基于三菱FX2NPLC控制的液位自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

蘇州健雄職業(yè)技術(shù)學(xué)院 趙素玲

1 系統(tǒng)控制要求

（1）某水箱的液位高度系統(tǒng)采用PLC控制，觸摸屏作為操作和監(jiān)控界面；（2）水箱下部有一手動(dòng)閥門，出水大小可以由手動(dòng)調(diào)節(jié)；（3）觸摸屏作為操作和監(jiān)控界面，能夠手動(dòng)和自動(dòng)控制系統(tǒng)的啟動(dòng)和停止，并能設(shè)置液位高度及實(shí)時(shí)顯示水箱液位高度；（4）液位高度可通過(guò)觸摸屏設(shè)定，液位高度由液位傳感器測(cè)出，經(jīng)液位變送器送給PLC的A/D模塊，液位刻度為0～100cm變化時(shí)，變送器輸出為0-10V；（5）現(xiàn)有一變頻器拖動(dòng)電機(jī)的水泵為水箱供水，起始頻率為50Hz,當(dāng)液位到達(dá)觸摸屏設(shè)定值70%時(shí)，變頻器頻率為35Hz；當(dāng)液位到達(dá)觸摸屏設(shè)定值80%時(shí)，變頻器頻率為25Hz；當(dāng)液位到達(dá)觸摸屏設(shè)定值90%時(shí)，變頻器頻率為15Hz；當(dāng)液位到達(dá)觸摸屏設(shè)定值時(shí)，水泵關(guān)閉。由于我們的實(shí)驗(yàn)室沒(méi)有水箱，所以系統(tǒng)采用溫度傳感器采集不同的溫度，來(lái)模擬不同的液位高度；（6）系統(tǒng)的電氣部分硬件PLC、觸摸屏、變頻器均采用三菱系列的設(shè)備。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)主要元件選型

2.1.1 PLC機(jī)型選擇

圖1FX2N-48MR實(shí)物圖

由控制要求可知，本設(shè)計(jì)共需要3個(gè)輸入點(diǎn)、4個(gè)輸出點(diǎn)，I/O實(shí)際需要7個(gè)點(diǎn)。為今后工藝改進(jìn)與功能擴(kuò)充留有余地，在實(shí)際需要I/O點(diǎn)數(shù)基礎(chǔ)上，增加一定的余量。再考慮PLC產(chǎn)品本身規(guī)格，選擇FX2N-48MR型PLC。該型號(hào)PLC輸入輸出各為24個(gè)點(diǎn)，與其他PLC比較起來(lái)，三菱PLC編程直觀易學(xué)，指令集豐富，并且相對(duì)于其他的PLC產(chǎn)品，三菱的產(chǎn)品價(jià)格有一定的優(yōu)勢(shì)，故選用此型號(hào)的PLC控制器。三菱FX2N-48MR型PLC實(shí)物圖圖1所示.

2.1.2 變頻器選擇

在交流異步電動(dòng)機(jī)的諸多變速方式中，變頻調(diào)速的性能優(yōu)異，調(diào)速范圍廣，靜態(tài)穩(wěn)定性優(yōu)異，運(yùn)行效率高；使用通用變頻器對(duì)籠型異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制，由于使用方便可靠性高，并且經(jīng)濟(jì)效益顯著，得到了大量推廣。變頻器選擇中，應(yīng)按電動(dòng)機(jī)的額定功率及額定電流、額定電壓綜合考慮，合理選擇變頻器的參數(shù)。變頻器組裝及接線中，應(yīng)嚴(yán)格依據(jù)產(chǎn)品安裝使用手冊(cè)實(shí)施，各種輔助方式，如裝置環(huán)境條件的確保，接地安全措施都該預(yù)留到位，否則會(huì)直接減少變頻器的使用壽命和效率，還會(huì)對(duì)其他系統(tǒng)干擾情況。特別要注意環(huán)境溫度的變化，變頻器發(fā)熱量龐大，安裝在柜內(nèi)時(shí)要考慮散熱的情況，必要時(shí)需要增設(shè)通風(fēng)裝置，對(duì)大功率變頻器尤為重要。

圖2FR-E700實(shí)物圖

變頻器是變頻調(diào)速系統(tǒng)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的硬件，通過(guò)頻率的改變實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。變頻器的選擇必須根據(jù)電動(dòng)機(jī)的功率和電流進(jìn)行選擇。此設(shè)計(jì)采用的是三菱的FR-E700型號(hào)的變頻器，其具有多種磁通矢量控制方式：在0.5Hz情況下使用先進(jìn)磁通矢量控制模式可以使轉(zhuǎn)矩提高到200%（3.7KW以下）。短時(shí)超載增加到200%的允許持續(xù)時(shí)間為3S，誤報(bào)警將更少發(fā)生。經(jīng)過(guò)改進(jìn)的限轉(zhuǎn)矩及限電流功能可以為機(jī)械提供必要的保護(hù)。強(qiáng)大的擴(kuò)展能力、簡(jiǎn)單的操作及維護(hù)等。相較于其他品牌的變頻器 ，三菱的產(chǎn)品價(jià)格具有一定的優(yōu)勢(shì)，且在穩(wěn)定性上更是得到了廣大用戶的肯定，故此項(xiàng)目選用該型號(hào)的變頻器。變頻器的實(shí)物圖如圖2所示。

2.2 系統(tǒng)元器件清單

根據(jù)系統(tǒng)控制要求,設(shè)計(jì)系統(tǒng)元器件清單列表如表1所示：

表1元器件清單列表

2.3 系統(tǒng)硬件接線圖

根據(jù)系統(tǒng)控制要求，設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件接線圖如圖3所示：

圖3系統(tǒng)硬件接線圖

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)觸摸屏界面設(shè)計(jì)圖

根據(jù)系統(tǒng)控制要求，設(shè)計(jì)系統(tǒng)觸摸屏界面如圖4所示：

圖4系統(tǒng)觸摸屏界面圖

3.2 系統(tǒng)I/O分配表設(shè)計(jì)

根據(jù)系統(tǒng)控制要求，設(shè)計(jì)系統(tǒng)I/O分配表如表2所示：

3.3 系統(tǒng)變頻器參數(shù)設(shè)定

根據(jù)系統(tǒng)控制要求，設(shè)計(jì)系統(tǒng)變頻器參數(shù)如表3所示：

表2系統(tǒng)I/O分配表

4 系統(tǒng)梯形圖程序設(shè)計(jì)

表3系統(tǒng)變頻器參數(shù)

根據(jù)系統(tǒng)控制要求，結(jié)合第三章的系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)出系統(tǒng)梯形圖程序如下：

5 結(jié)論

對(duì)于這個(gè)系統(tǒng)的控制要求，筆者從軟件到硬件都進(jìn)行了設(shè)計(jì)，而且最后把程序輸入到對(duì)應(yīng)型號(hào)的PLC進(jìn)行運(yùn)行，以驗(yàn)證程序的正確性，結(jié)果證明一切都非常完美。唯一的不足就是我們實(shí)驗(yàn)室沒(méi)有水箱，所以只能用一個(gè)溫度傳感器檢測(cè)到不同溫度來(lái)模擬不同的水位。因?yàn)楝F(xiàn)實(shí)中若想獲得不同的溫度還是非常方便的，比如可以用手握溫度傳感器的測(cè)溫探頭，或者放在不同溫度的水中，都非常容易使得溫度變送器獲得極大的溫差，從而可以給FX2N-4AD輸送不同的信號(hào)。