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plc自動(dòng)控制供水系統(tǒng)畢業(yè)論文(編輯修改稿)

2024-07-16 14:44 本頁(yè)面
 

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 的內(nèi)存映象。這一過(guò)程也稱(chēng)為輸入采樣或輸出刷新,在一個(gè)掃描周期內(nèi)內(nèi)存映象的內(nèi)容不變,即使外部實(shí)際開(kāi)關(guān)狀態(tài)己經(jīng)發(fā)生了變化也只能在下一個(gè)掃描過(guò)程中的輸入采樣時(shí)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(dāng)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)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(chǔ)器的最低地址存放的第一條程序開(kāi)始,在無(wú)跳轉(zhuǎn)的情況下按存儲(chǔ)器地址的遞增方向順序的掃描用戶程序,按用戶程序進(jìn)行邏輯判斷和算術(shù)運(yùn)算,因此稱(chēng)之為解算用戶邏輯。解算過(guò)程中所用的計(jì)數(shù)器、定時(shí)器,內(nèi)部繼電器等編程元件為相應(yīng)存儲(chǔ)單元的即時(shí)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(gè)掃周期內(nèi),某個(gè)輸入信號(hào)的狀態(tài)不管外部實(shí)際情況是否己經(jīng)變化,對(duì)整個(gè)用戶程序是一致的,不會(huì)造成結(jié)果混亂。(5)輸出結(jié)果將本次的掃描過(guò)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(chēng)為輸出刷新。解算用戶邏輯到用戶程序?yàn)橹?,每一步所得到的輸出信?hào)被存入輸出信號(hào)寄存表并未發(fā)送到輸出模塊,相當(dāng)于輸出信號(hào)被輸出門(mén)阻隔,待全部解算完成后打開(kāi)輸出門(mén)一并輸出,所用輸出信號(hào)由輸出狀態(tài)表送到輸出模塊,其相應(yīng)開(kāi)關(guān)動(dòng)作。驅(qū)動(dòng)用戶輸出設(shè)備即 PLC 的實(shí)際輸出。在依次完成上述五個(gè)步驟操作后 PLC 又開(kāi)始進(jìn)行下一次掃描。如此不斷的反復(fù)循環(huán)掃描,實(shí)現(xiàn)對(duì)全過(guò)程及設(shè)備的連續(xù)控制,直至接收到停止命令、停電、或出現(xiàn)故障。 可編程控制器的編程語(yǔ)言——梯形圖梯形圖在形式上類(lèi)似于繼電器控制電路圖,它簡(jiǎn)單,直觀,易讀,好懂,是PLC 中普遍采用的一種編程方式。梯形圖中沿用了繼電器線路的一些圖形符號(hào),這些圖形符號(hào)被稱(chēng)為編程元件,每一個(gè)編程元件對(duì)應(yīng)有一個(gè)編號(hào)。不同廠家的 PLC,其編程元件的多少及編號(hào)方法不盡相同,但是基本的元件及功能很相近。梯形圖有如下特點(diǎn)。①梯形圖按自上而下、從左到右的順序排列。每一個(gè)繼電器為一個(gè)邏輯行,稱(chēng)為梯形。每一個(gè)邏輯行起始于左母線,然后是觸點(diǎn)的各種聯(lián)接,最后是線圈,整個(gè)圖形呈梯形。②梯形圖中的繼電器不是繼電器控制電路中的物理繼電器,它實(shí)質(zhì)上是變量存儲(chǔ)器中的位觸發(fā)器,因此稱(chēng)為軟繼電器,相應(yīng)的某位觸發(fā)器為真態(tài),表示該繼電器通電,其常開(kāi)觸點(diǎn)閉合,常閉觸點(diǎn)打開(kāi)。 梯形圖中的繼電器的線圈的定義是廣義的,除了輸出繼電器、內(nèi)部繼電器以外,還包括定時(shí)器、計(jì)數(shù)器等。③梯形圖中,一般情況下某個(gè)編號(hào)的繼電器線圈只能出現(xiàn)一次,而繼電器的觸點(diǎn)是可以被無(wú)限制的引用,既可是常開(kāi)觸點(diǎn)也可以是常閉觸點(diǎn)。④梯形圖是 PLC 形象化的編程方式,其左右兩側(cè)的母線不接任何電源,因而圖中各個(gè)支路也沒(méi)有真實(shí)的電流通過(guò),但是為了方便,常用有電流來(lái)形象的描述解算中滿足輸出線圈的動(dòng)作條件。所以僅僅是概念上的電流,而且認(rèn)為它只能從左向右流動(dòng),層次的改變只能是先上后下。 可編程序控制器 PLC 的優(yōu)點(diǎn)①能適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的惡劣環(huán)境,不要求空調(diào),能抗電磁干擾與電壓沖擊。②簡(jiǎn)單,易于使用,不必要求微機(jī)軟硬件方面的知識(shí),編程不需要高級(jí)語(yǔ)言。③可靠性高,平均故障間隔時(shí)間(MTBF)超過(guò) 20220 小時(shí)。④編程或修改程序容易,程序可以保存和固化。⑤體積小,價(jià)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(chǎng)。⑦可在基本系統(tǒng)上擴(kuò)展,系統(tǒng)容易配置,與負(fù)載最遠(yuǎn)距離可達(dá) 10000 英尺,內(nèi)存可以擴(kuò)展。⑧有很強(qiáng)的通訊功能,可與多種支持設(shè)備連接。⑨系統(tǒng)化,有標(biāo)準(zhǔn)外圍接口模塊。⑩系統(tǒng)在一種現(xiàn)場(chǎng)不需要時(shí),仍可改在另一種現(xiàn)場(chǎng)上使用等一系列優(yōu)點(diǎn)。第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)隨著 PLC 功能的不斷完善和提高,PLC 幾乎可以完成工業(yè)領(lǐng)域的所以控制任務(wù)。但是 PLC 還是有最適合它的應(yīng)用場(chǎng)合,所以接到一個(gè)控制任務(wù)以后,要分析被控對(duì)象的控制過(guò)程和要求,看看用什么控制設(shè)備來(lái)完成該任務(wù)最合適。其實(shí)現(xiàn)在的可編程不僅處理開(kāi)關(guān)量,而且對(duì)模擬量的處理能力也很強(qiáng)??刂茖?duì)象以及控制裝置確定后,還要進(jìn)一步確定 PLC 的控制范圍。一般來(lái)說(shuō),能夠反映生產(chǎn)過(guò)程的運(yùn)行情況,能用傳感器直接測(cè)量的參數(shù),控制邏輯復(fù)雜的部分都由 PLC 控制來(lái)完成。當(dāng)某一個(gè)控制任務(wù)決定由 PLC 來(lái)完成后。選擇 PLC 就成為最重要的事情。一方面是選擇多大容量的 PLC,另一方面是選擇什么公司的 PLC 以及外設(shè)。對(duì)第一個(gè)問(wèn)題,首先要對(duì)控制任務(wù)進(jìn)行詳細(xì)的分析,把所有的 I/O 點(diǎn)找出來(lái),包括開(kāi)關(guān)量 I/O,模擬量 I/O 以及這些 I/O 點(diǎn)的性質(zhì)。I/O 點(diǎn)是性質(zhì)主要是指他們是直流信號(hào)還是交流信號(hào),它們的電源電壓??刂葡到y(tǒng)輸出點(diǎn)的類(lèi)型非常關(guān)鍵,如果它們之中既有交流 220V 的接觸器、電磁閥,又有直流 24V 的指示燈,則最后選用的PLC 的輸出點(diǎn)有可能大于實(shí)際點(diǎn)數(shù)。因?yàn)?PLC 的輸出點(diǎn)一般是幾個(gè)一組共用一個(gè)公共端,這一組的輸出只能有一個(gè)電源的種類(lèi)和等級(jí)。對(duì)于第二個(gè)問(wèn)題,則有以下幾個(gè)方面要考慮:(1)功能方面 所有 PLC 一般都具有常規(guī)的功能,但是對(duì)于某些特殊要求,就要知道所選用的 PLC 是否有能力完成控制任務(wù)。這就要求用戶對(duì)市場(chǎng)上流行的 PLC品種有一個(gè)詳細(xì)的了解,以便做出正確的選擇。圖 31 為 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟。(2)價(jià)格方面 不同廠家的 PLC 產(chǎn)品價(jià)格相差很大,有些功能類(lèi)似、質(zhì)量相當(dāng)、I/O 點(diǎn)數(shù)相當(dāng)?shù)?PLC 的價(jià)格能相差 40%以上。在使用 PLC 較多的情況下,這樣的差價(jià)必須是需要考慮的。(3)個(gè)人喜好方面有些工程技術(shù)人員對(duì)某種品牌的 PLC 熟悉,所以一般比較喜歡使用這種產(chǎn)品。分析評(píng)估控制任務(wù)PLC 機(jī)選型 I/O 設(shè)備選擇I/O 地址分配程序設(shè)計(jì) 電氣系統(tǒng)安裝調(diào)試程序 設(shè)計(jì)硬件系統(tǒng)接線圖和控制柜滿足要 求檢查硬件連機(jī)調(diào)試滿足要求編制技術(shù)文件現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試交付使用檢查修改YNNNYN圖 31 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟輸入/輸出信號(hào)在 PLC 接線端子上的地址分配是進(jìn)行 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。對(duì)軟件設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō),I/O 地址分配以后才可以進(jìn)行編程;對(duì)控制柜和 PLC 的外圍接線來(lái)說(shuō),只有 I/O 地址確定以后,才可以繪制電氣接線圖、裝配圖,讓裝配人員根據(jù)線路圖和安裝圖安裝控制柜。系統(tǒng)調(diào)試分模擬調(diào)試和聯(lián)機(jī)調(diào)試硬件部分的模擬調(diào)試可在斷開(kāi)主電路的情況下,主要試一試手動(dòng)控制部分是否正確。軟件部分的模擬調(diào)試可借助于模擬開(kāi)關(guān)和 PLC 輸出端的輸出指示燈進(jìn)行。需要模擬量信號(hào) I/O 時(shí),可用電位器和萬(wàn)用表配合進(jìn)行。調(diào)試時(shí)。可利用上訴外圍設(shè)備模擬各種現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)關(guān)和傳感器狀態(tài),然后觀察 PLC 的輸出邏輯是否正確。如果有錯(cuò)誤則修改后反復(fù)調(diào)試?,F(xiàn)在 PLC 的主流產(chǎn)品都可以在 P 機(jī)上編程,并可以在電腦上直接進(jìn)行模擬調(diào)試。聯(lián)機(jī)調(diào)試時(shí),可以把編制好的程序下載到現(xiàn)場(chǎng)的 PLC 中。有時(shí) PLC 也許只有這一臺(tái),這時(shí)就要把 PLC 安裝到控制柜相應(yīng)的位置上。調(diào)試時(shí)一定要先將主電路斷電,只對(duì)控制電路進(jìn)行聯(lián)調(diào)即可。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)聯(lián)調(diào)信號(hào)的接入常常還會(huì)發(fā)現(xiàn)軟件以及硬件中的一些問(wèn)題,有時(shí)廠家還需要對(duì)某些控制功能進(jìn)行改進(jìn),這種情況下,都要經(jīng)過(guò)反復(fù)測(cè)試系統(tǒng)后,才能最后交付使用。產(chǎn)生水壓的設(shè)備是水泵,水泵轉(zhuǎn)動(dòng)的越快,產(chǎn)生的水壓就越高。傳統(tǒng)的維持水壓的方法就是建造水塔,水泵開(kāi)者時(shí)將水打到水塔中,水泵休息時(shí)借助水塔的水位繼續(xù)供水。水塔中的水位變化相對(duì)水塔的高度來(lái)說(shuō)很小,也就是說(shuō)水塔能夠維持供水管路中水壓的基本恒定。但是建造水塔需花費(fèi)財(cái)力,水塔還會(huì)造成水的二次污染。不用水塔,而要解決水壓隨用水量大小變化的問(wèn)題。通常的辦法是:用水量大時(shí),增加水泵的數(shù)量或提高水泵的轉(zhuǎn)動(dòng)速度以保證管網(wǎng)中的水壓不變,用水量小時(shí)又需作出相反的調(diào)節(jié)。這就是恒壓供水的基本思路。這在電動(dòng)機(jī)速度調(diào)節(jié)技術(shù)不發(fā)達(dá)的年代是不可設(shè)想的,但是今天辦到這一點(diǎn)已經(jīng)變的很容易了,交流變頻的誕生為水泵轉(zhuǎn)速的平滑連續(xù)調(diào)節(jié)提供了方便。交流變頻器是改變交流電源頻率的電子設(shè)備,輸入三相工頻交流電后,可以輸出頻率平滑變化的三相交流電。建造水塔需要花費(fèi)財(cái)力,水塔還會(huì)造成水的二次污染。那么可不可以不借助水塔來(lái)實(shí)現(xiàn)恒壓供水?答案是肯定的,但是要解決水壓隨用水量的大小變化的問(wèn)題。通常的辦法是:用水量大時(shí),增加水泵的數(shù)量或提高水泵的轉(zhuǎn)動(dòng)速度以保持管網(wǎng)中水壓的不變,用水量小時(shí)又需要做出相反的調(diào)節(jié)。這就是恒壓供水的基本思路,這在電動(dòng)機(jī)速度調(diào)節(jié)技術(shù)不發(fā)達(dá)的年代是不可以想象的,但是在今天辦到這一切已經(jīng)邊的很容易了。 恒壓供水系統(tǒng)的基本構(gòu)成配單臺(tái)電機(jī)和水泵時(shí),它們的功率必須足夠的大,在用水量少于開(kāi)一臺(tái)大電機(jī)肯定是浪費(fèi),電機(jī)選小了用水量大時(shí)供水不足。而且水泵和電機(jī)都有維修的時(shí)候,備用泵是必要的。恒壓供水的主要目標(biāo)是保持管壓網(wǎng)水的恒定,水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速套跟隨用水量的變化而變化,這就要用變頻器為水泵供電。這也有兩種配置方式,一是為每臺(tái)水泵電機(jī)配一臺(tái)變頻器,下圖為恒壓供水泵站的示意圖。如圖 32 所示,圖中壓力傳感器用于檢測(cè)管網(wǎng)中的水壓,常裝設(shè)在泵站的出水口。當(dāng)用水量大時(shí),水壓降低;用水量小時(shí),水壓升高。水壓傳感器將水壓的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏骰螂妷旱淖兓徒o調(diào)節(jié)器。 壓力傳感器調(diào)節(jié)器 變頻器水箱水泵用戶MAC EUR MPPS圖 32 變頻恒壓供水站的基本組成調(diào)節(jié)器是一種電子裝備,在系統(tǒng)中完成以下幾種功能:(1)設(shè)定水管壓力的給定值,恒壓供水水壓的高低依需要設(shè)定。供水距離越遠(yuǎn),用水地點(diǎn)越高,系統(tǒng)所需供水壓力越大。給定值即是系統(tǒng)正常工作時(shí)的恒壓值,另外有些供水系統(tǒng)可能有多種供水目的,如將生活用水與消防用水共用一個(gè)泵站,水壓的設(shè)定值可能不只一個(gè),一般消防用水的水壓要高一些,調(diào)節(jié)器具有給定值設(shè)定功能,可以以數(shù)字量進(jìn)行設(shè)定,也有的調(diào)節(jié)器以模擬量方式設(shè)定。(2)接受傳感器送來(lái)的管網(wǎng)水壓的實(shí)測(cè)值。管網(wǎng)實(shí)測(cè)水壓回送到泵站控制裝置稱(chēng)為反饋,調(diào)節(jié)器實(shí)反饋的接受點(diǎn)。(3)根據(jù)給定值和實(shí)測(cè)值的綜合,依一定的調(diào)節(jié)規(guī)律發(fā)出系統(tǒng)調(diào)節(jié)信號(hào)。調(diào)節(jié)器接受了實(shí)測(cè)水壓的反饋信號(hào)后,將它與給定值比較,得到給定值與實(shí)測(cè)值之差。如果給定值大于實(shí)測(cè)值,說(shuō)明系統(tǒng)水壓低于理想水壓,要加大水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速,如果水壓高于理想水壓,要降低水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速。這些都是由調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)控制。為了實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)的快速性與系統(tǒng)的穩(wěn)定性,調(diào)節(jié)工作中還有個(gè)調(diào)節(jié)規(guī)律的問(wèn)題,傳統(tǒng)調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)規(guī)律多是比例積分微分調(diào)節(jié),俗稱(chēng) PID 調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)參數(shù),如 P、I、D 參數(shù)均是可以由使用者設(shè)定的,PID 調(diào)節(jié)過(guò)程視調(diào)節(jié)器的的內(nèi)部構(gòu)成由數(shù)字式調(diào)節(jié)及模擬量調(diào)節(jié)兩類(lèi),以微型計(jì)算機(jī)調(diào)節(jié)器多為數(shù)字調(diào)節(jié)器。調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)一般式模擬信號(hào),420mA 變化的電流信號(hào)或 010V 間變化的電壓信號(hào)。信號(hào)的量值與前面提到的差值成正比,用于驅(qū)動(dòng)執(zhí)行設(shè)備工作。下面以一個(gè)三泵生活/消防雙恒壓無(wú)塔供水系統(tǒng)為例來(lái)說(shuō)明其工藝過(guò)程,如圖33 所示,市網(wǎng)來(lái)水用高低水位控制器 EQ 來(lái)控制注水閥 TV1,它們自動(dòng)把水注滿儲(chǔ)水池,只要水位低于高水位,則自動(dòng)往水箱中注水。水池的高/低水位信號(hào)也直接送給 PLC,作為低水位報(bào)警用。為了保障供水的持續(xù)性,水位上下限傳感器高低距離不是相差很大。生活用水和消防用水共用三臺(tái)泵,平時(shí)電磁閥 YV2 處于失電狀態(tài),關(guān)閉消防管網(wǎng),三臺(tái)泵根據(jù)生活用水的多少,按一定的控制邏輯運(yùn)行,使生活用水在恒壓狀態(tài)(生活用水底恒壓值)下進(jìn)行;當(dāng)有火災(zāi)發(fā)生時(shí),電磁閥 YV2 得電,關(guān)閉生活用水管網(wǎng),三臺(tái)泵供消防用水使用,并根據(jù)用水量的大小,使消防供水也在恒壓狀態(tài)(消防用水高恒壓值)下進(jìn)行?;馂?zāi)結(jié)束后三臺(tái)泵再改為生活供水使用。市網(wǎng)來(lái)水 yv1EQ水池Yv2消防用水生活用水123圖 33 生活消防雙恒壓供水系統(tǒng)構(gòu)成圖 系統(tǒng)控制要求對(duì)三泵生活/消防雙恒壓供水系統(tǒng)的基本要求是:(1)生活供水時(shí),系統(tǒng)應(yīng)低恒壓值運(yùn)行,消防供水時(shí)系統(tǒng)應(yīng)高恒壓值運(yùn)行;(2)三臺(tái)泵根據(jù)恒壓的需要,采用“先開(kāi)先停”的原則介入和退出;(3)在用水量小的情況下,如果一臺(tái)泵連續(xù)運(yùn)行的時(shí)間超過(guò) 3H,則要切換到下一臺(tái)泵,即系統(tǒng)具有“倒泵功能” ,避免某一臺(tái)泵工作時(shí)間過(guò)長(zhǎng);(4)三臺(tái)泵在啟動(dòng)時(shí)要軟啟動(dòng)功能;(5)要有完整的報(bào)警功能;(6)對(duì)泵的操作要有手動(dòng)控制功能,手動(dòng)只在應(yīng)急或檢修時(shí)臨時(shí)使用。 控制系統(tǒng)的 I/O 點(diǎn)及地址分配PLC 要能夠識(shí)別和接受描述現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的開(kāi)關(guān)量,同時(shí)要能夠發(fā)出控制信號(hào)控制一些執(zhí)行設(shè)備,以便對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行控制。PLC 是通過(guò) I/O 單元完成此工作的。I/O單元是 PLC 與外部設(shè)備相互聯(lián)系的通道,能輸入/輸出多種形式和驅(qū)動(dòng)能力的信號(hào),以實(shí)現(xiàn)被控設(shè)備與 PLC 的 I/O 接口之間的電平轉(zhuǎn)換、電氣隔離、串/并轉(zhuǎn)換、A/D 與D/A 轉(zhuǎn)換等功能。輸入單元接受現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備向 PLC 提供信號(hào),包括人為的控制信號(hào)和能描述現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)的開(kāi)關(guān)量信號(hào),例如由按鈕、限位開(kāi)關(guān)、繼電器觸點(diǎn)、接近開(kāi)關(guān)、撥碼器等提供的開(kāi)關(guān)量。這些信號(hào)經(jīng)過(guò)輸入電路進(jìn)行濾波、光電隔離、電平轉(zhuǎn)換等處理后,變成 CUP 能夠接受和處理的信號(hào)。輸出單元將經(jīng)過(guò) CUP 處理的弱電信號(hào)通過(guò)光電隔離、功率放大等處理,轉(zhuǎn)換成外部設(shè)備所需要的強(qiáng)電信號(hào),以驅(qū)動(dòng)各種執(zhí)行元器件,如接觸器、電磁閥、電磁鐵、調(diào)節(jié)閥、調(diào)速裝置等。根據(jù)圖 33 及以上控制要求統(tǒng)計(jì)控制系統(tǒng)的輸入輸出信號(hào)的名稱(chēng)、代碼及地址編號(hào)如下表所示。水位上下限信號(hào)分別位 、它們?cè)谒蜎](méi)時(shí)為 0,露出時(shí)為 1。表 1 輸入輸出點(diǎn)代碼及地址編號(hào)名 稱(chēng) 代 碼 地址編號(hào)手動(dòng)和自動(dòng)消防信號(hào) SA1 水池水位下限信號(hào) SLL 水池水位上限信號(hào) SLH 變頻器報(bào)警信號(hào) SU 消鈴按鈕 SB9 試燈按鈕 SB10 輸
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