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“爱游戏官网登录”西门子PLC学习实例:历程控制结业设计

发布日期:2022-04-25 01:57

本文摘要:关注:头条号+转发,领取设计源文件和PLC学习资料中文:双容液位控制系统设计摘 要本设计完成对双容液位控制系统的设计。该系统的简要事情流程为:水泵将储水箱中的水往上压,流经调治阀继续往上注入上水箱。上水箱的水再注入下水箱,下水箱再回流至储水箱。 PLC 通过设在下水箱底部的压力/液位变送器读取下水箱的当前液位值,经 PID 指令运算来控制调治阀的开启水平。接纳 PLC 作为主控制器,由CPU226 模块和 EM235 模块组成。

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关注:头条号+转发,领取设计源文件和PLC学习资料中文:双容液位控制系统设计摘 要本设计完成对双容液位控制系统的设计。该系统的简要事情流程为:水泵将储水箱中的水往上压,流经调治阀继续往上注入上水箱。上水箱的水再注入下水箱,下水箱再回流至储水箱。

PLC 通过设在下水箱底部的压力/液位变送器读取下水箱的当前液位值,经 PID 指令运算来控制调治阀的开启水平。接纳 PLC 作为主控制器,由CPU226 模块和 EM235 模块组成。选择 PID 控制作为主控制计谋,通过 PLC 中的 PID指令运算实现对换节阀的 PID 单回路控制。

通过控制回路实现当地与远程的选择,通过组态软件实现手动与自动的切换。电路中设有断路器和热继电器,能实现对电路的掩护和报警。

通过运用 A3000 历程控制实验平台来磨练本设计的可行性和合理性。关键词:CPU226;EM235;PID;A3000;自动化;历程控制;双容液位;PLC;单回路;双容液位控制系统设计英文:双容液位控制系统设计AbstractThe design is completed on the two-tank liquid level control system. Brief workflowof the system are: water pump to the water tank up in pressure, flows through the controlvalve to continue up into the tank. On the water tank under the tank and then into the nexttank and then back to the tank. PLC through a water tank at the bottom of the next leveltransducer to read the current level value under the tank, to control by the PID instructionoperation control valve opening degree. By PLC as the main controller, the CPU226module and EM235 module. Select PID control as the main control strategy, through thePLC PID instruction in the operation of the control valve to achieve single-loop PIDcontrol. Through the control loop to achieve local and remote option, throughconfiguration software manual and automatic switching. Circuit with circuit breakers andthermal relays, to achieve the protection and alarm circuit. A3000 process control throughthe use of experimental platform to test the feasibility and rationality of the design.Key words: CPU226;EM235;PID;A3000双容液位控制系统设计目 录摘要 . .......................................................................................................................................IAbstract. ................................................................................................................................ II第 1 章 绪论 . ........................................................................................................................ 11.1 选题配景 . ................................................................................................................ 11.2 历程控制的生长历程 . ............................................................................................ 11.3 历程控制计谋与算法的希望 ........................................................................... 2 1.4传统历程控制存在的问题 . .................................................................................... 3第 2 章 A3000 历程控制实验系统及设计方案先容 ......................................................... 42.1 A3000 历程控制实验系统总体架构简介............................................................... 42.1.1 A3000 现场系统特性. .................................................................................... 52.1.2 A3000 上的控制器. ........................................................................................ 62.1.3 通讯面板 . ...................................................................................................... 92.1.4 一般控制器信号毗连和操作 ....................................................................... 92.1.5 面板接线 . ...................................................................................................... 92.2 本设计方案先容 . .................................................................................................. 102.2.1 本设计方案的总体归纳综合 . ....................... 10 2.2.2 本设计方案的详细明................................................................................................... 10第 3 章 方案论证 . .............................................................................................................. 123.1 控制计谋的选择 . .................................................................................................. 123.1.1 控制计谋方案一 . ........................................................................................ 123.1.1.1 模糊控制器的观点 ........................................................................... 123.1.1.2 模糊控制器的优点 ........................................................................... 133.1.1.3 模糊控制器的缺点 ........................................................................... 133.1.1.4 联合本设计分析 . .............................................................................. 133.1.2 控制计谋方案二 . ........................................................................................ 133.1.2.1 串级控制的观点 . .............................................................................. 133.1.2.2 串级控制的优点 . .............................................................................. 143.1.2.3 串级控制的缺点 . .............................................................................. 143.1.2.4 联合本设计分析 . .............................................................................. 143.1.3 控制计谋方案三 . ........................................................................................ 143.1.3.1 PID控制器观点. ................................................................................. 143.1.3.2 PID控制器的优点. ............................................................................. 153.1.3.3 PID控制器的缺点. ............................................................................. 153.1.3.4 联合本设计的分析 ........................................................................... 153.2 控制器的选择 . ...................................................................................................... 163.2.1 控制器的选择方案一 . ................................................................................ 163.2.1.1 DCS的观点 . ....................................................................................... 163.2.1.2 DCS的优点 . ....................................................................................... 163.2.1.3 DCS的缺点 . ....................................................................................... 173.2.1.4 联合本设计分析 . .............................................................................. 173.2.2 控制器的选择方案二 . ................................................................................ 173.2.2.1 软PLC的观点 . ................................................................................... 173.2.2.2 软PLC的优点 . ................................................................................... 173.2.2.3 软PLC的缺点 . ................................................................................... 173.2.2.4 联合本设计分析 . .............................................................................. 183.2.3 控制器的选择方案三 . ................................................................................ 183.2.3.1 PLC的观点 . ........................................................................................ 183.2.3.2 PLC的优点 . ........................................................................................ 183.2.3.3 PLC的缺点 . ............................................ 183.2.3.4 联合本设计分析 .................................................................... 18第 4 章 供配电设计 . .......................................................................................................... 194.1 用电设备选型 . ...................................................................................................... 204.1.1 对水泵的选择 . ............................................................................................. 204.1.2 电动调治阀的选择 . .................................................................................... 204.1.3 直流电源的选择 . ......................................................................................... 214.1.4 压力/液位变送器的选择 . ........................................................................... 224.1.5 接触器的选择 . ............................................................................................ 224.1.6 辅组继电器的选择 . .................................................................................... 224.2 功率统计 . ............................................................................................................... 234.3 电气设备的选择 . ................................................................................................... 234.3.1 水泵电源回路的电气设备的选择 ............................................................. 234.3.2 控制回路的电气设备的选择 ..................................................................... 244.3.3 直流电源回路的电气设备的选择 ............................................................. 254.3.4 电动调治阀电源电气设备的选择 . ... 254.3.5 PC回路的电气设备的选择 .............................................................................. 26第 5 章 控制接线设计 . ...................................................................................................... 275.1 西门子S7-200 PLC CPU226 和EM235 模块先容................................................ 275.1.1 CPU模块外形结构 . ..................................................................................... 275.1.2 模拟量模块的接线 . ..................................................................................... 295.1.3 模拟量I/O的数据花样 . ....................................... 30 5.2 本设计的控制接线 .......................................................................... 30第 6 章 软件流程图和法式设计 . ...................................................................................... 336.1 软件流程图 . ........................................................................................................... 336.1.1 主法式流程图 . ............................................................................................. 336.1.2 中断 0 子法式流程图 . ................................................................................. 366.1.3 中断 1 子法式流程图 . ................................................................................. 366.2 法式设计 . ............................................................................................................... 386.2.1 主法式梯形图: . ......................................................................................... 386.2.2 中断 0 子法式梯形图: . ......................... 42 6.2.3 中断 2 子法式梯形图: .......................................................... 43第 7 章 上位组态设计 . ...................................................................................................... 447.1 新建工程 . .............................................................................................................. 447.2 选择设备及设备设置 . .......................................................................................... 457.3 建设数据库 . .......................................................................................................... 477.4 建设组态动画 . ...................................................................................................... 497.5 组态画面及功效先容 . .......................................................................................... 517.6 制作上位组态需要注意的事项 ........................................................................... 537.6.1 如何修改当前工程的属性 . ..................................... 53 7.6.2 如何备份工程 ............................................................................................... 53第 8 章 总结 . ......................................................................................54双容液位控制系统设计第 1 章 绪论1.1 选题配景历程控制是工业自动化的重要分支。

几十年来,工业历程控制取得了惊人的生长,无论是在大规模的结构庞大的工业生产历程中,还是在传统工业历程革新中,历程控制技术对于提高产物质量以及节约能源等均起着十分重要的作用。1.2 历程控制的生长历程在现代工业控制中, 历程控制技术是一历史较为久远的分支。

在本世纪 30 年月就已有应用。历程控制技术生长至今天, 在控制方式上履历了从人工控制到自动控制两个生长时期。在自动控制时期内,历程控制系统又履历了三个生长阶段, 它们是:疏散控制阶段, 集中控制阶段和集散控制阶段。

从历程控制接纳的理论与技术手段来看,可以大略地把它划为三个阶段:开始到70 年月为第一阶段,70 年月至 90 年月初为第二阶段,90 年月初为第三阶段开始。其中 70 年月既是古典控制应用生长的壮盛时期,又是现代控制应用生长的初期,90年月初既是现代控制应用生长的繁荣时期,又是高级控制生长的初期。

第一阶段是低级阶段,包罗人工控制,以古典控制理论为主要基础,接纳通例气动、液动和电动仪表,对生产历程中的温度、流量、压力和液位举行控制,在诸多控制系统中,以单回路结构、PID 计谋为主,同时针对差别的工具与要求,缔造了一些专门的控制系统,如:使物料按比例配制的比值控制,克服大滞后的 Smith 预估器,克服滋扰的前馈控制和串级控制等等,这阶段的主要任务是稳定系统,实现定值控制。这与其时生产水平是相适应的。第二阶段是生长阶段,以现代控制理论为主要基础,以微型盘算机和高等仪表为工具,对较庞大的工业历程举行控制。这阶段的建模理论、在线辨识和实时控制已突破前期的形式,继而涌现了大量的先进控制系统和高级控制计谋,如克服工具特性时变和情况滋扰等不确定影响的自适应控制,消除因模型失配而发生不良影响的预测控制等。

这阶段的主要任务是克服滋扰和模型变化,满足庞大的工艺要求,提高控制质量。1975 年,世界上第一台疏散控制系统在美国 Honeywell 公司问世,从而揭开了历程控制崭新的一页。疏散控制系统也叫集散控制系统,它综合了盘算机技术、控制技术、通信技术和显示技术,接纳多层分级的结构形式,按总体疏散、治理集中的原则,完成对工业历程的操作、监视、控制。

由于接纳了疏散的结构和冗余等技术,使系统的可靠性极高,再加上硬件方面的开放式框架和软件方面的模块化形式,使得它组态、扩展极为利便,另有众多的控制算法(几十至上百种) 、较好的人—机界面和故障检测陈诉功效。经由 20 多年的生长,它已日臻完善,在众多的控制系统中,显示出出类拔萃的风范,因此,可以绝不夸张地说,疏散控制系统是历程控制生长史上的一个里程碑。第三阶段是高级阶段,现在正在来到。

1.3 历程控制计谋与算法的希望几十年来,历程控制计谋与算法泛起了三种类型:简朴控制、庞大控制与先进控制。通常将单回路 PID 控制称为简朴控制。它一直是历程控制的主要手段。

PID 控制以经典控制理论为基础,主要用频域方法对控制系统举行分析与综合。现在,PID 控制仍然获得广泛应用。在许多 DCS 和 PLC 系统中,均设有 PID 控制算法软件,或PID 控制模块。

从 20 世纪 50 年月开始,历程控制界逐渐生长了串级控制、比值控制、前馈控制、匀称控制和 Smith 预估控制等控制计谋与算法,称之为庞大控制。它们在很大水平上,满足了庞大历程工业的一些特殊控制要求。它们仍然以经典控制理论为基础,可是在结构与应用上各有特色,而且在现在仍在继续革新与生长。

20 世纪 70 年月中后期,泛起了以 DCS 和 PLC 为代表的新型盘算机控制装置,为历程控制提供了强有力的硬件与软件平台。从 20 世纪 80 年月开始,在现代控制理论和人工智能生长的理论基础上,针对工业历程控制自己的非线性、时变性、耦合性和不确定性等特性,提出了许多行之有效的解决方法,如解耦控制、推断控制、预测控制、模糊控制、自适应控制、人工神经网络控制等,常统称为先进历程控制。

近十年来,以专家系统、模糊逻辑、神经网络、遗传算法为主要方法的基于知识的智能处置惩罚方法已经成为历程控制的一种重要技术。先进历程控制方法可以有效地解决那些接纳通例控制效果差,甚至无法控制的庞大工业历程的控制问题。

实践证明,先进历程控制方法能取得更高的控制品质和更大的经济效益,具有辽阔的生长前景。1.4 传统历程控制存在的问题随着人们物质生活水平的提高以及市场竞争的日益猛烈,产物的质量和功效也向更高的档次生长,制造产物的工艺历程变得越来越庞大,为满足优质、高产、低消耗,以及宁静生产、掩护情况等要求,历程控制的任务也愈来愈繁重。这样的生产历程一般具有大惯性、大滞后、时变性、关联性、不确定性和非线性的特点。这里的关联性不仅包罗历程工具中各物理参量之间的耦合交织,而且包罗被控量、操作量和滋扰量之间的联系;不确定性不但指结构上的不确定性,而且还指参数的不确定性;非线性既有非本质的非线性,也有本质非线性。

由于工业历程的这种庞大性,决议了控制的艰难性。第 2 章 A3000 历程控制实验系统及设计方案先容2.1 A3000 历程控制实验系统总体架构简介A3000 测试平台总体物理系统如图 2.1 所示。(控制系统有 30 多种,现场系统可能具有现场总线。

)图 2.1 A3000 测试平台物理系统图 2.2 总体逻辑结构2.1.1 A3000 现场系统特性1. 尺寸:1450(毫米宽度)X700(毫米深度)X1950(毫米高度)。全不锈钢框架。2. 电力:三相接地四线制 380V±10%,单相三线制,220V±10%,3. 能耗:最大额定用电 6kw/h。

自来水 120L,可重复使用。A3000 控制系统特性:1. 尺寸:800(宽度)X60(深度)X1950(高度)。尺度工业机柜。

2. 电力:单相三线制,220V±10%,3. 能耗:最大额定用电 1kw/h。现场系统工艺流程图如图 2.3 所示。图 2.3 系统工艺示意流程图(不含控制系统) 总体的测点清单如表 2.1 所示。

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 热电阻 锅炉水温 Pt100 AI 0~100℃2 TE-102 热电阻 锅炉回水温度 Pt100 AI 0~100℃3 TE-103 热电阻 换热器热水出口水温 Pt100 AI 0~100℃4 TE-104 热电阻 换热器冷水出口水温 Pt100 AI 0~100℃5 TE-105 热电阻 储水箱水温 Pt100 AI 0~100℃6 LSL-105 液位开关 锅炉液位极低联锁 干接点 DI NC7 LSH-106 液位开关 锅炉液位极高联锁 干接点 DI NC8 XV-101 电磁阀 一支路给水切断 光电隔离 DO NC9 XV-102 电磁阀 二支路给水切断 光电隔离 DO NC10 AL-101 告警 光电隔离 DO NC11 FT-101 涡轮流量计 一支路给水流量 4-20mADC AI12 FT-102 电磁流量计 二支路给水流量 4-20mADC AI13 PT-101 压力变送器 给水压力 4-20mADC AI 150kPa14 LT-101 液位变送器 上水箱液位 4-20mADC AI 2.5kPa15 LT-102 液位变送器 中水箱液位 4-20mADC AI 2.5kPa16 LT-103 液位变送器 下水箱液位 4-20mADC AI 2.5kPa17 LT-104 液位变送器 锅炉/中水箱右液位 4-20mADC AI 0~5kPa18 FV-101 电动调治阀 阀位控制 4-20mADC AO 0~100%19 GZ-101 调压模块 锅炉水温控制 4-20mADC AO 0~100%20 U-101 变频器 频率控制 4-20mADC AO 0~100%表 2.1 整体流程测点清单注:所列信号类型为原始信号,在控制柜中 Pt100 经由变送器转换成了 4~20mA。一般两线制信号在 IO 面板上已经毗连了 24V 和 GND,可以根据四线制方式使用。执行机构一般为 2~10V 控制,控制信号经由 500 欧姆采样电阻,被转换成 4-20 毫安控制。

2.1.2 A3000 上的控制器接纳尺度机柜安装控制系统,要求可靠接地。机柜尺寸 800 宽 X600 深 X1900高,单元 mm。如果控制系统均为 24V 供电。则提供 24V 10A开关电源供电, 如果部门控制系统为 220V 供 电,则提供24V5A 开关电源供 电。

图 2.4:控制机柜图 2.5 电源,执行器 IO 面板图 2.6 温度传感器,直流电源 IO 面板这里各个温度接线端子通过温度变送器输出 4~20mA 信号。直流电源提供 24V和 GND 接线端子。图 2.7 压力、液位和流量 IO 面板液位变送器可能有 4个,中水箱右液位和锅炉液位通过三通毗连,可以举行切换,丈量两个测点的液位。

图 2.8 数字量接口和信号切换 IO 面板从前端可见,控制系统包罗一个尺度机柜,标题眉板,单相泄电掩护器,24VDC电压表,IO 面板,多块基本控制系统板,上面安装智能仪表,PLC 等控制系统,还可能包罗一块评分系统面板。通讯板可能提供 RS485 转接,以及 RS485 转以太网。2.1.3 通讯面板通讯面板具有三个串行口。

一般情况下 1#串口毗连智能 PID 控制器,2#串口毗连 ADAM4000 DDC 控制系统。详细操作请参考接线图。

2.1.4 一般控制器信号毗连和操作控制器的信号直接毗连到面板上,再通过插孔和锁紧毗连线毗连到现场系统的 IO 信号面板上。盘算机和控制系统通过 RS232,或者以太网,或者专门的卡件举行联接。2.1.5 面板接线一般控制系统 IO 接口图,如图 1.3.6 所示。

图 2.9 一般控制系统面板图其中,ADAM4000,ADAM5000 的 DOCOM 毗连了 24V,DICOM 毗连 GND。一般情况下,PLC(S7-200,S7-300,ADAM8000,FX2N,SLC500)和 MACS DCS的 DOCOM 毗连了 GND,DICOM 毗连 24V。现场的干接点闭上时,输入为 0,否则为 1。

数字量输出 1 时,外部负载变化。2.2 本设计方案先容2.2.1 本设计方案的总体归纳综合本设计方案是事情流程将两个小型水箱和一个大型储水箱呈垂直放置,通过水泵,把储水箱中的水往上压,流经调治阀,顺着水管注入上水箱。

而上水箱又可以往下水箱注水,下水箱的水又回流到储水箱。在下水箱底部设有压力/液位变送器,PLC读取下水箱液位并运算处置惩罚使之能控制调治阀开启水平的大下,进而控制上水箱的注水量,间接控制了下水箱的液位。本方案设有上位组态监控,能实现现场及远程的切换并控制,亦能实现手/自动控制。

本设计方案可以归纳综合为双容液位液位调治阀 PID 单回路控制系统设计。2.2.2 本设计方案的详细说明上水箱接纳 5 面有机玻璃组成一个上面无盖,底面有孔的长方体。

该长方体长、宽为 0.5 米,高分均为 0.23 米,水箱前面有机玻璃刻有最小刻度为 1 毫米,量程为0.2 米的刻度表。底面圆孔引出一个直径为 5 厘米的有机玻璃圆管,作为出水管。上水箱透视图如图 2.10 所示。

图 2.10:上水箱透视图出水管长 0.3 米。出水管管口设有挡板,通过抽伸挡板就可以调治出水量的巨细,进而可以模拟负载。出水管如图 2.11 所示。

图 2.11 出水管下水箱和上水箱的质料和结构另有尺寸基本上是系统的,唯一差别的地方下水箱底面上对了一个引压孔,用来放置压力/液位变送器的。下水箱底面结构如图 2.12 所示。图 2.12:下水箱底面结构上下水箱距离 0.3 米,下水箱与储水箱距离也是 0.3 米。

对于储水箱没有特殊的要求,只需容积是上水箱的 5 倍,侧面底部设有出水孔,接水泵,上面无盖,利便下水箱注水。水泵的进水口接在储水箱的出水口上,用外径 0.018 米的塑胶水管接。水泵距离储水箱有 0.1 米即可,因为水泵有一定的防水能力。水泵出水口与电动调治阀毗连。

电动调治阀与水泵距离 0.5 米。电动调治阀另一出口引出塑胶水管至上水箱顶部。

下水箱底面的压力/液位变送器的导线接在PLC的模拟量输入模块的AIW0端口。双容液位控制系统设计模拟量输出端口 AQW0 接电动调治阀控制端口,电动调治阀的阀为反馈端口接至模拟量输入端口 AIW2。在离水箱 1 米远处设有一个现场控制箱,将 PLC,开关电源,控制回路等安置进去,在控制箱外貌有控制回路导线上的开启开关,另有指示 4 盏指示灯,两个手动控制水泵启动、停止的按钮,以及一个能选择"LOCAL"或"REMOTE"两个点的选择开关。

从选择控制箱引出 PPI 导线,把 PLC 和 PC 毗连起来,PC 上有组态王软件和本设计的监控画面。系统结构示意图如图 2.13 所示。

图 2.14:系统结构示意图第 3 章 方案论证3.1 控制计谋的选择3.1.1 控制计谋方案一3.1.1.1 模糊控制器的观点界说变量也就是决议法式被视察的状况及思量控制的行动,例如在一般控制问题上,输入变量有输出误差 E 与输出误差之变化率 CE,而控制变量则为下一个状态之输入 U。其中 E、CE、U 统称为模糊变量。模糊化将输入值以适当的比例转换到论域的数值,使用口语化变量来形貌丈量物理量的历程,依适合的语言值求该值相对之隶属度,此口语化变量我们称之为模糊子荟萃。

知识库包罗数据库与规则库两部门,其中数据库是提供处置惩罚模糊数据之相关界说;而规则库则藉由一群语言控制规则形貌控制目的和计谋。逻辑判断模拟人类下判断时的模糊观点,运用模糊逻辑和模糊推论法举行推论,而获得模糊控制讯号。此部门是模糊控制器的精髓所在。解模糊化将推论所获得的模糊值转换为明确的控制讯号,做为系统的输入值。

3.1.1.2 模糊控制器的优点模糊控制是建设在人工履历基础之上,无需知道控制工具的数学模型,它接纳语言变量来形貌系统特征,并依据系统的动态信息和模糊控制规则举行推理以获得合适的控制量,具有对参数变化不敏感和鲁棒性强等特点, 使用于过于庞大或难以准确形貌的系统。3.1.1.3 模糊控制器的缺点控制规则的泉源比力难题,模糊控制规则的型式十分庞大,变量选择与论域支解需要长时间的培训才气掌握。对于隶属度函数的取得十分繁琐。3.1.1.4 联合本设计分析本设计是一个十分简朴的系统,变量很少,只对换节阀举行控制,且能用简朴的数学模型来形貌系统的特征。

因此,纵观模糊控制器有控制准确度高,参数变化不敏感和鲁棒性强等特点,可是实现以来过于庞大,可维护性不高,所以本设计不接纳模糊控制作为系统的控制计谋。3.1.2 控制计谋方案二3.1.2.1 串级控制的观点串级控制系统接纳两套检测变送器和两个调治器,前一个调治器的输出作为后一个调治器的设定,后一个调治器的输出送往调治阀。

前一个调治器称为主调治器,它所检测和控制的变量称主变量(主被控参数),即工艺控制指标;后一个调治器称为副调治器,它所检测和控制的变量称副变量(副被控参数),是为了稳定主变量而引入的辅助变量。整个系统包罗两个控制回路,主回路和副回路。副回路由副变量检测变送、副调治器、调治阀和副历程组成;主回路由主变量检测变送、主调治器、副调治器、调治阀、副历程和主历程组成。

一次扰动:作用在主被控历程上的,而不包罗在副回路规模内的扰动。二次扰动:作用在副被控历程上的,即包罗在副回路规模内的扰动。3.1.2.2 串级控制的优点改善了历程的动态特性,提高了系统控制质量。

能迅速克服进入副回路的二次扰动。提高了系统的事情频率。对负荷变化的适应性较强。

应用于容量滞后较大的历程应用于纯时延较大的历程。应用于扰动变化猛烈而且幅度大的历程。应用于参数相互关联的历程。应用于非线性历程。

3.1.2.3 串级控制的缺点串级控制器设计需要主参数的选择和主回路的设计和副参数的选择和副回路的设计,设计历程比力有难度。主、副回路必须匹配,否则系统事情不稳定或者不能事情。3.1.2.4 联合本设计分析串级控制器越发适用于:用于克服被控历程较大的容量滞后;用于克服被控历程的纯滞后;用于抑制变化猛烈幅度较大的扰动;用于克服被控历程的非线性。

本设计只是一个简朴的反馈控制系统,没有被控历程较大的容量滞后,没有幅度较大的扰动,且被控历程是线性的,因此串级控制虽有诸多优点,可是由于控制本系统,需要设计两个回路,比力繁琐,不值当。3.1.3 控制计谋方案三3.1.3.1 PID 控制器观点PID 控制器由比例单元(P)、积分单元(I)和微分单元(D)组成。其输入 e (t)与输出 u (t)的关系为u(t)=Kp(e((t)+1/Ti∫e(t)dt+Td·de(t)/dt)式中积分的上下限划分是 0 和 t,因此它的通报函数为:G(s)=U(s)/E(s)=Kp(1+1/(Ti·s)+Td·s)其中 kp 为比例系数;TI 为积分时间常数;TD 为微分时间常数。

3.1.3.2 PID 控制器的优点它由于用途广泛、使用灵活,已有系列化产物,使用中只需设定三个参数(Kp,Ti 和 Td)即可。在许多情况下,并纷歧定需要全部三个单元,可以取其中的一到两个单元,但比例控制单元是必不行少的。

首先,PID 应用规模广。虽然许多工业历程是非线性或时变的,但通过对其简化可以酿成基本线性和动态特性不随时间变化的系统,这样 PID 就可控制了。

其次,PID 参数较易整定。也就是,PID 参数 Kp,Ti 和Td 可以凭据历程的动态特性实时整定。

如果历程的动态特性变化,例如可能由负载的变化引起系统动态特性变化,PID 参数就可以重新整定。3.1.3.3 PID 控制器的缺点如果自整定要以模型为基础,为了 PID 参数的重新整定在线寻找和保持好历程模型是较难的。

闭环事情时,要求在历程中插入一个测试信号。这个方法会引起扰动,所以基于模型的 PID 参数自整定在工业应用不是太好。如果自整定是基于控制律的,经常难以把由负载滋扰引起的影响和历程动态特性变化引起的影响区离开来,因此受到滋扰的影响控制器会发生超调,发生一个不须要的自适应转换。另外,由于基于控制律的系统没有成熟的稳定性分析方法,参数整定可靠与否存在许多问题。

因此,许多自身整定参数的 PID 控制器经常事情在自动整定模式而不是一连的自身整定模式。自动整定通常是指凭据开环状态确定的简朴历程模型自动盘算 PID 参数。

PID 在控制非线性、时变、耦合及参数和结构不确定的庞大历程时,事情地不是太好。最重要的是,如果 PID 控制器不能控制庞大历程,无论怎么调参数都没用。3.1.3.4 联合本设计的分析PID 控制器应用灵活、广泛,对于小型简朴的系统尤其适用。

本设计的系统十分简朴,变量很少,能用简朴的数学模型形貌,且不需要参数自整定,控制器设计也简朴,容易实现。PID 控制器应用与本设计会获得快速,准确,稳定,有效的控制。

3.2 控制器的选择3.2.1 控制器的选择方案一3.2.1.1 DCS 的观点DCS 是漫衍式控制系统的英文缩写是 Distributed Control System,在海内自控行业又称之为集散控制系统。它是在集中式控制系统的基础上生长、演变而来的。它是一个由历程控制级和历程监控级组成的以通信网络为纽带的多级盘算机系统,综合了盘算机,通信、显示和控制等 4C 技术,其基本思想是疏散控制、集中操作、分级治理、设置灵活以及组态利便。

在系统功效方面,DCS 和集中式控制系统的区别不大,但在系统功效的实现方法上却完全差别。3.2.1.2 DCS 的优点高可靠性 由于 DCS 将系统控制功效疏散在各台盘算机上实现,系统结构接纳容错设计,因此某一台盘算机泛起的故障不会导致系统其它功效的丧失。

此外,由于系统中各台盘算机所负担的任务比力单一,可以针对需要实现的功效接纳具有特定结构和软件的专用盘算机,从而使系统中每台盘算机的可靠性也获得提高。开放性 DCS 接纳开放式、尺度化、模块化和系列化设计,系统中各台盘算机接纳局域网方式通信,实现信息传输,当需要改变或扩充系统功效时,可将新增盘算机利便地连入系统通信网络或从网络中卸下,险些不影响系统其他盘算机的事情。灵活性 通过组态软件凭据差别的流程应用工具举行软硬件组态,即确定丈量与控制信号及相互间毗连关系、从控制算法库选择适用的控制纪律以及从图形库挪用基本图形组成所需的种种监控和报警画面,从而利便地组成所需的控制系统。

易于维护 功效单一的小型或微型专用盘算机,具有维护简朴、利便的特点,当某一局部或某个盘算机泛起故障时,可以在不影响整个系统运行的情况下在线更换,迅速清除故障。协调性 各事情站之间通过通信网络传送种种数据,整个系统信息共享,协调事情,以完成控制系统的总体功效和优化处置惩罚。

控制功效齐全 控制算法富厚,集一连控制、顺序控制和批处置惩罚控制于一体,可实现串级、前馈、解耦、自适应和预测控制等先进控制,并可利便地加入所需的特殊控制算法。3.2.1.3 DCS 的缺点价钱过于昂贵,应用大型,庞大的控制系统中更能体现他的价值。对使用情况要求较严格。

性价比不高。3.2.1.4 联合本设计分析本设计只有 2 个输入数字量,4 个输出数字量,2 个输入模拟量,1 个输出模拟量,应选择性能指标切合,性价比高的控制器。3.2.2 控制器的选择方案二3.2.2.1 软 PLC 的观点软 PLC 基于 PC 机,建设在一定操作系统平台之上,通过软件方法实现传统 PLC的盘算、控制、存储以及编程等功效,通过 IO 模块以及现场总线等物理设备完成现场数据的收罗以及信号的输出。

3.2.2.2 软 PLC 的优点体现了 IPC,PLC 和 DOC 先进技术的集成。可充实使用 PC 平台上的硬件和软件资源,使控制系统更具特色。系统更开放,应用更利便。

软件 PLC 通过自己开发工具提供的 OPC 功效和 Active 控件,既可毗连 Office 软件,也可毗连用 VB,VC 开发的软件。基于 PC+现场总线+漫衍式 IO 的控制系统简化了庞大控制系统的体系结构,提高了通信效率和速度,降低了投资成本。PC 机厂家的猛烈竞争使得基于 PC机的软 PLC 的性价比得以提高。3.2.2.3 软 PLC 的缺点只管软 PLC 技术具有很大的生长潜力,可是这项技术的实现需要解决一些重要的问题。

其中主要是以 PC 为基础的控制引擎的实时性问题。软 PLC 首选的操作系统是 WindowsNT,可是它并不是一个硬实时的操作系统。传统 PLC 具有硬实时性,正因为如此它才气提供快速、确定而且可重复的响应。而要让 WindowsNT 具有硬实时性,必须对它举行扩展,使得 PC 的控制任务具有最高的优先级,不因为 NT 的系统功效和用户法式的挪用而被抢占。

现在,我们可以通过一些方法将实时性能加入到NT 系统中去。好比,修改 NT 的硬件抽象层,或者 NT 与一种经由实用验证的硬实时操作系统组合。

另外,WindowsCE 等操作系统具有了 NT 在硬实时性方面所不具备的特性。在实际开发中也可使用其他的操作系统作为平台。3.2.2.4 联合本设计分析本设计需要每隔 100ms 接纳数据并处置惩罚数据。软 PLC 不具有硬实时性,不能提供快速、确定而且可重复的响应。

实现本设计要求较难题。3.2.3 控制器的选择方案三3.2.3.1 PLC 的观点可编程控制器是盘算机家族中的一员,是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller),简称 PLC,它主要用来取代继电器实现逻辑控制。随着技术的生长,这种装置的功效已经大大凌驾了逻辑控制的规模,因此,今天这种装置称作可编程控制器,简称 PC。

可是为了制止与小我私家盘算机(Personal Computer)的简称混淆,所以将可编程控制器简称 PLC。3.2.3.2 PLC 的优点体积小,操作轻便,可维护性高。

具备实时性,能提供快速、确定而且可重复的响应。指令集简朴,容易培训和掌握。性价比很高,生产厂家众多,零配件渠道广泛。

已经成为市场的主流,该方面技术人才众多。3.2.3.3 PLC 的缺点系统结构未接纳容错设计,控制集中,可靠行不高;硬件体系结构关闭,不够开放;功效比力单一;指令集是牢固的,未便于在实际工业应用中界说算法。

3.2.3.4 联合本设计分析现在市场上,PLC 的品牌和产物众多,如松下,西门子,三菱,欧姆龙,台达,富士,施耐德,ABB 等。单就西门子生产的 PLC 而言,其 S7 系列有 S7-200 系列,S7-300 系列,S7-400 系列等。单就 S7-200 系列而言,又有 CPU 221,CPU222,CPU224,CPU226 等。

首先,本设计点数较少,S7-200 系列完全能够胜任,接纳 S7-300 系列甚至S7-400 系列则完全浪费。然而,本设计涉及到模拟量的操作,单个 CPU 是没有模拟量端口的,必须扩展,而 CPU221 是不具备扩展能力的,则不选择。

在剩下的型号中,本设计选择了 CPU 226 模块和 EM235 模块。由于 EM235 模块具有 4 路模拟量输入,1 路模拟量输出,则切合要求。

对于CPU226 模块的选择,是因为 CPU226 在 CPU22x 系列中数字量最多,而 CPU22x的价钱相对比力靠近,性格比力高,且利便以后选择点数的增多。第 4 章 供配电设计4.1 用电设备选型4.1.1 对水泵的选择本设计中流体介质为水,比重为 1,无毒,无腐蚀性,介质温度为 0~100℃,所需流量 0~3000L/H,所需最小扬程 3M。凭据设计所需选择水泵型号为 S18WG—18,为上海新西山实业有限公司生产。

最大流量 38 升/分,最高扬程 18 米,收支口管径 18 毫米。实物如图 4.1 所示。图 4.1:S18WG—18 型水泵该水泵的电机为单相电容运转异步电念头,输入功率 260W,输出功率 120W,额定电压 220V,额定电流为 1.2A,功率因数为 0.67(凭据该同类电机查手册得)。4.1.2 电动调治阀的选择本设计由于系统比力小,选择的是一台体积相对也小巧的电动调治阀。

图 4.2: ZD(R)SJP 型精小型电动调治阀该调治阀为 ZD(R)SJP 型精小型电动调治阀,实物照片如图 4.2 所示。由海内著名的川沪公司生产,接纳顶部导向结构,由 3810 系列(或者 PSL 系列)电动执行器和精小型调治阀体组成,内含饲服功效,接受统一的 4-20mA 或 1-5V·DC 的尺度信号,将电流信号转酿成相对应的直线位移,自动地控制调治阀开 度,到达对管道内流体的压力、流量、温度、液位等工艺参数的一连调治。

精小型电动调治阀具有结构紧凑、重量轻、行动敏捷、阀容量大、流量特性准确、拆装利便等优点。精小型电动调治阀广 泛应用于准确控制气体、液体、蒸汽等介质,工艺参数加如压力、流量、温度、液位保持在给定值。特别适用于允许压差小,而允许泄漏量也较小压差不大的事情场所。该调治阀性能指标公称通径:DN20;公称压力:PN1.6;法兰尺度:GB/T9113、JB/T79;电源电压:220V/50Hz;功率:220W;输入输入信号:4-20mA 直流电或1-5V 直流电,本设计选用的是4-20mA 直流电流信号;输出信号:4-20mA 直流电;体积为0.1·0.1·0.3立方米;防护品级:相当 IP55;隔爆标志:ExdⅡBT4;手操功效:手柄;情况温度:-25~+70℃;情况湿度:≤95%。

凭据推算,该电动调治阀导线上的最大事情电流为1A。4.1.3 直流电源的选择由于系统电源进线为 220V 的交流电, PLC CPU 226 模块,EM 235 模块和液位变送器的事情电源均为 24V 直流电,所以需要一台将 220V 交流转换 24V 直流电的且至少有三路直流电输出的开关电源。其中,CPU 226 模块空载功率为 17W,在毗连上 4 个交直流中间继电器(???每其中间继电器线圈吸合功率为 7W)后实际最大用电功率为 45W。

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EM 235 模块用电功率为 8W,压力/液位变送器用电功率为 5W。所以需要的直流电源输出功率最少要有(17W+7W·4+8W+5W)58W。

所以我选择的巨力实业生产的 S-100-24 开关电源。实物照片如图 4.3 所示。图 4.3:巨力实业产的 S-100-24S-100-24 开关电源的性能指标如表 4.1 所示。

100-120VAC 1.9A 输入200-240VAC 0.8A 输出 24VDC 4.5A表 4.1:S-100-24 开关电源的性能指标4.1.4 压力/液位变送器的选择本设计的液位检测是由压力变送器完成的,本设计没有设置专门的液位传感起。运用压力变送器的事情原理是将压力变送器的感应接口与下水箱的底部同一水平用软管毗连,形成联通器效应,保持同一水平的原因是让下水箱底部的压力和压力变送器感应接口压力相同。本设计所需丈量的液位高度为 0.3 米,最大压强为(3kpa+1个大气压)103kpa。本设计选择的压力变送器为福州福光百特自动化设备有限公司生产的型号为FB0803CE2R。

供电电压为 24V 直流,功率为 5W,最大事情压力为 225kpa,量程为0-150kpa,输出为 4 到 20mA 直流电,精度为 0.25 级。4.1.5 接触器的选择本设计在水泵控制回路中设有交流接触器 KM,用来实现水泵的远程运行,停止的控制。本设计选择的水泵的事情电源为 220VAC,所以需要一台事情电源 220VAC及以上,线圈事情电压为 220VAC 的交流接触器。

本设计选择的交流接触器为 BLJ交流接触器。其性能指标如表 4.2 所示。

事情电压 事情电流 线圈电源 线圈吸合功率220VAC,50Hz 20A 220AV,50Hz 25W表 4.2:BLJ 交流接触器4.1.6 辅组继电器的选择本设计中,为了控制回路的和信号的通报,设置了 6 个辅组继电器 KA,其中 2个的电磁线圈控制回路中( KA2,KA3 ), 4 个的电磁线圈在 PLC 接线上(KA1,KA4,KA5,KA6)。由于控制回路的事情电压为 22VAC,PLC 的负载电压为24VDC,所以选择了 JZ14-11JZ/0 型交直流中间继电器。JZ14-11JZ/0 型交直流中间继电器的性能指标如表 4.3 所示。

型号 线圈电压 线圈吸合功率 线圈吸适时间JZ14-11JZ/0 AC:36、127、220、380 DC:24、48、110、220AC:10VA DC:7W ≤0.5S表 4.3:JZ14-11JZ/0 型交直流中间继电器的性能指标4.2 功率统计下表 4.4 为本设计中各项用电设备的最大使用功率统计。项目 用电功率(W) 水泵 260 电动调治阀 220 直流电源 176 PLC(CPU 226 和 EM 235) 53 压力/液位变送器 5 接触器 25 辅组继电器 7·2+10·4=68 PC 500表 4.4:各项用电设备功率统计4.3 电气设备的选择本设计电气设备的选择主要思量断路器(空气开关),熔断器和导线的选择。为了利便盘算,将本设计的电路分为下面 4 部门,划分为水泵电源回路,控制回路,直流电源回路和 PC 电源回路。

4.3.1 水泵电源回路的电气设备的选择图 4.4:水泵电源回路水泵电源回路中,事情电源电压为 220VAC,最大事情电流为 1.76A。选择的空气开关的事情电压为 220V,能蒙受的电流至少要打到 1.76A,所以选择德力西型号为 1P16A 的空气开关。

实物照片如图 4.5 所示。图 4.5:德力西空气开关 1P16A熔断器由熔断器支持件和熔断体组合而成,熔断器因内设置的熔断体(亦称保险管),根据最大负事情电流的 1.5 至 2 倍原则选择熔断器,则选择熔断电流 3A 玻璃保险管和德力西产的熔断器支持件 RT14-20 组成的熔断器。实物照片如图 4.6 所示。图 4.6:玻璃保险管(左)和德力西产的熔断器支持件(右)对于该回路电流是选择是按长时允许电流选择导线截面,选择 TJ-4 无氧铜导线。

4.3.2 控制回路的电气设备的选择图 4.7:控制回路 项目 功率(W)指示灯·4 10·4 接触器线圈·1 25 中间继电器·2 10·2 统计 85表 4.5:控制回路的功率统计则本回路的最大事情电流为 0.38A,所以选择德力西型号为 1P16A 的空气开关也适用。同一型号采购数量的增加会降低每个的采购成本。选择由德力西产的熔断器RT14-20 支持件和熔断电流为 1A 的玻璃保险管组成的熔断器。

导线选择为 TJ-4 无氧铜导线。4.3.3 直流电源回路的电气设备的选择图 4.8:直流电源回路本回路的最大用电功率为 58W,本回路的最大事情电流为 0.26A,所以选择德力西型号为 1P16A 的空气开关同样适用。同一型号采购数量的增加会降低每个的采购成本。

选择由德力西产的熔断器 RT14-20 支持件和熔断电流为 0.5A 的玻璃保险管组成的熔断器。导线选择为 TJ-4 无氧铜导线。

4.3.4 电动调治阀电源电气设备的选择图 4.9:电动调治阀电源回路本回路的最大用电功率为 220W,本回路的最大事情电流为 1A,所以选择德力西型号为 1P16A 的空气开关同样适用。同一型号采购数量的增加会降低每个的采购成本。选择由德力西产的熔断器 RT14-20 支持件和熔断电流为 2A 的玻璃保险管组成的熔断器。

导线选择为 TJ-4 无氧铜导线。4.3.5 PC 回路的电气设备的选择图 4.10:PC 电源回路本回路的最大用电功率为 500W,本回路的最大事情电流为 2.27A,所以选择德力西型号为 1P16A 的空气开关同样适用。同一型号采购数量的增加会降低每个的采购成本。

选择由德力西产的熔断器 RT14-20 支持件和熔断电流为 4A 的玻璃保险管组成的熔断器。导线选择为 TJ-4 无氧铜导线。第 5 章 控制接线设计5.1 西门子 S7-200 PLC CPU226 和 EM235 模块先容S7-200 系列 PLC 的 CPU 模块有两个子系列,即 CPU21X 和 CPU22X。

现在市场上 CPU22X 系列 PLC 已经取代了第一代 CPU21X 系列,并成为市场的主流的产物。5.1.1 CPU 模块外形结构S7-200 系列 PLC 的 CPU22X 系列主要有 CPU221、CPU222、CPU224、CPU224、XP、CPU226 等型号,其外形结构基本系统,如图 5.1 所示。

图 5.1:S7-200 系列 PLC CPU 模块外形结构图(1)输入/输出端子:CPU 模块上集成了部门 I/O 端子,划分为于模块的上端和下端。打开上、下端盖板,即可看到接线端子排,其中上端排为输出端子和 PLC 电源端子,下端子排为输入端子。为接线利便,高端的 CPU 模块(CPU224 以上)接纳可拔插式端子。(2)系统状态 LED 指示:用于指示 PLC 当前事情状态(RUN 或 STOP),以及系统故障与诊断(SF/DIAG).(3)I/O 点 LED 指示:为利便查询,CPU 模块上的每个 I/O 点均设有 LED 指示灯,以显示其当前状态。

指示灯划分位于上盖板的下部和下盖板的上部。(4)事情方式选择开头及扩展端口:位于 CPU 模块右端盖板下,包罗方式选择开关、模拟电位器和扩展端口。拨动事情方式选择开关可设置 PLC 的事情方式。

RUN 为运行方式;STOP 为停止运行方式,也称为编程方式;TERM 为终端方式,允许由编程软件来控制 PLC 的事情双容液位控制系统设计方式。每一个模拟电位器均与 PLC 内部的一个特殊功效寄存器(SMB28、SMB29)相对应,旋转电位器可改变寄存器的值。扩展端口用于 I/O 模块的扩展毗连。

(5)通信口:S7-200 系列 PLC 的 CPU 模块上均配有一个或两个 RS-485T 通信接口,可与编程器、盘算机或其他通信设备毗连,举行数据交流。(6)可选卡件插槽:如插入存储卡,则可对 PLC 的存储器容量举行扩展,还可插入实时时钟卡,电池卡等。

性能指标 CPU226 外形尺寸 196x80x62 端子可拆卸 是存储器 用户法式 16384 字节 用户数据 掉电保持 10240 字节I/O 数字量 I/O 24/16 模拟量 I/O 无数字量 I/O 映像区 128 入/128 出模拟量 I/O 映像区 32 入/32 出 最大允许扩展模块 7 脉冲捕捉输入 24 脉冲输出 2主要内部元件 辅助继电器 M 256 定时器/计数器 256/256 状态寄存器 S 256 高速计数器 6通例性能 定时中断 2(1-255ms) 边缘中断 4 个上升沿/4 个下降沿 模拟电位器 2(8bit)布尔量运算速度 0.22us/指令 口令掩护 有通信功效 通信口 2 通信协议 9.6,19.2,187.5kb/s 最大主站数 32表 5.1:CPU226 的主要技术性能指标图 5.2:CPU226 DC/DC/DC 端子接线图5.1.2 模拟量模块的接线如图 5.3 所示,图中的 L+和 M 端为电源端。上部端子为 4 路模拟输入端,划分由A、B、C、D 标注,可划分接入尺度电压和电流信号。为电压输入时(如 A 口),电压信号的正极接入 A+端,负极接入 A-端,RA 端悬空。

为电流输入时(如 B 口),须将 RB 与 B+端短接,然后与电流信号的输出端相连,电流信号输入端则与 B-相连。若 4 个接口未全部使用(如 C 口),则应将未用的接口用导线短接,以免受到外部滋扰。下部端子为 1 路模拟量输出端,有 3 个接线端子 MO、VO、IO,其中,MO 为数字接地接口,VO 为电压输出接口,IO 为电流输出接口,若为电压负载,则将负载接入 MO、VO 接口;若为电流负载,则接入 MO、IO 接口。图 5.3:EM235 模块的端子接线图5.1.3 模拟量 I/O 的数据花样对单极性输入花样,MSB 位为符号位,0 表现正数,底 3 位无效,A/D 转换的数据值每变化 1 个单元相当于 I/O 数据字的值变化 8 个单元。

对双极性输入花样,低 4位无效,A/D 转换的数据值每变化 1 个单元相当于 I/O 数据字的值变化 16 个单元。数字量到模拟量的转化时,12 位数据的数据花样是左对齐,最高有效位 MSB 为符号,0 表现正数,电流输出数据花样的低 3 位和电压输出数据花样的低 4 位不影响输出信号的值。

5.2 本设计的控制接线图 5.4:控制接线部门一如图 5.4 所示,这部门控制接线的设计的作用主要是对水泵电机的控制等以及状态检测和报警等。FR 的触点与 KA3 的线圈串联的事情原理是:当水泵电机上的 FR 线圈通电,使FR 触点接触,使得 KA3 的线圈通电,KA3 的触点接在 CPU 模块的 I0.0 上,让 PLC检测到水泵电机过热,通历程序下令让水泵停止事情,并报警。KA4 与灯 L2 串联的作用是:PLC 的 Q0.1 与 KA4 的线圈相连,当灯 L2 点亮意为压力/液位变送器在系统事情前检测通过。

灯 L3 和灯 L4 的作用和灯 L2 的作用很相似。灯 L3 点亮意为调治阀已经全部打开。

灯 L4 闪烁意为等候用户将选择开关打到"REMOTE",灯 L4 点亮意为用户已经将选择开关打打到"REMOTE"。按钮 SB1 的作用是当系统失效时,可以认为强制将水泵关闭。

选择开关 SA 的作用是可以选择现场还是远程控制水泵运行。KA1 是远程控制水泵的触点。

KM 是控制水泵接触器的线圈。KM 的触点能将按钮 SB2 锁住,使得用户不必长按按钮 SB2 就可以让水泵运行。KA2 是用来检测"REMOTE"模式的线圈。

灯 L1 会和 KA 线圈同时通电,用来表现水泵运行状态。图 5.5:控制接线部门二:CPU 模块接线如图 5.5 所示,Q0.3 与 KA6 线圈毗连的作用是使灯 L4 点亮,意为用户已经将选择开关打打到"REMOTE"。

Q0.2 与 KA5 线圈及 Q0.1 与 KA4 线圈毗连的作用和 Q0.3 与 KA6 线圈毗连的作用十分相似。划分使灯 L3 和灯 L2 点亮,KA2 触点和 KA3 触点详细意义在控制接线部门一已先容。

图 5.6:控制接线部门三:EM235 接线如图 5.6 所示,MO,IO 端口输出调治阀的控制电流,4 到 20mA。A+,A-端口输入压力/液位变送器的液位检测电流,4 到 20mA。由于压力/液位变送器输出的是电流信号,所以 RA 与 A+短接。B+,B-端口输入调治阀的当前阀位反馈电流信号,4 到 20mA,RB 与 B+也必须短接,原因同上。

C+与 C-要短接是液位 C 端口未被使用,为使 EM235 模块不受滋扰。D+与 D-短接的原因也一样,也为的使 EM235 模块不受滋扰。第 6 章 软件流程图和法式设计6.1 软件流程图6.1.1 主法式流程图此处将中断事件 0 设为中断 0,该中断事件为水泵的热继电器响应,使得 KA3的线圈也德电,并让 I0.0 有数字量为"1"的输入。

该中断优先级最高。此处将中断事件 10 设为中断 1,该中断事件是一个定时中断,为每距离 100ms自动响应一次,预防执行一次从压力/液位变送器读取数据转化后存入 PID 的 PV 中的操作,和凭据数据变化 PLC 内的 PID 控制器执行一次运算的操作,以及将 PID 的MV 数值转化后附给模拟量输出端口,让调治阀按要求事情的操作。

此处的操作是对 PID 控制器举行初始化,设 PID 的 SP 为 0.3,即对寄存器 VD104存入实数 0.3。此处的操作是设 PID 的 P 为 2.0,即对寄存器 VD112 存入实数 2.0。

此处的操作是设置 PID 的采样时间为 100ms,即对寄存器 VD116 存入实数 0.1。此处的操作是设 PID 的 I 为 1.0,即对寄存器 VD120 存入实数 1.0。此处的操作是设 PID 的 D 为 0.0,即对寄存器 VD124 存入实数 0.0。

此处的操作是先让 PLC 读取压力/液位变送器当前的液位数值,存入到 VW200中,如果该数值在 6400 到 32000 内,则检测正常,否则就报警,同时压力/液位变送器故障。首先我们要明确的是当调治阀关闭或者开启水平很小就让水泵运行,水泵此时会负载很大,最水泵有严重的伤害,可能会烧毁水泵。

所以在系统自动运行前一定要让调治阀打开,此处的操作是先判断调治阀是否开到最大,是则往执行下一个指令;否,则将对 AQW0 端口(调治阀控制电流输出端口)附给 32000(数值量为 32000,对应的电流值为 20mA,意为最大值)。此处的操作是判断用户是否将选择开关 SA 打到"REMOTE"处,如果没有,则L4 说连续闪烁,而不执行下一步指令,知道用户将选择开关打到"REMOTE"为止。

当用户打到"REMOTE"端时灯 L4 会连续电亮。此处的作用是当组态软件单击"自动"按钮时,系统会自动控制调治阀;当单击"手动"时,组态软件会弹出一个对话框,让用户输入需要开启调治阀的百分比。不操作,则默认为自动控制调治阀。6.1.2 中断 0 子法式流程图此处为中断响应,该中断的作用是停止水泵或停止继续给水泵供电,制止事故发生,该中断优先级最高6.1.3 中断 1 子法式流程图PLC 读取 AIW0 的数值量是 16 位的,而下面转化为实数是 32 位的,所以先将转化数据,把该数据存入 AC0,会自动生 32 位数据而不改变原数值的巨细。

把 AC0 减去 6400 再存回 AC0,该处为双整型的减法盘算。把 AC0 的数值按浮点数盘算除以 25600 获得 0 到 1 之间是实数存入 VD424。此处操作就是让 PID 的 PV 获得适才运算实数。

PID 控制会凭据给定的参数处置惩罚运算。经由 PID 控制器运算获得的 MV 先存在寄存器 VD416 中。

先把该实数乘以 25600 获得一个 0 到 25600 之间的数值量,存入 AC1。由于控制调治阀的数值量是 16 位的数据,而计数器 AC1 经由适才的盘算为一个32 位的数据了,需要转化为 16 位的数据才气举行接下来的操作。如果将 AC1 的数据直接附给 AQW0 会泛起编译错误,需要先"寄存"在一个 1个字的空间里再附给 AQW0。

6.2 法式设计本设计接纳 PLC 作为历程系统控制器,该 PLC 型号为西门子 S7-200 PLC,其CPU 型号为 226,法式的编写软件为 V4.0 STEP 7 MicroWIN SP3。设计法式梯形图如下:6.2.1 主法式梯形图:网络 1:注释(中断 0 初始化:中断事件 0)网络 2:注释(中断 1 初始化:中断事件 10)网络 3:双容液位控制系统设计注释(PID 初始化)网络 4:注释(压力/液位便送器检测: 读取 AIW0 的值存入 VW200)网络 5:注释(压力/液位便送器检测:读取值小于 6400 或大于 32000 为故障,灯 L2 闪烁,5秒计时器打开)网络 6:注释(压力/液位便送器检测:5 秒计时到,停止闪烁,法式停止) 网络7:注释(压力/液位便送器检测:读取值在 6400 到 32000 内,压力/液位便送器检测通过,L2 常亮)网络 8:注释(当前阀位判断是否全开:读取阀位)网络 9:注释(当前阀位判断是否全开:未全开,控制调治阀开到最大)网络 10:注释(当前阀位判断是否全开:全开,灯 L3 常亮)网络 11:注释(灯 L4 闪烁,看待选择开关打到'REMOTE',即 I0.1) 网络12:注释(是否自动控制调治阀:0 为自动)网络 13:注释(是否自动控制调治阀:1 为自动)网络 14:注释(判断是否为自动控制调治阀:0 为自动,1 为手动)6.2.2 中断 0 子法式梯形图:网络 1:注释(灯 L2,L3,L4 闪烁)网络 2:注释(开 5 秒计时器)网络 3:注释(5 秒时间到,停止闪烁,法式停止)6.2.3 中断 2 子法式梯形图:网络 1:注释(把读取液位的数值量转化为实数)网络 2:注释(PID 盘算)网络 3:注释(把效果 PID 盘算的 MV 实数型数据转化为数值量并输出)第 7 章 上位组态设计7.1 新建工程组态软件,又称组态监控软件系统软件。它是指一些数据收罗与历程控制的专用软件。

它们处在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发情况,使用灵活的组态方式,为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功效的、通用条理的软件工具。组态软件的应用领域很广,可以应用于电力系统、给水系统、石油、化工等领域的数据收罗与监视控制以及历程控制等诸多领域。在电力系统以及电气化铁道上又称远动系统。

本设计用组态王 6.53 作上位组态软件。要建设新的组态王工程,请首先为工程指定事情目录(或称"工程路径")。

"组态王"用事情目录标识工程,差别的工程应置于差别的目录。事情目录下的文件由"组态王"自动治理。如图 7.1 所示。图 7.1:工程治理器对话框组态王把那些需要与之交流数据的设备或法式都作为外部设备。

外部设备包罗:下位机(PLC、仪表、模块、板卡、变频器等),它们一般通过串行口和上位机交流数据;其他 Windows 应用法式,它们之间一般通过 DDE 交流数据;外部设备还包罗网络上的其他盘算机。7.2 选择设备及设备设置只有在界说了外部设备之后,组态王才气通过 I/O 变量和它们交流数据。

为利便界说外部设备,组态王设计了"设备设置向导"引导用户一步步完成设备的毗连。在最左边的菜单栏上点击"系统"按钮,再在"设备"栏上选择"COM1",单击新建,泛起如下的"设备设置向导"对话框。如图 7.2 所示。

本设计,我选用的控制器是西门子的 S7-200PLC,所以在"设备设置向导"对话框中选择"设备驱动">"PLC">"西门子">"S7-200 系列">"PPI"。泛起的效果如下,再选择"下一步"。

如图 7.3 所示。图 7.2:设备设置向导——生产厂家、设备名称、通讯方式对话框 1图 7.3:设备设置向导——生产厂家、设备名称、通讯方式对话框 2泛起"设备设置向导——逻辑名称"对话框,在"请给要安装的设备指定唯一的名称"的文本输入栏目中输入给下位机起的名字,凭据本设计,我给下位机起的名字叫"S7_200PLC"。单击"下一步"后泛起"设备设置向导——选择串口号"对话框,由于是在"COM1"下新建的设备设置,所以本设计选择的是"COM1"串口。

在接下来的对话框中需要输入地址"2",恢复时间距离"30"秒,最长恢复时间该文档是极速PDF编辑器生成,"24"小时的操作获得如下"设备设置向导——信息总结"对话框。如图 7.4 所示。图 7.4:设备设置向导——信息总结对话框单击"完成"后算是新建完成设备设置了。7.3 建设数据库数据库是"组态王"软件的焦点部门,工业现场的生产状况要以动画的形式反映在屏幕上,操作者在盘算机前公布的指令也要迅速送达生产现场,所有这一切都是以实时数据库为中介环节,所以说数据库是联系上位机和下位机的桥梁。

在 TouchVew运行时,它含有全部数据变量的当前值。变量在画面制作系统组态王画面开发系统中界说,界说时要指定变量名和变量类型,某些类型的变量还需要一些附加信息。数据库中变量的荟萃形象地称为"数据词典",数据词典记载了所有用户可使用的数据变量的详细信息。

接下来进入"数据库","数据词典",结构数据库。如图 7.5 所示。图 7.5 数据词典样子选择工程浏览器左侧纲领项"数据库数据词典",在工程浏览器右侧用鼠标左键双击"新建"图标,弹出"变量属性"对话框如图 7.6 所示。图 7.6:界说变量对话框需要注意初始值和最大原始值的巨细,寄存器的类型的选择及寄存器地址的编码,寄存器的数据类型的选择,寄存器内存的数据的读写属性,必须以上保证所有的界说全部正确,否则组态王将不能正常事情。

本设计所结构的数据库列表如下表 7.1 所示。双容液位控制系统设计表 7.1:数据库列表 变量名 变量类型 寄存器 数据类型 读写属性PID_PV I/O 实数 V100 FLOAT 只读 PID_SP I/O 实数 V104 FLOAT 读写 PID_MV I/O 实数 V108 FLOAT 读写 PID_P I/O 实数 V112 FLOAT 读写 PID_I I/O 实数 V120 FLOAT 读写 PID_D I/O 实数 V124 FLOAT 读写 AO I/O 实数 V416 FLOAT 读写 AI I/O 实数 V424 FLOAT 只读 PID_AM I/O 整数 V481 BYTE 读写 PID_STOP I/O 整数 V482 BYTE 读写 PID_MAN I/O 实数 V488 FLOAT 读写7.4 建设组态动画在完成设备界说和数据库结构后,是本设计的组态画面的设计进入组态王开发系统后,就可以为每个工程建设数目不限的画面,在每个画面上生成相互关联的静态或动态图形工具。这些画面都是由"组态王"提供的类型富厚的图形工具组成的。

系统为用户提供了矩形(圆角矩形)、直线、椭圆(圆)、扇形(圆弧)、点位图、多边形(多边线)、文本等基本图形工具,及按钮、趋势曲线窗口、报警窗口、报表等庞大的图形工具。提供了对图形工具在窗口内任意移动、缩放、改变形状、复制、删除、对齐等编辑操作,全面支持键盘、鼠标绘图,并可提供对图形工具的颜色、线型、填充属性举行改变的操作工具。"组态王"接纳面向工具的编程技术,使用户可以利便地建设画面的图形界面。用户构图时可以像搭积木那样使用系统提供的图形工具完成画面的生成。

同时支持画面之间的图形工具拷贝,可重复使用以前的开发效果。进入新建的组态王工程,选择工程浏览器左侧纲领项"文件画面",在工程浏览器右侧用鼠标左键双击"新建"图标,弹出对话框如图 7.7 所示。

图 7.7:新建画面临话框由于我在做本设计是所用的显示器是 1024x768 的,所以选择的画面显示宽度和高度划分是 1024 像素和 768 像素。新建后画面后可以见到组态画面的制作情况,如图 7.8 所示。图:7.8 组态画面制作情况图 7.9:本设计的组态画面7.5 组态画面及功效先容见图 7.9 的左边,这部门有上水箱、下水箱和储水箱,通过水泵、电动调治阀和水管毗连,PLC 检测下水箱的液位和控制电动调治阀的开启水平,这部门画面就很好地模拟了本设计控制系统的现场设备。

画面左边部署了 6 个数据显示小窗口和 8 个功效按钮。这 6 个数据显示小窗口划分是目的液位值显示,当前液位值显示,调治阀控制值显示及 PID 控制参数的比例参数显示,积分时间显示和微分时间显示。其中,调治阀的控制值不是调治阀的当前值,调治阀的控制值是一个"期望值",调治阀从当前阀位运行到"期望"阀位是需要一定时间的,经数据推算,需要最短时间可以到达 100ms,最长事件可能需要 28 秒,即调治阀从完全开启打到完全关闭或完全关闭打到完全开启的时间,这与调治阀头的执行能力有关。

另外,积分时间显示的数据是以秒为单元显示的,微分时间显示也一样。此外,当前液位显示和目的液位显示所显示的是百分比的值,而非实际的以厘米为单元的液位高度。在 6 个数据显示小窗口周围的是 8 个功效按钮,他们划分是目的液位设定按钮,运行和停止控制按钮,自动和手动控制按钮,以及 PID 参数设定按钮。

这 8 个按钮可以分两类先容,其中,运行和停止按钮与自动和手动按钮可以归为控制按钮。他们是通过组态软件会见 PLC 寄存器并改变寄存器内的数据实现他们各自的功效的。

例如:运行按钮,只要组态软件正常事情时单击该按钮,就能给寄存器 VB482 附上整数"1",当 PLC 扫描检测到 VB482 的值为"1",则会执行相应的指令,让水泵停止运行。在组态软件中实现该功效是下令语句是"BitSet( \本站点PID_STOP, 1, 1);",设置为按钮弹起时执行该下令语句。其他三个控制类按钮的功效,用法及设置都很相似,都是弹起时执行下令语句,运行按钮的下令语句是"BitSet( \本站点PID_STOP, 1, 0);";自动按钮的下令语句是"BitSet( \本站点PID_AM, 1, 0);";手动按钮的下令语句是"BitSet( \本站点PID_AM, 1, 1);"。

此外,无论是执行手动还是自动的时候,单击停止或运行都能正常事情,不会起冲突。剩下的目的液位设定按钮,比例参数设定按钮,积分时间设定按钮和微分时间设定按钮功效就该按钮名字的字面意义。无需写下令语句,只要设定变量名即可。

如目的液位设定按钮的变量名为"\本站点PID_SP",比例参数设定按钮的变量名为"\本站点PID_P",积分时间设定按钮的变量名为"\本站点PID_I",微分时间设定按钮的变量名为"\本站点PID_D",他们都属于模拟量输入。当单击这些按钮时会泛起如下对话框,如图 7.10 所示,可以通过单击数字执行输入操作。

图 7.10 模拟量输入对话框7.6 制作上位组态需要注意的事项7.6.1 如何修改当前工程的属性修改工程属性主要包罗工程名称和工程形貌两个部门。选中要修改属性的工程,使之加亮显示,单击菜单栏"文件工程属性"下令或工具条"属性"按钮或快捷菜单"工程属性"下令后,弹出修改"工程属性"的对话框如图 7.10 所示。"工程名称"文本框中显示的为原工程名称,用户可直接修改。"版本"、"分辨率"文本框中划分显示开发该工程的组态王软件版本和工程的分辨率。

"工程路径"显示该工程所在的路径。"形貌"显示该工程的形貌文本,允许用户直接修改。图 7.10:修改工程属性对话框7.6.2 如何备份工程选中要备份的工程,使之加亮显示。

单击菜单栏"工具工程备份"下令或工具条"备份"按钮或快捷菜单"工程备份"下令后,弹出备份工程对话框,如图 3.30所示。图 7.11:备份工程对话框工程备份文件分为两种形式:不分卷、分卷。不分卷是指将工程压缩为一个备份文件,无论该文件有多大。分卷是指将工程备份为若干指定巨细的压缩文件。

系统的默认方式为不分卷。默认(不分卷):选择该选项,系统将把整个工程压缩为一个备份文件。

单击"浏览"按钮,选择备份文件存储的路径和文件名称,如图 7.12 所示。工程被存储成扩展名为.cmp 的文件,如:filename.cmp。工程备份完后,生成一个 filename.cmp 文件。图 7.12:工程备份路径选择自界说(分卷):选择该选项,系统将把整个工程根据给定的分卷尺寸压缩为给定巨细的多个文件。

"分卷尺寸"文本框变为有效,在该文本中输入分卷的尺寸,即划定每个备份文件的巨细,单元为兆。分卷尺寸不能为空,否则系统会提示用户输入分卷尺寸巨细。

单击"浏览"按钮,选择备份文件存储的路径和文件名称。分卷文件存储时会自动生成一系列文件,生成的第一个文件的文件名为所界说的文件名.cmp,其它依次为:文件名.c01、文件名.c02…。如:界说的文件名为 filename,则备份发生的文件为:filename.cmp、filename.c01、filename.c02…。

如果用户指定的存储路径为软驱,在生存时若磁盘满则系统会自动提示用户更换磁盘。这种情况下,建议用户使用"自界说"方式备份工程。备份历程中在工程治理器的状态栏的左边有文字提示,右边有备份进度条标识当前进度。

注意:备份的文件名不能为空。


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