管道流量比值控制PLC課程設(shè)計(jì).

1、河北工程大學(xué)信電學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書（ 2014/2015 學(xué)年第二學(xué)期）課程名稱 ：可編程序控制器題目 ：管道流量比值控制PLC 系統(tǒng)設(shè)計(jì)專業(yè)班級(jí) ：電氣學(xué)生姓名 ：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)教師 ：杜永 楊怡軍設(shè)計(jì)周數(shù) ：二周設(shè)計(jì)成績：2015年 6月 22日目錄11.課程設(shè)計(jì)目的32.設(shè)計(jì)正文42.1 軟件設(shè)計(jì)42.11 系統(tǒng)分析452.2 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)6782.21 軟件實(shí)施及硬件檢測910113.課程設(shè)計(jì)總結(jié)134.參考文獻(xiàn)131、課程設(shè)計(jì)目的2可編程序控制器具有結(jié)構(gòu)簡單、編程方便、 性能優(yōu)越、 靈活通用、 使用方便、 可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)等一系列優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)生產(chǎn)過程自動(dòng)控制領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。無論

2、是國外引進(jìn)的自動(dòng)化生產(chǎn)線， 還是自行設(shè)計(jì)的自動(dòng)控制系統(tǒng)，都廣泛采用單臺(tái)或多臺(tái)可編程序控制器組成。通過本次課程設(shè)計(jì)， 掌握可編程序控制器的基本原理、功能、應(yīng)用、 程序設(shè)計(jì)方法和編程技巧， 還有掌握一種至二種基本機(jī)型，掌握 PLC控制技術(shù)的基本原理和應(yīng)用，為今后從事相關(guān)控制領(lǐng)域的工作打下基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)任務(wù)了解流量比值控制系統(tǒng)的物理結(jié)構(gòu)，閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)結(jié)果和PID 控制算法。逐一明確各路檢測信號(hào)到PLC的輸入通道， 包括傳感器的原理， 連接方法，信號(hào)種類，信號(hào)調(diào)理電路，引入 PLC的接線以及 PLC中的編址。逐一明確從 PLC 到各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出通道， 包括各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的種類和工作原理，驅(qū)動(dòng)電路的構(gòu)成

3、， PLC輸出信號(hào)的種類和地址。繪制出流量控制系統(tǒng)的電路原理圖，編制I/O 地址分配表。編制 PLC的程序結(jié)合過程控制實(shí)驗(yàn)室的現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行調(diào)試，要求能在實(shí)驗(yàn)設(shè)備上演示控制過程。設(shè)計(jì)要求流量比值控制系統(tǒng)有兩路供水系統(tǒng)。第一路由異步電動(dòng)機(jī) （不具備調(diào)速功能）和水泵構(gòu)成動(dòng)力系統(tǒng)，由渦輪流量計(jì)檢測流量，電動(dòng)調(diào)節(jié)閥控制流量。第二路由變頻器，電動(dòng)機(jī)和水泵構(gòu)成動(dòng)力系統(tǒng)，依靠動(dòng)力系統(tǒng)的變頻調(diào)速控制流量，由電磁流量計(jì)檢測流量。流量比值控制就是由可編程控制器控制兩路供水系統(tǒng)的流量保持設(shè)定的比例。本設(shè)計(jì)假設(shè)第一路的流量由其他系統(tǒng)控制或手動(dòng)控制，本系統(tǒng)把第一路的流量（檢測值） 乘以設(shè)定的比例系數(shù)后的值作為流量給定值，

4、控制第二路供水管道的流量。 控制器采用 PID 算法決定變頻器的給定值，從而實(shí)現(xiàn)兩路流量的按比例控制32、 設(shè)計(jì)正文2.1 軟件設(shè)計(jì)2.11 系統(tǒng)分析比值控制有開環(huán)比值控制、單閉環(huán)比值控制、雙閉環(huán)比值控制、串級(jí)比值控制系統(tǒng)和變比值控制系統(tǒng)。 開環(huán)比值控制是最簡單的控制方案。單閉環(huán)比值控制和雙閉環(huán)比值控制是實(shí)現(xiàn)兩種物料流量間的定比值控制在系統(tǒng)運(yùn)行過程中其比值系數(shù)是不變的。串級(jí)比值控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)兩種物料的比值隨第三個(gè)參數(shù)的需求而變化。變比值控制系統(tǒng)最終目的是生產(chǎn)過程的結(jié)果，物料按比值輸出不是關(guān)鍵。 根據(jù)設(shè)計(jì)要求， 本系統(tǒng)必須采用單閉環(huán)比值控制或雙閉環(huán)比值控制，本系統(tǒng)采取單閉環(huán)控制方案。4系統(tǒng)工作原理

5、：對(duì)于節(jié)流元件來說，壓差與流量的平方成正比，即PQ 2對(duì)于單閉環(huán)比值調(diào)節(jié)系統(tǒng)，A， B 兩個(gè)管路上的P 可分別寫為PA=KAQA2PB=KBQB2 其中，KA、 KB為放大系數(shù)。變送器送出的信號(hào)為 4-20mA 電流信號(hào)，那么F1， FA有如下關(guān)系：F1-4=CA PA FA -4=CB PB式中 CA、CB是變送器的放大系數(shù)，F(xiàn)1，F(xiàn)A 是變送器的輸出信號(hào)電流。比值器的輸出關(guān)系為：F2-4=KC( F1-4)KC 為比值器的放大系數(shù)。則有：F2-4=KCCA KAQA2FA-4=CBKBQB 2由于調(diào)節(jié)器為比例積分調(diào)節(jié)，在穩(wěn)態(tài)下它可保持FA =F2，故有KCCAKAQA2 =CB KBQB

6、（QA/QB） 2=KCCB KB/CA KA從上式可知， 為使流量 QA、QB的比值滿足工藝要求， 只要適當(dāng)?shù)卣{(diào)整比值器的放大系數(shù) KC即可。系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)存變量分配表序號(hào)名稱地址說明1渦流流量傳感器AIW016 位2電磁流量傳感器AIW216 位3電動(dòng)調(diào)節(jié)閥AQW016 位4變頻器AQW416 位5PID 表地址VB1008 位6過程變量 PVVD10032 位7設(shè)定值 SPVD10432 位8輸出 MVD10832 位9增益 KVD11232 位，設(shè)定為 0.7510采樣時(shí)間 TsVD11632 位，設(shè)定為0.5 秒11積分時(shí)間 TiVD12032 位，設(shè)定為5 分12微分時(shí)間 TdVD12

7、432 位，設(shè)定為0 分13積分前項(xiàng)VD12832 位14過程變量前值VD13232 位15定時(shí)中斷 0 時(shí)間間隔SMB348 位，設(shè)定為100 毫秒52.2 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)擬量輸入有渦流流量傳感器和電磁流量傳感器組成，PLC選西門子 S7 200 系列中，上位機(jī)和下位機(jī)的電纜采用RS458 通訊電纜。 第一路由異步電動(dòng)機(jī)和水泵構(gòu)成動(dòng)力系統(tǒng)，第二路由變頻器、電動(dòng)機(jī)和水泵構(gòu)成動(dòng)力系統(tǒng)。端口分配表輸入端子號(hào)輸出端子號(hào)地址號(hào)信號(hào)名稱說明1AIW0第一路供水系統(tǒng)渦流流量傳感器輸入16 位2AIW2第二路供水系統(tǒng)電磁流量傳感器輸入16 位1AQW0輸出控制電動(dòng)調(diào)節(jié)閥16 位2AQW4輸出控制變頻器16 位

8、流量計(jì)（渦輪流量計(jì)、電磁流量計(jì)）1）、渦輪流量計(jì)：輸出信號(hào)：頻率，測量范圍：00.6m3/h接線如圖所示：6接線說明：傳感器的供電電源由 24VDC開關(guān)電源提供，負(fù)載為流量積算變送儀。注：使用渦輪流量計(jì)時(shí)，必須將24VDC開關(guān)電源打開。2) 、電磁流量計(jì)：輸出信號(hào)： 420mA，測量范圍： 00.4 m 3/h接線說明：轉(zhuǎn)換器為交流 220V 供電， X、Y 和 A、B、C為傳感器和轉(zhuǎn)換器之間的連線，輸出信號(hào)線直接接控制臺(tái)上的電磁流量計(jì)信號(hào)輸出端。電動(dòng)調(diào)節(jié)閥QSVP20-15N智能電動(dòng)單座調(diào)節(jié)閥主要技術(shù)參數(shù)：執(zhí)行機(jī)構(gòu)型式：智能型直行程執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸入信號(hào)： 010mA/420mADC/05VDC/

9、15VDC輸入阻抗： 250 /500 輸出信號(hào)： 420mADC輸出最大負(fù)載：<500信號(hào)斷電時(shí)的閥位：可任意設(shè)置為保持/ 全開 / 全關(guān) /0100%間的任意值電源： 220V± 10%/50Hz變頻器面板如圖所示，變頻器型號(hào)為三菱 FR-S520S-0.4K 型變頻調(diào)速器，具體數(shù)設(shè)置如下表：名稱表示設(shè)定范圍設(shè)定值上限頻率P10-120Hz60Hz7下限頻率P20-120Hz20Hz擴(kuò)張功能顯示選擇P300， 11頻率設(shè)定電流增益P391-120Hz60HzRH端子功能選擇P624操作模式選擇P790-80AC5C5輸出頻率大小面板接線端25Hz子功能說明：C6C6偏置20

10、%為了保護(hù)變頻器各接線端子不因?qū)嶒?yàn)時(shí)經(jīng)常裝拆線而損壞或丟失，故將其常用的端子引到面板上。（ 1） 控制信號(hào)輸入： 可輸入外部05V 電壓或 420mA電流控制信號(hào)。（ 2） STF 、STR：電機(jī)的正、反轉(zhuǎn)控制端， SD與 STF相連為正轉(zhuǎn)，SD與 STR相連時(shí)為反轉(zhuǎn)。B 變頻器使用說明：本裝置中使用變頻器時(shí)，主要有兩種輸出方式：一種是直接調(diào)面板旋鈕輸出頻率，另一種是用外部輸入控制信號(hào)改變變頻器輸出頻率。兩種輸出方式具體接線方法如下：（ 1） 變頻器面板旋鈕輸出接線方法：SD 與 STF（或 STR）短接，當(dāng)需要改變輸出頻率時(shí)，旋動(dòng)面板上的旋鈕，順時(shí)針旋可增大輸出頻率，逆時(shí)針旋可減小輸出頻率。

11、待旋至所需要的頻率時(shí)，按變頻器上白色的 SET鍵，即可選定所需的輸出頻率。（ 2） 變頻器外部控制信號(hào)控制輸出接線方法：SD與 STF（或 STR）、RH兩端都短接，在控制信號(hào)輸入端接入控制信號(hào)（正極、負(fù)極應(yīng)對(duì)應(yīng)，不能接錯(cuò)） ，打開變頻器的電源開關(guān)即可輸出。通過改變控制信號(hào)的大小來改變輸出頻率。2.21軟件實(shí)施硬件檢測1、設(shè)備的連接和檢查81）、關(guān)閉閥 26，將儲(chǔ)水箱灌滿水（至最高高度）。2）、打開手動(dòng)閥10、閥 20、閥 21、閥 22、閥 23，關(guān)閉動(dòng)力支路上通往其他對(duì)象的切換閥。3）、檢查電源開關(guān)是否關(guān)閉2、系統(tǒng)連線1）、先將電磁流量計(jì)的+（正極） 接到 S7200PLC的 A/I 0（

12、正極），將電磁流量計(jì)的- （負(fù)極）接到 S7200PLC的 A/I 0（負(fù)極）。2）、最后將S7200PLC的 A/O0 輸出端的正極接至變頻器420mA輸入端的 +端（即正極），將 S7200PLC的 A/O0 輸出端的負(fù)極接至變頻器 420mA輸入端的 - （即負(fù)極），變頻器的公共端、正轉(zhuǎn)、切換短接。3）、單相電源的空氣開關(guān)打在關(guān)的位置3、啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置1）、將實(shí)驗(yàn)裝置電源插頭接到380V 三相電源上。2）、打開漏電保護(hù)及單相電源空氣開關(guān)。3）、打開電源總開關(guān)，按下啟動(dòng)按鈕即可開啟電源。4、實(shí)驗(yàn)步驟1）、開啟變頻器、S7200PLC、電磁流量計(jì)、24VDC的電源開關(guān)。2）、在老師的指導(dǎo)下，啟

13、動(dòng)計(jì)算機(jī)，進(jìn)入MCGS組態(tài)環(huán)境運(yùn)行軟件，進(jìn)入相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)PLC程序如下91011123. 課程設(shè)計(jì)總結(jié)由于平時(shí)大家都是學(xué)理論，沒有過實(shí)際開發(fā)設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，拿到的時(shí)候都不知道怎么做。但通過各方面的查資料并學(xué)習(xí)。我們基本學(xué)會(huì)了PLC 設(shè)計(jì)的步聚和基本方法。分組工作的方式給了我與同學(xué)合作的機(jī)會(huì)，提高了與人合作的意識(shí)與能力。通過這次設(shè)計(jì)實(shí)踐。我學(xué)會(huì)了PLC的基本編程方法，學(xué)會(huì)PID 指令的應(yīng)用，對(duì)PLC 的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。能過解決一個(gè)個(gè)在調(diào)試中出現(xiàn)的問題，我們對(duì)PLC 的理解得到加強(qiáng)，看到了實(shí)踐與理論的差距。在此過程中，每個(gè)人都想自己的方案得到實(shí)現(xiàn)，積極向同學(xué)說明自己的想法。能過比較選出最好的方案。在這過程也提高了我們的表達(dá)能力。在設(shè)計(jì)的過程中我們還得到了老師的幫助與意見。在學(xué)習(xí)的過程中，不是每一個(gè)問題都能自己解決，向老師請(qǐng)教或向同學(xué)討論是一個(gè)很好的方法。思而不學(xué)則罔，思而不學(xué)則殆。做事要學(xué)思結(jié)合。最后要對(duì)各位辛勤指導(dǎo)的各位老師表示忠心的感謝4. 參考文獻(xiàn)： 1殷洪義 .可編程序