基于PLC的流量控制系統(tǒng)樣本

目錄一. 設(shè)計任務(wù) 1二. 前言 1三. 系統(tǒng)控制方案設(shè)計 2四. 系統(tǒng)硬件設(shè)計 44.1 設(shè)備的選型 44.1.1 控制器的選型 44.1.2 變頻器的選型 44.1.3 流量傳感器變送器的選型 54.1.4 執(zhí)行器的選型 54.2 硬件電路 6五. 軟件設(shè)計 75.1 控制規(guī)律的選擇 75.2 MATLAB仿真 85.2.1 傳遞函數(shù)的確定 85.2.2 采用數(shù)字PID控制的系統(tǒng)框圖 85.2.3 參數(shù)整定 95.3 程序編寫 115.3.1 PLC寄存器分配 115.3.2 程序流程圖 115.3.3 源程序 12六. 結(jié)束語 14七. 參考文獻(xiàn) 15設(shè)計題目：智能化流量控制系統(tǒng)設(shè)計設(shè)計任務(wù)系統(tǒng)構(gòu)成：系統(tǒng)重要由流量傳感器，PLC控制系統(tǒng)、對象、執(zhí)行器（查找資料自己選?。┑葮?gòu)成。傳感器、對象、控制器、執(zhí)行器可查找資料自行選取，控制器選取PLC為控制器。PLC類型自選。2、寫出流量測量與控制過程，繪制流量控制系統(tǒng)構(gòu)成框圖。3、系統(tǒng)硬件電路設(shè)計自選。4、編制流量測量控制程序：軟件采用模塊化程序構(gòu)造設(shè)計，由流量采集程序、流量校準(zhǔn)程序、流量控制程序等某些構(gòu)成前言本課程設(shè)計來源于工業(yè)工程中對于流量監(jiān)測和控制過程，其目是運(yùn)用PLC來實(shí)現(xiàn)過程自動控制。當(dāng)前，PLC使用范疇可覆蓋從代替繼電器簡樸控制到更復(fù)雜自動化控制，應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，涉及到所有與自動檢測、自動化控制關(guān)于工業(yè)及民用領(lǐng)域。PLC通過模仿量I/O模塊和A/D、D/A模塊實(shí)現(xiàn)模仿量與數(shù)字量之間轉(zhuǎn)換，并對模仿量進(jìn)行閉環(huán)控制。系統(tǒng)控制方案設(shè)計圖1控制系統(tǒng)工藝流程圖如圖1所示為該控制系統(tǒng)工藝流程圖，該控制系統(tǒng)重要是控制流過管道水流量，由于系統(tǒng)對控制規(guī)定不高，故系統(tǒng)采用單回路控制，被控對象為水流量，控制量為水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速，控制器選用PLC和變頻器,傳感變送器選用電磁流量傳感變送器，執(zhí)行器選用水泵。依照工藝流程圖畫出系統(tǒng)框圖如下圖2所示圖2系統(tǒng)框圖從圖2中可看出，系統(tǒng)可分為：控制機(jī)構(gòu)、信號檢測變送機(jī)構(gòu)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)三大某些，詳細(xì)為：

(l)控制機(jī)構(gòu)：本系統(tǒng)控制機(jī)構(gòu)涉及控制器(PLC)和變頻器兩個某些?？刂破魇钦麄€流量控制系統(tǒng)核心?？刂破髦苯訉ο到y(tǒng)中流量信號進(jìn)行采集，對來自人機(jī)接口和通訊接口數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析、實(shí)行控制算法，得出對執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制方案，通過變頻調(diào)速器和接觸器對執(zhí)行機(jī)構(gòu)(即水泵電機(jī))進(jìn)行控制；變頻器是對水泵電機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制單元，其跟蹤控制器送來控制信號變化水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速控制(2)

信號檢測變送機(jī)構(gòu)：在系統(tǒng)控制過程中，需要檢測信號涉及管道水流量信號，其中水流量信號是本控制系統(tǒng)重要反饋信號。此信號是模仿信號，讀入PLC時，需進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。

(3)

執(zhí)行機(jī)構(gòu)：執(zhí)行機(jī)構(gòu)是由一種水泵電機(jī)構(gòu)成，它用于將水供入管道，通過變頻器變化電機(jī)轉(zhuǎn)速，以達(dá)到控制管道水流量目。

流量控制系統(tǒng)以供水出口管道水流量為控制目的，在控制上實(shí)現(xiàn)出口管道實(shí)際流量跟隨設(shè)定水流量。設(shè)定水流量可以是一種常數(shù)，也可以是一種時間分段函數(shù)，在每一種時段內(nèi)是一種常數(shù)。水流量控制系統(tǒng)通過安裝在管道上流量變送器實(shí)時地測量參照點(diǎn)水流量，檢測管道出水流量，并將其轉(zhuǎn)換為4—20mA電信號，此檢測信號是實(shí)現(xiàn)水流量恒定核心參數(shù)。由于電信號為模仿量，故必要通過PLCA/D轉(zhuǎn)換模塊才干讀入并與設(shè)定值進(jìn)行比較，將比較后偏差值進(jìn)行PID運(yùn)算，再將運(yùn)算后數(shù)字信號通過D/A轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換成模仿信號作為變頻器輸入信號，控制變頻器輸出頻率，從而控制水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速，進(jìn)而控制管道中水流量，實(shí)現(xiàn)水流量恒定。系統(tǒng)硬件設(shè)計設(shè)備選型控制器選型由于PLC控制器具備抗干擾能力強(qiáng)，擴(kuò)展模塊組合以便、編程簡樸等長處，該控制系統(tǒng)采用PLC作為控制器。由于水流量自動控制系統(tǒng)控制設(shè)備相對較少因而，咱們選用SiemensS7-200系列PLC，該系列PLC構(gòu)造緊湊，價格低廉，具備較高性價比，廣泛合用于某些小型控制系統(tǒng)。依照控制系統(tǒng)實(shí)際所需端子數(shù)目，并考慮PLC端子數(shù)目要有一定預(yù)留量，因而，CPU選用SiemensCPU224，其開關(guān)量輸出為10點(diǎn)，輸出形式為AC220V繼電器輸出；開關(guān)量輸入為14點(diǎn)，輸入形式為+24V直流輸入。由于實(shí)際中需要模仿量輸入點(diǎn)1個，模仿量輸出點(diǎn)1個，因此需要選取擴(kuò)展模塊，模仿量擴(kuò)展模塊選用SiemensEM235，該模塊有4個模仿量輸入通道，1個模仿量輸出通道。變頻器選型由于本設(shè)計中PLC選取是SiemensS7-200型號，為了以便PLC和變頻器之間通信，咱們選取SiemensMicroMaster440變頻器。它是用于三相交流電動機(jī)調(diào)速系列產(chǎn)品，由微解決器控制，采用絕緣柵雙極型晶體管作為功率輸出器件，具備很高運(yùn)營可靠性和很強(qiáng)功能。MicroMaster440變頻器輸出功率為0.75~90KW，合用于規(guī)定高、功率大場合，正好其輸出信號能作為75KW水泵電機(jī)輸入信號。此外該變頻器可以通過RS-485通信合同和接口直接與西門子PLC相連，更便于設(shè)備之間通信。流量傳感器變送器選型流量變送器用于檢測管道中水流量，常裝設(shè)在泵站出水口，流量傳感器和流量轉(zhuǎn)換器是將水管中水流量變化轉(zhuǎn)變?yōu)?~20mA模仿量信號，作為模仿輸入模塊(A/D模塊)輸入，在選取時，為了防止傳播過程中干擾與損耗，咱們采用4~20mA輸出流量轉(zhuǎn)換器。

依照以上分析，本設(shè)計中選用電磁流量傳感器SHLDG、電磁流量轉(zhuǎn)換器SHLDZ—1實(shí)現(xiàn)流量檢測、顯示和變送。流量表測量范疇0—0.6m3/h，精度1.0；轉(zhuǎn)換器輸出4~20mA電流信號，送給與CPU224連接模仿量模塊EM235，作為PID調(diào)節(jié)反饋電信號。執(zhí)行器選型水泵電機(jī)選型基本原則，一是要保證平穩(wěn)運(yùn)營；二是要經(jīng)常處在高效區(qū)運(yùn)營，以求獲得較好節(jié)能效果。要使電機(jī)常處在高效區(qū)運(yùn)營，則所選用電機(jī)必要與系統(tǒng)用水量變化幅度相匹配。本設(shè)計規(guī)定為：電機(jī)額定功率0.37KW,額定轉(zhuǎn)速為2800r/min。依照本設(shè)計規(guī)定擬定采用1臺SFL型水泵電機(jī)（電機(jī)功率0.37KW）。SFL型低噪音生活給水泵在外殼、軸上采用不銹鋼材質(zhì)，葉輪、導(dǎo)葉采用鍛造件，通過靜電噴塑解決，效率可提高5%以上；采用低噪音電機(jī)，機(jī)械密封，前端配有泄壓保護(hù)裝置，噪聲更低(室外噪音60分貝)、磨損小、壽命更長；下軸承采用柔性耐磨軸承，噪音低，壽命長；采用低進(jìn)低出構(gòu)造設(shè)計，水力模型先進(jìn)，性能更可靠。它可以輸送清水及理化性質(zhì)類似于水無顆粒、無雜質(zhì)不揮發(fā)、弱腐蝕介質(zhì)，普通用在都市給排水、鍋爐給水、空調(diào)冷卻系統(tǒng)、消防給水等。因而本設(shè)計中選取電機(jī)功率為0.37KWSFL系列水泵電機(jī)1臺。硬件電路軟件設(shè)計控制規(guī)律選取PID控制是持續(xù)控制系統(tǒng)中技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛控制方式。具備理論成熟，算法簡樸，控制效果好，易于為人們熟悉和掌握等長處。本控制系統(tǒng)采用PID控制規(guī)律。PID控制規(guī)律如下y式中：Kp為比例系數(shù)；Ti為積分時間常數(shù)；Td為微分時間常數(shù)。相應(yīng)傳遞函數(shù)為G(1)

比例環(huán)節(jié)：成比例地反映控制系統(tǒng)偏差信號作用，偏差e(t)一旦產(chǎn)生，控制器及時產(chǎn)生控制作用，以減少偏差，具備迅速性，但不能徹底消除系統(tǒng)偏差，系統(tǒng)偏差隨比例系數(shù)Kp增大而減少，比例系數(shù)過大將導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。

(2)

積分環(huán)節(jié)：表白控制器輸出與偏差持續(xù)時間關(guān)于。只要偏差存在，控制就要發(fā)生變化，直到系統(tǒng)偏差為零。積分環(huán)節(jié)重要用于消除靜差，提高系統(tǒng)無差度。積分作用強(qiáng)弱取決于積分時間常數(shù)Ti，Ti越大，積分作用越弱，易引起系統(tǒng)超調(diào)量加大，反之則越強(qiáng)，易引起系統(tǒng)振蕩。

(3)

微分環(huán)節(jié)：對偏差信號變化趨勢做出反映，并能在偏差信號變得太大之前，在系統(tǒng)中引入一種有效初期修正信號，從而加快系統(tǒng)動作速度，減少調(diào)節(jié)時間。微分環(huán)節(jié)重要用來控制被調(diào)量振蕩，減小超調(diào)量，加快系統(tǒng)響應(yīng)時間，改進(jìn)系統(tǒng)動態(tài)特性。MATLAB仿真?zhèn)鬟f函數(shù)擬定用MATLAB中Simulink仿真該控制系統(tǒng)，調(diào)節(jié)PID參數(shù)。由于用Simulink仿真需要懂得各環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)，經(jīng)查資料，找到變頻器，水泵電機(jī)，管道傳遞函數(shù)近似分別為：50.5s+1，0.30.4s+1，-s+110s+1當(dāng)不加任何控制器時，系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)曲線如下圖3所示：圖3系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)曲線采用數(shù)字PID控制系統(tǒng)框圖由于采用PLC控制，因此采用離散PID控制。框圖如下圖所示圖4仿真框圖參數(shù)整定應(yīng)用擴(kuò)充臨界比例度法整定參數(shù)，該仿真數(shù)字PID表達(dá)式為先令I(lǐng)=0，D=0，采樣周期取較小值即 Ts=0.001，調(diào)節(jié)P，使階躍響應(yīng)曲線等幅震蕩，得出，當(dāng)P=5.83時，響應(yīng)曲線等幅震蕩，響應(yīng)曲線如下圖所示圖5等幅震蕩曲線求得振蕩周期Tk=6取控制精度為1.50，查表計算得T=0.09*6=0.54s，Ti=0.43*6=2.4Td=0.2*0.43=0.086相應(yīng)當(dāng)仿真模塊：P=0.54，I=1/Ti，D=Td=0.086然后依照實(shí)際響應(yīng)曲線調(diào)節(jié)參數(shù)為：P=1.98，I=0.21，D=1.1，Ts=0.54相應(yīng)Kp=1.98s，Ti=4.76s，Td=0.54相應(yīng)單位階躍響應(yīng)曲線為圖6抱負(fù)參數(shù)單位階躍響應(yīng)曲線響應(yīng)超調(diào)量為1.51%，3%誤差帶調(diào)節(jié)時間5.4s，調(diào)節(jié)質(zhì)量較好。程序編寫PLC寄存器分派表1PLC寄存器分派程序流程圖圖7主程序流程圖圖8子程序流程圖源程序源程序如下圖所示：1、主程序2）、初始化子程序結(jié)束語本文設(shè)計基于PLC流量控制系統(tǒng)重要實(shí)現(xiàn)是對工業(yè)或生活用水流量控制，該系統(tǒng)用電磁流量傳感變送單元測量將原則流量信號送至模仿量輸入模塊，然后送入CUP與給定值進(jìn)行比較，將差值進(jìn)行PID運(yùn)算，成果通過模仿量輸出模塊送至變頻器控制水泵轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)流量。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了基本功能，由于時間及設(shè)備限制，沒能進(jìn)行設(shè)備組裝和調(diào)試，只是運(yùn)用了MATLAB進(jìn)行PID參數(shù)整定，仿真出了階躍響應(yīng)曲線。此外該系統(tǒng)還缺少個上位機(jī)來對控制過