冷确水箱恒温恒压控制1Word格式.docx
- 文档编号:19572744
- 上传时间:2023-01-07
- 格式:DOCX
- 页数:16
- 大小:815.26KB
冷确水箱恒温恒压控制1Word格式.docx
《冷确水箱恒温恒压控制1Word格式.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《冷确水箱恒温恒压控制1Word格式.docx(16页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
关键词:
可编程继电器变频器垂直气电焊冷却水箱
符号说明
1.“PLC”
可编程控制器是一种数子运算操作的电子系统,专为工业环境而设计。
它采用了可编程序的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令,并通过数字式和模拟式的输入和输出,控制各种类型机械的生产过程。
它具有恨强的抗干扰能力是专为工业环境下应用而设计的工业计算机
2.“LOGO!
”
是西门子公司研制的通用逻辑模块它由与输出端子最大可通过10安电流因此也叫可编程继电器,各种不同形式的LOGO!
基本型和扩展模块提供高度灵活和适应性极强的系列,足以满足各种通用和特殊任务。
3.“PI控制”
比例积分控制它的作用是提高系统的控制精度,比例度和积分时间均可调整。
积分控制作用的输出变化量γ是输入偏差e的积分当偏差存在时,输出信号将随时间增大(或减小)。
当偏差为零时,输出停止变化,保持在某一值上。
因而比例积分控制器组成的控制系统可以达到外余差。
第一章绪论
垂直气电焊在国内外应用的情况。
垂直自动焊焊接工艺是目前船厂船台(坞)大合拢阶段不可缺少的高效焊接工艺方法。
垂直自动焊工作时沿着由磁性固定在钢板上的齿条导轨垂直向上运行,其正面用通水冷却的铜滑块,焊缝长达10多米。
垂直气电焊目前的使用现状。
1.垂直自动焊是一种采用细直径药芯焊丝的高性能垂直气电自动焊设备。
与普通气电焊设备相比。
具有体积小,重量轻的特点。
因此便于灵活作业。
该机还具有独特的自动行走系统,易于焊接操作。
除此之外,该设备具有下列突出的特点:
1)焊接小车可以从行走导轨中间卸下。
2)操作箱可置于焊接小车之下,因此该设备可用于焊缝附近有障碍物的工件的焊接。
3)导轨具有销型接头和磁杠杆,其安装和拆卸方便容易。
4)冷却水流动指示口安装在水箱上。
左向焊(焊缝位于导轨的左侧)为标准型.
垂直气电焊设备主要由机头和靠永久磁铁吸附于钢板上并带齿条的铝合金导轨、水冷循环装置、半自动CO2焊接电源和送丝机构组成。
焊枪和铜滑块装在小车上,沿着由磁性固定在钢板上的齿条导轨垂直向上运行,其正面用通水冷却的铜滑块,背面用固定的通水冷却铜衬垫或陶瓷衬垫,正反面强迫一次成形,可焊接板厚8-32mm。
焊接工艺是目前船厂船台(坞)大合拢阶段不可缺少的高效焊工艺方法。
1.根据垂直气电焊国内外应用的情况和目前使用的情况提出进行改造和改造的基本构想。
由于垂直自动气电焊高效的特点焊接热源集中,焊接线能量大,是一般埋弧自动焊线能量的3-4倍,如果水冷模块冷却过块易引起焊接接头的脆化,从而导致塑性韧性的降低,冷却过慢焊接效率会变低容易造成焊枪烧损和水冷模块水管破裂。
因此设计冷却水箱恒压闭环控制系统。
2.改造的目标
使垂直自动焊冷却水箱水温保持在60-75℃之间满足工艺要求,消除焊接高度差使通水冷却的铜滑块内部水压变化较大使水冷温度控制在60-75℃之间。
第2章垂直气电焊冷确水箱控制系统硬件设计
1)接小车可以从行走导轨中间卸下。
2)操作箱可置于焊接小车之下,因此该设备可用于焊缝附近有障碍物的工件的焊接。
3)导轨具有销型接头和磁杠杆,其安装和拆卸方便容易。
4)冷却水流动指示口安装在水箱上。
(附图一垂直气电焊外型图)
2、设计工作
1.技术工艺要求和控制任务分析
冷却水箱为垂直气电焊水冷循环装置,要求使用220V输入电源、输出水压能在3Kg至7Kg手动调整输出循环水压力并在焊接机头上升焊接过程中保持输出压力稳定在给定值基本不变,具有开关机开关、手动/自动转换控制、给定压力显示和实际压力显示、水泵电机温度过高保护停机、水泵电机过载保护、水箱缺水保护、能在开机过程中可断开水冷循环管路更换水冷模块、具有先开水箱才能开焊接主机的联锁保护、出现故障时有故障指示和报警信息显示。
根据以上技术工艺要求确定该水冷循环装置需对水泵调速并安装压力传感器检测水压才能控制输出水压能在3Kg至7Kg手动调整输出循环水压力并在焊接机头上升焊接过程中保持输出压力基本稳定在给定值基本不变,结合其它控制要求决定使用可编程控制器和变频器设计制作该水冷循环装置。
画出水冷循环装置置结构图。
(附图二垂直气电焊水冷循环装置结构图)
根据技术工艺要求确定控制系统原理方框图,选择PLC型号和输入输出点数及控制调压方法。
2.根据技术工艺要求在焊接机头上升焊接过程中保持输出压力基本稳定在给定值基本不变确定使用PLC模拟量单闭环控制系统。
画出PLC模拟量单闭环控制系统方框图附图三。
(附图三PLC模拟量单闭环控制系统方框图)
PLC模拟量单闭环控制系统组成如附图三所示,虚线中的部分是用PLC实现的。
在模拟量单闭环控制系统中,被控量C(t)压力是连续变化的经压力传感器转换为连续变化的模拟量,执行机构变频器要求PLC输出模拟信号mv(t),而PLC的CPU只能处理数字量。
C(t)首先被测量元件(传感器)转换为标准量程的直流电流或直流电压信号pv(t),例如4~20mA,1~5V、0~10V,PLC用A/D转换器将它们转换为数字量pv(n)。
模拟量与数字量之间的相互转换和PI程序的执行都是周期性的操作,其间隔时间为采样周期TS。
各数字量括号中的n表示该变量是第n次采样是的数字量。
附图三中的sP(n)是给定值,Pv(n)为A/D转换后的反馈量,误差ev(n)=sp(n)-pv(n)。
D/A转换器将PI控制器输出的数字量mv(n)转换为模拟量(直流电压或直流电流)mv(t),在去控制执行机构变频器。
在水冷循环装置压力控制系统中,用压力传感器检测水泵输出压力,压力变送器将压力传感器输出的电压信号转换为标准量程的电流或电压,然后送给PLC模拟量输入模块,经A/D转换后得到与压力成比例的数字量,CPU将它与压力设定值比较,并按PI控制规律对误差值进行运算,将运算结果数字量送给PLC模拟量输出模块,经D/A转换后变为电压信号或电流信号,用来控制变频器的输出频率,通过它控制水泵电机的转速改变输出冷却水压,实现对冷却水压的闭环控制。
C(t)为系统的输出量,即被控量冷却水压。
该模拟量控制系统为恒值控制系统。
恒值控制系统的给定值由操作人员提供,一般很少变化,闭环负反馈控制可以使控制系统的反馈量pv(n)等于或跟随给定值sp(n)。
在水冷循环装置压力控制系统中,假设输出压力值C(t)低于给定压力值,反馈量pv(n)小于给定值sP(n),误差ev(n)为正,控制器的输出量mv(t)将增大,使执行机构(水泵电动机)转速增大,输出冷却水压将增大,最终使冷却水压接近或等于给定值。
冷却水输出压力的波动、焊接位置的升高、冷却水循环管路的断开,这些因素是扰动量,它们会破坏冷却水输出压力的稳定。
反馈闭环控制可以有效的抑制闭环中各种扰动量的影响,使被控量趋近给定值。
闭环反馈PI控制系统的结构简单,容易实现自动控制,使用简单方便不需要被控对象的数学模型。
自动控制理论中的分析和设计方法主要是建立在被控对象的线型定常数学模型的基础上的。
该模型忽略了实际系统中的非线性和时变性,与实际系统有较大差距。
对于多数工业控制对象,根本就无法建立较为准确的数学模型,因此自动控制理论中的设计方法很难用于大多数控制系统。
对于这一类系统,使用PID控制可以得到较满意的效果。
PID控制器的结构典型,程序设计简单,计算工作量较小,各参数有明确的物理意义,参数调整方便,容易实现自动控制。
根据被控对象的具体情况,可以采用PID控制器的多种变种控制方式如PI等,但比例控制是必不可少的。
现在已有很PLC多厂家提供具有PID控制工能的产品,如PID闭环控制模块、PID控制指令和PID控制系统功能块等,它们使用简单方便,只需设定一些参数即可,有的产品还具有参数自整定功能。
3、电气控制设备选型和系统硬件配置
1)分析系统控制要求
首先根据系统控制要求和控制任务分析确定所需输入输出点数,包括开关量和模拟量以及这些开关点的性质分清它们是交流信号还是直流信号、是开关量信号还是模拟量信号。
确定输出分别选用继电器输出还是模拟量输出。
列出系统控制要求和硬件配置表。
系统控制要求:
①具有手动和自动调压转换开关功能。
②有开关机开关关机时切断所有电机电源。
③有手动给定压力模拟量0~10V输入。
④有压力反馈模拟量0~10V输入。
⑤有变频器给定模拟量0~10V输出。
⑥当变频器故障时停机切断变频器电源的功能。
⑦当水泵电机过载时能保护停机并报警。
⑧能显示目标压力和实时输出压力。
⑨有故障报警和开机指示功能
⑩能检测管路故障,即检测回水压力。
2)PLC选型
对功能方面、价格方面、个人使用习惯方面几方等进行综合考虑。
经以上综合考虑确定选择西门子公司生产的LOGO!
12/24RC可编程继电器进行应用。
LOGO!
12/24RC具有功能强大、易于操作、性价比高等特点。
它具有数字量模块和模拟量模块自带控制和显示操作面板可以快速简易的设定或修改参数和逻辑功能操作而不需编程设备。
它提供一个高度灵活和适应性极强的系列化产品能满足各种通用和特殊任务的控制要求。
基本型提供24个数字量输入点和8个模拟量输入点,提供16个数字量输出点和2个模拟量输出点。
内部具有比例积分控制器,使这一任务的编程和实现变得非常容易。
3)I/O地址分配
I/O地址分配是进行PLC控制系统设计基础,只有对I/O地址进行分配以后才能对软件进行设计、绘电气接线图、装配图。
在对I/O地址进行分配时特别注意负载类型不同时根据PLC输出端口公共端子分配输出端口。
列出系统硬件配置表。
从上面分析和系统硬件配置表可知道,系统共有开关量输入点5个、开关量输出点3个、模拟量输入点2个、模拟量输出点1个。
如选用西门子公司S7-200系列可编程控制器CPU221模块还要加模拟量扩展模块且不具备报警信息显示另加报警信息显示价钱较高,对比西门子公司其它产品LOGO!
12/24RC可编程继电器加模拟量扩展自带报警信息显示使用成较低,选用主机为LOGO!
12/24RC(6个开关量两个模拟量输入/四个继电器输出),再扩一个模拟量输出模块(12/24RCAM2RQ2个模拟量输出)。
画出I/O模块接线的优化图如图四
表一
系统硬件配置表
输入信号
名称
代码
地址编号
启动/停止
SA1
I1
电机过载保护
FR1
I2
变频器故障保护
OL1
I3
手动/自动选择
SA2
I4
回水压力低压力开关
SP1
I5
备用
I6
手动/自动给定电位器
VR1
I7
压力传感器信号
PV1
I8
输出信号
电机/变频器电源接触器
KM1
Q1
启动工作指示
LA1
Q2
过载/故障指示
LA2
Q3
Q4
变频器频率给定输出
ACI
Q5
Q6
4)变频器选用
变频器是应用变频技术制造的一种静止的频率变换器,它利用半导体器件的通断作用将固定的50HZ工频变换为频率连续可调的交流电的电能控制装置,通常作为电动机的电源装置,使用很普遍。
使用它可以节能和提高产品质量劳动生产效率。
变频器种类和分类很多根据实济需要选用变频器对于上述系统为控制水泵转速用故对低速时转矩特性、过载能力和转速精度要求较低故选用廉价型变频器。
根据电动机的容量为0.75KW4极220V标准电机但运行时要连续工作几个小时变频器输出给电机的是脉动电流,其脉动值比工频供电时的电流要大因此为变频器容量留有一定的裕量。
选用变频器容量为1.5KW。
经对功能方面、价格方面、个人使用习惯方面几方等进行综合考虑选用台达VFD-M系列高功能、超低噪音/迷你型变频器选用型号为VFD015M21A,它是采用高品质电气元件、材料及融合最新的微电脑控制技术制造的变频器。
使用时能在操作面板上通过设定选择显示数出频率工作电流输、输出电压、故障信息等内容。
通过对内部参数设置可对输出频率来源设定由操作面板直接控制或外部模拟量端子控制。
附图四
I/O模块接线的优化图
1、LOGO编程工作原理和性能特点。
系统软件设计采用西门子LOGO!
逻辑图编程,编程就是将各个功能块进行软连接,由于西门子LOGO!
的程序中最多可以使用56个模块,而输入和输出之间最多串连功能块为7级。
所以我们用LOGO!
编比较复杂程序时,必须合理组织模块,需要有一定技巧性。
在实现某一逻辑功能时,可以先写出相应的逻辑关系式并利用逻辑代数的化简方法,求出较容易实现的形式。
在LOGO!
中模块是可重复利用的,就是前面模块的输出信号,后面可直接利用,从而减少了模块数。
我们必须考虑模块的重复利用。
在使用LOGO!
时较小的程序可以直接利用LOGO!
的小键盘和显示器完成。
在编制复杂的程序时,可以利用LOGO!
轻松软件来编制程序,然后用编程电缆下载到LOGO!
中,并利用计算机进行离线仿真。
在利用计算机进行编程和仿真时,使用方法与直接利用LOGO!
编程基本相同,还可以对程序进行总体浏览、对称序进行注释、修改非常方便。
设计控制程序流程图
PLC程序编辑
(1)水箱开机
当I1接通时,I1使B001输出为1,Q1和Q4动作从而使KM1动作变频器电源接通并开始运行建立水压发出可以启动焊接主机信号,此时Q1通过B016锁存继电器置位并使B010延时5秒后从接通变为关断作准备,B010延时5秒后从接通变为关断使QI接通保持由B010转换为依靠I5回水压力检测开关保持接通。
(2)PI控制模拟量运算
AI1模拟量输入0~10V信号经B003模拟量放大器进行比例放大后传给AM1模拟量标志位(寄存器),当I1与B005比例积分控制的R端连接I1接通时B005比例积分控制器开始工作,I4与B005比例积分控制器的A/M端口连接,当I4断开时为手动状态B005比例积分控制器直接输出B003模拟量放大器值到AQ1给变频器作为频率运转信号。
当I4接通时为自动状态B005比例积分控制器接收AI2输入经B004比例放大的水压反馈信号进行PI运算输出到AQ1给变频器作为频率运转信号。
(3)故障检测
I2为电机过载保护信号来自FR1热继电器当电机过载时FR1常闭接点断开B001输出为0关断变频器输入电源。
I3为变频器故障信号来自变频器输出接点,当变频器出现故障时断开B001输出为0关断变频器输入电源。
(4)信息显示
B006、B007、B008、B012、B014、B015为信息文本显示器当相应信号满足显示条件时按预先设定优先级显示相应信息。
如有故障需输出故障指示时经B009或门使Q3闭合故障指示灯亮。
当Q1闭合时开机相应信息经B013与门使Q2闭合运行指示灯亮。
系统程序见图三、梯形图见图四。
图三
系统程序方块图
图四
PLC梯形图
(1)
PLC梯形图
(2)
1、使用西门子LOGO!
可编程继电器和台达变频器实现冷却水箱恒压闭环控制的设计和应用经实济应能有效解决实济生产中垂直气电焊冷却水箱水压变化引起的冷却温度变化引起焊接接头的脆化,从而导致塑性韧性的降低,造成焊枪烧损和水冷模块水管破裂等问题。
2.用西门子LOGO!
可编程继电器和台达变频器实现冷却水箱恒压闭环控制的设计和应用存在的不足之处是改造成本较高,可编程继电器和变频器工作环境较恶劣。
通过改造冷却水箱恒压闭环控制成功设想使用可编程继电器和直流调压定型产品设计改造垂直气电焊小车控制电路代替专用电路板使垂直气电焊在工艺要求发生改变时可通过修改软件解决工艺问题和电路板损坏时不依靠进口产品。
参考文献
1.《现代电气控制及PLC应用技术》北京航空航天大学出版社2003年9月第一版主编:
王永华
2.《变频技术原理与应用》机械工业出版社2007年1月第一版主编:
石红梅
3.《传感器与检测技术》电子工业出版社2004年9月新编电器与电子信息类本科规划教材主编:
徐军
4.《LOGO!
手册》西门子中国公司2005年2月版主编:
西门子中国公司
5.《LOGO!
应用文集》西门子中国公司2005年2月版主编:
附录一:
设计图纸
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 水箱 恒温 控制