毕业论文设计-基于plc的水厂滤池自动控制系统设计

毕业论文设计-基于plc的水厂滤池自动控制系统设计内容摘要：

启动水泵电机 泵机运行信号到延时时间到打开气动蝶阀 气动蝶阀开到全开位 泵机关闭过程 关泵命令 关出水气动阀碟 气动阀碟到全关位 停水泵电机 滤池自动反冲洗控制 主要有排序冲洗自由冲洗和强制冲洗 有多个滤格要进行冲洗时则对其进行排 序顺序进行冲洗当水头损失不合要求或者过滤时间超过设定值 24h 之外时进行自由冲洗强制冲洗可以认为是在人机界面直接下达冲洗的命令 反冲洗鼓风机一步化启停设计 开鼓风机控制开阀门启动 开风机指令 开旁通阀 启动鼓风机 开出气阀 关旁通阀 停鼓风机控制关阀门停机 停风机指令 开旁通阀 关出气阀 停鼓风机 关旁通阀 本次设计对工艺设备控制有四级中央控制室 IPC进行操控 PLC根据程序和其他情况自动控制无需人的干预现场人机界面进行管理手动控制在 MCC 或者机器旁边操作箱上的按钮进行控制手动通过硬件直接切换优先权较其他三种方 式高 接下来讨论反冲洗故障检测和保护等内容 反冲洗水泵故障检测和保护设计如下 过电流预报警 反冲洗水泵电机电流大于额定电流时接通报警指示灯或喇叭以示警告 过电流故障 反冲洗水泵电机电流大于额定电流时立刻关闭水阀门和停止水泵工作同时相应开关接通以示警告 空载故障 反冲洗水泵电机电流小于额定电流或压低于常值时候空车故障立刻停机启动相应声光报警系统 电气故障 反冲洗水泵电机正常启动运行后在设定时间内不到位运行信号继续丢失 5s为电气故障 PLC 停止工作启动声光报警系统 反冲洗水泵出口阀门故障检测和保护设计如下 开阀门 故障 开阀指令发出后在设定的时间内开阀门出现故障 PLC 作开阀故障立即切断该阀门电源对反冲洗水泵停电保护并且启动报警系统 关阀门故障 开阀指令发出后在设定的时间内开阀门出现故障 PLC 作开阀故障立即切断该阀门电源对反冲洗水泵停电保护并且启动报警系统 反冲洗鼓风机故障检测和保护设计如下 过电流预警 鼓风机电流大于额定电流时启动报警系统 过电流故障 鼓风机电流大于额定电流时立即关闭水阀门和停止水泵工作启动报警系统 空车故障 鼓风机电流大小于额定电流或出水压力低于正常值为空车故障须立即停机保护启动报警系统 电气故障 鼓风机电机启动正常运动后运行信号继续丢失 5s 为电气故障 PLC 停止工作启动声光报警系统 第章 PLC 控制的实现 本章主要介绍 PLC控制的硬件设计和软件程序的编写且选用的 PLC为我所熟悉的三菱 FX2N 系列产品阀门选择开关阀而省去了用 PID 控制的调节阀使过程变得相对简单 1 PLC 基本知识及其工作原理 可编程序控制器 Programmable Logic Controller 简称 PLC 所谓可编程序控制器就是一种专为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电控制系统的硬件设计系统它采用一种可编程序的存储器在 其内部存储并执行逻辑运算顺 控制定时记数和算术操作的指令通过数字量或模拟量的输入输出来控制各种类型的机械设备或生产过程随着 PLC 的发展它不仅能完成编辑运算控制而且能实现模拟量数字量的算术运算用 PLC 设计的控制系统具有如下的优点 1 能适应工业现场的恶劣环境能抗电磁干扰与电压冲击 2 简单易于使用不必要求微机软硬件方面的知识编程不需要高级语言 3 可靠性高平均故障间隔时间 MTBF 超过 20200 小 4 编程或修改程序容易程序可以保存和固化 5 体积小价格低 6 可直接将数据送入处理器中可直接连 接到现场 7 可在基本系统上扩展系统容易配置与负载最远距离很远内存可以扩展 8 有很强的通讯功能可与多种支持设备连接 9 系统化有标准外围接口模块 10 系统在一种现场不需要时仍可改在另一现场使用等一系列优点 PLC 采用的是扫描的工作方式扫描是一种形象化的术语用来描述可编程序控制器内部的 CPU 的工作过程所谓扫描就是依次对各种规定的操作项目全部进行访问和处理 PLC 运行时用户程序中有众多的操作需要执行但是一个 CPU 每一个时刻只能执行一个操作而不能同时执行多个 操作因此 CPU 按程序的顺序依次执行各个 操作这种需要处理多个作业时依次按顺序处理的工作方式称为扫描工作方式由于扫描是周而复始无限循环的每扫描一个循环所用的时间为扫描周期顺序扫描的工作方式是 PLC的基本工作方式它简单直观方便用户程序设计为 PLC的可靠运行提供了有利保证一方面所扫描的指令被执行后其结果马上就可以被后面将要扫描的指令所利用另一方面还可以通过 CPU 设置定时器来监视每次扫描时间是否超过规定时间避免由于 CPU 内部故障使程序执行进入死循环 PLC 工作过程分为以下五步 1 自诊断 自诊断功能可使 PLC 系统防患于未然而在发生故障时能尽快的修复为 此 PLC每次扫描用户程序以前都对 CPU存储器输入输出模块等进行故障诊断若自诊断正常便继续进行扫描而一旦发现故障或异常现象则转入处理程序保留现行工作状态关闭全部输出然后停机并显示出错的信息 2 与外设通信 自诊断正常后 PLC 即扫描编程器上位机等通信接口如有通信请求便响应处理在与编程器通信过程中编程器把指令和修改参数发送给主机主机把要显示的状态数据错误码进行相应指示编程器还可以向主机发送运行停止清内存等监控命令在与上位机通信过程中 PLC 将接收上位机发出的指令进行相应的操作把现场工作状态 PLC 的内部工作状态 各种数值参数发送给上位机以及执行启动停机修改参数等命令 3 输入现场状态 完成前两步工作后PLC 便扫描各个输入点读入各点的状态和数据如开关的通断状态形成现场的内存映象这一过程也称为输入采样或输出刷新在一个扫描周期内内存映象的内容不变即使外部实际开关状态己经发生了变化也只能在下一个扫描过程中的输入采样时刷新解算用户逻辑所用的输入值是该输入值的内存映象值而不是当时现场的实际值 4 解算用户逻辑 即执行用户程序一般是从用户出现存储器的最低地址存放的第一条程序开始在无跳转的情况下按存储器地址的递增方向顺序的扫 描用户程序按用户程序进行逻辑判断和算术运算因此称之为解算用户逻辑解算过程中所用的计数器定时器内部继电器等编程元件为相应存储单元的即时值而输入继电器输出继电器则用的是内存映象值在一个扫描周期内某个输入信号的状态不管外部实际情况是否己经变化对整个用户程序是一致的不会造成结果混乱 5 输出结果 将本次的扫描过程中解算最新结果送到输出模块取代前一次扫描解算的结果也称为输出刷新解算用户逻辑到用户程序为止每一步所得到的输出信号被存入输出信号寄存表并未发送到输出模块相当于输出信号被输出门阻隔待全部解算完成后打开输出门 一并输出所用输出信号由 输出状态表送到输出模块其相应开关动作驱动用户输出设备即 PLC 的实际输出在依次完成上述五个步骤操作后 PLC 又开始进行下一次扫描如此不断的反复循环扫描实现对全过程及设备的连续控制直至接收到停止命令停电或出现故障 2 传感器和执行器的选择 传感器主要用来检测液位高度选择使用超声波液位计来作为液位传感器把现场检测到的模拟信号传输给 PLC 的模拟量输入模块 为了维持滤池正常工作时恒水位所以液位计的选型很重要超声波液位传感器是近年来普遍使用的一种工控液位传感器该液位计安装简单方便信号漂移较小故 障率较低运行稳定故近年来受到广大工程设计人员的青睐故本设计 LU 13两线制超声波液位传感器 安装一前首先确认液位计探头和它的测量终端间距 LU13 超声波液位计允许的最大电缆长度为 30m 而且要求电缆必需全部屏蔽两线制信号输入电气连接 1 和信号变送器以及外供电源连接 液位计红线端接入直流电源 1228 VDC端黑线接仪表输入信号端然后将电源1228 VDC端和仪表信号输入负端连接 2 和 PLC 的连接 液位计红线端接入直流电源 1228 VDC端黑线接 PLC输入信号端然后将电源1228 VDC端和 PLC 信号输 入负端连接 注意超声波液位计安装时其包装盒内的Vinton 橡胶垫必须配合超声波液位计一起安装 水头损失等于液位值减去压力值故水头损失信号的测量要运用到压力变送器前些年大都用差压变送器在滤料上下引压但由于差压变送器及三阀组安装维护相对麻烦且差压变送器的安装位置受一定限制近年来采用压力变送器较多在单格滤池出水阀前取压由计算机将液位值与压力值相减后得出水头损失效果不错本设计中的压力变送器选择通用型 YZD1 扩散硅压力变送器 YZD1 扩散硅压力变送器选用国外进口扩散硅压力芯片作敏感元件性能稳定可靠抗过载能力强灵 敏度高精度高体积小重量轻安装使用方便广泛应用于国民经济领域的各种气体液压的压力液体测量和控制具有多种量程多输出形式标准螺纹接口 M2020 结构材料 2Cr13 或者 1Cr18Ni9Ti 可按要求订制非标准量程输出形式和压力接口形式如表 51 所示所示 表 1 YDZ1 电气连接方式及其主要技术指标 电气连接方式 插头座号 导线颜色 线数 4 3 2 4 3 2 输入正端 1 1 1 红 红 红 输出信号正端 2 2 2 蓝 蓝 蓝 输出信号负端 3 4 白 黄 输入正端 4 4 黄 黄 此外本设 计为了简洁阀门使用开关阀 3 系统 IO 设计 本次设计中模拟量通过转换为开关量方便控制系统的建立所使用的 IO 均为开关量 输入接至 PLC的输入端输入端要连接 COM端把 PLC的输出接至相应的接触器线圈控制阀门动作或者电机启停从而实现控制功能 IO 地址分配表如表 52 所示 表 2 系统 IO 配置明细表输入输出 对应功能 输出 对应功能 X1 开始 Y0 进水阀开关 X2 停止 Y1 出水阀开关 X3 强制反冲洗 Y2 排污阀开关 X4 液位下限到 Y5 反冲洗风机 X5 液位上限到 Y6 反冲洗风机阀门 X6 水头损失到 Y7 反冲洗水泵 X7 液位到下限且下降 Y10 反冲洗水泵阀门 X10 液位到上限且上升 Y11 报警显示 X11 开始反冲洗 Y12。