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1、运动控制系统 课程设计题目：水位控制的变频调速系统设计系别：电气与电子工程系专业：自动化姓名：学号：指导教师：李晓辉王明杰河南城建学院2010年 12 月 31 日名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 14 页 - - - - - - - - - 成绩评定一、 指导教师评语（根据学生设计报告质量、 答辩情况及其平时表现综合评定） 。课程设计成绩评定班级：姓名：学号：成绩：分（折合等级）指导教师签字年月日名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - -
2、 - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 14 页 - - - - - - - - - 摘要：在众多生产领域中, 经常需要对贮槽 , 贮罐 , 水池等容器中的液位进行监控, 以往采用传统的继电器接触器控制, 使用的硬件连接多 , 可靠性差 , 自动化程度不高 , 目前已有许多企业采用先进控制器对传统控制器进行改造, 大大提高了控制系统的可靠性和自动化程度 , 为企业提供了更可靠的生产保障. 本文介绍了基于信捷XC3型可编程控制器 (PLC), 组态软件的液位控制系统的设计方案 . 系统采用 PID算法, 实现液位的自动控制
3、. 利用组态软件设计人机界面, 通过串行口和可编程控制器通信, 实现控制系统的实时监控, 现场数据的采集与处理, 其结构简单 , 监控系统不仅自动化程度高, 还具有在线修改功能 , 灵活性强 . 关键词 : PLC 液位控制触摸屏变频器一、设计任务1、通过触摸屏、可变程序控制器变频器（PLC ） 、液位传感器、配电装置以及水泵实现液位控制系统的设计2、确定控制方案，选择PLC型号，定义输入 / 输出，画出 PLC 端子接线图。3、进行软件编程、完成控制梯形图并完成调试。二、设计要求设计一个水位控制系统，根据实际水位与理想水位的偏差大小，调节频率控制水泵的转速。三、电路的总体结构图 1 系统控制
4、图系统控制原理如图1 所示, 系统主要是由触摸屏、 可变程序控制器变频器 （PLC ） 、液位计、配电装置以及水泵等组成。触摸屏PLC AD/DA变频器液位计水泵名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 14 页 - - - - - - - - - 图 2 系统原理图系统带有触摸屏显示装置，可以显示系统的工作状态、贮水池水位、变频器频率、等各种控制参数等 . 系统工作压力可以由触摸屏设置。变频器的作用是为三相水泵的电机提供可变频率的电源，实现电机的无级调速，从而使水
5、池的水位连续变化。液位计的作用是检测当前液位。在PLC内部设定液位期望值，液位设定信号和液位反馈信号在输入可编程控制器后，经可编程控制器内部PID 控制运算输出给变频器一个控制信号。四、各部分电路设计（一）可编程控制器（PLC ）的选型目前，国内众多的生产厂家生产了多种系列功能各异的PLC产品，使用户眼花缭乱。通过对输入输出点的选择， 对存储容量的选择， 对 I/O 响应时间的选择对PLC价格的考虑以及厂家的售后服务，决定使用无锡信捷科技有限公司生产的XC系列的XC3型号的可编程控制器，如图3 所示。图 3 信捷 XC3-24R-E PLC 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - -
6、 - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 14 页 - - - - - - - - - 模拟量输入输出模块（ XC-E4AD2DA）模块特点及规格：XC-E4AD2DA 模拟量输入输出模块（以下简称为XC-E4AD2DA） ，将 4 路模拟输入数值转换成数字值， 2 路数字量转换成模拟量，并且把他们传输到PLC主单元。模块特点：4 通道模拟量输入：可以选择电压输入和电流输入两种模式，其中电压输入05V、010V可选，电流输入020mA 、420mA可选。2 通道模拟量输出。可以选择 14 位的高精度模拟量输入。作为
7、XC系列的特殊功能模块，最多可在PLC主单元右边连接 7 台 XC-E4AD2DA模块。XC-E4AD2DA 模块 4 通道 A/D具有 PID 控制功能。（二）水泵选型水泵有很多种，从原理上可以分为气压泵，离心泵，轴流泵，混流泵，螺旋泵等。气压泵是靠大气压提升水位。凭借活塞的运动，制造出一个近似真空，外部大气压将水压上来。这种泵液位依赖与大气压所以提升水的高度有限。离心泵的原理是离心现象，是依靠也叶轮叶片的转动产生离心的作用，将液体甩出。所以，输送效果依赖叶轮的转速，直径等因素。本课题将采用 ISW系列卧式单级单吸离心泵如图4， 该泵是在吸收国内外同类产品先进技术的基础上，采用国内通用离心泵
8、之性能参数，自行研制开发的新一代节能、环保卧式离心泵。 该系列泵性能优、 可靠性高、 寿命长、 结构合理、 外形美观，具有行业领先水平。产品特点有：运行平稳：泵轴的绝对同心度及叶轮优异的动静平衡，保证平稳运行，绝无振动。图 4 ISW 系列卧式单级单吸离心泵名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 14 页 - - - - - - - - - 滴水不漏：不同材质的硬质合金密封，保证了不同介质输送均无泄漏。噪音低：两个低噪音轴承支撑下的水泵，运转平稳，除电机微弱声响，
9、基本无噪音。故障率低：结构简单合理，关键部分采用国际一流品质；配套，整机无故障工作时间大大提高。维修方便：更换密封、轴承，简易方便。占地更省：出口可向左、向右、向上三个方向，便于管道布置安装，节省空间本论文采用的是上海太平洋泵业的TPW100-160IA ，流量为 12.5 （m3/h）, 扬程为 32（m ） ，转速 2900（r/min ）配带功率 3（kw）吸入口径 50（mm ） ，排出口径 50（mm ）. （三）变频器选型变频器技术是一门综合性的技术，它建立在控制技术、电子电力技术、微电子技术和计算机技术的基础上。它与传统的交流拖动系统相比，利用变频器对交流电动机进行调速控制，有许
10、多优点，如节电、容易实现对现有电动机的调速控制、可以实现大范围内的高效连续调速控制、实现速度的精确控制。容易实现电动机的正反转切换，可以进行高额度的起停运转，可以进行电气制动，可以对电动机进行高速驱动。完善的保护功能 : 变频器保护功能很强，在运行过程中能随时检测到各种故障，并显示故障类别 (如电网瞬时电压降低， 电网缺相，直流过电压， 功率模块过热，电机短路等 )，并立即封锁输出电压。 这种“自我保护” 的功能，不仅保护了变频器，还保护了电机不易损坏。 本课题采用海利普HLP-A系列变频器， 如图 8。由于选用的是配带功率为 3KW 的水泵 , 所以将采用 HLPA03D743B。图 5 海
11、利普 HLP-A系列变频器（四）触摸屏选型触摸屏的工作原理：为了操作上的方便，人们用触摸屏来代替鼠标或键盘。工作时，我们必须首先用手指或其它物体触摸安装在显示器前端的触摸屏，然后系统根据手指触摸的图标或菜单位置来定位选择信息输入。触摸屏由触摸检测部件和触名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 14 页 - - - - - - - - - 摸屏控制器组成；触摸检测部件安装在显示器屏幕前面，用于检测用户触摸位置，接受后送触摸屏控制器；而触摸屏控制器的主要作用是从触摸点
12、检测装置上接收触摸信息，并将它转换成触点坐标， 再送给 CPU ，它同时能接收 CPU 发来的命令并加以执行。3.4.2 触摸屏的主要类型从技术原理来区别触摸屏，可分为五个基本种类：矢量压力传感技术触摸屏、电阻技术触摸屏、电容技术触摸屏、红外线技术触摸屏、表面声波技术触摸屏下面对上述的各种类型的触摸屏进行简要介绍一下：1 电阻触摸屏电阻触摸屏是一种对外界完全隔离的工作环境，不怕灰尘和水汽，它可以用任何物体来触摸 , 可以用来写字画画，比较适合工业控制领域及办公室内有限人的使用。2 表面声波屏表面声波触摸屏的触摸屏部分可以是一块平面、球面或是柱面的玻璃平板，安装在 CRT 、LED 、LCD或是
13、等离子显示器屏幕的前面。这块玻璃平板只是一块纯粹的强化玻璃，区别于别类触摸屏技术是没有任何贴膜和覆盖层。玻璃屏的左上角和右下角各固定了竖直和水平方向的超声波发射换能器，右上角则固定了两个相应的超声波接收换能器。玻璃屏的四个周边则刻有45角由疏到密间隔非常精密的反射条纹。表面声波触摸屏的缺点是触摸屏表面的灰尘和水滴也阻挡表面声波的传递，虽然聪明的控制卡能分辨出来，但尘土积累到一定程度，信号也就衰减得非常厉害，此时表面声波触摸屏变得迟钝甚至不工作，因此，表面声波触摸屏一方面推出防尘型触摸屏，一方面建议别忘了每年定期清洁触摸屏。3 红外屏红外线式触摸屏价格便宜、 安装容易、 能较好地感应轻微触摸与快
14、速触摸。但是由于红外线式触摸屏依靠红外线感应动作，外界光线变化， 如阳光、室内射灯等均会影响其准确度。 而且红外线式触摸屏不防水和怕污垢，任何细小的外来物都会引起误差，影响其性能，不适宜置于户外和公共场所使用。4 电容屏电容式触摸屏的构造主要是在玻璃屏幕上镀一层透明的薄膜体层，再在导体层外上一块保护玻璃，双玻璃设计能彻底保护导体层及感应器。3.4.3 触摸屏的选择选用信捷 TH765-M 工业触摸屏 , 其特点如下 : 1.7 英寸显示屏幕，流线型外观设计名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - -
15、- - - - 第 7 页，共 14 页 - - - - - - - - - 26 万色 TFT真彩，支持 BMP 、JPEG格式图片显示3. 丰富的 3D图片素材库，画面更生动4灵活的部件选择空间，自定义动画轨迹设计5简单开关设置切换模式，精确的有触摸区校准功能6自定义的数据采集保存功能，支持时间趋势图， XY趋势图等多种形式的数据管理方式7 提供 3 个 USB 接口，实现数据的快速传输和备份8 双口独立通讯，可实现多屏一机名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，
16、共 14 页 - - - - - - - - - 五、整体电路图 7 变频器接线图图 6 PLC 接线图名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 14 页 - - - - - - - - - 六、系统软件设计：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 14 页 - - - - - - - - - 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载
17、 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 14 页 - - - - - - - - - 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 14 页 - - - - - - - - - 七、设计总结本次设计是培养学生综合运用所学知识, 发现, 提出, 分析和解决实际问题 , 锻炼实践能力的重要环节 , 是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程. 随着科学技术发展的日新日异， 可编程控
18、制器 （PLC ）已经成为当今计算机应用中空前活跃的领域，在生活中可以说得是无处不在。因此作为二十一世纪的大学来说掌握可编程控制器（PLC ）的开发技术是十分重要的。经过一个星期的努力终于把设计顺利完成了。通过这一个星期的学习，我发现自己还有好多不足之处。 然而这次的毕业设计也让我进一步获得了独立自主的学习，摸索，思考，动手等多种能力。指导老师刚开始分配任务时，我选择了本课题。我对其运行要求进行解读，并着手开始绘制原理图，同时也积极查询相关资料。在本设计中只知道原理是远远不够的，同时要有自己的想法和见解，这是成功的一项非常重要的保证。而这次设计也恰好锻炼了我这一点。时刻保持奋进的头脑，不断接受
19、新事物，挑战新的问题。千万记住秒针不停的划圈，我们的思想也应不断的修正提高。拿这次毕业设计来说，我不仅用了好几个学过的软件， 还接触了新的软件。 没多久又遇到了一个难题， AutoCAD绘的图不可以转换成 WORD 形式，真是一筹莫展啊，后来经同学提醒想到了利用抓图软件。在整个过程中，我也曾经因为遇到困难失落过，也曾为成功的解决棘手问题而热情高涨。然而遇到困难，我都一直坚持着，寻找各种方法来解决问题，并不停鼓励自己一定会成功的。本次设计中我综合运用了在校内外所学习的知识。为很好的完成本次设计，我不断地从厂里获取机会并学习调试。通过这次毕业设计，我想说：为完成这次毕业设计，确实很辛苦。因为边实习
20、边做设计，时间很紧，人的精力也很有限。然而实习是不可缺少的一部分。在实习期间可以把在学校学到的知识应用到实际当中。在理论与实践相结合的时候，能够更快更好的体会到理论的精髓所在，体会到理论与实践的区别。从而巩固自己所学的知识，增强发现问题、分析问题、解决问题的能力。从而做到理论与实际的融会贯通，充分的运用自己实习所获得的知识及经验为毕业设计增添亮点。虽然有点苦，但苦中仍有乐，因为在其中我又学会更多的东西，掌握了更多的知识。以前种种艰辛这时就变成了最甜美的回忆！于我而言，知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜。让我知道了学无止境的道理。我们每一个人永远都不能满足于现有的成就，人生就像是在登山，当你
21、登名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 13 页，共 14 页 - - - - - - - - - 上峰顶时，你会发现对面还有更多而且更高的山峰在等着你的征服。挫折是一份财富，经历是一份拥有。这次毕业设计必将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆！参考文献吴建强，姜三勇可编程控制器原理及应用哈尔滨工业大学出版社，2000 吴中俊，黄永红可编程序控制器原理及应用北京：机械工业出版社，2003 张万忠，刘明芹电器与PLC控制技术北京：化学工业出版社。2003 郑萍主编 . 现代电气
22、控制技术 . 重庆: 重庆大学出版社 ,2003 洪镇南，李铁，王旭东 PLC与计算机通信的实现电气时代 .2003 年宋建成 . PLC 控制和应用 . 科学出版社 . 2002 年. 王永华 . 现代电气及可编程控制技术. 北京航空航天大学出版社. 第一版 .2002 年 9月. 赵明. 工厂电气控制设备 . 北京. 机械工业出版社 .1998 年. 邱士安主编机电一体化技术西安：西安电子科技大学出版社，2004 信捷 XC系列可编程控制器用户手册2009 海利普变频器使用说明书 2009 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 14 页，共 14 页 - - - - - - - - -