【知识点】管道流量比值控制PLC系统设计专业术语

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1、信息与电气工程学院课程设计手册2011/2012第一学期课程名称：可编程控制器应用名称：管道流量比控制PLC系统设计专业课程：学生：学生证：导师：设计人数周数：两周设计等级：2012 年 1 月 6 日目录1、课程设计目的*32、课程设计文本*32.1.2设计主要任务*32.1 设计题目 管道流量比例控制PLC系统设计*32.2 PLC控制系统组成* 32.3 管道流量控制系统组成*42.@ >4 物理组成系统*62.5 PLC硬件设计及组成*92.6编写PLC梯形图程序*103、程序设计总结或结论*144、参考资料*15< @1、PLC课程设计目的1.1 掌握S7-200

2、系列可编程控制器的硬件电路设计方法。 1.2 熟练使用S7-200系列可编程控制器的编程软件，掌握可编程控制器软件程序的设计思路和梯形图设计方法。 1.3 掌握S7-200系列可编程控制器程序应用系统的调试、监控和运行方法。 1.4 在完成可编程控制器作为下位机的相关控制程序的基础上，通过组态软件编程实现对上位机的控制及其相关监控接口。 1.5 通过课程设计，学生可以掌握数据查询书籍和网络，将PLC课程所学知识综合应用于工程设计工作，理论知识与实践相结合。 2、课程设计课文2.1设计题目管道流量比控制PLC系统设计2.1.2设计主要任务1.了解管道流量比的物理原理控制系统结构和闭环调节系统的数学结果

3、配置和PID控制算法。 2.明确各检测信号到PLC的输入通道和PLC到各执行器的输出通道。 3.画出流控系统的电路原理图，算出I/O地址分配。 4.编译PLC程序，结合实验装置调试。 2.1.2技术要求1 本系统有两个供水系统。第一路异步电动机不具备调速功能，与水泵构成动力系统。第二路是由变频器、电动机和水泵组成的电力系统，通过电力系统的变频调速来控制流量，通过电磁流量计检测流量。 2.本系统将第一通道的流量检测值乘以设定的比例系数作为流量设定值来控制第二条供水管道的流量。控制器采用PID算法确定逆变器的给定值，从而实现双向流量的比例控制。 2.2 PLC控制系统组成2.2.1 PLC概览可编辑

4、可编程控制器通常也称为可编程控制器。它是以微处理器为基础，集计算机技术和自动控制技术于一体的通用型工业自动控制装置。系统采用广泛应用于工业领域的西门子S7200系列PLC作为主控制器，S7-200系列小型PLC可应用于各种自动化系统。如图1-1所示，S7200PLC由上位机、输入输出接口、电源、模块扩展接口和外部设备接口、计算机编程软件等几大部分组成。 2.2.2 PLC 工作原理 PLC 采用顺序扫描和连续循环的方式工作。即在PLC运行时，CPU根据用户的控制要求进行

2.8@>对于已经编译并存储在用户内存中的程序，根据指令步号或地址号进行周期性循环扫描。如果没有跳转指令，用户程序将从第一条指令开始依次执行。 , 直到程序结束。然后回到第一条指令开始下一轮扫描。在每个扫描过程中，还完成了输入信号的采样和输出状态的刷新。一个PLC扫描周期必须经过三个阶段：输入采样、程序执行和输出刷新。在PLC的输入采样阶段：首先通过扫描顺序读取暂存在输入锁存器中的所有输入端的通断状态或输入数据，并写入各个相应的输入状态寄存器，即刷新输入然后关闭输入端口，进入程序执行阶段。 PLC在程序执行阶段：按照用户程序指令存储的顺序扫描并执行每条指令，然后进行相应的运算处理后写入结果。

2.9@>在输出状态寄存器中，输出状态寄存器中的所有内容都随着程序的执行而变化。输出刷新阶段：当所有指令执行完毕后，输出状态寄存器的通断状态送至输出刷新阶段的输出锁存器，由继电器、晶体管或晶闸管以一定方式输出，驱动相应的输出设备工作。 2.2.3 S7200PLCCPU226简介 CPU226模块的I/O点总数为40点、24点和16点，可带7个扩展模块；用户程序存储器容量为6.6K 字；设置 6 1 具有 PID 控制功能的高速计数器； 2个高速脉冲输出端子和2个RS-485通讯端口；具有PPI通信协议、MPI通信协议和自由端口协议的通信能力。 2.3 管道流量比例控制系统的组成2.3.1 系统应用介绍在各种生产过程中，需要使两种物料流动

7、保持严格的比例关系是很常见的。例如，在锅炉的燃烧系统中，要保持一定的燃料和空气的比例，以保证燃烧的经济性。并且往往其中一个流量随外接负载的需要而变化，而另一个流量应由调节器控制，使其按比例变化，以保证两者的比值不变。否则，如果比例严重失衡，可能会发生生产事故或危险。又如以重油为原料生产合成氨时，在产气段应保持一定的氧与重油比，在合成段应保持一定的氢与氮比。这些比例调整的目的是使生产能够在最佳工况下进行2.3.2管道流量比例控制原理如下图所示： 系统实验原理节流元件，压力差与流量的平方成正比流量控制系统课程设计，即 PQ2 对于图 13-1 中的单闭环比例调节系统，A、B 两条管路上的 P 可写为 PA =

8、KAQA2PB=KBQB2 其中KA和KB为放大因子。变送器发出的信号为4-20mA电流信号，则F1和FA有如下关系： F1-4=CAPA FA-4=CBPB 其中CA和CB为变送器的放大系数，F1和FA分别为器件的传输输出信号电流。变比器的输出关系为： F2-4=KCKC 为变比器的放大倍数。则有： F2-4=KCCA KAQA2FA-4=CBKBQB2 由于调节器是比例积分调节，可以保持FA=F2处于稳态，所以有KC CA KAQA2=CB KBQB2 即QA/QB2=KCCB KB/CA KA 由上式可知，要使流量QA和QB的比值满足工艺要求，只需适当调整比值装置的放大系数KC即可。 2.4系统

物理构成9、本设计采用RTGK-2过程控制实验装置，根据我国工业自动化及相关专业的教学特点，吸收了国外同类实验装置的特点和优点，并与当前大型工业自动化现场紧密相连，采用行业广泛应用且处于领先地位的AI智能仪表及组态软件控制系统和DCS。教学和学科基地建设的实验设备。 2.4.1 RTGK-2系统主要特点 1、调整参数包括流量、压力、液位、温度四个热参数。 2 执行器包括电控阀或气动控制阀、三相可控硅移相调压等仪表式执行器和变频器等电驱动执行器。 3 除调节器设定值的阶跃扰动外，调节系统在物体通过时还有另一个电源支路或电路。

10、电磁阀和手动阀会产生各种干扰。 4、一个待调整的参数可以在不同的电源、不同的执行机构、不同的工艺线下演变成多种调整回路，便于讨论和比较各种调整方案的优缺点。 5 该对象中有些检测信号和执行器相互干扰，同时需要重新调整原独立调整系统的调整参数才能工作，也可以比较复杂调整系统的优缺点。 6 可在开放式组态实验软件平台上实现多种控制算法和调节规律。 7、实验数据和图表可以永久保存，也可以在MCGS组态软件中随时调用，方便实验者在实验后进行对比分析。 2.4.2 RTGK-2实验对象组成结构1.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：00.@ >6m3/h接线如图：接线说明：传感器

11、设备供电由24VDC开关电源提供，负载为流量积算变送器。注意：使用涡轮流量计时，必须打开24VDC开关电源。 ，电磁流量计：输出信号：420mA，测量范围：00.@>4 m3/h 接线说明：转换器为交流220V电源，X、Y和A、B、C为传感器与传感器之间的连接转换器 输出信号线直接接到控制台上电磁流量计的信号输出端。 2.电动调节阀QSVP20-15N智能电动单座调节阀主要技术参数：执行器类型：智能直线执行器输入信号：010mA/420mADC/05VDC/15VDC输入阻抗：250/500输出信号：420mADC输出最大负载：500 信号断电时，阀位：可任意设置为保持/全开/全关/0100%之间的任意一个

12、值电源：220V10%/50Hz电动调节阀直接接220V交流电源，电源由电源开关控制，控制信号为420mA电流输入+端子连接调节器+端输出的420mA控制信号，控制信号420mA电流输入端连接调节器输出的420mA控制信号端。 3.电磁阀采用24V直流开关电源供电，电磁阀有两种状态：通电时电磁阀阀打开，断电时阀关闭。 4. 三相晶闸管移相调压器通过420mA电流控制信号，根据控制电流的大小，控制三相380V交流电源在0380V之间连续变化。 5.变频器面板如图，变频器型号为三菱FR-S520S-0.@>4K型变频调速器面板接线端子 功能说明：为了保护变频器接线端子不受频繁拆装损坏或丢失

13、，所以把常用的接线端子引到面板上。 1 控制信号输入：可输入外部05V电压，或420mA电流控制信号。 2 STF、STR：电机正反转控制端子，SD接STF为正转，SD接STR为反转。 B 变频器使用说明： 本设备使用变频器时，主要有两种输出方式：一种是直接调节面板旋钮的输出频率，另一种是使用外部输入控制信号改变变频器的输出频率。两种输出方式的具体接线方式如下： 1、变频器面板旋钮输出接线方式：SD与STF或STR短接。当需要改变输出频率时，转动面板上的旋钮流量控制系统课程设计，顺时针方向转动，增加输出频率。顺时针旋转可降低输出频率。当达到所需频率时，按变频器上的白色 SET 键选择所需的输出频率。 2、变频器外部控制信号控制输出接线方法：SD与STF或STR、RH均短接，控制信号正负极应接在对应的控制信号输入端. p>