plc与变频器说课

第1篇：plc与变频器说课

浅谈技工院校中PLC与变频器的综合教学

摘 要：随着我国人民生活水平的不断提高，越来越多的大中型企业利用先进的自动化技术进行生产工作。为了让技工院校学生实习后能更好地适应企业。结合技工院校中学生的实际情况，主要从提高学生的学习兴趣、调动学生的积极性出发，达到学做合一的目的。以日常生活中的恒压供水为例，讨论在PLC与变频器相结合的综合教学中采用的教学方法，为学生步入社会、走向工作岗位打好基础。

关键词：PLC可编程控制器;变频器;恒压供水

一、创设情境，任务描述

某居民小区为了实现恒压供水，应用压力开关根据管内压力实现对泵的运行速度的控制，当压力增大(用水量小)到上限压力时，减小泵的速度;当压力减小(用水量大)到下限压力时，提高泵的速度，从而实现管内压力的恒定。

接到任务后，教师根据班级人数及实训条件将学生分为若干小组，并指定组长。由各组组长进行组内成员分工，准备相关设备、工具及材料。教师带领学生学习安全操作规程、隔离方法以及安装工艺要求;学习变频器调速的原理、恒压供水系统的组成与原理。采用小组讨论的方式，制订设计方案;对结果进行表述与展示。师生共同讨论，并最终作出决策。

变频恒压供水系统的供水部分主要由水泵、电动机、管道和阀门等构成。通常由鼠笼式异步电动机驱动水泵旋转来供水，并且把电机和水泵做成一体，通过变频器调节异步电机的转速，从而改变水泵的出水流量而实现恒压供水。因此，供水系统变频的实质是异步电动机的变频调速。异步电动机的变频调速是通过改变定子供电频率来改变同步转速而实现调速的。

异步电机的转速为：n=60f(1-s)/p;

异步电机的转差率定义为：S=(n1-n)/n*100%;

异步电机的同步速度为：n1=60f/p;

其中：n1为异步电机的理想空载转速;n为异步电机转子转速;f是异步电机的定子电源频率;p为异步电机的极对数。

从上式可知，当极对数p不变时，电机转子转速n与定子电源频率f成正比，因此连续调节异步电机供电电源的频率，就可以连续平滑地调节电机的同步转速，从而调节其转子的转速。这种调速方式需要专用的变频装置，即变频器。最常用的变频器采取的是变压变频方式。在改变输出频率的同时也改變输出电压，以保证电机磁通基本不变。其关系为：U1/f=常数。(式中：U1——变频器输出电压，f——变频器输出频率)

变频调速时，从高速到低速都可以保持有限的转差率，因而变频调速具有高效率、高精度、调速范围广、平滑性较高、机械特性较硬的优点。因此，变频调速是交流异步电机的一种比较合理和理想的调速方法，它被广泛地应用于对水泵电动机的调速。

二、变频器的参数设定

教师给出运行曲线图，并由各小组在规定时间内根据任务要求，以各种流程图的形式设定变频器的运行参数以及基本参数，并上台展示;最终师生共同探讨出结论。变频器的运行频率7个：15 HZ、25 HZ、30 HZ、35 HZ、40 HZ、45 HZ、50 HZ和基本参数12个：转矩提升4%、上限频率50 HZ、下限频率5 HZ、基底频率50 HZ、加速时间3 s、减速时间4 s、电子过流保护3 A、启动频率8 HZ、加减速参考频率50 HZ、时间单位秒2、逆转防已选择1、操作模式选择3。

在恒压供水系统中，变频器频率调节的范围是有限的，不可能无限地增大和减小。当正在变频状态下运行的水泵电机要切换到工频状态下运行时，只能在50 HZ时进行。50 HZ就成为变频器频率调节的上限频率。当变频器的输出频率已经到达50 HZ时，即使实际的供水压力低于设定压力，也不能增加变频器的输出频率。当电动机运行频率下降到某一个值(5 HZ)时，实际的供水压力不会随着电动机频率的下降而下降。这个频率(5 HZ)就是电动机运行的下限频率。

三、用PLC实现恒压供水系统设计

根据任务要求，各小组共同探讨输入/输出分配表，教师进行适当的引导，对落后的学生给予鼓励和帮助。最后师生共同探讨出结论：控制电动机的启动和停止需要2个输入点，变频器极限频率的检测信号(下限压力和上限压力)占用PLC的2个输入点，共需4个输入点。水泵电机M，可以实现七种速度变频运行，也可以工频运行，需PLC的3个输出点，控制变频器使电动机正转运行需要1个输出点，共需要4个输出点。系统所需的输入/输出点数量共为8个点。对恒压供水系统的基本要求如下：

(1)要有完善的保护功能。

(2)PLC程序设计要满足恒压供水系统任务的要求。

(3)避免水泵电机工作时间过长。

四、评价反馈

此环节分为自我评价、小组评价和教师评价三部分。通过互相评价，学生能够取长补短、互相学习、共同进步，增加成就感和进取心。

教师应致力于营造生动活泼的教学氛围，引导学生积极思考和探究，并以创新精神去理解和运用知识;课堂上坚持以学生为主体、教师为主导的原则，适时引导学生积极参与教学过程，在此过程中发现和理解知识;注重激发学生的学习兴趣，提高学生的学习积极性;利用学生“好动、好奇”的特点，从学生熟悉的生活情境和感兴趣的事物出发，提供观察和操作的机会，充分发挥学生学习的自觉能动性，让学生在操作中获得正确的认知，为学生走向社会，更快、更好地适应工作打好基础。

参考文献：

[1]徐铁.PLC应用技术.中国劳动和社会保障出版社，2007-08.

[2]战丽红.变频技术及变频器刍议[J].现代制造，2011.

作者：李静

第2篇：解析PLC与变频器在组合机床电气控制中的应用

摘 要：本文主要阐述了PLC与变频器在组合机床电气控制中的应用情况，主要以一台镗孔专机与电气原理图为例阐述了PLC的工作原理、设计原理等。

关键词：PLC;变频器;组合机床;应用

对于组合机床的电气控制来说，其主要要求分为三个阶段：一是图纸的绘制，二是电气的安装，三是用户的验收。本文主要以镗孔专机为例进行讲解，主要描述了电气原理图、PLC设计思路、变频器参数设置等等。

1.电气系统控制要求分析

镗孔专机的主轴机M1变频电机主要采用的是YP-50-22-6B，冷却风机主要采用380V120W功率。

按照机械传动比折进行计算，得到的电机转速主要控制在600rpm与2000rpm之间，进行连续调试;通过计算可知，我们将变频器控制在30HZ与100HZ频率范围之内;速度的调节主要通过电位器;镗孔专机的主轴主要分为两种工作方式：一是点动，二是连动。

工作台快速进给电机M2主要使用Y112M-4三相异步电机，而制动器主要采用T3523装置。

工作台慢速进给电机M3变频电机主要采用YP-50-3.0-6型号，冷却风机主要采用220V50W型号;慢速进给的速度主要为每分钟1.25毫米到50毫米之间(根据计算的结果，电机转速要求在50rpm与2100rpm范围之间)。在换算之后，变频器的频率范围主要控制在2.3HZ与105HZ之间，速度调节主要通过电位器。

机床润滑主要采用PYZ-1A进行集中润滑站。

机床照明主要采用AC24V/40W电压。

电柜散热的流风扇采用125FZY2-S。

2.机床主电路设计

从下图的电气原理图可以看出，主轴机电M1的功率主要为22KW，是一种六级的变频机电，根据实际需要，本文主要采用的变频器为MR-G7B4030，CDBR-4030B为主要的制动单元，但是，配制电阻单元一般都需要高昂的价格，因此，我们主要使用三个并联的2000W/60 电阻器，通过交流接触器KM1对变频器的通电情况进行控制。

工作台快速进给电机M2采用4KM功率，快进和快退主要通过交流接触器KM2/KM3进行控制，而断路器QF2主要起到过载和保护短路的作用。

3.PLC梯形图程序设计

图1 控制原理图

本文的镗孔专机的电气顺序控制要求主要有几方面：

3.1.急停。如果遇到紧急情况，可以按一下“急停”的按钮SB1，这时，机器的主轴就会停止转动，运动也会立刻停止。

3.2.变频器电源的控制。在电气柜接通电源之后，并且PLC的工作一切正常，这时，交流接触电器KM1得电吸合。同时，机器的主轴变频器UI主处于供电过程中;KM4得电吸合，工作台的变频器UⅡ就进入了供电状态。

3.3.主轴变频电机控制。首先，点动工作方式主要为：方式开关SA1旋转到点动位置以后，这时将主轴的正转按钮SB2按住不动，那么，主轴变频器电机M1开始转到正点;如果按住主轴的反转按钮SB4不动，机器的主轴变频器M1就会向反方向转动;如果松开按钮，主轴就会停止转动。

其次，连动工作方式主要为：方式开关SA1旋转到连动位置之后，这时，按住主轴的正转按钮SB2不动，那么，KA2通电，主轴变频电机M1转到正点;按住主轴的反转按钮SB4，KA3通电，主轴变频电机M1朝反方向旋转;按住主轴的停止按钮SB4，那么，主轴就会停止转动，主轴转动的速度主要是根据对电位器RP1进行调节来实现的。

3.4.工作台运动的电气控制。从纵向来看，工作台的运动主要受到电机M2的驱动，而工作台的慢速运动主要是根据变频电机M3驱动，而工作台调速电位器PR2可以实现慢速运动的调节。

首先，纵向快速运动：按住SB5按钮不动，接触器KM2开始通电，在通电之后，快速制动器YB1开始松开，纵向快速电机M2开始启动，朝着正点方向转动。工作台开始转动，并且以较快的速度向左转，将SB5松开以后，KM2断电，M2、YB1断电，工作台则停止向左转动，将按钮SB6按住不动，接触器KM3通电，快速制动器YB1通电后松开，纵向快速电机M2开始向反方向转动，工作台快速向右转动，将SB6松开，KM3断电，M2、YB1断电，工作台向右转动行为停止。

其次，纵向慢速运动：按住SB7按钮不动，微型继电器KA6通电，纵向慢速变频电机M3开始启动，工作台向左进行慢速运动，将停止按钮SB8按住，KA6断电，工作台开始以较慢速度朝左运动。将按钮SB8按住不动，微型继电器KA7通电，纵向慢速变频电机M3开始启动，相反方向转动，工作台向右从事较慢的连续运动，按住停止按钮SB8，KA7断电，工作台开始向右从事慢速运动。

最后，SQ1完成工作台的左限位，SQ2完成右限位。在工作台工作过程中，将行程开关SQ1限位压住，按住快退按钮或者慢退按钮，使其远离限位区域。与此同时，在工作台后退过程中，按住SQ2限位开关压住，按住快进按钮或者慢进按钮，让其离开限位区域。

3.5.机床的润滑控制。将电源开关QF闭合起来，将润滑站RYZ-1A集中在一起，润滑每一个润滑点，而润滑的时间与间隔主要根据实际情况对润滑站及进行操作。

3.6.报警灯信号的控制

主轴的报警信号灯HL2亮起：1)按住“急停”按钮。2)主轴变频器输出报警。3)主轴变频电机冷却风出现过载情况或者短路情况，QF1断路器跳闸。

工作台报警信号灯HL1亮起：1)将“急停”按钮按住不动。2)工作台变频器报警HL1不断闪动。3)工作台快速电机出现过载现象或者短路行为，QF2断路器跳闸。4)将润滑站RYZ-1A集中在一起，少量润滑。5)限制工作台位。

从上述的机床动作控制要求我们可以绘制出以下的梯形图程，如下图：

图2梯形图程序

4.变频器基本参数分类设置

4.1.电柜在接通电源之后，在自学习模式情况下对变频电机的基本参数进行设置，例如电压、电机的额定功率、基本频率以及转速等等，首先进行旋转形的自学习，其次按住RUN键不动，让电机进行自我运动。将以上数值和自学习检测所得的电机参数都写到变频器之中，自学习之后，对频率进行设置，尤其是最高的频率参数E1-04。

4.2.控制模式的参数设置为：A1-02(没有PG 的v/f控制)。

4.3.运行模式的参数设置：bl-0l、b1-O2、b1-O3。

4.4.直流制动的参数设置.b2-O1、b2-O2、b2—08。

4.5.DWELL的功能设置：：b6-01～b6-04(主要为起停时间以及频率)。

4.6.加时与减时的参数设置：：cl-Ol、cl-02。

4.7.添加新动作时的润差补偿设置：：c3—0l、c3一O4。

4.8.转矩补偿的设置：c4—01。

4.9.载波频率的设置：c6-O2、c6—03、c6—04.

4.10.v/f特性设置：E1～O1～E1—13(输入/最大电压380 V;v/1曲线选择;基本频率50 Hz等).

4.11.多功能接点输入的设置：HI-01设置为24、HI-02设置为l4.

4.12.电机保护的设置：Ll一01设为变频电机.

4.13.防失速功能的设置：L3一O4设为3(安装制动单元时).

4.14.硬件保护的设置：L8一O1～I 8—03、L8—05、L8—07、L8—10(缺相保护、过热预警、风机控制等).

4.15.显示设定、多功能选择设置：O1—01～O1一O5及02-01～O2-18.

我们完成了上面的这些参数设置以后，其他的参数要根据实际情况，在缺省值的基础上进行调试。

结语：和继电器硬件逻辑控制系统相比较，PLC控制系统更具优越性，在进行现场调试的时候，PLC系统可以根据实际情况对程序进行修改，从而使得机床的动作控制可以进行调试。在PLC与变频器使用中，通过PLC上面的I/O指示灯显示，我们可以对设备进行相应的检测和维修。工作台的进给运动速度调节主要通过变频无极，它可以使传动部分的机械结构进一步简化。PLC与变频器在组合机床电气控制中的应用可以使设备的自动化提高，不管是程度还是稳定性，PLC与变频器的运用具有丰富的现实意义，设备的安装与调试工作完成之后，每一项指标都达到要求的情况下，便可以交付使用了。

参考文献：

[1]光洋电子(无锡)有限公司.可编程控制器SH 系列用户手册[z].无锡：光洋电子有限公司，2008.

[2]光洋电子(无锡)有限公司.可编程控制器S系列编程手册[Z].无锡：光洋电子有限公司，2009.

[3]徐如敬.PLC和变频器在中央空调系统中的节能应用[J].电气技术，2009(1)：34—37.

[4]罗宇航.流行PLC实用程序及设计(西门子S7—200一系列)[M].西安：西安电子科技大学出版社，2004.

[5]邱涛.基于DSP的双PWM 变频调速系统研究[D].广东工业大学，2006.

作者：杨传书

第3篇：一体化教学在PLC与变频器技术教学中的应用

摘 要：随着理工科学生就业市场的不断升温，为适应这一需求变化，大多数理工科院系都开设了PLC与变频器技术教学，然而从学生基础实际上看，学生理论基础较为薄弱，同时学习习惯差，而学习积极性又不高，厌学情绪严重，这就使得课堂授课难度大大增加。同时，PLC与变频器技术课程本身又有着极强的实践性和极高的操作要求，因此，这就需要教师积极改变教学模式，改变以往教学中不合理的成分和因素，通过开展一系列教学方法调整，实现教学效果质的改变。

关键词：一体化教学;PLC与变频技术;教学应用

随着我国职业教育工作不断调整，教学改革步伐不断加快，教学要求不断提高，开展一体化教学工作已经成为当前职业教育的运用与典范。教师作为职业教学的实施者和开拓者，想要培养高技能人才，将社会需求与学生结构紧密联系，就需要我们将一体化教学方法改革与学生理论知识与能力培养紧密联系。通过教学方法的不断优化升级，改变传统教学模式，提升学生技能，最终助推学生形成综合素质，从而适应市场需要。

一、PLC与变频器技术教学现状概述

为适应就业市场需求，结合学生培养特点，近些年来大多数高职类院校都开展了PLC与变频器技术这一课程，而这一课程开展效果并不理想，在以往教学过程中，大多将理论教学与实际教学分开进行，学生理论掌握与实践操作之间存在严重脱节，PLC与变频器技术课程对学生理论学习水平要求较高，而理论知识功底一旦不牢固，就很容易使得实践环节出问题。

然而现阶段的教学过程中，往往是实践与理论严重脱节。这就使得学生对PLC与变频器技术缺乏兴趣，仅重视实践过程。但如果在PLC与变频器技术教学过程中依旧使用传统教学方法，所需解决问题更多，缺乏兴趣激发的教学方式会使学生对编程指令、变频技术理念等理论知识学习更缺乏兴趣，同时学生缺乏足够兴趣，容易使得学生对PLC与变频器技术运行程序缺乏熟知，从而不能综合应用程序中各环节、各部分。通过对PLC与变频器技术课程采用一体化教学，才能有效改变不合理的教学现状，从而发挥理论水平应有的作用。

二、PLC与变频器技术教学方法上存在的问题及原因分析

PLC与变频器技术课堂教学效果并不理想，之所以出现这一现象，原因主要出现在教学方法上，教学方法不合理，才使学生对理论知识缺乏足够兴趣。正是理论知识与活动实践发展断层造成的，割裂理论教学与实践活动之间的联系，教学效果差也就不难预料。

1.单独开展理论教学，学生缺乏学习兴趣与认知度

脱离了教学实践的理论教学无疑是单调的，而且脱离实践环节之后，整个教学过程效果就被大打折扣。而PLC与变频器技术教学基本面向高职院校学生开展，这一类型学生学习基础较差，如果教学课堂单调乏味，加上缺乏高效互动就很容易使课堂陷入教师单独表现的环节，传统教学方法上，一味机械讲述，并不重视强调各知识点的注意事项和应用要求，加上多数教师不负责任，只简单照搬书本内容，就使学生误认为实践动手课程远远比理论知识学习重要。

2.理论教学与实践教学分离操作，教与学相脱节

PLC与变频器技术课程极具理论性特点，而理论知识的复杂性和枯燥性就使学生对知识学习缺乏兴趣，而学生虽然对专业操作课的学习感兴趣，但专业操作课联系需要理论知识做支撑，缺乏专业知识作支撑，整个实践教学就如同空谈。学生缺乏专业理论知识做支撑，因此，所做的实践操作也只能是机械模仿操作，并不能真正理解实践操作的原因和原理。在开展PLC与变频器技术课程的具体操作教学过程中，大多数教师并不能从学生的实际学习状况和理解状况出发，简单讲述知识点，缺乏体系化理论讲解就使得学生不能形成系统化操作技能，更谈不上对PLC与变频器技术课程的兴趣和深化学习，而教学的教与学则实现了完全脱节，学生的职业能力难以提高，学生也就无法培养对PLC与变频器技术的学习积极性。

3.教学考评偏离，缺乏以学习实效为主体的考评方式

在传统教学活动中，教学考评往往是围绕教师及教师的教学完成情况进行的。完全忽视了学生的学习和掌握情况，而整个考评体系的核心是以教师为中心开展的，完全忽视了学生的实际状况，忽视了学生能否接受知识等事实，而这种不合理的考评体系也影响学生的学习积极性，同时整个教学活动并不能与教学实际相结合。教学考评偏离教学实际，偏离教学实际效果，学生被动听讲，就容易使理论教学与实践教学相脱离。PLC与变频器技术课程想要让学生具体掌握，并应用至实际，就需要破除这种不合理的考评机制，将学生学习效果和具体技能掌握情况落在实处，付诸具体，要把学生掌握知识情况、学习知识情况作为教学考核的基本标准。

4.教学缺乏整体性和合理性，教学安排不合理

PLC与变频器技术教学只有在合理的、极具整体的氛围内，才能实现教学的根本要求和本质理念，然而在PLC与变频器技术教学过程中，理论教学和实际操作教学往往是由两个教师、甚至多个教师完成的，整个教学过程中，理论教学与实践教学并没有形成有效互动，实际操作教学老师只会从自身授课角度出发，并不能从理论上对这一学科形成认识和重点问题提示，而理论教学老师也是如此，仅从自身理论角度指出操作过程中的基本要求，并不是在操作现场获得的一手知识和结论，整个教学体系之间相互脱节，教学内容与教学方法之间很难形成互动系统，更不能对学生职业素质进行有效培养，而学生的职业技能也不能得到有效进步。

三、一体化教学在PLC与变频器技术教学中的具体应用措施

结合现阶段PLC与变频器技术课堂教学过程中，很多教育工作者依旧将理论知识教学与实际操作方法分开完成这一不合理做法，就必须采取相对应的解决方法与策略。而这一不合理做法实质上对开设这一课程的机电专业来说，教专业课的教师并不能专心从事教学工作，而学生则不能学到真正知识和实践技能，而学生学不到专业知识，就不具备从事这一专业就业的技能和素质，不利于学生的未来就业。

1.在PLC与变频器技术教学中实施一体化教学的可能性分析

进一步集中教学过程，梳理和优化教学环节，也可以将PLC与变频器技术课堂教学统一放在车间来完成，通过这一方式，最终将理论教学与实践教学交替进行，也能够将学生知识培养、职业技能、业务素养培养紧密结合起来。通过现场化教学方法，一体化教学能够让整个理论知识学习过程更加生动，打破枯燥的课堂教学，从而高效激发学生的学习积极性，而理论实践一体化教学正是对PLC与变频器技术课程教学最好的指导理念。而PLC与变频器技术教学的具体特点，决定了实施一体化教学能够解决以往教学中存在的问题和不足。

2.制定符合PLC与变频器技术教学实际的教学大纲和教学计划

PLC与变频器技术教学课程想要高效开展，离不开结合实际的课程标准和教学计划，这就要求我们首先要结合教学实际，制定电气自动化设备相关的安装与维修计划，通过将以往专业理论课教学内容与教学资源相整合，将PLC与变频器技术教学体系内所包含的内容整合在一个统一的课程标准和教学计划中去，通过层次性教学、差异化教学，统一开展的PLC与变频器技术教学课程将采取理论教学与实践教学相结合的教学方法，学生边学习边实践，无论是交流电理论、直流电理论，还是电器控制电动机点动技术都能在实践中掌握。学生不仅应该掌握学会PLC与变频器控制技术的相关逻辑编程，还能够掌握电工电子技术的理论知识，从而将理论学习与实践操作完美结合。在开展一体化教学过程中，学生的学习积极性得到最大程度的发掘，学生对知识的掌握和应用从被动的局面转向积极主动的局面。而学生参与课程标准和教学计划的编写，能够让学生主动参与教学活动，也能够对自身学习实践形成良好指南。

3.开展多元化、多样化的一体化教学活动

在一体化教学开展过程中，我们应该防止教学过分注重整体和系统，而忽视对学生个人和教学实际状况的把握，一体化教学也不能完全放在一个整体中开展，在开展教学过程中，应该将学生划分为若干小组，由整体分割为小的整体，不仅能够方便每一个学生都积极参与教学活动中来，同时也能够帮助组内成员合理分工，通过积极锻炼学生沟通能力和团体协调能力，让每一个学生都能够得到锻炼。同时，这一做法也能细化教学过程，能够对学生的学习状况进行高效、全面把握，同时可以根据学生实际掌握情况，调整教学方案和教学思路。而多元化和多样化教学思路才能帮助我们培养符合市场需要、满足市场需求的高素质技术技能型人才。

4.建立阶段性考核与分组考核机制，重视学生理论知识与实践应用结合掌握状况

要打破传统考核方式，将考核贯穿平时，当学生每做完一项任务时，就应该对学生的掌握情况进行考核，PLC与变频器技术包含内容很多，只有体系化开展教学，系统化开展培训，才能使得整个教学落到实处，而一体化教学的开展效果是否理想，也需要通过考核检验，因此，也将重视考核学生理论知识与实践应用掌握状况，通过相应考核方式，不断总结教学经验，同时优化教学策略，并根据教学实际探索新的教育教学方式，通过学生主动性提升，显著提高学生的业务素质和职业技能。

四、结语

而要有效扭转这一不利局面，就需要我们在开展PLC与变频器技术教学过程中，将理论知识教学与实践操作教学紧密结合起来，通过开展理论与实践一体化教学法，打破理论教学课与实践教学课相脱节的局面，而开展的一体化教学也会将课堂知识、理论学习、具体操作、实践教学、技能培养紧密结合起来。

参考文献：

[1]应力恒.基于工作过程的课程项目化教学改革[J].职业技术教育，2013(5)：35-36.

[2]周开鸥.“机电传动与PLC技术”课程项目化教学改革探索[J].机械管理，2013(7)：119-122.

基金项目：本文系2012海南科技职业学院校中青年科研基金，批准号：HKYZQJ-2012-01;2013年海南省高等学校科学研究项目，批准号：Hjkj2013-60。

?誗编辑 谢尾合

作者：杨征

第4篇：《PLC与变频器综合实训》课程教学大纲

课程类型：C类 学时数： 30学时 学分数： 2学分

适用专业：电气自动化技术、机电一体化技术、检测技术及应用、计算机控制技术专业

一、课程的性质与任务

《PLC与变频器综合实训》课程是电气专业群的一门专业核心课程。综合实训以PLC和变频器控制电机为主线，通过学生对具体硬件电路的认识加深学生对其电气原理图的了解，通过对控制程序的编写，使学生综合运用PLC技术、变频技术、交流调速等多方面的知识，把多门专业课程有机结合，培养学生综合技术能力和综合素质。课程结束后可参加 “维修电工(高级)”、“可编程控制系统设计师(中级或高级)”技能鉴定，获取相应的资格证书。

二、实训教学内容及学时分配

项目一

PLC控制系统硬件设计(2学时)

(1)基本要求：熟练掌握PLC控制系统硬件的选择、设计。 (2)教学内容：

子任务一

PLC控制系统硬件的选择(1学时) 子任务二

PLC控制系统硬件的设计(1学时) 项目二

PLC控制系统软件设计(16学时)

(1)基本要求：熟练掌握PLC控制系统软件程序的编写、录入、编译与调试。 (2)教学内容：

子任务一

PLC控制系统软件程序的编写(10学时) 子任务二

PLC控制系统软件程序的录入(2学时) 子任务三

PLC控制系统软件程序的编译与调试(4学时) 项目三

触摸屏人机界面设计与组态连接(6学时)

(1)基本要求：熟练掌握触摸屏人机界面的设计与组态连接。 (2)教学内容：

子任务一

触摸屏人机界面的设计(4学时) 子任务二

触摸屏人机界面的组态连接(2学时) 项目四

变频器选型与参数设置(6学时)

(1)基本要求：熟练掌握变频器类型的选择原则与参数设置。 (2)教学内容：

子任务一

变频器类型的选择原则(2学时) 子任务二

变频器参数设置(4学时)

三、考核方式

1、考试方式： 实际操作。

2、课程成绩评定：最终考试成绩占总成绩的60%，平时成绩占总成绩的40%(包括出勤、上课纪律、提问等)。

四、教学参考书目

参考书目：

《PLC与变频器技能实训》 高等教育出版社

方爱平

《变频器功能应用从入门到精通》 深圳市技成科技有限公司《四门子与变频器综合应用》 中国电力出版社

陈浩 李金成

第5篇：基于PLC与变频器的恒压供水系统

摘要：阐述了恒压供水的构成框图、工作原理及软件构成，侧重于给出恒压供水的实现思路。

关键词：PLC 变频器 恒压供水

中图分类号：TM921.51 文献标识码：A 文章编号：1007-9416(2014)04-0018-01

PLC作为新一代工业自动化控制装置，具有可靠性高、编程简单、通用性好、维护简单等优点，被广泛应用于冶金、化工、机械、电子、电力等几乎所有的工业领域;触摸屏技术的发展，也为人机对话提供了良好的平台。

我公司大部分设备需用循环冷却水，但又受生产淡旺季、产品结构变化等因素的影响，经常出现冷却水供应、使用的不平衡，这主要表现在冷却水管网水压上，用水量大时，水压偏低、流量偏小;用水量小时，水压则偏高、流量偏大。将其控制系统进行改造，采用PLC、变频器、触摸屏等控制后，不但解决了上述水压不稳的问题，还有操作界面友好、节能降耗、降低维护成本等优点。

1 构成框图

该系统由触摸屏、PLC、变频器、压力变送器等组成，其构成框图如图1所示。

PLC：采用三菱FX1N-24MR，且选用配套的FX0N-3A模块，采集冷却水供水总管上的水压信号，并将其转换为4～20mA的电信号给PLC。变频器：采用三菱FR-A540系列。触摸屏：采用三菱F930GOT，显示设定水压、实际水压、水泵的运行时间、转速、报警信号等。

2 工作原理

公司冷却水供应由2个泵组成，安装在公司冷却水供水总管上的压力变送器，采集水压信号，并将其转变为电信号给PLC，PLC将该信号与触摸屏上的设定值进行比较并计算，并将结果输出给变频器，控制变频器的频率值，从而控制水泵电机的转速，进而控制冷却水的压力。如用水量增大，1#泵转速达到额定转速也无法满足工艺要求时，系统自动将1#泵切换到工频电网上，同时启动、调节2#泵，直到采集到的水压稳定在水压设定值。如用水量减小，2#泵运行到下限频率时，系统自动将1#泵停运，2#泵继续通过变频器调节水压。此时，如用水量又增大，2#泵转速达到额定转速也无法满足工艺要求时，系统自动将2#泵切换到工频电网上，同时启动、调节1#泵，直到采集到的水压稳定在水压设定值。如此循环，实现自动恒压供水。

3 系统软件

系统的软件包括变频器参数设定和PLC程序设计。

3.1 变频器参数设定

变频器变频运行，当水泵电机转速过低时，容易形成“空转”现象，所以将其变频下限设为20Hz;水泵电机可高速运行至额定功率(50Hz)，所以将其变频上限设定为50Hz。除此之外，变频器还自带欠压保护、过压保护、过载保护等功能，当电网电压异常或水泵出现异常时可及时发出警报。

3.2 PLC程序设计

PLC的程序设计包括手动控制和自动控制的程序设计，手动部分是通过按钮控制水泵电机在工频下的运行与停止，供调试、维修用;自动控制程序采用PID调节指令，在此不作详细论述。

4 系统优点

(1)冷却水压力可根据产品工艺要求在可设范围内任意设定，并将当前实际压力与设定压力显示在触摸屏上。(2)水泵电机启动由变频器控制，避免了直接启动的大电流给供电电网的冲击，既避免了对周边设备的影响，也能延长水泵电机的有效使用寿命。(3)工作泵与备用泵轮换运行，保证各泵有基本相同的运行时间，避免了因备用泵长期不用而发生的锈蚀现象。(4)有效降低水泵电机的运行能耗，节电率至少可达30%。

5 结语

该控制系统具有功能强大、性能稳定、运行可靠等优点，硬件品牌可根据个人实际情况合理选用，稍作改进，可广泛用于生活供水、消防供水、中央空调系统、集中供热等供水系统。

参考文献

[1]王红梅，方贵盛.基于PLC与变频器的恒压供水节能技术研究[J].浙江水利水电专科学校学报，2009，(12).

[2]韩卫杰.PLC和变频器在城市小区恒压供水中的应用[J].科学之友，2008，(10).

[3]杜韦辰，张世俊.基于PLC与触摸屏的恒压供水系统的设计[J].兰州石化职业技术学院学报，2010，(6).

第6篇：PLC与变频器控制恒压供水系统设计方案

随着变频调速技术的发展和人们对生活饮用水品质要求的不断提高，变频恒压供水系统已逐渐取代原有的水塔供水系统，广泛应用于多层住宅小区生活消防供水系统。然而，由于新系统多会继续使用原有系统的部分旧设备(如水泵)，在对原有供水系统进行变频改造的实践中，往往会出现一些在理论上意想不到的问题。本文介绍的变频控制恒压供水系统，是在对一个典型的水塔供水系统的技术改造实践中，根据尽量保留原有设备的原则设计的，该系统很好的解决了旧设备需要频繁检修的问题，既体现了变频控制恒压供水的技术优势，同时有效的节省了资金。

1、 系统介绍

变频恒压供水系统原理，它主要是由PLC、变频器、PID调节器、TC时间控制器、压力传感器、液位传感器、动力控制线路以及3台水泵等组成。用户通过控制柜面板上的指示灯和按钮、转换开关来了解和控制系统的运行。

通过安装在出水管网上的压力传感器，把出口压力信号送入PID调节器，经运算与给定压力参数进行比较，得出一调节参数，送给变频器，由变频器控制水泵的转速，调节系统供水量，使供水系统管网中的压力保持在给定压力上;当用水量超过一台泵的供水量时，通过PLC控制器加泵。根据用水量的大小由PLC控制工作泵数量的增减及变频器对水泵的调速，实现恒压供水。当供水负载变化时，输入电

机的电压和频率也随之变化，这样就构成了以设定压力为基准的闭环控制系统。

同时系统配备的时间控制器和PID控制器，使其具有定时换泵运行功能(即钟控功能，由时间控制器实现)和双工作压力设定功能(PID控制器和时间控制器实现)。此外，系统还设有多种保护功能，尤其是硬件/软件备用水泵功能，充分保证了水泵的及时维修和系统的正常供水。

2 、工作原理

2.1 运行方式该系统有手动和自动两种运行方式： ⑴. 手动运行

按下按钮启动或停止水泵，可根据需要分别控制1#-3#泵的启停。该方式主要供检修及变频器故障时用。 ⑵. 自动运行

合上自动开关后，1#泵电机通电，变频器输出频率从0Hz上升，同时PID调节器接收到自压力传感器的标准信号，经运算与给定压力参数进行比较，将调节参数送给变频器，如压力不够，则频率上升到50Hz，1#泵由变频切换为工频，启2#变频，变频器逐渐上升频率至给定值，加泵依次类推;如用水量减小，从先启的泵开始减，同时根据PID调节器给的调节参数使系统平稳运行。

若有电源瞬时停电的情况，则系统停机;待电源恢复正常后，系统自动恢复运行，然后按自动运行方式启动1#泵变频，直至在给定水压值上稳定运行。

变频自动功能是该系统最基本的功能，系统自动完成对多台泵软起动、停止、循环变频的全部操作过程。

3、电路图

NL1L2L3QSFU1FU2FU3U1V1W1U2V2W2U3V3W3QSKM0U1V1W19变5频器34U2V2W2KM2KM1KM3KM5PLC传感器KM4KM6FR1FR2FR3M13～M23～M33～

4、制电路图

5、原理图

6、控制流程图

7、结语

在供水系统中采用变频调速运行方式，系统可根据实际设定水压自动调节水泵电机的转速或加减泵，使供水系统管网中的压力保持在给定值，以求最大限度的节能、节水、节地、节资，并使系统处于可靠运行的状态，实现恒压供水;减泵时采用“先启先停”的切换方式，相对于“先启后停”方式，更能确保各泵使用平均以延长设备的使用寿命;同时针对所用3台电泵使用多年、需要定期进行检修的实际情况，增加了硬件/软件备用功能，有效延长了设备的使用寿命;压力闭环控制，系统用水量任何变化均能使供水管网的服务压力保持给定，大大提高了供水品质;变频器故障后仍能保障不间断供水，同时实现故障消除后自启动，具有一定的先进性。目前该系统已投入使用，效果明显。

第7篇：PLC与变频调速技术培训总结

PLC技术听课总结

罗雪佳

受学校的安排，我和同事于2012年5月11日去清新县职业技术学校参加校验交流活动的PLC技术课程听课学习，通过这次的的听课，我认识到其他学校的老师在教学上的不同分析和参考了他们教学上的方式方法，现将我的心得体会总结如下：

此次听课主要内容是参照PLC编程与应用手册，教学内容是让学生掌握计数器、特殊标志位等指令能熟悉其编程格式及方法，进一步熟悉基本指令的应用。授课教师张晓龙利用投影辅助讲解，实物模型示范操作，让学生更直观的体验PLC技术的实用性，使学生在老师的讲解及示范过程中有问题可以及时解答，让学生更直观的了解本课题的重要性以及操作性。除此之外，授课教师张晓龙还在巡回指导过程中简单重复一次，强调注意事项，询问学生有没有存在问题，如有及时解答，必要时进行讲解示范操作，让学生在思考编程过程中遇到不能解决的问题可以即可帮学生解决并强调，也可以时刻刘奕学生对设备的违规操作，并及时给予指正。这是我最欣赏的地方，编程操作过程中遇到不能解决的文体可以让老师与自己共同解决，可以让学生能迅速将理论知识转化为实际操作。

整节课主要讲授计数器指令在PLC编程中的应用，了解正握计数器的功能，还有在实际编程操作过程中应注意的一些问题以及怎样去解决遇到的问题，授课教师对学生编程操作过程中出现的问题进行总结并讲解，让学生对自己在实际编程操作中遇到的问题金星反省及改正。

通过这次的听课学习，我对变频器的原理重要知识点有了初步了解，由于以前接触变频器相关的知识很少，而且时间有限，所以还有很多地方都似懂非懂，以后还要结合笔记和培训教材进一步的深入学习。

我参加此次培训的主要目的是学习PLC的相关知识，通过此次学习，通过张晓龙老师示范性的讲解，结合我们学校的设备和学生特性，使我找到了今后教学的方向。

第8篇：变频器和PLC恒压供水变频器系统的设计

摘要

随着社会的不断发展，工业自动化领域不断走入正规和壮大。对于人们日常生存等需求日益增加，实现工业自动化与智能化已经迫在眉睫。其中在城市供水系统中，可以通过可编程控制器(PLC)、变频器控制电机的转速以及PID控制来实现对城市恒压供水。

从上个世纪80年代至90年代中期，PLC领域得到了快速的发展，在这期间，PLC在处理模拟信号、数字信号以及人机交互等方面的发展，促使PLC技术大量应用于工业自动化控制领域。PLC具有通用性强、使用便捷简单、抗干扰能力强等优点，也使得PLC在工业控制中的地位，在可预见的未来，是无法替代的。

本文是依照西门子三菱 PLC为控制系统，来实现对恒压控制系统的手动及自动控制，通过三菱变频器来直接控制三相异步电动机的转速，从而实现恒压输出。变频器可以接收来自PLC的信号，主要分为手动和自动方式来调节水压。

本文主要针对恒压供水来设计，需要PID控制系统来调节水压，而一些变频器内置了PID功能，这也显示了变频器在工业领域的可实施性。通过压力设定值与压力变送器返回值进行比较，将偏差反馈给变频器内部的PID调节器，PID调节器经过运算处理，得出调节信号，从而实现闭环控制。

关键词：PLC、变频器、恒压、PID控制

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第一章 绪论

随着社会的迅速发展，工业也逐渐步入了4.0时代，机器人等一些智能化控制也逐渐进入了我们的生活。恒压供水一直以来是工业以及生活中维持生存的命脉。为了实现日常生活和工业生产的正常供水，我们必须寻找一种稳定的供水系统来解决昼夜用水量不同以及用户日益增加的问题。

PLC的快速发展发生在上世纪80年代至90年代中期。在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到了很大的提高和发展。PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。

PID控制是迄今为止最通用的控制方法之一。因为其可靠性高、算法简单、鲁棒性好，所以被广泛应用于过程控制中,尤其适用于可建立精确数学模型的确定性系统。PID控制的效果完全取决于其四个参数,即采样周期ts、比例系数 Kp、积分系数Ki、微分系数Kd。因而,PID参数的整定与优化一直是自动控制领域研究的重要课题。PID在工业过程控制中的应用已有近百年的历史，在此期间虽然有许多控制算法问世,但由于PID算法以它自身的特点，再加上人们在长期使用中积累了丰富经验，使之在工业控制中得到广泛应用。在PID算法中，针对P、I、D三个参数的整定和优化的问题成为关键问题。

1.1 PLC变频调速恒压供水系统的意义

近年来，由于工业迅猛的发展和人们日常物质的需求不断提高，这使得高塔供水系统的水压不稳定，从而影响工业生产和人们日常生活需求。为了提高供水水压的稳定性和恒速输出，我们可以通过三相异步电动机的转速来控制水压以及水速，三相异步电动机可以通过变频器来调节频率来控制电机的转速，为了实现整个恒压供水控制系统的手动以及自动控制，我们可以通过PLC来控制整个系统。

PLC是基于微型计算机技术的通用工业自动控制设备。由于PLC体积小、功能强、速度快、可靠性高，又具有较大的灵活性和可扩展性，目前已被应用到机械制造、冶金、化工、交通、电子、纺织、印刷、建筑等诸多领域。

变频器是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率的方式来控制交流电动机的电力控制设备。变频器主要由整流(交流变直流)、滤波、逆变(直流变交流)、控制单元、驱动单元、检测单元、微处理单元等组成。变频器靠内部IGBT的开断来调整输出电源的电压和频率，根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的，另外，变频器还有很多的保护功能，如过流、过压、过载保护等。随着工业自动化程度的不断提高，变频器也得

2 到了非常广泛的应用。

通过变频器、PLC以及继电器等元件组成的恒压控制系统具有较高的可靠性，对外界具有较高的抗干扰能力，PLC编程通俗易懂，易于控制，所需成本低等优良特点，使得PLC变频调速恒压供水系统在日常生活用水以及工业生产用水成为可能。

恒压供水系统在无人操作的情况下，可以完成对供水管道的恒压输出，保持供水的恒压输出也就是供水流量的稳定，根据力学原理，水泵的流量与电机的转速成正比。变频恒压供水系统的基本原理是依照系统中的压力传感器对系统供水管道中的压力进行实时检测，并通过过程控制的原理将压力信号和设定值进行比较，反馈给处理器，通过执行机构变频器，来完成对泵机转速的控制，使得在外界干扰的作用下，水压及水流量能稳定在某一范围内，这就是所谓的恒压控制系统。其意义可显而易见，保障恒压供水，可以使人们日常生活及工业生产更加方便和稳定。

1.2 国内外研究现状及发展

现在社会上，随着计算机的普及以及工业技术的不断完善，使得对供水的恒压控制已经成为可能。PLC技术的不断发展以及变频器的广泛应用，也使得恒压供水系统可靠性、实用性等性能得到体现。

从查阅的资料来看，国内供水系统发展比较缓慢，最开始是通过高塔供水系统来提供生活及工业生产供水，高塔供水系统最大缺点就是供水水压不稳定，随着社会的不断发展以及工业技术的不断进步，恒压供水系统是在变频器技术不断改善的基础上发展起来的，最先由于国外生产的变频器功能的局限性，在恒压供水控制系统中，变频器仅仅作为执行机构，就是单单接收控制器信号来控制电机的转速。为了满足供水时的恒压稳定输出，变频器也随之改进，人们在变频器内部囊括了PID控制，通过外部控制器和压力传感器，对压力进行闭环控制。

最初由于变频器技术的不成熟，国外的恒压供水系统在设计时都采用一台变频器控制一台电机的方式，很少使用一台变频器控制多台电机组的形式，这使得整个恒压供水控制系统成本高。随着变频技术的不断改善，以及PLC技术的巩固，使得变频恒压供水系统的稳定性、可靠性的性能显著提高。目前国内有不少公司在做变频恒压供水的工程，大多采用国外的变频器控制水泵的转速，水管管网压力的闭环调节及多台水泵的循环控制，有的采用可编程控制器(PLC)及相应的软件予以实现;有的采用单片机及相应的软件予以实现。但在系统的动态性能、稳定性能、抗扰性能以及开放性等多方面的综合技术指标来说，还远远没能达到所有用户的要求。

变频供水系统目前正在向集成化、维护操作简单化方向发展,在国内外，专门

3 针对供水的变频器集成化越来越高，很多专用供水变频器集成了PLC 或PID，甚至将压力传感器也融入变频组件。同时维护操作也越来越简明显偏高，维护成本也高于国内产品。 目前国内有不少公司在从事进行变频恒压供水的研制推广，国产变频器主要采用进口元件组装或直接进口国外变频器，结合PLC 或PID调节器实现恒压供水，在小容量、控制要求的变频供水领域，国产变频器发展较快，并以其成本低廉的优势占领了相当部分小容量变频恒压供水市场。目前在国内外变频调速恒压供水控制系统的研究设计中，对于能适应不同的用水场合，结合现代控制技术、网络和通讯技术同时兼顾系统的电磁兼容性(EMC)，的变频恒压供水系统的水压闭环控制研究得不够。因此，有待于进一步研究改善变频恒压供水系统的性能，使其能被更好的应用于生活、生产实践。

1.3本课题主要研究内容

本设计是按照中小城市自来水厂为研究背景，应用变频技术、PLC技术、过程控制技术等，实现对供水系统的恒压控制。

本设计采用三菱PLC和变频器，通过PLC系统的控制和变频器的变频变压，并且利用变频器内置的PID控制器来完成恒压的闭环控制。本文主要研究内容及结构如下：

1)针对PLC及变频器技术基础展开全文，介绍PLC的发展过程及应用、PLC的基本组成、工作原理等;简单介绍了变频器，包括变频器的基本组成单元、变频器的分类及工作原理。还简单介绍了PID控制技术。

2)针对供水系统的恒压控制的设计。本次设计采用选用三菱FX2N～32MR系列的可编程控制器，变频器选用型号为三菱的FR—A540，首先通过介绍了三菱FX2N～32MR的PID控制器引入主题，通过使用PLC的编程控制、变频器的主电路对电机的控制以及变频器内部PID功能模块对供水输出水压的反馈控制，我们仅需使用两者变实现对恒压供水系统的控制。本章还介绍了供水系统的组成、PLC编程软件等的内容。

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第二章 PLC和变频器技术基础

PLC是专门应用于工业控制的一种计算机，也就是人们所说的可编程控制器，在工业控制领域，它作为整个系统的控制中心，执行逻辑、顺序、计数、定时等功能，通过模拟量和数字量的输入输出信号，来控制工业生产的正常运行。

2.1 可编程控制技术

2.1.1 可编程控制器的发展过程及应用

PLC起源于美国，在1969年，美国数设备公司成功研制出第一台可编程控制器PDP-14，由于技术的局限，该产品功能比较简单，但这是首次采用程序化的手段应用于工业控制，因此被世界公认为第一台PLC。1971年，日本从美国引进了这项技术，很快也研制出本国的第一台PLC ，被命名为DSC-18。1973年西欧国家也相继研发出他们的产品。我国可编程控制器发展较晚，是从1974开始研制，1977年才应用于工业控制领域。从20世纪70年代开始，随着电子技术的迅猛发展，PLC采用通讯微处理器的技术逐渐发展成熟，使得PLC控制功能得到进一步的增强。20世纪80年代，随着集成电路等微电子技术的发展，以16位和32位微处理器构成的微机化PLC，使得PLC功能进一步加强，如工作速度快，抗干扰能力强、可靠性高、成本低、编程及故障检测更加灵活简单等。目前，PLC已进入成熟阶段，广泛应用于我们的日常生活领域和工业生产领域，如石油、化工、电力、建筑、汽车、环保、水力等各个行业。

2.1.2可编程控制器的组成和工作原理

可编程控制器组成包括CPU控制单元、I/O输入输出单元、内存单元、电源模块、底板或机架。

1.CPU控制单元

CPU控制单元是PLC的核心部分，CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现他们之间联系的数据、控制及状态总线构成，CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。CPU按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。CPU速度和内存容量是PLC的重要参数，他们决定了PLC的工作速度，I/O输入输出信号点的数量及软件的容量等，因此是PLC控制规模的决定性因素。

2. I/O输入输出模块

5 PLC输入输出模块是PLC控制系统接收信号和发出信号的模块，也就是与电气回路的接口。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。I/O分为开关量输入(DI)，开关量输出(DO)，模拟量输入(AI)，模拟量输出(AO)等模块。

常见的I/O信号的分类有：

开关量信号：输入输出信号按电压高低分类，有220VAC、110VAC、24VDC,按隔离方式划分，有集体管隔离和继电器隔离两种。

模拟量信号：按信号类型分，有电流型(4-20mA,0-20mA)、电压型(0-10V,0-5V,-10-10V)等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。

除了上述通用IO外，还有特殊IO模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数的限制。我们在设计过程中需要根据输入输出信号点的数量以及信号类型来选择PLC的类型。

3. 编程器

编程器的作用是用来供用户进行程序的输入、编辑、调试和监视的。编程器一般分为简易型和智能型两类。简易型只能联机编程，且往往需要将梯形图转化为机器语言助记符后才能送入。而智能型编程器(又称图形编程器)，不但可以连机编程，而且还可以脱机编程。操作方便且功能强大。

4. 电源

PLC电源用于为PLC各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源。电源输入类型有：交流电源(220VAC或110VAC)，直流电源(常用的为24VDC)。 可编程控制器的工作原理: PLC的工作方式与一般的计算机是不同的，它对I/O状态和用户程序作周期性的循环扫描、解释并加以执行，这一周期称为基本扫描周期，由程序长短和CPU指令执行时间所确定，一般为数十毫秒。开关控制输出方式可为继电器、晶闸管或晶体管，连续量输出可为电流或电压。

PLC工作的全过程可用图 2-1 所示的运行框图来表示。

6

图 2-1 可编程控制器运行框图

2.1.3可编程控制器的分类及特点

(一)小型PLC 小型PLC 的I/O 点数一般在128 点以下，其特点是体积小、结构紧凑，整个硬件融为一体，除了开关量I/O以外，还可以连接模拟量I/O 以及其他各种特殊功能模块。它能执行包括逻辑运算、计时、计数、算术、运算数据处理和传送通讯联网以及各种应用指令。

(二)中型PLC 中型PLC 采用模块化结构，其I/O 点数一般在256～1024 点之间，I/O 的处

7 理方式除了采用一般PLC 通用的扫描处理方式外，还能采用直接处理方式即在扫描用户程序的过程中直接读输入刷新输出，它能联接各种特殊功能模块，通讯联网功能更强，指令系统更丰富，内存容量更大，扫描速度更快。

(三)大型PLC 一般I/O 点数在1024 点以上的称为大型PLC，大型PLC 的软硬件功能极强，具有极强的自诊断功能、通讯联网功能强，有各种通讯联网的模块可以构成三级通讯网实现工厂生产管理自动化，大型PLC 还可以采用冗余或三CPU 构成表决式系统使机器的可靠性更高。

2.2 变频器技术

变频器的产生解决了启动电流过大而损耗电机和工作电网不稳等问题，一定程度上它增加了电机的使用寿命，也起到了一定节能的效果。变频器的产生主要是变频技术和微电子技术发展的产物。变频器是通过改变电机电源频率的方式来控制电机的速度。变频器最大特点是可以改变电源的频率，通过改变频率，来实现对交流异步电机的变频调速、软启动、过流保护、过载保护、节能等功能。

2.2.1变频器的组成

变频器通常有四部分组成：整流单元、高容量电容、逆变器、控制器。 整流单元：整流单元的主要是通过变流器或者可逆变流器，将工频交流电源转换为直流电源。

高容量电容：存储转换后的电能。

逆变器：由大功率开关晶体管阵列组成电子开关，将直流电转化成不同频率、宽度、幅度的方波。

控制器：按设定的程序工作，控制输出方波的幅度与脉宽，使叠加为近似正弦波的交流电，驱动交流电动机。

2.2.2变频器工作原理

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“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”，以及将直流功率变换为交流功率的“逆变器”。按照变换环节有无直流环节，变频器可分为交一交变频器和交一直一交变频器。

交一直一交变频器主电路可分三部分：

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+三相交流电源VT1VT2VT3ZAUVT4ABVT5VT6CZBZCO-整流电路逆变电路滤波电路

图2-2交一直一交变频器主电路

1. 整流电路：交一直部分整流电路通常由二极管或是可控硅构成的桥式电路组成。根据输入电源不同，可以分为单相和三相桥式整流电路。常用的小型变频器通常为单相220V输入，而较大功率变频器通常为380V三相输入。

2. 中间环节：滤波电路

滤波电路一般可分为电感滤波电路和电容滤波电路。由于流过电感的电流不能突变，电容两端的电压不能突变，所以用电感滤波就构成电流源型变频器，用电容滤波就构成了电压源型变频器。

3. 逆变电路：直一交部分

逆变电路部分是交一直一交变频器的核心之处，其中6个三极管按其导通顺序分别用VT1~VT6表示，与三极管反向并联的二极管起续流作用。

按每个三极管的导通角度又分为120°导通型和180°导通型两种类型。 逆变电路的输出电压为阶梯波，虽然不是正弦波，却是彼此相差120°的交流电压，即实现了从直流电到交流电的逆变。输出电压的频率取决于逆变器开关器件的切换频率，达到了变频的目的。

除此之外，逆变电路还有保护半导体元件的缓冲电路，三极管也可以用门极可关断晶闸管代替。

交一交变频器是指无直流中间环节，直接将电网固定频率的恒压恒频交流电源变换成变压变频交流电源的变频器，被人们称为直接变压变频器，也称为周波变频器。

交一交变频器的基本原理如下：

在有源逆变电路中，若才用两组反向并联的可控整流电路，适当控制各组可控硅的关断和导通，就可以在负载上得到电压极性和大小都改变的直流电压。若再适当控制正反两组可控硅的切换频率，在负载两端就能得到交变的输出电压，从而实现交一交直接变频。

9 2.3 PID控制

在工业电气控制方面，按照控制方式可分为开环控制和闭环控制两种，PID控制是比例积分微分控制的简称，也是闭环控制的一种经典的控制规律。

开环控制方式是指控制装置与被控对象之间，只有顺向作用而没有反向联系的控制过程，按这种方式组成的系统称之为开环控制系统，其特点是系统的输出量不会对系统的控制作用发生影响。开环控制系统可以按给定量控制方式组成，也可以按照扰动控制方式组成。

闭环控制也称为反馈控制，其控制方式是按照偏差进行控制的，其特点是不论什么原因使被控量偏离期望值而出现偏差时，必定会产生一个相应的控制作用去减少或者是消除这个偏差，使被控量与期望值接近相等。按闭环控制方式组成的闭环控制系统，具有抑制任何内、外扰动对被控量产生影响的能力，有较高的控制控制精度。

闭环控制的基本框图如下：

给定值+-调节器D/A转换器被控量执行器过程A/D转换测量变送图2-3 闭环控制框图

上图是闭环控制的一个经典的闭环控制系统的框图。图中用“○”号代表比较元件，它将测量元件检测出的值与输入值进行比较，“—”号代表两者的符号相反，也就是所谓的负反馈;“+”号表示被控量与输入量的符号相同，即正反馈。信号从输入端经过调节器、执行结构等到达输出端，称为前向通道;系统输出量经过测量元件的测量变送，反馈给输入值，此段通道称之为反馈通道。

通常，闭环控制系统的外作用有两种形式，一种是系统的输入量，另一种为外界的干扰因素，即扰动量。在正常的工业生产中，扰动是不可避免的，不同的生产环境，扰动的因素也有所不同，而且它可以在整个控制系统的任何元部件进行干扰作用。也正是因为干扰因素的作用，我们才引入了闭环控制系统。

闭环控制是过程控制的一种类型。过程控制是通过通过各种检测仪表、控制仪表、电子计算机等自动化技术元件，对整个工艺生产过程进行自动检测自动控制、自动监控。对于一个过程控制系统来说，是由被控过程及过程检测仪表两部分构成的，过程控制系统主要有调节器、检测元件、调节阀、变送器等构成。对于过程控制系统的设计经验而讲，主要有两方面，一是工业过程的工艺要求，其

10 次是过程特性，设计时可以根据实际生产需求来选用相应的过程控制仪表，进而创建系统，最后通过PID参数的设定，实现对工业生产过程的最佳控制。

在选择控制器时，我们可根据过程特性来选择，若无法准确的建模或者是过程的数学建模很复杂时，可根据何种控制规律适用于何种过程特性与工艺要求来选择，常用的控制规律有比例控制(P)、比例积分控制(PI)、比例微分控制(PD)、比例积分微分控制(PID)。

1. 比例控制规律(P)：

采用比例控制规律能较快地克服扰动的影响，使得系统稳定下来，但是存在余差。它适用于控制通道滞后较小、负荷变化不大、控制要求不高、被控参数允许在一定范围内有余差的场合。

2. 比例积分控制(PI)

在工程设计上，比例积分控制是应用最常见的一种控制方式，其最大的特点是能消除余差，它适用于控制滞后较小、负荷变化不大、被控参数不允许有余差等范畴。如某些流量、液位等要求无余差的控制系统。

3.比例微分控制(PD)

比例微分控制的特点是具有超前作用，对于具有容量滞后的控制特性，可以使用微分控制规律来改善系统的动态性能指标。因此对于控制通道的时间常数或是容量滞后较大的场合，为了提高系统的稳定性，减少动态偏差等可选择使用比例微分控制，但是对于纯滞后较大，测量信号有噪声或是周期性扰动的系统，则不宜采用微分控制。

4.比例积分微分控制(PID)

比例积分微分控制是一种较理想的控制规律，它在比例的基础上应用积分的作用，来消除余差，再通过微分的作用，可以提高系统的稳定性。它适用于控制系统时间常数或是容量滞后较大、控制要求高的现场。如恒压、恒温的控制等。

PID控制器参数的设定是整个控制系统的核心内容，它决定了整个系统稳定性能，参数设定主要包括PID控制器的比例系数、微分时间和积分时间。PID控制参数设定方法主要分为两大类：一是工程设定方法，主要通过工程的积累经验，直接通过在控制系统的调试中进行，由于其通俗易懂、容易掌握，被工程调试广泛应用。二是通过数学理论设定，它主要是根据数学理论模型，按照一定的数学运算规律来确定控制器的各个参数变量，这种参数计算方法一般不能直接应用到工业调试中，还需要结合现场实际情况进行调整和修改。

现场调试一般使用工程整定的方法来调节参数，主要有临界比例法、衰减法和反应曲线三种方法。临界比例法是最常见的一种设定方法。其整定步骤如下：

1) 预设定一个足够短的采样周期来让控制系统工作。

2)仅加入比例控制参数进行调节，直到控制系统对输入的阶跃响应出现临界

11 震荡现象，记下纯比例控制的放大系数和临界状态下的震荡周期

3)在一定的控制力度下，使用公式计算得到相应的PID控制器的参数。

12

第三章 恒压控制电路的设计

本次设计是为了实现对供水系统的恒压控制，通过使用PLC和变频器可以完成对恒压供水系统的设计。通过查阅资料和现场实践，本文选用三菱FX2N～32MR系列的可编程控制器，变频器选用型号为三菱的FR—A540，FR-A540变频器内置PID控制模块。压力传感器选择没什么特殊的要求，我们在此选用一般的压力表Y-100和XMT-1270数显仪实现压力的显示、检测及传送信号的功能。采用两台泵机来提供动力，使得系统稳定保障大大提高。

3.1三菱FR-A540变频器的PID功能

三菱变频器在工业应用非常广泛，在设计供/排水系统时选用三菱变频器后常会用到PID控制功能。目前所有的三菱变频器均有PID控制功能。FR-A540变频器采用矢量控制方式，使得驱动性能更加好，由于使用了智能功率模块和调制原理，使得变频器的噪声降低、抗干扰性能更高、变频器的输出波形更加稳定。同时FR-A540内部置入PID控制单元、顺序制动、变频、工频顺序切换、停电减速制动等功能，使得FR-A540变频器得到广泛的应用。

三菱变频器内部PID控制单元，通过对水压的给定值和压力检测装置的输入信号进行对比，将偏差直接传送给内部PID控制单元，按照预先设定的调节规律进行计算，得出调节信号，再直接控制变频器的输出电压和频率，实现对泵机的转速控制，进而保持整个供水系统管道的恒压控制。

控制框图如下：

给定值+-反馈值偏差变频器驱动回路电机MPID运算测量变送图3-1 PID控制框图

3.2 恒压供水系统的设计思路

根据水厂的日常生产来看，工作人员通过操作系统控制面板上的按钮以及指示灯的提示来完成对恒压供水系统的实现。为了保障整个操作系统的稳定的前提下，必须尽可能的考虑到系统操作简便易懂，安全系数高等因素。

13 本文通过手动和自动两种运行形式来实现对变频恒压供水系统的控制。手动运行方式是通过操作面板上的按钮来控制相应的设备，比如各个泵机的运行、停止等。在水厂正常运行期间，很少使用手动运行方式来控制供水的恒压输出，然而手动方式仍是必不可少的，手动运行方式的作用主要有：

1)方便调试。在整个系统正处于测试阶段，还未进入生产时，可以通过手动的运行方式来试验是否整个系统的各个环节已具备自动运行的条件。

2)有利于日后的维护、维修及保养。若出现某一电机不能正常运行或者警示灯闪烁等现象时，我们可以在手动运行的方式下进行检测、维修相应的故障设备，日后也可以对相应的设备进行保养等。

系统的自动运行方式主要是通过对输出水管的压力和设备运行状态的动态检测，从而保证管道的正常供水。通过自动启动的一键启动运行，整个系统便处于自动状态，之后整个系统无需人为的进行操作控制。启动系统时，变频器软启动其中的一台水泵，水泵开始工作，供水管道的压力逐渐上升，同时，系统中的压力检测装置将检测的水压转换成电流或是电压的形式将电信号传给变频器中的PID控制器，再经过与设定的压力参数进行比较，得到的偏差再传送给该变频器的主电路，再由变频器来改变输出频率，从而实现供水管道的恒压控制。

3.3 恒压供水系统组成设计

现今，恒压供水系统主要由变频控制系统、PLC控制系统以及PID过程控制系统三部分组成。如图3-2所示，该图为中小型恒压供水系统的整体组成。主要组成单元有电气控制柜(主要包括PLC及变频器等电控器件)、泵机、压力传感器、蓄水池、通水管道等。

电气控制柜变频器主电路PLCPID控制器反馈信号蓄水池用户用水水泵电机通水管道压力传感器图3-2 恒压供水系统组成图

电气控制柜：电气控制柜在工业现场应用非常广泛，它一定程度上保证了一些电气元件的工作环境的稳定。本设计电气控制柜主要安装PLC、变频器、接触器、继电器等元器件。电气控制柜是本设计的电气控制中心。

压力传感器：通水管道的压力作用于压力传感器上，压力传感器将检测的压

14 力值以一定的转换方式，转变为电信号，将电信号传送给控制器，起到测量、变送的功能。本设计选用压电式压力传感器，其工作原理是基于某些晶体材料的压电效应。压电效应指，某些离子型晶体电介质沿着某一个方向受力而发生机械形变(压缩或伸长)时，其内部将发生极化现象，而在其某些表面上会产生电荷，此电荷经电荷放大器和测量电路放大和变换阻抗后就成为正比于所受外力的电量输出。当外力撤消后，又重新回到不带电状态。

泵机：泵机是整个系统的执行机构，它是供水的基础，水压可以通过泵机的转速来控制，结合变频器和PLC可以实现恒压输出的目的。

蓄水池：该设备是水厂的储水装置，是供水的保障。

通水管道：通水管道是输送用水的动脉，它是用户用水与供水厂的媒介。

3.4 恒压供水系统主电路设计

根据实际应用，恒压供水系统一般采用一台变频器控制多台泵机并联运行的控制方式，本次设计采用一台变频器对两台水泵的控制，主电路如图3-3所示。

KM1A泵机三菱变频器FR-540三相电源KM3B泵机~KM2KM4

图3-3 恒压供水系统主电路

在手动状态下，通过继电器和接触器的关断作用，可以分别对A、B泵进行变频控制和工频控制。注意的是在PLC编程设计时，手动状态下应该保证仅有一种工作状态运行，这种情况下，可以在软件上进行互锁的方式实现，或者在硬件上实现，比如通过使用接触器的常闭触点来进行关联。当自动运行的条件满足时，自动启动按钮按下，通过外部感应器件的检测变送、变频器、PLC控制器的控制执行，从而实现恒压供水正常的自动运行。

KM

1、KM2及KM

3、KM4的关断可以控制A和B泵在工频和变频之间的切换，通过PLC编程设计可以实现;接触器之间需要互锁，防止接触器同时吸合，

15 发生故障。在自动运行的情况下，通过PLC的信号给出，首先给A泵通电信号，即KM1吸合，使得变频器仅作用A泵运行，变频器逐步控制A泵电机的输入频率，直至达到设定的信号值，若输入频率达到工频时仍然没有达到设定的信号值，即一台泵机无法满足流量及压力的需求，此时要将A泵机切换到工频的控制方式，同时以变频的启动方式启动B泵机，通过B泵机的变频调速，直至达到预期值。

当用户用水量的减少时，此时若不改变泵机的工作频率，水压会升高，所以当水压升高时，需要相应的减少泵机的工作频率，通过PLC及变频器的作用，首先将B泵机运行速度逐渐降低，直至使得管道压力达到预定值，若仍无法达到预定值时，可以将B泵机电源切断，同时将A泵机进入工频运行模式，最后通过回复A泵机的变频模式来控制泵机运行，从而控制水压稳定输出。

在正常生产时，由于会出现一台泵机总是处于工作状态，然而另一台泵机处于待机状态。本设计可以通过PLC中的时间定时器来控制两台泵机在 上述情况下的运行切换。

3.5变频器设计

变频器端子接线图如下：变频器的L

1、L

2、L3端接三相电的供电端，U、V、W端为变频器的输出端，输出端的电压和频率会发生相应的改变，这主要取决于对变频器的人为设置。其次还有接入PLC的输入端和输出端的端子，主要有频率上限信号点、频率下限信号点、故障信号点、正转信号点、停止运行信号点。针对变频器中的内置PID控制模块，通过设定电位器设定，并将压力传感器检测的压力值传送给变频器

4、5号端子，两者相互比较，有内部PID控制模块处理，最终使变频器输出相应的频率和电压，与此同时变频器也会给PLC相应的信号，促使PLC做出相应的处理，PLC经过处理在将处理后的信号传送给继电器、变频器、接触器等执行机构。

16

变频器三相电源L1L2UV输出电源PLC输入X4X4X5COMPLC输出Y11Y12COMFR-A540-3.7CHL3W10254FUSUACSESTFMRSSD反馈信号压力传感器24VDC

图3-4 变频器接线图

变频器参数设定主要是在现场中根据实际情况，来进行调试确定，但参数的设定是具有一定规律的，从供水系统的特性以及泵机为平方律负载等方面来比较，变频器的参数设置主要有一下几点需要注意：

1)下限频率的设置。一般来说，转速过低，由于泵机的实际工作性质，泵机容易产生“空转”现象;再者，对于电机而言，在低频的情况下运行时间过长时，电机会发热厉害，对电机的寿命有一定的影响，所以下限频率不能太低。

2)最高频率设置。由于泵机属于平方律负载，若泵机的实际转速超过额定转速时，转矩将以平方的形式增加，使得泵机的寿命缩短，且很容易烧坏电机，因此变频器的最大输出频率不能超过泵机的额定工作频率，最高可以为泵机额定频率。

3)上限频率设置。在恒压供水系统设计中，理论上将设置的上限频率与额定工作频率相等时，即在工频下运行最好，但实际情况下，由于变频器内部往往具有转差补偿的功能，所以应该将上限频率设置的略低于额定频率。

4) PID控制器参数的设置。设置PID参数时，需要保证整个恒压控制系统稳定的条件下，来减小静态误差和提高动态响应。在调试过程中，通过对供水系统压力传感器的实际测量值的观察及分析，通过调节各参数，进而维持系统的稳定性。

17 3.6 恒压供水系统中PLC电气设计 3.6.1三菱FX2N系列PLC的概述

三菱FX2N系列PLC是高性能、高运行速度、小型化的控制装置，它也是FX系列中最高档的超小控制装置。FX系列的PLC具有无可匹及的运行速度，高级的定位控制及功能逻辑选件等优点。FX2N系列的可编程控制器的基本组成如下：

1)基本单元包括CPU、存储器、输入输出口及电源。

CPU: CPU的功能作用有接收并存储用户程序和数据;诊断电源、编程的语法错误及PLC的工作状态;接收输入输出信号，送入数据寄存器并保存;运行时顺序读取、解释、执行用户程序，完成用户程序的各种操作;将用户程序的执行结果送至输出端。FX2N系列有各种不同性能档次的CPU模块可供使用，各种CPU有各种不同的性能。

存储器：包括系统程序存储器、系统数据存储器和用户存储器。系统存储器其功能是存放系统工作程序;存放模块化应用功能子程序;存放命令解释程序;存放功能子程序的调用管理程序;存放存储系统参数。用户存储器作用是存放用户工作程序和存放工作数据。

输入输出口：包括输入单元和输出单元，输入输出单元均为带光电隔离电路。输入单元有多种辅助电源类型，有AC电源DC24V输入、DC电源DC24V输入、DC电源DC12V输入、开关量信号、模拟量信号等类型。输出单元输出方式有晶体管、晶闸管和继电器三种方式，其中晶体管输出方式为驱动直流负载，晶闸管为驱动非频繁动作的交/直流负载，继电器为驱动频繁动作的交/直流负载。

通讯及编程接口：采用RS-485或RS-422串行总线。功能有连接专用编程器(FX-20P、FX-10P);连接个人PC机，实现编程及在线监控;连接工控机，实现编程及在线监控;连接网络设备，实现远程通讯;连接打印机等计算机外设装置。

I/O扩展接口：采用并行通讯的方式。主要分为扩展I/O模块、扩展位置控制模块、扩展通讯模块、扩展模拟量控制模块。

3.6.2 PLC电气电路设计

针对电气PLC的电路设计，本文主要包括电气主控柜的设计、PLC控制器的外部端子接线设计、PLC编程设计。 1.电气控制柜设计

按照工业生产的需求以及安全生产的要求，需要对控制柜进行相应的操作和保护等设计。电气控制柜内装载了安装板，用来安装电气元件，在安装元器件时应该注意元器件的分布，尽可能将大功率大电流用电器与控制器及信号线远离，

18 在允许的条件下可以使用屏蔽措施屏蔽，工业现场非常复杂，外界干扰很难杜绝，也很难解决。通过控制柜元器件的合理布置、线路的合理分布及接地的合理应用，可以使得设计人员在现场调试更加容易快捷。下面本节先介绍一下控制柜面板，如下图3-5所示：

红灯黄灯绿灯蜂鸣器故障报警三相电源控制电源指示指示指示24V电源指示系统运行指示A泵运行指示B泵运行指示手自动控制旋钮启/停 旋钮A泵运行按钮B泵运行按钮备用按钮系统启动报警消音备用备用故障复位急停按钮图3-5 恒压控制系统电气控制柜面板

指示灯：加入故障报警指示、三相电源指示、控制电源指示、24V直流电源指示、系统运行指示、A泵运行指示、B泵运行指示。

柱形灯：有红灯、黄灯、绿灯指示，还有蜂鸣器四部分组成，通过PLC输出端子给定信号。红灯主要起到变频器故障、断电停机、延时保护等指示。黄灯主要起到A、B泵机的运行状态，黄灯闪烁一般为泵机开始运行。绿灯指示可有可无，本次设计使用绿灯来指示系统无故障可进行正常工作的指示。

控制按钮：包括带自锁的急停按钮、系统启动旋钮、手自动控制旋钮、启停旋钮、A泵机运行按钮、B泵机运行按钮、报警消音按钮、故障复位按钮。急停按钮是在出现紧急情况下，按下该按钮，此按钮由220V控制电源直接控制，一旦该按钮按下，则从硬件上直接将控制回路断电，从而将整个系统停止运行。系统启动旋钮采用钥匙旋钮，来实现对系统的开启，选用钥匙旋钮可以防止非操作人员或维修人员的误操作。手自动旋钮采用两位自锁旋钮，分为手动档和自动档，来实现系统的手自动运行。启停按钮，配合A、B泵机运行按钮来控制A、B泵的启

19 动和停止。报警消音按钮选用白色的平头按钮，用来消除蜂鸣器的噪声。故障复位选用普通的非自锁旋钮，用来在故障信号解决的情况下，恢复系统的正常运行。

电压表、电流表：用来显示主回路的电压和电流。 2.PLC外部接线设计

本设计采用FX2N～32MR的三菱PLC控制器，I/O信号点为16个数字输入量和16个数字输出量。PLC的I/O端子分配及接线设计如下：

电源FX2N-32MRCOMXOX1X2X3X4X5X6X7X10X11X12X13X14X15X16YOY1Y2Y3Y4Y5Y6Y7Y10Y11Y12Y13Y14Y15X1-X16为输入信号Y1-15为输出信号

图3-5 PLC的IO接线图

3.PLC编程设计

本设计采用三菱FX2N系列的PLC,需要使用相应的编程软件来对系统进行设计编程。本文采用GX Developer编程软件对三菱FX2N系列PLC进行编程。下面简单介绍编程过程。

1)首先打开编程软件GX Developer，显示如下主画面

20

2)打开工程选项，新建新工程，会弹出如下画面，选择使用的PLC系列及类型，并选择程序编写的类型，创建工程名为PLC与变频器的恒压供水系统，新工程创建完成。

3)创建完工程，点击创建新工程窗口的确定按钮，会弹出如下框图，在如下框图完成对可编程控制器的程序编程和PLC参数的修改。

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主程序在工程项目内MAIN里编写。编写程序时应该注意程序的互锁，例如电机的正反转问题;注重保护程序的编写，大约为整个程序的30%左右，保护程序决定了日常的正常生产。在编程中应多使用中间继电器，可以使得程序简短，通俗易懂，编写程序应在保证安全的基础上尽量简捷。

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结束语

本文通过使用三菱PLC及变频器，应用过程控制中经典的PID控制，对供水厂实现恒压供水控制。通过采用PLC的可编程控制、变频器的变频变压输出以及PID闭环控制，得到了一个精度比较高、反应比较迅速的恒压供水控制系统。该系统主要特点如下：

1)运行方式为手动模式和自动模式。

采用手自动模式来控制系统，既实现了恒压供水的自动控制，在维护维修等非正常工作的情况下，又能通过手动操作完成相应的控制。手自动模式的切换使得整个恒压供水系统操作更加灵活方便。

2)采用一台变频器控制两台泵机来实现恒压输出。

使用两台泵机调节水压，在一定程度上存在冗余的现象，但这使得供水系统更加可靠，而且对用水量的承载能力翻倍。在用水量少的情况下，通过两台泵机的轮流切换运行，可以使得整个恒压供水控制系统更加安全可靠。采用一台变频器来控制两台泵机，使得系统的设计成本降低，符合工业设计要求。 3)采用PID控制技术

PID控制是过程控制中的经典控制规律，通过对各个参数的设定，可以较精确的对供水压力进行控制。

当然，本设计内容还有很多不足之处。比如说，恒压供水系统管道破裂检测、蓄水池水位检测、通水管道阀门的控制、消防供水等都没有进行相应的设计。另外本文利用闭环控制系统中的简单PID算法来实现对恒压供水系统的设计，随着工业技术的发展，工业领域不断涌现出新型的PID控制算法，例如模糊控制算法、自适应控制算法、智能控制算法，这些先进的控制算法已经从一些高端的工业控制领域逐渐发展起来了，先进控制技术的引入可以使得恒压供水系统更加可靠稳定。除此之外，随着集成电路的发展，PLC与变频器可以集成一体，将恒压供水系统的控制机构与执行机构融为一体，只需外加一个压力检测装置，即可方便地控制供水系统的恒压输出。

23

致谢

在毕业设计即将顺利完成之际，回顾整个学习过程，首先我要特别感谢我的指导老师。我的指导老师教学工作繁忙，但在我们毕业设计的各个阶段，包括从开题、外出实习到查阅资料、方案修改都给予了我们无微不至的关心和帮助。他时刻地督促我们，激励我们，使我们不断的学习成长。我的指导老师严谨的治学精神、精益求精的工作作风以及忘我的奉献精神，深深地感染和激励着我们。

毕业设计是对大学所学知识的检阅与升华。在设计过程中，遇到了很多问题，需要不断分析问题和解决问题，使我查漏补缺的同时学到了很多课本无法涉及到的知识，体会到了工程设计的复杂与艰辛，和每次突破后都会感到的兴奋。问题的解决以至毕业设计的完美结束，有我个人的努力，还有来自老师和同学们耐心的指导和帮助。在此感谢给予我帮助的同学，感谢他们仔细的为我寻找设计中的缺陷，感谢他们耐心的为我解答难题。

大学生活在师长、亲友的支持下即将划上一个句号，而对于人生而言只是一个逗号。学习仍要继续，学习之路漫长而崎岖。而我们积累的大量知识应该使我们更加沉稳和自信，相信自己可以像解决现在的问题一样解决未来的问题。在此希望即将步入社会熔炉的我们都能够百炼成钢!

最后，向本届毕业答辩委员会组织致以崇高的敬意!向担任本次本专业毕业设计评审和答辩的所有老师们表示我最衷心的感谢和美好的祝福!

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参考文献

[1] 黄立培，张学.变频器应用技术及电动机调速[M].人民邮电出版社，1999. [2] 邵裕森,戴先中.过程控制工程(第二版)[M],北京:机械工业出版社,2000 [3] 胡寿松.自动控制原理(第五版)[M],北京：科技出版社，2007 [4] 三菱微型可编程控制器[Z].日本三菱公司,1998. [5] 戴剑飞.变频微控调速装置在恒压供水系统中的应用[J].中国设备工程，2010，12. [6] 赵承荻,杨利军.电机与电气控制技术.北京：高等教育出版社，2007.04 [7] Jeffery Robert Turner.PLC Control Systems-Operating Principles，Hardware Configuration，and Closed-Loop Feedback Control System Design[D].University of Louisville，1999(7)：78～79.

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第9篇：2013年PLC、变频器常见故障排除方法培训试题答案

2013年PLC、变频器培训考核试题答案

（考试时间 30分钟）

姓名________成绩________

一、选择题（每题5分，共55分）

1、PLC中不包括（C）

A、CPUB、输入/输出部件C、物理继电器D、存储器

2、热继电器在电路中做电动机的什么保护？ （B）

A、短路B、过载C、过流D、过压

3、PLC的输出方式为晶体管时，它适用于哪种负载？（C）

A、感性B、交流C、直流D、交直流

4、PLC是在什么控制系统基础上发展起来的？（A）

A、电控系统B、单片机C、工业电脑D、机器人

5、PLC设计规范中，RS232通讯的距离是多少？(D)

A、1300MB、200MC、30MD、15M

6、一般而言，PLC的I/O点数要冗余多少？（A）

A、10%B、5%C、15%D、20%

7、PLC外部接点坏了以后，换到另一个好的点上后，然后要用软件中哪个菜单进行操作（ B ）

A、寻找B、替换C、指令寻找

8、STL步进式顺控图中，S0-S9的功能是什么（ A ）

A、初始化B、回原点C、基本动作D、通用化

9、步进电机的加减速是通过改变哪个参数实现的？（B）

A、脉冲数量B、脉冲频率C、电压D、脉冲占空比

10、步进电机方向控制靠什么信号？（ A）

A、开关量信号B、模拟量信号C、继电器换向D、接触器换向

11、触摸屏通过哪种方式与PLC交流信息？（A）

A、通讯B、I/O信号控制C、继电连接D、电气连接

二、简答题（每题15分，共45分）

1、简述可编程控制器的结构？

答：可编程控制器是由中央处理器，存储器，I/O单元，电源单元，编程器，扩展接口，编程器接口，存储器接口等部分组成。

2、简述可编程控制器的常用编程语言？

答：PLC常用编程语言有：顺序功能图（SFC），梯形图（LD），功能块图（FBD），指令表（IL），结构文本（ST）。

3、PLC与继电器控制的差异是什么？

答：PLC与继电器控制的差异是：（1）组成器件不同。PLC是采用软继电器，J-C采用硬件继电器等原件。（2）触电数量不同。PLC触电可无限使用，J-C触电是有限的。（3）实施的控制方法不同。PLC采用软件编程解决，J-C是采用硬件连接方法解决。