基于PLC的水儲(chǔ)罐恒壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)說明

1、 PAGE32 / NUMPAGES38畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書題目基于PLC的水儲(chǔ)罐恒壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)生學(xué)號(hào)班級(jí)專業(yè)電氣工程與其自動(dòng)化承擔(dān)指導(dǎo)任務(wù)單位電氣工程系導(dǎo)師導(dǎo)師職稱一、主要容水儲(chǔ)罐保持恒定水壓的PLC控制。二、基本要求1保持恒定水壓，水以變化的速率不斷從水儲(chǔ)罐取出。2變速泵用于保持充足水壓的速率添加水到水儲(chǔ)罐。三、主要技術(shù)指標(biāo)(或研究方法)1系統(tǒng)設(shè)定值等于水儲(chǔ)罐達(dá)到充滿75%水位的設(shè)置。2過程變量由浮點(diǎn)型測量器提供，它提供水儲(chǔ)罐充滿程度的一樣讀數(shù)，可以從0到100%變化，泵速的值為輸出值，允許泵從最大速度的0到100%運(yùn)行。四、應(yīng)收集的資料與參考文獻(xiàn)五、進(jìn)度計(jì)劃1-3周 課題調(diào)研、收集、學(xué)習(xí)參考資

2、料，查閱外文資料4-5周 制定畢業(yè)設(shè)計(jì)方案，作開題報(bào)告69周 完成電路設(shè)計(jì)，編寫程序，中期答辯1011周 系統(tǒng)調(diào)試，撰寫論文12-13周 設(shè)計(jì)整體系統(tǒng)。1415周 整理并撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)論文，提交論文給指導(dǎo)老師16周 答辯教研室主任簽字時(shí)間年 月 日畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告題目基于PLC的水儲(chǔ)罐恒壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)生學(xué)號(hào)班級(jí)專業(yè)電氣工程與其自動(dòng)化一、本課題的研究背景隨著國民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展,水儲(chǔ)罐被廣泛應(yīng)用于石油化工,鍋爐制造等行業(yè), 它的普遍特點(diǎn)是常用于高溫, 高壓等惡劣工況下,因此對(duì)水儲(chǔ)罐的質(zhì)量提出了更 高的要求。于是,壓力試驗(yàn)成為水儲(chǔ)罐生產(chǎn)過程中必需的質(zhì)量檢測環(huán)節(jié),對(duì)水儲(chǔ)罐質(zhì)量檢驗(yàn)起著重要作用。 水壓控

3、制正是為檢驗(yàn)水儲(chǔ)罐的耐壓能力而設(shè)計(jì)制造的.水壓實(shí)驗(yàn)機(jī)是一種利用油水 平衡控制對(duì)水儲(chǔ)罐進(jìn)行靜水壓試驗(yàn)的機(jī)器.它一方面檢查水儲(chǔ)罐是否有滲漏現(xiàn)象,另一方面可以消除水儲(chǔ)罐在成型過程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力。將水儲(chǔ)罐充滿高壓水后在一定壓力圍對(duì)其進(jìn)行保壓,保證規(guī)定時(shí)間水儲(chǔ)罐全長圍均無泄漏,它是一個(gè)多方面為一體的復(fù)雜系統(tǒng),是集機(jī)械、電氣、液壓、傳感和自動(dòng)控制為一體的復(fù)雜的機(jī)、電、液一體化設(shè)備。水儲(chǔ)罐恒壓控制系統(tǒng)集變頻技術(shù)、電氣傳動(dòng)技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)于一體。采用該系統(tǒng)進(jìn)行供水可以提高供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，方便地實(shí)現(xiàn)供水系統(tǒng)的集中管理與監(jiān)控，同時(shí)可達(dá)到良好的節(jié)能性，提高供水效率。所以研究設(shè)計(jì)基于PLC的水儲(chǔ)罐恒壓控

4、制系統(tǒng)，對(duì)于提高企業(yè)效率以與人民的生活水平，同時(shí)降低能耗等方面具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。二、國外研究現(xiàn)狀隨著高級(jí)水儲(chǔ)罐市場的擴(kuò)大,對(duì)高壓水儲(chǔ)罐水壓控制的需求也日益增大。以前,我國油套管,輸送管主要生產(chǎn)企業(yè)使用的高壓水壓控制主要依賴進(jìn)口,直到1999年重型機(jī)械研究所設(shè)計(jì)研發(fā)出第一套高壓水儲(chǔ)罐水壓控制才改變了這種局面。在不到10年的時(shí)間里,重型機(jī)械研究所根據(jù)用戶需求,開發(fā)設(shè)計(jì)了十多套不同規(guī)格,不同試驗(yàn)壓力的高壓水儲(chǔ)罐水壓控制。由于國產(chǎn)高壓水儲(chǔ)罐水壓控制的起步較晚,其發(fā)展過程存在一些問題。目前國外水儲(chǔ)罐水壓控制有很多種,但原理基本相似,國的水壓控制在部分規(guī)格和某些部分的工藝上不如國外的恒壓。國外水壓控制的

5、研究主要集中在原理與結(jié)構(gòu)探討,設(shè)備改造,組態(tài)系統(tǒng)設(shè)計(jì),控制系統(tǒng)和對(duì)水壓控制的整體運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行故障診斷以與預(yù)報(bào)潛在故障等方面,都取得了很大的進(jìn)展。近年來,我國新開發(fā)了多種水壓控制,不僅滿足國際標(biāo)準(zhǔn)的新要求,而且價(jià)格低,很受用戶歡迎.三、研究方案水儲(chǔ)罐恒壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)是一種利用PLC和變頻器對(duì)水儲(chǔ)罐進(jìn)行恒壓控制的裝置。它主要有以下幾部分組成:水儲(chǔ)罐、PLC變頻器、模擬輸入模塊、模擬輸出模塊和水位計(jì)。水儲(chǔ)罐負(fù)責(zé)儲(chǔ)水,水泵負(fù)責(zé)往水儲(chǔ)罐中注水，并且水壓足夠大 ,水位計(jì)負(fù)責(zé)監(jiān)測水位的高低，模擬量輸入模塊和模擬量輸出模塊配合PLC和變頻器對(duì)水儲(chǔ)罐水位進(jìn)行調(diào)節(jié)，組合起來的整個(gè)系統(tǒng)可以有效的進(jìn)行工作。水壓控制的擬研

6、制控制系統(tǒng)由硬件系統(tǒng),軟件系統(tǒng)組成。此設(shè)計(jì)系統(tǒng)以以變頻器、可編程序控制器作為系統(tǒng)控制的核心部件，以設(shè)定壓力為控制目標(biāo)，以PID為控制算法，和變頻器組成恒壓閉環(huán)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)時(shí)刻跟蹤水儲(chǔ)罐的水壓與壓力設(shè)定值的偏差變化情況，經(jīng)變頻器部進(jìn)行PID運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)自動(dòng)調(diào)整恒壓供水。四、預(yù)期達(dá)到的結(jié)果本系統(tǒng)以一個(gè)水儲(chǔ)罐作為被控對(duì)象，研究基于PLC的恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)獲得較好的性能指標(biāo)。設(shè)計(jì)水儲(chǔ)罐恒壓供水控制系統(tǒng)的硬件電路，并畫出詳細(xì)的原理圖；掌握PLC的編程與應(yīng)用，畫出PLC控制功能圖，梯形圖。掌握變頻器的工作原理和使用方法，研究恒壓變頻供水的控制方法，擬定變頻器的各項(xiàng)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的高性能控制

7、；進(jìn)行程序的模擬調(diào)試，并觀察運(yùn)行結(jié)果，實(shí)現(xiàn)要求的現(xiàn)象。指導(dǎo)教師簽字時(shí) 間年月日摘要基于PLC水儲(chǔ)罐恒壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)以西門子S7-200系列PLC作為控制器，采用模擬量輸入模塊和模擬量輸出模塊。利用PID控制指令，配合變頻器和電機(jī)，同時(shí)用水位計(jì)來測試水儲(chǔ)罐的壓力，使水儲(chǔ)罐保持恒定的水壓，構(gòu)成閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。本文所研究的是水壓控制的PLC控制部分，有非常重要的意義。水儲(chǔ)罐恒壓供水系統(tǒng)是非常高效的。本系統(tǒng)的方案是用智能PID調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)水儲(chǔ)罐水壓的PID調(diào)節(jié)。PLC控制單元?jiǎng)t是水泵管理的執(zhí)行設(shè)備，同時(shí)還是變頻器的驅(qū)動(dòng)控制，根據(jù)水儲(chǔ)罐水位的實(shí)際變化，自動(dòng)調(diào)整輸出模擬量，進(jìn)而控制變頻器。變頻恒壓供水控制系統(tǒng)通過

8、監(jiān)測水儲(chǔ)罐的壓力，經(jīng)PLC置PID調(diào)節(jié)器運(yùn)算后,通過模擬輸出端傳送到變頻器，調(diào)節(jié)輸出頻率進(jìn)而調(diào)節(jié)水泵變速入水，實(shí)現(xiàn)水儲(chǔ)罐的恒壓供水。從最終結(jié)果來看，本次設(shè)計(jì)成功把自動(dòng)控制、水儲(chǔ)罐、PID控制結(jié)合起來，綜合實(shí)現(xiàn)了水儲(chǔ)罐恒壓供水，使其在實(shí)際運(yùn)用中響應(yīng)迅速，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的效果，達(dá)到預(yù)期要求。關(guān)鍵詞:水壓控制系統(tǒng) PLC 水儲(chǔ)罐AbstractPLC-based water storage tank constant pressure system designed to Siemens S7-200 series PLC as a controller, analog input modules a

9、nd analog output module. Using PID control instructions, with the inverter and the motor, while the water level gauge to test the pressure of the water storage tank, the water storage tank to maintain a constant water pressure, closed loop speed control system. It is an the complex multifaceted inte

10、grally system. Studied in this paper is part of the hydraulic pressure control PLC control.Water tank Water Supply System for its water-saving, high efficiency, adaptability, etc. are widely used in the field of industrial production. Intelligent PID controller in the system water tank water pressur

11、e PID regulator. PLC control unit is the pump manage the implementation of equipment, or inverter drive control, automatically adjust the output based on actual changes in water level of the water tank, analog, and then control the drive. Constant pressure water supply control system by monitoring t

12、he pressure of the water storage tank, built-in PID controller operation by PLC, transmitted through the analog outputs to the inverter, adjust the output frequency and then adjust the pump variable speed into the water, the water tank pressure water supply.From the final results, the design success

13、fully combine automatic control, water storage tanks, PID control, integrated water tank pressure water supply, making it quick response in the practical application, the effect of automatic control, to achieve the desired requirements.Keywords: Control system for hydrostatic testing machine PLC Wat

14、er tank目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc358920134第1章緒論 PAGEREF _Toc358920134 h 1HYPERLINK l _Toc3589201351.1課題研究的目的意義 PAGEREF _Toc358920135 h 1HYPERLINK l _Toc3589201361.2國外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 PAGEREF _Toc358920136 h 2HYPERLINK l _Toc3589201371.3論文研究容 PAGEREF _Toc358920137 h 4HYPERLINK l _Toc358920138第2章水儲(chǔ)罐

15、恒壓系統(tǒng)的要求與設(shè)計(jì)方案 PAGEREF _Toc358920138 h 5HYPERLINK l _Toc3589201392.1設(shè)計(jì)要求 PAGEREF _Toc358920139 h 5HYPERLINK l _Toc3589201402.2設(shè)計(jì)方案 PAGEREF _Toc358920140 h 5HYPERLINK l _Toc358920141第3章水儲(chǔ)罐恒壓系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc358920141 h 7HYPERLINK l _Toc3589201423.1PLC選型 PAGEREF _Toc358920142 h 7HYPERLINK l _Toc35892

16、01433.2S7-200PLC工作原理 PAGEREF _Toc358920143 h 7HYPERLINK l _Toc3589201443.3I/O分配 PAGEREF _Toc358920144 h 8HYPERLINK l _Toc3589201453.4模擬量模塊 PAGEREF _Toc358920145 h 8HYPERLINK l _Toc3589201463.4.1模擬量輸入模塊(A/D) PAGEREF _Toc358920146 h 8HYPERLINK l _Toc3589201473.4.2模擬量輸出模塊(D/A) PAGEREF _Toc358920147 h 9

17、HYPERLINK l _Toc3589201483.5CPU和接觸器的選型 PAGEREF _Toc358920148 h 9HYPERLINK l _Toc3589201493.6水位計(jì)的選型 PAGEREF _Toc358920149 h 9HYPERLINK l _Toc3589201503.7變頻器的選型 PAGEREF _Toc358920150 h 10HYPERLINK l _Toc3589201513.8系統(tǒng)接線圖 PAGEREF _Toc358920151 h 11HYPERLINK l _Toc3589201523.9水泵和熔斷器的選型 PAGEREF _Toc35892

18、0152 h 12HYPERLINK l _Toc358920153第4章水儲(chǔ)罐恒壓系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc358920153 h 14HYPERLINK l _Toc3589201544.1PLC程序流程圖 PAGEREF _Toc358920154 h 14HYPERLINK l _Toc3589201554.2PID控制器 PAGEREF _Toc358920155 h 15HYPERLINK l _Toc3589201564.3程序 PAGEREF _Toc358920156 h 16HYPERLINK l _Toc3589201574.4指令和注釋 PAGEREF _

19、Toc358920157 h 17HYPERLINK l _Toc3589201584.4.1主程序部分 PAGEREF _Toc358920158 h 17HYPERLINK l _Toc3589201594.4.2子程序部分 PAGEREF _Toc358920159 h 17HYPERLINK l _Toc3589201604.4.3中斷服務(wù)子程序部分 PAGEREF _Toc358920160 h 18HYPERLINK l _Toc3589201614.4.4中斷服務(wù)子程序 PAGEREF _Toc358920161 h 18HYPERLINK l _Toc358920162第5章結(jié)

20、論與展望 PAGEREF _Toc358920162 h 19HYPERLINK l _Toc3589201635.1結(jié)論 PAGEREF _Toc358920163 h 19HYPERLINK l _Toc3589201645.2展望 PAGEREF _Toc358920164 h 19HYPERLINK l _Toc358920165參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc358920165 h 20HYPERLINK l _Toc358920166致 PAGEREF _Toc358920166 h 21HYPERLINK l _Toc358920167附錄 PAGEREF _Toc358920

21、167 h 22HYPERLINK l _Toc358920168附錄A外文資料翻譯 PAGEREF _Toc358920168 h 22HYPERLINK l _Toc358920169附錄B梯形圖 PAGEREF _Toc358920169 h 30第1章緒論1.課題研究的目的意義水儲(chǔ)罐恒壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)在我們的日常生活中應(yīng)用非常普遍，為了達(dá)到節(jié)水和提高供水效率等目的，此設(shè)計(jì)則非常重要。用PLC控制該系統(tǒng)則可以達(dá)到節(jié)省人工、方便實(shí)用的目的。水儲(chǔ)罐恒壓控制系統(tǒng)集變頻技術(shù)、電氣傳動(dòng)技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)于一體。采用該系統(tǒng)進(jìn)行供水可以提高供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，方便地實(shí)現(xiàn)供水系統(tǒng)的集中管理與監(jiān)控，同

22、時(shí)可達(dá)到良好的節(jié)能性，提高供水效率。所以研究設(shè)計(jì)基于PLC的水儲(chǔ)罐恒壓控制系統(tǒng)，對(duì)于提高企業(yè)效率以與人民的生活水平，同時(shí)降低能耗等方面具有重要的現(xiàn)實(shí)意義1。隨著國民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展,水儲(chǔ)罐被廣泛應(yīng)用于石油化工,鍋爐制造等行業(yè), 它的普遍特點(diǎn)是常用于高溫, 高壓等惡劣工況下,因此對(duì)水儲(chǔ)罐的質(zhì)量提出了更 高的要求。于是,壓力試驗(yàn)成為水儲(chǔ)罐生產(chǎn)過程中必需的質(zhì)量檢測環(huán)節(jié),對(duì)水儲(chǔ)罐質(zhì)量檢驗(yàn)起著重要作用。水壓控制正是為檢驗(yàn)水儲(chǔ)罐的耐壓能力而設(shè)計(jì)制造的.水壓實(shí)驗(yàn)機(jī)是一種利用油水平衡控制對(duì)水儲(chǔ)罐進(jìn)行靜水壓試驗(yàn)的機(jī)器。它一方面檢查水儲(chǔ)罐是否有滲漏現(xiàn)象,另一方面可以消除水儲(chǔ)罐在成型過程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力。將水儲(chǔ)罐充滿

23、高壓水后在一定壓力圍對(duì)其進(jìn)行保壓,保證規(guī)定時(shí)間水儲(chǔ)罐全長圍均無泄漏,它是一個(gè)多方面為一體的復(fù)雜系統(tǒng),是集機(jī)械、電氣、液壓、傳感和自動(dòng)控制為一體的復(fù)雜的機(jī)、電、液一體化設(shè)備。水儲(chǔ)罐用于恒壓供水有非常重要的意義，通過PLC控制水泵流速，使水儲(chǔ)罐保持一定的液位。既減少了人為操作帶來的麻煩，又有效的避免了水的浪費(fèi)。水壓控制是水儲(chǔ)罐生產(chǎn)線上必不可少的設(shè)備,因而水壓控制的工作效率直接影響到產(chǎn)品的生產(chǎn)率,因此提高水壓控制的生產(chǎn)率,對(duì)提高設(shè)備的檢驗(yàn)?zāi)芰εc產(chǎn)品質(zhì)量具有重要意義,很好的研究水壓控制的系統(tǒng)更有利于逐步改進(jìn)提高現(xiàn)有設(shè)備的控制系統(tǒng),提高設(shè)備的自動(dòng)化水平,進(jìn)而提高生產(chǎn)力水平,創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)效益。利用PLC

24、智能控制水儲(chǔ)罐中水的流速既可以減少傳統(tǒng)的人工控制時(shí)人工操作帶來的不便和準(zhǔn)確性，又可以節(jié)水避免水資源浪費(fèi)。以變頻器為核心結(jié)合PLC組成的水儲(chǔ)罐恒壓控制系統(tǒng)具有高可靠性、強(qiáng)抗干擾能力、組合靈活、編程簡單、維修方便和低成本等諸多特點(diǎn)，水儲(chǔ)罐恒壓系統(tǒng)集變頻技術(shù)、電氣技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)于一體。采用該系統(tǒng)進(jìn)行供水可以提高供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，方便地實(shí)現(xiàn)供水系統(tǒng)的集中管理與監(jiān)控;同時(shí)系統(tǒng)具有良好節(jié)能性，這在能量日益緊缺的今天尤為重要，所以研究設(shè)計(jì)該系統(tǒng)，對(duì)于提高企業(yè)效率以與人民的生活水平、降低能耗等方面具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。近年來，有關(guān)液位控制的形式與方法越來越多，技術(shù)性能也越發(fā)先進(jìn)，自動(dòng)化程度也有較提高

25、。但就以各類型水罐、水池的液位控制來說，許多項(xiàng)目沒有達(dá)到自動(dòng)化的程度，有的在設(shè)計(jì)上雖然設(shè)置有較為精密儀表和其它電氣設(shè)備，但是沒有達(dá)到充分的開發(fā)和合理的配置，自動(dòng)化程序較低，有許多電氣與儀表裝置，在系統(tǒng)中只起到了液位顯示與報(bào)警功能，其液位控制全憑生產(chǎn)運(yùn)行人員根據(jù)系統(tǒng)工藝流程，人為地手動(dòng)或電動(dòng)操作水罐或水池的進(jìn)出口閥門來實(shí)現(xiàn)液位控制，使其液位保持在正常的生產(chǎn)狀態(tài)圍。由于受各工藝流程生產(chǎn)系統(tǒng)中的影響，液位的變化和穩(wěn)定性也受到較大影響，為此生產(chǎn)運(yùn)行人員在工作中要時(shí)時(shí)監(jiān)測液位的變化，而不得有半點(diǎn)疏忽，這樣就較增加了生產(chǎn)運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。九十年代，計(jì)算機(jī)已滲透到工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防、科研等部門與民用生活的各

26、個(gè)方面，而工業(yè)生產(chǎn)過程計(jì)算機(jī)控制則是計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用的一個(gè)重要而有發(fā)展遠(yuǎn)景的領(lǐng)域。信息時(shí)代的今天，工控界正進(jìn)行著一場新的革命，各種新型控制設(shè)備不斷出現(xiàn)，產(chǎn)品的性能和可靠性不斷提高，價(jià)格進(jìn)一步下降。因此PLC也受到越來越多的工程技術(shù)人員的重視，正在向著產(chǎn)業(yè)化方向發(fā)展。1.2國外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢隨著高級(jí)水儲(chǔ)罐市場的擴(kuò)大,對(duì)高壓水儲(chǔ)罐水壓控制的需求也日益增大。以前,我國油套管,輸送管主要生產(chǎn)企業(yè)使用的高壓水壓控制主要依賴進(jìn)口,直到1999年重型機(jī)械研究所設(shè)計(jì)研發(fā)出第一套高壓水儲(chǔ)罐水壓控制才改變了這種局面。 在不到10年的時(shí)間里,重型機(jī)械研究所根據(jù)用戶需求,開發(fā)設(shè)計(jì)了十多套不同規(guī)格,不同試驗(yàn)壓力的高壓

27、水儲(chǔ)罐水壓控制。由于國產(chǎn)高壓水儲(chǔ)罐水壓控制的起步較晚,其發(fā)展過程存以下亟待解決的問題: (1)制管生產(chǎn)線生產(chǎn)率的提高對(duì)高壓水儲(chǔ)罐水壓控制提出了挑戰(zhàn)。目前, 單頭高壓水儲(chǔ)罐水壓控制的試壓最高頻次是90根/小時(shí),而前道工序的生產(chǎn)率有時(shí)會(huì)更高,因此,開發(fā)高試壓頻次的高壓水儲(chǔ)罐水壓控制是今后的一個(gè)目標(biāo)。 (2)開發(fā)新型的排氣端卡頭移動(dòng)機(jī)構(gòu)以滿足水儲(chǔ)罐長度變化時(shí)的試壓需要。 目前水壓控制排氣端卡頭移動(dòng)用絲杠螺母機(jī)構(gòu),雖然定位準(zhǔn)確,剛性好,但螺母磨損較嚴(yán)重,可以考慮用液壓伺服機(jī)構(gòu)來解決這一問題。(3)開發(fā)新型的大口徑水儲(chǔ)罐密封結(jié)構(gòu)。 隨著制管生產(chǎn)技術(shù)的提高,水儲(chǔ)罐外徑不斷增大,需要試壓的管徑也相應(yīng)增大,現(xiàn)

28、在采用的徑向預(yù)壓緊組合密封是靠水儲(chǔ)罐外徑密封的,水儲(chǔ)罐外徑如果太大,此結(jié)構(gòu)就太笨重,不利于更換卡頭,尋找一種新的密封方式是需要解決的問題。目前國外水儲(chǔ)罐水壓控制有很多種,但原理基本相似,國的水壓控制在部分規(guī)格和某些部分的工藝上不如國外的恒壓,例如目前我國無縫管軋制的規(guī)格僅到508mm,且較大規(guī)格(大于630mm)密封圈的制作工藝不過關(guān),因此,我國還沒有直徑大于630mm,采用徑向密封的無縫水儲(chǔ)罐水壓控制。近二十年來,國外恒壓發(fā)展很快,技術(shù)先進(jìn),但系統(tǒng)復(fù)雜,制造和運(yùn)行成本很高。為了適應(yīng)產(chǎn)品高質(zhì)量、高效率、降低能耗、減少公害、改善勞動(dòng)條件,創(chuàng)建鍛造文明生產(chǎn)的要求,在70年代中期,不少恒壓己經(jīng)實(shí)現(xiàn)通

29、過計(jì)算機(jī),一人對(duì)壓機(jī)與操作機(jī)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)控制。20世紀(jì)70年代以后,由于高性能大流量油泵與其液壓元器件、PLC、觸摸屏、工控機(jī)和各種先進(jìn)的測控元件等進(jìn)入工業(yè)領(lǐng)域, 恒壓得到了長足進(jìn)步。從80年代初到現(xiàn)在其控制水平又有提高, 壓機(jī)機(jī)組自編程已完全進(jìn)入工業(yè)性實(shí)用 階段,并且開始實(shí)現(xiàn)水儲(chǔ)罐檢測流程的網(wǎng)絡(luò)管理與自動(dòng)控制。國外水壓控制的研究主要集中在原理與結(jié)構(gòu)探討,設(shè)備改造,組態(tài)系統(tǒng)設(shè)計(jì),控制系統(tǒng)和對(duì)水壓控制的整體運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行故障診斷以與預(yù)報(bào)潛在 故障等方面,都取得了很大的進(jìn)展。例如采用絲堵和膠塞密封的石油油套管水壓控制,由于其密封壓力低,密封件使用壽命短,效率低,損傷螺紋等原因, 已不能滿足API標(biāo)準(zhǔn)的新

30、要求。以前進(jìn)口的水壓控制,因試驗(yàn)壓力低,使用受到限制。近年來,新開發(fā)了多種水壓控制,不僅滿足API標(biāo)準(zhǔn)的新要求,而且價(jià)格低,很受用戶歡迎。變頻恒壓供水是在變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展之后逐漸發(fā)展起來的。在早期，由于國外生產(chǎn)的變頻器的功能主要限定在頻率控制、升降速控制、正反轉(zhuǎn)控制、起制動(dòng)控制、變壓變頻比控制與各種保護(hù)功能。應(yīng)用在變頻恒壓供水系統(tǒng)中，變頻器僅作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，為了滿足供水量大小需求不同時(shí)，保證管網(wǎng)壓力恒定，需在變頻器外部提供壓力控制器和壓力傳感器，對(duì)壓力進(jìn)行閉環(huán)控制。從查閱的資料的情況來看，國外的恒壓供水工程在設(shè)計(jì)時(shí)都采用一臺(tái)變頻器只帶一臺(tái)水泵機(jī)組的方式，幾乎沒有用一臺(tái)變頻器拖動(dòng)多臺(tái)水泵機(jī)組運(yùn)行

31、的情況，因而投資成本高。 1968年，丹麥的丹佛斯公司發(fā)明并首家生產(chǎn)變頻器(丹佛斯是傳動(dòng)產(chǎn)品全球五大核心供應(yīng)商之一)后，隨著變頻技術(shù)的發(fā)展和變頻恒壓供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性以與自動(dòng)化程度高等方面的優(yōu)點(diǎn)以與顯著的節(jié)能效果被大家發(fā)現(xiàn)和認(rèn)可后，國外許多生產(chǎn)變頻器的廠家開始重視并推出具有恒壓供水功能的變頻器，像瑞典、瑞士的ABB集團(tuán)推出了HVAC變頻技術(shù)，法國的施耐德公司就推出了恒壓供水基板，備有“變頻泵固定方式”和“變頻泵循壞方式”兩種模式。它將PID調(diào)節(jié)器和PLC可編程控制器等硬件集成在變頻器控制基板上，通過設(shè)置指令代碼實(shí)現(xiàn)PLC和PID等電控系統(tǒng)的功能，只要搭載配套的恒壓供水單元，便可直接控制多

32、個(gè)置的電磁接觸器工作，可構(gòu)成最多七臺(tái)電機(jī)(泵)的供水系統(tǒng)。這類設(shè)備雖然說是微化了電路結(jié)構(gòu)，降低了設(shè)備成本，但其輸出接口的擴(kuò)展功能缺乏靈活性，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)定性不高，與別的監(jiān)控系統(tǒng)(如BA系統(tǒng))和組態(tài)軟件難以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，并且限制了帶負(fù)載的容量，因此在實(shí)際使用時(shí)其圍將會(huì)受到限制。隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，水儲(chǔ)罐恒壓系統(tǒng)會(huì)變得越來越人性化，越來越科學(xué)，經(jīng)過一步一步的改善，此系統(tǒng)會(huì)更好的應(yīng)用到生產(chǎn)生活實(shí)踐中，未來必定會(huì)帶來更大的社會(huì)效應(yīng)和經(jīng)濟(jì)效應(yīng)1.3論文研究容水儲(chǔ)罐恒壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)是一種利用PLC和變頻器對(duì)水儲(chǔ)罐進(jìn)行恒壓控制的裝置。它主要有以下幾部分組成：水儲(chǔ)罐、PLC、變頻器、模擬輸入模塊、模擬輸出模

33、塊和水位計(jì)。水儲(chǔ)罐負(fù)責(zé)儲(chǔ)水,水泵負(fù)責(zé)往水儲(chǔ)罐中注水，并且水壓足夠大 ,水位計(jì)負(fù)責(zé)監(jiān)測水位的高低，模擬量輸入模塊和模擬量輸出模塊配合PLC和變頻器對(duì)水儲(chǔ)罐水位進(jìn)行調(diào)節(jié)，組合起來的整個(gè)系統(tǒng)可以有效的進(jìn)行工作。水壓控制的擬研制控制系統(tǒng)由硬件系統(tǒng),軟件系統(tǒng)組成。此設(shè)計(jì)系統(tǒng)以以變頻器、可編程序控制器作為系統(tǒng)控制的核心部件，以設(shè)定壓力為控制目標(biāo)，以PID為控制算法，和變頻器組成恒壓閉環(huán)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)時(shí)刻跟蹤水儲(chǔ)罐的水壓與壓力設(shè)定值的偏差變化情況，經(jīng)變頻器部進(jìn)行PID運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)自動(dòng)調(diào)整恒壓供水。第2章 水儲(chǔ)罐恒壓系統(tǒng)的要求與設(shè)計(jì)方案2.1設(shè)計(jì)要求(1)保持恒定水壓，水以變化的速率不斷從水儲(chǔ)罐取出。(2)

34、變速泵用于保持充足水壓的速率添加水到水儲(chǔ)罐。(3)系統(tǒng)設(shè)定值等于水儲(chǔ)罐達(dá)到充滿75%水位的設(shè)置。(4)過程變量由浮點(diǎn)型測量器提供，它提供水儲(chǔ)罐充滿程度的一樣讀數(shù)，可以從0到100%變化，泵速的值為輸出值，允許泵從最大速度的0到100%運(yùn)行。2.2設(shè)計(jì)方案本系統(tǒng)原理圖如下。用水水儲(chǔ)罐+水泵供水變頻器D/A轉(zhuǎn)換PID調(diào)節(jié)器水位給定+A/D轉(zhuǎn)換水位計(jì)圖2-1 系統(tǒng)原理框圖由于該設(shè)計(jì)的目的是保持水儲(chǔ)罐水位不變，而從水儲(chǔ)罐流出的水又是變化的速率，因此就要控制其入水的速率，即控制變速泵的速度。因此要用PLC來自動(dòng)調(diào)節(jié)變速泵的泵速。該系統(tǒng)主要由水儲(chǔ)罐、水位計(jì)、PLC、變頻器和水泵等組成。系統(tǒng)主要的設(shè)計(jì)任務(wù)是

35、使水儲(chǔ)罐水位保持在75%的位置。系統(tǒng)開機(jī)后手動(dòng)控制水泵往水儲(chǔ)罐中加水，當(dāng)水位上升到滿水位的75%時(shí)，系統(tǒng)轉(zhuǎn)換到PID自動(dòng)調(diào)節(jié)。水儲(chǔ)罐的水位由水位檢測計(jì)提供，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后送入PLC?？刂菩盘?hào)由PLC執(zhí)行PID指令以后，以單極性信號(hào)經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后送出，從而驅(qū)動(dòng)變頻器控制水泵電動(dòng)機(jī)調(diào)速，以維持水儲(chǔ)罐的水位不變。水儲(chǔ)罐恒壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)是一種利用PLC和變頻器對(duì)水儲(chǔ)罐進(jìn)行恒壓控制的裝置。水儲(chǔ)罐負(fù)責(zé)儲(chǔ)水,水泵負(fù)責(zé)往水儲(chǔ)罐中注水，并且水壓足夠大 ,水位計(jì)負(fù)責(zé)監(jiān)測水位的高低，模擬量輸入模塊和模擬量輸出模塊配合PLC和變頻器對(duì)水儲(chǔ)罐水位進(jìn)行調(diào)節(jié)，組合起來的整個(gè)系統(tǒng)可以有效的進(jìn)行工作。水壓控制的擬研制控制系統(tǒng)由硬

36、件系統(tǒng),軟件系統(tǒng)組成。此設(shè)計(jì)系統(tǒng)以以變頻器、可編程序控制器作為系統(tǒng)控制的核心部件，以設(shè)定壓力為控制目標(biāo)，以PID為控制算法，和變頻器組成恒壓閉環(huán)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)時(shí)刻跟蹤水儲(chǔ)罐的水壓與壓力設(shè)定值的偏差變化情況，經(jīng)變頻器部進(jìn)行PID運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)自動(dòng)調(diào)整恒壓供水。第3章 水儲(chǔ)罐恒壓系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3.1PLC選型PLC即可編程序控制器，是一個(gè)以微處理器為核心的數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)裝置，專為在工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用而設(shè)計(jì)，它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用以在其部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作指令，并通過數(shù)字式或模擬式的輸入、輸出接口，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。它具有可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、

37、功能豐富等許多優(yōu)勢，目前隨著計(jì)算機(jī)通訊技術(shù)和大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，PLC技術(shù)的應(yīng)用變得越來越廣泛，同時(shí)在技術(shù)和功能上也變得越來越先進(jìn)。 目前國使用的PLC種類很多，主要有德國西門子、日本三菱、歐姆龍等廠商的產(chǎn)品。按PLC的控制規(guī)模分類，PLC可分為小型機(jī)、中型機(jī)、大型機(jī)2。通常小型機(jī)的控制點(diǎn)數(shù)小于256點(diǎn)，用戶程序存儲(chǔ)器的容量小于8K字。小型機(jī)通常用于單機(jī)控制和小型控制場合。西門子公司的S7-200就屬于小型機(jī)。S7-200以其相對(duì)較低的成本使得他在激烈的小型PLC市場中具有非常大的競爭優(yōu)勢。本設(shè)計(jì)比較屬于小型控制，因此我選擇的西門子S7-200PLC。3.2S7-200PLC工作原理S7

38、-200采用循環(huán)掃描方式，一個(gè)掃描周期一般包括五個(gè)階段:輸入處理、執(zhí)行程序、處理通訊請(qǐng)求、執(zhí)行CPU自診斷測試和寫輸出。輸入處理階段對(duì)個(gè)數(shù)字量輸入點(diǎn)的當(dāng)前狀態(tài)進(jìn)行輸入掃描，并將各掃描結(jié)果分別寫入對(duì)應(yīng)的映像寄存器中。在執(zhí)行程序階段，CPU從第一條指令開始順序取指令并執(zhí)行，直到最后一條指令結(jié)束。執(zhí)行指令時(shí)從映像寄存器中讀取各輸入點(diǎn)的狀態(tài)，每條指令的執(zhí)行是對(duì)各數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)或邏輯運(yùn)算，然后將運(yùn)算結(jié)果送到輸出映像寄存器中。在掃描周期的信息處理階段，CPU自動(dòng)檢測并處理各通訊端口接收到的任何信息。即檢查是否有編程器、計(jì)算機(jī)等的通信請(qǐng)求，若有則進(jìn)行相應(yīng)處理，在這一階段完成數(shù)據(jù)通訊任務(wù)。CPU自診斷階段，CP

39、U檢測主機(jī)硬件，同時(shí)也檢查所有的輸入輸出模塊的狀態(tài)。如果發(fā)現(xiàn)異常，則停機(jī)并顯示出錯(cuò)。若自診斷正常，繼續(xù)向下掃描。寫輸出階段，CPU用輸出映像寄存器中的數(shù)據(jù)幾乎同時(shí)集中對(duì)輸出點(diǎn)進(jìn)行刷新，通過輸出部件轉(zhuǎn)換成被控設(shè)備所能接受的電壓或電流信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)被控設(shè)備。掃描周期執(zhí)行的任務(wù)依賴于CPU的工作模式，S7-200CPU有兩種操作模式：STOP模式和RUN模式。對(duì)于掃描周期，STOP模式和RUN模式的主要差別是在RUN模式下運(yùn)行用戶程序，而在STOP模式下不運(yùn)行用戶程序3。3.3I/O分配表3-1 I/O分配表輸入I0.0I0.1自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)變頻器接入電源開關(guān)AIW0模擬量輸入AIW2模擬量輸入輸出AQ

40、W0模擬量輸出Q0.0變頻器3.4模擬量模塊工業(yè)設(shè)計(jì)中，有時(shí)需要用模擬量信號(hào)來進(jìn)行控制。模擬量模塊有輸入模塊、模擬量輸出模塊和模擬量輸入輸出模塊。本次設(shè)計(jì)中用到模擬量輸入模塊模擬量輸出模塊。3.4.1模擬量輸入模塊(A/D)模擬量信號(hào)是一種連續(xù)變化的物理量，如電流電壓溫度壓力位移速度等。工業(yè)設(shè)計(jì)中，要對(duì)這些模擬量進(jìn)行采集并送給PLC的CPU，必須先對(duì)這些模擬量進(jìn)行模/數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換。模擬量輸入模塊就是用來將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成PLC所能接受的數(shù)字信號(hào)的。生產(chǎn)過程的模擬信號(hào)是多種多樣的，類型和參數(shù)大小也不一樣，它的滿量程輸入是020mA。所以，一般先用現(xiàn)場信號(hào)變送器把它們變換成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)(如42

41、0mA的直流電信號(hào))，然后再送入模擬量輸入模塊將模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量信號(hào)，以便PLC的CPU進(jìn)行處理。模擬量輸入模塊(EM231)一般由濾波模/數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換，光耦合器等部分組成。光耦合器有效的防止了電磁干擾，對(duì)多通道的模擬量輸入單元，通常設(shè)置多路轉(zhuǎn)換開關(guān)進(jìn)行通道的切換，且在輸出端設(shè)置信號(hào)寄存器。模擬量輸入模塊(EM231)設(shè)有電壓信號(hào)和電流信號(hào)輸入端。輸入信號(hào)經(jīng)濾波放大模/數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字量信號(hào)，再經(jīng)光耦合器進(jìn)入PLC部電路。3.4.2模擬量輸出模塊(D/A)在工業(yè)設(shè)計(jì)中。有些現(xiàn)場設(shè)備需要用模擬量信號(hào)控制，例如，電動(dòng)閥門液壓電磁閥等執(zhí)行機(jī)構(gòu)需要用連續(xù)變化的模擬信號(hào)來控制或驅(qū)動(dòng)。

42、這就要求把PLC輸出的數(shù)字量變換成模擬量，以滿足這些設(shè)備的要求。模擬量輸出模塊(EM232)的作用就是把PLC輸出的數(shù)字量信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬量信號(hào)，以適應(yīng)模擬量控制的要求。模擬量輸出模塊一般由光耦合器數(shù)/模(D/A)轉(zhuǎn)換器和信號(hào)驅(qū)動(dòng)等環(huán)節(jié)組成，光耦合器可有效地防止電磁干擾。PLC輸出的若干位數(shù)字量信號(hào)由部電路送至光耦合器的輸入端，經(jīng)光耦合后的數(shù)字信號(hào)，再進(jìn)入數(shù)/模(D/A)轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換后的直流模擬量信號(hào)經(jīng)運(yùn)算放大器放大后驅(qū)動(dòng)輸出。通常模擬量輸出模塊提供電壓輸出和電流輸出4。3.5CPU和接觸器的選型CPU選擇的原則是在滿足功能要求的前提下保證系統(tǒng)可靠性，使用維護(hù)方便以與最優(yōu)的經(jīng)濟(jì)效益。應(yīng)當(dāng)滿

43、足性能與任務(wù)相適應(yīng)、指令滿足系統(tǒng)的功能要求、估算的輸入輸出點(diǎn)數(shù)有余量等幾個(gè)要求。根據(jù)I/O分配表中的容，我選擇CPU222系列，它可以連接2個(gè)擴(kuò)展模塊，即模擬量輸入和模擬量輸出模塊。CPU222置了8個(gè)數(shù)字量輸入點(diǎn)和6個(gè)數(shù)字量輸出點(diǎn)，可以滿足此系統(tǒng)的數(shù)字量信號(hào)的需要。另外它還具有足夠大的程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間，因此我選用CPU222作為整個(gè)系統(tǒng)的控制核心5。接觸器選擇的是CJ20-10型號(hào)的交流接觸器。3.6水位計(jì)的選型本次設(shè)計(jì)中需要檢測水儲(chǔ)罐的液位，因此用到水位計(jì)來實(shí)現(xiàn)這一要求。在此選用DDZ-型儀表水位計(jì)對(duì)其進(jìn)行測量變送，以實(shí)現(xiàn)對(duì)水位的檢測和監(jiān)控。此水位計(jì)具有結(jié)構(gòu)簡單、檢測功能齊全、讀數(shù)直觀、

44、醒目、測量圍大等優(yōu)點(diǎn)。尤其對(duì)在大量程、強(qiáng)腐蝕性、易燃、易爆等場合更為適用。該儀表輸出420mA信號(hào)。其具體工作原理是：當(dāng)液位變送器投入到被測液體中某一深度時(shí)，傳感器迎液面受到的壓力公式為：P=gh+P0式中：P變送器迎液面所受壓力被測液體密度g當(dāng)?shù)刂亓铀俣萈0液面上大氣壓h變送器投入液體的深度同時(shí)，通過導(dǎo)氣不銹鋼將液體的壓力引入到傳感器的正壓腔，再將液面上的大氣壓P0與傳感器的負(fù)壓腔相連，以抵消傳感器背面的P0，使傳感器測得壓力為：gh，顯然,通過測取壓力P可以得到液位深度?？刂破髟谧詣?dòng)控制系統(tǒng)中的地位和作用是十分重要的。當(dāng)干擾作用于被控過程時(shí)，其被控參數(shù)發(fā)生變化，使相應(yīng)的測量值偏離給定值而

45、產(chǎn)生偏差。控制器則根據(jù)偏差大小，按照一定的規(guī)律使其輸出變化，并通過執(zhí)行器改變控制參數(shù)，使被控參數(shù)回到給定值，從而抵消干擾對(duì)被控參數(shù)的影響。所以控制器具有把在干擾作用下偏離給定值的被控參數(shù)重新拉回到給定值上的功能。DDZ-型控制器的作用是輸出420mA DC信號(hào)，然后通過執(zhí)行器，實(shí)現(xiàn)對(duì)過程參數(shù)的自動(dòng)控制。一臺(tái)DDZ-型工業(yè)控制器除能實(shí)現(xiàn)PID運(yùn)算外，還具有如下功能，以適應(yīng)生產(chǎn)過程自動(dòng)控制的需要。(1)獲得偏差并顯示其大小(2)顯示控制器的輸出(3)提供給定信號(hào)并能進(jìn)行外給定選擇(4)進(jìn)行正反/作用選擇(5)進(jìn)行手動(dòng)操作 ，并具有良好的手動(dòng)/自動(dòng)雙向切換性能3.7變頻器的選型通常把電壓和頻率固定不

46、變的交流電變換為電壓或頻率可變的交流電的裝置稱作變頻器，該設(shè)備首先要把三相或單相交流電變換為直流電。然后再把直流電變換為三相或單相交流電。變頻器同時(shí)改變輸出頻率與電壓，也就是改變了電機(jī)運(yùn)行曲線上的N0，使電機(jī)運(yùn)行曲線平行下移。因此變頻器可以使電機(jī)以較小的啟動(dòng)電流，獲得較大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，即變頻器可以啟動(dòng)重載負(fù)荷。變頻器的工作原理是通過控制電路來控制主電路，主電路中的整流器將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?，直流中間電路將直流電進(jìn)行平滑濾波，逆變器最后將直流電再轉(zhuǎn)換為所需頻率和電壓的交流電，部分變頻器還會(huì)在電路加入CPU等部件，來進(jìn)行必要的轉(zhuǎn)矩運(yùn)算。變頻器的誕生源于交流電機(jī)對(duì)無級(jí)調(diào)速的需求，隨著晶閘管、靜電感應(yīng)晶

47、體管、耐高壓絕緣柵雙極型晶閘管等部件的出現(xiàn)，電氣技術(shù)有了日新月異的變化，變頻器調(diào)速技術(shù)也隨之發(fā)展，特別脈寬調(diào)制變壓變頻調(diào)速技術(shù)更是讓變頻器登上了新的臺(tái)階。變頻器的工頻電源一般是50Hz或60Hz，無論是在家用領(lǐng)域或生產(chǎn)領(lǐng)域，工頻電源的頻率和電壓都是恒定不變的。以工頻電源工作的電機(jī)在調(diào)速時(shí)可能會(huì)造成功率的下降，而通過變頻器的調(diào)整，電機(jī)在調(diào)速時(shí)就可以減少功率損失。變頻器的種類繁多，按照變頻器的用途不同可以分為通用變頻器、高性能專用變頻器、高頻變頻器、單相變頻器和三相變頻器等；按照變頻器工作原理分類可分為V/f控制變頻器、轉(zhuǎn)差頻率控制變頻器和矢量控制變頻器等。變頻器具有調(diào)壓、調(diào)頻、穩(wěn)壓、調(diào)速等基本功

48、能。本設(shè)計(jì)選用T.VERTER 變頻器，它是三相380V變頻器。使用正弦波PWM控制方式，頻率控制圍是0.1400HZ，可以滿足要求。3.8系統(tǒng)接線圖圖3-1 系統(tǒng)接線圖3.9水泵和熔斷器的選型由于恒壓供水是要靠水泵抽水來實(shí)現(xiàn)的，所以選擇水泵是非常重要的。水泵選型依據(jù)應(yīng)從五個(gè)方面加以考慮，既液體輸送量、裝置揚(yáng)程、液體性質(zhì)、管路布置以與操作運(yùn)轉(zhuǎn)條件等。根據(jù)泵選型原則和選型基本條件，具體操作如下：(1)根據(jù)裝置的布置、地形條件、水位條件、運(yùn)轉(zhuǎn)條件，確定選擇臥式、立式和其它型式(管道式、潛水式、液下式、無堵塞式、自吸式、齒輪式等)的泵。(2)根據(jù)液體介質(zhì)性質(zhì)，確定清水泵，熱水泵還是油泵、化工泵或耐腐

49、蝕泵或雜質(zhì)泵，或者采用無堵塞泵。安裝在爆炸區(qū)域的泵，應(yīng)根據(jù)爆炸區(qū)域等級(jí)，采用相應(yīng)的防爆電動(dòng)機(jī)。(3)根據(jù)流量大小，確定選單吸泵還是雙吸泵；根據(jù)揚(yáng)程高低，選單級(jí)泵還是多級(jí)泵，高轉(zhuǎn)速泵還是低轉(zhuǎn)速泵(空調(diào)泵)、多級(jí)泵效率比單級(jí)泵低，如選單級(jí)泵和多級(jí)泵同樣都能用時(shí)，首先選用單級(jí)泵。(4)確定泵的具體型號(hào)。確定選用什么系列的泵后，就可按最大流量，(在沒有最大流量時(shí)，通?？扇≌Ａ髁康?.1倍作為最大流量)，取放大5%10%余量后的揚(yáng)程這兩個(gè)性能的主要參數(shù)，在型譜圖或者系列特性曲線上確定具體型號(hào)。操作如下：利用泵特性曲線，在橫坐標(biāo)上找到所需流量值，在縱坐標(biāo)上找到所需揚(yáng)程值，從兩值分別向上和向右引垂線或水平

50、線，兩線交點(diǎn)正好落在特性曲線上，則該泵就是要選的泵，但是這種理想情況一般很少，通常會(huì)碰上下列兩種情況：第一種：交點(diǎn)在特性曲線上方，這說明流量滿足要求，但揚(yáng)程不夠，此時(shí)，若揚(yáng)程相差不多，或相差5%左右，仍可選用，若揚(yáng)程相差很多，則選揚(yáng)程較大的泵?；蛟O(shè)法減小管路阻力損失。第二種：交點(diǎn)在特性曲線下方，在泵特性曲線扇狀梯形圍，就初步定下此型號(hào)，然后根據(jù)揚(yáng)程相差多少，來決定是否切割葉輪直徑，若揚(yáng)程相差很小，就不切割，若揚(yáng)程相差很大，就按所需Q、H，根據(jù)其ns和切割公式，切割葉輪直徑，若交點(diǎn)不落在扇狀梯形圍，應(yīng)選揚(yáng)程較小的泵。選泵時(shí)，有時(shí)須考慮生產(chǎn)工藝要求，選用不同形狀Q-H特性曲線。(5)泵型號(hào)確定后，

51、對(duì)水泵或輸送介質(zhì)的物理化學(xué)介質(zhì)近似水的泵，需再到有關(guān)產(chǎn)品目錄或樣本上，根據(jù)該型號(hào)性能表或性能曲線進(jìn)行校改，看正常工作點(diǎn)是否落在該泵優(yōu)先工作區(qū)。(6)對(duì)于輸送粘度大于20mm2/s的液體泵(或密度大于1000kg/m3)，一定要把以水實(shí)驗(yàn)泵特性曲線換算成該粘度(或者該密度下)的性能曲線，特別要對(duì)吸入性能和輸入功率進(jìn)行認(rèn)真計(jì)算或較核。(7)確定泵的臺(tái)數(shù)和備用率：對(duì)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的泵，一般只用一臺(tái)，因?yàn)橐慌_(tái)大泵與并聯(lián)工作的兩臺(tái)小泵相當(dāng)(指揚(yáng)程、流量一樣)，大泵效率高于小泵，故從節(jié)能角度講寧可選一臺(tái)大泵，而不用兩臺(tái)小泵，但遇有下列情況時(shí)，可考慮兩臺(tái)泵并聯(lián)合作：流量很大，一臺(tái)泵達(dá)不到此流量；對(duì)于需要有50%的

52、備用率大型泵，可改兩臺(tái)較小的泵工作，兩臺(tái)備用(共三臺(tái))；對(duì)某些大型泵，可選用70%流量要求的泵并聯(lián)操作，不用備用泵，在一臺(tái)泵檢修時(shí)，另一臺(tái)泵仍然承擔(dān)生產(chǎn)上70%的輸送。我選擇的是10Sh-9A型水泵，該水泵進(jìn)口直徑是250毫米，這臺(tái)水泵的葉輪是“雙面”都進(jìn)水的，比轉(zhuǎn)數(shù)是90。它的流量可以在一個(gè)相當(dāng)大的圍變化流量變化時(shí)，揚(yáng)程也就跟著變化，這臺(tái)水泵的各項(xiàng)系數(shù)可以滿足本設(shè)計(jì)的要求。熔斷器選擇的型號(hào)是RC1A30。第4章 水儲(chǔ)罐恒壓系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)4.1PLC程序流程圖開始如圖41所示。手動(dòng)運(yùn)行模式，根據(jù)要求，手動(dòng)進(jìn)行相應(yīng)操作是否自動(dòng)運(yùn)行否初始化子程序與PID參數(shù)的初始化 是運(yùn)行PLCPID指令與算法控

53、制控制量的輸出75%水壓計(jì)算變頻器改變頻率變速泵變速控制注水速度壓力值周期采樣與數(shù)值處理圖 4-1 程序流程圖4.2PID控制器PLC的模擬量輸入/輸出的本質(zhì)是進(jìn)行A/D與D/A轉(zhuǎn)換，這一功能除了用來對(duì)速度、壓力、流量等模擬量進(jìn)行測量顯示與轉(zhuǎn)換外，其更重要的作用是用來實(shí)現(xiàn)模擬量控制系統(tǒng)的閉環(huán)自動(dòng)控制。為此，S7-200PLC集成有專門的PID(比例、積分、微分)軟件，可用于閉環(huán)控制的工業(yè)設(shè)計(jì)中6。在工業(yè)控制中，常常需要用閉環(huán)控制方式實(shí)現(xiàn)壓力、溫度、流量等連續(xù)變化的模擬量的控制。無論使用模擬控制器的模擬控制系統(tǒng)，還是使用計(jì)算機(jī)(包括PLC)的數(shù)字控制系統(tǒng)，PID控制系統(tǒng)都得到了極為廣泛的使用。過

54、程控制系統(tǒng)在對(duì)模擬量進(jìn)行采樣的基礎(chǔ)上，一般還對(duì)采樣值進(jìn)行PID(比例+積分+微分)運(yùn)算，并根據(jù)運(yùn)算結(jié)果，形成對(duì)模擬量的控制作用。PID運(yùn)算中的積分作用可以消除系統(tǒng)的靜態(tài)誤差，提高對(duì)系統(tǒng)參數(shù)變化的適應(yīng)能力；微分作用可以克服慣性滯后，提高抗干擾能力和系統(tǒng)的穩(wěn)定性，改變系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度；比例作用可對(duì)系統(tǒng)偏大做出與時(shí)響應(yīng)。因此，對(duì)于快過程和慢過程，PID都有良好的實(shí)際效果。如果可以將這三種的強(qiáng)度做適當(dāng)?shù)呐浜?，可以使PID回路快速、平穩(wěn)、準(zhǔn)確的運(yùn)行，從而獲得滿意的控制效果。PID控制器的輸出量=比例項(xiàng)+積分項(xiàng)+微分項(xiàng)+輸出的初始值，即(4-1)數(shù)字計(jì)算機(jī)要處理這個(gè)函數(shù)函數(shù)關(guān)系式，必須將連續(xù)函數(shù)離散化，對(duì)

55、偏差周期采樣后，計(jì)算輸出值得到 (4-2)式中，積分項(xiàng)是包括從第1個(gè)采樣周期到當(dāng)前采樣周期的所有誤差的積累值。計(jì)算中，沒有必要保留所有采樣周期的誤差項(xiàng)。只需保留積分項(xiàng)前值MX即可 (4-3)式中MX積分項(xiàng)前值(在第n-1采樣時(shí)刻的積分項(xiàng))；MPn第n采樣時(shí)刻的比例項(xiàng)；MIn第n采樣時(shí)刻的積分項(xiàng)；MDn第n采樣時(shí)刻的微分項(xiàng)。比例項(xiàng)是是增益Kc和偏差e的乘積。增益Kc決定輸出對(duì)偏差的靈敏度。增益為正的回路為正作用回路，反之為反作用回路。選擇正、反作用的目的是使系統(tǒng)處于負(fù)反饋控制。 (4-4)式中SPn為第n采樣時(shí)刻的給定值；PVn為第n采樣時(shí)刻的過程變量值。積分項(xiàng)MIn與偏差的和成正比 (4-5)

56、式中Ts為采樣周期；Ti為積分時(shí)間常數(shù)積分項(xiàng)前值MX是第n采樣周期前所有積分之和。在每次計(jì)算出Min之后，都要用Min去更新MX。第一次計(jì)算時(shí)MX的初值被設(shè)置為Minitial(初值)。采樣周期Ts是重新計(jì)算輸出的時(shí)間間隔，而積分時(shí)間常數(shù)Ti控制積分項(xiàng)在整個(gè)輸出結(jié)果中影響的程度。本次設(shè)計(jì)中用的是PI控制，因此關(guān)閉微分作用，即微分時(shí)間為0。根據(jù)題意，PID回路參數(shù)表如下：表4-1 PID回路參數(shù)表地址參數(shù)數(shù)值VD100過程變量當(dāng)前值PVn水位檢測計(jì)提供的模擬量經(jīng)A/D轉(zhuǎn)化后的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值VD104給定值SPn0.75VD108輸出值MnPID回路的輸出值(標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值)VD112增益KC0.25VD

57、116采樣時(shí)間TS0.1VD120積分時(shí)間TI30VD124微分時(shí)間TD0VD128上一次積分值MX根據(jù)PID運(yùn)算結(jié)果更新VD132上一次過程變量PVn-1最近一次的PID的變量值4.3程序給定值為滿水量的75%，被控水位值由液位計(jì)檢測后經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換送入PLC,用于控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的控制量信號(hào)由PLC執(zhí)行PID指令后以單極性信號(hào)經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后送出。采用PI控制，其增益、采樣周期和積分時(shí)間分別為：Kc=0.25，T=0.1s，Ti=30min。通過首次掃描調(diào)用子程序的方式，初始化PID參數(shù)并為PID運(yùn)算設(shè)置時(shí)間間隔(定時(shí)中斷)。PID參數(shù)表的首地址為VD100，定時(shí)中斷時(shí)間為I0，子程序編號(hào)為0。

58、通過定時(shí)中斷每隔100ms調(diào)用一次中斷服務(wù)程序。在中斷服務(wù)程序中，采樣被控制量的水位值并進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理后送入PID參數(shù)表若系統(tǒng)處于手動(dòng)工作狀態(tài)，則將手動(dòng)時(shí)水泵轉(zhuǎn)速的給定值經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化處理后送PID參數(shù)表作為輸出值與積分和，將手動(dòng)時(shí)水位值標(biāo)準(zhǔn)化后送PID參數(shù)表作為反饋量前值；若系統(tǒng)為自動(dòng)工作狀態(tài)，則執(zhí)行PID運(yùn)算，并將運(yùn)算結(jié)果轉(zhuǎn)換成工程量后送模擬量輸出寄存器，通過D/A轉(zhuǎn)換以控制水泵的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)水位恒定的控制要求。該系統(tǒng)的控制程序由主程序、子程序和中斷程序3部分組成。采用定時(shí)中斷來定時(shí)采樣，設(shè)置定時(shí)時(shí)間為100ms，并寫入SMB34，標(biāo)準(zhǔn)化采用單極性(取值圍為0-32000)。4.4指令和注釋4.4

59、.1主程序部分LD SM0.1 CALL SBR0 首次掃描調(diào)用初始化子程序0 ID I0.1 = Q0.0 I0.1得電，將變頻器接入電源 4.4.2子程序部分LD SM0.0 MOVR 0.75，VD104 填寫PID參數(shù)表，設(shè)置給定水位值75% MOVR 0.25，VD112 設(shè)置增益值為0.25 MOVR 0.1，VD116 設(shè)置采樣周期為0.1s MOVR 0.3，VD120 設(shè)置積分時(shí)間為30min MOVR 0.0，VD124 設(shè)置微分時(shí)間常數(shù)為0，即關(guān)閉微分作用 MOVB 100，SMB34 設(shè)定定時(shí)中斷的時(shí)間間隔為100ms ATCH INT0，10 每次定時(shí)時(shí)間到調(diào)用中斷程

60、序0 ENI 全局開中斷4.4.3中斷服務(wù)子程序部分LD SM0.0 XORD AC0，AC0 清累加器 MOVW AIW0，AC0 讀入(采集)連接在模擬量通道0上的水位值 DTR AC0，AC0 將采集到的水位值轉(zhuǎn)換為實(shí)數(shù)(即浮點(diǎn)數(shù)) /R 32000.0，AC0 MOVR AC0，AC0 對(duì)單極性的實(shí)數(shù)水位值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化 MOVR AC0，VD100 將水位值的標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)果填入PID回路表 LD I0.0 PID VB100，0 若為自動(dòng)方式，則調(diào)用PID功能，取環(huán)路編號(hào)0 MOVR VD108，AC0 *R 32000.0，ACO 取PID運(yùn)算結(jié)果的控制量，進(jìn)行逆標(biāo)準(zhǔn)化(即轉(zhuǎn)換為工程量)