管道流量比值控制PLC课程设计综述.docx
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管道流量比值控制PLC课程设计综述
河北工程大学信电学院
课程设计说明书
（2014/2015学年第二学期）
课程名称：
可编程序控制器
题目：
管道流量比值控制PLC系统设计
专业班级：
电气
学生姓名：
学号：
指导教师：
杜永杨怡军
设计周数：
二周
设计成绩：
2015年6月22日
1.课程设计目的................................................................................................3
2.设计正文........................................................................................................4
2.1软件设计.....................................................................................................4
2.11系统分析...................................................................................................4
.....................................................................................................5
2.2硬件系统设计..............................................6
..................................................................................................7
..................................................................................................8
2.21软件实施及硬件检测................................................................................9
................................................................................10
..................................................................................11
3.课程设计总结.................................................................................................13
4.参考文献.........................................................................................................13
1、课程设计目的
可编程序控制器具有结构简单、编程方便、性能优越、灵活通用、使用方便、可靠性高、抗干扰能力强等一系列优点，在工业生产过程自动控制领域得到广泛的应用。
无论是国外引进的自动化生产线，还是自行设计的自动控制系统，都广泛采用单台或多台可编程序控制器组成。
通过本次课程设计，掌握可编程序控制器的基本原理、功能、应用、程序设计方法和编程技巧，还有掌握一种至二种基本机型，掌握PLC控制技术的基本原理和应用，为今后从事相关控制领域的工作打下基础。
设计任务
⑴了解流量比值控制系统的物理结构，闭环调节系统的数学结果和PID控制算法。
⑵逐一明确各路检测信号到PLC的输入通道，包括传感器的原理，连接方法，信号种类，信号调理电路，引入PLC的接线以及PLC中的编址。
⑶逐一明确从PLC到各执行机构的输出通道，包括各执行机构的种类和工作原理，驱动电路的构成，PLC输出信号的种类和地址。
⑷绘制出流量控制系统的电路原理图，编制I/O地址分配表。
⑸编制PLC的程序结合过程控制实验室的现有设备进行调试，要求能在实验设备上演示控制过程。
设计要求
流量比值控制系统有两路供水系统。
第一路由异步电动机（不具备调速功能）和水泵构成动力系统，由涡轮流量计检测流量，电动调节阀控制流量。
第二路由变频器，电动机和水泵构成动力系统，依靠动力系统的变频调速控制流量，由电磁流量计检测流量。
流量比值控制就是由可编程控制器控制两路供水系统的流量保持设定的比例。
本设计假设第一路的流量由其他系统控制或手动控制，本系统把第一路的流量（检测值）乘以设定的比例系数后的值作为流量给定值，控制第二路供水管道的流量。
控制器采用PID算法决定变频器的给定值，从而实现两路流量的按比例控制
2、设计正文
2.1软件设计
2.11系统分析
比值控制有开环比值控制、单闭环比值控制、双闭环比值控制、串级比值控制系统和变比值控制系统。
开环比值控制是最简单的控制方案。
单闭环比值控制和双闭环比值控制是实现两种物料流量间的定比值控制在系统运行过程中其比值系数是不变的。
串级比值控制系统实现两种物料的比值随第三个参数的需求而变化。
变比值控制系统最终目的是生产过程的结果，物料按比值输出不是关键。
根据设计要求，本系统必须采用单闭环比值控制或双闭环比值控制，本系统采取单闭环控制方案。
系统工作原理：
对于节流元件来说，压差与流量的平方成正比，即 ΔP∝Q2 对于单闭环比值调节系统，A，B 两个管路上的ΔP可分别写为 ΔPA=KAQA2 ΔPB=KBQB2 其中， KA、KB为放大系数。
变送器送出的信号为4-20mA电流信号，那么F1，FA有如下关系：
F1-4=CAΔPA FA-4=CBΔPB 式中CA、CB是变送器的放大系数， F1，FA是变送器的输出信号电流。
比值器的输出关系为：
F2-4=KC（ F1-4） KC为比值器的放大系数。
则有：
F2-4=KCCA KAQA2 FA-4=CBKBQB2 由于调节器为比例积分调节，在稳态下它可保持FA =F2，故有 KC CA KAQA2 = CB KBQB（QA/QB）2=KCCB KB/CA KA 从上式可知，为使流量QA、QB的比值满足工艺要求，只要适当地调整比值器的放大系数KC即可。
系统设计
内存变量分配表
序号
名称
地址
说明
1
涡流流量传感器
AIW0
16位
2
电磁流量传感器
AIW2
16位
3
电动调节阀
AQW0
16位
4
变频器
AQW4
16位
5
PID表地址
VB100
8位
6
过程变量PV
VD100
32位
7
设定值SP
VD104
32位
8
输出M
VD108
32位
9
增益K
VD112
32位，设定为0.75
10
采样时间Ts
VD116
32位，设定为0.5秒
11
积分时间Ti
VD120
32位，设定为5分
12
微分时间Td
VD124
32位，设定为0分
13
积分前项
VD128
32位
14
过程变量前值
VD132
32位
15
定时中断0时间间隔
SMB34
8位，设定为100毫秒
2.2硬件系统设计
拟量输入有涡流流量传感器和电磁流量传感器组成，PLC选西门子S7—200系列中，上位机和下位机的电缆采用RS—458通讯电缆。
第一路由异步电动机和水泵构成动力系统，第二路由变频器、电动机和水泵构成动力系统。
端口分配表
输入端子号
输出端子号
地址号
信号名称
说明
1
AIW0
第一路供水系统涡流流量传感器输入
16位
2
AIW2
第二路供水系统电磁流量传感器输入
16位
1
AQW0
输出控制电动调节阀
16位
2
AQW4
输出控制变频器
16位
流量计（涡轮流量计、电磁流量计）
1）、涡轮流量计：
输出信号：
频率，测量范围：
0~0.6m3/h
接线如图所示：
接线说明：
传感器的供电电源由24VDC开关电源提供，负载为流量积算变送仪。
注：
使用涡轮流量计时，必须将24VDC开关电源打开。
2）、电磁流量计：
输出信号：
4~20mA，测量范围：
0~0.4m3/h
接线说明：
转换器为交流220V供电，X、Y和A、B、C为传感器和转换器之间的连线，输出信号线直接接控制台上的电磁流量计信号输出端。
电动调节阀
QSVP20-15N智能电动单座调节阀
主要技术参数：
执行机构型式：
智能型直行程执行机构
输入信号：
0~10mA/4~20mADC/0~5VDC/1~5VDC
输入阻抗：
250Ω/500Ω
输出信号：
4~20mADC
输出最大负载：
<500Ω
信号断电时的阀位：
可任意设置为保持/全开/全关/0~100%间的任意值
电源：
220V±10%/50Hz
变频器面板
如图所示，变频器型号为三菱FR-S520S-0.4K型变频调速器，具体
数设置如下表：
名称
表示
设定范围
设定值
上限频率
P1
0-120Hz
60Hz
下限频率
P2
0-120Hz
20Hz
扩张功能显示选择
P30
0，1
1
频率设定电流增益
P39
1-120Hz
60Hz
RH端子功能选择
P62
4
操作模式选择
P79
0-8
0
C5
C5
输出频率大小
25Hz
C6
C6
偏置
20%
A面板接线端子功能说明：
为了保护变频器各接线端子不因实验时经常装拆线而损坏或丢失，故将其常用的端子引到面板上。
（1）控制信号输入：
可输入外部0~5V电压或4~20mA电流控制信号。
（2）STF、STR：
电机的正、反转控制端，SD与STF相连为正转，SD与STR相连时为反转。
B变频器使用说明：
本装置中使用变频器时，主要有两种输出方式：
一种是直接调面板旋钮输出频率，另一种是用外部
输入控制信号改变变频器输出频率。
两种输出方式
具体接线方法如下：
（1）变频器面板旋钮输出接线方法：
SD与STF（或STR）短接，当需要改变输出频率时，旋动面板上的旋钮，顺时针旋可增大输出频率，逆时针旋可减小输出频率。
待旋至所需要的频率时，按变频器上白色的SET键，即可选定所需的输出频率。
（2）变频器外部控制信号控制输出接线方法：
SD与STF（或STR）、RH两端都短接，在控制信号输入端接入控制信号（正极、负极应对应，不能接错），打开变频器的电源开关即可输出。
通过改变控制信号的大小来改变输出频率。
2.21软件实施硬件检测
1、设备的连接和检查
1）、关闭阀26，将储水箱灌满水（至最高高度）。
2）、打开手动阀10、阀20、阀21、阀22、阀23，关闭动力支路上通往其他对象的切换阀。
3）、检查电源开关是否关闭
2、系统连线
1）、先将电磁流量计的+（正极）接到S7200PLC的A/I0（正极），将电磁流量计的-（负极）接到S7200PLC的A/I0（负极）。
2）、最后将S7200PLC的A/O0输出端的正极接至变频器4~20mA输入端的+端（即正极），将S7200PLC的A/O0输出端的负极接至变频器4~20mA输入端的-（即负极），变频器的公共端、正转、切换短接。
3）、单相电源的空气开关打在关的位置
3、启动实验装置
1）、将实验装置电源插头接到380V三相电源上。
2）、打开漏电保护及单相电源空气开关。
3）、打开电源总开关，按下启动按钮即可开启电源。
4、实验步骤
1）、开启变频器、S7200PLC、电磁流量计、24VDC的电源开关。
2）、在老师的指导下，启动计算机，进入MCGS组态环境运行软件，进入相应的实验
PLC程序如下
3.课程设计总结
由于平时大家都是学理论，没有过实际开发设计的经验，拿到的时候都不知道怎么做。
但通过各方面的查资料并学习。
我们基本学会了PLC设计的步聚和基本方法。
分组工作的方式给了我与同学合作的机会，提高了与人合作的意识与能力。
通过这次设计实践。
我学会了PLC的基本编程方法，学会PID指令的应用，对PLC的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。
能过解决一个个在调试中出现的问题，我们对PLC的理解得到加强，看到了实践与理论的差距。
在此过程中，每个人都想自己的方案得到实现，积极向同学说明自己的想法。
能过比较选出最好的方案。
在这过程也提高了我们的表达能力。
在设计的过程中我们还得到了老师的帮助与意见。
在学习的过程中，不是每一个问题都能自己解决，向老师请教或向同学讨论是一个很好的方法。
思而不学则罔，思而不学则殆。
做事要学思结合。
最后要对各位辛勤指导的各位老师表示忠心的感谢
4.参考文献：
[1]殷洪义.可编程序控制器选择设计与维护.北京：
机械工业出版社，2003
[2]胡学林.可编程控制器教程（基础篇）.北京：
电子工业出版社，2003
[3]S7-200可编程序控制器系统手册，2008
[4]陈立定.电气控制及可编程控制器.广州.华南理工大学出版社，2001
[5]程鹏.自动控制原理（第二版）.高等教育出版社,2003
[6]三菱S500变频器通用说明书
课程设计
评语
课程设计
成绩
指导教师
（签字）
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