1、液位单回路控制系统设计 Modified by JACK on the afternoon of December 26, 2020液位单回路控制系统设计1 绪论课题研究的背景1随着工业生产的迅速发展,工艺条件越来越复杂。对过程控制的要求越来越高。过程控制系统的设计是以被控过程的特性为依据的。由于工业过程的复杂、多变,因此其特性多半属多变量、分布参数、大惯性、大滞后和非线性等等。为了满足上述特点与工艺要求,过程控制中的控制方法是十分丰富的。通常有单变量控制系统,也有多变量控制系统,有复杂控制系统,也有满足特定要求控制系统。在工业生产过程中,液体贮槽设备如进料罐、成品罐、中间缓冲容器、水箱等应用
2、十分普遍,为保证生产正常进行,物料进出需均衡,以保证过程的物料平衡,因此工艺要求贮槽内的液位需维持在某个给定值上下,或在某一小范围内变化,并保证物料不产生溢出,要求设计一个液位控制系统。对分析设计的要求,生产工艺比较简单要求并不高,所以采用单回路控制系统进行设计。单回路控制系统又称简单控制系统,是指由一个被控系统、一个检测元件及变送器、一个调节器和一个执行器所构成的闭合系统。单回路控制系统是最简单、最基本、最成熟的一种控制方式。单回路控制系统根据被控量的系统、液位单回路控制系统等。单回路控制系统的结构比较简单,所需的自动化装置数量少,操作维护也比较方便,因此在化工自动化中使用很普遍,这类系统占
3、控制回路的绝大多数。单回路控制系统虽然简单,但它的分析、设计方法是其它各种复杂过程控制系统分析、设计的基础。对单回路控制系统进行分析,设计,调试处理的方法,理解单回路控制系统对各个环节的影响,就可以分析处理好更复杂的设计问题。此处,我选择的是一个单回路液位控制系统的设计。本课题的研究方案及内容图1-1 单回路液位控制方案图整个过程控制系统由控制器、调节器、测量变送、被控对象组成。在本次控制系统中控制器为PLC,调节器为阀门,测量变送为LT,被控对象为流量LV。结构组成如下图所示。当系统启动后,液位传感器检测出水槽的液位,将液位信息传递向PLC,PLC将测量值与设定值进行比较,进行控制阀门开度。
4、从而保证液位在设定值范围内。本课题设计的目的和意义可编程控制器(PLC)因为抗干扰能力强,可靠性好,控制系统结构简单,通用性强,编程方便,易于使用,设计、施工、调试、的周期短,体积小,维护操作方便,易于实现网络化,可实现三电一体化等优势已经成为应用面最广,最广泛的通用工业控制装置,成为当代工业自动化的主要支柱之一。通过PLC对程序设计,提高液位系统的控制水平。因此PLC在液位控制系统中应用非常广泛,具有很高的应用价值。2 硬件电器选型仪表及阀门选型 液位变送器本次我选用的液位变送器为赛亚福特生产的SY2088-A投入式液位变送器,产品型号为SY2088。2088投入式液位变送器采用高性能的扩散
5、硅压阻式压力传感器作为测量元件,经过高可靠性的放大处理电路及精密温度补偿,将被测介质的表压或绝压转换为标准的电压或电流信号。本产品体积小巧,使用安装方便,直接投入水中即可测量出变送器末端到液面的液位高度。特点:(1)多种量程,最大可测200m(水柱压力);(2)采用316L不锈钢隔离膜片,适用于多种测量介质;(3)配置灵活,根据需要可选择不同配置;(4)一体式、分体式可选;反极性和过电压保护;(5)抗冲击、防雷击设计;(6)激光调阻温度补偿,零点、量程可现场调节;(7)范围宽抗腐蚀,适于多种介质;(8)过载及抗干扰能力强,性能稳定。表2-1 液位变送器技术参数测量形式及范围01200mH2O允
6、许过载2倍满量程压力工作温度-2080温度补偿-1070存储温度-4080准确度(包含非线性、重复性、迟滞)%FS(典型) %FS(最大)稳定性误差%FS(典型), %FS(最大)温漂系数 %FS(典型,量程不小于5mH2O) %FS(典型,量程小于5mH2O)输出信号(420)mA(二/三线制)、(010/20)mA(05)V、(15)V、)010)V供电电源1536 VDC(标定电压24VDC)负载()电流输出型5K外壳材料合金铝O型圈氟橡胶膜片316L不锈钢电缆专用防水透气电缆防护等级IP68(压力传感器部分),IP65(接线盒变送器部分)产品选型:表2-2 产品选型表2088-口E口A
7、口C口D口液位变送器2088液位变送器(注明量程范围)口结构形式1、一体式不带接线盒 2、分体式带接线盒E口输出信号1、(05)VDC 2、二线制(420)mA(默认) 3、(010)mA4、其它注明A口准确度?1、 2、 3、C口探头类型1、默认为标准型(非防腐型) 2、防腐型D口显示方式(仅限于分体式带接线盒类型)1、无显示(默认)2、0100%线性指示3、LCD数字量程显示(液晶)4、LCD数字0100%显示(液晶)5、LED数码管0100%显示由本次需求我选用的液位变送器型号为SY2088-1E2A3C2D1 阀门本次选用ZSSV气动V型活塞式调节球阀ZSSV气动V型活塞式调节球阀(简
8、称调节球阀),是一种旋转型调节球阀,为气动单元组合仪表中的执行单元,一般与电气阀门定痊器或气动阀门定位器组合使用。阀芯开有V型切口,与阀座相对转动产生剪切力,防止卡死。特别适用于泥浆和含有纤维介质,以及含有微小固体悬浮物介质的调节。因而广泛应用于石油、化工、制药、冶金、轻纺、造纸、污水处理等生产部门的气体、蒸汽、液体输送管道中介质流量调节,以达到生产过程按控制要求。主要技术参数表2-3 阀门参数表3 控制系统设计 控制方案图3-1控制方案方框图 PLC模块选型表3-1 I/O点数统计表液位变送器1AIV型调节阀1AO总计1AI,1AO, 电源模块选用PS307 5A订货号: “标准模块”6ES
9、7307-1EA00-0AA0属性:PS 307; 5 A 电源模块的属性: 输出电流为5 A 输出电压为24 VDC;短路和断路保护 与单相交流电源连接(额定输入电压120/230 VAC,50/60 Hz) 安全隔离符合EN 60 950 可用作负载电源图3-2 电源模块接线图 “24 VDC 输出电压工作”显示 24 VDC 输出电压接线端 固定装置 主回路和保护性导体接线端 24 VDC 开关 电源选择器开关 CPU模块选用CPU314订货号:6ES7314-1AG13-0AB0图3-3 CPU模块接线图 模拟量输入模块选用SM 331; AI 8 x 16 位订货号6ES7331-7
10、NF10-0AB0属性 4 个通道组中的 8 点输入 在每个通道组,测量类型可编程 电压 电流 分辨率对于每个通道组均可编程(15位+符号) 每个通道组的任意测量范围选择 可编程诊断和诊断中断 8 个通道的可编程限制值监视 越限时的硬件中断可编程 周期结束时的硬件中断可编程 可以进行多达 4 个通道的测量值高速更新 对 CPU 的电隔离诊断有关“组诊断”参数中诊断消息的信息,请参考模拟量输入模块的诊断消息表。下图显示了各种接线选项图3-4 模拟量输入模块接线图 模拟量输出模块选用SM 332; AO 4 x 12 位;订货号6ES7332-5HD01-0AB0属性 一个组中 4 个输出 各个通
11、道可以选择输出 电压输出 电流输出 分辨率 12 位 可编程诊断和诊断中断 与背板总线接口和负载电压电隔离 2 线制连接(对线路电阻无补偿) 4 线制连接(对线路电阻有补偿) 等电位连接 功能性接地 内部电源 电隔离 背板总线接口 模数转换器(ADC)图3-5 模拟量输出模块接线图 等电位连接 功能性接地 内部电源 电隔离 背板总线接口 模数转换器 (ADC)4 总结在此答辩之际,我首先要感谢指导老师。因为无论从论文选题,到编写过程,直到完成,方老师无不倾注着心血和辛劳。从与老师的探讨中,老师认真的求学精神、严谨的治学态度、渊博的专业学识、敏锐的学术眼光、深邃的学术思想、勤勉塌实的治学作风、诲
12、人不倦的精神无不让人感动。我在这里说一声,老师,辛苦了!一个多月的课程设计生活转眼即逝。在这一个多月学习期间,老师们无私耕耘、孜孜教诲,让我们学到了很多书里和书外的知识。为我们即将进入社会打下了良好的基础。在这里我向所有老师们表示深深得谢意和崇高的敬意。最后,衷心地感谢在百忙之中评阅论文和参加答辩的各位老师、教授!忠心地祝愿各位身体健康、工作顺利。设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程.随着科学技术发展的日新日异,可编程控制器(PLC)已经成为当今计算机应用中空前活跃的领域,在生活中可以说得是无处不在。因
13、此作为二十一世纪的大学来说掌握可编程控制器(PLC)的开发技术是十分重要的。经过一个多月的努力终于把毕业设计顺利完成了。通过这一个多月的学习,我发现自己还有好多不足之处。然而这次的毕业设计也让我进一步获得了独立自主的学习,摸索,思考,动手等多种能力。对于本次课题,刚开始我不知如何下手,然而在老师的指点下,我开始有点眉目。于是开始了对其运行要求进行解读,并着手开始绘制原理图,同时也积极查询相关资料。在课程设计中只知道原理是远远不够的,同时要有自己的想法和见解,这是成功的一项非常重要的保证。而这次设计也恰好锻炼了我这一点。时刻保持奋进的头脑,不断接受新事物,挑战新的问题。千万记住秒针不停的划圈,我
14、们的思想也应不断的修正提高。拿这次课程设计来说,我不仅用了好几个学过的软件,还接触了新的软件。遇到了一个又一个难题,但是经过不断地学习。我们成功的将其一一解决。在整个过程中,我也曾经因为遇到困难失落过,也曾为成功的解决棘手问题而热情高涨。然而遇到困难,我都一直坚持着,寻找各种方法来解决问题,并不停鼓励自己一定会成功的。本次设计中我综合运用了在校内外所学习的知识。为很好的完成本次设计,我不断的通过各种途径获取相关知识。通过这次毕业设计,我想说:为完成这次毕业设计,确实很辛苦。然而实习是不可缺少的一部分。在设计期间可以把在学校学到的知识应用到实际当中。在理论与实践相结合的时候,能够更快更好的体会到
15、理论的精髓所在,体会到理论与实践的区别。从而巩固自己所学的知识,增强发现问题、分析问题、解决问题的能力。从而做到理论与实际的融会贯通,充分的运用自己实习所获得的知识及经验为课程设计增添亮点。虽然有点苦,但苦中仍有乐,因为在其中我又学会更多的东西,掌握了更多的知识。以前种种艰辛这时就变成了最甜美的回忆!于我而言,知识上的收获重要,精神上的丰收更加可喜。让我知道了学无止境的道理。我们每一个人永远都不能满足于现有的成就,人生就像是在登山,当你登上峰顶时,你会发现对面还有更多而且更高的山峰在等着你的征服。挫折是一份财富,经历是一份拥有。这次课程设计必将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆!参 考 文 献1 李宏燕,范永宁.单回路液位控制系统的性能分析J.宁夏大学机械工程学院.(1).3-52 宋建成.PLC控制和应用.科学出版社.3 西门子公司 S7-300模块数据设备手册.4 路桂杰 单回路控制系统在电锅炉中的应用.大庆华科股份有限公司.2010.(2).46-53。
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