基于PLC的恒温恒压操纵系统.docx
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基于PLC的恒温恒压操纵系统
PLC原理及应用课程设计
题目(中文):
基于PLC的恒温恒压供水系统设计
(英文):
BasedonPLC,ConstanttemperatureconstantPressurewatersupplysystemdesign
姓名唐邵阳
学号18
院(系)工学院机械系
专业、年级机械设计制造及其自动化07级
指导教师黄秀祥
二○一一年月
摘要
Abstract
第一章绪论
1.1、变频供水系统现状--------------------------------------------1
1.2、变频供水系统简介--------------------------------------------2
1.3、变频供水系统的设计要求和原理--------------------4
第二章恒温供水系统设计
、恒温供水系统整体组成--------------------------------------5
、恒温冷水机组的操纵-----------------------------------------7
、PID操纵原理------------------------------------------------------8
、可编程序操纵器----------------------------------------------8
第三章恒压供水系统设计
、变频器的选择------------------------------------------------------10
、传感器的选择------------------------------------------------------10
、可编程操纵器(PLC)----------------------------------------11
、电器操纵系统原理图------------------------------------------12
、恒压供水的操纵算法------------------------------------------13
总结---------------------------------------------------------------------------------------------------17
致谢---------------------------------------------------------------------------------------------------18
参考文献-------------------------------------------------------------------------------------------19
摘要
本设计恒温恒压变频供水设备由PLC、变频器、传感器、低压电气操纵柜和水泵,锅炉,温度传感器等组成。
通过PLC、变频器、继电器、接触器操纵水泵机组运行状态,实现管网的恒温恒压变流量供水要求。
针对恒温恒压供水的大时滞性、非线性、时变性等特点,设备运行时,压力传感器不断将管网水压信号变换成电信号送入PLC,经PLC运算处置后,取得最正确操纵参数,通过变频器和继电器操纵元件自动调整水泵机组高效率地运行。
。
水压的操纵采纳一拖多的变频操纵模式实现,论文对大功率电机变频转工频存在的问题作了深切细致的研究,依照感应电动机相量图分析,指出大功率电机变频转工频可否成功,关键在于变频转工频瞬时,工频电源和变频输出电源是不是相位一致。
本系统采纳了鉴频鉴相操纵器,成功地解决了大功率电机变频转工频的问题,实现了大功率电机变频转工频的平稳切换。
在上述工作的基础上,论文应用组态软件“组态王”开发了运算机自动监控程序,实现了实验室冷水供水系统的自动监控。
关键词:
PLC;变频器;传感器,
Abstract
ThedesignismadeofProgrammableLogiccontroller,transducer,sensor,lowpressurecontrolmanufacturetank,boiler,temperaturesensors,etc.Throughtransducerandrelay,contactorcontrolpumpingunitrunningstatus,thepipenetworkachievestotherequirementofconstantpressurevariableflow-ratewatersupply.Whentheequipmenton-the-fly,pressuregaugewithoutintermissiontranslatesthepipenetworkhydraulicpressuresignaltoelectricalsignalentermicrocomputer,andthroughmicrocomputer’arithmeticprocessing,obtainsoptimalcontrolparameter.Thedampressbeforehandmadeupsoftwareprogramcamesatisfactionselfgoverningoblige,namelyonthebasisofhighorlow-watersignalcamecontrolradialdiffuserinfluentvalves’switch,andproceedoverfullandlowwater’sgradefromwatertankandpondbackofthemonitorprimeincluderadialdiffuserautomatismopenceasedam,waterlevelflow,manmetricmeasuringandregulate;usewaterflow,displacement'measure;watertreatmentequipmentlocomotiveputincontrol;waterqualitydetection;waterconservationprogramcontrol;malfunctionanderrorstate'entergradeupunderobservationbackofthethroughthemediumoftransducerandbang-bangcontrolcomponentself-correctingpumpingunitexpeditiouslyrunning.Waterworksonsitesupervisioninstation.
Atthesametime,PLCgetmanyfeedbackfromsensors,thencontrolvalves'switchesandtheboilerbeingheated,inordertoadjustingthetemperature.
Keyword:
ProgrammableLogiccontroller;Transducer;
Sensor-boiler
第一章绪论
、变频供水系统现状
近5年来,我国汽车制造业以平均%的速度高速增加。
汽车产业己经成为国民经济的主导产业,汽车产业的增加状态己经成为关系国民经济增加全局的一个相当重要的因素。
依照可借鉴的国际体会,一个大国在进入汽车公共消费时期后,汽车产业将会维持20~30年的快速增加。
初步预测,在巧~20年内,我国将成为世界上最大的汽车消费国,最大的汽车生产国,相当多类型汽车在国际市场最具竞争力(至少在本钱上)。
发动机作为汽车的核心部件之一,其性能的好坏直接决定了汽车的性能高低。
汽车产业作为我国新的经济增加点和国民经济支柱产业,将会使国内发动机厂商面临前所未有的进展机缘。
但同时,随着中国加入WTO,国内市场慢慢放开,进入管制在慢慢放松,专门是国家许诺发动机及零部件企业能够独资,将使得国内发
动机厂商直接面对国外企业的竞争,生存压力加大。
这就要求国内的发动机企业,尽力加速速度提升自己的技术含量,改造自己的生产工艺,生产出高质量的发动机,汽车发动机是一种超级复杂的周密动力机械,作为汽车的核心部件,发动机结构复杂,也对内燃机辅助系统提出较高的要求,这些都是生产一台高性能的发动机的实验室所
要解决的大体问题。
正是出于提升自己的发动机制造工艺,达到生产高质量的发动机的要求,一汽公司提出了发动机实验室的改造工程,“基于冷水机组的供水自动监控系统”,这也是本论文的项目来源和现实意义。
针对长春一汽汽车发动机实验室提出的具体要求,结合当前供水技术的进展,,设计出由供水主操纵运算机(由运算机和上位机软件等组成)、远程通信设备和恒温恒压供水子系统组成的供水系统。
供水系统实现全自动化,能对各个环节自动监测、调剂、记录、报警等,是一套经济高效的自动监控方案。
本系统能够克服传统的供水方式普遍存在的不同程度的效率低、靠得住性差、自动化程度不高等缺点,能专门好的应用于生活、生产实践。
目前,新型恒压供水系统除实现恒压供水外,还具有远程监控功能,但它们的功能还不够完善。
本文在现有的变频调速恒压供水系统基础上,结合汽车发动机实验室的技术要求,提出了一种功能加倍完善的恒温恒压供水远程监控统,它具有远程通信功能、远程测试功能、远程操纵功能和故障诊断功能。
它能对该系统中的多种设备进行远程故障诊断,从而及时取得供水系统中的各类故障信息并对故障进行及时处置,保证该系统的正常运行,相信它将是现代供水系统的进展方向。
该系统是远程通信技术、运算机网络技术、故障诊断技术和测试技术在设备测试系统中的具体应用。
、变频供水系统简介
变频恒压供水系统在供水行业中的应用,按所利用的范围大致分为三类:
(1)小区供水(加压泵站)变频恒压供水系统;
这种变频供水系统要紧用于包括工厂、小区供水、高层建筑供水、乡村加压站,特点是变频操纵的电机功率小,一样在135kw以下,操纵系统简单。
由于这一范围的用户群十分庞大,因此是目前国内研究和推行最多的方式.如希望集团(森兰变频器)推出的恒压供水专用变频器。
(2)国内中小型供水厂变频恒压供水系统;
这种变频供水系统要紧用于中小供水厂或大中城市的辅助供水厂。
这种变频器电机功率在135kV沐320kw之间,电网电压一样为ZooV或380V。
受中小水厂规模和经济条件限制,目前要紧采纳国产通用的变频恒压供水变频器。
(3)大型供水厂的变频恒压供水系统
这种变频供水系统用于大中城市的主力供水厂,特点是功率大、机组多、多数采纳高压变频系统。
这种系统一样变频器和操纵器要求较高,多数采纳了国外入口变频器和操纵系统。
如利德福华的一些高压供水变频器在本文中,研究和设计的变频器是以第二种应用范围为基础。
目前国内,除高压变频供水系统,多数恒压供水变频系统均宣称只要改变容量就能够够通用于各类供水范围,但在实际运用中,不同供水环境对变频器的要求和操纵方式是不一致的,大多数变频器并非能真正实现通用。
以中小水厂供水环境来讲,由于其包括了自来水生产系统,其温湿度及侵蚀程度都大于常见小区和加压泵站,在水泵组搭配上、需要处置的信号(如水质信号停机治理)也多于小区供水系统,因此在部份条件复杂的中小水厂,采纳通用的恒压供水变频系统并非能完全知足实践要求,现部份中小水厂已熟悉到这一情形,并针对实际情形对变频恒压供水系统加以改良和完善。
、变频供水系统的设计要求和原理
在国内外,专门针对供水的变频器集成化愈来愈高,很多专用供水变频器集成了PLC或PID,乃至将压力传感器也融入变频组件。
同时保护操作也愈来愈简明显偏高,保护本钱也高于国内产品。
目前国内有很多公司在从事进行变频恒压供水的研制推行,国产变频器要紧采纳入口元件组装或直接入口国外变频器,结合PLC或PID调剂器实现恒压供水,在小容量、操纵要求的变频供水领域,国产变频器进展较快,并以其本钱低廉的
优势占据了相当部份小容量变频恒压供水市场。
但在大功率大容量变频器上,国产变频器有待于进一步改良和完善。
第二章恒温供水系统设计
、恒温供水系统整体组成
图恒温供水系统原理图
该系统由俩台小泵()组成;PLC部份由西门子可编程操纵器S7-200系列的CPU226,文本显示器TD200组成;变频器采纳三菱FR-A540系列,功率22KW。
用户所需的生活用水压力、消防用水压力、运行方式等参数在TD200文本显示器上设定,压力传感器把用户管网压力转换为0-10V标准信号送进PLC模拟量模块EM235,PLC通过采样程序及PID闭环程序与用户设定压力组成闭环,运算后转换为PLC模拟量输出信号送给变频器,调剂水泵电机转速,达到恒压供水的目的。
该系统有各个泵的运行时刻累计功能,通过PLC的数据区维持能够断电经历。
每次起动时先起动1#小泵,当用水量超过一台泵的供水能力时,PLC通进程序实现泵的延时上行切换,切换原那么为当前未运行的大泵累计运行时刻最少的先投入;当压力超过时,PLC通进程序实现泵的延时下行切换,切换原那么为当前正在运行的大泵运行时刻最多的先撤出。
直到知足设定压力为止。
追求的最终目标为压力恒定。
当供水负载转变时,变频器的输出电压与频率转变自动调剂泵的电机转速,实现恒压供水。
系统还可通过PLC的实不时钟自动按时供水,用户在TD200上设定天天最多6段(段数也可设定)按时供水,比如早上6:
00到8:
30,中午11:
20到1:
30等。
系统可动态显示各类参数,如设定压力,运行压力,水位高度,运行方式,实不时刻,日历,各个泵的运行时刻累计(精准到秒),运行状态,故障信息等等。
为了不使系统中TD200画面显得古板,在PLC程序中操纵TD200中的画面按时切换,动态显示;温度操纵在40-60度之间,当传感器反馈的温度通过计算,平均低于40,那么PLC操纵锅炉加热至60度。
系统还有故障自诊断功能,各泵发生过载、缺相、短路、传感器断线、传感器短路、水位下限、水压超高、水压超低、变频器故障等,都会有声光报警,TD200上同时显示故障类型,通知设备维修人员处置,并可经历故障发生时刻及班次,以便追查缘故及相关责任。
、恒温冷水机组的操纵
(1)手动运行时,可按下按钮起动停止水泵在工频状态下运行,完全离开开PLC及变频器的操纵,该功能要紧用在检修及自动系统显现故障时的应急供水方式中。
(2)自动运行时,全数泵的运行依程序自动工作。
上行进程:
当在自动运行方式时,按下TD200上的起动软健,系统先起动1#小泵,PLC程序操纵模拟量模块EM235给定变频器一固定频率输出,现在假设用PID运算输出直接操纵变频器那么(设定压力大,运行压力为零,因此运算输出最大)变频器依设定的上升时刻运行,升速太快,系统冲击专门大。
等泵运行一会儿,管网压力积存后,再用PID运算输出操纵变频器。
具体时刻和频率与管网系统有关,在现场调试时这两个参数在TD200上设定调整。
管网越大,时刻越长。
当1#小泵抵达50HZ后,系统压力仍偏低,那么延时一段时刻后,系统靠PLC程序把1#泵切换到工频运行,同时由PLC输出一个开关量给变频器的MRS端子,变频器刹时禁止输出,现在PLC把运行时刻最少的泵变频接触器接通后,撤掉禁止输出,相应的泵变频起动运行;延时切断1#小泵,系统中相应的一台大泵变频运行,压力自动调剂,假设系统压力平稳,那么频率稳固在一个相对的范围,假设频率抵达50HZ后压力仍然偏低,那么再投入一台大泵,比较剩下的泵的累计运行时刻,时刻少的先行投入,以此类推。
注意,上行中,只要有一台大泵运行,那么1#小泵要断开,大泵与小泵同时运行时,小泵的效率很低。
下行进程:
当系统压力偏高,变频器运行在18HZ左右(18HZ以下泵的效率很低,体会值)时,PLC程序判定运行在工频状态的泵累计运行时刻(假设只有一台泵不作判定),运行时刻最多的泵延时先行撤出,在撤出的刹时,PLC操纵变频器运行频率在50HZ,要不系统冲击过大,容易有水垂现象,延时一会儿后,再把PID运算输出投入即可;以此类推。
注意:
下行进程中,到最后一台大泵运行时,频率在18HZ左右,系统压力仍然偏高时,那么把1#小泵切换到变频运行。
这种情形在夜间可能发生,当供水管网专门大时,或许没有那个可能性。
、PID操纵原理
从变频恒压供水的原理分析可知,该系统要紧有压力传感器、压力变送器、变频器、恒压操纵单元、水泵机组和低压电器组成.系统要紧的设计任务是利用恒压操纵单元使变频器操纵一台水泵或循环操纵多台水泵,实现管网水压的恒定和水泵电机的软启动和变频水泵与工频水泵的切换,同时还要能对运行数据进行传输。
依照系统的设计任务要求,结合系统的利用处所,本文选用通用变频器+PLC操纵。
恒温系统,温度操纵在40-60度之间,当传感器反馈的温度通过计算,平均低于40,那么PLC操纵锅炉加热至60度。
、可编程序操纵器
执行机构是由一组水泵组成,它们用于将水供入用户管网。
通常这些水泵包括:
(1)调速泵:
是由变频调速器操纵、能够进行变频调整的水泵,用以依照用水量的转变改变电机的转速,以维持管网的水压恒定。
(2)恒速泵:
水泵运行只在工频状态,速度恒定,它们用以在用水量增大而调速泵的最大供水能力不足时,对供水量进行定量的补充。
另外,通常一些变频系统还会增设附属小泵,它只运行于启、停两种工作状态,用以在用水量很小的情形下(例如:
夜间)对管网用水量进行少量的补充。
第三章恒压供水系统设计
变频器的选择
在系统操纵进程中,需要检测的信号包括水压信号、液位信号和报警信号:
(l)水压信号:
它反映的是用户管网的水压值,它是恒压供水操纵的要紧反馈信号。
此信号是模拟信号,读入PLC时,需进行冉刃转换。
另外为增强系统的靠得住性,还需对供水的上限压力和下限压力用电接点压力表进行检测。
检测结果能够送给PLC,作为数字量输入。
(2)液位信号:
它反映水泵的进水水源是不是充沛。
信号有效时。
操纵系统要对系统实施爱惜操纵,以避免水泵空抽而损坏电机和水泵。
此信号来自在安装于水源处(在乐山第一水厂设计中,为清水池水位)的液位传感器。
(3)报警信号:
它反映系统是不是正常运行,水泵电机是不是过载、变频器是不是有异样,该信号为开关量信号。
、传感器的选择-
供水操纵系统一样安装在供水操纵柜中,包括供水操纵器(P比系统)、变频器和电控设备三个部份:
(1)供水操纵器:
它是整个变频恒压供水操纵系统的核心。
供水操纵器直接对系统中的压力、液位、报警信号进行搜集,对来自人机接口和通信接口的数据信息进行分析、实施操纵算法,得出对执行机构的操纵方案,通过变频调速器和接触器对执行机构(即水泵成行操纵.
(2)变频器:
它是对水泵进行转速操纵的单元.变频器跟踪供水操纵器送来的操纵信号改变调速泵的运行频率,完成对调速泵的转速操纵。
依照水泵机组中水泵被变频器拖动的情形不同,变频器有如下两种工作方式:
(a)变频循环式:
变频器拖动某一台水泵作为调速泵,当这台水泵运行在50Hz时,其供水量仍不能达到用水要求,需要增加水泵机组时,系统先将变频器从该水泵电机中脱出,将该泵切换为工频的同时用变频去拖动另一台水泵电机。
(b)变频固定式:
变频器拖动某一台水泵作为调速泵,当这台水泵运行在50Hz时,其供水量仍不能达到用水要求,需要增加水泵机组时,系统直接启动另一台恒速水泵,变频器不做切换,变频器固定拖动的水泵在系统运行前能够选择。
变频器的电控设备它是由一组接触器、爱惜继电器、转换开关等电气元件组成.用于在供水操纵器的操纵下完成对水泵的切换、手/自动切换及当场/集中等工作。
、可编程操纵器(PLC)
人机界面是人与机械进行信息交流的场所。
通过人机界面,利用者能够更改设定压力,修改一些系统设定以知足不同工艺的需求,同时利用者也能够从人机界面上得知系统的一些运行情形及设备的工作状态。
人机界面还能够对系统的运行进程进行监视,对报警进行显示。
通信接口是本系统的一个重要组成部份,通过该接口,系统能够和组态软件和其他的工业监控系统进行数据互换;同时通过通信接口,还能够将现代先进的网络技术应用到本系统中来,例如能够对系统进行远程的诊断和保护等。
、电器操纵系统原理图
作为一个操纵系统,报警是必不可少的重要组成部份。
由于本系统能适用于不同的供水领域,因此为了保证系统平安、靠得住、平稳的运行,避免因电机过载、变频器报警、电网过大波动、供水水源中断造成故障,因此系统必需要对各类报警量进行监测,由P比判定报警类别,进行显示和爱惜动作操纵,以避免造成没必要要的损失。
变频恒压供水系统的操纵方案有多种,有1台变频器操纵1台水泵的简单操纵方案,也有1台变频器操纵几台水泵的方案,本文简单介绍单台变频器操纵单台水泵:
单台变频器操纵单台水泵的操纵方案在国内一般是指是一台变频器操纵一台水泵。
由于全数变频系统中,变频器、操纵器、电机均无备份设备,显现问题无法切换,故目前多适用于用水量不大,对供水的靠得住性要求不高的场合。
该操纵方案的操纵原理框图
图操纵原理图
原理见图。
图原理图
值得一提的是,在国外或国内少数大企业,也有一种每台变频器只带一台水泵的运行方式,但它的操纵方式与上面是不同的,这些泵站往往是同时配备了多台变频器配多台水泵,采纳集中操纵的方法,这种变频系统与国内水泵站经常使用的一台变频器操纵单台水泵的工作方式是完全不一样的。
在这种系统中,由于有多台变频器,各水泵既能够同时变频运行,也能够别离工频运行,使其靠得住性、平安性、可调剂性大大优于国内常见的各类操纵方式,只是在本钱上,也远远高于目前国内的经常使用的变频恒压供水系统。
、恒压供水的操纵算法
在变频恒压供水中,整个变频恒压供水操纵系统要依照检测到的输入信号的状态,依照系统的操纵流程,通过变频调速器和执行元件对水泵组进行操纵实现恒压供水的目的。
那个操纵进程是一个闭环进程,它的反馈信号是由压力传感器产生的供水压力,执行机构是变频器,通过操纵系统将操纵结果传输到变频器中,改造变频器的输出频率,从而使供水压力发生改变,完成整个操纵进程。
其中需要完成的操纵流程如下图
图操纵流程图
。
关于一台变频器带两台或两台以上电机的系统,电机的操纵通常按上节方案2所述流程进行.
在实际运用中,通常对水压的闭环操纵都采纳PID操纵,电机增减的操纵依照不同的情形有所不同,但多数采纳频率、频率结合压力的方式来实现。
PD的算法和实现将在节进行详细论述,电机的增减操纵算法在将在节加以分析。
图流程图
监控系统分为现场监控系统和远程监控系统两部份。
现场监控系统既与可编程逻辑操纵器通信,又同时与远程监控系统通信。
通过现场触摸屏操纵向操纵器发送死令,设置算法参数和操纵量;同意并记录搜集到的数据,显示系统状态;但现场操纵系统位于机房设备当中,不方便治理人员进行操作,为弥补这一不足,开发了一套远程监控系统,通过上位机远程监控供水运行状况,可对冷水机组、冷冻水泵进行远程手动操纵,从而提高
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