中央负压抽吸系统变频控制设计工艺图及PLC程序设计

TONGJIZHEJIANGCOLLEGE毕业设计（论文）课题名称中央负压抽吸系统变频控制设计副标题:工艺图及PLC程序设计系名称机械与电气信息工程系专业电气工程及其自动化日期2013年5月15日中央负压抽吸系统变频控制设计工艺图及PLC程序设计09电气工程及其自动化某某某学号指导老师某某某【摘要】随着现代口腔医学的不断发展，医生和患者对牙科设备的要求越来越高一套良好的牙科设备，不仅可以使医生能快速准确的治愈病人，还能使患者在治疗过程中感到舒适和安全本次设计运用PLC及变频器对YJF-60负压抽吸系统进行控制利用PLC进行控制具有可靠性高，抗干扰性强，使用方便等优点，使得系统的设计、安装、调试等工作量大大减少利用变频器进行控制可以使电机调速更加节能，减少无功功率，还能达到软启动的目的该负压抽吸系统可以及时有效的抽吸患者口腔内污染物的同时，又能保证不损伤患者的口腔；可以保证治疗区域良好的可视度；从患者口内吸出的带菌气雾，液体和混合物，经由管道进入机组的分离装置中，在诊室外进行集中分离过滤，这样既减少了清理的工作量，又避免在诊室内造成二次污染【关键词】牙科设备PLC变频器污染物负压抽吸系统CentralvacuumsuctionsystemfrequencycontroldesignProcessdiagramandPLCprogrammingElectricalEngineeringandAutomationjiangyangyang091026Adviserganweiqin【Abstract】Withthecontinuousdevelopmentofmodernoralmedicinedoctorsandpatientshavebecomeincreasinglydemandingofdentalequipment.Agoodsetofdentalequipmentnotonlyallowsthedoctortocurethepatientquicklyandaccuratelybutalsotomakethepatientfeelcomfortableandsafeinthetreatmentprocess.ThedesignofthePLCandinvertercontrolvacuumsuctionsystem.PLCcontrolwithhighreliabilitystronganti-interferenceeaseofusemakingthesystemdesigninstallationcommissioninggreatlyreducingtheworkload.Invertercontrolallowsthemotorspeedismoreenergyefficientreducereactivepowerbutalsoachievethepurposeofthesoft-start.Thevacuumsuctionsystempollutantsinatimelyandeffectivesuctionthepatientsmouthatthesametimebutalsoensuresthatnodamagetothepatientsmouth;ensuregoodvisibilityofthetreatmentarea;thecontaminatedaerosolsuckedoutfromthepatientsmouthliquidandmixtureintothepipetheunitseparationdevicetocentralizedseparationfilteroutsidetheclinicsonotonlyreducestheworkloadoftheclean-upavoidtocausesecondarypollutionintheconsultingroom.【Keywords】dentalequipmentPLCinvertercontrolpollutantvacuumsuctionsystem目录TOC\o1-3\h\u

1.绪论

11.1背景及意义

11.2课题设计的主要内容和主要方法

12.系统设计

22.1方案的选择

22.2PLC和变频器的应用

32.

2.1PLC的原理及应用

32.

2.2变频器的原理和应用

42.3电气原理图

43.系统电器工艺图设计

53.1电器工艺图设计需要注意的问题

63.2元器件的选择

63.3电器工艺图的绘制

114.程序设计及分析

144.1PLC程序设计思路

144.

1.1PLC端口分配

154.

1.2系统控制过程

164.2PLC程序分析

194.

2.1数据的采集程序

194.

2.2气泵起动控制程序

204.

2.3废水泵控制程序

234.

2.4寄存器的跳转程序

255.系统调试

265.1调试注意事项

275.2系统的调试

285.3调试结果分析

306.结论31参考文献32谢辞33附录

341.绪论

1.1背景及意义在口腔医学不断发展的今天医生对牙科设备的要求越来越高不仅病人在治疗中坐着要舒适医生更要准确快速地治愈病人并且在治疗过程中注意自我防护当牙医在治疗过程中，从患者口中喷出带有细菌，病毒，真菌等大量雾化状态的带菌气流（见图

1.1-1），这些带菌气流直接喷射到牙医的面部，并扩散到整个口腔诊室，污染了诊室环境；据资料统计，牙医是所有执业医师中最容易受到感染的人群；图

1.1-1带菌气流图图

1.1-2抽吸效果图患者在接受治疗的过程中，需要清洁水来清洗创面，而涡轮手机需要水来冷却，这样就不可避免的有大量的水进入口中，必将刺激患者的神经，造成吞咽反应，如不能进行持续而有效地排出，会中断治疗，影响治疗效果；传统的牙科治疗机的负压采用“射流”原理，利用压缩空气或水在主管道内大量排放，使得附属管道内产生真空而形成的负压来抽吸患者口内的液体若采用压缩空气做动力，将造成压缩机的连续运转，降低压缩机的使用寿命而本课题设计的YJF-60负压抽吸设备抽吸量持久，抽吸力度适中，在及时有效的抽吸患者口腔内污染物的同时，又能保证不损伤患者的口腔；能及时有效的从患者口内吸出的带菌气雾，液体和混合物（见图

1.1-2），经由管道进入机组的分离装置中，进行集中分离过滤，这样保证了治疗区域良好的可视度，使牙医在治疗过程中持续工作，无需中断，而且使牙医，护士和病人远离了感染收集到的混合气体通过气液分离罐处理后排放到下水道中而且在设计中增加变频系统，根据工作台的使用量及时调节设备工作频率，根据工作台负压力的大小及时调节气泵的工作台数，具有节约能源，降低成本的优点

1.2课题设计的主要内容和主要方法本课题设计主要对YJF-60负压抽吸系统的工作过程进行设计分析该负压抽吸系统的基本结构主要包括两个部分气路部分和电气控制部分本课题设计采用可编程控制器PLC和变频器对YJF-60负压抽吸系统工作过程进行控制气路部分包括三台380V50Hz

4.3KW的三相漩涡式气泵组成的负压抽吸动力源、气液分离罐、一台380V50Hz

1.1KW排水泵将气液分离罐的废水排出、一只220V50Hz清冼用进水电磁阀、一只220V50Hz卸荷用电磁阀、气路管道、安装支架等电气控制部分主要包括三台380V50Hz，

4.3KW的三相漩涡式气泵、一台380V50Hz，

1.1KW排水泵、一只220V50Hz清冼用进水电磁阀、一只220V50Hz卸荷用电磁阀、可编程控制器、压力传感器、压力显示控制器、电气控制板、变频器、电器箱等YJF-60负压抽吸系统的设计主要包括四个板块的设计抽吸气泵的控制设计，废水泵的控制设计，清冼进水电磁阀的控制设计和卸荷电磁阀的控制设计根据各个板块的设计要求，利用CAD软件作出YJF-60负压抽吸系统电气原理图主电路图，电气原理图控制电路图根据电气原理图，规范选择合适的电器元器件，利用CAD软件作出电器工艺图根据YJF-60负压抽吸系统电气原理图及电器工艺图，根据负压系统运作的控制过程，利用三菱FX编程软件进行编程将完整程序导入PLC（FX1S-30MR）进行调试修改，最后对整个系统的调试结果作出分析图

1.2-1YJF-60负压抽吸系统图

2.系统设计

2.1方案的选择本课题设计的负压抽吸系统由三台抽吸气泵M

1、M

2、M3提供动力针对这三台抽吸气泵的工作状态，选出了二套电气控制方案供讨论方案一固定抽吸气泵M1为变频控制，其它二台抽吸气泵M2和M3按设计要求按需为固定频率工作方案二三台抽吸气泵按程序设计轮流为变频控制例在第一程序段第一台抽吸气泵为变频控制时，第二台及第三台抽吸气泵按设计要求按需为为固定频率工作；在第二程序段第二台抽吸气泵为变频控制时，第一台及第三台抽吸气泵按设计要求按需为为固定频率工作；在第三程序段第三台抽吸气泵为变频控制时，第一台及第二台抽吸气泵按设计要求按需为为固定频率工作通过不断的分析和讨论，总结出方案一具有电气控制电路简单，设计方便的优点，但是用变频控制的抽吸气泵M1的使用率大大高于其它二台抽吸气泵，可能使变频控制的抽吸气泵因使用时间长而损坏而方案二的优点主要是三台抽吸气泵使用率比较一致，且都采用变频控制，可以达到软启动，节能，控制准确等优点，但电气控制电路要比方案一复杂很多经过综合分析，决定选用方案二作为本课题设计的方案

2.2PLC和变频器的应用本设计采用可编程控制器（PLC）和变频器对YJF-60负压抽吸系统工作过程进行控制因为PLC具有以下优点系统构成灵活，扩展容易，以开关量控制为其特长；使用方便，编程简单；能适应各种恶劣的运行环境，抗干扰能力强，可靠性强变频器具有节能、降低电力线路电压波动等优点

2.

2.1PLC的原理及应用PLC的基本结构包括CPU、存储器、输入/输出接口、编程器等（见图

2.

2.1-1）PLC采用循环扫描的工作方式⑴每次扫描过程，集中采集输入信号，集中对输出信号进行刷新⑵输入刷新过程，当输入端口关闭时，程序在进行执行阶段时，输入端有新状态，新状态不能被读入只有程序进行下一次扫描时，新状态才被读入⑶一个扫描周期分为输入采样，程序执行，输出刷新⑷元件映象寄存器的内容是随着程序的执行变化而变化的⑸扫描周期的长短由三条决定

①CPU执行指令的速度

②指令本身占有的时间

③指令条数，现在的PLC扫描速度都是非常快的⑹由于采用集中采样，集中输出的方式，存在输入/输出滞后的现象，即输入/输出响应延迟图

2.

2.1-1PLC基本结构图PLC以其可靠性高、逻辑功能强、体积小、可在线修改控制程序、具有远程通信联网功能、以易与计算机接口、能对模拟量进行控制，具备高速计数与位控等性能模块等优异性能，日益取代由大量中间继电器、时间继电器、计数继电器等组成的传统继电—接触控制系统，在机械、化工、石油、冶金、电力、轻工、电子、纺织、食品、交通等行业得到广泛应用当然，发展到今天，PLC的品牌多的数不胜数，如三菱PLC、施耐德PLC、犹尼康Unitronics、台达PLC、松下PLC、欧姆龙PLC、富士PLC、西门子PLC等等在本课题设计中，选用三菱PLC的FX1S-30MR系列，它具有完整的性能和通讯功能等扩展性FX1S-30MR有16个输入点和14个输出点，可以满足本设计的要求

2.

2.2变频器的原理和应用变频器的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”（见图

2.

2.2-1）图

2.

2.2-1变频器主电路示意图变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置，能实现对交流异步电机的软起动、变频调速、提高运转精度、改变功率因数、过流/过压/过载保护等功能在本课题设计中选用西门子MM430变频器它具有易于调试、配置灵活、节能控制等优点

2.3电气原理图电气原理图是用来表明设备电气的工作原理及各电器元件的作用，相互之间的关系的一种表示方式运用电气原理图的方法和技巧，对于分析电气线路，排除电路故障是十分有益的电气原理图一般由主电路、控制电路、保护、配电电路等几部分组成YJF-60型负压抽吸系统电气原理图包括两个部分，电气原理图主电路部分设计和电气原理图控制电路设计在设计过程中应该满足电气控制设计原则⑴最大限度满足生产机械和生产工艺对电气控制的要求⑵在满足要求的前提下使控制系统简单经济合理便于操作维修方便安全可靠⑶电器元件选用合理正确使系统能正常工作⑷为适应工艺的改进设备能力应留有裕量分析YJF-60型负压抽吸系统所需要的元器件，作出电气原理图主电路部分（见图

2.3-1）和电气原理图控制电路部分（见图

2.3-2）图

2.3-1系统电气原理图主电路图图

2.3-2电气原理图控制电路图

3.系统电器工艺图设计电器工艺图是为了表达生产机械电气控制系统的结构、原理等设计意图，便于电气系统的安装、调试、使用和维修，将电气控制系统中各电器元件及其连接线路用一定的图形表达出来

3.1电器工艺图设计需要注意的问题完整的电器工艺图应该包括以下内容⑴设计电气设备的总体配置，绘制总装配图和总接线图⑵绘制各组件电器元件布置图与安装接线图，标明安装方式接线方式⑶编写使用维护说明书在设计电器工艺图过程中，需要遵循以下原则⑴尽量缩短连接导线的长度和导线数量，设计控制电路时，应考虑各电器元件的安装位置，尽可能地减少连接导线的数量缩短连接导线的长度⑵尽量减少电器元件的品种，数量和规格，同一用途的器件尽可能选用同品牌，型号的产品，并且电器数量减少到最低限度⑶尽量减少电器元件触头的数目在控制电路中尽量减少触头是为了提高电路运行的可靠性⑷尽量减少通电电器的数目，以利节能与延长电器元件寿命，减少故障

3.2元器件的选择在电器工艺图中，需要正确的表示元器件的规格大小，形状尺寸和接线方式，所以，在设计电器工艺图前需要对所用到的元器件进行准确的选择⑴PLC的选择合理选用PLC，对于提高PLC控制系统的技术经济指标有着重要意义PLC的选择主要应从PLC的机型、容量、I/O模块、电源模块、特殊功能模块、通信联网能力等方面加以综合考虑PLC机型的选择PLC机型选择的基本原则是在满足功能要求及保证可靠、维护方便的前提下，力争最佳的性能价格比本课题设计的YJF-60负压抽吸系统有16个输入信号和14个输出信号，而三菱FX1S-30MR（见图

3.2-1）刚好有16个输入端口和14个输出端口，电源输入为220VAC，所以选用三菱FX1S-30MR作为本次设计所要用的PLC它的外形尺寸是100mm×90mm主要参数见表

3.2-

1.表

3.2-1FX1S-30MR参数表型号FX1S-30MR品牌三菱输入16点输出14点外形尺寸mm宽*高*深100*90*49电源规格DC24V输入规格DC24V7mA/5mA无电压触点、或者NPN开集电极晶体管输入输出规格继电器输出图

3.2-1FX1S-30MR图⑵变频器的选择变频器的选型要根据电机的实际工作电流来选择本课题设计的YJF-60负压抽吸系统的负载类型为风机泵类负载，三台气泵都是可以变频起动，气泵的功率为

4.3KW，要求功率较大，计算气泵的Ijs来确定变频器的型号选择Pjs=√3Un×Ij×cosφPjs=Pe×COSΦ其中cosφ为气泵的功率因数，cosφ=

0.8；COSΦ为气泵需要系数，COSΦ=

0.8～

0.85取COSΦ=

0.8Pe=

4.3KW所以Pjs=

4.3KW×

0.8=

3.44KW所以求出Ijs=

6.53A西门子MM430（见图

3.2-2）系列的6SE6440-2CD27-5CA1型P=

7.5KW，IN=19A 可以满足设计要求，它的外形尺寸是185mm×245mm×195mm组要参数见表

3.2-2表

3.2-2MM430主要参数表·380V-480V±10%，三相，交流，

7.5kW-250kW；·风机和泵类变转矩负载专用；·牢固的EMC（电磁兼容性）设计；控制信号的快速响应·内置PID控制器；·快速电流限制，防止运行中不应有的跳闸；·数字量输入6个，模拟量输入2个，模拟量输出2个，继电器输出3个；·具有15个固定频率，4个跳转频率，可编程；·采用BiCo技术，实现I/O端口自由连接；·集成RS485通讯接口，可选PROFIBUS-DP通讯模块；·灵活的斜坡函数发生器，可选平滑功能；·三组参数切换功能电机数据切换，命令数据切换；图

3.2-2西门子MM430变频器图⑶空气开关的选择空气开关具有控制和多种保护功能于一身除了能完成接触和分断电路外，尚能对电路或电气设备发生的短路、严重过载及欠电压等进行保护在本课题设计中，选用了380V50Hz

4.3KW的三相漩涡式气泵和380V50Hz

1.1KW排水泵，需要计算Ijs来确定选用的空气开关求出的Ijs=

6.53A所以决定选用施耐德的梅兰日兰C653P10A空气开关（见图

3.2-3），它的外形尺寸是55mm×81mm主要参数见表

3.2-3表

3.2-3C65参数表制造厂商法国施耐德电气脱扣曲线（C）保护常规负载和配电线缆额定电流10A   16A  20A  25A  32A  40A额定电压（AC  V）230额定电流（A）6 ~  32分断能力（KA）

4.5极数3P+N规格55mm×81mm机械寿命20，000次接线适用于10mm2及以下导线图

3.2-3C65空气开关图⑷继电器选择应根据继电器的功能特点，适用性，使用环境，工作制，额定工作电压及额定工作电流来选择正确选用继电器的原则具体来讲应该是a继电器的主要技术性能，如触点负荷 动作时间参数，机械和电气寿命等应满足整机系统的要求；b继电器的结构型式（包括安装方式）与外形尺寸应能适合使用条件的需要；c经济合理本课题设计中继电器用于卸荷阀和进水阀中，这些电磁阀P=160W，U=220V，MY2NJ5A220AC，所以选用欧姆龙MY2NJ继电器（见图

3.2-4）可以满足设计条件它的外形尺寸是

22.5mm×68mm主要参数见表

3.2-4品牌欧姆龙型号MY2NJ-DC24V外形尺寸（mm）

21.5×

21.5×36mm（L×W×H）触点负载5A220VAC5A24VDC额定电流5A工作温度-55℃～+70℃阻抗≤50mΩ电气寿命≥40万回机械寿命≥8000万回表

3.2-4欧姆龙继电器参数表图

3.2-4欧姆龙继电器图⑸接触器选择根据接触器控制的负载性质来相应选择直流接触器还是交流接触器，一般场合选用电磁式接触器，对频繁操作的带交流负载的场合，可选用带直流电磁线圈的交流按触器接触器的选型主要需要确定种类，负载类型，主回路参数，控制回路参数辅助触点，以及电气寿命，机械寿命及工作制等多种情况综合考虑本课题设计中，已经算出气泵的Ijs=

6.53A，选用西门子3TB40接触器（见图

3.2-5），它的额定电流为9A，可以满足条件，它的外形尺寸是44mm×80mm主要参数见表

3.2-5西门子3TB40接触器参数表表

3.2-5西门子3TB40接触器参数表品牌西门子型号3TB40外形尺寸44mm×80mm频率50Hz额定电压690-1000VAC-3使用类别下额定工作电压为380V额定电流9A-400A适用场合远距离接通及分断电路之用，适用于控制交流电动机的起动、停止及反转标准符合IEC947，VDE0660，GB14048标准图

3.2-5西门子3TB40接触器图⑹压力变送器的选择压力变送器选择三要素为确定测量介质、确定精度范围，补偿温度范围，使用温度范围、确定丈量范围和丈量方式本课题设计的负压抽吸系统测量介质为牙科治疗气液废物，需要的压力范围是-40～0KPa压力变送器SMP131的压力测量范围是0～

0.7bar，1bar=100KPa，所以40KPa=

0.4bar，可以满足设计要求，所以选用SMP131-S4M1F2D（见图

3.2-6）主要参数见表

3.2-6表

3.2-6SMP131压力变送器参数表测量范围0～

0.1bar至0～600bar过载范围满量程的

1.5倍精度等级

0.25%f.s.，

0.5%f.s工作电压:12～30vdc24vdc输出信号4～20ma，0～10ma，1～5vdc，0～10vdc，0～5vdc补偿温度0～50℃，-10～80℃工作温度-30～85℃电气连接din，航空接头防护等级ip65，ip67螺纹接口m20*

1.5外螺纹，g1/2外螺纹，g1/4外螺纹图

3.2-6SMP131压力变送器图⑺压力数显仪的选择根据已经确定的压力变送器的相关参数，选择合适的压力数显仪与之配合使用压力变送器的输出信号方式是4mA～20maADC二线制，数显仪LG8（见图

3.2-7）的输入模拟信号为4mA～20maADC，符合设计要求主要参数见表

3.2-7图

3.2-7LG8压力数显仪图表

3.2-7LG8压力数显仪参数表输入信号模拟量  热电偶标准热电偶－B、S、K、E、J、T等          热电阻标准热电阻－Pt

100、Cu

50、Cu100电   流4-20mA、0-10mA、0-20mA等——输入阻抗≤250Ω 电   压0-5V、1-5V、mV等--输入阻抗≥250KΩ输出信号模拟量输出    DC0-10mA（负载电阻≤750Ω） DC4-20mA（负载电阻≤500Ω）DC0-5V（负载电阻≤250KΩ） DC1-5V（负载电阻≤250KΩ）开关量输出   继电器控制输出－继电器ON/OFF带回差AC220V/3A；DC24V/6A（阻性负载）可控硅控制输出－SCR（可控硅过零触发脉冲）输出，  光电隔离AC400V/

0.5A固态继电器输出－SSR（固态继电器控制信号）输出，光电隔离DC6~24V/30mA通讯输出       接口方式－标准串行双向通信接口，光电隔离，RS-

485、RS-

232、RS-422等      波特率－300-9600bps  内部自由设定馈电输出        DC24V，负载≤30mA根据已经选出的元器件，列出元器件列表（见表

3.2-8）表

3.2-8主要元器件列表序号名称型号规格（mm）备注1可编程控制器PLCFX1S-30MR100×90三菱2变频器西门子MM430185×245×195西门子3空气开关QFC653P10A55×81梅兰日兰4相序继电器KA145×705接触器KM3TB4044×80西门子6继电器KAMY2NJ

22.5×68欧姆龙7压力变送器SMP1318压力数显仪LG8立格

3.3电器工艺图的绘制用CAD软件绘制电器工艺图，主要包括各个元器件安装位置，安装接线图的绘制⑴FX1S-30MR的绘制（见图

3.3-1）FX1S-30MR的外形尺寸大小为100mm×90mm，它的输入输出为8进制编号，有X0～X16一共16个输入端，Y0～Y15一共14个输出端2继电器的绘制（见图

3.3-2）继电器的外形尺寸是

22.5mm×68mm12是公共点，8是常开点，4是常闭点9是公共点，5是常开点，1是常闭点其中12，8，4为一组触点，9，5，1为一组触点这两组是分别独立的，互不关联3接触器的绘制（见图

3.3-3）接触器的外形尺寸是44mm×80mm，有3对主触点和一对辅助触点4变频器的绘制（见图

3.3-4）MM430变频器的外形尺寸是185mm×245mm×195mm，而它的I/O接线板的尺寸是

15.2mm×

6.7mm，它的1号端和2号端为电压输入，5～8号端子为数字输入端，18～25号端子为输出继电器的触头S1和S2为DIP开关5熔断器的绘制（见图

3.3-5）熔断器的外形尺寸是

17.5mm×77mm6导轨的绘制（见图

3.3-6）安装导轨的规格35×15mm，长度可以根据设计需要截取电气元件可方便地卡在导轨上而无需用螺丝固定，维护也很方便7空气开关的绘制（见图

3.3-7）空气开关的外尺寸是55×81，上端接三相电源，下端接到接触器和继电器8相序继电器的绘制（图

3.3-8）相序继电器的外尺寸是45×70它主要用于控制电机的相序图

3.3-1PLC图图

3.3-2继电器KA图图

3.3-3接触器图图

3.3-4变频器图图

3.3-6导轨图图

3.3-7空气开关图图

3.3-8相序继电器图图

3.3-5熔断器图根据电气原理图所表达的各个元器件之间的关系，把各个元器件安装到导轨上，再接线最后完成负压抽吸系统的电器工艺图绘制（见图

3.3-9）图

3.3-9系统的电器工艺图

4.程序设计及分析YJF-60型负压抽吸系统的过程控制主要包括四个板块抽吸气泵控制设计、废水泵控制设计、清洗进水阀控制设计、卸荷阀控制设计根据系统的控制要求，先对每个版块的控制过程进行程序编辑，最后完成整个系统的程序编辑工作

4.1PLC程序设计思路分析系统工作过程，利用编程软件FXGPWIN对负压抽吸系统的整个控制过程进行编程整个程序分成三个程序段，第一程序段1#气泵M1受变频器控制起动，2#气泵M2作为第二台运行的气泵，3#气泵M3作为第三台运行的气泵；第二程序段2#气泵M2受变频器控制起动，3#气泵M3作为第二台运行的气泵，1#气泵M1作为第三台运行的气泵；第三程序段3#气泵M3受变频器控制起动，1#气泵M1作为第二台运行的气泵，2#气泵M2作为第三台运行的气泵表

4.1-1程序段对应气泵起动顺序表受变频器控制的气泵第二台运行气泵第三台运行气泵S20，S21，S22M1M2M3S30，S31，S32M2M3M1S40，S41，S42M3M1M2图

4.2-1系统工作流程图

4.

1.1PLC端口分配X、Y分别表示PLC的输入/输出信号要对系统的控制过程进行编程就需要先对输入/输出端口进行分配（见表

4.

1.1-1），了解每个端口所表示的信号表

4.

1.1-1FX1S-30MR输入/输出端口分配表输入端X输入端信号输入端Y输入端信号X0起动/停止Y0卸荷阀X1低液位Y1报警X2中液位Y2进水阀X3高液位Y31#气泵变频起动X4低压力Y41#气泵工频起动X5中压力Y52#气泵变频起动X6高压力Y62#气泵工频起动X7超高压力Y73#气泵变频起动X10相序控制Y103#气泵工频起动X11过载保护1Y11废水泵起动信号X12过载保护2Y12起动信号X13过载保护3Y13HL1X14选择1#气泵Y14HL2X15选择2#气泵Y15HL3X16选择3#气泵X17复位开关根据端口分配表，利用CAD软件绘制PLC的I/O接线图见图

4.

1.1-1图

4.

1.1-1PLCI/O接线图

4.

1.2系统控制过程分析整个系统的设计要求，先画出系统工作流程图（见图

4.

1.2-1）再根据工作流程图，分析系统各个板块的工作过程⑴抽吸气泵控制设计本课题设计的抽吸系统由三台三相漩涡式气泵组成负压抽吸动力源，分别是1#气泵M

1、2#气泵M

2、3#气泵M3三台气泵的参数U=380Vf=50Hz，P=

4.3KW每台气泵都可以分工频起动的变频起动变频起动由变频器MM430控制以1#气泵的动作为例，三相电路L

1、L

2、L3过变频器MM40，再经过KM1，再经过过载保护FR1到M1三相定子绕组，另一路L

1、L

2、L3经过KM2再通过过载保护FR1也到M1三相定子绕组这两路同时组成了1#气泵M1的变频起动和工频起动，而KM2的常闭触点串接到KM1线圈下，KM1的常闭触点串接到KM2线圈下，这样就构成了互锁电路1#气泵M1的变频起动信号为FX1S-30MR中的Y3，工频起动为Y4，2#气泵M2的变频起动信号为FX1S-30MR端口Y5，工频起动为Y6，3#气泵M3的变频起动信号为FX1S-30MR端口Y7，工频起动为Y10当PLC接收到来自牙科治疗椅的起动信号（无源开关量信号），PLC发出控制受变频器驱动1#气泵M1的接触器KM1接通信号，过

0.5秒后单片机发出起动变频器起动的信号Y3，受变频器驱动的1#气泵M1起动，受变频器驱动的1#气泵M1起动后，根据压力传感器采集的压力信号，压力传感器对变频器及压力显示控制器发出相应的电流信号（-30KPa对应的电流为4mADC0KPa对应的电流为20mADC），压力显示控制器显示抽吸压力变频器根据接收的电流信号调整变频器的输出电压与频率变频器进行PID调节，改变1#气泵电动机M1的转速，保证抽吸负压的稳定（例稳定在-14KPa）此时若抽吸量增大，抽吸负压力减小（例抽吸负压力由-14KPa上升到-9KPa），并持续10S表明一台气泵的抽吸能力已不能满足要求，必须起动第二台气泵此时首先停止变频器的起动信号Y3接通起动2#气泵电动机M2的接触器KM4使2#气泵电动机M2在50HZ频率运行过

0.5S后，重新接通变频器的起动信号Y3变频器根据接收的电流信号调整变频器的输出电压与频率，改变1#气泵电动机的转速，保证抽吸负压的稳定（例稳定在-14KPa）在控制过程中，有三种可能性

①二台气泵能满足牙科治疗椅的抽吸需求，此时一台气泵按固定频率运行，另一台气泵按变频运行

②牙科治疗椅的抽吸需求减小，（抽吸量减小，抽吸负压力增大，例抽吸负压力为-15KPa且持续时间10S），表明二台气泵的抽吸能力已超过抽吸量要求，必须停止2#气泵此时需要停止2#气泵的接触器KM4，使第二台气泵停止运行变频器根据接收的电流信号调整变频器的输出电压与频率，改变1#气泵电动机的转速，保证抽吸负压的稳定（例稳定在-14KPa）

③牙科治疗椅的抽吸需求增大，（抽吸量增大，抽吸负压力降低），并持续10S，表明二台气泵的抽吸能力已不能满足要求，必须起动3#气泵此时保持2#气泵的运行，暂时停止变频器的起动信号Y3然后接通起动3#气泵电动机M3的接触器KM6过

0.5S后，重新接通变频器的起动信号Y0变频器根据接收的电流信号调整变频器的输出电压与频率，改变第一台气泵电动机的转速，保证抽吸负压的稳定（例稳定在-14KPa）若牙科治疗椅的抽吸需求减小，（抽吸量减小，抽吸负压力增高，例抽吸负压力为-15KPa且持续时间10S），表明三台气泵的抽吸能力已超过抽吸量要求，必须停止第三台气泵停止第三台气泵的接触器KM3，使第三台气泵停止运行保持二台气泵运行，变频器根据接收的电流信号调整变频器的输出电压与频率，改变第一台气泵电动机的转速，保证抽吸负压的稳定（例稳定在-14KPa）当PLC接收到来自牙科治疗椅的停止信号（无源开关量信号），延时5分钟后，PLC发出停止变频器运行的信号再延时10S后，PLC发出控制受变频器驱动气泵M1的接触器KM1断开信号以上是1#气泵受变频器起动的动作过程，2#气泵和3#气泵受变频器起动的动作过程和1#气泵类似，就不一一例举了⑵废水泵控制设计废水泵主要用于气液分离罐的废水排放4#水泵起动守KM7控制，当KM7出点合上后，4#水泵开始动作水泵在以下两个状态动作

①当气液分离罐的废水液位达到中液位或气泵停止运行时液位超过低液位时，废水泵运行，当液位低于低液位时，延时5秒后废水泵停止

②当气液分离罐在清洗状态，气液分离罐废水液位达到中液位，延时15秒后废水泵运行，当液位低于低液位时，延时5秒后废水泵停止⑶清洗进水阀控制设计清冼进水电磁阀用于对气液分离罐进行清洗，累计气泵的运行时间，当气泵运行时间达到设定值时（例20小时），KA3闭合，清洗进水电磁阀动作，将水注入气液分离罐，当气液分离罐的液位达到中液位时，清洗进水电磁阀停止运行若气液分离罐的中液位控制失效，液位升到高液位时，清洗进水电磁阀也停止运行并报警⑷卸荷阀控制设计在本电路中，卸荷电磁阀仅为保护环节，在正常压力范围时卸荷电磁阀不工作，只有当抽吸压力达到-

22.5KPa时，KA2闭合，卸荷阀才动作，动作回差为3KPa（即当抽吸压力达到-

19.5KPa时，卸荷阀停止运行）若卸荷阀动作后压力仍然为-

22.5KPa，且持续10秒，则停止抽吸气泵的运行，并发出报警信号

4.2PLC程序分析

4.

2.1数据的采集程序以上程序主要用于数据的采集，对开机次数，开机时间进行计数另外通过比较指令确定运行的序列D1＞D130MO接通D3＞D130M3接通D1＜D130＜﹦D2M1接通D3﹦D130M4接通D2＜D130M2接通D3＜D130M5接通

4.

2.2气泵起动控制程序以上程序为三台气泵1-2-3运行序列的控制S30～S40同S20处理处于S20情况下，复位Y4和Y5，使得2#气泵和3#气泵复位，运行X11，使1#气泵开始起动当开启1#气泵，同时有一个低压力的信号时，用定时器延时，复位1#气泵1#气泵没开，2#气泵开着，跳到S21用定时器T4延时，前面两台没开，3#气泵开着时，跳到S22寄存器当系统发生报警时，整体复位三台气泵这时处于S21的状态，前S20状态可以覆盖到1#气泵，2#气泵，3#气泵，而S21用于控制2#气泵和3#气泵S22用于控制最后一台气泵原理和S20基本相同S30用于控制气泵起动顺序中的2-3-1起动序列，原理和S20相似S40用于控制气泵起动顺序中的3-1-2起动序列，原理和S20相似

4.

2.3废水泵控制程序此段程序的主要功能是用于计时等气泵起动后，M8013秒脉冲驱动计数器C31，K60表示计60次，所以C31就表示计时60秒，计数器C31驱动C30，计数器C30表示一分钟计一次，K480表示计数器C30计480次的分信号C30驱动Y2，使清洗电磁阀动作清水就会经清洗进水电磁阀进入气液分离罐，进行清洗工作当清洗罐内水位到达中液位时，进水阀就会停止动作若此时中液位的开关失效，当液位到达高液位限位开关时，进水阀也停止动作，并发出报警当气液分离罐经清洗后，废水泵运行将飞回排出当废水到达中液位开关时或到达高液位开关时，驱动Y11，使废水泵开始动作，将废水排出当废水到达低液位以下，利用定时器T2延时3秒，停止废水泵运转

4.

2.4寄存器的跳转程序以上程序主要用于不同条件的组合，以及寄存器的复位

5.系统调试为了测试设计的负压抽吸系统是否满足工艺要求，需要对系统进行调试，从而发现问题，分析问题，解决问题调试的方式可以分为模拟调试和现场调试，由于受到条件的限制，本课题主要采用模拟调试模拟调试设备见图5-1图5-1模拟调试设备图对系统进行模拟调试，具有以下优点⑴在模拟环境下校验测试plc程序，发现并更正绝大多数的设计错误，大大缩短现场安装调试时间和工期⑵在仿真环境下对plc软件进行完备的校验，测试和优化，显著提高工程的质量和可靠性它不受现场环境的制约，而且可以轻易模拟硬件故障来测试系统的漏洞

5.1调试注意事项在系统调试的过程中，需要注意一些事项调试前，需要对PLC的外部接线作仔细检查，确保外部接线准确无误也可以用事先编写好的试验程序作扫描通电检查来查找接线故障将设计好的程序写入PLC后，首先逐条仔细检查，并改正写入时出现的错误用户程序一般先在实验室模拟调试，实际的输入信号可以用钮子开关和按钮来模拟，各输出量的通／断状态用PLC上有关的发光二极管来显示，一般不用接PLC实际的负载如接触器、电磁阀等可以根据功能表图，在适当的时候用开关或按钮来模拟实际的反馈信号，如限位开关触点的接通和断开对于顺序控制程序，调试程序的主要任务是检查程序的运行是否符合功能表图的规定，即在某一转换条件实现时，是否发生步的活动状态的正确变化，即该转换所有的前级步是否变为不活动步，所有的后续步是否变为活动步，以及各步被驱动的负载是否发生相应的变化　　在调试时应充分考虑各种可能的情况，对系统各种不同的工作方式、有选择序列的功能表图中的每一条支路、各种可能的进展路线，都应逐一检查，不能遗漏发现问题后应及时修改梯形图和PLC中的程序，直到在各种可能的情况下输入量与输出量之间的关系完全符合要求　　如果程序中某些定时器或计数器的设定值过大，为了缩短调试时间，可以在调试时将它们减小，模拟调试结束后再写入它们的实际设定值

5.2系统的调试⑴调试前，先对PLC的外部接线作仔细检查，确保外部接线准确无误用事先编写好的试验程序作扫描通电检查来查找接线故障⑵打开程序编程软件FXGPWIN，将完整的YJF-60负压抽吸系统程序写入三菱FX1S-30MR中⑶待程序写入完毕，将PLC设置到RUN状态，打开程序监视对X、Y、S

0、S

20、S

21、S22运行状态进行监视⑷合上X0，监视状态下的X0呈现绿色，说明系统已经开始正常运行此时Y3被驱动，延时了

0.5秒后，Y12也被驱动，此时运行在S20程序段这时系统的运行状态是1#气泵变频起动此时模拟1#气泵损坏，按下按钮X11，此时程序段从S20跳转到S21，此时驱动了Y5，经定时器延时

0.5秒，驱动了Y12，这时候2#气泵变频起动再模拟2#气泵损坏，按下按钮X12，此时程序段从S21跳转到S22，此时驱动了Y7，经定时器延时

0.5秒，驱动了Y12，这时候3#气泵变频起动监视状态下的运行情况（见图

5.2-1）和实际设计要求中的情况一样，说明这段系统功能设计是正确的图

5.2-1模拟气泵损坏调试图⑸重启系统，此时模拟废水泵运行情况合上X0，此时Y3被驱动，延时了

0.5秒后，Y12也被驱动，此时运行在S20程序段合上X2，此时监视状态下的X2呈现绿色状态，说明液位已经到达中液位限位开关，此时驱动了Y11，废水泵起动，开始排水若合上X3，则说明液位已经到达高液位限位开关，此时驱动Y11，废水泵运行排水，同时驱动Y1，系统发出了警报，同时使气泵全部停止运行监视状态下的废水泵运行情况（见图

5.2-2）和实际设计要求中的情况一样，说明这段系统功能设计是正确的图

5.2-2模拟废水泵运行调试图系统的其他工作过程经过一一调试，都符合系统的设计要求说明本课题设计模拟调试获得成功

5.3调试结果分析在模拟调试的过程中，遇到了很多的问题⑴当程序写入PLC时，发现程序不能写入结果发现编写的程序类型和PLC不匹配程序编写使用FX2N格式编写的，而PLC是FX1S系列，所以将程序格式转换为FX1S后才能成功将程序写入PLC中⑵程序写入PLC后，发现调试过程中，监控状态下的系统并未发生任何动作结果发现PLC需要设置到RUN状态才能运行⑶在对气泵损坏模拟调试过程中，按下X0后，Y3不能被驱动经过分析，发现状态指令S20段程序出现了逻辑上的错误，经过修改，才能运行正常⑷在对系统清洗阀控制的模拟调试中，发现废水泵并不能动作经过对程序分析，发现对清洗阀的设定时间有点长，在短时的模拟调试过程中，未达到设定的时间自然不会动作经过对程序中定时的修改，使清洗阀能够正常动作在整个系统模拟调试过程中，总会出现各种各样的问题和困难以上是对模拟调试过程中的几个问题的分析，还有许多调试中出现的结果就不一一分析了

6.结论本课题设计的YJF-60负压抽吸系统通过对三台抽吸气泵的控制，保证负压的稳定该系统能有效的把治疗过程中产生的带有细菌，病毒，真菌等大量雾化状态的带菌气流进行收集，当回收的废气污染物到达气液分离罐后进行集中处理若在正常压力范围时卸荷电磁阀不工作，当抽吸压力达到超过设定值时，卸荷阀动作排气，使压力控制在正常压力范围内当气液分离罐的废水液位达到中液位或气泵停止运行时液位超过低液位时，废水泵运行，将废水排出经过一定的时间，需要对气液分离罐进行清洗，通过对气泵运行时间的积累，达到设定时间后清洗进水电磁阀打开，将水注入气液分离罐进行清洗本课题设计的负压抽吸系统能保证治疗区域良好的可视度，使牙医在治疗过程中持续工作，无需中断，而且使牙医，护士和病人远离了感染本课题设计的YJF-60型负压抽吸系统还存在一定的不足收集到的气液混合物未经过特殊处理就进行排放，这样直接排放不卫生，容易污染环境；气泵处于工作中会产生热量，这些热量没有得到良好的疏导，容易使气泵损坏，系统的散热存在一定的问题然而，这些问题都是可以克服的，在将来设计负压抽吸系统时，可以不断的进行改进和革新在现有设备的基础上，增强气液分离罐的功能，如增加过滤装置和消毒装置，可以将收集到的混合气体通过特制的过滤装置多道过滤，消毒后排放出去；液体和混合物颗粒通过分离装置经过消毒处理后排放到下水道中，这样就真正符合环境保护的要求针对多台气泵共同运作是产生的散热问题，可以在气泵旁边安装散热风扇，当多台气泵一起运转时启动散热风扇，可以达到降温的效果在未来的发展中，负压抽吸系统功能一定会越来越齐全，设备会越来越简单，一定能更好的为全人类的牙齿健康做出贡献参考文献

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[10]A.NussbaumR.A.Phillips.Comtemporary.OpticsforScientistsandEngineersPrentice-Hall.1975谢辞本次毕业设计能够顺利完成，得益于指导老师给予的无限关心及耐心指导，以及同学给予的帮助在这里要特别感谢某某某老师，指导老师不仅在设计时给我孜孜不倦的教导，使我在设计中少走很多弯路，更在生活中给了我很大的关心和帮助，当我遇到坎坷时，总是语重心长的教导我，鼓励我，使我最终能够圆满完成毕业设计在此，向指导和帮助过我的老师表示最真心的感谢！感谢这篇论文所涉及到的各位学者提供的研究文献，如果没有各位学者的研究成果的帮助和启发，我将很难完成本篇论文的写作感谢我的同学和朋友，在我写论文的过程中给予我了很多你问素材，还在论文的撰写和排版灯过程中提供热情的帮助由于我的学术水平有限，所写论文难免有不足之处，恳请各位老师和学友批评和指正附录程序指令表0LDY0031ORY0042ORY0053ORY0064ORY0075ORY0106OUTM117LDPM119MPS10ANDX00411PLSM1213MPP14ANDM1215INCD13018LDM1119ANDM801320OUTC31K6023PLSM1325MPS26ANDM1327INCD12930MRD31ANDC3132OUTC30K48035OUTM3436MPP37ANDM3438RSTC3140LDM800041ZCPD1D2D130M050MOVK40D155MOVK60D260MOVK100D365CMPD3D130M372LDM800073ZCPD4D5D129M2082MOVK3600D487MOVK7200D592MOVK10800D697CMPD6D129M23104LDX017105ORM5106ORM25107ORM4108ORM24109OUTT9K2112ZRSTS20S50117ZRSTY000Y010122ANDT9123ZRSTD129D130128LDC30129SETY002130LDY002131ANIT0132OUTT0K1000135LDX001136ANDX002137ORT0138ANDY002139ORX003140ORX017141RSTY002142RSTC30144LDIM11144LDIM11145ORX002146ORX003147ANDX001148SETY011149LDIX001150ANIX002151ANDY011152OUTT2K30155ANDT2156RSTY011157LDX011158ORM35159MPS160ANIX017161ANDX014162OUTM35163MPP164ANDM8013165OUTY013166LDIX012167ORM36168MPS169ANIX017170ANDX015171OUTM36172MPP173ANDM8013174OUTY014175LDIX013176ORM37177MPS178ANIX017179ANDX016180OUTM37181MPP182ANDM8013183OUTY015184LDIX010185OUTT1K5188LDM11189ANDX004190OUTT3K600193LDT3194ORY001195ORT1196ORX003197OUTY001198LDM0199ANDM20200ANDX000201ANIY001202OUTM31203LDM0204ANDM21205LDM20206ORM21207ANDM1208ORB209ANDX000210ANIY001211OUTM32212LDM0213ORM1214ANDM22215LDM20216ORM21217ORM22218ANDM2219ORB220ANDX000221ANIY001222OUTM33223LDM8002224ORPM0226ORPM1228ORPM2230ORPM20232ORPM21234ORPM22236ORPX000238ZRSTS0S80243SETS0245LDS0246ZRSTY003Y010251MPS252ANDM31253SETS20255MRD256ANDM32257SETS30259MPP260ANDM33261SETS40263LDS20264ZRSTY004Y010269MPS270ANDX011271ANDX014272MPS273ANIY004274SETY003275MPP276OUTT12K5279ANDT12280ANIT8281OUTY012282MRD283ANDY012284ANDX004285OUTT4K100288MRD289LDIX011290ORIX014291ANB292RSTY012293MPS294ANIY012295OUTT13K50298MPP299ANDT13300RSTY003301MRD302LDX000303ANIY003304ORT4305ORT13306ANB307MPS308ANDX012309ANDX015310SETS21312MPP313LDIX012314ORIX015315ANB316ANDX013317ANDX016318OUTS22320MRD321ANIX000322ANIY001323MPS324ANDY003325OUTT8K60328OUTT15K90331MPP332ZRSTY004Y010337ANIT8338OUTY000339MPP340LDT15341ORM32342ORY001343ANB344OUTS0346LDS21347RSTY003348ZRSTY006Y010353MPS354ANDX012355ANDX015356MPS357ANIY003358ANIT14359ANDX011360ANDX014361OUTY004362MRD363ANIY006364OUTY005365MRD366ANDY005367OUTT10K60370MRD371LDIX011372ORIX014373ANB374OUTT16K5377MPP378LDT10379ORT16380ANB381ANIT8382OUTY012383MRD384LDIX012385ORIX015386ANB387RSTY012388MPS389ANIY012390OUTT13K50393MPP394ANDT13395RSTY005396MRD397ANDY005398ANDX004399OUTT5K100402MRD403ANDY005404ANDX005405OUTT6K100408MRD409ANDT6410OUTT7K30413ANDT7414ANDX011415ANDX014416OUTS20418MRD419LDX000420ANIY005421ORT4422ORT13423ANB424ANDX013425ANDX016426SETS22428MRD429ANIX000430ANIY001431MPS432ANDY005433OUTT8K60436OUTT15K90439MPP440RSTY004441ZRSTY006Y010446ANIT8447OUTY000448MPP449LDT15450ORM32451ORY001452ANB453OUTS0455LDS22456MPS457ANDX013458ANDX016459MPS460ANIY005461ANDX000462MPS463ANDX012464ANDX015465OUTY006466MPP467ANDX011468ANDX014469OUTY004470MRD471ANIY010472OUTY007473MRD474ANDY007475OUTT11K60478MRD479LDIX012480ORIX015481ANB482ANDX000483OUTT17K5486MPP487LDT11488ORT17489ANB490ANIT8491OUTY012492MRD493ANDY007494ANDX005495OUTT2K100498MRD499ANDT7500MPS501ANDX012502ANDX015503OUTS21505MPP506LDIX012507ORIX015508ANB509ANDX011510ANDX014511OUTS20513MRD514ANIX000515ANIY001516MPS517ANDY007518OUTT8K60521OUTT15K90524MPP525ZRSTY003Y006530RSTY010531ANIT8532OUTY000533MPP534LDT15535ORM32536ORY001537ANB538OUTS0540LDS30541ZRSTY006Y010546MPS547ANDX012548ANDX015549MPS550ANIY006551SETY005552MPP553OUTT12K2556ANDT12557ANIT8558OUTY012559MRD560ANDY012561ANDX004562OUTT4K100565MRD566LDIX012567ORIX015568ANB569RSTY012570MPS571ANIY012572OUTT13K60575MPP576ANDT13577RSTY005578MRD579LDT4580ORT13581ANB582MPS583ANDX013584ANDX016585SETS31587MPP588LDIX013589ORIX016590ANB591ANDX011592ANDX014593OUTS32595MRD596ANIX000597ANIY001598MPS599ANDY005600OUTT8K60603OUTT15K90606MPP607ZRSTY003Y004612ZRSTY006Y010617ANIT8618OUTY000619MPP620LDT15621ORM32622ORY001623ANB624OUTS0626LDS31627ZRSTY003Y005632MPS633ANDX013634ANDX016635MPS636ANIY005637ANIT14638ANDX012639ANDX015640ANDX000641OUTY006642MRD643ANIY010644OUTY007645MRD646ANDY007647OUTT10K60650MPP651LDT10652ORT16653ANB654ANIT8655OUTY012656MRD657LDIX012658ORX015659ANB660OUTT16K2663MRD664LDIX013665ORIX016666ANB667OUTT14K60670MRD671ANDY007672ANDX004673OUTT5K100676MRD677ANDY007678ANDX005679OUTT6K100682MRD683ANDT6684OUTT7K30687ANDT7688ANDX012689ANDX015690OUTS30692MRD693LDT5694ORT14695ANB696ANDX011697ANDX014698SETS32700MRD701ANIX000702ANIY001703MPS704ANDY007705OUTT8K60708OUTT15K90711MPP712ZRSTY003Y006717RSTY010718ANIT8719OUTY000720MPP721LDT15722ORM33723ORY001724ANB725OUTS0727LDS32728MPS729ANDX011730ANDX014731MPS732ANDX000733MPS734ANIY007735OUTY010736MPP737ANIY005738OUTY006739MRD740ANIY004741OUT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