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基于plc的紡紗模擬實驗控制系統設計_畢業(yè)設計(編輯修改稿)

2024-10-03 18:32 本頁面
 

【文章內容簡介】 要的用戶輸入設備 (包括按扭、轉換開 關、行程開關、限位開關和傳感器等 )和輸出設備 (接觸器、繼電器、電磁閥、報警 指示燈等 )。并且根據這些輸入 /輸出設備確定系統的 I/0 點數。 PLC PLC 類型的選擇主要從下面幾個方面考慮 : (1) PLC 機型和容量的選擇; (2) 開關輸入量的點數以及輸入電壓; (3) 開關輸出量的點數以及輸出功率; (4) 模擬量輸入 /輸出的點數; (5) 系統的特殊要求,如遠程 I/O、通信網絡等; 4. I/O 點分配 ******************本科生畢業(yè)設計 (論文 ) 10 分配 PLC 的輸入 /輸出點,畫出 PLC 的 I/O 端子與輸入 /輸出設備的連接圖或分配表。在連接圖或分配表中,必須指定每個 I/O對應的模塊編號、端子編號、 I/O地址、對應的輸入 /輸出設備等。 圖 21 PLC系統設計的基本步驟 此步驟是進行 PLC 程序設計和 PLC 控制柜等 硬件的設計及現場施工。程序與硬件設計施工可同時進行。 PLC 程序設計的一般步驟包括以下部分 [4]: (1)根據工藝流程和控制要求,畫出系統的功能圖或流程圖 。 (2)根據 I/0分配表或 I/O 端子接線圖,將功能圖和流程圖轉化成梯形圖,即 PLC 編 ******************本科生畢業(yè)設計 (論文 ) 11 程。 硬件設計及現場施工的一般步驟如下 : (1)設計控制柜布置圖、操作面板布置圖和接線端子圖等; (2)設計控制系統各部分的電氣圖; (3)根據圖紙進行現場接線。 (1)程序編寫完成后,將程序輸入 PLC。如果用編程器輸入,需要先將梯形圖轉換為助記符,然后 輸入。 (2)程序輸入 PLC后,用按扭和開關模擬數字量,電壓源電流源代替模擬量,進行模擬調試,使控制程序基本滿足控制要求。 離線模擬調試和控制柜等硬件施工完成后,就可以進行整個系統的現場聯機調試。現場調試是指將模擬調試通過的程序結合現場設備進行聯機調試。通過現場調試,可以發(fā)現模擬調試中無法發(fā)現的實際問題,然后逐一排除這些問題,直至調試成功。 技術文件主要包括技術說明書,使用說明書,電氣原理圖、接線端子圖、 PLC 梯形圖和電器布置圖。 本章小結 本章主要講述了 PLC 控 制系統設計的要求和基本步驟,對下一章研究 防砂模擬 的 PLC控制系統做了很好的鋪墊。其中,最基礎也是最必不可少的是分析工藝流程和控制要求并且確定 I/O 分配,而最重要的是根據控制要求進行硬件和軟件的設計。 ******************本科生畢業(yè)設計 (論文 ) 12 第三章 防砂模擬控制系統控制要求 防砂模擬控制系統簡介 [7] 機械防砂模擬 實驗系統 包括注水系統、加砂系統、直井除砂模型以及原油回收系統,由電機驅動的各種泵等傳送機構完成各系統之間的產品傳輸。該 實驗系統 自動化控制系統主要由三部分組成,一部分是對各崗位生產參數進行監(jiān)測;一部分是分析各崗位生產參數,對各崗位 需要進行自動控制的執(zhí)行器進行控制;一部分接受控制系統控制輸出,調節(jié)各崗位執(zhí)行器 [7]。 各系統的參數必須嚴格控制,才能生產出合格原油,保證整個系統平穩(wěn)安全運行。所有系統通過 PLC 實現各設備工作狀況及參數數據采集、檢測、控制的實時監(jiān)測,并具備報警、控制功能。各崗位監(jiān)控系統由傳感器等設備組成,完成包括溫度、壓力、流量、液位的檢測、監(jiān)視 [7]??刂葡到y采用德國西門子公司 S7300系列 PLC 控制系統, S7300 系統控制器選用 CPU314C2 DP。執(zhí)行系統由變頻器組成,變頻器 [17]接受 PLC 控制系統 輸出的控制模擬量,動態(tài)調節(jié)對應閥門的開關、各種電機的起停和速度變化,保持各崗位生產參數在正常范圍。此配置方案保證控制系統連續(xù)、安全、穩(wěn)定運行。 機械防砂模擬 實驗系統 流程 機械防砂模擬 實驗系統 的功能是模擬對加入水和砂的石油進行處理,脫出石油中的污水和砂粒。儲油罐中放有純凈的石油,由計量泵 3抽取進入配液罐;水池中放有水,由計量泵 4抽取進入配液罐與石油混合,形成混有水的模擬原油。然后由計量泵 2 抽取進入加砂攪拌罐;砂箱中放有砂粒,由絞龍輸送進入加砂攪拌罐與混有水的石油混合,形成混有水和 砂的模擬原油。再由泥漿泵抽取進入直井模型,再進入旋流除砂系統,計量泵 1從水池中向旋流除砂系統泵入需要的水, 進行去砂除水后,由計量泵 5回收到儲油罐 [7]。 防砂模擬控制系統要求 [7] 監(jiān)測系統 監(jiān)測配液罐、加砂攪拌罐、管道內的液位、壓力、流量、溫度、調節(jié)閥開度等,產生模擬量值信號送入控制系統; 配液罐和加砂攪拌罐 配液罐和加砂攪拌罐內要求常存有一定量的 模擬原油。 計量泵 2從配液罐往加砂攪拌罐中泵入石油,速度需要配合加砂攪拌罐和配液罐的液位進行調節(jié),加砂攪拌罐低液位需要加速,加砂 攪拌罐高液位需要減 速,配液罐低液位需要減速,在緊急狀態(tài)下需要停止;加砂攪拌罐和配液罐的液位由液位檢測傳感器檢測; ******************本科生畢業(yè)設計 (論文 ) 13 絞龍 絞龍從砂箱往加砂攪拌罐中送入砂子,速度需要配合加砂攪拌罐的液位進行調節(jié),加砂攪拌罐低液位需要加速,加砂攪拌罐高液位需要 減速,在緊急狀態(tài)下需要停止; 泥漿泵 泵出管道壓力不能超過安全值, 泵出管道壓力高于預警值需要減速; 泥漿泵從加砂攪拌罐往除砂系統中泵入加砂后的石油,速度需要配合加砂攪拌罐的液位進行調節(jié),加砂攪拌罐低液 位需減速,加砂攪拌罐高液位需要加速; 傳輸管道 傳輸管道溫度、壓力值要求保持在一定 范圍。 壓力、溫度傳感器及保護單元中的針閥、柱塞泵、水池和熱交換器共同實現系統的壓力溫度的安全保護。壓力傳 感器的檢測值超過安全值,通過 PLC 控制中心調節(jié)針閥閥門變大,管道流速加快使得壓力變低,溫度傳感器的檢測值超過安全值,通過 PLC控制中心調節(jié)柱塞泵加速抽水速度,熱交換器中的熱交換過程變快使得溫度降低。 緊急狀態(tài) 當系統檢測到配液罐、加砂攪拌罐、管道內的液位、壓力、溫度某項 崗位參數超過預先設定的危險值 ,關斷所有傳動 實驗系統 ,停止 機械防砂模擬 實驗系統 的自動循環(huán),轉手動調節(jié)。 下圖是 防砂模擬試驗 實驗系統 流程 圖 圖 31 防砂模擬試驗 實驗系統 流程圖 ******************本科生畢業(yè)設計 (論文 ) 14 本章小結 本章介紹了 機械防砂模擬 實驗系統 的基本功能工藝流程,并根據它的工藝流程分析了防砂模擬控制系統 的控制要求,根據此控制要求設計出 各崗位監(jiān)控系統、控制系統、執(zhí)行系統??刂葡到y對各崗位生產參數實時采集,完成 計量泵、泥漿泵和柱塞泵等設備的啟 /停以及聯動控制,保持控制系統運行過程中, 各崗位生產參數都處于正常范圍。這為下一步詳細設計做了準備。 ******************本科生畢業(yè)設計 (論文 ) 15 第四章 主要算法設計 控制模型分析 經過對 防砂模擬 PLC 控制系統工藝要求的仔細分析,控制系統主要有兩種控 制方式,分別以泥漿泵和 柱塞泵為典型。下面對這兩個崗位進行詳細分析。 1.泥漿泵電機的調節(jié)關聯泵出管道壓力和加砂攪拌罐的液位,泵出管道壓力和加砂攪拌罐的液位要求保持在一定范圍。對應控制要求是:泵出管道壓力不能超過預警值,泵出管道壓力高于預警值泥漿泵電機需要減速;加砂攪拌罐的液位需要保持在一定范圍,加砂攪拌罐液位低于設定范圍泥漿泵電機需減速,加砂攪拌罐液位高于設定范圍泥漿泵電機需加速 [7]。 2.柱塞泵電機的調節(jié)關聯傳輸管道溫度。傳輸管道溫度要求保持在一定范圍,溫度傳感器及保護單元中的柱塞泵、水池和熱交換器共同 實現系統的壓力溫度的安全保護。對應控制要求是:溫度傳感器的檢測值超過安全值,通過 PLC 控制中心調節(jié)柱塞泵加速抽水速度,熱交換器中的熱交換過程變快使得溫度降低 [7]。 泥漿泵電機調節(jié)算法設計 [16] 根據泥漿泵調節(jié)邏輯關系,假定 adjust 為狀態(tài)標志, adjust 值為 1,標志 加沙攪拌罐液位異?;蛘弑贸龉艿缐毫χ诞惓?; adjust 值為 0,標志崗位生產參數正常,不需要調節(jié)。 PLC 輸出泥漿泵電機速度(以下簡稱 nj),加沙攪拌罐液位(以下簡稱 jas),泵出管道壓力值(以下簡稱 pre),假定三者關系如下: nj =? ? a d ju s tp r enjkja snjk ???? _2_1 ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ???? (1) (1) nj允許范圍 ? ? ? ? ? ?hnjhinjhinjlinjlinjlnj _,__,__,_ ?? ; ? ?hinjlinj _,_ 是其正常范圍; (2) jas 允許范圍 ? ? ? ? ? ? ? ?hj ashij ashj ashij ashij aslij aslij aslj as _,__,__,__,_ ???; ? ?hijaslijas _,_ 是其正常范圍; (3) pre 允許范圍 ? ? ? ? ? ?hp r ehip r ehip r elip r elip r elp r e _,__,__,_ ??; ******************本科生畢業(yè)設計 (論文 ) 16 ? ?hiprelipre _,_ 是其正常范圍; 假設系統已經偏離正常狀態(tài), adjust 值為 1,此時 a式為: ? ?pr enjkjasnjknj ???? _2_1 ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ???? (2) jas 為允許范圍最高值 jas_h, pre 為允許范圍最低值 pre_l的時候,需要 nj 調節(jié)速度至最大 nj_h,對應關系為: ? ? hnjlp r ehja s __amp。_ ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ???? (3) jas 為允許范圍最低值 jas_l, pre 為允許范圍最高值 pre_h的時候,需要 nj 調節(jié)速度至最小 ,對應關系為: ? ? lnjhp r elja s __amp。_ ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ???? (4) 由 (1), (2), (3), (4)式 得出泥漿泵電機速度 傳遞系數 1: k1_nj, 泥漿泵電機速度傳遞系數 2: k2_nj, 由于三者呈線形關系,結果滿足: 2 ___22 ___12 __ hj a slj a snjkhj a slj a snjkhnjlnj ??????? ?? ? ???? (5) (5)式說明了 jas、 pre 的允許范圍的中間值,就是系統 正常運行狀態(tài)值與 nj 的允許中間
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