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PLC的液位控制系统的设计方案
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作者:
PanHongliang
仅供个人学习
基于PLC的液位控制系统的设计
因为有两个水箱,所以把它分成两个部分来分别设计。
系统设计1上水箱液位的自动调节在这个部分中控制的是上水箱的液位。
系统原理图如图2-1所示。
单相泵正常运行,打开阀1和阀2,打开上水箱的出水阀,电动调节阀以一定的开度来控制进入水箱的水流量,调节...
因为有两个水箱,所以把它分成两个部分来分别设计。
系统设计
1上水箱液位的自动调节
在这个部分中控制的是上水箱的液位。
系统原理图如图2-1所示。
单相泵正常运行,打开阀1和阀2,打开上水箱的出水阀,电动调节阀以一定的开度来控制进入水箱的水流量,调节手段是通过将压力变送器检测到的电信号送入中,经过A/D变换成数字信号,送入数字PID调节器中,经PID算法后将控制量经过D/A转换成与电动调节阀开度相对应的电信号送入电动调节阀中控制通道中的水流量。
当上水箱的液位小于设定值时,压力变送器检测到的信号小于设定值,设定值与反馈值的差就是PID调节器的输入偏差信号。
经过运算后即输出控制信号给电动调节阀,使其开度增大,以使通道里的水流量变大,增加水箱里的储水量,液位升高。
当液位升高到设定高度时,设定值与控制变量平衡,PID调节器的输入偏差信号为零,电动调节阀就维持在那个开度,流量也不变,同时水箱的液位也维持不变。
系统的控制框图如图3-1所示。
其中SP为给定信号,由用户通过计算机设定,PV为控制变量,它们的差是PID调节器的输入偏差信号,经过PLC的PID程序运算后输出,调节器的输出信号经过PLC的D/A转换成4~20mA的模拟电信号后输出到电动调节阀中调节调节阀的开度,以控制水的流量,使水箱的液位保持设定值。
水箱的液位经过压力变送器检测转换成相关的电信号输入到PLC的输入接口,再经过A/D转换成控制量PV,给定值SP与控制量PV经过PLC的CPU的减法运算成了偏差信号e,又输入到PID调节器中,又开始了新的调节。
所以系统能实时地调节水箱的液位。
 。
2上水箱下水箱液位串级控制系统
上水箱下水箱液位控制系统由于控制过程特性呈现大滞后,外界环境的扰动较大,要保持上水箱下水箱液位最后都保持设定值,用简单的单闭环反馈控制不能实现很好的控制效果,所以采用串级闭环反馈系统。
上水箱下水箱液位控制系统图如图2-5所示,该系统中,上水箱液位作为副调节器调节对象,下水箱液位作为主调节器调节对象。
控制框图如图2-6所示。
这里的扰动主要是水箱的出水阀的扰动,有时是认为的因素,有时是机械的因素,扰动总是不可避免的。
主回路和副回路结合有效地抑制环境的扰动。
在这里,执行机构仍然是电动调节阀,依旧由PLC经过PID算法后控制它的开度以控制水管里的水流量,控制两个水箱的水位。
它有两个PID回路,分别是PID1和PID2。
PID1为外环,控制下水箱的液位,它的输出值作为PID2的设定值,PID2控制上水箱的液位。
 。
硬件设计
系统硬件的设计包括检测单元、执行单元和控制单元的设计,他们互相联系,组成一个完整的系统。
检测单元
在过程控制系统中,检测环节是比较重要的一个环节。
液位是指密封容器或开口容器中液位的高低,通过液位测量可知道容器中的原料、半成品或成品的数量,以便调节流入流出容器的物料,使之达到物料的平衡,从而保证生产过程顺利进行。
设计中涉及到液位的检测和变送,以便系统根据检测到的数据来调节通道中的水流量,控制水箱的液位。
液位变送器分为浮力式、静压力式、电容式、应变式、超声波式、激光式、放射性式等。
系统中用到的液位变送器是浙江浙大中控自动化仪表有限公司生产的中控仪表SP0018G压力变送器,属于静压力式液位变送器,量程为0~10KPa,精度为,由24V直流电源供电,可以从PLC的电源中获得,输出为4~20mA直流。
执行单元
执行单元是构成自动控制系统不可缺少的重要组成环节,它接受来自调节单元的输出信号,并转换成直角位移或转角位移,以改变调节阀的流通面积,从而控制流入或流出被控过程的物料或能量实现过程参数的自动控制。
执行器的工作原理见图 。
 。
,由执行机构和调节机构(调节阀)两部分组成。
执行机构首先将来自调节器的信号转变成推力或位移,对调节机构(调节阀)根据执行机构的推力或位移,改变调节阀的阀芯或阀座间的流通面积,以达到最终调节被控介质的目的。
由图 。
 。
可见来自调节器的信号经信号转换单元转换信号制式后,与来自执行机构的位置反馈信号比较,其信号差值输入到执行机构,以确定执行机构作用的方向和大小,其输出的力或位移控制调节阀的动作,改变调节阀的流通面积,从而改变被控介质的流量。
当位置反馈信号与输入信号相等时,系统处于平衡状态,调节阀处于某一开度。
系统中用到的调节阀是QS智能型调节阀,所用到的执行机构为电动执行机构,输出为角行程,控制轴转动。
电动执行机构的组成框图。
来自PLC的模拟量输出DC4~20mA信号Ii与位置反馈信号If进行比较,其差值经放大后,控制伺服电动机正转或反转,再经减速器后,改变调节器的开度,同时输出轴的位移,经位置发生器转换成电流信号If。
当Ii=If时,电动机停止转动,调节阀处于某一开度,即Q=KIi,式中Q为输出轴的转角,K为比例常数。
电动调节阀还提供手动操作,它的上部有个手柄,和轴连接在一起,在系统掉电时可进行手动控制,保证系统的调节作用。
控制单元
控制单元是整个系统的心脏。
在系统中,PLC是控制的中心元件,它的选择是控制单元设计的重要部分。
系统应用的是西门子S7-300系列的PLC,其结构简单,使用灵活且易于维护。
它采用模块化设计,本系统主要包括CPU模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块和电源模块。
第一章绪论 。
1
1.1 。
PLC的产生、定义及现状 。
2
1.2 。
过程工业控制算法的应用现状 。
3
第二章设计的技术基础和控制对象 。
6
2.1 。
过程控制实验对象系统 。
错误!
未定义书签。
2.2 。
西门子PLC控制系统 。
6
2.3 。
控制方案设计 。
7
2.4.1 。
上水箱液位的自动调节 。
22
2.4.2 。
上水箱下水箱液位串级控制系统 。
23
第三章控制策略的介绍 。
错误!
未定义书签。
3.1 。
PID控制算法 。
24
3.2 。
PID控制参数含义 。
16
3.5 。
串级控制系统及应用范围 。
21
3.5.1 。
串级控制系统 。
21
3.5.2串级控制特点及应用范围 。
22
参考文献
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机械工业出版社,2002
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580-583
摘要:
随着近些年来人们生活水平的提高,能源节约、环境保护问题已经渐渐受到人们越来越多的关注。
世界石油储备量的急剧减少及原油价格的不断上涨预示了节能是当代汽车发展的必然趋势。
论文以2010年中国本田节能竞技大赛为设计背景,设计研发节能竞技车的行驶系统。
该行驶系统的设计主要包括车架和车轮的设计。
整个设计过程在满足竞赛要求的基础上,以选择合适的行驶系统结构和材料从而降低整车整备质量,减小整车阻力为主要指导思想,对节能竞技车的行驶系统进行了合理的方案选定和参数匹配。
利用了Pro-E和AutoCAD设计软件对所设计行驶系统进行了整体设计和三维数字化建模。
然后利用ANSYS软件对所设计车架进行有限元静力分析、模态分析及其谐响应分析,确定车架结构的合理性以及车架制作材料。
本文对节能赛车车架的有限元分析方法和过程适合于各类车架的设计和分析。
关键词:
节能;行驶系统;车架;建模;有限元分析
TheDesignandProductionofThreeMotorCarsandEnergy-savingRunningGearSystem
StudentMajoringinMachineDesign&。
ManufacturingandTheirAutomation
Abstract:
Withthecontinuousdevelopmentofthelivingstandardsofpeople,energyconservationandenvironmentalprotectionhasbeengraduallygotmoreandmorepeople'sattention.Thesharpdeclineoftheworld'soilreservesamountandthecontinuerisingofcrudeoilpricesindicatesthatenergysavingisthenecessarytrendsofthepresentvehicledevelopment.PapersdesignanddevelopanrunninggearsystemofEconopowerCarontheFirstHonda2007ChinaEconopower.Itincludesthedesignoftheframeandthewheel.Themajorguidingideologywhichbasedonsatisfactionofcompetitionrequirementisreducethewholevehicleequipmentqualityandresistancethroughchoosingtherightroadsystemstructureandmaterialduringtheentiredesignprocess.ItselectreasonableschemeandmatchparametersonthewholeEconopowerCarsystems.Wholedesignandthree-dimensionaldigitalizationmodeltodesignerunninggearsystembyusingPro-EandAutoCADdesignsoftware.Finiteelementstaticanalysis,themodalanalysisandresponsetoanalyzethetunerofdesignedframehasmadebyusingANSYSsoftware.Makesurethereasonablenessandchassismaterialsoftheframestructure.ThemethodandprocessofFEManalysisoftheframeofenergysavingracecarinthispapersuitallkindsofframe&rsquo。
sdesignandanalysis.
Keywords:
Energyconservation;runninggearsystem;Frame;Digitalizationmodel;Finiteelementanalysis
目 。
录 。
 。
字
摘要1
关键词1
Abstract1
Keywords1
1 。
绪论2
1.4 。
有限元法及其在车架设计中的应用4
1.5 。
论文的研究内容4
2 。
 。
节能型三轮汽车行驶系统设计方案确定5
2.1 。
行驶系统概述5
2.2 。
轮胎设计5
2.3 。
车架结构设计的基本要求5
2.4 。
车架的结构形式及几何尺寸的确定6
2.4.1 。
车架类型的选择6
2.4.2 。
车架材料的选择6
2.4.3 。
车架几何尺寸的定义6
2.4.4 。
关于车架附件9
2.5 。
车架的几何模型10
2.6 。
本章小结11
3 。
车架骨架有限元模型的建立11
3.1 。
有限元模型的基本原理及分析步骤11
3.1.1 。
有限元法的基本原理11
3.1.2 。
有限元法的分析步骤12
3.2 。
有限元法的程序实现12
3.3 。
ANSYS10.0软件简介12
3.4 。
车架有限元模型的建立13
3.4.1 。
车架模型的建立13
3.4.2 。
单元的选择13
3.4.3 。
单元的截面、实常数及材料的定义14
3.4.4 。
网格的划分14
3.4.5 。
模型载荷的施加14
3.5 。
车架的静强度分析15
3.5.1 。
基于ansys对车架材料的选择分析15
3.5.2 。
车架处于弯曲和弯扭工况的响应16
3.6 。
车架的模态分析18
3.6.1 。
模态分析理论18
3.6.2 。
车架模态分析19
3.6.3 。
计算结果分析24
3.7 。
本章小结25
4 。
结论25
4.1 。
论文主要工作25
4.2 。
论文不足之处26
致谢27
参考文献28
摘要:
发动机,它是车子所有动力的源泉,是汽车当之无愧的“心脏”。
是汽车的重要总成组成部分,它的好坏关系着汽车能否正常运行平。
在汽车使用中,发动机难免出现这样、那样的故障,本文主要研究发动机常见故障,对其进行分析和解决。
对使用和维护汽车有着很现实的意义。
(毕业设计网)
关键词:
丰田汽车 。
发动机 。
故障分析检修
丰田公司的简介
世界十大汽车工业公司之一,日本最大的汽车公司,创立于1933年,现在已发展成为以汽车生产为主;业务涉及机械、电子、金融等行业的庞大工业集团。
发动机的工作原理
发动机是汽车的动力源,是汽车的心脏部分,能量转换机器。
发动机最早诞生在英国,所以,发动机概念也源于英语,它的本义是指那种“产生动力的机械装置”。
随着科技的进步,人们不断地研制出不同用途多种类型的发动机,发动机是将化学能转化为机械能的机器,它的转化过程实际上就是工作循环的过程,简单来说就是是通过燃烧气缸内的燃料,产生动能,驱动发动机气缸内的活塞往复的运动,由此带动连在活塞上的连杆和与连杆相连的曲柄,围绕曲轴中心作往复的圆周运动,而输出动力的。
分析一下这个过程:
一个工作循环包括有四个活塞行程(所谓活塞行程就是指活塞由上止点到下止点之间的距离的过程):
进气行程、压缩行程、膨胀行程(作功行程)和排气行程。
四行程汽油机经过进气、压缩、作功和排气行程完成一个工作循环。
(1)进气行程
活塞从上止点向下止点运动,排气门关闭,进气门打开。
可燃混合气通过进气门被吸入气缸,直至活塞向下运动到下止点。
在这个过程,随着活塞从上止点向下止点移动,活塞上方的气缸容积增大,从而使气缸内的压力将到大气压力以下,即在气缸内造成真空吸力,这样空气便经由进气管道和进气门被吸入气缸,同时喷油嘴喷出雾化的汽油与空气充分混合。
在进气终了时,气缸内的气体压力约为0.075-0.09MPa。
而此时气缸内的可燃混合气的温度已经升高到370-400K。
(毕业设计网)
(2)压缩行程
曲轴继续旋转,活塞从下止点向上止点运动,这时进气门和排气门都关闭,气缸内成为封闭容积,可燃混合气受到压缩,压力和温度不断升高,当活塞到达上止点时压缩行程结束。
使吸入气缸的可燃混合气能迅速燃烧,以产生较大的压力,从而使发动机发出较大功率,必须在燃烧前将可燃混合气压缩,使其容积缩小、密度加大、温度升高,即需要有压缩过程。
在这个过程中,进、排气门全部关闭,曲轴推动活塞由下止点向上止点移动一个行程,即压缩行程。
此时混合气压力会增加到0.6-1.2MPa,温度可达600-700K。
在这个行程中有个很重要的概念,就是压缩比。
所谓压缩比,就是压缩前气缸中气体的最大容积与压缩后的最小容积之比。
一般压缩比越大,在压缩终了时混合气的压力和温度便愈高,燃烧速度也愈快,因而发动机发出的功率愈大,经济性愈好。
一般轿车的压缩比在8-10之间,不过现在最新上市的Polo就达到了10.5的高压缩比,因此它的扭矩表现相对不错。
但是压缩比过大时,不仅不能进一步改善燃烧情况,反而会出现暴燃和表面点火等不正常燃烧现象(燃油质量的影响也是占有相对重要的地位,这方面我们会在以后详细讲解)。
暴燃是由于气体压力和温度过高,在燃烧室内离点燃中心较远处的末端可燃混合气自燃而造成的一种不正常燃烧。
暴燃时火焰以极高的速率向外传播,甚至在气体来不及膨胀的情况下,温度和压力急剧升高,形成压力波,以声速向前推进。
当这种压力波撞击燃烧室壁是就发出尖锐的敲缸声。
同时,还会引起发动机过热,功率下降,燃油消耗量增加等一系列不良后果。
严重暴燃是甚至会造成气门烧毁、轴瓦破裂、火花塞绝缘体被击穿等机件损坏现象。
除了暴燃,过高压缩比的发动机还可能要面对另一个问题:
表面点火。
这是由于缸内炽热表面与炽热处(如排气门头,火花塞电极,积炭处)点燃混合气产生的另一种不正常燃烧(也称作炽热点火或早燃)。
表面点火发生时,也伴有强烈的敲缸声(较沉闷),产生的高压会使发动机负荷增加,降低寿命。
(3) 。
作功行程
作功行程,进气门和排气门仍然保持关闭。
当活塞位于压缩行程接近上止点(即点火提前角)位置时,火花塞产生电火花点燃可燃混合气,可燃混合气燃烧后放出大量的热使气缸内气体温度和压力急剧升高,推动活塞从上止点向下止点运动,通过连杆使曲轴旋转并输出机械功,除了用于维持发动机本身继续运转外,其余用于对外作功。
随着活塞向下运动,气缸内容积增加,气体压力和温度降低,当活塞运动到下止点时,作功行程结束。
当活塞接近上止点时,火花塞发出电火花,点燃被压缩的可燃混合气。
可燃混合气被燃烧后,放出大量的热能,此时燃气的压力和温度迅速增加。
其所能达到的最大压力可达3-5MPa,相应的温度则高达2200-2800K。
高温高压的燃气推动活塞由上止点向下止点运动,通过连杆使曲柄旋转并输出机械能,除了维持发动机本身继续运转外,其余即用于对外做功。
在活塞的运动过程中,气缸内容积增加,气体压力和温度都迅速下降,在此行程终了时,压力降至0.3-0.5MPa,温度则为1300-1600K。
(4)排气行程
当作功接近终了时,排气门开启,进气门仍然关闭,靠废气的压力先进行自由排气,活塞到达下止点再向上止点运动时,继续把废气强制排出到大气中去,活塞越过上止点后,排气门关闭,排气行程结束。
此行程中,气缸内压力稍微高于大气压力,约为0.105-0.115MPa。
当活塞到达上止点附近时,排气行程结束,此时的废气温度约为900-1200K。
曲轴继续旋转,活塞从上止点向下止点运动,又开始了下一个新的循环过程。
在每一个工作循环中,活塞在上、下止点往复运动了四个行程,相应地曲轴旋转了两圈。
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目 。
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