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PLC在双恒压无塔供水系统中的应用.doc
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1、PLC在双恒压无塔供水系统中的应用 作者: 日期:2 个人收集整理 勿做商业用途摘 要建设节约型社会,合理开发、节约利用和有效保护水资源是一项艰巨任务。根据小区用水时间集中,用水量变化较大的特点,分析了小区原供水系统存在成本高,可靠性低,水资源浪费,管网系统待完善的问题.提出以利用自来水水压供水与水泵提水相结合的方式,并配以变频器、PLC、压力传感器、液位传感器等不同功能等传感器,根据管网的压力,通过变频器控制水泵的转速,使水管中的压力始终保持在合适的范围。从而可以解决因楼层太高导致压力不足及小流量时能耗大的问题。该双恒压供水控制系统是以PLC控制为核心, 变频调速技术为基础, 并结合压力传感
2、器、变频器、水泵、继电器、接触器等成。在此系统中,PLC将压力设定值与测量值的偏差经PID运算后得到的控制量作用到变频器,从而通过变频器控制水泵的转速调节管网的力, 实现恒压供水的目的。关键词:恒压供水;变频调速;PID调节;PLC控制 目 录绪 论1一、PLC的简介2(一)PLC的产生和发展历史21.PLC的产生22。PLC的发展历史23.PLC的应用领域64。PLC的应用特点75。PLC应用中需要注意的问题86。主要抗干扰措施9二、工艺过程及控制要求11(一)系统工艺流程11(二)系统控制要求12三、硬件设计13(一)控制系统的I/O点及地址分配13(二)PLC的选型14(三)电气控制系统
3、原理图151。主电路图152.控制电路图153。PLC外围接线图15四、系统软件设计20结 论36参考文献37致 谢38绪 论变频调速恒压供水技术其节能、安全、供水高品质等优点,在供水行业得到了广泛应用。恒压供水调速系统实现水泵电动机无级调速,依据用水量的变化(实际上为供水管网的压力变化)自动调节系统的运行参数,在用水量发生变化时保持水压恒定以满足用水要求是当今先进、合理的节能型供水系统。在实际应用中如何充分利用变频器内置的各种功能,对合理设计变频器调速恒压供水设备,降低成本、保证产品质量等有着重要意义。随着社会的发展和进步,城市高层建筑的供水问题日益突出.一方面要求提高供水质量,不要因为压力
4、的波动造成供水障碍;另一方面要求保证供水的可靠性和安全性,在发生火灾时能够可靠供水.针对这两方面的要求,新的供水方式和控制系统应运而生,这就是PLC 控制的恒压无塔供水系统。恒压供水包括生活用水的恒压控制和消防用水的恒压控制既双恒压系统。恒压供水保证了供水的质量,以PLC 为主机的控制系统丰富了系统的控制功能,提高了系统的可靠性.一、PLC的简介(一)PLC的产生和发展历史1.PLC的产生可编程程序逻辑控制器PLC产生于1969年,最初只具备逻辑控制、定时、记数等功能,主要是用来取代继电接触器控制。PLC是计算机技术与继电接触器控制技术相结合的产物,它采用了计算机存储器存储程序和顺序执行的原理
5、;但其编程语言采用直观的类似的继电接触器控制电路的梯形图语言。现在所说的可编程序控制器,它采用中央处理单元CPU(Central Processing Unit),不但继承了PLC原有的功能,而且具有更为强大的功能,指令系统丰富,程序结构灵活,通用性和适应性强,可以用来实现复杂的控制.它是目前工业自动化应用最广的控制设备。2。PLC的发展历史在自动化控制领域,PLC是一种重要的控制设备。目前,世界上有200多厂家生产300多品种PLC产品,应用在汽车(23%)、粮食加工(16.4%)、化学/制药(14。6%)、金属/矿山(11。5%)、纸浆/造纸(11.3%)等行业。为了使各位初学者更方便地了
6、解PLC,本文对PLC的发展、基本结构、配置、应用等基本知识作一简介。(1)PLC的发展历程在工业生产过程中,大量的开关量顺序控制,它按照逻辑条件进行顺序动作,并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制,及大量离散量的数据采集。传统上,这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。1968年美国GM(通用汽车)公司提出取代继电气控制装置的要求,第二年,美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置,首次采用程序化的手段应用于电气控制,这就是第一代可编程序控制器,Programmable Controller(PC).个人计算机(简称PC)发展起来后,为了方便,也为了反映可编程控制器的功能特点,可编
7、程序控制器定名为Programmable Logic Controller(PLC),现在,仍常常将PLC简称PC。PLC的定义有许多种.国际电工委员会(IEC)对PLC的定义是:可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统,专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存贮器,用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令,并通过数字的、模拟的输入和输出,控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备,都应按易于与工业控制系统形成一个整体,易于扩充其功能的原则设计。上世纪80年代至90年代中期,是PLC发展最快的时期,年增长率一直保持为3040%。在这时期,PL
8、C在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高,PLC逐渐进入过程控制领域,在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位,在可预见的将来,是无法取代的.(2) PLC的构成从结构上分,PLC分为固定式和组合式(模块式)两种.固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等,这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架,这些模块可以按照一定规则组合配置.(3) CPU的
9、构成CPU是PLC的核心,起神经中枢的作用,每套PLC至少有一个CPU,它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据,用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据,并存入规定的寄存器中,同时,诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等.进入运行后,从用户程序存贮器中逐条读取指令,经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号,去指挥有关的控制电路.CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成,CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内存主要用于存储程序及数据,是PLC不可缺少的组成单元。在使用者看来,不必要详细分析CPU的内部电
10、路,但对各部分的工作机制还是应有足够的理解。CPU的控制器控制CPU工作,由它读取指令、解释指令及执行指令。但工作节奏由震荡信号控制。运算器用于进行数字或逻辑运算,在控制器指挥下工作。寄存器参与运算,并存储运算的中间结果,它也是在控制器指挥下工作。CPU速度和内存容量是PLC的重要参数,它们决定着PLC的工作速度,IO数量及软件容量等,因此限制着控制规模。(4) I/O模块PLC与电气回路的接口,是通过输入输出部分(I/O)完成的。I/O模块集成了PLC的I/O电路,其输入暂存器反映输入信号状态,输出点反映输出锁存器状态.输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统,输出模块相反。I/O分为开
11、关量输入(DI),开关量输出(DO),模拟量输入(AI),模拟量输出(AO)等模块.开关量是指只有开和关(或1和0)两种状态的信号,模拟量是指连续变化的量.常用的I/O分类如下:开关量:按电压水平分,有220VAC、110VAC、24VDC,按隔离方式分,有继电器隔离和晶体管隔离.模拟量:按信号类型分,有电流型(4-20mA,0-20mA)、电压型(010V,05V,-1010V)等,按精度分,有12bit,14bit,16bit等。除了上述通用IO外,还有特殊IO模块,如热电阻、热电偶、脉冲等模块。按I/O点数确定模块规格及数量,I/O模块可多可少,但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力
12、,即受最大的底板或机架槽数限制。(5) 电源模块PLC电源用于为PLC各模块的集成电路提供工作电源.同时,有的还为输入电路提供24V的工作电源。电源输入类型有:交流电源(220VAC或110VAC),直流电源(常用的为24VAC)。(6) PLC系统的其它设备a)编程设备:编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件,用于编程、对系统作一些设定、监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况,但它不直接参与现场控制运行。小编程器PLC一般有手持型编程器,目前一般由计算机(运行编程软件)充当编程器。b)人机界面:最简单的人机界面是指示灯和按钮,目前液晶屏(或触摸屏)式的一体式操作员终端应用
13、越来越广泛,由计算机(运行组态软件)充当人机界面非常普及。c)输入输出设备:用于永久性地存储用户数据,如EPROM、EEPROM写入器、条码阅读器,输入模拟量的电位器,打印机等。3PLC的应用领域目前,PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业,使用情况主要分为如下几类:(1) 开关量逻辑控制取代传统的继电器电路,实现逻辑控制、顺序控制,既可用于单台设备的控制,也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。(2) 工业过程控制在工业生产过程当中,存在一些如温度、压力、流
14、量、液位和速度等连续变化的量(即模拟量),PLC采用相应的A/D和D/A转换模块及各种各样的控制算法程序来处理模拟量,完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的一种调节方法.过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。(3) 运动控制PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。一般使用专用的运动控制模块,如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块,广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合.(4) 数据处理PLC具有数学运算(含矩阵运算、函数运算、逻辑运算)、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能,可以完成数据的采集、分析及处理.数据处理一般用于如造纸、
15、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。(5) 通信及联网PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信.随着工厂自动化网络的发展,现在的PLC都具有通信接口,通信非常方便。4. PLC的应用特点(1) 可靠性高,抗干扰能力强高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术,采用严格的生产工艺制造,内部电路采取了先进的抗干扰技术,具有很高的可靠性。使用PLC构成控制系统,和同等规模的继电接触器系统相比,电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一,故障也就大大降低.此外,PLC带有硬件故障自我检测功能,出现故障时可及时发出警报信息.在应用软件中,应用者还可以编入外围
16、器件的故障自诊断程序,使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护.这样,整个系统将极高的可靠性。(2) 配套齐全,功能完善,适用性强发展到今天,已经形成了各种规模的系列化产品,可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外,PLC大多具有完善的数据运算能力,可用于各种数字控制领域。多种多样的功能单元大量涌现,使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展,使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。 (3) 易学易用,深受工程技术人员欢迎PLC是面向工矿企业的工控设备。它接口容易,编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的
17、图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近,为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人从事工业控制打开了方便之门。(4) 系统的设计,工作量小,维护方便,容易改造PLC用存储逻辑代替接线逻辑,大大减少了控制设备外部的接线,使控制系统设计及建造的周期大为缩短,同时日常维护也变得容易起来,更重要的是使同一设备经过改变程序而改变生产过程成为可能。这特别适合多品种、小批量的生产场合.5 PLC应用中需要注意的问题PLC是一种用于工业生产自动化控制的设备,一般不需要采取什么措施,就可以直接在工业环境中使用。然而,尽管有如上所述的可靠性较高,抗干扰能力较强,但当生产环境过于恶劣,电磁干扰特别强烈,或安装
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