下水箱液位前馈反馈控制 2DOCWord文件下载.docx
《下水箱液位前馈反馈控制 2DOCWord文件下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《下水箱液位前馈反馈控制 2DOCWord文件下载.docx（46页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
PLC使用AC220V电源或DC24V电源。
内部开关电源为各模块提供不同电压等级的直流电源。
小型PLC可以为输入电路和外部的电子传感器提供DC24V电源，驱动PLC负载的直流电源一般有用户提供。
1.1.2CPU的构成
CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每套PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。
进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。
CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。
内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。
1.2PLC的工作原理
PLC有两种工作状态，即运行（RUN）状态和停止（STOP）状态。
在运行状态，PLC通过执行反映控制要求的用户程序来实现控制功能。
为了使PLC的输出及时地响应随时可能变化的输入信号，用户程序不是只执行一次，而是反复不断地重复执行，直到PLC停机或切换到STOP工作状态。
三种工作方法：
1.PLC的输出端子接变频器的多功能端子，变频器中设置多功能端子为多道速功能，并设置相应频率。
通过PLC的输出端子的闭合和断开的组合，使变频器不同转速下运行。
优点：
响应速度快，抗干扰能力强。
缺点：
不能无级调速。
2.通过PLC和变频器上的RS485通讯接口，采用PLC编程通信控制。
CP1HCPU单元支持串行通信功能有串行网关、串行PLC链接、NT链接1：
N、上位链接、工具总线等。
可以无级变速，速度变换平滑，速度控制精确，适应能力好。
抗干扰差，响应有延时。
3.通过PLC加数模（DA）转换模块，将PLC数字信号转换成电压（或电流视频器设置而定）信号，输入到变频器的模拟量控制端子，控制变频器工作。
XA型的CP1HCPU单元内置模拟输入4点及模拟输出2点。
分辨率分为1/6000或1/12000两种。
输入／输出分别刻选择：
0～5V、1～5V、0～10V、－10V～10V、0～20ｍA、4～20ｍA等5种方式。
无级调速。
调速精度低，不直观；
数模转换模块较贵。
1.3PLC的外围接线
2．1变频器的介绍
2.1.1变频器的选择
正确选择通用型变频器对于传动系统能够正常运行时至关重要的，首先要明确使用通用变频器的目的，按照生产机械的类型、调速范围、速度响应和控制精度、启动转矩等要求，充分了解变频器所驱动负载特性，决定采用什么功能的通用变频器构成控制系统，然后决定选用哪种控制方式最合适。
所选用的通用变频器应是既满足生产工艺要求，又要在技术经济指标上合理。
若对通用变频器选型、系统设计及使用不当，往往会使通用变频器不能正常的运行、达不到预期目标，甚至引发设备故障，造成不必要的损失。
另外，为了确保通用变频器长期可靠的运行，变频器的地线的连接也是非常重要的。
变频器在调速系统中的优点：
1．控制电机的启动电流；
2．降低电力线路的电压波动；
3．启动时需要的功率更低；
4．可控的加速功能；
5．可调的运行速度；
6．可调的转矩极限；
7．受控的停止方式；
8．节能；
9．可逆运行控制；
10．减少机械传动部件。
2.2控制面板图
图2-2控制面板图
表2-1：
操作面板说明
2.3变频器的工作原理
交流调速是通过改变电定子绕组的供电的频率来达到调速的目的的，但定子绕组上接入三相交流电时，定子与转子之间的空气隙内产生一个旋转的磁场，它与转子绕组产生感应电动势，出现感应电流，此电流与旋转磁场相互作用，产生电磁转矩。
使电动机转起来。
电机磁场转速称为同步转速，用
表示：
（2-7）
由上式可知磁极对数
越多，转速
就越慢，转子的实际转速
比磁场的同步转速
要慢一点，所以称为异步电动机，这个差别用转差率
（2-8）
在加上电源转子尚未转动瞬间，
=0，这时
=1；
启动后的极端情况
=
，则
=0，即
在0～1之间变化，一般异步电动机在额定负载下的
=1%～6%。
综合（2-7）和（2-8）式可以得出：
（2-9）
由式（2-9）可以看出，对于成品电机，其极对数
已经确定，转差率
的变化不大，则电机的转速
与电源频率
成正比，因此改变输入电源的频率就可以改变电机的同步转速，进而达到异步电机调速的目的。
2.4变频器的快速设置
如果所用的变频器刚刚出厂的变频器，则需对它进行快速调试，试验中用到的变频器都已经完成了快速调试。
序号
变频器参数
出厂值
设定值
功能说明
1
P0304
230
380
电动机的额定电压（380V）
2
P0305
3.25
0.35
电动机的额定电流（0.35A）
3
P0307
0.75
0.06
电动机的额定功率（60W）
4
P0310
50.00
电动机的额定频率（50Hz）
5
P0311
1430
电动机的额定转速（1430r/min）
6
P1000
2
1
用操作面板（BOP）控制频率的升降
7
P1080
电动机的最小频率（0Hz）
8
P1082
50
电动机的最大频率（50Hz）
9
P1120
10
斜坡上升时间（10S）
10
P1121
斜坡下降时间（10S）
11
P0700
选择命令源（由端子排输入）
12
P0701
正向点动
13
P0702
12
11
反向点动
14
P1058
5.00
30
正向点动频率（30Hz）
15
P1059
20
反向点动频率（20Hz）
16
P1060
10.00
点动斜坡上升时间（10S）
17
P1061
5
点动斜坡下降时间（5S）
注:
（1）设置参数前先将变频器参数复位为工厂的缺省设定值
（2）设定P0003=2允许访问扩展参数
（3）设定电机参数时先设定P0010=1（快速调试）,电机参数设置完成设定P0010=0（准备）。
3.1电机的介绍
变频器在使用过程中带动的是电机，所以，变频器的选型可以从电机的角度来选择型号、规格。
那首先，我们就必须先了解电机的各项规格指标参数。
本次使用的电机指标参数如图2-3所示：
图2-3电机指标参数
3.1.1三项异步电动机调速
从上式可见，改变供电频率f、电动机的极对数p及转差率s均可太到改变转速的目的。
从调速的本质来看，不同的调速方式无非是改变交流电动机的同步转速或不改变同步转两种。
在生产机械中广泛使用不改变同步转速的调速方法有绕线式电动机的转子串电阻调速、斩波调速、串级调速以及应用电磁转差离合器、液力偶合器、油膜离合器等调速。
改变同步转速的有改变定子极对数的多速电动机，改变定子电压、频率的变频调速有能无换向电动机调速等。
从调速时的能耗观点来看，有高效调速方法与低效调速方法两种：
高效调速指时转差率不变，因此无转差损耗，如多速电动机、变频调速以及能将转差损耗回收的调速方法（如串级调速等）。
有转差损耗的调速方法属低效调速，如转子串电阻调速方法，能量就损耗在转子回路中；
电磁离合器的调速方法，能量损耗在离合器线圈中；
液力偶合器调速，能量损耗在液力偶合器的油中。
一般来说转差损耗随调速范围扩大而增加，如果调速范围不大，能量损耗是很小的。
一、变极对数调速方法
这种调速方法是用改变定子绕组的接红方式来改变笼型电动机定子极对数达到调速目的，特点如下：
具有较硬的机械特性，稳定性良好；
无转差损耗，效率高；
接线简单、控制方便、价格低；
有级调速，级差较大，不能获得平滑调速；
可以与调压调速、电磁转差离合器配合使用，获得较高效率的平滑调速特性。
本方法适用于不需要无级调速的生产机械，如金属切削机床、升降机、起重设备、风机、水泵等。
二、变频调速方法
变频调速是改变电动机定子电源的频率，从而改变其同步转速的调速方法。
变频调速系统主要设备是提供变频电源的变频器，变频器可分成交流-直流-交流变频器和交流-交流变频器两大类，目前国内大都使用交-直-交变频器。
其特点：
效率高，调速过程中没有附加损耗；
应用范围广，可用于笼型异步电动机；
调速范围大，特性硬，精度高；
技术复杂，造价高，维护检修困难。
本方法适用于要求精度高、调速性能较好场合。
三、串级调速方法
串级调速是指绕线式电动机转子回路中串入可调节的附加电势来改变电动机的转差，达到调速的目的。
大部分转差功率被串入的附加电势所吸收，再利用产生附加的装置，把吸收的转差功率返回电网或转换能量加以利用。
根据转差功率吸收利用方式，串级调速可分为电机串级调速、机械串级调速及晶闸管串级调速形式，多采用晶闸管串级调速，其特点为：
可将调速过程中的转差损耗回馈到电网或生产机械上，效率较高；
装置容量与调速范围成正比，投资省，适用于调速范围在额定转速70%-90%的生产机械上；
调速装置故障时可以切换至全速运行，避免停产；
晶闸管串级调速功率因数偏低，谐波影响较大。
第三章PLC变频调速系统的设计与调试
1系统的接线
1.1主回路接线
图3-1变频器电源接线
1.2控制回路接线
PLC输出地址100.01接端子5，对应的地址COM接端子3。
控制其启动与停止。
PLC输出地址100.02接端子6，对应的地址COM接端子3。
控制其正转与反转。
PLC输出地址100.03、100.03、100.05分别接7、8、9，控制其八段频率。
图3-2控制回路接线
2外部接线图
总得接线图包括PLC输入与输出端的接线，以及与按钮和变频器的接线，电动机的U、V、W端分别接变频器的U、V、W，然后电源线接电源。
具体外部接线方式如下图3-3所示。
图3-3总电路的接线图
3系统方案设计
3.1I/O地址分配表
表3-1：
输入设备
符号
输入地址
输出设备
输出地址
正转启动反转按钮
SB1
0.01
正转接触器线圈
KM1
100.01
停止按钮
SB2
0.00
反转接触器线圈
KM2
100.02
SW1
SB3
0.02
7端口状态指示
KM3
100.03
SW2
SB4
0.03
8端口状态指示
KM4
100.04
SW3
SB5
0.04
9端口状态指示
KM5
100.05
3.2梯形图程序
4软件系统的调试
1.把程序编好了，在“PLC”选项里选择“传送”，然后在选择“到PLC”这个功能。
2.将变频器的电源接上，设置变频器的各项参数。
根据我们的设计方案，我将变频器的P08设置为“4”、P09设置为“0”，P32-P38分别设置电机的频率范围。
3.按下0.01，PLC程序开始工作，电机开始正转运行。
若再按一下，电机反转。
4.然后，按动0.02、0.03、0.04，让100.03、100.04、100.04分别带点和失电对应着1和0，则其输出状态的组合可以为：
001、010、011、100、101、110、111等状态，其中。
001对应P32里面的频率，逐次加一，111对应着P38里面的频率。
5实验结果分析
根据PLC控制电动机在8个频率段进行控制时，可画出电动机的转速变化曲，如下图所示
由此图可知：
频率开始由49.2Hz开始变化，变速8次后频率为起始频率进行循环。
第四章控制系统的组成
1系统简介
本现场总线控制系统是基于PROFIBUS和工业以太网通讯协议、在传统过程控制实验装置的基础上升级而成的新一代过程控制系统。
整个实验装置分为上位控制系统和控制对象两部分，上位控制系统流程图如图4-1所示：
图4-1上位控制系统流程图
图
控图4-2所示制对象总貌图
2系统组成
本实验装置由被控对象和上位控制系统两部分组成。
系统动力支路分两路：
一路由三相（380V交流）磁力驱动泵、气动调节阀、直流电磁阀、PA电磁流量计及手动调节阀组成；
另一路由变频器、三相磁力驱动泵（220V变频）、涡轮流量计及手动调节阀组成。
1.被控对象
被控对象由不锈钢储水箱、上、中、下三个串接圆筒形有机玻璃水箱、4.5Kw电加热锅炉（由不锈钢锅和锅炉夹套构成）、冷热水交换盘管和敷塑不锈钢管路组成。
水箱：
包括上水箱、中水箱、下水箱和储水箱。
上、中、下水箱采用淡蓝色圆筒型有机玻璃，不但坚实耐用，而且透明度高，便于学生直能接观察到液位的变化和记录结果。
上、中水箱尺寸均为：
d=25cm,h=20cm；
下水箱尺寸为：
d=35cm,h=20cm。
每个水箱有三个槽，分别是缓冲槽，工作槽，出水槽。
储水箱尺寸为：
长×
宽×
高=68cm×
52㎝×
43㎝。
储水箱内部有两个椭圆形塑料过滤网罩，防止两套动力支路进水时有杂物进入泵中。
模拟锅炉：
此锅炉采用不锈钢制成，由加热层（内胆）和冷却层（夹套）组成。
做温度实验时，冷却层的循环水可以使加热层的热量快速散发，使加热层的温度快速下降。
冷却层和加热层都装有温度传感器检测其温度。
盘管：
长37米（43圈），可做温度纯滞后实验，在盘管上有两个不同的温度检测点，因而有两个不同的滞后时间。
在实验过程中根据不同的实验需要选择不同的滞后时间。
盘管出来的水既可以回流到锅炉内胆，也可以经过涡轮流量计完成流量滞后实验。
管道：
整个系统管道采用敷塑不锈钢管组成，所有的水阀采用优质球阀，彻底避免了管道系统生锈的可能性。
有效提高了实验装置的使用年限。
其中储水箱底有一个出水阀，当水箱需要更换水时，将球阀打开让水直接排出。
2、检测装置
压力传感器、变送器：
采用SIEMENS带PROFIBUS-PA通讯协议的压力传感器和工业用的扩散硅压力变送器，扩散硅压力变送器含不锈钢隔离膜片，同时采用信号隔离技术，对传感器温度漂移跟随补偿。
压力传感器用来对上、中、下水箱的液位进行检测，其精度为0.5级，因为为二线制，故工作时需串接24V直流电源。
温度传感器：
本装置采用六个Pt100传感器，分别用来检测上水箱出口、锅炉内胆、锅炉夹套以及盘管的水温。
六个Pt100传感器的检测信号中检测锅炉内胆温度的一路到SIEMENS带PROFIBUS-PA通讯协议的温度变送器，直接转化成数字信号；
另外五路经过常规温度变送器，可将温度信号转换成4～20mADC电流信号。
Pt100传感器精度高，热补偿性能较好。
流量传感器、转换器：
流量传感器分别用来对调节阀支路、变频支路及盘管出口支路的流量进行测量。
涡轮流量计型号：
LWGY-10，流量范围：
0～1.2m3/h，精度：
1.0%。
输出：
4～20mA标准信号。
本装置采用两套流量传感器、变送器分别对变频支路及盘管出口支路的流量进行测量，调节阀支路的流量检测采用SIEMENS带PROFIBUS-PA通讯接口的检测和变送一体的电磁式流量计。
3．执行机构
调节阀：
采用SIEMENS带PROFIBUS-PA通讯协议的气动调节阀，用来进行控制回路流量的调节。
它具有精度高、体积小、重量轻、推动力大、耗气量少、可靠性高、操作方便等优点。
由CPU直接发送的数字信号控制阀门的开度，本气动调节阀自动进行零点校正，使用和校正都非常方便。
变频器：
本装置采用SIEMENS带PROFIBUS-DP通讯接口模块的变频器，其输入电压为单相AC220V，输出为三相AC220V。
水泵：
本装置采用磁力驱动泵，型号为16CQ-8P，流量为32升/分，扬程为8米，功率为180W。
泵体完全采用不锈钢材料，以防止生锈，使用寿命长。
其中一只为三相380V恒压驱动，另一只为三相变频220V输出驱动。
可移相SCR调压装置：
采用可控硅移相触发装置，输入控制信号为4～20mA标准电流信号。
输出电压用来控制加热器加热，从而控制锅炉的温度。
电磁阀：
在本装置中作为气动调节阀的旁路，起到阶跃干扰的作用。
电磁阀型号为：
2W-160-25；
工作压力：
最小压力为0Kg/㎝2，最大压力为7Kg/㎝2；
工作温度：
－5～80℃。
4．控制器
控制器采用SIEMENS公司的S7300CPU，型号为315-2DP，本CPU既具有能进行多点通讯功能的MPI接口，又具有PROFIBUS-DP通讯功能的DP通讯接口。
5、空气压缩机
用于给气动调节阀提供气源，电动机的动力通过三角胶带传带动空压机曲轴旋转，经连杆带动活塞做往复运动，使汽缸、活塞、阀组所组成的密闭空间容积产生周期变化，完成吸气、压缩、排气的空气压缩过程，压缩空气经绕有冷却翅片的排气铜管、单向阀进入储气罐。
空压机设有气量自动调节系统，当储气罐内的气压超过额定排气压力时，压力开关会自动切断电源使空压机自动停止工作，当储气罐内的气体压力因外部设备的使用而下降到额定排压以下0.2-0.3Mpa时，气压开关自动复位，空压机又重新工作，使储气罐内压缩空气压力保持在一定范围内。
3电源控制台
（仅早期控制系统需依赖电源控制台，升级后的现场总线控制系统本身已集成电源控制部分）
电源控制屏面板：
充分考虑人身安全保护，带有漏电保护空气开关、电压型漏电保护器、电流型漏电保护器。
仪表综合控制台包含了原有的常规控制系统，由于它预留了升级接口，因此它在总线控制系统中的作用就是为上位控制系统提供信号。
4总线控制柜
总线控制柜有以下几部分构成：
1、控制系统供电板：
该板的主要作用是把工频AC220V转换为DC24V，给主控单元和DP从站供电。
2、控制站：
控制站主要包含CPU、以太网通讯模块、DP链路、分布式I/ODP从站和变频器DP从站构成。
3、温度变送器：
PA温度变送器把PT100的检测信号转化为数字量后传送给DP链路。
5系统特点
●被控参数全面,涵盖了连续性工业生产过程中的液位、压力、流量及温度等典型参数。
●本装置由控制对象、综合上位控制系统、上位监控计算机三部分组成。
●真实性、直观性、综合性强，控制对象组件全部来源于工业现场。
●执行器中既有气动调节阀，又有变频器、可控硅移相调压装置，调节系统除了有设定值阶跃扰动外，还可以通过对象中电磁阀和手动操作阀制造各种扰动。
●一个被调参数可在不同动力源、不同执行器、不同的工艺管路下演变成多种调节回路，以利于讨论、比较各种调节方案的优劣。
●系统设计时使2个信号在本对象中存在着相互耦合，二者同时需要对原独立调节系统的被调参数进行整定，或进行解耦实验，以符合工业实际的性能要求。
●能进行单变量到多变量控制系统及复杂过程控制系统实验。
●各种控制算法和调节规律在开放的实验软件平台上都可以实现。
6装置的安全保护体系
（仅早期控制系统有此电源控制部分，升级后的现场总线控制系统本身已集成电源控制部分）
1、三相四线制总电源输入经带漏电保护器装置的三相四线制断路器进入系统电源后又分为三相电源支路和不同的单相支路，每一支路给各自的负载供电。
总电源设有通电指示灯和三相指示表。
2、控制屏电源由接触器通过起、停按钮进行控制。
屏上装有一套电压型漏电保护装置和一套电流型漏电保护装置。
控制屏内或强电
升级会员 