第三章花式喷泉系统硬件设计方案 .docx
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1、精品名师归纳总结第三章花式喷泉系统硬件设计3.1 可编程掌握器 PLC)的挑选PLC 产品的种类繁多, PLC 的型号不同 , 对应着其结构形式、性能、容量、指令系统、编程方式、价格等均各不相同 , 适用的场合也各有侧重。因此,合理选用 PLC,对于提高 PLC 掌握系统的技术经济指标有着重要意义 。3.1.1 PLC 概述可编程掌握器,英文称 Progammable Controller,简称 PLC,本课题中用 PLC作为它的简称。 PLC 是用于工业现场的电掌握器。它源于继电器掌握技术,但基于电子运算机。它通过运行储备在其内存中的程序,把经输入电路的物理过 程得到的输入信息,变换为所要求
2、的输出信息,进而再通过输出电路的物理过 程去实现对负载的掌握。可编程掌握器是基于微型运算机技术的通用工业自动掌握设备,在其早期主要应用于开关量的规律掌握。l987 年国际电工技术委员会International Electrotechnical Commission, IEC)颁布的PLC 标准草案对PLC 做了如下定义:“ PLC 是一种特的为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采纳可以编制程序的储备器,用来在其内部储备执行规律运算、次序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令,并能通过数字式或模拟式的输入和输出,掌握各种类型的机械或生产过程。PLC 及其有关的外围设备都应当按易
3、于与工业掌握系统形成一个整体,易于扩展其功能的原就而设计。PLC 有丰富的指令系统,有各种各样的I/O 接口、通信接口,有大容量的内存,有牢靠的自身监控系统,它通过运行储备在其内存中的程序,把经输入电路的物理过程得到的输入信息,变换为所要求的输出信息,进而再通过输出电路的物理过程去实现对负载的掌握,因而具有以下基本的功能:规律处理功能。 数据运算功能。 精确定时功能。 高速计数功能。中断处理 可以实现各种内部中断)功能。 程序与数据储备功能。联网通信功能。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编程掌握器按钮挑选开关限位开关输入磨块CPU模块输出模块掌握器电磁阀指示灯电源电源编程装置
4、自检测、自诊断功能。可以说,凡一般小型运算机能实现的功能,PLC 几乎也都可以做到。3.1.2 PLC 的机型挑选在 PLC 系统设计时,第一应确定掌握方案,下一步工作就是PLC 工程设计选型。工艺流程的特点和应用要求是设计选型的主要依据。因此,工程设计选型和估算时,应具体分析工艺过程的特点、掌握要求,掌握任务和范畴确定所需的操作和动作,然后依据掌握要求,估算输入输出点数、所需储备器容量、确定 PLC 的功能、外部设备特性等,最终挑选有较高性能价格比的PLC 和设计相应的掌握系统。如下图所示为PLC 掌握系统示意图。图 3-1 PLC掌握系统示意图1)输入输出 I/O)点数的估算I/O 点数估
5、算时应考虑适当的余量,通常依据统计的输入输出点数,再增加 10%20%的可扩展余量后,作为输入输出点数估算数据。2)储备器容量的估算储备器容量是可编程序掌握器本身能供应的硬件储备单元大小,程序容量是储备器中用户应用工程使用的储备单元的大小,因此程序容量小于储备器容量。设计阶段,由于用户应用程序仍未编制,因此,程序容量在设计阶段是未知的,需在程序调试之后才知道。为了设计选型时能对程序容量有肯定估算, 通常采纳储备器容量的估算来代替。3)掌握功能的挑选可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结该挑选包括运算功能、掌握功能、通信功能、编程功能、诊断功能和处理速度等特性的挑选。依据本课题所设计掌
6、握的需求,主要介绍一下几种功能的挑选。1. 掌握功能PLC 主要用于次序规律掌握,因此,大多数场合常采纳单回路或多回路掌握器解决模拟量的掌握,有时也采纳专用的智能输入输出单元完成所需的掌握功能,提高 PLC 的处理速度和节约储备器容量。2. 编程功能离线编程方式: PLC 和编程器公用一个CPU,编程器在编程模式时, CPU 只为编程器供应服务,不对现场设备进行掌握。完成编程后,编程器切换到运行模式, CPU 对现场设备进行掌握,不能进行编程。离线编程方式降低系统成本,但使用和调试不便利。在离线编程方式:CU 和编程器有各自的CPU,主机 CPU 负载现场掌握,并在一个扫描周期内与编程器进行数
7、据交换, 编程器把在线编制的程序或数据发送到主机,下一扫描周期,主机就依据新收 到的程序运行。五种标准化编程语言:次序功能SFC)、梯形图 三种图形化语言和语句表 il )、结构体文 ST)两种文本语言。选用的编程语言应遵守其标准 IEC113123),同时,仍应当支持多种语言编程方式, 如 C,Basic 等,以满意特殊掌握场合的掌握要求。3. 诊断功能PLC 的诊断功能包括硬件和软件的诊断。硬件诊断通过硬件的规律判定确定硬件的故障位置,软件诊断分内诊断和外诊断。通过软件对PLC 内部的性能和功能进行诊断是内诊断,通过软件对PLC 的 CPU 与外币输入输出等部件信息交换功能进行诊断是外诊断
8、。PLC 的诊断功能的强弱,直接影响对操作和爱护人员技术才能的要求,并影响平均修理时间。挑选合适的机型是 PLC 掌握系统硬件配置的关键问题,目前,生产PLC 的厂家很多,如西门子,三菱,松下,欧姆龙,LG , ABB公司等,不同厂家的PLC 产品虽然基本功能相像,但有些特殊功能,价格及使用的编程指令和编程软件都不想同,而同一厂家生产的PLC 产品又不同系列,同一系类中又有不同的 CPU 型号, PLC 的功能应强大,要具有开关量规律运算,定时,计数,数据处理等基本功能,鉴于本设计对掌握速度要求不是很高,主要是开关量掌握的应用系统。选用小型 PLC 就可满意要求。 PLC 的结构主要有整体性和
9、模块式, 本设计属于单片机掌握系统宜选用整体式PLC 结构。小型 PLC 一般使用简洁编程器,它必需插在 PLC 上才能进行编程操作,其特点是编程器与PLC 共用一个可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结CPU,通过编程器上的方式开关挑选PLC 的编程,监控和运行工作状态,这种方法就是“离线编程”。简洁编程器结构简洁,体积小,携带便利,很适合在 生产现场调试,修改程序用。现在很多 PLC 都有相应的编程软件,与个人运算机或笔记本电脑相协作, 就可以实现“在线编程”。综合以上西门子S7-200 系类的 CPU 224 型 PLC 可满意设计要求。运用西门子STEP7-Micro/WIN
10、32 编程软件编写,调试程序并下载到 PLC 中,让 PLC 完成响应的掌握任务。仍可以在PLC 运行的模式下调试程序,特别的便利。如下表 3-1 为 PLC 选型模块名称及工作环境条件表 3-1 PLC选型模块名称及工作环境条件模块名称及工作环境条件电源型号和说明AC200V,答应变化范畴为-15%+15%,频率为 4753HZ,瞬时停电保持 10ms。开关量输入模块开关量输出模块输入点为 12 点输入,工作电压为24V 直流输入10 点晶体管输出,工作电压量 I/O 输出模块24V 的 EM222开关CPUCPU224型,水平安装0550C,垂直安装0450C,595% , 8K 字节/典
11、型值为程序储备,2.5K 字的数据储备,一个口2.6K 条指令的RS485 通信接湿度储备温度湿度振动和冲击工作温度 055,最高为 60储备温度: -40 +85相对湿度为 5%95%无 凝聚霜)满意国际电工委员会标准3.1.3 PLCI/O 模块及内存容量的挑选I/O 模块:本设计中的现场执行设备为电磁阀,初步确定选用开关量I/O。依据要求挑选合适的 I/O 点数。 开关量输入模块种类很多,按输入点:常用的有8 点, 12 点, 16 点, 32 点。按工作电压分:常用的有直流5V,12V,24V,48V 几种。开关量输入模块工作电压等级主要依据现场检测原件与模块之间的距离来挑选,该设计掌
12、握距离要求不是很远,可挑选24V 即可,为了提高掌握系统的牢靠性,必需考虑门槛电平的大小。所谓门槛电平是指输入点的接通电平和关断电平的差值。门槛电平值越大,抗干扰才能越强,传输距离也越远。 开关量输出模块的输出方式的挑选继电器输出方式价格廉价,使用电压范畴广,导通压降小,承担瞬时过电可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结压和过电流的才能较强,且有隔离作用。但继电器有触点,寿命较短,且响应速度较慢,使用于动作不频繁的直流负载。晶体管输出方式属于无触点开关输出,使用寿命长,开关频率高适用于通断频繁的场合基于以上因素, I/O 模块确定为 12 点输入, 10 点晶体管输出,工作电压 24
13、V 的 EM222 开关量 I/O 模块。 依据掌握要求和 I/O 点数确定 I/O 安排表如表 3-2. 所示内存容量:每个 I/O 点及有关功能原件占用的内存量大致为:开关量输入原件: 1020B/ 点。 开关量输出原件: 510B/点。 定时器/ 计数器: 2B/ 个。通信接口:一个接口一般需要 300B 以上。符号的址输入表 3-2功能描述I/O 安排表符号的址输出功能描述SB1I0.0启动按钮HLQ0.0电源指示灯掌握SB2I0.1停止按钮YV1Q0.1掌握中心喷水管SB3I0.2电源开关YV2Q0.2掌握内环喷水管SB4I0.3花样 1 挑选开关YV3Q0.3掌握次外环喷水管SB5
14、I0.4花样 2 挑选开关YV4Q0.4掌握外环喷水管SB6I0.5花样 3 挑选开关LRQ0.5红颜色灯SB7I0.6花样 4 挑选开关LGQ0.6绿颜色灯SB8I0.7单步 / 连续 挑选开关LYQ0.7黄颜色灯LBQ1.1蓝颜色灯PLC 容量的挑选除满意掌握要求外,仍应留有适当的裕量,以做备用。依据体会,在挑选储备容量时,一般按实际要求的10%25%考虑裕量。对于开关掌握系统,储备字数为开关量 I/O*8 。3.1.4 PLC 工作原理PLC 通电后,需要对硬件和软件作一些初始化工作。为使PLC 的输出准时可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结读取输入读取输入执行用户程序处理信
15、号恳求处理信号恳求自诊断检查自诊断检查改写输出改写输出RUN 模式STOP 模式图 3-2扫描过程的响应各种输入信号,初始化后PLC 要反复不停的分阶段处理各种不同的任务见图 3-2 ),这种周而复始的循环工作方式称为扫描工作方式。1. 读取输入在 PLC 的储备器中,设置了一片区域来存放输入信号和输出信号的状态, 它们分别称为输入过程映像寄存器和输出过程映像寄存器。2. 执行用户程序PLC 的用户程序由如干条指令组成,指令在储备器中顺当排列。在RUN 模式的程序执行阶段,假如没有跳转指令,CPU 从第一条指令开头,逐条次序的执行用户程序。3. 信号处理在处理信号恳求阶段, CPU 处理从通信
16、接口和智能模块接收到的信息, 例如读取智能模块的信息并存放在缓冲区中,在适当的时候将信息传递给通信 恳求方。4. CPU 自诊断测试自诊断测试包括定期检测 CPU 模块的操作和扩展模块的状态是否正常,将检测定期器复位,以及完成一些别的内容工作。5. 改写输出CPU 执行完用户程序后,将输出过程映像寄存器的0/1 状态传送到输出模块并锁存起来。梯形图中某一输出位的线圈“通电”时,对应的输出过程映像寄存器为 1 状态。信号经输出模块隔离和功率放大后,继电器型输出模块中对应的硬件继电器的线圈通电,起常开触电闭合。使外部负载通电工作。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结3.2 变频器的挑选
17、变频调速技术是针对固定工频而实行的高效节能措施,工频50Hz)是发电的正确频率,但它并非是全部用电设备的正确工作频率,因而导致很多设备长期处于低频率、低功率引述运行状态。占全国耗电2/3的沟通电动机目前大多数仍在工频、恒速下运动,运行效率只有60%左右。为了提高效率,所以在本设计中用到变频器。变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能掌握装置。我们现在使用的变频器主要采纳交直交方式VVVF 变频或矢量掌握变频),先把贡品沟通电源通过整流器转换成直流电源,然后再把直流电源转换成频率、电压均可掌握的沟通电源以供应电动机。整流部分为三桥式不行控整流器,逆变比分为IGBT 三相
18、桥式逆变器,且输出为PWM 波形,中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率。变频器选型时要确定以下几点:1)采纳变频的目的:恒压掌握或恒流掌握等。2)变频器的负载类型。如叶片泵或容积泵等,特殊留意负载的性能曲线,性能曲线打算了应用时的方式方法。3)变频器与负载的匹配问题:1. 电压匹配:变频器的额定电压与负载的额定电压相符。2. 电流匹配:一般的离心泵,变频器的额定电流与电动机的额定电流相符。对于特殊的负载如深水泵等需要参考电机的性能参数,以最大电流确定变频器电流和过载才能。3. 转矩匹配:这种情形在恒转矩负载或又减速装置时有可能发生。. 在使用变频器驱动告知电机时,由于高速电机的电抗小,高
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