【正文】 113 蘭州理工大學(xué)設(shè)計(jì)說明書 PLC在ACC循環(huán)水系統(tǒng)控制系統(tǒng)上的應(yīng)用畢業(yè)論文目 錄第1章 緒 論 5 5 畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)要求 6第2章 干燥機(jī)概述 7 轉(zhuǎn)鼓式離心干燥機(jī)的構(gòu)造 7 9第3章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 10 控制系統(tǒng)的方案選擇 10 系統(tǒng)總體概述 11 西門子S7300簡介 11 S7300的概況 11 S7300的結(jié)構(gòu) 12 S7300主要特點(diǎn)： 14 本設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)組成： 14 系統(tǒng)設(shè)計(jì)所需的元器件設(shè)備及其型號(hào) 15 16 MM440變頻器的應(yīng)用 21 PLC控制系統(tǒng)主電氣控制圖 25 電動(dòng)機(jī)的選擇 26第4章 觸摸屏 28 觸摸屏的概述 28 觸摸屏的原理 29 觸摸屏的分類 30 33 觸摸屏人機(jī)界面的特點(diǎn) 33 33 35 35 42 西門子觸摸屏TP270系列簡介及說明 47第5章 干燥機(jī)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 51 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則 51 PLC I/O模塊的選擇步驟與原則 52 開關(guān)量I／O模塊的選擇 52 模擬量I／O模塊的選擇 54 特殊功能模塊的選擇 54 西門子S7300軟件語言說明 54 STEP7Micro/WIN編程軟件 54 STEP7Micro/WIN編程軟件的主要功能 54 55 系統(tǒng)主控程序設(shè)計(jì) 56 子程序設(shè)計(jì) 57 PID控制原理 59 60 60 61 62第6章 總結(jié)體會(huì) 63參考文獻(xiàn) 64外文資料 64原文 64譯文 73結(jié)束語 80附錄一：干燥機(jī)控制系統(tǒng)的器件清單 81附錄二：PLC的I/O分配表 82 第一章 緒論 本課題設(shè)計(jì)背景及現(xiàn)實(shí)意義 ACC(軋后加速冷卻)循環(huán)水系統(tǒng)主要由收集裝置、熱水池、冷卻塔、冷水池、高位水箱、中間水箱、冷卻設(shè)備及各種管路組成。系統(tǒng)的核心控制對象是由變頻器、電動(dòng)機(jī)和水泵本體組成的廣義的水泵。給水泵組由9臺(tái)泵組成，其中3臺(tái)200kw的工頻泵，3臺(tái)200kw的變頻泵，3臺(tái)90kw的變頻泵，相同型號(hào)均為兩用一備。側(cè)噴泵組為2臺(tái)160kw的變頻泵，一用一備，冷卻泵組為3臺(tái)280kw的變頻泵，兩用一備，提升泵組為3臺(tái)160kw的變頻泵，兩用一備.ACC循環(huán)水泵站水循環(huán)處理系統(tǒng)有別于普通的水泵站，它必須滿足ACC工藝和設(shè)備所提出的各種要求，如滿足ACC短時(shí)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(gè)低溫值上，使冷水池和熱水池水位保持在某個(gè)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(dòng)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠自動(dòng)地監(jiān)測整個(gè)循環(huán)水泵的運(yùn)行狀況。 水處理泵站PLC系統(tǒng)控制擔(dān)負(fù)著為ACC（軋后加速冷卻）設(shè)備平穩(wěn)供水的任務(wù)，該循環(huán)水泵站要求對水泵的起?？刂凭哂凶詣?dòng)和手動(dòng)兩種功能，工作泵出現(xiàn)故障后能夠自動(dòng)切換到備用泵，并且要求設(shè)定必要的保護(hù)功。 該泵站是集監(jiān)督、測量、控制、保護(hù)、信號(hào)、管理等于一體的計(jì)算機(jī)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。它包括對變電所、泵站主機(jī)運(yùn)行參數(shù)的測量、控制、保護(hù)、相應(yīng)的輔助設(shè)備、以及水情數(shù)據(jù)的收集處理，實(shí)現(xiàn)主室內(nèi)集中數(shù)據(jù)顯示、分析、處理，現(xiàn)場分散控制和保護(hù)，并能通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)將泵站的運(yùn)行數(shù)據(jù)和狀態(tài)實(shí)時(shí)、真實(shí)地展現(xiàn)在各級管理人員面前?？傃b機(jī)容量100kW以上的大中泵站在工業(yè)水循環(huán)、農(nóng)田水利、防洪排澇泵站中占有相當(dāng)大的比例。為了降低大中泵站運(yùn)行費(fèi)用，提高泵站的自動(dòng)化程度，根據(jù)大中型泵站的運(yùn)行工藝特點(diǎn)，采用可編程序控制器（PLC）進(jìn)行控制，通過設(shè)定運(yùn)行程序?qū)φ谜具M(jìn)行運(yùn)行和監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)半無人值守或無人值守。通過傳輸設(shè)備聯(lián)網(wǎng)，可以實(shí)現(xiàn)無人值守泵站運(yùn)行，大大降低大中型泵站運(yùn)行人工費(fèi)用，讓有限的運(yùn)行費(fèi)用更多的用于泵站設(shè)備改造、維修和維護(hù)，更有效提高泵站設(shè)備完好率和可用保證率。目前國內(nèi)對大中泵站自動(dòng)化的研究還處于起步階段，尤其對冷卻水循環(huán)系統(tǒng)的研究設(shè)計(jì)還剛剛開始。本課題的主要研究目的就是設(shè)計(jì)與工藝上先進(jìn)可靠的軋后加速冷卻循環(huán)水處理的電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)。以西門子S7300系列可編程控制器（PLC）為核心應(yīng)用人機(jī)界面，技術(shù)等先進(jìn)的工業(yè)控制技術(shù)，以保證系統(tǒng)的最優(yōu)運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)最佳的效率，具有很好的可靠性和性價(jià)比。該課題的設(shè)計(jì)有一定的工業(yè)通用性，設(shè)計(jì)的完成將對PLC產(chǎn)品的開發(fā)具有一定的參考價(jià)值。 PLC在冷卻水循環(huán)中的應(yīng)用隨著PLC和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，使得PLC的聯(lián)網(wǎng)通訊功能日益強(qiáng)大，也對冷卻水循環(huán)自動(dòng)化系統(tǒng)提出了更高的要求。在冷卻水循環(huán)系統(tǒng)中應(yīng)用可編程序控制器(簡稱PLC)進(jìn)行電氣控制和儀表檢測系統(tǒng)的改造已經(jīng)十分普遍，現(xiàn)已發(fā)展為全套控制，并實(shí)現(xiàn)各系統(tǒng)之間互相通訊，多個(gè)泵站聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)冗余、數(shù)據(jù)共享，系統(tǒng)整理并統(tǒng)計(jì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，從而為實(shí)現(xiàn)冷卻水循環(huán)過程控制和生產(chǎn)管理自動(dòng)化提供有力的系統(tǒng)支持。但是目前作為冷卻水循環(huán)系統(tǒng)的控制一般采用的都是人工控制，這給整個(gè)系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)和統(tǒng)一管理帶來了很大不便。影響整個(gè)高爐系統(tǒng)的效率，并且造成一定的能源和資源的浪費(fèi)。 PLC在泵站系統(tǒng)中的應(yīng)用總裝機(jī)容量100kW以上的大中型泵站在冷卻水循環(huán)、農(nóng)田水利、防洪排澇泵站中占有相當(dāng)大的比例。為了降低泵站運(yùn)行費(fèi)用，提高泵站的自動(dòng)化程度，根據(jù)泵站的運(yùn)行工藝特點(diǎn)，采用可編程序控制器（PLC）進(jìn)行控制，通過設(shè)定運(yùn)行程序?qū)φ谜具M(jìn)行運(yùn)行和監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)半無人值守或無人值守。通過傳輸設(shè)備聯(lián)網(wǎng)，可以實(shí)現(xiàn)無人值守泵站運(yùn)行，大大降低小型泵站運(yùn)行人工費(fèi)用，讓有限的運(yùn)行費(fèi)用更多的用于泵站設(shè)備改造、維修和維護(hù)，更有效提高泵站設(shè)備完好率和可用保證率。目前國內(nèi)對大中型泵站自動(dòng)化的研究還處于起步階段，尤其對ACC水循環(huán)系統(tǒng)的研究設(shè)計(jì)還剛剛開始。.1 ACC設(shè)備的基本原理 ACC(軋后加速冷卻)循環(huán)水系統(tǒng)主要由收集裝置、熱水池、冷卻塔、冷水池、高位水箱、中間水箱、冷卻設(shè)備及各種管路組成。系統(tǒng)的核心控制對象是由變頻器、電動(dòng)機(jī)和水泵本體組成的廣義的水泵。給水泵組由9臺(tái)泵組成，其中3臺(tái)200kw的工頻泵，3臺(tái)200kw的變頻泵，3臺(tái)90kw的變頻泵，相同型號(hào)均為兩用一備。側(cè)噴泵組為2臺(tái)160kw的變頻泵，一用一備，冷卻泵組為3臺(tái)280kw的變頻泵，兩用一備，提升泵組為3臺(tái)160kw的變頻泵，兩用一備.其工作過程如圖所示：ACC循環(huán)水泵站水循環(huán)處理系統(tǒng)有別于普通的水泵站，它必須滿足ACC工藝和設(shè)備所提出的各種要求，如滿足ACC短時(shí)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(gè)低溫值上，使冷水池和熱水池水位保持在某個(gè)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(dòng)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠自動(dòng)地監(jiān)測整個(gè)循環(huán)水泵的運(yùn)行狀況。水處理泵站PLC系統(tǒng)控制擔(dān)負(fù)著為ACC（軋后加速冷卻）設(shè)備平穩(wěn)供水的任務(wù)，該循環(huán)水泵站要求對水泵的起?？刂凭哂凶詣?dòng)和手動(dòng)兩種功能，工作泵出現(xiàn)故障后能夠自動(dòng)切換到備用泵，并且要求設(shè)定必要的保護(hù)功。 該泵站是集監(jiān)督、測量、控制、保護(hù)、信號(hào)、管理等于一體的計(jì)算機(jī)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。它包括對變電所、泵站主機(jī)運(yùn)行參數(shù)的測量、控制、保護(hù)、相應(yīng)的輔助設(shè)備、以及水情數(shù)據(jù)的收集處理，實(shí)現(xiàn)主室內(nèi)集中數(shù)據(jù)顯示、分析、處理，現(xiàn)場分散控制和保護(hù)，并能通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)將泵站的運(yùn)行數(shù)據(jù)和狀態(tài)實(shí)時(shí)、真實(shí)地展現(xiàn)在各級管理人員面前。 2 系統(tǒng)工作原理 控制系統(tǒng)要求 控制系統(tǒng)功能要求本次設(shè)計(jì)應(yīng)實(shí)現(xiàn)： 本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是對ACC水處理系統(tǒng)進(jìn)行研究，設(shè)計(jì)ACC水處理系統(tǒng)，滿足ACC水處理系統(tǒng)基本控制要求。該設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)如下功能:①水泵的起停控制要求具有手動(dòng)和自動(dòng)兩種功能,工作泵出現(xiàn)故障后自動(dòng)切換到備用泵.②人機(jī)界面及故障報(bào)警功能.③保護(hù)功能(包括短路,缺相,過載,過壓,欠壓等). 本地設(shè)備通過報(bào)警檢測，系統(tǒng)應(yīng)具有一定的自診斷能力，能實(shí)現(xiàn)部分故障的自我修復(fù)，對于不能修復(fù)的故障，應(yīng)能迅速指示出故障所在處，以便檢修人員能迅速的對故障做出處理。 設(shè)計(jì)原則ACC冷卻水循環(huán)系統(tǒng)的的設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)鋼鐵廠發(fā)展規(guī)劃進(jìn)行，做到遠(yuǎn)近期結(jié)合，以近期為主，正確處理近期建設(shè)與遠(yuǎn)期發(fā)展的關(guān)系，適當(dāng)考慮擴(kuò)建的可能。水資源循環(huán)利用，電能節(jié)約利用，降低能耗提高效率，不給環(huán)境造成不良影響。整個(gè)系統(tǒng)的性價(jià)比高，所選控制器及其外圍穩(wěn)定可靠，出現(xiàn)故障易修復(fù)。ACC冷卻水循環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，必須從全局出發(fā)，工藝參數(shù)、工程特點(diǎn)和系統(tǒng)所處的實(shí)際條件，結(jié)合國情合理地確定設(shè)計(jì)方案；必須堅(jiān)持節(jié)約用地的原則；同時(shí)還應(yīng)符合現(xiàn)行的國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的規(guī)定。 系統(tǒng)控制方案的確定 方案概述根據(jù)畢業(yè)設(shè)計(jì)的要求，本次的設(shè)計(jì)是基于PLC的電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。系統(tǒng)的水壓和溫度要求在進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)時(shí)可以實(shí)現(xiàn)。故障水泵的要求，設(shè)計(jì)本身采用的是各個(gè)泵之間的互備技術(shù)，任何情況下每個(gè)泵都有一個(gè)或兩個(gè)泵作為其他泵的備份，個(gè)泵循環(huán)作為備用泵，確保不會(huì)因?yàn)殚L時(shí)間不用損壞而不能起到備用的可靠性，互備技術(shù)不用一對一的給各個(gè)泵做備份，節(jié)約了成本，也減輕了控制系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)。 控制系統(tǒng)的方案選擇在傳統(tǒng)的水循環(huán)系統(tǒng)中，系統(tǒng)的控制主要是以繼電器為主的控制電路來達(dá)到目的,然而,傳統(tǒng)的控制電路有著不可抗拒的不利因素，從繼電器的材料來看，繼電器的觸點(diǎn)表面是由一層氧化層鍍在上面，通常為銀制，長期的碰撞和電弧溫度的灼燒熔化導(dǎo)致時(shí)常要去檢修并伴隨著短路停機(jī)的發(fā)生，安全性和抗干擾性較差；同時(shí)，繼電器一旦用得太多，必然伴隨著導(dǎo)線線路的連接增加，檢查起來十分不便，并且導(dǎo)線的發(fā)熱導(dǎo)致電流的不穩(wěn)定，對需要精確控制的系統(tǒng)帶來了很大的不便。隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)控制技術(shù)及電子技術(shù)在工業(yè)應(yīng)用中的應(yīng)用越來越廣，基于PLC的電控系統(tǒng)也越來越成熟和完善，由于PLC的引入使得上述的情況得以解決，通過端口的設(shè)置及編程使得繼電器為主所構(gòu)成的控制回路可以以編程的形式得以解決，操作較為容易，除主電路外，只需要部分的檢測和控制電路就可以達(dá)到控制目的，且軟件自身擁有的輔助繼電器數(shù)量不受限制，體積較小安裝方便，價(jià)格相對長期投入的繼電器來說便宜且程序可以改寫，方便易行，檢修容易，抗干擾能力優(yōu)于傳統(tǒng)控制電路，是工廠自動(dòng)控制的發(fā)展趨勢和方向。在本次設(shè)計(jì)中，利用可編程控制器為系統(tǒng)的控制單元，并且輔以響應(yīng)的外圍器件，包括模擬量輸入模塊、變頻器、水泵、軟啟動(dòng)器以及各種保護(hù)元件。PLC采用SIEMENS公司S7300系列產(chǎn)品，用于對變頻單元和水泵電機(jī)的控制。采用PLC可編程邏輯控制器組成的控制系統(tǒng)。其最大的特點(diǎn)便是可靠性和穩(wěn)定性高，抗干擾能力強(qiáng)，適用于工業(yè)現(xiàn)場。對單項(xiàng)過程或重復(fù)數(shù)極少的項(xiàng)目，采用PLC方案是明智、快捷的途徑，成功率高，但缺點(diǎn)是成本較高。PLC編程簡單，邏輯性很強(qiáng)，使得功能易于實(shí)現(xiàn)。它的許多功能是依靠軟件來實(shí)現(xiàn)的，這樣可減少外圍硬件的使用，從而減少了故障發(fā)生的幾率，通常PLC都具有510萬小時(shí)的運(yùn)行壽命。綜上所述，鑒于PLC控制系統(tǒng)的方便性及可靠性，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)采用西門子S7300PLC來完成。 系統(tǒng)總體概述 眾所周知，研制開發(fā)PLC的最初動(dòng)因是為了取代繼電器，構(gòu)成新型的控制開關(guān)量的裝置，因此，從一開始，邏輯控制就是PLC的強(qiáng)項(xiàng)。PLC是以控制開關(guān)量起家的，采用循環(huán)掃描方式，為了不丟失輸入信號(hào)，要求循環(huán)掃描周期短，這就使得在PLC中配置的處理器性能好，速度快。這些高性能的微處理器本身有很大的潛能，早期PLC只利用速度快這一條，其他潛能并沒有得到充分得利用。后來發(fā)現(xiàn)處理好不同性質(zhì)的實(shí)時(shí)多任務(wù)的調(diào)度，在PLC中加入針對慢連續(xù)量的過程控制并不困難。采用電動(dòng)機(jī)調(diào)速裝置與PLC構(gòu)成控制系統(tǒng)，進(jìn)行優(yōu)化控制,完成供水壓力、溫度、流量的恒定控制，在管網(wǎng)流量變化時(shí)達(dá)到穩(wěn)定供水壓力、溫度和流量的控制和節(jié)約電能的目的。系統(tǒng)的最終控制目標(biāo)是泵站水泵水流量的控制，系統(tǒng)設(shè)定的給水壓力值與反饋的總管壓力實(shí)際值進(jìn)行比較，其差值輸入變頻器運(yùn)算處理后，發(fā)出控制指令，控制泵電動(dòng)機(jī)的投運(yùn)臺(tái)數(shù)和運(yùn)行變量泵電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到給水總管各項(xiàng)參數(shù)穩(wěn)定在設(shè)定的壓力值上。通過安裝在水箱中的壓力傳感器，把水壓轉(zhuǎn)換成4～20mA的模擬信號(hào)，通過變頻器內(nèi)置的PID控制器，來改變電動(dòng)水泵轉(zhuǎn)速。當(dāng)水位過高時(shí)，水箱壓力大于設(shè)定壓力時(shí)，變頻調(diào)速的輸出頻率將增大，水泵轉(zhuǎn)速提高，輸出水量加大，當(dāng)達(dá)到設(shè)定壓力時(shí)，電動(dòng)水泵的轉(zhuǎn)速不在變化，使水箱壓力恒定在設(shè)定壓力上；反之亦然。工作流程是利用設(shè)置在水箱內(nèi)的壓力傳感器將水箱內(nèi)因用水量的變化引起的水壓變化，及時(shí)將信號(hào)（420mA或010V）反饋PID調(diào)節(jié)器，PID調(diào)節(jié)器對比設(shè)定控制壓力進(jìn)行運(yùn)算后給出相應(yīng)的變頻指令，改變水泵的運(yùn)行或轉(zhuǎn)速，使得水箱內(nèi)的水壓與控制壓力一致。 ACC循環(huán)水系統(tǒng)承擔(dān)的主要任務(wù)就是為ACC主體設(shè)備平穩(wěn)供水，所以根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，在設(shè)計(jì)中主要進(jìn)行水流量、水壓、水位、水溫度這些模擬量的控制。本設(shè)計(jì)整個(gè)系統(tǒng)以PLC為核心，再加上輸入輸出部分，組成一個(gè)可靠的、穩(wěn)定的系統(tǒng)。ACC循環(huán)水系統(tǒng)控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)圖如圖31所示。 電機(jī)保護(hù) 水壓 水位 流量溫度 西門子 S7300PLC 操作面板 變頻器 水泵電動(dòng)機(jī) 控制回路