基于plc的纺纱模拟实验控制系统设计_毕业设计(编辑修改稿)

基于plc的纺纱模拟实验控制系统设计_毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

要的用户输入设备 (包括按扭、转换开 关、行程开关、限位开关和传感器等 )和输出设备 (接触器、继电器、电磁阀、报警 指示灯等 )。 并且根据这些输入 /输出设备确定系统的 I/0 点数。 PLC PLC 类型的选择主要从下面几个方面考虑 : (1) PLC 机型和容量的选择； (2) 开关输入量的点数以及输入电压； (3) 开关输出量的点数以及输出功率； (4) 模拟量输入 /输出的点数； (5) 系统的特殊要求，如远程 I/O、通信网络等； 4. I/O 点分配 ******************本科生毕业设计 (论文 ) 10 分配 PLC 的输入 /输出点，画出 PLC 的 I/O 端子与输入 /输出设备的连接图或分配表。 在连接图或分配表中，必须指定每个 I/O对应的模块编号、端子编号、 I/O地址、对应的输入 /输出设备等。 图 21 PLC系统设计的基本步骤 此步骤是进行 PLC 程序设计和 PLC 控制柜等 硬件的设计及现场施工。 程序与硬件设计施工可同时进行。 PLC 程序设计的一般步骤包括以下部分 [4]: (1)根据工艺流程和控制要求，画出系统的功能图或流程图。 (2)根据 I/0分配表或 I/O 端子接线图，将功能图和流程图转化成梯形图，即 PLC 编 ******************本科生毕业设计 (论文 ) 11 程。 硬件设计及现场施工的一般步骤如下 : (1)设计控制柜布置图、操作面板布置图和接线端子图等； (2)设计控制系统各部分的电气图； (3)根据图纸进行现场接线。 (1)程序编写完成后，将程序输入 PLC。 如果用编程器输入，需要先将梯形图转换为助记符，然后 输入。 (2)程序输入 PLC后，用按扭和开关模拟数字量，电压源电流源代替模拟量，进行模拟调试，使控制程序基本满足控制要求。 离线模拟调试和控制柜等硬件施工完成后，就可以进行整个系统的现场联机调试。 现场调试是指将模拟调试通过的程序结合现场设备进行联机调试。 通过现场调试，可以发现模拟调试中无法发现的实际问题，然后逐一排除这些问题，直至调试成功。 技术文件主要包括技术说明书，使用说明书，电气原理图、接线端子图、 PLC 梯形图和电器布置图。 本章小结 本章主要讲述了 PLC 控 制系统设计的要求和基本步骤，对下一章研究 防砂模拟 的 PLC控制系统做了很好的铺垫。 其中，最基础也是最必不可少的是分析工艺流程和控制要求并且确定 I/O 分配，而最重要的是根据控制要求进行硬件和软件的设计。 ******************本科生毕业设计 (论文 ) 12 第三章 防砂模拟控制系统控制要求 防砂模拟控制系统简介 [7] 机械防砂模拟 实验系统 包括注水系统、加砂系统、直井除砂模型以及原油回收系统，由电机驱动的各种泵等传送机构完成各系统之间的产品传输。 该 实验系统 自动化控制系统主要由三部分组成，一部分是对各岗位生产参数进行监测；一部分是分析各岗位生产参数，对各岗位 需要进行自动控制的执行器进行控制；一部分接受控制系统控制输出，调节各岗位执行器 [7]。 各系统的参数必须严格控制，才能生产出合格原油，保证整个系统平稳安全运行。 所有系统通过 PLC 实现各设备工作状况及参数数据采集、检测、控制的实时监测，并具备报警、控制功能。 各岗位监控系统由传感器等设备组成，完成包括温度、压力、流量、液位的检测、监视 [7]。 控制系统采用德国西门子公司 S7300系列 PLC 控制系统， S7300 系统控制器选用 CPU314C2 DP。 执行系统由变频器组成，变频器 [17]接受 PLC 控制系统 输出的控制模拟量，动态调节对应阀门的开关、各种电机的起停和速度变化，保持各岗位生产参数在正常范围。 此配置方案保证控制系统连续、安全、稳定运行。 机械防砂模拟 实验系统 流程 机械防砂模拟 实验系统 的功能是模拟对加入水和砂的石油进行处理，脱出石油中的污水和砂粒。 储油罐中放有纯净的石油，由计量泵 3抽取进入配液罐；水池中放有水，由计量泵 4抽取进入配液罐与石油混合，形成混有水的模拟原油。 然后由计量泵 2 抽取进入加砂搅拌罐；砂箱中放有砂粒，由绞龙输送进入加砂搅拌罐与混有水的石油混合，形成混有水和 砂的模拟原油。 再由泥浆泵抽取进入直井模型，再进入旋流除砂系统，计量泵 1从水池中向旋流除砂系统泵入需要的水， 进行去砂除水后，由计量泵 5回收到储油罐 [7]。 防砂模拟控制系统要求 [7] 监测系统 监测配液罐、加砂搅拌罐、管道内的液位、压力、流量、温度、调节阀开度等，产生模拟量值信号送入控制系统； 配液罐和加砂搅拌罐 配液罐和加砂搅拌罐内要求常存有一定量的 模拟原油。 计量泵 2从配液罐往加砂搅拌罐中泵入石油，速度需要配合加砂搅拌罐和配液罐的液位进行调节，加砂搅拌罐低液位需要加速，加砂 搅拌罐高液位需要减 速，配液罐低液位需要减速，在紧急状态下需要停止；加砂搅拌罐和配液罐的液位由液位检测传感器检测； ******************本科生毕业设计 (论文 ) 13 绞龙 绞龙从砂箱往加砂搅拌罐中送入砂子，速度需要配合加砂搅拌罐的液位进行调节，加砂搅拌罐低液位需要加速，加砂搅拌罐高液位需要 减速，在紧急状态下需要停止； 泥浆泵 泵出管道压力不能超过安全值， 泵出管道压力高于预警值需要减速； 泥浆泵从加砂搅拌罐往除砂系统中泵入加砂后的石油，速度需要配合加砂搅拌罐的液位进行调节，加砂搅拌罐低液 位需减速，加砂搅拌罐高液位需要加速； 传输管道 传输管道温度、压力值要求保持在一定 范围。 压力、温度传感器及保护单元中的针阀、柱塞泵、水池和热交换器共同实现系统的压力温度的安全保护。 压力传 感器的检测值超过安全值，通过 PLC 控制中心调节针阀阀门变大，管道流速加快使得压力变低，温度传感器的检测值超过安全值，通过 PLC控制中心调节柱塞泵加速抽水速度，热交换器中的热交换过程变快使得温度降低。 紧急状态 当系统检测到配液罐、加砂搅拌罐、管道内的液位、压力、温度某项 岗位参数超过预先设定的危险值 ，关断所有传动 实验系统 ，停止 机械防砂模拟 实验系统 的自动循环，转手动调节。 下图是 防砂模拟试验 实验系统 流程 图 图 31 防砂模拟试验 实验系统 流程图 ******************本科生毕业设计 (论文 ) 14 本章小结 本章介绍了 机械防砂模拟 实验系统 的基本功能工艺流程，并根据它的工艺流程分析了防砂模拟控制系统 的控制要求，根据此控制要求设计出 各岗位监控系统、控制系统、执行系统。 控制系统对各岗位生产参数实时采集，完成 计量泵、泥浆泵和柱塞泵等设备的启 /停以及联动控制，保持控制系统运行过程中， 各岗位生产参数都处于正常范围。 这为下一步详细设计做了准备。 ******************本科生毕业设计 (论文 ) 15 第四章 主要算法设计 控制模型分析 经过对 防砂模拟 PLC 控制系统工艺要求的仔细分析，控制系统主要有两种控 制方式，分别以泥浆泵和 柱塞泵为典型。 下面对这两个岗位进行详细分析。 1．泥浆泵电机的调节关联泵出管道压力和加砂搅拌罐的液位，泵出管道压力和加砂搅拌罐的液位要求保持在一定范围。 对应控制要求是：泵出管道压力不能超过预警值，泵出管道压力高于预警值泥浆泵电机需要减速；加砂搅拌罐的液位需要保持在一定范围，加砂搅拌罐液位低于设定范围泥浆泵电机需减速，加砂搅拌罐液位高于设定范围泥浆泵电机需加速 [7]。 2．柱塞泵电机的调节关联传输管道温度。 传输管道温度要求保持在一定范围，温度传感器及保护单元中的柱塞泵、水池和热交换器共同 实现系统的压力温度的安全保护。 对应控制要求是：温度传感器的检测值超过安全值，通过 PLC 控制中心调节柱塞泵加速抽水速度，热交换器中的热交换过程变快使得温度降低 [7]。 泥浆泵电机调节算法设计 [16] 根据泥浆泵调节逻辑关系，假定 adjust 为状态标志， adjust 值为 1，标志 加沙搅拌罐液位异常或者泵出管道压力值异常 ； adjust 值为 0，标志岗位生产参数正常，不需要调节。 PLC 输出泥浆泵电机速度（以下简称 nj），加沙搅拌罐液位（以下简称 jas），泵出管道压力值（以下简称 pre），假定三者关系如下： nj =  a d ju s tp r enjkja snjk  _2_1 „ „ „ „ „„ „ „ „ „ „„ „ „„„„ (1) (1) nj允许范围      hnjhinjhinjlinjlinjlnj _,__,__,_  ；  hinjlinj _,_ 是其正常范围； (2) jas 允许范围        hj ashij ashj ashij ashij aslij aslij aslj as _,__,__,__,_ ；  hijaslijas _,_ 是其正常范围； (3) pre 允许范围      hp r ehip r ehip r elip r elip r elp r e _,__,__,_ ； ******************本科生毕业设计 (论文 ) 16  hiprelipre _,_ 是其正常范围； 假设系统已经偏离正常状态， adjust 值为 1，此时 a式为：  pr enjkjasnjknj  _2_1 „ „ „ „ „„ „ „ „ „ „„ „ „„„„ (2) jas 为允许范围最高值 jas_h， pre 为允许范围最低值 pre_l的时候，需要 nj 调节速度至最大 nj_h，对应关系为：   hnjlp r ehja s __amp。 _  „ „ „ „ „„ „ „ „ „ „„ „ „„„„ (3) jas 为允许范围最低值 jas_l， pre 为允许范围最高值 pre_h的时候，需要 nj 调节速度至最小 ，对应关系为：   lnjhp r elja s __amp。 _  „ „ „ „ „„ „ „ „ „ „„ „ „„„„ (4) 由 (1)， (2)， (3)， (4)式 得出泥浆泵电机速度 传递系数 1: k1_nj， 泥浆泵电机速度传递系数 2: k2_nj, 由于三者呈线形关系，结果满足： 2 ___22 ___12 __ hj a slj a snjkhj a slj a snjkhnjlnj  „„ „ „„„„ (5) (5)式说明了 jas、 pre 的允许范围的中间值，就是系统 正常运行状态值与 nj 的允许中间。