【文章內(nèi)容簡介】 啟動水泵電機 泵機運行信號到延時時間到打開氣動蝶閥 氣動蝶閥開到全開位 泵機關閉過程 關泵命令 關出水氣動閥碟 氣動閥碟到全關位 停水泵電機 濾池自動反沖洗控制 主要有排序沖洗自由沖洗和強制沖洗 有多個濾格要進行沖洗時則對其進行排 序順序進行沖洗當水頭損失不合要求或者過濾時間超過設定值 24h 之外時進行自由沖洗強制沖洗可以認為是在人機界面直接下達沖洗的命令 反沖洗鼓風機一步化啟停設計 開鼓風機控制開閥門啟動 開風機指令 開旁通閥 啟動鼓風機 開出氣閥 關旁通閥 停鼓風機控制關閥門停機 停風機指令 開旁通閥 關出氣閥 停鼓風機 關旁通閥 本次設計對工藝設備控制有四級中央控制室 IPC進行操控 PLC根據(jù)程序和其他情況自動控制無需人的干預現(xiàn)場人機界面進行管理手動控制在 MCC 或者機器旁邊操作箱上的按鈕進行控制手動通過硬件直接切換優(yōu)先權較其他三種方 式高 接下來討論反沖洗故障檢測和保護等內(nèi)容 反沖洗水泵故障檢測和保護設計如下 過電流預報警 反沖洗水泵電機電流大于額定電流時接通報警指示燈或喇叭以示警告 過電流故障 反沖洗水泵電機電流大于額定電流時立刻關閉水閥門和停止水泵工作同時相應開關接通以示警告 空載故障 反沖洗水泵電機電流小于額定電流或壓低于常值時候空車故障立刻停機啟動相應聲光報警系統(tǒng) 電氣故障 反沖洗水泵電機正常啟動運行后在設定時間內(nèi)不到位運行信號繼續(xù)丟失 5s為電氣故障 PLC 停止工作啟動聲光報警系統(tǒng) 反沖洗水泵出口閥門故障檢測和保護設計如下 開閥門 故障 開閥指令發(fā)出后在設定的時間內(nèi)開閥門出現(xiàn)故障 PLC 作開閥故障立即切斷該閥門電源對反沖洗水泵停電保護并且啟動報警系統(tǒng) 關閥門故障 開閥指令發(fā)出后在設定的時間內(nèi)開閥門出現(xiàn)故障 PLC 作開閥故障立即切斷該閥門電源對反沖洗水泵停電保護并且啟動報警系統(tǒng) 反沖洗鼓風機故障檢測和保護設計如下 過電流預警 鼓風機電流大于額定電流時啟動報警系統(tǒng) 過電流故障 鼓風機電流大于額定電流時立即關閉水閥門和停止水泵工作啟動報警系統(tǒng) 空車故障 鼓風機電流大小于額定電流或出水壓力低于正常值為空車故障須立即停機保護啟動報警系統(tǒng) 電氣故障 鼓風機電機啟動正常運動后運行信號繼續(xù)丟失 5s 為電氣故障 PLC 停止工作啟動聲光報警系統(tǒng) 第章 PLC 控制的實現(xiàn) 本章主要介紹 PLC控制的硬件設計和軟件程序的編寫且選用的 PLC為我所熟悉的三菱 FX2N 系列產(chǎn)品閥門選擇開關閥而省去了用 PID 控制的調(diào)節(jié)閥使過程變得相對簡單 1 PLC 基本知識及其工作原理 可編程序控制器 Programmable Logic Controller 簡稱 PLC 所謂可編程序控制器就是一種專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的數(shù)字運算操作的電控制系統(tǒng)的硬件設計系統(tǒng)它采用一種可編程序的存儲器在 其內(nèi)部存儲并執(zhí)行邏輯運算順 控制定時記數(shù)和算術操作的指令通過數(shù)字量或模擬量的輸入輸出來控制各種類型的機械設備或生產(chǎn)過程隨著 PLC 的發(fā)展它不僅能完成編輯運算控制而且能實現(xiàn)模擬量數(shù)字量的算術運算用 PLC 設計的控制系統(tǒng)具有如下的優(yōu)點 1 能適應工業(yè)現(xiàn)場的惡劣環(huán)境能抗電磁干擾與電壓沖擊 2 簡單易于使用不必要求微機軟硬件方面的知識編程不需要高級語言 3 可靠性高平均故障間隔時間 MTBF 超過 20200 小 4 編程或修改程序容易程序可以保存和固化 5 體積小價格低 6 可直接將數(shù)據(jù)送入處理器中可直接連 接到現(xiàn)場 7 可在基本系統(tǒng)上擴展系統(tǒng)容易配置與負載最遠距離很遠內(nèi)存可以擴展 8 有很強的通訊功能可與多種支持設備連接 9 系統(tǒng)化有標準外圍接口模塊 10 系統(tǒng)在一種現(xiàn)場不需要時仍可改在另一現(xiàn)場使用等一系列優(yōu)點 PLC 采用的是掃描的工作方式掃描是一種形象化的術語用來描述可編程序控制器內(nèi)部的 CPU 的工作過程所謂掃描就是依次對各種規(guī)定的操作項目全部進行訪問和處理 PLC 運行時用戶程序中有眾多的操作需要執(zhí)行但是一個 CPU 每一個時刻只能執(zhí)行一個操作而不能同時執(zhí)行多個 操作因此 CPU 按程序的順序依次執(zhí)行各個 操作這種需要處理多個作業(yè)時依次按順序處理的工作方式稱為掃描工作方式由于掃描是周而復始無限循環(huán)的每掃描一個循環(huán)所用的時間為掃描周期順序掃描的工作方式是 PLC的基本工作方式它簡單直觀方便用戶程序設計為 PLC的可靠運行提供了有利保證一方面所掃描的指令被執(zhí)行后其結(jié)果馬上就可以被后面將要掃描的指令所利用另一方面還可以通過 CPU 設置定時器來監(jiān)視每次掃描時間是否超過規(guī)定時間避免由于 CPU 內(nèi)部故障使程序執(zhí)行進入死循環(huán) PLC 工作過程分為以下五步 1 自診斷 自診斷功能可使 PLC 系統(tǒng)防患于未然而在發(fā)生故障時能盡快的修復為 此 PLC每次掃描用戶程序以前都對 CPU存儲器輸入輸出模塊等進行故障診斷若自診斷正常便繼續(xù)進行掃描而一旦發(fā)現(xiàn)故障或異?，F(xiàn)象則轉(zhuǎn)入處理程序保留現(xiàn)行工作狀態(tài)關閉全部輸出然后停機并顯示出錯的信息 2 與外設通信 自診斷正常后 PLC 即掃描編程器上位機等通信接口如有通信請求便響應處理在與編程器通信過程中編程器把指令和修改參數(shù)發(fā)送給主機主機把要顯示的狀態(tài)數(shù)據(jù)錯誤碼進行相應指示編程器還可以向主機發(fā)送運行停止清內(nèi)存等監(jiān)控命令在與上位機通信過程中 PLC 將接收上位機發(fā)出的指令進行相應的操作把現(xiàn)場工作狀態(tài) PLC 的內(nèi)部工作狀態(tài) 各種數(shù)值參數(shù)發(fā)送給上位機以及執(zhí)行啟動停機修改參數(shù)等命令 3 輸入現(xiàn)場狀態(tài) 完成前兩步工作后PLC 便掃描各個輸入點讀入各點的狀態(tài)和數(shù)據(jù)如開關的通斷狀態(tài)形成現(xiàn)場的內(nèi)存映象這一過程也稱為輸入采樣或輸出刷新在一個掃描周期內(nèi)內(nèi)存映象的內(nèi)容不變即使外部實際開關狀態(tài)己經(jīng)發(fā)生了變化也只能在下一個掃描過程中的輸入采樣時刷新解算用戶邏輯所用的輸入值是該輸入值的內(nèi)存映象值而不是當時現(xiàn)場的實際值 4 解算用戶邏輯 即執(zhí)行用戶程序一般是從用戶出現(xiàn)存儲器的最低地址存放的第一條程序開始在無跳轉(zhuǎn)的情況下按存儲器地址的遞增方向順序的掃 描用戶程序按用戶程序進行邏輯判斷和算術運算因此稱之為解算用戶邏輯解算過程中所用的計數(shù)器定時器內(nèi)部繼電器等編程元件為相應存儲單元的即時值而輸入繼電器輸出繼電器則用的是內(nèi)存映象值在一個掃描周期內(nèi)某個輸入信號的狀態(tài)不管外部實際情況是否己經(jīng)變化對整個用戶程序是一致的不會造成結(jié)果混亂 5 輸出結(jié)果 將本次的掃描過程中解算最新結(jié)果送到輸出模塊取代前一次掃描解算的結(jié)果也稱為輸出刷新解算用戶邏輯到用戶程序為止每一步所得到的輸出信號被存入輸出信號寄存表并未發(fā)送到輸出模塊相當于輸出信號被輸出門阻隔待全部解算完成后打開輸出門 一并輸出所用輸出信號由 輸出狀態(tài)表送到輸出模塊其相應開關動作驅(qū)動用戶輸出設備即 PLC 的實際輸出在依次完成上述五個步驟操作后 PLC 又開始進行下一次掃描如此不斷的反復循環(huán)掃描實現(xiàn)對全過程及設備的連續(xù)控制直至接收到停止命令停電或出現(xiàn)故障 2 傳感器和執(zhí)行器的選擇 傳感器主要用來檢測液位高度選擇使用超聲波液位計來作為液位傳感器把現(xiàn)場檢測到的模擬信號傳輸給 PLC 的模擬量輸入模塊 為了維持濾池正常工作時恒水位所以液位計的選型很重要超聲波液位傳感器是近年來普遍使用的一種工控液位傳感器該液位計安裝簡單方便信號漂移較小故 障率較低運行穩(wěn)定故近年來受到廣大工程設計人員的青睞故本設計 LU 13兩線制超聲波液位傳感器 安裝一前首先確認液位計探頭和它的測量終端間距 LU13 超聲波液位計允許的最大電纜長度為 30m 而且要求電纜必需全部屏蔽兩線制信號輸入電氣連接 1 和信號變送器以及外供電源連接 液位計紅線端接入直流電源 1228 VDC端黑線接儀表輸入信號端然后將電源1228 VDC端和儀表信號輸入負端連接 2 和 PLC 的連接 液位計紅線端接入直流電源 1228 VDC端黑線接 PLC輸入信號端然后將電源1228 VDC端和 PLC 信號輸 入負端連接 注意超聲波液位計安裝時其包裝盒內(nèi)的Vinton 橡膠墊必須配合超聲波液位計一起安裝 水頭損失等于液位值減去壓力值故水頭損失信號的測量要運用到壓力變送器前些年大都用差壓變送器在濾料上下引壓但由于差壓變送器及三閥組安裝維護相對麻煩且差壓變送器的安裝位置受一定限制近年來采用壓力變送器較多在單格濾池出水閥前取壓由計算機將液位值與壓力值相減后得出水頭損失效果不錯本設計中的壓力變送器選擇通用型 YZD1 擴散硅壓力變送器 YZD1 擴散硅壓力變送器選用國外進口擴散硅壓力芯片作敏感元件性能穩(wěn)定可靠抗過載能力強靈 敏度高精度高體積小重量輕安裝使用方便廣泛應用于國民經(jīng)濟領域的各種氣體液壓的壓力液體測量和控制具有多種量程多輸出形式標準螺紋接口 M2020 結(jié)構(gòu)材料 2Cr13 或者 1Cr18Ni9Ti 可按要求訂制非標準量程輸出形式和壓力接口形式如表 51 所示所示 表 1 YDZ1 電氣連接方式及其主要技術指標 電氣連接方式 插頭座號 導線顏色 線數(shù) 4 3 2 4 3 2 輸入正端 1 1 1 紅 紅 紅 輸出信號正端 2 2 2 藍 藍 藍 輸出信號負端 3 4 白 黃 輸入正端 4 4 黃 黃 此外本設 計為了簡潔閥門使用開關閥 3 系統(tǒng) IO 設計 本次設計中模擬量通過轉(zhuǎn)換為開關量方便控制系統(tǒng)的建立所使用的 IO 均為開關量 輸入接至 PLC的輸入端輸入端要連接 COM端把 PLC的輸出接至相應的接觸器線圈控制閥門動作或者電機啟停從而實現(xiàn)控制功能 IO 地址分配表如表 52 所示 表 2 系統(tǒng) IO 配置明細表輸入輸出 對應功能 輸出 對應功能 X1 開始 Y0 進水閥開關 X2 停止 Y1 出水閥開關 X3 強制反沖洗 Y2 排污閥開關 X4 液位下限到 Y5 反沖洗風機 X5 液位上限到 Y6 反沖洗風機閥門 X6 水頭損失到 Y7 反沖洗水泵 X7 液位到下限且下降 Y10 反沖洗水泵閥門 X10 液位到上限且上升 Y11 報警顯示 X11 開始反沖洗 Y12