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变频器+触摸屏PLC编程综合实训项目实训指导书 PLC变频器触摸屏综合实训 吴尚庆 编 广西工业职业技术学院电子与电气工程系 过程自动化教研室 2007.9 目 录 前言 2 模块一 实训的目的、要求和参考题目3 一、实训的目的3 二、实训的内容及要求3 三、实训的工作量4 四、考核方法、考核内容及成绩评定4 五、实训的参考题目5 模块二 控制系统设计的一般过程9 一、系统设计原则9 二、系统设计步骤9 模块三 控制方案确定14 一、预备知识14 二、确定控制方案17 模块四 电气原理图绘制19 一、预备知识19 二、绘制电气原理图23 三、选择低压电器23 模块五 控制程序编写28 一、预备知识28 二、编写控制程序35 三、调试控制程序36 模块六 控制柜安装37 一、安装低压电器37 二、控制柜接线37 模块七 系统调试39 一、检查线路39 二、排除故障39 三、通电调试39 附录 电气图常用图形符号41 附录 常用低压电器技术数据45 1 前 言 PLC作为先进的、应用势头最强的工业控制器已风靡全球；变频器作为交流电动机的驱动器，广泛应用于现代的工业生产和民用生活中；而使用触摸屏进行监控操作是现代工业控制的常用手段。PLC、变频器、触摸屏综合实训体现了技术的综合性、现代性和现场性，对于在校学生的专业知识学习和专业技能的锻炼有极其重要的意义。 PLC技术、变频技术、传感器技术、低压电气控制技术和组态控制技术是我校的机电专业、电气专业、电控专业和计控专业的专业核心课程。这些课程在我校已连续开课多届，已有广泛的应用基础，现在通过项目把多门专业课程有机的结合起来，培养学生专业能力和综合素质，效果是十分显著的。这在我校的多年实践中得到了证实。 PLC、变频器、触摸屏综合实训以学生小组为单位进行，实训中能培养学生的交流、分工、合作、计划、组织、协调、检验和评价能力。在教学过程中，学生要通过阅读教材和相关技术资料来明确项目内容、项目要求和项目实施方法，需要在项目的总体实施计划下，确定操作步骤与操作方法。要先确定总控制方案并分工，然后绘制电气原理图，再安装控制箱，同时要设计PLC控制程序、设置变频器参数及触摸屏监控画面组态等。在具体的实训中又要进行工具、器材的准备，掌握工具使用和器材的安装与检测方法，而且还要进行安全操作、要进行问题分析并选择出解决方案等。在实训中，除了教师的指导外，更强调学生的自学、动手和以讨论的方式解决问题。 本书适用于PLC、变频器、触摸屏的相关实训和实践课程，具体可根据教学需要进行选择或改动内容。 2 模块一 实训的目的、要求和参考题目 一、实训的目的 PLC、变频器、触摸屏综合实训是我校的机电专业、电气专业、电控专业和计控专业教学中最后一个实践性教学环节。是在学生学完技术基础课和专业课，特别是PLC技术和变频技术课程之后进行的。是培养学生理论联系实际、解决生产实际问题能力的重要步骤，它为后续的毕业设计作必要的准备。 PLC、变频器、触摸屏综合实训是以PLC和变频器控制系统应用和设计为主线，通过对具体控制系统设计总体方案的拟定，控制系统硬件电路的设计、安装以及控制程序的编写，使学生综合运用PLC技术、变频技术、传感器技术、低压电气控制技术和组态控制技术等各方面知识，把多门专业课程有机的结合起来，进行一次全面的训练。从而培养学生综合技术能力和综合素质。 二、实训的内容及要求 实训要求学生在全面了解PLC、变频器、触摸屏的使用和控制系统设计过程的基础上，完成以下内容： 1、控制系统设计 控制系统方案的确定及框图绘制。 PLC、变频器、触摸屏和低压电器元件的选型。 设计绘制控制系统电路原理图。 设计控制柜的元件布局。 编写PLC控制流程及控制程序。 设置变频器的控制参数。 设计触摸屏的控制组态。 2、控制系统安装和调试 在控制柜进行安装及接线。 编写调试流程。 3 调试硬件电路和软件程序。 三、实训的工作量 1、图纸部分 控制系统电路原理图 (A3或A4图纸一张)。 制柜的元件布局图(A3或A4图纸一张)。 控制流程 (A3或A4图纸一张)。 调试流程(A3或A4图纸一张)。 2、说明书部分 说明书是实训的整个设计过程的叙述说明，应包括以下内容： 题目和控制要求。 控制系统总体方案的分析及控制框图。 硬件电路设计说明。 PLC控制程序、变频器参数和触摸屏组态设计说明。 系统调试说明。 总结。 说明书应不少于2000字。 四、考核方法、考核内容及成绩评定 1、考核内容 学生接到实训题目以后，首先必须仔细阅读本指导书的内容，以求对设计的内容和要求有一全面系统的了解，并收集相关资料，然后再按照指导书的步骤逐项进行，应避免在没有消化理解资料的情况下生搬硬抄。 2、考核方法 学生在完成实训的每一项之后，必须由指导教师审核。 3、考核评定 学生完成全部实训后，统一由指导教师对学生完成综合作业的情况，以及对下述考核内容掌握情况评定成绩。 控制柜中各电器元件的名称、功能及选用。 4 控制电路的互锁和自锁环节。 PLC与变频器的电路连接原理。 PLC程序的控制流程。 变频器功能设置的关键参数。 触摸屏与PLC的通信及变量的连接。 软件程序和硬件电路配合情况。 系统调试的要点。 控制柜的安装及接线情况。 4、评分标准 实训成绩分优秀、良好、中等、及格和不及格五级分制。各级评分标准如下： 优秀：实训内容完整。按期完成任务。控制系统设计方案正确可行，论证充分。控制系统硬件线路设计合理，选用元器件完全正确。控制柜的安装接线美观可靠。设计说明书整齐通顺、有条理，图面整洁，质量高。考核时对各部分考核点理解深透，能正确全面地回答问题。 良好：实训内容完整，按期完成任务。控制系统设计方案可行，论证较好。硬件电路设计合理，选用元器件正确。控制柜的安装接线整齐可靠。说明书较通顺、整齐，图面整洁、质量较高。考核时对各部分考核点理解较好，回答问题比较正确全面。 中等：实训内容完整，按期完成任务。控制系统设计方案基本正确，论证一般。硬件电路设计基本合理，选用元器件基本正确。控制柜的安装接线可靠，且较整齐。说明书和图面较整洁、质量尚好。考核时，对各部分考核点问题有一定的理解，经提示后能正确回答问题。 及格：基本完成实训规定的内容。方案选择和硬件电路设计无原则性错误，控制柜的安装接线可靠。说明书和图面比较粗糙，质量一般，存在一些错误，但主要部分基本符合要求，对考核点列出的问题理解不够，经提示后只能回答部分主要问题。 不及格：没有按期完成实训规定的内容，方案选择有原则性错误，硬件电路设计和图纸有重大错误。控制柜的安装接线不可靠。对考核点所列出的主要问题不能回答经提示后回答仍不正确。 若发现有别人代作，取消参加考核的资格。 五、实训的参考题目 5 1、多泵切换恒压供水系统 现有2台电机M1、M2拖动2台水泵，控制要求如下： 触摸屏 PLC MM440 用转换开关实现手动、自动的切换。 手动时由按钮分别控制2台电机的启动、停止。 自动时，变频器一控二异步切换，先用变频器控制M1启动调速，当变频器达到50HZ时延时1分钟水压力还在下限，把M1切换到工频运行，而变频器控制M2启动调速；压力上升，当压力到达上限，延时30秒钟水压力还在上限，电机M1停机；当压力降至下限时，又使电机M2频率为50HZ，延时1分钟水压力还在下限，把M2切换到工频运行，而变频器控制M1启动调速。如此反复使水压恒定。停止时，M1和M2同时停机。 自动时，可用触摸屏来控制启动和停止，并能直接设置管道的压力值。 2、储水器水位控制系统 在锅炉及许多其他的工业设备中，常采用部分供水方式。即是：用水泵将水泵人一个位置较高位的储水器中(水塔、水箱等)，然后向低水位的用户供水。这时，须对储水器中的水位进行控制，如图所示。 利用水的导电性能来取得信号的：当两根金属棒都在水中时，它们之间是“接通”的；当两根金属棒中只有一根在水中时，它们之间便是“断开”的。其中，1号棒用6 作为公共接点，2、3、4号棒分别用于控制不同的水位。 现在控制要求如下： 1）用转换开关实现手动、自动的切换。 2）手动时由按钮分别控制电机的启动、停止。 3）自动时，通过变频调适当降低书泵的转速以达到节能的目的。 在正常情况下，水泵以较低转速nL运行，水位被控制在3号棒LL1和4号棒LH之间。 如果在用水高峰期，水泵低速nL运行时的供水量不足以补充用水量，则水位将越过3号棒LL1后将继续下降。当水位抵于2号棒LL2时，上水泵的转速提高至nH，以增大供水量，阻止水位的继续下降。 当水位上升至3号棒LL1以上时，经适当延时后又可将转速恢复至低速nL运行。 当水位达到上限水位LH时，则关闭水泵，停止供水。 4）自动时，可用触摸屏来控制启动和停止，并能直接显示水位情况和水泵的速度。 3、中央空调控制系统 下图是中央空调系统框图，控制要求如下： 启动过程：风机启动60s¾延时¾¾¾®压缩机启动。 8s¾延时¾¾®冷却泵启动8s¾延时¾¾®冷冻泵启动7 停机过程：压缩机停止8s¾延时¾¾®风机停止。 60s8s¾延时¾¾¾®冷冻泵停止¾延时¾¾®冷却泵停止四台电机分手动/自动控制。 自动时，冷冻泵采用变频调速，冷冻水出水温度为70，回水温度为120；当温控器检测出冷冻水回水温度大于120时，表示用户增加，此时应提高冷冻泵的转速；当温控器检测出冷冻水回水温度小于120时，用户减少，应降低冷冻泵的转速。 自动时，可用触摸屏来控制启动和停止，并能直接显示水泵的速度。 8 模块二 控制系统设计的一般过程 一、系统设计原则 对于不同的控制对象，系统的设计方案和具体的技术指标是不同的，但系统设计的基本原则是一致的。 满足工艺要求。设计的控制系统所达到的性能指标不应低于生产工艺要求，但片面追求过高的性能指标而忽视设计成本和实现上的可能性也是不可取的。 可靠性要高。对工业控制的微机系统最基本的要求是可靠性高。首先要选用高性能的工业控制计算机。其次是设计可靠的控制方案，并具备各种安全保护措施，比如报警、事故预测、事故处理、不间断电源等。为了预防计算机故障，还须设计后备装置。 操作性要好。系统设计时要尽量考虑用户的方便使用，尤其是操作面板的设计，既要体现操作的先进性，又要兼顾原有的操作习惯，控制开关不能太多、太复杂，尽量降低对使用人员专业知识的要求，使他们能在较短时间内熟悉和掌握操作。其次维护容易，一旦发生故障，应易于查找和排除。 实时性要强。微机控制系统的实时性，表现在对内部和外部事件能及时地响应，并作出相应的处理，不丢失信息，不延误操作。 通用性要好。硬件设计方面，应采用标准总线结构，且各设计指标要留有一定余量，以便在需要时扩充。软件方面，应采用标准模块结构，尽量不进行二次开发。当设备和控制对象有所变更时或者再设计另外一个控制系统时，只需稍作更改或扩充就可适应。 经济效益要高。系统设计的性能价格比要尽可能地高，在满足设计要求的情况下，尽量采用物美廉价的元器件；投入产出比要尽可能地低，应该从提高生产的产品质量与产量、降低能耗、消除污染、改善劳动条件等方面进行综合评估。 二、系统设计步骤 控制系统的设计过程一般可分为3个阶段：准备阶段、设计阶段、仿真及调试阶9 段。 1、准备阶段 要认真阅读任务书，并逐条进行研究。搜集有关资料，查阅参考书籍。初步进行系统总体方案设计，并进行方案可行性论证，论证的主要内容是技术可行性，特别是项目的可测性和可控性。 2、设计阶段 在此阶段要先进行总体设计，再进行硬件和软件的设计。 1）总体设计 总体设计就是要了解控制对象、熟悉控制要求，确定总的技术性能指标，确定系统的构成方式及控制装置与现场设备的选择，以及控制规律算法和其他特殊功能要求。 确定系统任务与控制方案，根据系统要求，定采用开环还是闭环控制；闭环控制还需进一步确定是单闭环还是多闭环；进而还要确定出整个系统是采用直接数字控制(DDC)、计算机监督控制(SCC)、分散式控制(DCS)或是采用现场总线控制(FCS)。 确定系统的构成方式，即进行控制装置机型的选择。目前已经生产出许多用于工业控制的微机装置可供选择，如可编程控制器、可编程调节器、总线式工控机、单片微型计算机和分散控制系统、现场总线控制系统等。 在以模拟量为主的中小规模的过程控制环境下，一般应优先选择总线式工控机来构成系统的方式；在以数字量为主的中小规模的运动控制环境下，一般应优先选择PLC来构成系统的方式。工控机或PLC具有系列化、模块化、标准化和开放式系统结构，有利于系统设计者在系统设计时根据要求任意选择，像搭积木般地组建系统。这种方式可提高系统研制和开发速度，提高系统的技术水平和性能，增加可靠性。 选择现场设备。主要包含传感器、变送器和执行器的选择。测量各种参数的传感器，如温度、压力、流量、液位、成分、位移、重量、速度等，种类繁多，规格各异；而执行器也有模拟量执行器、数字量执行器以及电动、气动、液动等之分。 确定控制算法。当系统模型确定之后，即可确定控制算法。微机控制系统的主要任务就是按此控制算法进行控制。控制算法的正确与否，直接影响控制系统的调节品质。 硬、软件功能的划分。系统设计时，硬、软件功能的划分要综合考虑。用硬件10 来实现一些功能的好处是可以加快处理速度，减轻主机的负担；而软件实现可降低成本，增加灵活性，但要占用主机更多的时间。一般在满足指定功能的前提下，应尽量减少硬件器件，多用软件来完成相应的功能。如果软件实现很困难，而用硬件实现却比较简单，则用硬件实现功能比较妥当。 其他方面的考虑。还应考虑人机界面、系统的机柜或机箱的结构设计、抗干扰等方面的问题。 2）硬件设计 尽量选现成的总线式工控机系统或者PLC装置，以加快设计研制进程，使系统硬件设计的工作量减到最小。设计者都要根据系统要求选择合适的模板或模块。选择内容一般包括： 根据控制任务的复杂程度、控制精度以及实时性要求等选择主机板(包括总线类型、主机机型等)。 根据AI、AO点数、分辨率和精度，以及采集速度等选AD、DA板(包括通道数量、信号类别、量程范围等)。 根据DI、DO点数和其他要求，选择开关量输入输出板(包括通道数量、信号类别、交直流和功率大小等)。 根据人机联系方式选择相应的接口板或显示操作面板(包括参数设定、状态显示、手动自动切换和异常报警等)。 根据需要选择各种外设接口、通信板块等。 根据工艺流程选择测量装置(包括被测参数种类、量程大小、信号类别、型号规格等)。 根据工艺流程选择执行装置(包括能源类型、信号类别、型号规格等)。 3）软件设计 用工控机或PLC来组建微机控制系统不仅能减小系统硬性设计工作量，而且还能减小系统软件设计工作量。一般它们都配有实时操作系统或实时监控程序以及各种控制、运算软件和组态软件等，可使系统设计者在最短的周期内开发出应用软件。 程序编制顺序应是先模块后整体。软件设计应考虑以下几个方面。 编程语言的选择。组态语言是一种针对控制系统而设计的面向问题的高级语言，它为用户提供了众多的功能模块。系统设计者只需根据控制要求，选择所需的模11 块就能十分方便地生成系统控制软件，因而软件设计工作量大为减小。 数据类型和数据结构规划。系统的各个模块之间要进行各种信息传递，也即各接口参数的数据结构和数据类型必须严格统一规定。数据可分为逻辑型和数值型。 资源分配。系统资源包括ROM、RAM、定时器计数器、中断源、IO地址等。 程序设计的方法。可采用模块化程序设计方法，即是把一个较长的程序按功能分成若干个小的程序模块，然后分别进行独立设计、编程、测试和查错之后，最后把各调试好的程序模块连成一个完整的程序。模块化程序设计的特点是单个小程序模块的编写和调试比较容易；一个模块可以被多个程序调用；检查错误容易，且修改时只需改正该模块即可，无须牵涉其他模块。但这种设计在对各个模块进行连接时有一定困难。 再采用自顶向下程序设计方法，先从主程序进行设计，从属的程序或子程序用程序符号来代替。主程序编好后，再编写从属的程最后完成整个系统的程序设计。 3、仿真及调试阶段 离线仿真及调试阶段一般在实验室进行。首先编写调试流程，再进行硬件调试与软件调试，然后进行硬件、软件统调，最后考机运行，为现场投运做好准备。 1）硬件调试 对于各种标准功能模板，应按照说明书检查主要功能。在调试AD和DA模板之前，必须准备好信号源、数字电压表、电流表等标准仪器。对这两种模板首先检查信号的零点和满量程，然后再分档检查，并且上行和下行来回调试，以便检查线性度是否合乎要求。 利用开关量输入和输出程序来检查开关量输入(DI)和开关量输出(DO)模板。测试时可在输入端加开关量信号，检查读入状态的正确性；可在输出端用万用表检查输出状态的正确。 硬件调试还包括现场仪表和执行器，这些仪表必须在安装之前按说明书要求校验完毕。如是DCS等通信网络系统，还要调试通信功能，验证数据传输的正确性。 2）软件调试 软件调试的顺序是子程序、功能模块和主程序。 一般与过程输入输出通道无关的程序，如运算模块都可用开发装置或仿真器的调试程序进行调试，有时为了调试某些程序，可能还要编写临时性的辅助程序。 12 一旦所有的子程序和功能模块调试完毕，就可以用主程序将它们连接在一起，进行整体调试。整体调试的方法是自底向上逐步扩大，首先按分支将模块组合起来，以形成模块子集，调试完各模块子集，再将部分模块子集连接起来进行局部调试，最后进行全局调试。这样经过子集、局部和全局三步调试，完成了整体调试工作。 3）系统仿真 在硬件和软件分别调试后，必须再进行全系统的硬件、软件统调，即所谓的系统仿真，也称为模拟调试。系统仿真尽量采用全物理或半物理仿真。试验条件或工作状态越接近真实，其效果也就越好。控制系统只能做离线半物理仿真，被控对象可用实验模型代替。 4）考机 在系统仿真的基础上，还要进行考机运行，即进行长时间的运行考验。 控制系统的设计一般遵循上述过程，设计的步骤有先后，但内容没有明确之分。本书只从控制方案确定、电气原理图绘制、控制程序编写、控制柜安装和系统调试这几个方面进行举例说明。13 模块三 控制方案确定 PLC、变频器、触摸屏综合实训这些课程在我校已连续开课多届，已有“多泵切换恒压供水”、“中央空调控制系统”等多个实训课题。本指导书将以最典型的“多泵切换恒压供水”为例进行讲述。 一、预备知识 1、变频器恒压供水系统 在生产、生活的实际中，用户用水的多少是经常变动的，因此供水不足或供水过剩的情况时有发生。而用水和供水之间的不平衡集中反映在供水的压力上，即用水多而供水少，则压力低；用水少而供水多，则压力大。保持供水压力的恒定，可使供水和用水之间保持平衡，即用水多时供水也多，用水少时供水也少，从而提高了供水的质量。 图3-1 住宅区恒压供水示意图 恒压供水是指在供水网中用水量发生变化时，出水口压力保持不变的供水方式。14 供水网系出口压力值是根据用户需求确定的。传统的恒压供水方式是采用水塔、高位水箱、气压罐等设施实现的。随着变频调速技术的日益成熟和广泛的应用，利用内部包含用PID调节器、单片机、PLC等器件有机结合的供水专用变频器构成控制系统，调节水泵输出流量，以实现恒压供水。变频器恒压供水，如上图3-1所示。 利用变频器内部的PID调节功能，如图3-2，目标信号SP是一个与压力的控制目标相对应的值，通常用百分数表示。反馈信号PV是压力变送器PS反馈回来的信号，该信号是一个反映实际压力的信号。SP和PV两者是相减的，其合成信号MV或减少水泵。即当一台水泵工作频率达到最高频率时，若管网水压仍达不到预设水压，则将此台泵切换到工频运行，变频器将自动起动第二台水泵，控制其变频运行。此后，如压力仍然达不到要求，则将该泵又切换至工频，变频器起动第三台泵，直到满足设定压力要求为止。反之，若管网水压大于预设水压，控制器控制变频器频率降低，使变频泵转速降低，当频率低于下限时自动切掉一台工频泵或此变频泵，始终使管网水压保持恒定。 15 由于“一拖多”变频恒压供水系统需要涉及压力PID控制、工频和变频的逻辑切换、轮换控制、巡检控制等功能，所以需要由专门的程序控制来实现。目前流行的“一拖多”变频供水系统主要由以下3种方式： 1）微机控制变频恒压供水系统 此系统以多台水泵并联供水，系统设定一个恒定的压力值，当用水量变化而产生管网压力的变化时，通过远传压力表，将管网压力反馈给PI控制器，通过PI控制器调整变频器的输出频率，调节泵的转速以保持恒压供水；如不能满足供水要求时，则变频器将控制多台变频泵和工频泵的起停而达到恒压变量供水。微机控制变频恒压供水系统如图3-3所示。 图3-3 微机控制变频恒压供水系统 2）PLC控制变频恒压供水系统 PLC控制的恒压变频供水系统与微机控制器类似，所不同的是PLC除了完成供水控制外，还可以完成其他的特殊功能，具有更大的灵活性。 3）供水专用变频器供水系统 采用供水专用的变频器，不需另外配置供水系统的控制，就可完成对由26台水泵组成的供水系统的控制，使用相当方便；供水专用变频器=普通变频器+PLC，是集供水控制和供水管理一体化的系统，其内置供水专用PID调节器，只需加一只压力传感器，即可方便地组成供水闭环控制系统，传感器反馈的水压信号直接送入变频器自带的PID调节器输入口，而压力设定既可以使用变频器的键盘设定，也可以采用一16 只电位器以模拟量的形式送入；这些产品将PID调节器及简易的可编程序控制器的功能都综合进变频器内，形成了带有各种应用宏的供水专用变频器，由于PID运算在变频器内部，这就省去了对可编程序控制器存储容量的要求和对PID算法的编程，而且PID参数的在线调试非常容易，这不仅降低了生产成本，而且大大提高了生产效率。 西门子的430变频器供水专用变频器框图如图3-4所示。 图3-4 430变频器供水框图 二、确定控制方案 由于我院实验室中的变频器为通用型，没有多泵切换功能，故我们采用PLC控制变频恒压供水系统。变频器采用MM440，PLC采用S7-200，实现“一拖二”方式。 在加泵过程中,变频器驱动电动机达到额定转速时，变频器内部输出继电器动作，作为一个控制信号将电动机切换到工频电网直接供电运行，而变频器再去启动其他的电动机。以达到电动机软启动和节能的目的，切换过程由PLC控制实现。减泵时，则由PLC控制直接停止工频运行的电动机。采用“启先停”方式。 以电动机M1为例，首先将KM2闭合，M1由变频器恒流启动，当电动机到达50Hz同步转速时，变频器MM440内部输出继电器动作，送出一个开关信号给PLC，由PLC控制KM2断开，KM1吸合，电动机M1转由电网供电。以此类推。变频器继续启动其他电动机。如果某台电动机需要调速，则可安排到最后启动，不再切换至电网供电，而由变频器驱动调速。 在本系统的切换中，对变频器的保护是切换控制可靠运行的关键。系统中可采用17 硬件和软件的双重连锁保护。启动过程中，必须保证每台电动机由零功率开始升速。为减少电流冲击，必须在达到50Hz时才可切换至电网。KM2断开前，必须首先保证变频器没有输出，KM2断开后，才能闭合KM1，KM1和KM2不可同时闭合。PLC控制程序必须有软件连锁。 MM440变频器有两个模拟输入端ADC1和ADC2，可让一个模拟输入端用作反馈信号输入，另一个模拟输入端用作给定PID的目标值，这样使得PID的目标值能平滑地随意设定，操作很方便。模拟输入端ADC2接入反馈信号010V，同时也把反馈信号送给S7-200的模拟输入端；给定的PID目标值由ADC1端通过S7-200的模拟输出输给定。因此，这里PLC采用S7-200 CPU224RLY+EM231+EM232。 触摸屏采用TP170B，直接与S7-200进行点对点连接，通过触摸屏能直接给PLC启/停控制名令以及给M440变频器提供PID的目标值，同时能直接显示网管的压力值。 18 模块四 电气原理图绘制 一、预备知识 电路图是采用国家规定的图形符号和文字符号并按工作顺序排列，详细表示电路、设备或成套装置的全部基本组成和连接关系，而不考虑其实际位置的一种简图。 电气控制电路图通常由主电路和辅助电路两部分组成。 主电路(也称动力电路)是通过强电流的电路。它包括电源电路、受电的动力装置及其控制、保护电器支路等，是由电源开关、电动机、熔断器、接触器主触头、热继电器热元件等组成。 辅助电路是通过弱电流的电路。一般生产机械设备的辅助电路，包括控制电路、照明电路和信号电路等，是由各类接触器、继电器的线圈及其辅助触点，接钮、限位开关的触点及照明信号灯等组成。 在电路图上，主电路、控制电路、照明电路和信号电路应按功能分开绘制。一般将主电路画在图纸的左侧，控制电路、照明电路和信号电路画在图纸的右侧。主电路的电源电路画成水平线，相序L1、L2、L3自上而下排列，中性线N和保护地PE依次画在相线下面。主电路，即每个受电的负载(即动力装置，如电动机)及控制电器(如接触器主触头)、保护电路支路(如熔断器，热继电器热元件)等，应垂直电源电路画出。 控制电路和信号电路应垂直画在一条水平电源线和水平中性线N之间、两条或几条水平电源线之间。电器的线圈、信号灯等耗能元件直接连接在下方水平电源线上或N水平线上，而控制触点连接在上方水平电源线与耗电元件之间。 电气控制电路图绘制的一般规则 1）元件和连接线在电路图中的表示 电气装置主要由电气元件和连接线构成，因此，无论是说明电气工作的原理电路图，表示供电关系的电气系统图，还是表明安装位置和接线关系的平面图和接线图等，都是以电气元件和连接线作为描述的主要内容。对元件和连接线表示方法的不同，便19 构成了电气图的多样性。 连接线在电路图中的三种描述方法：多线表示法、单线表示法和混合表示法。 每根连接线或导线各用一条图线表示的方法，称为多线表示法；两根或两根以上的连接线只用一条图线表示的方法，称为单线表示法；在同一图中，单线和多线同时使用的方法称为混合表示法。 多线表示法，描述电路工作原理比较清楚，但图线太多；单线表示法，图面简单，但对某些部分描述得不够详细；混合表示法，兼有二者的优点，在许多情况下被采用。 表示连接线去向的两种方法：在接线图中，以及某些电 路图中，通常要表示出连接线的去向，即连接线的两端各引向何处。表示连接线去向一般有连续线表示法和中断线表示法。 表示两接线端子(或连接点)之间连接线或导线的线条是连续的方法，称为连续线表示法；表示两接线端子或连接点之间连接线或导线的线条是中断的方法，称为中断线表示法。 电路图中，对有直接电联系的交叉导线连接点，要用小黑圆点表示，无直接电联系的交叉导线连接点则不画小黑圆点。 电气元件在电路图中的三种表示方法：集中表示法、半集中表示法、分开表示法。 集中表示法是把一个元件各组成部分的图形符号绘制成一起的方法。例如，交流接触器线圈的主触头和辅助触点，热继电器的热元件和触点集中绘制在一起。 分开表示法是把一个元件的各组成部分分开布置，例如，接触器KM的驱动线圈、主触头、辅助触点，热继电器K的热元件、触点，分别画在不同电路中，用同一个符号KM或FR将各部分联系起来。 半集中表示法是介于集中表示法和分开表示法的一种表示法。其特点是把某些电气元件的某些部分的图形符号分开绘制在电路上，并用机械连接符号即虚线来表示它们之间的关系。 这样表示可减少电路连线的往返和交叉，便于识图，画面清晰美观。 2）图幅分区和元件在图上位置的表示方法 为了确定图上内容(如图形等)的位置及其用途，以便于检修和方便阅读原理图，一些幅面较大、内容复杂的电气图进行分区。 图幅分区的方法是将图纸相互垂直的两边各自加以等分。分区数为偶数。每一分20 区的长度为2575mm。每个分区内竖边方向用大写拉丁字母编号，横边方向用阿拉伯数字编号。 图幅分区后，相当于建立了一个坐标，分区代号用该区域的字母和数字表示，如B3、C4，也可用行(如A、B)或列(如1、2)表示。 3）注释 当含义不便于用图示形式表达清楚时，可在图上采用注释。注释可采用两种方式：一是直接放在所要说明的对象附近；二是加标记，将注释放在图面上的其他适当位置。当图中出现多个注释时，应把这些注释按编号顺序放在图纸边框附近。如果是多张图纸，一般性注释放在第一张图上，其他注释则放在其内容相关的图上。 注释可采用文字、图形、表格等可以对其对象附加说明清楚的各种可能的形式。 4）技术数据的表示方法 当需要在电气工程图上表示出元件的技术数据时，通常采用的方法有，标注在图形符号旁、标注在图形符号内、以表格的形式给出。 5）电原理图中元、器件状态的规定 继电器、接触器在非激励的状态，即其线圈未通电的状态。 断路器、隔离开关等在断开位置。 带零位的手动控制开关在零位位置，而不考虑电路的实际工作状态。 机械操作开关在非工作状态的位置，例如终端开关没有达到极限行程前的位置。 6）电原理图中的电源表示方法 表4-1 电气线路和三相电气设备端的表记代号 项目 名称 标记代号 备注 交流电源 直流电源 交流系统电源第1相 交流系统电源第2相 交流系统电源第3相 中线 直流电源正极 直流电源负极 中间线 L1 L2 L3 N L+,+ L-,- M 21 项目 名称 标记代号 备注 三相电气设备端 保护接地 交流系统设备端第1相 交流系统设备端第2相 交流系统设备端第3相 保护接地 保护和中性共同线 接地 无噪声接地 不接地保护 机壳或机架 等电位 交流电 直流电 U V W PE PEN E T PU MM CC AC DC 7）电原理图中各栏目的含义 图纸上方的1、213是图区编号，是为了便于检索电气线路、方便阅读电原理图而设置的。 图区编号下面的“电源开关照明及信号”一栏，表明它对应的下方元件或电路的功能。 原理图中的接触器、继电器的线圈与受其控制的主触头或辅助触点的从属关系应按下述方法标志： 在每个接触器线圈的文字符号KM的下面画两条竖直线，分成左、中、右三栏，把受其控制而动作的主触头及辅助触点所处的图区号数字，按下表2-2左半部分规定的内容填上。对备而未用的触头及触点，在相应的栏中用记号“X”标出。 在每个继电器线圈的文字符号(如KT)下面画一条竖直线，分成左、右两栏，把受其控制而动作的触点所处的图区号数字，按下表右半部分规定的内容填上。同样，对备而未用的触点在相应的栏中用记号“X”标出。 原理图中每个触头的文字符号下面的数字表示使其动作的线圈所处的图区号。 表4-2 接触器线圈、继电器线圈符号下的数字标志 接触器线圈符号下的数字标志 左栏 中栏 右栏 主触头所处辅助常开触辅助常闭触的图区号 点所处的图区号 点所处的图区号 继电器线圈符号下的数字标志 左栏 右栏 常开触点常闭触点所处的图区号 所处的图区号 22 二、绘制电气原理图 绘制电气原理图前，要根据任务要求确定I/O的点数，然后选择适当的PLC模块，再进行分配I/O口。 本例中手动功能不使用PLC和变频器，直接由按钮控制水泵的起动和停止，不占用PLC的I/O口；在自动状态下，起动和停止控制系统需占用2个PLC的输入点，变频器增加、减少和故障信号输入占用3个PLC的输入点，还有远传压力表的反馈信号输入占用1个模拟量输入点。输出端，KM1KM4占用4个PLC的输出点，同时变频器的启动命令占用1个PLC的输出点，还有变频器PID的给定目标值输入占用1模拟量输出点。PLC分配I/O口分配如下： 表4-3 PLC的I/O分配表 序号 位 输 入 位 功 能 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 I0.1 I0.2 I0.3 I0.4 I0.5 A+ Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5 V0 接SB5,自动时起动 接SB6,自动时停止 接变频器RL1继电器,变频器故障切换信号 接变频