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畢業(yè)設(shè)計-大型泵站計算機控制系統(tǒng)-文庫吧

2024-11-11 19:31 本頁面


【正文】 的變頻泵,兩用一備。 循環(huán)水系統(tǒng)示意圖如下: 畢業(yè)設(shè)計說明書 7 設(shè)計要求 (1)水泵起停控制要求具有自動和手動兩種功能。 (2)工作泵出現(xiàn)故障后 自動切換到備用泵。 (3)必須的保護功能(包括短路、卻相、過載、過壓、欠壓等)。 (4)要求 AI36 點, AO14 點, DI180 點, DO100 點, ACC 循環(huán)水高位水箱水位和壓力恒定,側(cè)噴泵組水流量保持為 300 立方米 /小時。冷水池水溫不高于 35℃ ,系統(tǒng)實現(xiàn) SCADA 功能。 (5)控制算法要求采用 PID 控制。 (6)系統(tǒng)運行狀態(tài)的檢測和監(jiān)視 。 在該系統(tǒng)中,九臺給水泵組和兩臺側(cè)噴泵組將冷水池中的水送往 ACC 本體的高位水箱,從 ACC 本體設(shè)備流出的水經(jīng)中間水箱送往熱水池。冷卻和提升泵組是將熱水送入冷水池,前者直接送入, 后者通過冷卻塔送入。其控制要求是使冷水池和熱水池水位保持在正常工作水位附近,并且保證冷水池水溫不高于工藝要求的設(shè)定值( 35℃ )。兩水池的水位控制是以冷水池水位為目標參量,同時根據(jù)熱水池水位進行修正。其特殊之處在于所有水泵的調(diào)節(jié)量比值是不變的,目的是保持由水溫控制環(huán)提供的冷熱水流量比不變。水溫控制實質(zhì)就是調(diào)節(jié)冷卻泵組和提升泵組之間的出水比例即冷熱水流量比。 ACC 循環(huán)水泵站水循環(huán)處理系統(tǒng)必須滿足 ACC 工藝和設(shè)備所提出的各種要求,如滿足 ACC 短時間大水量間隙脈沖工作方式,調(diào)節(jié)水流量使 ACC 主體設(shè)備中高位水箱的水 位恒定,控制 ACC 主體設(shè)備中側(cè)噴泵水流量不變,保證 ACC 主體設(shè)備噴水溫度恒定在某個低溫值上,使冷水池和熱水池水位保持在某個工作范圍內(nèi)等。要滿足以上這些要求,就必須在循環(huán)水泵站設(shè)置相應(yīng)的自動控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠自動地監(jiān)測整個循環(huán)水泵的運行狀況。 系統(tǒng)設(shè)計原則 (1)模塊化。各系統(tǒng)自上而下逐層分解,直至完成所要求的功能,并在設(shè) 計中盡量減少模塊間數(shù)據(jù)、控制參數(shù)的傳遞,以減少相關(guān)性。 (2)可靠性 。采用熱備用方式 ,三臺工頻泵采用兩用一備方式運行,變頻泵采用兩用一 備或一用一備的方式運行,并在無故障時工作泵 運行一定時間后自動切換 到備用泵,以便使所有的泵交替運行,保證水泵的壽命。 (3)實時性。自動地 對工作中的每個泵及其 控制設(shè)備 進行狀態(tài)反饋 ,如水泵等的正常自動運行,在出現(xiàn)異常時迅速 切換 并報警 ,并通過相應(yīng)指示燈幫助工作人員 發(fā)現(xiàn)故障的原因,及時的進行處理。 (4)方 可維護性。采用模塊化設(shè)計以方便維護。 PLC 留有 10%15%的裕量,以方便以后進行擴展。 畢業(yè)設(shè)計說明書 8 (5)可讀性 。系統(tǒng)擁有可視化的人機界面,可以對整個泵站系統(tǒng)的運行情況進行集中管理,分散控制。 設(shè)計思想 (1)采用分級、分布式結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)設(shè)中央控制室和泵站現(xiàn)場監(jiān)控站兩級,由中 心 控室統(tǒng)一管理。每座泵站為相對獨立的監(jiān)控站,能實現(xiàn)就地控制的各種功能。系統(tǒng)功能還包括能實現(xiàn)手動控制、就地控制和遠程控制的相互切換,當系統(tǒng)出現(xiàn)故障時,各監(jiān)控站仍能實現(xiàn)就地控制。 (2)系統(tǒng)具有高可靠性 中央控制室設(shè)置成雙機系統(tǒng),采用雙機熱備份方式。自動化儀表驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)均選用可靠設(shè)備。 (3)故障診斷實時性 在一個控制周期內(nèi)實現(xiàn)對系統(tǒng)內(nèi)的各種 I/O 模板的自診斷,發(fā)現(xiàn)故障立即進行切換和報警。 (4)系統(tǒng)擴展靈活,重組容易。 (5)模塊化兼容的應(yīng)用軟件 。 泵站 SCADA 主站計算機系統(tǒng)采用開放式體系結(jié)構(gòu),有利于將來系統(tǒng)的升級。中心控制室計算機系統(tǒng)、現(xiàn)場泵分控站及檢測儀表,通過 MODBUS PLUS 通信 構(gòu)成了一個先進的管理控制和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) (SCADA),實現(xiàn)了對整個 ACC 泵站 PLC控制 集中管理及分散控制。 設(shè)計方案 方案 選 比 方案 (一 ):利用 PLC 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來實現(xiàn)分布式采樣,即在被控點附近設(shè)置采樣單元一套,就近完成被控點的狀態(tài)采樣和控制輸出,主要為響就控制信號輸出和信息采集,各采樣單元間通過工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)相連構(gòu)成 監(jiān)控系統(tǒng)的下位機系統(tǒng)。另設(shè)圖形化監(jiān)控終端一套構(gòu)成監(jiān)控系統(tǒng)的上位機,通過工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)通訊,控制各采樣單元之間控制信號;實現(xiàn)對 現(xiàn)場 設(shè)備、 運行 狀況的監(jiān)控。 方案 (二 ):利用 PLC 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來實現(xiàn)分布式,即在被控點附近設(shè)置采樣單元一套,就近完成被控點的狀態(tài)采樣和控制輸出,并完成該采樣單元內(nèi)部各控制信號的互鎖;各采樣單元間通過工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)相連構(gòu)成監(jiān)控系統(tǒng)的下位機系統(tǒng)。另設(shè)圖形化監(jiān)控終端一套構(gòu)成監(jiān)控系統(tǒng)的上位機,通過工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)通訊,諧調(diào)并控制各采樣單元之間控制信號;實現(xiàn)對 現(xiàn)場 設(shè)備、 運行 狀況的監(jiān)控。 兩 個方案中, 方案 (一 )僅僅只是利用 PLC 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來實現(xiàn)分布式采樣,再將畢業(yè)設(shè)計說明書 9 各 PLC 控制單元通過工業(yè)控制網(wǎng)與圖形上位機系統(tǒng)聯(lián)接,完成信號的采集,傳送、處理。方案 (二 )在方案 (一 )的基礎(chǔ)上,增加了上位機對下位機各 PLC 控制單元的諧調(diào)功能 ,并 充分利用高速的工業(yè)控制網(wǎng)( MB+網(wǎng))通訊技術(shù)及 PLC 的自動化控制性能 , 這樣不但充分發(fā)揮可編程控制器高性能的自動化控制優(yōu)勢,而且發(fā)揮出了工業(yè)控制網(wǎng)( MB+網(wǎng))的高速通訊性能,使得監(jiān)控系統(tǒng)自動化程度更高,穩(wěn)定性更好 。因此我們選用方案二作為本設(shè)計的基本方案。 硬件設(shè)計 根據(jù)方案二設(shè)計 ACC 循環(huán)水泵站控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖所示, 系統(tǒng)由 打印機、HMI、 PLC、變頻器、水泵電機、 傳感器、 相關(guān)電器控制現(xiàn)場總線和 MODOBUS PLUS協(xié)議 等 組成 。 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 本系統(tǒng)是一個典型的由現(xiàn)場執(zhí)行級 、下位主控級、和上位監(jiān)控級組成的三級計算機 控制 系統(tǒng)。上位監(jiān)控計算機與下位主控 PLC 及檢測儀表 的通訊 采用 均采用MODOBUS PLUS 協(xié) 議 。 上位 監(jiān)測系統(tǒng)由 MCGS( HMI)軟件組態(tài),用于監(jiān)控水處理站的系統(tǒng)運行過程 。遠程 HMI位于 ACC控制室,所有畫面都與本地 HMI相同, ACC操作人員可以通過遠程 HMI了解水 處理系統(tǒng)的工作狀況。 三臺 監(jiān)控計算機 均 采用 研華 POS818,普通顯示器 19寸, 提供友好、豐富的人機界面,對循環(huán)水系統(tǒng)運行狀況進行全面監(jiān)控畢業(yè)設(shè)計說明書 10 并有協(xié)調(diào)下位機進行主控的作用 。 在不使用上位機進行監(jiān)視時, ACC水循環(huán) 系統(tǒng)一樣會正常工作。此時,系統(tǒng)是通過下位機即 PLC進行單獨工作的 , 并且系統(tǒng)的工作狀態(tài)是自動工作狀態(tài) 。 PLC擔負著為 ACC(軋后加速冷卻)設(shè)備平穩(wěn)供水的任務(wù),工作泵出現(xiàn)故障后能夠自動切換到備用泵,并且要求設(shè)定必要的保護功。 PLC是以微處理器為基礎(chǔ),綜合自動控制技術(shù)和通信技術(shù)發(fā)展起來的一種通用的工業(yè)自動控制裝 置,它具有體積小,功能強,程序設(shè)計簡單,靈活通用,維護方便等一系列的優(yōu)點,特別是它的高可靠性和較強的適應(yīng)惡劣工業(yè)環(huán)境的能力,使它成為大規(guī)??刂乒こ痰睦硐胂挛粰C。 經(jīng) 過 設(shè)備比選,我們最終選定了 SCHENIDER公司 QUANTUM系列 PLC與現(xiàn)場電器設(shè)備和執(zhí)行機構(gòu)直接連接,執(zhí)行可靠 、 有效 、 具體的分散控制同時用于完成系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)采集 、 數(shù)據(jù)處理及與上位機通訊的功能 。 作為本 課程 設(shè)計現(xiàn)場主控部件較為理想,它主要完成變頻器的邏輯控制。 該 PLC的特點是: (1)性能可靠、穩(wěn)定 , 適應(yīng)于室外、 泵站 等惡劣環(huán)境下的自動化控制 。 (2)它 針對行業(yè)的發(fā)展趨勢增加了很新的特點。具有兼容性好,處理 速 度快,具有可擦寫的存儲器,完整的 I/O選項,具有遠程 I/O能 。 QUANTUM系列 PLC兼容: MODICON 98 58系列, SQUARE D SYMAX系列。 I/O兼容: 58 200系列, 800系列和 SYMAX系列。 (3)具有無與倫比的網(wǎng)絡(luò)連接能力,特別是應(yīng)用于 MODBUS PLUS網(wǎng)絡(luò)的站間通訊技術(shù),其快速、準確、可靠的性能充分滿足 系統(tǒng)控制要求。 (4)同時其具有強大的編程功能, PLC組態(tài)軟件 ( LD)、功 能塊圖( FBD)、結(jié)構(gòu)化文本( ST)等多 PLC編程語言,保證了系統(tǒng)的各類控制功能的需求 。 (5)系統(tǒng)構(gòu)成擴展方便抗干擾性能好 。 該 水處理系統(tǒng) 是集監(jiān)督、測量、控制、保護、信號、管理等于一體的計算機綜合自動化系統(tǒng)。它包括對泵站主機運行參數(shù)的測量、控制、保護、相應(yīng)的輔助設(shè)備、以及水情數(shù)據(jù)的收集處理。實現(xiàn)主室內(nèi)集中數(shù)據(jù)顯示,現(xiàn)場分散控制和保護,并能通過計算機網(wǎng)絡(luò)將泵站的運行數(shù)據(jù)和狀態(tài)實時、真實地展現(xiàn)在各級管理人員面前。 軟件 及網(wǎng)絡(luò)通訊 設(shè)計 下位機軟件 PLC 程序的錄入可采用編程器完成 ,但這種方 式給稍大一些的程序調(diào)試帶來了困難。采用 WINDOWS 操作界面的可編程控制器編輯軟件 ,能集程序編輯、網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)置和監(jiān)控于一體 ,并借助 PLC 網(wǎng)絡(luò) ,能訪問網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中 PLC 的任意節(jié)點 ,畢業(yè)設(shè)計說明書 11 監(jiān)控和修改其 I/O 狀態(tài)。本設(shè)計 采用 QUANTUM 系列可編程控制器, 軟件編程。 系統(tǒng)具有手動和自動兩種功能。在手動模式下所有動作由操作人員控制,自動模式下各個目標參量由人工設(shè)定,而 PLC 則根據(jù)目標參量自動進行調(diào)節(jié)。當水泵就地操作箱上的選擇開關(guān)選擇就地時,水泵處于手動狀態(tài),選擇集中時,水泵處于自動狀態(tài),不論處于何種狀態(tài)下 , PLC 均按照控制流程,對水泵起 、 停過程進行控制。當氣 動條件(電源正常,水池水位正常,水泵無故障、變頻器無故障等 )全部具備時,該水泵方能起動。起動或供水過程中,如有異常情況(電源故障 、 水池水位過低或過高 、冷水池溫度過高、水泵 故障)發(fā)生時, PLC 既按正常順序停泵,并自動投入備用泵,以確保系統(tǒng)正常工作。當 系統(tǒng)出現(xiàn)故障發(fā)出緊急停機 信號時, PLC 立即實施全系統(tǒng)緊急停機。 這些功能的實現(xiàn)是通過 CONCEPT編程軟件在 PLC 中寫入程序來實現(xiàn)的。 CONCEPT 編程軟件的特點: (1)方便用戶編程 CONCEPT 符合 IEC11313 編程語言標準并支持 5 中 IEC 標準語言:梯形圖( LD)、順序功能圖 ( SFC) 、功能塊圖( FBD)、結(jié)構(gòu)化文本( ST)、指令表( IL),還支持 LL984 梯形圖語言。 為用戶提供多種編程方式。 (2)功能強大 CONCEPT 為編程者提供生成派生 功能塊或 DFB(導出功能塊)標準庫的功能,并可在 CONCEPT 應(yīng)用程序中反復(fù)調(diào)用。這些 DFB 可以被寫入梯形圖、功能塊圖、結(jié)構(gòu)化文本或指令表中。 (3)修改方便 標準應(yīng)用編碼的模塊化和復(fù)用性使 CONCEPT 成為高效的編程環(huán)境。如果一些特定的算法或標準控制邏輯需要改變 ,例如電機啟動電路,編程者只需要修改一次,而無需考慮在其程序中要調(diào)用多少次。 (4)具有離線仿真功能 。 上位機軟件 上位監(jiān)控軟件在 MCGS 環(huán)境下開發(fā)完成 , MCGS 系統(tǒng)包括組態(tài)環(huán)境和運行環(huán)境,組態(tài)環(huán)境幫助用戶設(shè)計和構(gòu)造自己的應(yīng)用系統(tǒng),生成組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫;運行環(huán)境根據(jù)組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫中用戶指定的方式進行各中處理,完成用戶組態(tài)設(shè)計的應(yīng)用系統(tǒng)。用戶應(yīng)用系統(tǒng)由主控窗口,設(shè)備窗口,用戶窗口,實時數(shù)據(jù)庫,和運行策略五部分組成,三種基本類型構(gòu)件(設(shè)備構(gòu)件、動畫構(gòu)件、策略構(gòu)件)完成MCGS 三大功能部分(設(shè)備驅(qū)動、動畫顯示、 流程控制)。 MCGS 主要完成與 PLC通信、操作畫面顯示、故障報警、數(shù)據(jù)記錄、趨勢輸出、報表打印等功能。 系統(tǒng)監(jiān)控畫面采用層次型結(jié)構(gòu)設(shè)計,各子系統(tǒng)之間很容易切換,直觀反映現(xiàn)場工況,且便于操作人員使用,簡潔、直觀、功能完善是它的最大特點。采用層次型結(jié)構(gòu)畢業(yè)設(shè)計說明書 12 便于操作人員完成多個子系統(tǒng)的準確切換,避免由于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)繁瑣造成的誤操作。各子系統(tǒng)也采用相近的功能菜單,切換方便,功能完善,在同一幅主畫面內(nèi)可完成多項操作功能 。 組態(tài)功能一般包括系統(tǒng)組態(tài)、環(huán)境組態(tài)、控制組態(tài)、顯示組態(tài)、歷史數(shù)據(jù)組態(tài)、報警組態(tài)和報表組態(tài)。通過這些組態(tài)功能可 以控制系統(tǒng) (包括硬件和軟件 )控制方案的構(gòu)成,不同人員介入系統(tǒng)的權(quán)限及運行人員工作站提供的功能等。整個組態(tài)過程是在菜單和功能鍵的幫助下進行的。操作功能是工作站在系統(tǒng)運行時提供給操作人員的功能。包括顯示操作,打印和性能計算等。 使用 MCGS 組態(tài)軟件開發(fā),該軟件有以下特點: (1)在 Microsoft Windows 98/NT/2021 平臺上運行,軟件性能優(yōu)異,運行穩(wěn)定。畫面簡潔美觀,操作方法簡單。 (2)從經(jīng)濟上考慮 ,比國外軟件便宜很多。由于是國內(nèi)軟件,在對不同設(shè)備( 如 變 頻 器;智能表)的驅(qū)動的開發(fā)上周期短。 (3)它 充分利用了 Windows 圖形功能完備、界面一致性好、易學易用的特點,必以往使用專用機開發(fā)的工業(yè)控制系統(tǒng)更具有通用性。 (4)系統(tǒng)的開放性能好,能支持多家 PLC、智能儀表和板卡等工控產(chǎn)品 , 組態(tài)軟件能進行二次開發(fā) , 開發(fā)的監(jiān)控軟件支持多家 SCADA、 HM I 軟件和其它應(yīng)用程序之間的通訊。 網(wǎng)絡(luò)通 訊 本系統(tǒng)采用 SHENIDER 公司所提供的 MODOBUS PLUS (
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