基于PLC的景观建筑供水水泵控制系统设计电气工程及其自动化专业.doc

基于PLC的景观建筑供水水泵控制系统设计 摘要：随着生活条件的提高，环境也越来越美观，水景作为人们生活中必不可少的景观。在公共场所基本上都有建设，它们仅仅在规模上有所区别。本次设计就是一个对建筑瀑布供水水泵设计，在本次设计当中，使用了PLC、变频器，对水泵进行变频控制。 本次设计的思路是依据音乐的音量控制瀑布大小。应用PLC将音频信号转换为脉冲信号，然后输入到变频器中，使变频器的输出频率随着音频信号的变化而变化，这样就对水泵进行了调速，改变了供水量，达到了瀑布大小随音乐变化的目的。这就用到了变频调速。 变频调速有着良好的优点，大部分需要调速的场合都应用了它，是很先进的方式。所以利用PLC控制水泵供水也变得方便，高效。 关键词：变频器；变频调速；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'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 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 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 promising 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的景观建筑供水水泵控制系统设计 目录 摘要 I Abstract: II 第1章 绪论 2 1.1 课题研究设计的目的和意义 2 1.2 系统设计的来源 2 1.3 系统设计的要求 2 1.4 系统设计思想 2 1.5 方案确定 3 第2章 硬件设备 4 2.1 可编程控制器 4 2.1.1 PLC的概述 4 2.1.2 PLC的基本构成 4 2.1.3 PLC的编程与调试 4 2.1.4 PLC的工作过程 5 2.2 变频器 5 2.2.1 变频器概述 5 2.2.2 变频器的基本构造 6 2.2.3 变频器的特点 6 第3章 设备选型 7 3.1 系统的构成 7 3.2 水泵的选择与参数 7 3.3 PLC选型及参数 8 3.4 变频器的选型及参数 8 3.5 HMI选型 9 3.6 其他元器件 10 第4章 系统方案设计 11 4.1 PLC程序编写 11 4.2 程序介绍 11 4.3 控制系统I/O点与功能 12 4.4 变频器设置 12 4.5 控制系统接线图 13 4.6 通讯设置 13 4.7 HMI画面设置 14 4.7.1 操作界面 14 4.7.2 报警界面 14 附录 16 系统接线图 16 参考文献： 17 致谢 18 1 第1章 绪论 1.1 课题研究设计的目的和意义 景观建筑特殊的人造景色，它的景观效果是十分优美的。在高层建筑壁上制造一个瀑布，瀑布随着音乐的节奏变换流量，它的观赏效果是其它人造景色无法媲美的。  首先，应用PLC控制技术，设计该课题的控制程序。然后，应用变频技术。把音乐播放器的音频信号输入到A/D转换模块中，PLC输出脉冲去控制水泵的转速，瀑布流速就会依照音乐高低变化。  在设计中，需要重视的有：系统设备的性能及费用；控制系统的安全性及扩展性。应用本系统工程更加可靠。 1.2 系统设计的来源 某景区要建设了一个观赏性建筑，开放时，伴随着音乐的节奏，水从建筑顶端流下，形成一个个人造瀑布，配合灯光效果，美轮美奂，实现观赏目的。通往建筑顶端的水是由水泵加压供上去的，所以需要设计一个水泵的控制系统。在这个系统中，PLC集中控制，水泵应用变频器启动，变频器通过改变频率去改变出水量。 1.3 系统设计的要求 （1） 系统需要结构简洁，所采用的机械设备需要安全可靠，拥有数据通讯功能，能够转换其他信号，能够和其他设备进行数据传输。 （2） 可编程控制器的编程软件非常完善，有丰富的指令。便于检查维修，系统的运行状态平稳。 （3）整个系统有较高的安全性，便于操作，能够完成设计目的。 1.4 系统设计思想 本系统将可编程控制器、水泵、变频器依据其不同的功能组合在一起。PLC对整个系统的功能进行控制，A/D转换器将音频信号转换为数字量信号，对变频器进行脉冲输入，变频器输出频率的改变了水泵供水量大小。在本次设计的水泵供水控制系统中，使用可编程控制器作为主要设备，变频器作为拖动设备，水泵在启动过程中没有波动，能够将消除冲击电流的形成，这样就不会对供电网络造成影响；水泵的工作频率减小，能够使其工作时间大大增加。系统的应用和调试也非常便利。把可编程控制器当成水泵供水系统的主要设备，可以实现设计的目的，而且它还有安全性高、操作简洁的优点。系统流程图如图1-1，结构图见附录。 按钮 HMI PLC及转换模块 一号变频器 一号变频器 一号水泵 二号水泵 音频 图 1-1 系统流程图 1.5 方案确定 水泵供水系统使可编程控制器、A/D转换模块、变频器、水泵和一些其他元器件共同构成的。系统中，可编程控制器去控制变频器的输出频率，改变供水量的大小。 “可编程控制器+A/D转换模块+变频器+水泵” 的系统功能强大。在可编程控制器和变频器上都设计有数据通讯串口，能够将信息集中处理，可编程控制器通常都是有固定的系列，并且可以加装各种模拟量模块，使用者能够依照不同设计的目的去选择。在对机械设备控制时，依照功能设计它的I/O接线和程序，况且可编程控制器不会被轻易干扰，具有很高的稳定性，所以使用可编程控制器的系统是非常安全可靠的。运用这个方案的好处是能够使水泵平稳运行，数据能够自由传送。因此本课题选择使用可编程控制器控制系统。 第2章 硬件设备 2.1 可编程控制器 2.1.1 PLC的概述 PLC的本质是微处理器，它运用了微继电器控制，它主要是为了解决工业领域上的控制，可编程控制器的数据被存放在其内部存储器中，运用继电器控制各种生产。计算机技术和传统的继电器触点控制技术组合为一体后衍生了可编程控制器，拥有接线简单、可靠性高、功耗低的优点，微处理器得到了充分的利用，电气设备操作和维护人员得到了照顾，尤其是可编程控制器的程序编写，不用去学习计算机编程语言里的专业知识，将一套简单的梯形图作为程序图，使用十分便捷。 2.1.2 PLC的基本构成 通常在一个PLC中，CPU模块是它的“大脑”，电源模块是它的“血液”，I/O模块是它手臂，这样它就成为了一个系统的智能处理中心。可编程控制器有着以下优点：便于人们安装，占有空间小，能耗低还能够诊断整个系统中的故障，能够在其他项目中多次使用。现如今，虽然PLC的各项功能，如运行速速度、数据通信、数据处理能力都被大幅度的优化，但是PLC还是坚持了容易操作的初衷。 结构如图2-1所示： 图 2-1 PLC结构图 2.1.3 PLC的编程与调试 可编程控制器的规格是多种多样的，各种可编程控制器都拥有各自的体系，它们分别有着各自专用的使用方法，但是它们的设计都是一个方式，程序的编写以及在线编译如下： （1） I / O接线图的设计，将程序和现场结合，设计接线图。 （2） 书写PLC的程序梯形图以及指令表，按照现场生产工艺的要求,使用编程软件，将生产过程书写为PLC梯形图，并将梯形图转换为指令语句表 （3）程序编写和在线调试，将电脑和可编程控制器使用配套的数据下载线连接起来，然后下载程序到可编程控制器，并执行程序。PLC输入连接信号，输出连接组件，开始调试。 2.1.4 PLC的工作过程 给可编程控制器通电，系统以固定的方式对输入的程序进行查错，一遍又一遍的对任务扫描，从而将结果输出。这就是依次扫描的过程。 （1）恢复初值。给可编程控制器通电，先将系统恢复出厂值，将内部的所有元件复位。 （2）CPU检测。可编程控制器每次扫描钱都会对供电端、PLC电路系统、程序是否有错这些方面实行检测。保证系统能够完成任务。 （3）通讯检测。对每个与可编程控制器有通讯连接的设备进行模拟通讯，保证通讯正常。 （4）接收外部设备信息。可编程控制器在每次扫描前接收其他设备的信息，人们从而对数据进行检测、更改。实现数据更新。 （5）执行。可编程控制器在运行时，每次扫描完毕都会输出结果。 （6）刷新。可编程控制器运行时，每次扫描都会解决输入和输出的问题。把输入信号和输出结果，通过扫描输入到映像区中，最后将命令发给机械设备。 2.2 变频器 2.2.1 变频器概述 微电子技术和变频技术的研究，是制造变频器的核心，经过改变变频器输出端的频率，也就是改变电动机的输入频率，从而完成对电动机的启动和调速。 变频器把工业用电的频率转换成了我们所需要频率，从而可以完成对电机速度控制的目的，也就是对电动机进行调速。 变频器是一种软启动，电压频率以特定的百分比的稳定上升的启动模式，转差功率的变化在整个过程中不会发生，对电机的平稳启动非常有利，从而实现了电动机的启动消除了电动机在启动时电流对电网影响，进而消除了启动时电源的损耗，并且电动机的启动速度也是可以被控制的。变频器是通过运用在直流电动机的上慢慢的开展、研发出来的；正反转等因素对直流电机的限制，从而高速旋转的功能不能实现，但对异步电动机的应用上，上述限制根本不存在，可以以非常高的速度运行。变频器在对于电