《自動(dòng)水位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《自動(dòng)水位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（30頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

摘 要 現(xiàn)代化政權(quán)不斷完善了現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)制度 促進(jìn)了現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)的發(fā)展 現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)的發(fā) 展生產(chǎn)出了非常豐富品種多樣的物質(zhì)生活和精神生活產(chǎn)品 人們的生活質(zhì)量有了極大的提 高 人們對(duì)物質(zhì)文化的要求越來(lái)越精細(xì)化 合理并充分的利用自然資源是時(shí)下人們考慮 最多的問(wèn)題 水作為人們每日生活的必需品 為避免水資源的浪費(fèi) 我們需要將水源逐 漸實(shí)現(xiàn)智能化控制 讓水資源更好的為人類造福 自動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用不僅使生產(chǎn)過(guò)程實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化 極大地提高了勞動(dòng)生產(chǎn)和產(chǎn)品 質(zhì)量 改善了勞動(dòng)條件 并且在人類征服自然 探索新能源 發(fā)展空間技術(shù)和改善人民 物質(zhì)生活等方面都起著極為重要的作用 因此 自動(dòng)控制技術(shù)已經(jīng)成為實(shí)現(xiàn)工業(yè) 農(nóng)業(yè) 科學(xué)技術(shù)和國(guó)防現(xiàn)代化必不可少的一門(mén)技術(shù) 我國(guó)可編程控制器的引進(jìn) 應(yīng)用 研制 生產(chǎn)是伴隨著改革開(kāi)放開(kāi)始的 最初是在 引進(jìn)設(shè)備中大量使用了可編程控制器 接下來(lái)在各種企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備及產(chǎn)品中不斷擴(kuò)大 了 PLC 的應(yīng)用 目前 我國(guó)自己已可以生產(chǎn)小型可編程控制器 上海東屋電氣有限公司 生產(chǎn)的 CF 系列 杭州機(jī)床電器廠生產(chǎn)的 DKK 及 D 系列 大連組合機(jī)床研究所生產(chǎn)的 S 系列 蘇州電子計(jì)算機(jī)廠生產(chǎn)的 YZ 系列等多種產(chǎn)品已具備了一定的規(guī)模并在工業(yè)產(chǎn)品中 獲得了應(yīng)用 此外 無(wú)錫華光公司 上海鄉(xiāng)島公司等中外合資企業(yè)也是我國(guó)比較著名的 PLC 生產(chǎn)廠家 可以預(yù)期 隨著我國(guó)現(xiàn)代化進(jìn)程的深入 PLC 在我國(guó)將有更廣闊的應(yīng)用 天地 關(guān)鍵字 自動(dòng)控制 可編程控制器 PLC 目 錄 前 言 1 第一章 自動(dòng)水位控制系統(tǒng)理論概述 2 1 1 水 泵 2 1 1 水泵的分類及泵的性能參數(shù) 5 1 1 2 離心泵的選用 5 1 1 3 離心泵的主要部件 7 1 2 三相異步電動(dòng)機(jī) 8 1 2 1 三相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 8 1 2 2 三異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速的控制 8 1 2 3 三相異步電動(dòng)機(jī)的選用 9 1 3 變頻器 10 1 3 1 變頻器的分類 10 1 3 2 變頻器應(yīng)用概述 10 1 3 3 變頻器的選擇 12 1 4 傳感器 13 1 4 1 傳感器的概念及組成 13 1 5 可編程序控制器 14 1 5 1PLC 的功能 14 1 5 2 FX 系列可編程控制器的基本構(gòu)成 15 第二章 程序設(shè)計(jì) 18 2 1 程序設(shè)計(jì)及相關(guān)圖表 18 2 2 狀態(tài)流程圖 21 2 3 梯形圖 22 結(jié) 論 25 致 謝 26 參 考 文 獻(xiàn) 27 第 0 頁(yè) 共 30 頁(yè) 前 言 自動(dòng)化專業(yè)主要研究的是自動(dòng)控制的原理和方法 自動(dòng)化單元技術(shù)和集成技術(shù)及其 在各類控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 它以自動(dòng)控制理論為基礎(chǔ) 以電子技術(shù) 電力電子技術(shù) 傳 感器技術(shù) 計(jì)算機(jī)技術(shù) 網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)為主要工具 面向工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)控制及各 行業(yè) 各部門(mén)的自動(dòng)化 它具有 控 制 管 理 結(jié)合 強(qiáng) 電 弱 電 并重 軟 件 硬 件 兼施 鮮明的特點(diǎn) 是理 工 文 管多學(xué)科交叉的寬口徑工科專業(yè) 學(xué)生在畢業(yè)后能從事自動(dòng)控制 自動(dòng)化 信號(hào)與數(shù)據(jù)處理及計(jì)算機(jī)應(yīng)用等方面的技術(shù)工 作 此設(shè)計(jì)是為學(xué)院教學(xué)大樓全自動(dòng)水位控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā) 利用 PLC 系統(tǒng)對(duì)水位進(jìn)行及 時(shí)的調(diào)整 原來(lái)的控制系統(tǒng)在全校用水高峰時(shí) 會(huì)出現(xiàn)水流很小的情況 而且向樓頂水 箱送水的水泵一直處于頻繁工作狀態(tài) 使得液位傳感器因頻繁使用 容易損壞 針對(duì)這 一狀況我們?cè)跇琼數(shù)乃鋬?nèi)加了七個(gè)液位傳感器 編制 PLC 控制程序 通過(guò)三菱 FX2N 可 編程序控制器 根據(jù)水箱內(nèi)液位傳感器檢測(cè)到的信號(hào)對(duì)水泵電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制 通過(guò)對(duì)學(xué)院教學(xué)大樓每日用水需求量和用水高峰時(shí)段用水量的實(shí)際調(diào)查 樓頂?shù)乃?箱設(shè)計(jì)為長(zhǎng) 2 米 寬 2 米 高 2 5 米 而地下水源蓄儲(chǔ)室則是樓頂水箱容積的 4 倍 即 滿足正常供水 又不會(huì)造成水的滯留 三相異步電動(dòng)機(jī)與水泵裝置在地下水源蓄儲(chǔ)室的 旁邊 可以方便進(jìn)水與機(jī)械維修 樓頂水箱與地下工作間用兩根上水管 消防管 生活 用水管且消防管是生活用水管直徑的 2 倍 相連 即是樓頂水箱的供水管 樓頂水箱內(nèi) 的水位狀態(tài)通過(guò)液位傳感器向 PLC 傳送開(kāi)關(guān)量信號(hào) PLC 按照預(yù)定程序控制水泵的運(yùn)行狀 態(tài) 即進(jìn)水量 注滿水后能自動(dòng)停止進(jìn)水 當(dāng)用水量增大時(shí) PLC 按照預(yù)定程序控制水泵 的運(yùn)行狀態(tài) 即加大進(jìn)水量 使水箱水位基本保持 供水系統(tǒng)框圖如下圖所示 整套系 統(tǒng)雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 但是它集節(jié)水和節(jié)能等優(yōu)點(diǎn) 給師生員工的生活帶來(lái)了方便 地下蓄水室 M1 M2 樓頂水箱消防 進(jìn)水 生活 進(jìn)水 生活用水 消防用水 第 1 頁(yè) 共 30 頁(yè) 第一章 自動(dòng)水位控制系統(tǒng)理論概述 1 1 水泵 1 1 1 水泵的分類及泵的性能參數(shù) 泵是輸送液體或使液體增壓的機(jī)械 它將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能或其他外部能量傳送給液 體 使液體能量增加 泵的種類繁多 有不同的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和使用范圍 根據(jù)工作原理可分成三類 葉片泵 容積泵 噴射泵 葉片泵是利用葉輪的葉片來(lái)輸送液體的 如離心泵 混流泵 軸流泵和旋渦泵等 本次設(shè)計(jì)采用的是離心泵 所以下面詳述一下離心泵 離心泵的主要性能參數(shù) 1 泵的流量 流量是泵在單位時(shí)間內(nèi)所抽送液體的數(shù)量 有體積流量和重量流量?jī)煞N表示方法 常用的流量是體積流量 以 表示 其單位是 m h 重量流量以 G 表示 其單位Q3 是 kgf h 與 的關(guān)系是 1 1 G 式中 液體重度 kgf m 泵的流量 m h 3 3 2 泵的揚(yáng)程 揚(yáng)程是單位重量的液體通過(guò)泵后獲得的能量 有的也稱總揚(yáng)程或全揚(yáng)程 通常用所 抽送液體的液柱高度 表示 其單位是 m H 3 泵的轉(zhuǎn)速 轉(zhuǎn)速是指泵的轉(zhuǎn)子每分鐘旋轉(zhuǎn)的圈數(shù) 以 表示 其單位是 r min n 4 泵的功率 葉片泵的功率是指泵的軸功率 也是原動(dòng)機(jī)傳給泵的功率 用 表示 單位是 kW P 泵的輸出功率 也稱有效功率 用 表示 它是單位時(shí)間內(nèi)泵輸送出去的液體從泵Pe 中獲得的有效能量 的習(xí)慣計(jì)算式為 kW 1 2 Pe 102QH 式中 液體重度 kgf m 泵的流量 m h 泵的揚(yáng)程 m 3 3H 5 泵的效率 葉片泵的軸功率 與有效功率 的差值 是泵工作時(shí)損失的功率 其大小用效率來(lái)Pe 第 2 頁(yè) 共 30 頁(yè) 衡量 效率是 與 的比值 以 表示 的計(jì)算式為 我們知道泵的有效功率Pe Pe 或流量 揚(yáng)程 和效率 后 就可以計(jì)算出泵的軸功率 eQH kW 1 3 102QHeP 6 泵的比轉(zhuǎn)數(shù) sn 比轉(zhuǎn)數(shù) 是水力機(jī)械的一個(gè)重要參數(shù) 但了解該參數(shù)前 必須搞清楚相似定律 s 當(dāng)離心泵出口閥關(guān)小后 由于揚(yáng)程不變 流量減少 那么泵的電流減小 如果是全 關(guān)則電流最小 但略大于空轉(zhuǎn) 因?yàn)樗凶枇Φ?離心泵電流最小的時(shí)候 是空轉(zhuǎn)的時(shí)候 即泵體內(nèi)什么水都沒(méi)有 和大氣直接連接 泵輪空轉(zhuǎn) 當(dāng)然潛水泵這樣長(zhǎng)時(shí)間轉(zhuǎn)是會(huì)導(dǎo)致過(guò)熱損壞的 而且即便是普通的泵 這樣 轉(zhuǎn)也不好 而離心泵電流最大的時(shí)候 是當(dāng)進(jìn)口連接源物 比如水 而出口不加以限制 比如 直接和大氣相連 連管道都不接 這個(gè)時(shí)候 流量最大 泵的電流將最大 但是 一般廠家的水泵 匹配的電機(jī)都是按照額定流量時(shí)計(jì)算的 像這樣不加限制 的時(shí)候就有可能導(dǎo)致電機(jī)過(guò)載燒毀 但是大廠家的則不一樣 他們通常都是按照最大極 限匹配電機(jī)的 即便這樣不加限制 最多效率不高 但泵不會(huì)損壞 泵的相似定律 在葉片泵的設(shè)計(jì)研究中 由于經(jīng)濟(jì)性或技術(shù)條件的限制 經(jīng)常將實(shí) 型泵縮小成模型泵進(jìn)行試驗(yàn) 再將模型泵放大成實(shí)型泵 這就必須用到流體動(dòng)力相似定 律 工況相似的實(shí)型泵和模型泵 其流量 揚(yáng)程 功率與泵的尺寸 轉(zhuǎn)速及效率之間有 以下三個(gè)關(guān)系 泵的流量相似定律 mvmDnQ 3 1 4 泵的揚(yáng)程相似定律 1 mnmDH 2 5 泵的功率相似定律 1 mmnP 53 6 式中 葉輪外徑尺寸 容積效率 水力效率 機(jī)械效率Dv n m 第 3 頁(yè) 共 30 頁(yè) 上角標(biāo) 表示模型泵 無(wú)上角標(biāo)表示實(shí)型泵 如果兩個(gè)工況相似的泵的尺寸比不是m 很大 不超過(guò) 2 3 轉(zhuǎn)速比值不超過(guò) 2 而且是抽送同一種液體 即 則可認(rèn) m 為兩臺(tái)泵的各種效率均相等 于是得到 1 3 mDnQ 7 1 2 mH 8 1 53 mmDnp 9 在工況相似時(shí)的實(shí)型泵和模型泵的參數(shù) 應(yīng)該滿足以上公式 所謂比轉(zhuǎn)數(shù)就是把某一葉輪的幾何尺寸相似縮小為標(biāo)準(zhǔn)葉輪 使這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)葉輪所產(chǎn) 生的揚(yáng)程為 m 流量為 m s 有效功率等于 746W 1 馬力 時(shí)的轉(zhuǎn)速 它的表達(dá)式075 為 1 10 4365 HQnS 式中 轉(zhuǎn)速 r min 流量 m h 揚(yáng)程 m nQ3 比轉(zhuǎn)數(shù) 是有因次的 但通常都省略其單位 比轉(zhuǎn)數(shù)是以單吸離心泵為基準(zhǔn)來(lái)比較的 s 對(duì)于雙吸單級(jí)離心泵 比轉(zhuǎn)數(shù)為 1 432 65 HQns 11 對(duì)于多級(jí)泵 比轉(zhuǎn)數(shù)為 1 4365 ins 12 式中 多級(jí)泵葉輪極數(shù)i 7 泵的汽蝕余量 液體在一定溫度下 降低壓力至該溫度下的汽化壓力時(shí) 液體便產(chǎn)生汽泡 把這種 產(chǎn)生氣泡的現(xiàn)象稱為汽蝕 汽蝕時(shí)產(chǎn)生的氣泡 流動(dòng)到高壓處時(shí) 其體積減小以致破滅 這種由于壓力上升氣泡消失在液體中的現(xiàn)象稱為汽蝕潰滅 第 4 頁(yè) 共 30 頁(yè) 泵在運(yùn)轉(zhuǎn)中 若其過(guò)流部分的局部區(qū)域 通常是葉輪葉片進(jìn)口稍后的某處 因?yàn)槟?種原因 抽送液體的絕對(duì)壓力降低到當(dāng)時(shí)溫度下的液體汽化壓力時(shí) 液體便在該處開(kāi)始 汽化 產(chǎn)生大量蒸汽 形成氣泡 當(dāng)含有大量氣泡的液體向前經(jīng)葉輪內(nèi)的高壓區(qū)時(shí) 氣 泡周圍的高壓液體致使氣泡急劇地縮小以至破裂 在氣泡凝結(jié)破裂的同時(shí) 液體質(zhì)點(diǎn)以 很高的速度填充空穴 在此瞬間產(chǎn)生很強(qiáng)烈的水擊作用 并以很高的沖擊頻率打擊金屬 表面 沖擊應(yīng)力可達(dá)幾百至幾千個(gè)大氣壓 沖擊頻率可達(dá)每秒幾萬(wàn)次 嚴(yán)重時(shí)會(huì)將壁厚 擊穿 在水泵中產(chǎn)生氣泡和氣泡破裂使過(guò)流部件遭受到破壞的過(guò)程就是水泵中的汽蝕過(guò)程 水泵產(chǎn)生汽蝕后除了對(duì)過(guò)流部件會(huì)產(chǎn)生破壞作用以外 還會(huì)產(chǎn)生噪聲和振動(dòng) 并導(dǎo)致泵 的性能下降 嚴(yán)重時(shí)會(huì)使泵中液體中斷 不能正常工作 汽蝕余量是指為了保證泵不汽蝕 泵葉輪吸入口處單位重量液體所具有的能量必須 比飽和蒸汽壓力 相應(yīng)于液體所處溫度 時(shí)液體所具有的能量的富裕程度大 以 表h 示 其單位為 m 這是用能量的觀點(diǎn)來(lái)表示泵的汽蝕性能 的表達(dá)式中 m 1 hh 8 928 9VSPgs 13 式中 泵吸入口處的壓力 Pa 液體重度 kgf ms SP 液體吸入口處的平均流速 m s 液體所處溫度下的飽和蒸汽壓力 Pa Vs Pv 重力加速度 m s g2 等式右邊括號(hào)內(nèi)兩項(xiàng)表示泵吸入口處單位重量液體具有的能量 第三項(xiàng)是飽和蒸汽 壓力下單位重量液體具有的能量 8 泵的吸上真空高度 泵的吸上真空高度是指為了保證泵運(yùn)行時(shí)不發(fā)生汽蝕而具有的最大的吸上真空高度 以 表示 其單位為 m 在實(shí)際使用中規(guī)定留有 0 3m 的安全量 即將 減去maxHs maxHs 0 3m 作為允許最大吸上真空高度 以 表示 0 3 m Hs 1 14 泵吸入口處的吸上真空高度 不僅與水泵幾何安裝高度 有關(guān) 而且還與吸入口處sj 的流速 吸入管路損失 及液面壓力 有關(guān) 如果水泵在某一流量下運(yùn)行 則 項(xiàng)SVhw0p gsV2 第 5 頁(yè) 共 30 頁(yè) 是定值 而管路水力損失 也幾乎是定值 則吸上真空高度 隨著幾何安裝高度的hwHs 的增大而逐漸增大 當(dāng)幾何安裝高度 增大到某一數(shù)值后 泵就不能工作 對(duì)應(yīng)于這Hj Hj 一工況的吸上真空高度即為上面所述的最大吸上真空高度 目前 只能靠試maxsaxs 驗(yàn)得出 對(duì)于泵的樣本上或泵的銘牌上都已明確規(guī)定的允許吸上真空高度 并不等 于幾何安裝高度 其相互關(guān)系應(yīng)為 m j j sgsV2hw 1 15 1 1 2 離心泵的選用 1 選型的意義 泵的選型是一項(xiàng)十分重要的工作 如果選用不當(dāng) 泵在工作中流量偏大或偏小 揚(yáng) 程偏高或偏低 材料不耐腐蝕等 都會(huì)造成使用時(shí)滿足不了生產(chǎn)要求 且效率低壽命短 2 泵型號(hào)的確定 按結(jié)構(gòu) 口徑 性能的不同 泵的種類繁多 所以在確定泵的型號(hào)前 首先要掌握 整個(gè)裝置所需要的流量和揚(yáng)程 再選擇泵型 系列 然后才能確定泵的型號(hào) 流量是選泵的重要性能數(shù)據(jù)之一 它關(guān)系到整個(gè)裝置的生產(chǎn)能力 在對(duì)裝置工藝流 程設(shè)計(jì)時(shí) 泵所給出的設(shè)計(jì)流量不僅要與裝置設(shè)備的生產(chǎn)能力相協(xié)調(diào) 而且還需了解在 生產(chǎn)中流量的變化范圍 即最小流量和最大流量 以適應(yīng)工況變化要求 揚(yáng)程是選泵的另一個(gè)重要的性能數(shù)據(jù) 它與管路系統(tǒng)的布置情況 容器間的壓差 克服液體在系統(tǒng)內(nèi)流動(dòng)時(shí)的摩擦阻力 包括閥門(mén) 彎頭 管徑的大小 長(zhǎng)短 材料 等 一系列因素有關(guān) 同時(shí)還要注意 選泵用的揚(yáng)程應(yīng)考慮到最低吸入液面和最高輸出高度 并取系統(tǒng)揚(yáng)程的 1 05 1 1 倍作為選型依據(jù) 3 水泵應(yīng)用于實(shí)際 水泵普遍采用交流異步電動(dòng)機(jī)作原動(dòng)機(jī) 這是因?yàn)楫惒诫妱?dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 運(yùn)行可靠 維修方便 價(jià)格便宜 單臺(tái)水泵調(diào)速運(yùn)行 泵的調(diào)速范圍是隨實(shí)際工況的不同而變化的 一般來(lái)說(shuō) 調(diào)速降低不宜超過(guò) 50 否 則水泵效率很低 不能保證安全供水 當(dāng)轉(zhuǎn)速太低時(shí) 甚至無(wú)法抽水 如圖 1 1 1 所示 學(xué)校生活用水要求出水壓力在高峰和低谷時(shí)不能低于 HB 也不要高于 HA 管路系統(tǒng)性能 曲線與調(diào)速運(yùn)行的泵的性能曲線相交于 A 和 B 點(diǎn) 即水泵工況點(diǎn) 這種情況下 調(diào)速裝 第 6 頁(yè) 共 30 頁(yè) 置的調(diào)速范圍在 nA 到 nB 之間 相應(yīng)的流量是 QA 和 QB 圖 1 1 1 單泵供水時(shí)調(diào)速范圍的控制 選用了兩個(gè)離心泵 一個(gè)是冠力片離心泵它的型號(hào)是 650L 3 揚(yáng)程為 48m 流量為 30m h 轉(zhuǎn)速為 1350r min 配套功率為 7 5kW 另一個(gè)是清水離心泵型號(hào)是 80DL 2 3 揚(yáng)程為 40m 流量 50m h 額定電壓 36V 配套功率 11kW 轉(zhuǎn)速 1450r min 實(shí)物如圖3 1 1 2 圖 1 1 2 水泵實(shí)物圖 1 1 3 離心泵的主要部件 離心泵主要部件有葉輪 泵殼和軸封裝置 1 葉輪 葉輪的作用是將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能直接傳給液體 以增加液體的靜壓能和動(dòng)能 主要增 加靜壓能 葉輪一般有 6 12 片后彎葉片 葉輪有開(kāi)式 半閉式和閉式三種 開(kāi)式葉輪在葉片兩側(cè)無(wú)蓋板 制造簡(jiǎn)單 清洗方便 適用于輸送含有較大量懸浮物 的物料 效率較低 輸送的液體壓力不高 半閉式葉輪在吸入口一側(cè)無(wú)蓋板 而在另一 側(cè)有蓋板 適用于輸送易沉淀或含有顆粒的物料 效率也較低 閉式葉輪在葉輪在葉片 H HA HB HO 0 A B nA nB QAQB Q 管路系統(tǒng)性能曲線 第 7 頁(yè) 共 30 頁(yè) 兩側(cè)有前后蓋板 效率高 適用于輸送不含雜質(zhì)的清潔液體 一般的離心泵葉輪多為此 類 葉輪有單吸和雙吸兩種吸液方式 2 泵殼 作用是將葉輪封閉在一定的空間 以便由葉輪的作用吸入和壓出液體 泵殼多做成 蝸殼形 故又稱蝸殼 由于流道截面積逐漸擴(kuò)大 故從葉輪四周甩出的高速液體逐漸降 低流速 使部分動(dòng)能有效地轉(zhuǎn)換為靜壓能 泵殼不僅匯集由葉輪甩出的液體 同時(shí)又是 一個(gè)能量轉(zhuǎn)換裝置 3 軸封裝置 作用是防止泵殼內(nèi)液體沿軸漏出或外界空氣漏入泵殼內(nèi) 常用軸封裝置有填料密封和機(jī)械密封兩種 填料一般用浸油或涂有石墨的石棉繩 機(jī)械密封主要的是靠裝在軸上的動(dòng)環(huán)與固定 在泵殼上的靜環(huán)之間端面作相對(duì)運(yùn)動(dòng)而達(dá)到密封的目的 1 2 三相異步電動(dòng)機(jī) 1 2 1 三相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 三相異步電動(dòng)機(jī)的種類很多 但各類三相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)是相同的 它們都 由定子和轉(zhuǎn)子這兩大基本部分組成 在定子和轉(zhuǎn)子之間具有一定的氣隙 此外 還有端 蓋 軸承 接線盒 吊環(huán)等其他附件 如圖 1 2 1 所示 圖 1 2 1 封閉式三相籠型異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖 1 軸承 2 前端蓋 3 轉(zhuǎn)軸 4 接線盒 5 吊環(huán) 6 定子鐵心 7 轉(zhuǎn)子 8 定子繞組 9 機(jī)座 10 后端蓋 11 風(fēng)罩 12 風(fēng)扇 第 8 頁(yè) 共 30 頁(yè) 三相異步電動(dòng)機(jī)由兩個(gè)基本部分組成 定子和轉(zhuǎn)子 1 定子部分 定子是用來(lái)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的 三相電動(dòng)機(jī)的定子一般由外殼 定子鐵心 定子繞組 等部分組成 2 轉(zhuǎn)子部分 轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵芯 或磁極 磁扼 繞組 護(hù)環(huán) 中心環(huán) 滑環(huán) 風(fēng)扇及轉(zhuǎn)軸等部件組 成 1 2 2 三相異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速的控制 三相異步電動(dòng)機(jī)工作原理 三相異步電動(dòng)機(jī)工作原理 一是導(dǎo)體被磁場(chǎng)切割會(huì)在導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 二是 載流導(dǎo)體與磁場(chǎng)相互作用 使載流導(dǎo)體受力而運(yùn)動(dòng)的理論基礎(chǔ)上的 三相異步電動(dòng)機(jī)和三相同步電動(dòng)機(jī) 它們的轉(zhuǎn)速 公式為 n 同步電動(dòng)機(jī) 2 Pfn 60 1 異步電動(dòng)機(jī) 2 1 1 0sfs 2 式中 頻率 極對(duì)數(shù) 轉(zhuǎn)差率 0 3 或 0 6 fP 由轉(zhuǎn)速公式可見(jiàn) 只要設(shè)法改變?nèi)喈惒诫妱?dòng)機(jī)的供電頻率 就能十分方便地改f 變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 比改變極對(duì)數(shù) 和轉(zhuǎn)差率 兩個(gè)參數(shù)簡(jiǎn)單得多 近二十年來(lái) 由于交ns 流變頻調(diào)速器得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展 使得三相異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速成為當(dāng)前電氣調(diào)速 的主流 1 2 3 三相異步電動(dòng)機(jī)的選用 應(yīng)考慮額定電壓 額定功率 額定頻率 額定轉(zhuǎn)速 絕緣等級(jí) 安裝結(jié)構(gòu)形式 防 護(hù)型式 傳動(dòng)方式 起動(dòng)狀況以及負(fù)載情況等參數(shù) 1 電動(dòng)機(jī)銘牌上的性能指標(biāo) 型號(hào) 用以表示電動(dòng)機(jī)的類型 性能 用途 結(jié)構(gòu)特征等 額定功率 也叫容量 以 W 或 kW 表示 額定電壓 電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí) 加在定子繞組線端的電壓 比如 220 380V 額定電流 在額定電壓 額定頻率 額定功率運(yùn)行時(shí) 定子繞組線端的電流 額定頻率 電動(dòng)機(jī)規(guī)定的交流電源的頻率 額定轉(zhuǎn)速 在額定電壓 額定頻率 額定功率 額定電流下運(yùn)行時(shí) 電動(dòng)機(jī)每分鐘 的轉(zhuǎn)速 電動(dòng)機(jī)的額定電壓 頻率要和電源電壓的電壓值 頻率相一致 尤其對(duì) Y 接法的 電動(dòng)機(jī)更應(yīng)注意這一點(diǎn) 第 9 頁(yè) 共 30 頁(yè) 電動(dòng)機(jī)的額定功率一般情況下要略大于所用負(fù)載的功率 但不能大于兩倍的負(fù)載功 率 額定轉(zhuǎn)速要依據(jù)被拖動(dòng)機(jī)械的正常轉(zhuǎn)速和傳動(dòng)方式?jīng)Q定 額定轉(zhuǎn)速 被拖動(dòng)機(jī)械轉(zhuǎn)速 傳動(dòng)比 轉(zhuǎn)速一致時(shí) 可用聯(lián)軸器傳動(dòng) 轉(zhuǎn)速不一致時(shí) 可用皮帶或齒輪傳動(dòng) 負(fù)載 轉(zhuǎn)速很低時(shí)配購(gòu)減速裝置 2 電動(dòng)機(jī)電壓的選擇 電動(dòng)機(jī)的額定電壓應(yīng)與電源電壓相符 電動(dòng)機(jī)只能在銘牌上規(guī)定的電壓條件下使用 允許工作電壓的偏差為額定電壓的 10 5 如果銘牌上標(biāo)有 220V 380V 說(shuō)明此電動(dòng) 機(jī)有兩種額定電壓 當(dāng)電源電壓為 380V 時(shí) 將電動(dòng)機(jī)繞組接成 Y 形 當(dāng)電源電壓為 220V 時(shí) 將繞組接成 形 3 電動(dòng)機(jī)容量的選擇 電動(dòng)機(jī)的額定功率 容量 必須根據(jù)被拖動(dòng)的生產(chǎn)機(jī)械所需的功率來(lái)決定 如果容量 選得太小 負(fù)載超過(guò)它的額定功率 則會(huì)使電動(dòng)機(jī)難以起動(dòng) 即使勉強(qiáng)起動(dòng)成功 也會(huì) 因電流超過(guò)額定值而使電動(dòng)機(jī)過(guò)熱甚至燒毀 反之 如果容量選得太大 就不能充分發(fā) 揮電動(dòng)機(jī)的作用 不僅會(huì)造成資金和材料的浪費(fèi) 而且電動(dòng)機(jī)在輕載時(shí)效率和功率因數(shù) 都降低 造成電力浪費(fèi) 一般對(duì)于采用直接傳動(dòng)的電動(dòng)機(jī) 容量以 1 1 1 倍負(fù)載功率為 宜 對(duì)于采用皮帶傳動(dòng)的電動(dòng)機(jī) 容量以 1 05 1 15 倍負(fù)載功率為宜 1 3 變頻器 1 3 1 變頻器的分類 變頻器即電壓頻率變換器 是一種將固定頻率的交流電變換成頻率 電壓連續(xù)可調(diào) 的交流電 以供給電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的電源裝置 目前國(guó)內(nèi)外變頻器的分類很多 可按以下幾 種分類方式分類 1 按變頻環(huán)節(jié)分類可分為 交 直 交變頻器 交 交變頻器 2 按電壓的調(diào)制方式分類可分為 PAM 脈幅調(diào)制 PWM 脈寬調(diào)制 3 按濾波方式分類可分為 電壓型變頻器 電流型變頻器 4 按輸入電源的相數(shù)分類可分為 三進(jìn)三出變頻器 單進(jìn)三出變頻器 5 按控制方式分類可分為 U f 控制變頻器 轉(zhuǎn)差頻率控制變頻器 矢量控制方 式變頻器 1 3 2 變頻器應(yīng)用概述 變頻器主要由整流 交流變直流 濾波 逆變 制動(dòng)單元 驅(qū)動(dòng)單元 檢測(cè)單元微 處理單元等組成的 第 10 頁(yè) 共 30 頁(yè) 變頻調(diào)速具有頻率范圍寬 動(dòng)態(tài)響應(yīng)快 工作效率高 輸出特性好 使用方便等特 點(diǎn) 而三相異步電動(dòng)機(jī)又有對(duì)電環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng) 維修簡(jiǎn)單 容易實(shí)現(xiàn)高速大容量的優(yōu)勢(shì) 這兩者結(jié)合使得變頻調(diào)速技術(shù)在供水行業(yè)獲得廣泛的應(yīng)用 比如說(shuō)大樓供水用是水泵用變頻器后可以實(shí)現(xiàn) 用戶用水的多少是經(jīng)常變動(dòng)的 因 此供水不足或供水過(guò)剩的情況時(shí)有發(fā)生 而用水和供水之間的不平衡集中地反映在供水 的壓力上 用水多而供水少 則壓力低 用水少而供水多 則壓力大 隨著使用水量變 化 變頻器可以根據(jù)管路壓力控制水泵調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速 保持供水的壓力恒定 可使供水和用 水之間保持平衡 即用水多時(shí)供水也多 用水少時(shí)供水也少 從而提高了供水的質(zhì)量 所以我選用變頻器來(lái)調(diào)整進(jìn)水的速度 控制電路 控制電路主要由主控板 鍵盤(pán)與顯示板 電源板 外接控制電路等構(gòu)成 1 主控板 主控板是變頻器運(yùn)行的控制中心 其主要功能有 1 接受從鍵盤(pán)輸入的各種信號(hào) 2 接受從外部控制電路輸入的各種信號(hào) 3 接受內(nèi)部的采樣信號(hào) 如主電路中電壓與電流的采樣信號(hào) 各部分溫度的采樣信 號(hào) 各逆變管工作狀態(tài)的采樣信號(hào)等 4 完成 SPWM 調(diào)制 將接受的各種信號(hào)進(jìn)行判斷和綜合運(yùn)算 產(chǎn)生相應(yīng)的 SPWM 調(diào)制 指令 并分配給各逆變管的驅(qū)動(dòng)電路 5 發(fā)出顯示信號(hào) 向顯示板和顯示屏發(fā)出各種顯示信號(hào) 6 發(fā)出保護(hù)指令 變頻器必須根據(jù)各種采樣信號(hào)隨時(shí)判斷其工作是否正常 一旦發(fā) 現(xiàn)異常工況 必須發(fā)出保護(hù)指令進(jìn)行保護(hù) 7 向外電路發(fā)出控制信號(hào)及顯示信號(hào) 如正常運(yùn)行信號(hào) 頻率到達(dá)信號(hào) 故障信號(hào) 等 2 鍵盤(pán)與顯示板 鍵盤(pán)是向主控板發(fā)出各種信號(hào)或指令的 顯示板是將主控板提供的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行顯 示 兩者總是組合在一起 3 電源板 變頻器的電源板主要提供以下電源 主控板電源 驅(qū)動(dòng)電源 外控電源 4 外接控制電路 第 11 頁(yè) 共 30 頁(yè) 1 外接給定電路 2 外接輸入控制電路 3 外接輸出電路 變頻器內(nèi)設(shè)有多端速度功能 能進(jìn)行 7 段速度特性運(yùn)行 能連續(xù) 斷續(xù) 保持最終 值 對(duì)各種速度 能任意設(shè)置加速時(shí)間 旋轉(zhuǎn)方向 運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間等 本課題采用三速運(yùn)轉(zhuǎn) 高速 中速和低速指令由外部輸入后 則選定頻率給定信號(hào)給變頻器輸入指令 以所定 的速度運(yùn)轉(zhuǎn) 三速運(yùn)轉(zhuǎn)外部接線如圖 1 3 4 變頻器的功能預(yù)置 高速 在用水很多的情況下高速進(jìn)水 中速 在用水較多的情況下中速進(jìn)水 低速 在用水少的情況下低速進(jìn)水 加 減時(shí)間 水泵由于水管中有一定壓力的緣故 因此在轉(zhuǎn)速上升和下降的過(guò)程中 慣 性的作用極微 但過(guò)快地升降或降速 會(huì)在管道中引起水錘效應(yīng) 所以也應(yīng)將加 減速 時(shí)間適當(dāng)預(yù)置的長(zhǎng)一些 PLC 變頻器 380V M2 KM1 STF RH RM RL SD U V W X1 X2 X13 X14 X15 COM Y14 COM X16 X20 X21 Y10 Y13 Y12 Y11 COM SB1 SB2 SQ1 SQ2 SQ3 SQ4 SQ5 SQ6 SQ7 X22 第 12 頁(yè) 共 30 頁(yè) 圖 1 3 4 三速運(yùn)轉(zhuǎn)外部接線圖 1 3 3 變頻器的選擇 變頻器的最大輸出功率按三相異步電動(dòng)機(jī)的額定功率 11kW 也選用 11kW 變頻器的容量只需按照說(shuō)明書(shū)上表明的 配用電動(dòng)機(jī)容量 進(jìn)行選擇即可 變頻器容量的計(jì)算 連續(xù)恒載運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)所需的變頻器容量 kVA 的計(jì)算式 3 6 CNP cosMk 3 7 CN310 MIUk 3 8 CNI 式中 負(fù)載所要求的電動(dòng)機(jī)的軸輸出功率 MP 電動(dòng)機(jī)的效率 通常約 0 85 電動(dòng)機(jī)的功率因素 通常約 0 75 cos 電動(dòng)機(jī)的電壓 V MU 電動(dòng)機(jī)工頻電源時(shí)的電流 A I 電流波形的修正系數(shù) PWM 方式取 1 05 1 10 k 變頻器的額定容量 kVA CNP 變頻器的額定電流 A I 此類變頻器容量的計(jì)算公式適用與單臺(tái)變頻器為單臺(tái)電動(dòng)機(jī)連續(xù)運(yùn)行的情況 以上 三個(gè)等式是統(tǒng)一的 選擇變頻器時(shí)應(yīng)同時(shí)滿足三個(gè)等式的關(guān)系 尤其變頻器電流是一個(gè) 較關(guān)鍵的量 1 4 傳感器 在科學(xué)技術(shù)高度發(fā)達(dá)的現(xiàn)代社會(huì)中 人類已進(jìn)入瞬息萬(wàn)變的信息時(shí)代 人們?cè)趶氖?工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)等活動(dòng)中 主要依靠對(duì)信息資源的開(kāi)發(fā) 獲取 傳輸和處理 傳感 器處于研究對(duì)象與測(cè)控系統(tǒng)的接口位置 是感知 獲取與檢測(cè)信息的窗口 一切科學(xué)實(shí) 第 13 頁(yè) 共 30 頁(yè) 驗(yàn)和生產(chǎn)過(guò)程 特別是自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制系統(tǒng)要獲取的信息 都要通過(guò)傳感器將其轉(zhuǎn) 換為容易傳輸與處理的電信號(hào) 現(xiàn)代信息技術(shù)的三大基礎(chǔ)是信息采集 即傳感器技術(shù) 信息傳輸 通信技術(shù) 和信息 處理 計(jì)算機(jī)技術(shù) 傳感器屬于信息技術(shù)的前沿尖端產(chǎn)品 1 4 1 傳感器的概念及組成 1 傳感器的概念 傳感器把某種形式的能量轉(zhuǎn)換成另一種形式的能量 有兩類 有源的和無(wú)源的 有 源傳感器能將一種能量形式直接轉(zhuǎn)變成另一種 不需要外接的能源或激勵(lì)源 無(wú)源傳感 器不能直接轉(zhuǎn)換能量形式 但它能控制從另一輸入端輸入的能量或激勵(lì)能 傳感器承擔(dān) 將某個(gè)對(duì)象或過(guò)程的特定特性轉(zhuǎn)換成數(shù)量的工作 其 對(duì)象 可以是固體 液體或氣體 而它們的狀態(tài)可以是靜態(tài)的 也可以是動(dòng)態(tài) 即過(guò)程 的 對(duì)象特性被轉(zhuǎn)換量化后可以通 過(guò)多種方式檢測(cè) 對(duì)象的特性可以是物理性質(zhì)的 也可以是化學(xué)性質(zhì)的 按照其工作原 理 它將對(duì)象特性或狀態(tài)參數(shù)轉(zhuǎn)換成可測(cè)定的電學(xué)量 然后將此電信號(hào)分離出來(lái) 送入 傳感器系統(tǒng)加以評(píng)測(cè)或標(biāo)示 2 傳感器的組成 一般是由敏感元件 轉(zhuǎn)換元件和轉(zhuǎn)換電路組成 敏感元件是直接感受被測(cè)量 并輸 出與被測(cè)量構(gòu)成有確定關(guān)系 更易于轉(zhuǎn)換為某一物理量的元器件 轉(zhuǎn)換元件是指將敏感 元件的輸出作為它的輸入 它把輸入轉(zhuǎn)換成電路參數(shù)量 轉(zhuǎn)換電路將轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換成的 電路參數(shù)量接入 轉(zhuǎn)換成電量輸出 因?yàn)檎n題用于水中因此選用液位傳感器 利用液體浮力測(cè)液位的原理應(yīng)用廣泛 靠 浮子隨液面升降的位移反映液位變化的 屬于恒浮力式 靠液面升降對(duì)物體浮力改變反 映液位的屬于變浮式力 自由狀態(tài)下的浮子能跟隨液面升降 這是人盡皆知的水漲船高規(guī)律 當(dāng)浮子的升降 程度到達(dá)設(shè)定的刻度時(shí) 行程開(kāi)關(guān)開(kāi)始工作 并將采集到的信號(hào)傳送給 PLC 3 傳感器的原理結(jié)構(gòu) 在一段特制的彈性軸上粘貼上專用的測(cè)扭應(yīng)片并組成變橋 即為基礎(chǔ)扭矩傳感器 在軸上固定著 1 能源環(huán)形變壓器的次級(jí)線圈 2 信號(hào)環(huán)形變壓器初級(jí)線圈 3 軸上 印刷電路板 電路板上包含整流穩(wěn)定電源 儀表放大電路 V F 變換電路及信號(hào)輸出電路 在傳感器的外殼上固定著 1 激磁電路 2 能源環(huán)形變壓器的初級(jí)線圈 輸入 3 信號(hào)環(huán)形變壓器次級(jí)線圈 輸出 4 信號(hào)處理電路 第 14 頁(yè) 共 30 頁(yè) 1 5 可編程序控制器 目前的控制器有很多種 有可編程序控制器 單片機(jī) 工業(yè)計(jì)算機(jī)等 而可編程序 控制器具有驅(qū)動(dòng)能力好 通信接口不復(fù)雜 指令簡(jiǎn)單 運(yùn)行可靠等優(yōu)點(diǎn) 所以本課題選 用可編程序控制器 PLC 的硬件的主機(jī)由 CPU 存儲(chǔ)器 輸入 輸出接口 電源等幾大部分組成 此外配 備的各種外部設(shè)備如計(jì)算機(jī)可通過(guò)通信接口與主機(jī)連接 可編程序控制器 簡(jiǎn)稱 PLC 是在繼電順序控制基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的以微處理器為核心 的通用自動(dòng)控制裝置 PLC 是電子技術(shù) 計(jì)算機(jī)技術(shù)與繼電邏輯自動(dòng)控制系統(tǒng)相結(jié)合的產(chǎn) 物 PLC 作為自動(dòng)控制系統(tǒng)中的一個(gè)核心部件 要使它能在控制系統(tǒng)中充分發(fā)揮其功能 就必須了解 PLC 的結(jié)構(gòu) 工作原理等 1 5 1PLC 的功能 PLC 有豐富的指令系統(tǒng) 有各種各樣的 I O 接口 通信接口 有大容量的內(nèi)存 有可 靠的操作系統(tǒng) 因而具有豐富的功能 信號(hào)采集功能 可采集開(kāi)關(guān)信號(hào) 模擬信號(hào)及脈沖信號(hào) 輸出控制功能 可控制輸出開(kāi)關(guān)信號(hào) 模擬信號(hào)及脈沖信號(hào) 邏輯處理功能 可進(jìn)行各種位 字節(jié) 字 雙字邏輯運(yùn)算 數(shù)據(jù)運(yùn)算功能 可進(jìn)行各種字 雙字整數(shù)運(yùn)算 有的還可以進(jìn)行浮點(diǎn)運(yùn)算 定時(shí)功能 可進(jìn)行延時(shí)或定時(shí)控制 時(shí)間可精確到毫秒 有的還有內(nèi)置實(shí)時(shí)時(shí)鐘 計(jì)數(shù)功能 可進(jìn)行計(jì)數(shù) 高速計(jì)數(shù)頻率可達(dá)幾百 kHz 中斷處理功能 可實(shí)現(xiàn)種種內(nèi)外中斷 以提高對(duì)輸入的響應(yīng)速度 程序與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能 可存儲(chǔ)系統(tǒng)設(shè)定 程序及數(shù)據(jù) 并可保證這些數(shù)據(jù)在掉電時(shí) 不丟失 此外 還有聯(lián)網(wǎng)通信 自檢測(cè) 自診斷等功能 豐富的功能為 PLC 的廣泛應(yīng)用提供了可能 同時(shí)也為工業(yè)系統(tǒng)的自動(dòng)化 遠(yuǎn)程化 信息化及智能化創(chuàng)造了條件 1 5 2FX 系列可編程控制器的基本構(gòu)成 硬件構(gòu)成 1 單片機(jī) PLC 中的單片機(jī)包含了中央處理器 隨機(jī)存儲(chǔ)器 只讀存儲(chǔ)器 串行接口 SIO 時(shí)鐘 CTC 等 是 PLC 的指揮系統(tǒng) 第 15 頁(yè) 共 30 頁(yè) FX2 系列中大部分都采用表面封裝技術(shù)的芯片 主板中只含兩片超大規(guī)模集成電路 一片是通用 16 位 CPU 用于處理一般邏輯指令 另一片是專用邏輯處理器 用于處理高 速指令 中斷等 2 電源 FX2 系列 PLC 基本單元和擴(kuò)展單元均采用開(kāi)關(guān)電源 開(kāi)關(guān)電源輸出 DC5V DC12V DC24V 三種電壓等級(jí)的直流電 5V 的一路供內(nèi)部 IC 用 12V 的一路用以驅(qū) 動(dòng)輸出繼電器 24V 的一路提供給用戶以作傳感器的電源 3 通信接口 FX2 系列 PLC 的基本單元帶有三個(gè)與外部裝置相連的通信接口 一個(gè)是連接編程器的 接口 一個(gè)是連接擴(kuò)展單元或擴(kuò)展模塊的接口 還有一個(gè)是連接特殊功能適配器的接口 4 編程器 編程器的主要功能是編寫(xiě)用戶程序 并將用戶程序送入 PLC 基本單元的用戶存儲(chǔ)器 中 有些編程器還兼有監(jiān)控和向主機(jī)發(fā)出各種命令的功能 5 輸入 輸出接口電路 1 輸入接口電路 FX2 型 PLC 輸入接口電路如圖 1 5 4 電路中光耦的輸出端設(shè)有 RC 濾波器 這是為防止由于輸入點(diǎn)的抖動(dòng)及信號(hào)輸入線中混入的噪聲引起誤動(dòng)作而設(shè)計(jì) 的 所以輸入信號(hào)從 ON OFF 或從 OFF ON 變化時(shí) PLC 輸入接口電路內(nèi)部約有 10ms 的 響應(yīng)滯后 圖 1 5 4 FX2 型 PLC 輸入接口電路 輸入端子 傳感器 X COM COM DC 電源 可變程序控制 器 LED 5V 24V 24V 第 16 頁(yè) 共 30 頁(yè) 輸入接口電路中一個(gè)不容忽視的參數(shù)是輸入靈敏度 也就是輸入的動(dòng)作電流 FX2 型 PLC 的輸入電流為 7mA 能引起輸入動(dòng)作的最小電流為 2 5 3mA 但為使動(dòng)作可靠 輸入電流必須大于 4 5mA 為了保證可靠切斷 輸入電流必須小于 1 5mA 因此 當(dāng)輸入 回路中串有二極管或電阻 或者有并聯(lián)電阻 或有漏電流時(shí)應(yīng)特別注意 以免造成系統(tǒng) 誤動(dòng)作 與 PLC 輸入端 X 相連的信號(hào)輸入元件可以是按鈕 行程開(kāi)關(guān)等無(wú)源觸點(diǎn)或接近開(kāi)關(guān) 光電開(kāi)關(guān)等 NPN 型集電極開(kāi)路輸出方式的傳感器 對(duì)無(wú)源觸點(diǎn) 應(yīng)直接接在 X 端與公共 端 COM 之間 對(duì) NPN 型集電極開(kāi)路輸出的傳感器 應(yīng)按照?qǐng)D 5 4 所示的方式連接 當(dāng) X 端與 COM 端接通時(shí) 輸入指示燈亮表示有輸入信號(hào) 2 輸出接口電路 FX2 型的 PLC 輸出接口電路共有三種形式 一種是繼電器輸出型 一種是晶閘管輸出型 一種是晶體管輸出型 輸出接口電路的隔離方式 繼電器輸出型是利用繼電器線圈與輸出觸點(diǎn) 將 PLC 內(nèi)部電路與外部負(fù)載電路進(jìn)行 電氣隔離 晶閘管輸出型是采用光控晶閘管 將 PLC 的內(nèi)部電路與外部負(fù)載電路進(jìn)行電 氣隔離 晶體管輸出型是采用光電耦合器將 PLC 內(nèi)部電路與輸出晶體管進(jìn)行隔離 無(wú)論 哪種隔離方式都能有效地防止因外部電路故障而波及到內(nèi)部電路 保證 PLC 的輸出安全 可靠 輸出接口電路的主要技術(shù)參數(shù) 5 4 2 響應(yīng)時(shí)間 響應(yīng)時(shí)間是表示 PLC 輸出器件從 ON 狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)?OFF 狀態(tài) 或從 OFF 狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)?ON 狀態(tài)所需要的時(shí)間 繼電器型響應(yīng)時(shí)間最長(zhǎng) 從輸出繼電器的線圈通電或斷電到輸出觸 點(diǎn) ON 或 OFF 的響應(yīng)時(shí)間均為 10ms 晶閘管型從光控晶閘管獲得驅(qū)動(dòng)信號(hào)或失去驅(qū)動(dòng)信號(hào) 到晶閘管完全導(dǎo)通或完全截止的時(shí)間在 1ms 以下 晶體管型從光耦獲得驅(qū)動(dòng)信號(hào)或失去 驅(qū)動(dòng)信號(hào)到輸出晶體管完全導(dǎo)通或完全截止的時(shí)間在 0 2ms 以下 24V 200mA 時(shí) 輸出電流 繼電器型具有較大的輸出電流 一般對(duì)電壓為 AC 250V 以下的電路驅(qū)動(dòng)純電阻負(fù)載 的能力為 2A 點(diǎn) 晶閘管型和晶體管型輸出電流都較小 對(duì)于感性負(fù)載 由于在斷開(kāi)的瞬 間會(huì)產(chǎn)生較高的自感電勢(shì) 因此在考慮 PLC 的輸出電流時(shí)應(yīng)留有余地 此外對(duì)交流電路 中的感性負(fù)載應(yīng)在負(fù)載兩端并接 RC 一般 R 取 120 C 取 0 1 浪涌吸收電路 對(duì) F 直流電路中的感性負(fù)載要在負(fù)載兩端并接續(xù)流二極管 第 17 頁(yè) 共 30 頁(yè) 開(kāi)路漏電流 開(kāi)路漏電流指 PLC 輸出處于 OFF 狀態(tài)時(shí) 輸出回路中的電流 繼電器型輸出為 OFF 時(shí)沒(méi)有漏電流 晶閘管輸出型由于在 PLC 內(nèi)部與輸出晶閘管并聯(lián)了 RC 吸收支路 故將引 起開(kāi)路漏電流 此開(kāi)路漏電流可能使 PLC 外部所接的小型繼電器保持吸合 應(yīng)加以重視 晶體管輸出型開(kāi)路漏電流一般較小 100 以下 一般不會(huì)造成輸出誤動(dòng)作 A 3 輸出公共端 PLC 的輸出端子有兩種接法 一種是輸出端無(wú)公共端 每一路輸出都是各自獨(dú)立的 另一種是若干路輸出構(gòu)成一組 共用一個(gè)公共端 各組的公共端用編號(hào)區(qū)分如 COM1 COM2 各組公共端間相互隔離 對(duì)共用一個(gè)公共端的同一組輸出 必須用同一電壓類型和同一電壓等級(jí) 但不同的 公共點(diǎn)組可使用不同的電壓類型和電壓等級(jí) 6 輸入輸出繼電器 PLC 的輸入端是其內(nèi)部的輸入繼電器 X 從外部接收開(kāi)關(guān)信號(hào)的端口 輸入端與輸 入繼電器之間是經(jīng)過(guò)光電隔離的 由于輸入端與輸入繼電器是一一對(duì)應(yīng)的 所以有多少 個(gè)輸入繼電器就有多少個(gè)輸入端 FX2 系列 PLC 最多有 128 個(gè)輸入繼電器 故又稱 128 點(diǎn) 輸入 所有輸入繼電器只能由輸入端接收的外部信號(hào)驅(qū)動(dòng) 而不能用程序驅(qū)動(dòng) 輸入繼電器是一種電子繼電器 其常開(kāi)觸點(diǎn)和常閉觸點(diǎn)可重復(fù)使用無(wú)數(shù)次 這與普 通的電磁繼電器不一樣 PLC 的輸出端是輸出繼電器 Y 向外部負(fù)載輸出信號(hào)的端口 輸出繼電器的觸點(diǎn)分 外部輸出觸點(diǎn)和內(nèi)部觸點(diǎn)兩種 外部輸出觸點(diǎn) 繼電器觸點(diǎn) 晶閘管 晶體管等輸出元 件 接到 PLC 的輸出端子上 且只有常開(kāi)觸點(diǎn) 內(nèi)部觸點(diǎn)如同輸入繼電器一樣 其常開(kāi) 和常閉觸點(diǎn)可重復(fù)使用無(wú)數(shù)次 輸出繼電器和輸出端子是一一對(duì)應(yīng)的 FX2 的輸出繼電器 最多有 128 個(gè) 故又稱 128 點(diǎn)輸出 輸出繼電器是 PLC 唯一能驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載的元件 FX2 系列 PLC 的輸入輸出點(diǎn)數(shù)均可擴(kuò)展至 128 點(diǎn) 即 X0 X177 Y0 Y177 使用時(shí) 總點(diǎn)數(shù)不可超過(guò) 256 點(diǎn) 第二章 程序設(shè)計(jì) 2 1 程序設(shè)計(jì)及相關(guān)圖表 在理論基礎(chǔ)上進(jìn)行實(shí)際程序的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā) 首先為方便設(shè)計(jì) 先制定了輸入輸出地址 表 見(jiàn)表 2 1 輸入信號(hào) 輸出信號(hào) 第 18 頁(yè) 共 30 頁(yè) 功能 代號(hào) 輸入點(diǎn)編號(hào) 輸出點(diǎn)編號(hào) 代號(hào) 功能 啟動(dòng)按鈕 SB1 X1 Y10 HL 啟動(dòng)指示燈 停止按鈕 SB2 X2 Y11 KM2 接觸器 2 M2 低速運(yùn)行 1 號(hào)水位傳感器 SQ1 X13 Y12 KM2 接觸器 2 M2 中速運(yùn)行 2 號(hào)水位傳感器 SQ2 X14 Y13 KM2 接觸器 2 M2 高速運(yùn)行 3 號(hào)水位傳感器 SQ3 X15 Y14 KM1 接觸器 1 M1 高速運(yùn)行 4 號(hào)水位傳感器 SQ4 X16 Y15 HL 水滿指示燈 5 號(hào)水位傳感器 SQ5 X20 Y20 HL M2 低速指示燈 6 號(hào)水位傳感器 SQ6 X21 Y21 HL M2 中速指示燈 7 號(hào)水位傳感器 SQ7 X22 Y22 HL M2 高速指示燈 Y23 HL M1 高速指示燈 表 2 1 輸入輸出地址表 功能介紹 如樓頂水箱模擬圖 2 2 所示 當(dāng)水箱里的水不足 40 時(shí) 1 號(hào)液位傳感器動(dòng)作 M1 M2 同時(shí)高速進(jìn)水 當(dāng)水位達(dá)到總?cè)萘?40 時(shí) 1 號(hào)液位傳感器動(dòng)作 M1 停止運(yùn)行 M2 仍保持 高速進(jìn)水 水位到達(dá) A 點(diǎn)時(shí) 2 號(hào)液位傳感器動(dòng)作 M2 變?yōu)橹兴龠M(jìn)水 水位到達(dá) B 點(diǎn)時(shí) 3 號(hào)液位傳感器動(dòng)作 M2 變?yōu)榈退龠M(jìn)水 水位到達(dá) C 點(diǎn)時(shí) 4 號(hào)液位傳感器動(dòng)作 M2 停 止運(yùn)行 停止進(jìn)水 當(dāng)水位下降到 D 點(diǎn)時(shí) 5 號(hào)液位傳感器動(dòng)作 M2 低速進(jìn)水 當(dāng)水位 下降到 E 點(diǎn)時(shí) 6 號(hào)液位傳感器動(dòng)作 M2 中速進(jìn)水 當(dāng)水位下降到 F 點(diǎn)時(shí) 7 號(hào)液位傳感 器動(dòng)作 M2 高速進(jìn)水 當(dāng)水位下降到 40 以下時(shí) 1 號(hào)液位傳感器動(dòng)作 M1 M2 同時(shí)高 速進(jìn)水 為了保證維修的方便 我在程序中加了啟動(dòng) 停止按鈕 實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)見(jiàn)圖 2 3 狀態(tài)流程圖 具體 PLC 程序見(jiàn)圖 2 4 1 2 4 2 程序圖 在設(shè)計(jì)的過(guò)程中 需要設(shè)定變頻 器的功能參數(shù) 詳情見(jiàn)表 2 5 第 19 頁(yè) 共 30 頁(yè) X13 1 號(hào)液位傳感器 X22 7 號(hào)液位傳感器 X14 2 號(hào)液位傳感器 X21 6 號(hào)液位傳感器 X15 3 號(hào)液位傳感器 X20 5 號(hào)液位傳感器 X16 4 號(hào)液位傳感器 40 A B C D E F 生活 進(jìn)水 管 生 活 用 水 管 M2MM1M 總 進(jìn) 水 管 消 防 進(jìn) 水 管 消防 用水 管 第 20 頁(yè) 共 30 頁(yè) 圖 2 2 樓頂水箱模擬圖 2 2 狀態(tài)流程圖 M2 中速運(yùn)行 S0 S20 S21 S22 S23 S24 M800213X X1 X22 X13 X21 X14 X20 X15 X16 X2 Y14 0Y13 Y13 Y12 Y11 M1M2 高速 運(yùn)行 M2 低速運(yùn)行 初始狀態(tài) Y10 啟動(dòng)指示燈 第 21 頁(yè) 共 30 頁(yè) Y15 圖 2 3 狀態(tài)流程圖 2 3 梯形圖 M2 高速運(yùn)行 M2 停止運(yùn)行 第 22 頁(yè) 共 30 頁(yè) 圖 2 4 1 梯形圖 a 第 23 頁(yè) 共 30 頁(yè) 圖 2 4 2 梯形圖 b 表 2 5 應(yīng)用的變頻器基本功能參數(shù)表 第 24 頁(yè) 共 30 頁(yè) 參數(shù)號(hào) 參數(shù)名稱 設(shè)定值 1 上限頻率 60Hz 2 下限頻率 20 Hz 3 基底頻率 50Hz 4 多段速度 高速 50Hz 5 多段速度 中速 40Hz 6 多段速度 低速 30Hz 7 加速時(shí)間 4s 8 減速時(shí)間 3s 78 逆轉(zhuǎn)防止選擇 1 79 操作模式選擇 0 第 25 頁(yè) 共 30 頁(yè) 結(jié)束語(yǔ) 在過(guò)去的八周中 我在指導(dǎo)老師的幫助和指導(dǎo)下 設(shè)計(jì)并完成了此次畢業(yè)設(shè)計(jì) 在設(shè) 計(jì)的過(guò)程中我將所涉及到且學(xué)過(guò)的理論知識(shí)重新梳理了一遍 未學(xué)過(guò)的理論知識(shí)則是到圖 書(shū)館進(jìn)行查閱 在做好理論知識(shí)的收集以后再進(jìn)行實(shí)際設(shè)計(jì) 這樣使理論知識(shí)能充分的融 入到設(shè)計(jì)中去 并多次深入到現(xiàn)場(chǎng) 了解學(xué)校原有的供水系統(tǒng) 聽(tīng)取負(fù)責(zé)供水系統(tǒng)管理員 對(duì)工作原理的講解 所謂的實(shí)際設(shè)計(jì)就是編寫(xiě)程序 作為整個(gè)系統(tǒng)的控制核心 PLC 它有著決策的作用 所以編寫(xiě) PLC 程序尤為重要 在反復(fù)的推敲和斟酌中 我完成了初步的設(shè)計(jì) 但是程序只 能實(shí)現(xiàn)進(jìn)水部分的功能 而用水部分的功能有點(diǎn)混亂 隨后我聽(tīng)從了老師的建議改用選擇 性分支及跳轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)功能 采用了這種方式以后程序的條理清晰且明朗 設(shè)計(jì)已實(shí)現(xiàn)了預(yù) 期的效果 經(jīng)過(guò)了大量的模擬試驗(yàn)后 在確保設(shè)計(jì)的功能實(shí)用的情況下 根據(jù)計(jì)算出的數(shù) 據(jù)運(yùn)用到實(shí)踐中去 目前我采用的是變頻器分壓供水 高 中 低速 用開(kāi)關(guān)量控制供 水 若要實(shí)現(xiàn)恒壓供水 就需要采集管內(nèi)壓力和流量的數(shù)據(jù) 通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換 PLC 程序控 制 數(shù)模轉(zhuǎn)換 最后用模擬量控制變頻器 實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速控制 保持管內(nèi)的壓力恒 定 根據(jù)學(xué)校的實(shí)際情況 我對(duì)所用到的電氣設(shè)備進(jìn)行了實(shí)際選型 為了讓設(shè)計(jì)更貼近 與人們的生活 我加入變頻器進(jìn)行高 中 低速進(jìn)水 以滿足不同時(shí)段的不同需求 完成了準(zhǔn)備工作以后 開(kāi)始撰寫(xiě)論文 撰寫(xiě)論文時(shí)需要考慮到很多的細(xì)節(jié)問(wèn)題 例如 頁(yè)眉頁(yè)腳的設(shè)置 公式的編寫(xiě) 字體與段落的設(shè)置 章節(jié)的設(shè)置等 很好的培養(yǎng)了我的細(xì) 心的習(xí)慣 在設(shè)計(jì)課程的過(guò)程中 讓我對(duì)所涉及到的理論知識(shí)加深了理解 提高了我實(shí)際設(shè)計(jì)的 水平 為以后進(jìn)入社會(huì)奠定了良好的基礎(chǔ) 現(xiàn)在自動(dòng)水位控制系統(tǒng)越來(lái)越人性化 很多突發(fā)事件都提前做好了對(duì)策 世界在進(jìn)步 科學(xué)也在飛速的發(fā)展 相信高科技會(huì)給我們以后的生活帶來(lái)更多的便利 第 26 頁(yè) 共 30 頁(yè) 致謝 在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中 我需要感謝的人有很多 主要要感謝我的各位老師和同 學(xué)們對(duì)我巨大的幫助 每當(dāng)在畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中遇到疑難問(wèn)題 不能繼續(xù)工作時(shí) 指導(dǎo) 老師周江濤老師總會(huì)適時(shí)地給予我指導(dǎo) 當(dāng)遇到的問(wèn)題比較復(fù)雜 一時(shí)不能理解時(shí) 周 老師又會(huì)不厭其煩地教導(dǎo)我 直至我能夠理解它們 并且順利地解決它們 當(dāng)我們由于 知識(shí)體系的不完善而無(wú)法全面正確地考慮問(wèn)題時(shí) 周老師就會(huì)耐心地幫我們把這部分知 識(shí)進(jìn)行一番查漏補(bǔ)缺 使我們的知識(shí)體系在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中得到一次復(fù)習(xí) 完善 周老 師在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中給了我莫大的幫助 在這里表達(dá)我真誠(chéng)的謝意 另外 還要感謝身邊的同學(xué)們 在畢業(yè)設(shè)計(jì)中每次遇到困難向他們請(qǐng)教時(shí) 他們都 會(huì)給于我熱情地幫助 盡自己最大的力量幫助我解決問(wèn)題 同時(shí)也使我能夠較為順利地 完成本次畢業(yè)設(shè)計(jì) 在此也向他們表示真摯地感謝 最后 再次感謝每一位老師和同學(xué)對(duì)我的指導(dǎo)和幫助 第 27 頁(yè) 共 30 頁(yè) 參考文獻(xiàn) 1 上海市經(jīng)委節(jié)能辦公室 上海市機(jī)電工業(yè)管理局 中國(guó)電工技術(shù)學(xué)會(huì) 上海市機(jī) 工程學(xué)會(huì) 風(fēng)機(jī)水泵調(diào)速節(jié)能手冊(cè) 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 1987 10 15 2 劉行川 簡(jiǎn)明電工手冊(cè) 福建 福建科學(xué)技術(shù)出版社 2003 124 126 3 曾凡奎 新簡(jiǎn)明電工手冊(cè) 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2005 36 42 4 錢(qián)清泉 新編實(shí)用電工手冊(cè) 北京 電子科技大學(xué)出版社 1996 24 25 5 王桂琴 電工學(xué) 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2004 85 94 6 中國(guó)電子學(xué)會(huì)敏感技術(shù)分會(huì) 北京電子學(xué)會(huì) 北京電子商會(huì)傳感器分類 傳感器與 執(zhí)行器大會(huì) 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2006 54 59 7 電氣技師手冊(cè) 編委會(huì) 電氣技師手冊(cè) 福建 福建科學(xué)技術(shù)出版社 2004 254 258 8 李方圓 變頻器行業(yè)應(yīng)用實(shí)踐 北京 中國(guó)電力出版社 2006 41 43 9 吳忠智 吳加林 變頻器應(yīng)用手冊(cè) 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2002 436 438 10 勞動(dòng)和社會(huì)保障部教材辦公室組織編寫(xiě) 變頻器技術(shù) 北京 中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出 版社 2004 1 10 11 勞動(dòng)和社會(huì)保障部教材辦公室組織編寫(xiě) 可編程序控制器及其應(yīng)用 北京 中國(guó) 勞動(dòng)社會(huì)保障出版社 2001 4 20