PLC恒压供水控制系统研究报告 .docx
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1、精品名师归纳总结摘要: 本文主要针对当前供水系统中存在的自动化程度不高、能耗严峻、牢靠性低的缺点加以讨论,开发出一种新型的并在这三个方面都有所提高的 PLC掌握的恒压供水系统。全文共分为四章。第一章介绍了基于 PLC 恒压供水系统在小区中的应用意义、建立了恒压供水系统的掌握原理框图。其次章介绍PID 调剂概念及基本原理。第三章对基于三菱FX2N型 PLC的恒压变频供水系统的设计实例做了具体的描述, 画出了本系统的电气掌握系统原理图,包括主电路图、掌握电路图、PLC 系统外部接线图和变频器电气原理图。第四章是系统的程序设计部分。本设计综合运用了可编程掌握器PLC)传感器等现代工业掌握常用的掌握部
2、件及其相关程序设计方法,实现了小区的恒压供水。所做的讨论对同类系统的讨论和开发具有肯定的参考价值。关键词:可编程序掌握器 变频器 PID目录第一章绪论 1其次章 PID调剂概念及基本原理32.1 PID2.1.1调剂概述 3自动掌握系统的分类32.2 PID掌握的原理和特点 4可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结2.2.1 PID掌握的原理和特点的概念 42.2.2 PID掌握的分类 52.3 PID掌握器的参数整定 6第三章三菱 FX2N型 PLC的恒压变频供水系统设计实例83.1 系统的主要掌握要求 93.2 系统的硬件选型 93.2.1系统的掌握器 - FX2n32MR103
3、.2.2 系统的模拟量输入、输出模块 103.2.3 变频器 FR A500103.2.4 压力传感器 TPT503113.3 掌握系统的 I/O 点及的址安排 113.3.1 PLC 系统的选型 133.4 恒压供水系统的电气掌握系统 133.4.1 主电路图 133.4.2 掌握电路图 143.4.3 PLC 系统外部接线图 15第四章恒压供水系统的程序设计174.1 系统的程序结构说明及流程图 174.1.1 初始化子程序 174.1.2 定时中断程序 184.1.3 主程序 194.2 程序中使用的编程组件及其含义21可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结第五章总结 23参考
4、文献 24谢辞 25附录:掌握系统的梯形图程序 26可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结第一章绪 论近年来我国中小城市进展快速,集中用水量急剧增加。据统计,从 1990 年到 1998 年,我国人均日生活用水量 包括城市公共设施等非生产用水)有 175.7 升增加到 241.1 升,增长了 37.2%,与此同时我国城市家庭人均日生活用水量也在逐年提高。在用水量高峰期时供水量普遍不足,造成城市公用管网水压浮动较大。由于每天不同时段用水对供水的水位要求变化较大,仅仅靠供水厂值班人 员依据体会进行人工手动调剂很难准时有效的达到目的。这种情形 造成用水高峰期时水位达不到要求 , 供水压力不
5、足,用水低峰期时供水水位超标 , 压力过高,不仅非常铺张能源而且存在事故隐患 例如压力过高简洁造成爆管事故)。要解决这些问题,用基于 PLC掌握变频调速恒压供水能实现。变频调速恒压供水系统由变频器、泵组电机、供水管网、储水箱、智能 PID 调剂器、压力变送器、 PLC掌握单元等部分组成,掌握系统原理图如图 1.1 所示。图 1.1掌握系统原理图可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结其中变频器的作用是为电机供应可变频率的电源,实现电机的 无级调速,从而使管网水压连续变化,同时变频器仍可作为电机软 启动装置,限制电机的启动电流。压力变送器的作用是检测管网水 压。智能 PID 调剂器实现管
6、网水压的 PID 调剂。 PLC掌握单元就是泵组治理的执行设备,同时仍是变频器的驱动掌握,依据用水量的 实际变化,自动调整其它工频泵的运行台数。变频器和PLC的应用为水泵转速的平滑性连续调剂供应了便利。水泵电机实现变频软启 动,排除了对电网、电气设备和机械设备的冲击,延长机电设备的 使用寿命。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结其次章 PID调剂概念及基本原理2.1 PID调剂概述目前工业自动化水平已成为衡量各行各业现代化水平的一个重要标志。同时,掌握理论的进展也经受了古典掌握理论、现代掌握理论和智能掌握理论三个阶段。智能掌握的典型实例是模糊全自动洗衣机等。自动掌握系统可分为开环掌
7、握系统和闭环掌握系统。一个掌握系统包括掌握器、传感器、变送器、执行机构、输入输出接口。掌握器的输出经过输出接口、执行机构,加到被控系统上。掌握系统的被控量,经过传感器,变送器,通过输入接口送到掌握 器。不同的掌握系统,其传感器、变送器、执行机构是不一样的。比如压力掌握系统要采纳压力传感器。电加热掌握系统的传感器是温度传感器。目前, PID 掌握及其掌握器或智能PID 掌握器 ,其中 PID 掌握器参数的自动调整是通过智能化调整或自校正、自适应算法来实现。有利用PID 掌握实现的压力、温度、流量、液位掌握器,能实现PID 掌握功能的可编程掌握器 PLC,仍有可实现 PID 掌握的 PC系统等等。
8、 可编程掌握器 PLC 是利用其闭环掌握模块来实现 PID 掌握,而可编程掌握器PLC可以直接与 ControlNet相连,如 Rockwell 的 PLC-5等。仍有可以实现 PID 掌握功能的掌握器,如 Rockwell的 Logix 产品可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结系列,它可以直接与 ControlNet相连,利用网络来实现其远程掌握功能。2.1.1 自动掌握系统的分类一、开环掌握系统开环掌握系统 open-loop control system是指被控对象的输出 被掌握量 对掌握器 controller的输出没有影响。在这种掌握系统中,不依靠将被控量反送回来以形成任
9、何闭环回路。二、闭环掌握系统闭环掌握系统 closed-loop control system的特点是系统被控对象的输出 被掌握量 会反送回来影响掌握器的输出,形成一个或多个闭环。闭环掌握系统有正反馈和负反馈,如反馈信号与系统 给定值信号相反,就称为负反馈 Negative Feedback,如极性相同,就称为正反馈,一般闭环掌握系统均采纳负反馈,又称负反馈 掌握系统。闭环掌握系统的例子许多。比如人就是一个具有负反馈 的闭环掌握系统,眼睛便是传感器,充当反馈,人体系统能通过不 断的修正最终作出各种正确的动作。假如没有眼睛,就没有了反馈 回路,也就成了一个开环掌握系统。另例,当一台真正的全自动洗
10、 衣机具有能连续检查衣物是否洗净,并在洗净之后能自动切断电源,它就是一个闭环掌握系统。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结2.2 PID掌握的原理和特点2.2.1 PID 掌握的原理和特点的概念在工程实际中,应用最为广泛的调剂器掌握规律为比例、积分、微分掌握,简称 PID 掌握,又称 PID 调剂。 PID 掌握器问世至今已有近 70 年历史,它以其结构简洁、稳固性好、工作牢靠、调整便利而成为工业掌握的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不 能完全把握,或得不到精确的数学模型时,掌握理论的其它技术难 以采纳时,系统掌握器的结构和参数必需依靠体会和现场调试来确 定,这时应用 PID
11、掌握技术最为便利。即当我们不完全明白一个系统和被控对象,或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时,最 适合用 PID 掌握技术。PID 掌握,实际中也有 PI 和 PD掌握。 PID 掌握器就是依据系统的误差,利用比例、积分、微分运算出掌握量进行掌握的。2.2.2 PID掌握的分类1、 比例P)掌握比例掌握是一种最简洁的掌握方式。其掌握器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例掌握时系统输出存在稳态误差Steady-state error)。2、积分I )掌握在积分掌握中,掌握器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动掌握系统,假如在进入稳态后存在稳态误差,就称可编辑资料 - - -
12、 欢迎下载精品名师归纳总结这个掌握系统是有稳态误差的或简称有差系统 掌握器,可以使系统在进入稳态后无稳态误差。3、微分D)掌握在微分掌握中,掌握器的输出与输入误差信号的微分即误差的变化率)成正比关系。 自动掌握系统在克服误差的调剂过程中可能会显现振荡甚至失稳。其缘由是由于存在有较大惯性组件 组件,具有抑制误差的作用,其变化总是落后于误差的变化。解决的方法是使抑制误差的作用的变化“超前”,即在误差接近零时,抑制误差的作用就应当是零。这就是说,在掌握器中 仅引入“比例”项往往是不够的,比例项的作用仅是放大误差的幅 值,而目前需要增加的是“微分项”,它能猜测误差变化的趋势, 这样,具有比例 +微分的
13、掌握器,就能够提前使抑制误差的掌握作用等于零,甚至为负值,从而防止了被控量的严峻超调。所以对有较 大惯性或滞后的被控对象,比例 +微分 PD掌握器能改善系统在调剂过程中的动态特性。2.3 PID掌握器的参数整定PID 掌握器的参数整定是掌握系统设计的核心内容。它是依据可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结被控过程的特性确定 PID 掌握器的比例系数、积分时间和微分时间的大小。 PID 掌握器参数整定的方法许多,概括起来有两大类:一是理论运算整定法。它主要是依据系统的数学模型,经过理论运算 确定掌握器参数。这种方法所得到的运算数据未必可以直接用,仍 必需通过工程实际进行调整和修改。二是
14、工程整定方法,它主要依 赖工程体会,直接在掌握系统的试验中进行,且方法简洁、易于掌 握,在工程实际中被广泛采纳。PID 掌握器参数的工程整定方法, 主要有临界比例法、反应曲线法和衰减法。三种方法各有其特点, 其共同点都是通过试验,然后依据工程体会公式对掌握器参数进行 整定。但无论采纳哪一种方法所得到的掌握器参数,都需要在实际 运行中进行最终调整与完善。现在一般采纳的是临界比例法。利用 该方法进行 PID 掌握器参数的整定步骤如下: 1 第一预挑选一个足够短的采样周期让系统工作。 2 仅加入比例掌握环节,直到系统对输入的阶跃响应显现临界振荡,登记这时的比例放大系数和临界振荡周期。 3 在肯定的掌
15、握度下通过公式运算得到PID 掌握器的参数。第三章三菱 FX2N型 PLC的恒压变频供水系统设计实例本设计以三台泵组构成的生活/ 消防双恒压无塔供水泵站掌握系统的实例。 3此供水泵站为双恒压供水系统,系统的构成示意图如图 4-1 所示。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结市网自来水 YV1消防用水YV2生活用水蓄1#泵SL-H水水池2#泵SL-L3#泵图 3-1系统构成示意图市网自来水用高低水位掌握器EQ来掌握注水阀 YV1,自动把水注满蓄水水池,只要水位低于高水位,就自动往水池注水。水池的高低水位信号也直接送给 PLC,作为高 / 低水位报警。为了保证供水的连续性,水位的上下限传
16、感器高低相距距离较小。生活用水和消 防用水共享三台泵,平常电磁阀YV2处于断电状态,关闭消防管 网。三台泵依据生活用水量的多少,按肯定的掌握规律运行,维护 生活用水低恒压值。当有火灾发生时,电磁阀YV2通电,关闭生活用水管网,三台泵供消防用水使用,并维护消防用水的高恒压值。 火灾终止后,三台泵再改为生活用水使用。3.1 系统的主要掌握要求对三台泵生活 / 消防供水系统的基本要求是:1)生活供水时,系统低恒压运行,消防供水时系统高恒压运行。2)三台泵依据恒压的需要,实行先开先停的原就接入和退出。3)在用水量小的情形下,假如一台泵连续运行时间超过3h,就要可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归
17、纳总结切换下一台泵,即系统具有倒泵功能,防止某一台泵工作时间过长。4)三台泵在启动时都要有软启动功能。5)要有完善的报警功能。3.2.2 系统的模拟量输入、输出模块1. 模拟量输入模块 FX2n 4AD的功能FX2n 4AD模拟量输入模块具有四个信道,可同时接收并处理 4 路模拟量输入信号,最大辨论率为 12 位。输入信号可以是 -10+10V 的电压信号 辨论率为 5mV),也可以是 420mA辨论率为 16uA)或-20+20mA辨论率为 20uA)的电流信号。2. 模拟量输出模块 FX2n 2DA的功能FX2n 2DA模拟量输出模块用来将 12 位数字信号转换成模拟量电压或电流输出。它具
18、有 2 个仿真量输出通道。这两个通道都可以可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结输出 010VDC分辨率 2.5mV)、05VDC分辨率 1.25mV)的电压信可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结号或 420mA分 辨率为 4uA)的电流信号。3.2.3 变频器 FRA500FR A500 系列在三菱变频器家族中属于多功能、通用型、重负载适用的变频器。其功率范畴为0.4800KW,采纳先进磁通向量掌握方式,可实现在线自动调整功能,调速比可达1: 1200.560HZ)。随机带有一个简易操作面板。3.2.4 压力传感器 TPT503TPT503压力传感采纳全不锈钢封焊结构,
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