水箱的过程控制

目录

一、设计任务................................................................................................................... 1 二、设计过程................................................................................................................... 1

2.1方案描述及需求分析 . .......................................................................................... 1 2.2过程描述 ............................................................................................................ 1 2.3系统结构图 . ........................................................................................................ 2 三、器件选型分析............................................................................................................ 2

3.1PLC ...................................................................................................................... 2 3.2主从站模块 . ........................................................................................................ 2 3.3交流接触器 . ........................................................................................................ 2 3.4热继电器 ............................................................................................................ 3 3.5塑壳断路器 . ........................................................................................................ 3 3.6空气开关 ............................................................................................................ 3 3.7元器件清单 . ........................................................................................................ 3 四、电气原理图 ............................................................................................................... 3

4.1主辅电路 ............................................................................................................ 3 4.2 PLC输入输出接口 .............................................................................................. 4 4.3 DA模块与变频器接口图...................................................................................... 5 4.4 AD模块与传感器接口图...................................................................................... 5 4.5CC-Link 总线系统图............................................................................................. 6 五、FX 系列CC-Link 系统配置 ......................................................................................... 6

5.1CC-Link 系统配置图............................................................................................. 6 5.2主从站模块对应缓冲存储器设置 ......................................................................... 7

5.2.1远程输入输出（RX/RY）缓存 .................................................................... 7 5.2.2液位读写（RWw/RWr）缓存........................................................................ 7 5.2.3 PID读写（RWw/RWr）缓存........................................................................ 8 5.2.4温度读写（RWw/RWr）缓存........................................................................ 8 5.2.5变频器实时频率读写（RWw/RWr）缓存 ...................................................... 8

六、软件设计................................................................................................................... 8

6.1 I/O地址表 . ........................................................................................................ 8

6.2程序流程图 . ........................................................................................................ 8 6.3程序 ................................................................................................................... 9 七、变频器参数设置 ...................................................................................................... 13 八、人机截面图 ............................................................................................................. 13 九、安装和调试 ............................................................................................................. 14 十、设计总结................................................................................................................. 15 十一、主要参考文献 ...................................................................................................... 15

一、设计任务

1. 分析控制系统，提交系统设计方案

2.PLC 、LV 、传感器及FX 系列CC-Link 系统主从站模块选型 3. 完成主辅控制电路的配线 4. 完成人机界面的画面制作 5. 完成FX 系列CC-Link 系统的配置 6.PLC 地址分配表制作 7.CC-Link 系统程序流程图

8.CC-Link 系统主从站控制程序设计 9. 调试

二、设计过程

2.1方案描述及需求分析

过程控制系统由过程控制装置和电气柜组成。过程控制装置由上下两个水箱、水泵电动机和液位、温度传感器以及加热棒组成。该过程控制系统主要实现水的液位和温度的控制。

由于工业现场环境一般较恶劣，这就要求现场的设备能够承受较恶劣的环境，因此像以PLC 为主的控制器正好满足这些要求。但是在工业现场可能用到的不止一个PLC ，而且也要让人不需要一直待在工业现场，这时就需要一个能控制很多台PLC 的东西，那就是现场总线了，这里介绍的是Fx 系列CC-Link 开放式现场总线。

CC-Link 是一个复合的、开放的、适应性强的网络系统，能够适应于较高的管理层网络到较低的传感器层网络的不同范围。其具有性能卓越、数据容量大、通讯速度广泛等优点。 2.2过程描述

首先配置好系统的电气柜部分，它是实现该系统的基础。配置完成，编写相应的PLC 控制程序、配置变频器参数来实现。该过程控制系统可以分成两部分来实现，即液位和温度。对于液位的调节，主要是通过液位传感器将其检测到的信号转换成4-20mA 的电流信号输出给A/D模块，A/D模块将该电流信号转换成对应的数字信号（该数字信号即是测量值），将该测量值和设定值一起进行运算，输出操作值给D/A模块，最后D/A模块再将该经过计算出的值转换成相应的模拟电流信号给变频器，通过变频器控制水泵电动机的转速，从而实现液位的调节。对于温度的调节，主要是通过温度传感器将其检测到的信号转换成4-20mA 的电流信号输出给A/D模块，A/D模块将该电流信号转换成对应的数字信号（该数字

信号即是测量值），将该测量值和设定值一起进行比较，输出操作值控制中间继电器的通断对加热棒进行加热。 2.3系统结构图

三、器件选型分析

3.1PLC

选择三菱Fx3U 系列的Fx3U-32MT/ES-A PLC ，该系统开关量输入5点，开关量输出2点，属于小型系统。该型号PLC 的开关量输出为晶体管，其特点是开关频率高，驱动电流小。 3.2主从站模块

由于这里PLC 选择FX 系列的，因此CC-Link 总线系统的主从站模块也选择FX 系列的，主站模块为FX2N-16CCL-M ，接口模块为FX2N-32CCL 。

FX2N-16CCL-M 是将FX PLC 作为CC-Link 主站的模块；在主站上最多可连接7个远程I/O站和8个远程设备站；FX2N-16CCL-M 使用FX2N-32CCL 型CC-Link 接口，可将FX PLC作为CC-Link 远程设备站来连接。

FX3U 、FX3UC 系列最大构成384点的输入输出。在FX3U 、FX3UC Ver.2.20以上中，包括CC-Link 远程I/O在内，最多可以连接384点输入输出。 3.3交流接触器

一般交流接触器的额定电流按电动机额定电流的1.3～2倍选择。型号选CJX2-09系列额定频率50HZ ，额定绝缘电压690V,AC-3使用类别下额定工作电压

为380V 时的额定工作电流9A 。 3.4热继电器

电动机过负荷保护采用热继电器时，继电器的额定电流通常不小于电动机额定电流的1.1～1.25倍，整定值按电动机1倍电流整定。 3.5塑壳断路器

断路器的额定电压、额定电流应大于或等于线路、设备的正常工作电压、工作电流。型号选5SX23，极数3P ，额定电压690V ，额定电流6～63A ，额定频率50HZ ，速度：快速型。 3.6空气开关

空气开关是电机额定电流的1.2～1.5倍。型号选BH-D10 C10，额定分断能力10KA ，额定电流为6A ～63A 。 3.7元器件清单

四、电气原理图

4.1主辅电路

4.2 PLC输入输出接口

4.3 DA模块与变频器接口图 4.4 AD模块与传感器接口图

4.5CC-Link 总线系统图

五、FX 系列CC-Link 系统配置

5.1CC-Link 系统配置图

主站

远程设备站

在CC-Link 系统中当连接两个或两个以上的Fx 系列PLC 时，在从站一侧连接CC-Link 的接口模块Fx2N-32CCL ，并且将其作为远程设备站来使用。Fx2N-32CCL 所占用的站数可以在1到4的范围内进行选择。当每个Fx2N-32CCL 被设定为占用1个站时，最多可以连接8个Fx 系列的PLC 。

终端电阻是指在线型网络两端（相距最远的两个通信端口上），并联在一对通信线上的电阻。根据传输线理论，终端电阻可以吸收网络上的反射波，有效地增强信号强度。两个终端电阻并联后的值应当基本等于传输线在通信频率上的特性阻抗。其作用是为了消除在通信电缆中的信号反射。在此CC-Link 系统中，终端电阻是标准用：110 ,0.5W 。 该CC-Link 系统中主从站模块的参数设置如下表所示：

5.2主从站模块对应缓冲存储器设置

5.2.3 PID读写（RWw/RWr）缓存

5.2.4温度读写（RWw/RWr）缓存

六、软件设计

6.2程序流程图

6.3程序 主站程序：

远程设备站程序：

七、变频器参数设置

八、 人机截面图

九、安装和调试

安装：

1. 系统需接入三相四线制（三相五线制）电源，电源接入之前，确认系统接线

正确。

2. 电源接入系统，需经过空气开关QF ，启动前，空气开关处于断开状态；注意

空气开关型号的选择。

3. 若点击空载，可以不接入热继电器；若电机有负载，请接入热继电器；注意

热继电器型号的选择。

4. PLC 输入输出接线时注意COM 口电源的正负问题，根据PLC 的说明正确接线。

5. Fx 系列CC-Link 系统主从站模块之间的接线要相对应，而且必须使用CC-Link

专用的通讯电缆连接，要注意屏蔽线和终端电阻的接法。

调试：

1. 程序导入时注意通讯设置；

2. 可采用写入监视的方式，监控PLC 的运行状况；

3. FX 系列CC-Link 现场总线模块配置；

4. 单独编写CC-Link 系统的主站和远程设备站的程序，测试主从站模块配置是

否有错以及主从站之间是否可以正常通讯。

5. PLC 由STOP 到RUN ，复位灯闪烁；按下复位按钮之后，启动灯闪烁；

6. 按下启动按钮之后，启动灯亮，变频器启动；

7. 过程控制系统启动，根据液位、温度设定值保持恒定状态。

十、设计总结 刚开始看到题目时很茫然，对于三菱Fx 系列CC-Link 总线模块之前一点都没有接触过，后面通过查找资料、老师讲解、并多次向同学请教从而逐步了解。在设计过程中，遇到许多困难，比如给主站PLC 写入程序时，主站模块上的“ERR ”灯一直亮，修改程序也不行，通过查Fx2N-16CCL-M 模块手册可知“ERR ”灯为ON ，表示通讯错误出现在所有站。因此检查主从站模块的设置，发现从站模块Fx2N-32CCL 上的站数设定为“1”，即该模块占用2站，而程序里的从站模块设置为占用1站，应该将从站模块上的站数设为“0”，即占用1站。还有在配置CC-Link 系统时，要注意两个问题，一是主从站模块的各个参数要设置正确，即程序要与之相对应；二是关于终端电阻的问题。主站和从站之间的传输电缆必须使用CC-Link 专用电缆，而且必须在电缆的两端配置终端电阻。如果只是网络连接线非常短、临时或实验室测试时也可以不使用终端电阻。因为高频信号传输时，信号波长相对传输线较短，信号在传输线终端会形成反射波，干扰原信号，所以需要在传输线末端加终端电阻，使信号到达传输线末端后不反射。对于低频信号则不用。在长线信号传输时，一般为了避免信号的反射和回波，也需要在接收端接入终端匹配电阻。终端匹配电阻值取决于电缆的阻抗特性，与电缆的长度无关。对三菱Fx 系列CC-Link 总线模块最然不精通，但是通过这2周的课程设计，培养了自己独立学习的能力，还有对总线一定的了解。

十一、主要参考文献

[1]三菱FX3U 系列PLC 使用手册

[2]三菱FX3U 系列PLC 编程手册

[3]FR-A700-CHT使用手册

[4]Fx3UFx3UC用户手册

[5]Fx2N-4DA用户指南

[6]Fx2N-4AD用户指南

[7]三菱Fx2N-16CCL-M CC-Link系统主站模块用户手册

[8]三菱Fx2N-32CCL CC-Link接口模块用户手册