running, the results on the surface of the system has stable pressure, simple structure, reliable operation and convenient operation. Key words: Constant pressure water supply；Programmable logic Controller；Inverter；Configuration software目录摘 要IAbstractII目录III第一章 绪论11.1 本课题的目的及研究意义21.2 恒压供水系统的国内外研究现状21.3 恒压供水系统的控制要求3第二章 恒压供水控制系统方案论证42.1 恒压供水控制系统分析42.2 恒压供水控制方案比较42.3 供水方式与控制方案的选择5第三章 恒压供水控制系统的硬件设计63.1 恒压供水控制系统设备选型63.1.1 PLC机型的选择63.1.2 变频器机型的选择63.1.3 电动机机型的选择83.1.4 水泵机型的选择83.2 PLC输入输出接点分配93.3 PLC中内部触点的分配93.4 PLC输入输出接线原理图设计93.5 系统控制流程图的设计11第四章 恒压供水系统程序设计134.1 电机启动的介绍说明134.1.1 程序的准备与启动134.1.2 电动机工频与变频状态切换的流程图与梯形图144.1.3 七段速度切换的流程图与梯形图164.2 工变频电机的满载与防负压运行214.3 电机过载报警21第五章 MCGS组态软件的简介与运用225.1 MCGS组态软件简介225.2 MCGS组态软件界面模型的建立235.3 MCGS数据库及设备窗口参数的建立245.3.1 MCGS实时数据库的建立245.3.2 MCGS设备窗口参数的建立255.4 恒压供水系统的MCGS与PLC联机调试27第六章 控制系统程序的调试286.1 系统运行调试286.2 程序调试中出现的故障与解决方案29小结30致谢31参考文献32附录33附录1 PLC源程序清单33附录2 元器件清单38第一章 绪论日常生活用水中水的品质要求越来越高，同时变频器也在不断的发展中，恒压变频供水控制系统因为它保护环境、节约能源、使用方便等特点，已经被广泛应用在了高层的居民住宅和大部分的城市水网供水之中。恒压变频供水系统使用的是变频调速，这是一种无极调速，整个系统通过水管中实时变化的水压，来不断反馈给控制器，这些数据经过处理之后，再反馈给变频器进行水压的自动调节。当用水量发生剧烈变化时，整个系统能迅速作出反应，使整个水管中的水压维持在一个相对稳定的值，以达到居民的日常用水要求，恒压变频供水系统是当今社会中比较先进和节能环保的供水系统。变频器的内置功能是十分强大的，如何更换的利用好它的功能，使其更简洁方便的实现控制要求，对合理使用整个系统的设备、减少初期投入和后期维护的费用、保证设备已经供水的质量等有着重要意义。恒压变频供水系统如今已经能适用于绝大部分的用水场合，并且相较于以往的供水方式，有诸多的优点，因此选择恒压变频的方式进行供水是非常好的。1.1 本课题的目的及研究意义水，是我们生活中必须的自然资源。如今我国大部分地区水严重缺乏，节水已经成为当今国家必须要做的一件事。在我国，饮用水和电能稀缺，长久以来在城市供水、高层住房供水、工业设备生产供水等方面水平一直比较低下，自动化程度低。集中表现在用水高峰期，水的供给量普遍低于使用量，出现管网压力下降，出现供不应求的状况，此时将会造成能源的浪费，同时还会使水管炸裂和用水设备的损坏。据相关统计，风机和泵累负载大概占了我国年总耗电量的80%，这很大程度上与我国工作效率低下、控制方式落后的供水设备有关。相关信息显示，目前水泵的效率不超过60%，大量的能量正在被浪费掉。因此，运用水泵供水节能技术，设计高可靠性、高运行效率的给水系统对于社会发展具有十分重要的现实意义。恒压变频供水系统自20世纪80年代以来，世界各国先后吧它变成工业应用，以显示出其强大的竞争能力。使用该供水系统，可以实现明显的节能效果，从而提高企业经济和社会效益，这在资源日益匮乏的今天显得更加突出。因此，研究恒压供水控制系统，对于提高供水能效，提高人民的生活状况，减少能源消耗，具有十分重大的历史意义。1.2 恒压供水系统的国内外研究现状随着科学技术的推进，变频调速技术的日益完备，以PLC来控制变频器调速为核心的现代供水系统代替了曾经的人工控制电机泵组的供水方式。早期，国外生产的变频器频率控制主要功能仅限于起重调速、电机正反转控制、电机启动和制动控制、VVVF比控制和许多保护功能。在恒压供水控制系统的应用中，变频器只作为执行机构。为了达到供水需求不一致大小时，保证管网水压稳定，要求在外部为变频器提供压力控制器和压力继电器，对压力进行闭环控制。总体上看，我国电力拖动的科研水平和国际先进水平比，仍然差距较大。国内几乎所有的产品都是普通的V/f控制，仅有少量的样机采用矢量控制，因此需要大量的从国外进口。所以研究变频调速恒压给水系统在学术界有很重要的意义。1.3 恒压供水系统的控制要求(1)共有3台水泵，按设计要求2台运行，1台备用，运行与备用10天轮换一次；(2)用水高峰时，1台工频全速运行，1台变频运行；低谷时，只需1台变频运行；(3)3台水泵分别由电动机M1、M2、M3拖动,而3台电动机又分别由变频接触器KM1、KM3、KM5和工频接触器KM2、KM4、KM6控制如图1-1所示:图1-1 主电路原理图(4)电动机的转速由变频器的七段调速来控制，七段速度与变频器的控制端子的对应关系如表1-1所示：表1-1 七段速度与变频器的控制端子的对应关系速度 1 2 3 4 5 6 7接点 RH RH RH RH接点 RM RM RM RM接点 RL RL RL RL Hz 15 20 25 30 35 40 45(5)变频器的七段速度及变频运行与工频运行的转换由水管压力继电器的压力上下限触点控制；(6)水泵投入工频运行时，电动机的过载由热继电器保障，并有报警信号提示；(7)变频器的有关参数自行设定； (8)实验时KM1、KM3、KM5并联接变频器与电动机，KM2、KM4、KM6用指示灯代替；压力继电器的压力上限接点与下限接点分别用按钮来代替；运行与备用10天轮换一次改为30s轮换一次。第二章 恒压供水控制系统方案论证2.1 恒压供水控制系统分析社会发展到现在，水的品质越来越高，供水的方式也越来越节能和高效。如今，常见的供水方式有高位水箱供水、气压水罐供水（无塔供水）和变频供水三种。首先，高位水箱供水方式受到水泵的扬程和楼层的高度的影响，顶层的住户会出现水压不足的现象，因此此方式有严重的不足之处，故已经逐渐被淘汰。对于第二种无塔供水方式，它可以不受楼层高度影响，对各层用户都实现恒压供水，相对于第一种供水方式，已经有很大的提高，但其也有缺点，其系统必须在变压状态下工作，要保持一定的“绝压比”，因此耗能较大。对于第三种恒压变频供水方式，它消除了水泵的富裕扬程以节省能耗，还充分利用了城市管网的余压，更加拥有节能的功效。2.2 恒压供水控制方案比较（1）数字逻辑电路控制方式这类控制电路难以完成水泵机组全部软启动、全流量变频调整，往往采用一台电机稳定于变频运行，其余电机均为工频状况的形式。因此，控制精度不够、电机泵组切换时水压波动大、调试较繁琐、工频电机起动时有冲击、抗干扰能力差，但其价格低廉。（2）单片机控制方式这类控制方式比逻辑电路先进一些，但在应付不同水管、不同供水形式时，调试较复杂；附加功能时往往要对电路进行更改，浪费时间且不方便。电路的可靠性和抗干扰能力都不是特别好。（3）继电器控制方式继电器是指当输入量或激励量，达到某些特定的状态时，能在一个或多个电器输出电路中产生突变的一种器件 。如今继电器已使用在日常及工业控制的各个领域，他们比以往的控制方式具有更高的可靠性。但是，这也随之带来了一些问题。如绝大多数控制继电器都是长期消耗和疲劳工作条件下发生的，容易损坏。在满载运行的情况下，大的继电器将产生大量的热及噪声，同时也使用了巨额的电能。并且继电器控制系统必须是人工接线、装配，如果有简单的变化，也需要花费巨额时间及人力和金钱去修正、安装和调试。用继电器控制的电泵现在显然不能满足高要求，一旦报废，将很难维修。（4）采用PLC来控制PLC是一种为“工业环境”下而专门设计出来的计算机，它采用了严格的制造工艺，能够防粉尘、防噪声，并且在强烈的空间磁场干扰下或者变化剧烈的环境温度下仍然能够稳定正常工作，故其具有非常大的运行可靠性。例如日本三菱设备公司制造的F系列PLC平均可靠运行时间高达30万小时。同时相对于以为的单片机工业控制系统中，使用PLC控制具有更大的灵活性，并且控制功能完善，安装接线简单等诸多特点，在工业控制中取得了非常广泛的应用。从PLC的外部接线来说，使用PLC组成的恒压供水控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到非常小的地步，发生故障的情况也就大大减少10。2.3 供水方式与控制方案的选择因为另外两种供水方式较第三种方式有明显的不足之处，因此，此课题选用“恒压变频”的方式来进行设计。本课题的恒压供水控制系统应根据供水过程中的各种控制信号和当时的运行状态，根据省时、高效的原则，自动进行综合分析，确定下一个工作状态。为此，控制系统要求共有3台水泵，要求2台运行，1台备用，运行与备用10天轮换一次；用水高峰时，1台工频全速运行，1台变频运行；用水低谷时，只需1台变频运行；主控运行过程是，恒压供水的PLC控制系统启动，第一个周期内1#电机工频运行，2#电机变频运行，3#电机备用。PLC根据水压上下限触点的导通情况，来实现变频电机的7段速度的选择，每当水压下限来临，变频器的频率输出增加，直至工频电机与变频电机满负载运行。当第二个周期来临，2#电机工频运行，3#电机变频运行，1#备用，工作状态同上；以此类推，第三个周期3#电机工频运行，1#电机变频运行，2#备用。三个状态的完成，周期为1个月，下一个月来临时，重复上述步骤。根据上述过程，我们在此时选择第4种方案采用PLC来控制。PLC控制方式比其他三种控制方式更加稳定可靠，价格便宜，结构简单，且可根据实际情况轻松的改变PLC的程序。因此，我们选择以PLC为控制器的方案来实现此课题。第三章 恒压供水控制系统的硬件设计3.1 恒压供水控制系统设备选型3.1.1 PLC机型的选择由控制要求可知，本设计共有7个输入点、11个输出点，I/O实际需18点。为今后工艺改进与功能扩充留有余地，在实际统计I/O点数基础上，一般加10-20余量，再考虑PLC产品本身规格1，选择FX2N-48MR-001型PLC，其I/O总点数为48点，即输入与输出各有24个接点，与其它PLC的比较，三菱PLC编程直观易懂，学习起来轻松，并且其指令集丰富，并且相对于其他的PLC产品，三菱的产品价格有一定的优势，故选用此型号的PLC控制器2。三菱FX2N-48MR型PLC实物图如图3-1所示。图3-1 FX2N-48MR型PLC实物图3.1.2 变频器机型的选择在交流异步电动机的诸多变速方式中，变频调速的性能优异，调速范围广，静态稳定性优异，运行效率高；使用通用变频器对笼型异步电动机进行调速控制，由于使用方便、可靠性高，并且经济效益显著，得到了大量的推广3。变频器选择中，应按电动机的额定功率及额定电流、额定电压综合考虑，合理选择变频器的参数，与用电设备配套。由于变频器产生的高阶级波动的影响，对补偿电容的影响较大，在选择电容器时需选择带电抗器的电容器，最好使用带消谐装置的电容器组8。恒压供水系统控制的参数不多，但仍需综合各种信息综合确定控制模型，变频装置应充分考虑与其它控制系统数据和信息传递地能力，以便更好观察变频器的各种状态及更合理的控制，充分展现各种装置在同一系统中现实应用的潜力，达到动态、互补、可靠运行的目的9。变频器组装及接线中，应严格依据产品安装使用手册实施，各种辅助方式，如装置环境条件的确保，接地安全措施都该预留到位，否则会直接减少变频器的使用寿命和效率，还会造成对其它系统干扰情况。特别是环境温度的变化，尤为重要，变频器发热量庞大，安装在柜内时要考虑散热的情况，必要时需增设通风装置，对大功率变频器尤为重要3。变频器是变频调速系统控制执行机构的硬件，通过频率的改变实现对电动机转速的调节。变频器的选择必颁根据电动机的功率和电流进行选择。此设计采用的是三菱的FR-A740-2.2K-CHT型号的变频器，其具有先进的磁通矢量控制功能、强大的扩展能力、简单的操作及维护等。相较于其他品牌的变频器，三菱的产品价格具有一定的优势，且在稳定性上，更加得到 广大用户的肯定，故此课题选用该型号的变频器。变频器实物图如图3-2所示。 图3-2 变频器实物图3.1.3 电动机机型的选择异步电机主要用作电动机，其功率范围从几瓦到上万千瓦，是日常生活中应用最广泛的电动机，为多种机械设备提供动力，例如机床，中下型轧钢设备、风机、水泵等，都采用三相异步电动机拖动。异步电动机被广泛应用，是由于它结构简单、制造容易、成本和价格低、坚固耐用、运行可靠、运行效率较高并有适用于多种机械负载的工作特性。缺点是需要从电网吸收滞后的无功功率，功率因数总小于1。本课题中采用Y90L-2型号的电动机，此型号的电动机，使用的功率为2.2KW，匹配变频器，刚好适用5，电动机的实物图如图3-3所示。图3-3 电动机的实物图3.1.4 水泵机型的选择在水泵方面，必须要考虑以下几个因素，流量；扬程；管道系统的压力差（扬程的损失）；管道系统的数据等。综上考虑，此课题采用IS50-32-160A型号的水泵进行供水，流量Q=11.4，扬程H=16.5m，故此型号的水泵已经可以满足一般供水的要求 6，水泵的实物图如图3-4所示。图3-4 水泵的实物图3.2 PLC输入输出接点分配根据恒压供水控制模型的输入/输出信号，分配FX2N48MR型PLC输入/输出接点共为18个，I/O分配如表3-14。表3-1 PLC输入输出分配表输入端子功能输出端子功能输出端子功能X0启动按钮Y0STF信号Y10KM5X1水压下限开关Y1RH信号Y11KM6X2水压上限开关Y2RM信号Y12FR报警灯X5停止Y3RL信号X6X7FR1FR2Y4Y7KM1KM4X10FR33.3 PLC中内部触点的分配整个系统中，我一共使用到了10个辅助继电器M，2个定时器T，1个数据寄存器D和3个计数器C。PLC内部的每一个触点的功能都见表3-2所示。表3-2 PLC系统内部触点分配触点功能触点功能辅助继电器M115Hz变频启动辅助继电器M200启动工频电机辅助继电器M220Hz变频启动辅助继电器M8013系统内部秒震荡辅助继电器M325Hz变频启动定时器T10水压下限保持用定时器辅助继电器M430Hz变频启动定时器T11水压上限保持用定时器辅助继电器M535Hz变频启动数据寄存器D0水压变频数据保存辅助继电器M640Hz变频启动计数器C1第1组电机运行时间辅助继电器M745Hz变频启动计数器C2第2组电机运行时间辅助继电器M100关闭工频电机计数器C3第3组电机运行时间3.4 PLC输入输出接线原理图设计恒压供水控制系统的PLC电气控制系统接线原理图设计如图3-5所示。PLC的7个输入点分别接收水压上限与水压下限的信号, 1个启动按钮和1个停止按钮的信号；PLC的11个输出点中， Y001-Y003输出驱动变频器的正转与调速触点，Y004-Y011分别驱动6个电机的接触器，Y012输出驱动报警显示灯2。图3-5 恒压供水控制系统接线图实际模拟控制系统接线图如图3-6所示。图3-6 实际模拟控制系统接线图3.5 系统控制流程图的设计根据控制要求画出的控制流程图如图3-5所示。图3-5 恒压供水控制系统流程图简要说明一下恒压供水的主要操作步骤：（1）通电后，首先按下复位按钮SB2，之后按下启动按钮SB1系统在按下SB1后，电机开始运行，且每10天为一个短周期，每30天为一个大周期，循环往复。（2）电机运行状态切换每个小周期里，有1台电机工频运行，1台电机变频运行，1台电机备用，且每10天为一个短周期，每30天为一个大周期，循环往复。（3）变频运行每当水压下限信号到来，15Hz升为20Hz运行；20Hz升为25Hz运行；25Hz升为30Hz运行；30Hz升为35Hz运行；35Hz升为40Hz运行；40Hz升为45Hz运行。当45Hz时，水压任不足，就必须启动工频电机，以此实现更大的水压供给。第四章 恒压供水系统程序设计4.1 电机启动的介绍说明4.1.1 程序的准备与启动启动与停止复位功能部分流程图见图4-1。图4-1 启保停、复位流程图当启动按钮按下时，X000闭合，此时数据寄存器D0中被送入数据1，并且辅助继电器M0闭合且自锁，正转信号Y000导通。当停止按钮按下时，X005常闭触电断开，系统停止工作，X005常开触点闭合，将C0C2、D0中的内容清零复位1。启动、保持与停止复位功能部分程序见图4-2与图4-3。图4-2 恒压供水启动与保持梯形图程序图4-3 恒压供水停止与复位梯形图程序4.1.2 电动机工频与变频状态切换的流程图与梯形图三组电机30天内周期运行的流程图见图4-4。图4-4 电机运行状态流程图由第二章第1节中给出的电气原理图，我们可知KM1，KM2带动1#电机运行；KM3，KM4带动2#电机运行；KM5,KM6带动3#电机运行。当第一个10天时，1#电机工频运行，2#电机变频运行，故驱动Y004与Y007即可实现控制要求。同理，第二个10天时，驱动Y006和Y011可以实现控制要求。第三个10天时，驱动Y010与Y005可以实现控制要求。控制要求中，一个完整周期为30天，由于模拟不需要如此长的时间，故在程序中缩短了每个转换的时间，每个转换时间为20秒，这样既能实现控制要求，又大大缩减了运行时间，使模拟运行效率得到大大提高。三组电机30天周期模拟运行的程序见图4-5。图4-5 电机运行状态梯形图程序4.1.3 七段速度切换的流程图与梯形图电机在变频运行与切换时的流程图见图4-6。图4-6 电机变频运行与切换流程图当水压下限到达时，X001闭合，即水压不足，需要提高水压，此时需要变频调速，将电泵的转速提高，从而增加水压。故程序中，X001闭合，使得寄存器D0中的数据加1；同理，当水压不再需要那么大时，就需要降低水压，此时X002闭合，使寄存器D0中数据减1。程序见图4-7。图4-7 水压上下限梯形图程序同时将数据寄存器D0中的数据与数字1-7（1-7分别代表7段速度）比较，由此可得：（1）当D0=1时，M1闭合，此时变频器的调速设置为15Hz；（2）当D0=2时，M2闭合，此时变频器的调速设置为20Hz；（3）当D0=3时，M3闭合，此时变频器的调速设置为25Hz；（4）当D0=4时，M4闭合，此时变频器的调速设置为30Hz；（5）当D0=5时，M5闭合，此时变频器的调速设置为35Hz；（6）当D0=6时，M6闭合，此时变频器的调速设置为40Hz；（7）当D0=7时，M7闭合，此时变频器的调速设置为45Hz。M1M7为自己设置的辅助继电器，实际变频器是无法识别的，必须用这些辅助继电器来驱动Y001、Y002和Y003所接的变频器的RH、RM和RL触点来实现变频调速。Y001表示RH信号，由M1、M5、M6和M7驱动；Y002表示RM信号，由M2、M4、M6和M7驱动；Y003表示RL信号，由M3、M4、M5和M7驱动，各个驱动情况如图4-8所示。图4-8 辅助继电器驱动变频器梯形图当D07时，M200闭合，此时说明光一台变频的电泵已不足以完成提高水压的要求，故闭合M200，启动处于待机状态的工频电泵（分别由接触器KM1，KM3和KM5导通启动），然后继续增压。当D01时，M100闭合，此时说明已经不需要工频电泵，故关闭工频电泵，只由变频的电泵来给水增压。见图4-9与图4-10。图4-9 工频电机启动与关闭梯形图程序1图4-10 工频电机启动与关闭梯形图程序24.2 工变频电机的满载与防负压运行当一个周期内的工频电机与变频电机全部都在运行时，且此时的变频电机已经处于45Hz的满频状态，这个时候，变频电机必须一直以此速度运行，并不能减速。故设定辅助继电器M150在满载时，限制水压下限信号的再次触发，以此实现持续满载运行，否则变频电机将处于持续的加速减速中，运行不可靠且不和要求。同时设定辅助继电器M250为负压保护控制，当用水低谷时，如果用户使用的水压非常低时，即使以1台变频电机在15Hz运行的时候，都已经满足，这时候任然不能将电机都关闭，所以设定M250，防止负压的出现7，程序见图4-11。图4-11 恒压供水系统过载与防负压运行梯形图程序4.3 电机过载报警此工程设计中一共有三台电机组，每台电机都有热继电器FR，即有FR1（X006），FR2(X007)和FR3(X008)。当某个热继电器因为过载而损坏时，电机会停止运行，且PLC会接收到热继电器的信号，常闭触电断开，驱动Y012线圈报警5，见图4-12。图4-12 电机过载报警梯形图程序第五章 MCGS组态软件的简介与运用5.1 MCGS组态软件简介MCGS是由北京昆仑通态自动化软件科技有限公司研发，全称为Monitor and Control Generated System，中文名为“通用监控系统”。它是一套基于Microsoft的，用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件，可运行于Microsoft Windows 95/98/Me/NT/2000等操作系统，目前在win7上也已经可以兼容运行。其具有功能完善、操作简便、可视性好、可维护性强的突出特点。通过与其他相关的硬件设备结合，可以快速、方便的开发各种用于现场采集、数据处理和控制的设备。用户只需要通过简单的模块化组态就可构造自己的应用系统，如可以灵活组态各种智能仪表、数据采集模块，无纸记录仪、无人值守的现场采集站、人机界面等专用设备。MCGS为客户提供了解决实际工程问题的完整方案和开发平台，能够完成现场数据采集、实时和历史数据处理、警报和安全机制、流程控制、动画显示、趋势曲线和报表输出以及企业监控网络等功能。它充分利用了Windows图形功能完备、界面一致性好、易学易用的特点，比以往使用专用机开发的工业控制系统更具有通用性，在自动化领域有着更广泛的应用。MCGS的主要和基本功能如下：（1）简单的可视化操作界面（2）实时性好、优秀的并行处理能力（3）丰富、形象的多媒体动画（4）开放式结构，强大的数据获取和处理能力（5）强大的安全机制（6）稳定的网络功能（7）多样化的报警功能（8）课扩展多种硬件设备，实现“设备无关”（9）控制简单复杂的运行流程（10）用数据库来控制数据存储，系统稳定性高（11）设立对象元件库，组态工作轻易方便5.2 MCGS组态软件界面模型的建立MCGS中有丰富的图片资源与零器件资源，我们可以自由的拖拉其中的资源到“用户窗口”中进行绘制，并调整到适当的大小。同时，还可以使用自己想用的图片，用其内部的“位图”功能，进行图片自定义，调节起来相当简单。此课题中，设计的是恒压供水控制系统，需要显示的有：三台电机组、变频器速度显示、电机运行状态监视、启动与停止按钮以及水压限制开关的模拟测试按钮。本人绘制的模拟界面中，使用LED等的亮灭来表示此时变频器正处于的速度状态；电机运行状态的监视是通过界面中右侧的框图闪烁来表示当前电机组的运行情况及切换状况，恒压供水控制系统模拟界面如图5-1所示。图5-1恒压供水系统MCGS与PLC交互界面5.3 MCGS数据库及设备窗口参数的建立5.3.1 MCGS实时数据库的建立MCGS中的“实时数据库”是工程各个部分的数据交换与处理中心，它将MCGS工程的各个部分连接成有机的整体。在本窗口内定义不同类型和名称的变量，作为数据采集、处理、输出控制、动画连接以及设备驱动的对象。本课题的“实时数据库”参数全部为开关量。实时数据库为用户分步组态提供极大方便。MCGS嵌入版由主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略五个部分构成，其中实时数据库是一个数据处理中心，是系统各个部分及其各种功能性构件的公用数据区，是整个系统的核心。各个部件独立地向实时数据库输入和输出数据，并完成自己的差错控制。在生成用户应用系统时，每一部分均可分别进行组态配置，独立建造，互不相干。“实时数据库”的建立如图5-2所示。图5-2 MCGS实时数据库数据的建立5.3.2 MCGS设备窗口参数的建立MCGS中的“设备窗口”是连接和驱动外部设备的工作环境。在本窗口内配置数据采集与控制输出设备，注册设备驱动，定义连接与驱动设备用的数据变量。简而言之，这个窗口中的参数是用来与PLC参数进行实时交互的，进行对PLC的模拟控制。对于设备编辑窗口，有几点要重要说明一下：由于在此窗口中，当在“通道名称”中使用X通道时，只允许读取数据，不能够写入，故无法完成控制要求，所以此处我采用辅助继电器M20M23来分别代替X001、X005、X003以及X002，同时，PLC梯形图程序中也需要更改，这样才能实现控制要求，如果不进行修改，将会出现的情况是模拟监控界面无法实现模拟控制，如果需要模拟运行，就必须得对输入触点进行更改。参数设置如图5-3所示，更改后的部分梯形图程序如图5-4所示。图5-3 MCGS设备窗口数据建立图5-4 恒压供水系统更改后的部分梯形图程序5.4 恒压供水系统的MCGS与PLC联机调试在图5-1所示的恒压供水系统MCGS与PLC交互界面中，左半边为运行监控与运行控制的界面；右半边为变频速度与电机组运行状况的监控，此界面比较直观的显示出了电机的运行状态和变频器的频率输出情况，且能直观的看出电机组运行的情况，并且水压上下限的按钮也集成在界面中，用于模拟水压的情况，并且经过调试，此界面能够较好的监视运行状况。下面简要介绍一下联机调试下的监控运行情况：（1）按下启动按钮时，2#电机开始变频运行，频率为15Hz；（2）当水压下限到来，变频器输出频率增加，一直到45Hz时，如果水压任不够，这时候1#电机启动，进行工频运行，同时2#电机变为15Hz变频运行；（3）当电机的热继电器出现故障时，界面中的过载报警指示灯开始闪烁报警，这时候电机停止工作，需要进行检修；（4）当按下停止与复位按钮时，3台电机停止工作，变频器被关闭。前四个操作的监控情况可在图5-5所示的界面中实现控制与监察。 图5-5 状况监视与控制报警界面（5）此时，为第一个运行周期，故在交互界面中，右半边的“1#电机工频运行，2#电机变频运行，运行时间10天”框图进行闪烁，提示电机组的运行方式，若进入第2个周期时，第2个框图闪烁，以此类推，循环往复。电机运行状态监视界面如图5-6所示。 图5-6 电机运行状态监视界面 第六章 控制系统程序的调试6.1 系统运行调试（1）PLC外部电气线路的初始检查PLC外围电气线路的接线，在接线中细心加耐心，特别要注意的是：电源端子不能接错，直流输入端不能与电源端子之间发生短路连接,输出导线之间要有短路保护，否则会严重地损坏PLC。因此,在接通电源之前，我们必须仔细检查电源、接地及输入/输出接线的情况；在断开电源情况下，可用万用表检测PLC的绝缘电阻。例如，可断开PLC的输入/输出接线端和电源端，并通过各接线端和接地端中的公共点进行测试等。（2）程序的校验、读/写、执行和修改PLC设备与上位计算机连接好后就能够接通电源，在电脑上使用GX-Developer编程软件编好的恒压供水系统控制程序，可进行修改、检验，确定无语法等错误后，点击编程软件中“在线”，之后再点击 “PLC写入”，这一步是将上位机中的程序写入到PLC中，让PLC执行我们想要的动作，所以这实际上是程序的模拟运行，若有控制错误，可点击“监视模式”，观察程序的哪个过程不符合逻辑，或者运行出错，然后再点击“写入模式”，重新对程序进行修改编译，直至程序能够完整的实现控制要求。 （3）系统运行及调试由于我在此课题中使用了MCGS组态软件，能够更加直观的变现出运行的状况，故此处我可以讲系统的运行步骤总结为以下几个步骤： PLC控制系统接通电源； 将计算机中调试正确的程序写入到PLC中，并执行； 将MCGS软件打开，并下载，模拟运行； 通过点击电脑屏幕中，MCGS的运行界面里对应开关发出输入控制信号,按控制要求一步一步地观察是否有相应动作的输出信号，若对应的输出信号有输出，对应的指示灯亮，且在电脑屏幕中直观的显示出电机的运行状态；若无信号指示，要检查程序中对应的输出线圈是否接通，或者MCGS的参数是否设定正确，若不通，继续进行修改，若该线圈已接通，应检查驱动的指示灯是否完好；若参数设定错误，必须立刻将参数重新设定，之后再将其重新下载并运行。6.2 程序调试中出现的故障与解决方案在编写此课题的程序中与修改程序时，我也遇到了非常多的问题，经过我一段时间的思考和与他人的探讨，最终解决了绝大部分的问题，但是仍有少量问题需要在以后的学习中继续得到解决。在此，我先列出我觉得非常突出的问题与解决方法。故障1：水压上下限触点连续触发答：在初次编写程序的时候，我模拟了水在触发水压上下限开关的时候就会导通一次，并发送信号给PLC，以此来对变频电机进行调速。但是后来我发现，如果水压一直不足的时候，水压上下限只能触发一次，在实际情况中，这是不符合逻辑的，实际情况为：水压持续不足时，水压上下限会持续导通，直到水压足够时，才会停止水压的变化。因为此问题，我考虑了几种方法，最终，我使用了加入定时器的方法，在水压连续触发该触点时，由每段持续中的定时器来定时断开一次此程序，之后再闭合，能够多次触发导通，到此，我基本算是完美的解决了这一个问题。故障2：过载保护时，变频器仍在运行中答：这是一个在导师查验时，才发现的一个小毛病。当我将热继电器的模拟开关闭合时，这个时候应该出现的情况是电机停止运行，变频器也停止运行，可是在当时的情况却是电机停止了运行，变频器仍然在运行中，当水压变化时，变频器一直在不断的跳动，可以想象，如果这是在实际情况中发生的错误，那么变频器的寿命肯定会大大的缩减。这个故障可以通过将热继电器的常闭触点串在触发变频器的那些程序信号中，这样热继电器闭合时，常闭触点就会断开，此时变频器也就无法触发了。小结为期几个月的毕业设计终于接近了尾声，这个过程想起来都让我难以忘怀，期间各种探讨、学习、自己制作，还有不断的查阅资料，全部的一切，都是为了更好的完成这次的毕业设计。终于，检验的一天快要来临了，我心怀忐忑，但是我非常的自信，我认为我做的非常的好，过程中我投入了非常多，花费了大量的精力来完成它，每天按时去实验室编写校验程序，拍摄视频，即使是在制作的末期，我们大家都还另外学习了MCGS组态软件，并且大部分都成功的制作了MCGS模拟运行界面，更加直观的表现出了这次设计想要表达的意思。恒压供水系统，在日常生活生产中起着非常重要的作用，研究这个课题我觉得非常的有意义，作为一名工科生，所学所用就是得联系实际、运用实际、付诸实际。无论是现在还是未来，我都必须始终贯彻这一理念，此前，我觉得PLC控制已经是非常了得的一门技术了，可是当我踏入工厂实践过之后，我才发现，光有PLC是一点都不够的，PLC脱离了电机，脱离了气泵，都将只是一种毫无作用的机器，要想搭建出一个完整的生态系统，必须面面俱到，就好比这个恒压供水控制系统，我目前只设计了程序部分，最多还就是变频器部分，至于更加具体的用户的情况，水源的情况，这些我都没有深入的去了解过，当然了，学校能给予的毕竟有限，我们必须以后在进入社会后，不断的学习，不断的提升自己。在这次设计中，我特别想提出这几个值得我们学习的地方，各位同学都积极的去实验室完成修改自己的课题，即使由于导师较忙，不能时时刻刻陪着我们，大家也都按时去实验室完成，这点真的非常的棒！特别是在后期，大家在知道了有MCGS组态软件这一个东西之后，大家都疯狂的开始学习使用，真的非常努力。所以，这次的毕业设计，对我的人生影响都是非常大的，大家即将踏入社会，这次设计也许是最后一次在学校里完成的内容了，同时也是为踏入社会所建立的一个试金石，以后需要学习的地方还有很多很多，我们必须戒骄戒躁，不断丰富自己的学识，这样才能实现自己的价值。同时，我也已经被另外一所高校录取，将继续深造，进行研究生的学习，这次毕业设计也是为我以后的每一个设计，每一个课题做了一个铺垫，让我以后能更加有信心去做好未知的一切。致谢这次课题的系统设计及论文批阅是在我的导师史国生老师的一次次监督和认真的审阅下完成的,他严于律己的科学态度，一丝不苟的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感化和激励着我。从课题的选择到最后的完成终稿，史老师和各位专业老师都积极地给予了我耐心的指导和帮助，故在此特地向史老师和其他各老师给予诚挚的谢意和崇高的敬意。同时，我还要感谢在一起愉快的度过四年大学生活的电气1202 班许多同学，正是由于他们的帮助和陪伴，我才拥有了克服一个又一个困难的信心和决心，直至本文的顺利完稿。在论文即将完稿之时，我非常的激动，一件耗时几个月才完成的事情，在完成之前对谁都是一种鼓励，我也是如此。从最初进入设计到论文的顺利完稿，脑海中浮现出了值得尊敬的导师、同学和朋友，是他们给了我许许多多的鼓励和支持，此刻我要向帮助我的各位表示出最诚挚的敬意！在最后我还一定得感谢我的父母，我他们含辛茹苦的养育了我，给了我在这里学习的机会，谢谢你们!参考文献1 史国生.电气控制与可编程控制器技术.北京：化学工业出版社，2010.5.2 史国生.电气控制与可编程控制器技术实训教程. 北京：化学工业出版社，2014.4.3 吴启红.变频器、可编程序控制器及触摸屏综合应用.北京：机械工业出版社，2010.4 张凤珊.电气控制及可编程序控制器.北京：中国轻工业出版社，2001.5 彭鸿才.电机原理及拖动.机械工业出版社，1985.6 周漠仁.流体力学水泵与风机.北京：中国建筑工业出版社，1994.7 赵逸平.建筑给排水设计中水泵选用实例.北京，建筑给排水，2005.8 吕汀、石红梅.变频技术原理与应用.北京：机械工业出版社，2003.9 李良仁.变频器调速技术与应用.北京：电子工业出版社，2004.10李树熊.可编程序控制器原理及应用.北京：北京航空航天大学出版社，2007.附录附录1 PLC源程序清单附录2 元器件清单名称型号数量可编程控制器三菱FX2N-48MR1电动机Y90L-23电泵IS50-32-160A3变频器三菱FR-A7401压力继电器JCD-02S2