A3000高级过程控制系统使用说明和维护手册0504要点文档格式.docx
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计算机或其他不能溅水的设备最好距离三个水箱2米以外。
操作和运输
运行时
保管时
运输时
周围温度
10º
C~+50º
C
0º
-20º
C~+65º
湿度
90%RH以下
标高
1000m
10000m
1系统安装
系统的如图所示。
1.1系统规格
现场A3000对象系统尺寸:
1400(宽度)x700(深度)x1940(高度)。
控制机柜尺寸:
800(宽度)x600(深度)x1900(高度)。
操作台尺寸
对于现场对象系统和控制机柜,建议在固定位置之后,把支撑脚撑起来,避免轮子受力过大。
如下图:
1.2布局方式
控制机柜在现场系统左边,以便缩短信号连线,控制机柜可远离实验水箱,可防止实验时水滴溅到控制柜,使控制柜受潮,损坏控制元器件。
一个实验室可能具有多套A3000系统,并能根据客户要求组成一定的网络,作为监控系统的计算机,可监控本台设备,亦能通过网络控制别的对象系统。
高级过程控制实验室布局如图如下所示:
1.3配电连接和接地
系统配电
A3000高级过程控制系统不单独提供配电柜,系统供电由控制柜提供。
控制机柜内电源直接从实验室总配电柜提供。
柜内有两种电源,一种为单相电,另一种为三相电。
单相电主要为机柜内部元器件提供供电电源,单相电要求:
AC220V±
10%,1A。
功耗不超过200W。
插头要求:
RVVZ-3P,250V,10A。
现场对象系统供电要求电源为单相,三相电,并分开连接。
各种电缆敷设要求如下:
单根信号电缆应穿在钢制电缆管中或线槽内敷设,电缆管或线槽要保证良好接地。
信号电缆屏蔽层宜选用铜带屏蔽或铝箔屏蔽。
接地
屏蔽接地的原则为一端接地,屏蔽接地有两种方式:
在传输模拟信号、脉冲频率信号时,若信号源没有接地,屏蔽电缆应在控制室一侧接地。
当信号源本身接地时,如接地热电偶、PH计等,屏蔽电缆应在现场信号源一侧接地。
现场系统要求一定要良好接地,需要在现场系统引出一个黄绿双色地线直接连接到实验室接地螺栓上。
多套系统可以共点接地。
接地线可以采用软线,或者硬芯双色线。
直径不少于1mm2,地线末端应压入扁平冷压接线鼻子。
下面是变频器配电示例。
可以考虑在输入端连接交流电抗器,提高功率因数,并减少电源干扰。
强烈建议在进入现场系统之前,选择不带漏电保护的断路器。
特别是在有多台变频器的情况下。
由于上电瞬间,具有很大的过电流和感应电流,所以容易导致系统跳闸。
本系统中变频器及电机要严格接地。
变频器供电电源输入侧的接地端子应接入实验室接地螺栓上,其控制输出侧的接地端子应与电机接线盒内接地螺栓连接。
1.4信号线和通讯线连接
系统大部分的接线已经连接。
只是在各个单元之间需要连接。
除了实验时需要连接少量的实验专用连接信号线之外,还需要连接现场控制系统和监控计算机的通信接口。
如果控制系统支持以太网,则可以用网线直接连接到交换机上。
如果控制系统支持RS232,则直接连接到计算机串口上。
如果控制系统支持RS485,则首先在计算机串口上插一个RS232-RS485转换器。
然后控制系统直接连接到转换器上。
注意RS485A,B信号连接。
RS485-RS232转换器连接示意图
2操作和控制
2.1现场系统
本节通过大量的示意图介绍各个工艺设备结构和操作,其中包括各个水箱、锅炉、换热系统,以及管路。
如图所示
现场系统示意图
物理受控系统包括了测试对象单元、传感器、执行器(包括变频器及移相调压器)等。
为了防止动力设备静电积累而触电或者损坏设备,所以系统必须可靠接地。
下面使用示意图和流程图方式介绍现场系统的结构、原理、操作和维护。
现场系统工艺流程图如图所示。
系统工艺示意流程图(不含控制系统)
系统总体的测点清单如表1.2.1所示。
表1.2.1整体流程测点清单
序号
位号或代号
设备名称
用途
原始信号类型
工程量
1
TE-101
温度变送器
锅炉水温
4~20mADC
AI
0~100℃
2
TE-102
锅炉回水温度
3
TE-103
换热器热水出口水温
4
TE-104
换热器冷水出口水温
5
TE-105
储水箱水温
6
LSL-105
液位开关
锅炉液位极低联锁
离散量
DI
7
LSH-106
锅炉液位极高联锁
8
XV-101
电磁阀
一支路给水切断
DO
9
XV-102
二支路给水切断
10
AL-101
告警
光电隔离
11
FT-101
涡轮流量计
一支路给水流量
0~100%
12
FT-102
电磁流量计
二支路给水流量
13
PT-101
压力变送器
给水压力
14
LT-101
液位变送器
上水箱液位
15
LT-102
中水箱液位
16
LT-103
下水箱液位
17
LT-104
锅炉/中水箱右液位
18
FV-101
电动调节阀
阀位控制
AO
19
GZ-101
调压模块
锅炉水温控制
20
U-101
变频器
频率控制
注:
所列信号类型为原始信号,一般两线制信号在IO面板上已经连接了24V和GND,可以按照四线制方式使用。
执行机构一般为2~10V控制,控制信号经过500欧姆采样电阻,被转换成4-20毫安控制。
2.1.1上水箱
上水箱位于框架右上方,模拟一个工业上常见的卧式圆罐。
水平方向的截面积在各个高度不同,中间最大,两端最小,具有典型的非线性特性。
上水箱透视图如图所示。
上水箱透视图
2.1.2中水箱
中水箱是一个结构复杂的容器。
提供变容结构,以及水平多容结构。
中
水箱透视图如图所示。
中水箱透视图
中水箱顶视图如图所示。
中水箱顶视图
变容的实现过程:
(1)分隔闸板拔很高,例如2厘米以上,则中水箱左右两边容器合在一起,通过出水闸板控制出口流量。
总截面积=中水箱左容器+中水箱右容器。
(2)出口闸板拔很高,例如2厘米以上,通过分隔闸板控制出口流量。
总截面积=中水箱左容器。
水平多容实现过程:
分隔闸板作为左右两边容器的导通流量控制,出水闸板控制右边容器出口流量。
2.1.3下水箱
下容器可以更换不同形状的出口闸板,从而改变系统特性,还可放入一个斜体,从而模拟倒锥形工业容器。
下水箱透视图结构如图所示。
下水箱透视图
下水箱顶视图结构如图所示。
下水箱顶视图
2.1.4常压锅炉
锅炉是一个常压电加热锅炉,大气压力,没有高温。
如图所示。
常压电加热锅炉
2.1.5换热系统
该换热器采用工业高效板式换热器。
换热器具有一个冷水入口,一个冷水出口,一个热水入口,一个热水出口(热水和冷水的位置可以互换,但是出口和入口不能互换)。
换热系统示意图
2.1.6管路系统
管路系统如图所示。
现场对象系统管路
通过该图可以了解各个阀门的位置,以及管道上的各个过程设备。
2.2过程和电气设备结构和操作
本节介绍仪器仪表,以及执行器等产品的结构和操作。
2.2.1温度检测设备
温度传感器为PT100。
三线制。
如图2.2.11所示。
图2.2.11温度传感器为PT100
温度变送器为两线制,24V直流供电。
如图2.2.12所示:
图2.2.12温度变送器接线原理图
2.2.2压力和液位检测设备
参考手册:
《扩散硅压力/液位变送器使用说明书》
可以采用扩散硅压力/液位变送器,也可以选择电容式或者应变电阻式。
压力变送器如图2.2.13所示。
图2.2.13压力变送器
压力/液位变送器包括一个表头,两边都有盖子。
打开盖子,一边的表内部可以调节零点或满量程。
一边的表内部用于接线。
如图2.2.14所示。
图2.2.14变送器接线图和调节图
2.2.3流量检测设备
现场系统一般包括一个涡轮流量计,一个电磁流量计。
1、涡轮流量计
《LWGY/LWGB/LWY型涡轮流量计使用说明书》。
涡轮流量计管道里有一个叶轮随着流量转动,通过霍尔效应产生脉冲,然后进行F/I转换为4~20mA信号。
涡轮流量计如图2.2.15所示。
图2.2.15涡轮流量计
接线如图2.2.16所示。
图2.2.16涡轮流量计接线图
2、电磁流量计
参考手册《中文电磁流量计转换器用户手册》,《中文电磁流量计传感器使用说明书》
电磁流量计利用法拉第电磁感应定律来测量流量。
电磁流量计如图2.2.18所示。
图2.2.18电磁流量计
不要在没有水的情况下给电磁流量计加电。
加电几分钟后才能获得准确数值。
电磁流量计接线图如图2.2.19所示。
图2.2.19电磁流量计接线图
注意,只连接220V电源L和N线,信号“4-20毫安”输出,以及“输出地”。
2.2.4变频器接线和操作
变频器采用三菱的FRS520S变频器,或者采用西门子的MM420变频器。
变频器控制水泵P101。
由于变频器响应快速,所以控制时间会短一些。
1、三菱变频器
《三菱变频器FR-D700使用手册(基本篇或高级篇)》
三菱变频器如图2.2.20所示。
图2.2.20三菱变频器
三菱变频器有多种模式,可以通过PU/EXT按钮切换。
内部设置为模式3。
具体设置见后面叙述。
如果为PU模式,则可以面板操作。
按RUN键开始运行,按STOP键关闭输出。
通过转轮设定频率,按SET键有效。
如果为EXT模式,打开变频器正转启动开关,变频器就开始按照给定的频率输出。
即使变频器不处于运行状态,其电源输入线,直流回路端子和电动机端子上仍然可能带有危险电压。
因此,断开开关以后还必须等待5分钟,保证变频器放电完毕,再开始安装、维护等工作。
变频器拆卸如图2.2.21所示。
图2.2.21安装拆卸图
变频器接线如图2.2.22所示。
图2.2.22三菱变频器接线图
在把STF启动拨动开关断开后,可以设置到面板控制模式。
通过旋钮进行频率设定。
面板如图2.2.23所示。
图2.2.23面板操作
变频器操作模式有多种:
Ø
设定模式PR79为模式0,则可以切换PU操作或外部操作。
设定模式PR79为模式1,则可以PU操作。
设定模式PR79为模式2,则可以外部操作。
设定模式PR79为模式3,则4-20mA频率设定,STF,STR启动。
设定模式PR79为模式4,5其他操作模式。
最常用的有两种:
A3000的PU操作就选择模式0,通过PU键切换到PU操作,然后通过旋钮设定频率,RUN按钮启动。
4-20毫安操作选择模式3,通过启动开关启动,然后加入外部4-20毫安控制。
调试与操作步骤:
(1)面板操作
变频器上电,液晶屏显示:
首先断开STF和SD的连接(启动旋钮),按
键,设置PU操作模式,PU显示灯亮。
旋转
直到显示为希望的频率值(设30),约5秒闪灭。
在数值闪灭期间,按SET键,设定频率数值。
闪烁3秒后,显示屏回到0.0显示状态,按RUN键运行。
按
键,变频器停止工作。
(2)4~20mA电流控制
键,进入参数设定模式,拨动
选择参数Pr.79(操作模式选择),设定为3。
输入一个4~20mA电流信号到变频器的4、5号端子,启动旋钮设置到ON位置,水泵运转。
改变输入的电流值,可以看到输出的频率也改变了。
调试完,将参数Pr.79设为0。
2、西门子变频器
参照《MICROMASTER420通用型变频器操作说明书》
《MICROMASTERPROFIBUSOptionalBoard》
现场系统上的西门子变频器一般包括三个部分:
变频器主体,BOP面板,DP接口。
其中BOP面板和DP接口不是必须的。
如图2.2.24所示。
图2.2.24西门子变频器
DP模块如图2.2.25所示。
图2.2.25DP模块
西门子BOP面板如图2.2.26所示。
图2.2.26西门子BOP面板
西门子BOP面板包括一个液晶显示屏,8个按钮。
其中左上角是运行启动,左下角是停止。
西门子变频器可以BOP面板操作,可以4-20mA控制,也可以使用PROFIBUS-DP总线控制。
不需要增加任何硬件就可以进行这些模式的操作。
三相电源接线方式,如图2.2.27所示:
图2.2.27MICROMASTER420变频器的连接端子
特别的是:
(1)启动端使用了变频器的STF功能,其控制线接端子5和8。
(2)速度调节控制线接端子3和4,2-10V控制,并500欧姆电阻后为4-20mA控制。
因此,断开开关以后还必须等待5分钟,保证变频器放电完毕,再开始安装工、维护等工作。
变频器的控制电缆,电源电缆和与电动机的连接电缆的走线必须相互隔离。
不要把它们放在同一个电缆线槽/电缆架上。
信号电缆不要和变频器电缆并行过长。
面板拆卸图2.2.28所示。
按下卡子,然后把面板向外拉。
图2.2.28拆卸操作
按钮
功能
功能说明
状态显示
LCD显示变频器当前的设定值。
起动变频器
按此键起动变频器。
缺省值运行时此键是被封锁的。
为了使此键的操作有效,应设定P0700=1。
停止变频器
OFF1:
按此键,变频器将按选定的斜坡下降速率减速停车.缺省值运行时此键被封锁;
为了允许此键操作,应设定P0700=1。
OFF2:
按此键两次(或一次,但时间较长)电动机将在惯性作用下自由停车。
此功能总是“使能”的。
改变电动机的转动方向
按此键可以改变电动机的转动方向。
电动机的反向用负号(-)表示或用闪烁的小数点表示。
缺省值运行时此键是被封锁的,为了使此键的操作有效,应设定P0700=1。
电动机点动
在变频器无输出的情况下按此键,将使电动机起动,并按预设定的点动频率运行。
释放此键时,变频器停车。
如果变频器/电动机正在运行,按此键将不起作用。
此键用于浏览辅助信息。
变频器运行过程中,在显示任何一个参数时按下此键并保持不动2秒钟,将显示以下参数值(在变频器运行中,从任何一个参数开始):
1.直流回路电压(用d表示–单位:
V)
2.输出电流(A)
2.输出频率(Hz)
4.输出电压(用o表示–单位:
5由P0005选定的数值(如果P0005选择显示上述参数中的任何一个(3,4,或5),这里将不再显示)。
连续多次按下此键,将轮流显示以上参数。
跳转功能在显示任何一个参数(rXXXX或PXXXX)时短时间按下此键,将立即跳转到r0000,如果需要的话,您可以接着修改其它的参数。
跳转到r0000后,按此键将返回原来的显示点。
访问参数
按此键即可访问参数
增加/减少数值
按此键即可增加/减少面板上显示的参数数值。
一些重要参数的含义:
P0010开始快速调试
0准备运行
1快速调试
30工厂的缺省设置值
P0700选择接通/断开/反转(on/off/reverse)命令源
0工厂设置值
1基本操作面板(BOP)
2模拟量输入端子/数字量输入
6来自总线命令。
如果使用Profibus总线,则需要设置这个参数。
注意要P0917=0。
P1000选择目标频率设定值来源
0无频率设定值
1用BOP控制频率的升降
2模拟设定值
6来自总线命令。
P0004参数过滤器
2变频器
4PI比例积分控制器
10设定值通道和斜坡函数发生器
20通讯
22变频器PID控制参数
P0003参数访问级
变频器的参数有4个用户访问级;
即标准访问级,扩展访问级,专家访问级和维修级。
访问的等级由参数P0003来选择。
对于大多数应用对象,只要访问标准级(P0003=1)和扩展级(P0003=2)参数就足够了。
如果使用总线控制,可以使用P0003=3,具有更高等级就可访问更多参数。
P0970复位到原厂默认值
常用操作模式有三种:
BOP面板操作。
一般先P0010=30,P970=1,把其他参数复位,然后设定P0010=0、P0700=1、P1000=1。
4-20毫安控制,一般先P0010=30,P970=1,把其他参数复位,然后P0010=0、P0700=2、P1000=2。
Profibus总线控制,一般先P0010=30,P970=1,把其他参数复位,然后P0010=0、P0700=6、P1000=6。
具体操作请参考多媒体系统。
在设定好之后,并不一定需要开启正转启动钮子开关,而是可以通过P0700的不同设置来启动,例如面板,或者总线命令。
调试和操作步骤:
调试在基本操作面板上进行。
变频器通电后,液晶屏在
状态下,按
,进入参数设置状态。
或
键,直到显示P0700(其值为1时才能启用BOP面板控制),按
键,显示其参数值,按
键,修改其参数值为1,再次按
键设定参数。
同以上操作,修改P0003和P0004参数值为2。
修改P0010参数值为1,进入快速调试模式。
设定P1000参数值为1,表示用BOP操作面板控制。
设定P1080和P1082参数值,分别为设置电动机频率的最小值(0Hz)、最大值(50Hz)。
以上几个参数设置顺序可颠倒,设置完后,应将P0010设为0,进入准备运行状态。
键,直到显示
,按启动键
,显示数值从0变化到5,此时变频器已启动,按
键,设定频率为30~50之间,可听到继电器变化。
若将水泵插线头接上,可以启动水泵。
我们使用Profibus面板进行控制,使用PPO1数据结构。
这是最简单的控制方式。
具体操作请参考文件MM4_Profibus_Eng.pdf。
频率对应的数值,0-0Hz,16385-50.00Hz,可以提供如下转换公式:
AV:
=REAL_TO_WORD(16385*IN/50);
IN是目标频率,AV为要输出的数值。
2.2.5调节阀接线和操作
参考《调节阀使用说明书》
调节阀特性:
单座阀,螺纹连接,线性流量。
调节阀外观如图2.2.29所示。
图2.2.29调节阀
接线及内部跳线请参照《调节阀使用说明书》。
2.2.6调压模块接线和操作
调压模块外观如图2.2.30所示。
图1.2.30调压模块
如果采用电压控制,则从4号端子的CON端输入1-5V。
如果采用电流控制则从6#端子与外电路的地相连,从3号端子输入4-20mA。
调压器到加热管采用380V三相交流供电,用三角接法。
2.3基本控制系统
基本的控制系统安装在一个或两个标准机柜中。
控制系统可能有智能仪表,PCI多功能卡,ADAM4000控制系统、ADAM5510EKW/TP,西门子S7-300,罗克韦尔PLC,三菱PLC等等。
2.3.1控制机柜和IO面板
采用标准机柜安装控制系统,要求可靠接地。
机柜尺寸800宽X60
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