A3000试验台管道压力和流量接偶控制系统设计

1、.：.；摘 要工业消费过程中的被控对象往往是多输入多输出系统，而且通常情况下被控变量又彼此关联。多变量系统控制就是调整被控过程的多个输入作用而使系统输出到达某些指定的目的。由于多变量控制系统中存在耦合，因此为了获得称心的控制效果，通常要对多变量控制系统实施解耦控制。本设计针对A实验台中管道压力和流量的相互作用进展了解耦控制系统的设计。西门子S-PLC为控制器，用变频器和电动调理阀分别控制流量和压力，从而实现了解耦控制，并运用了组态开发了监控画面，实现了过程控制。关键词：解耦控制；压力；流量 ；监控AbstractIn industial production processes, contro

2、lled objects are often multi-input and multi-output system in which controlled variables are associated with each other under normal circumstances. Multivariable control system is a system that adjusts multiple inputs in the controlled process and makes the system outputs to reach some specified tar

3、gets. Because of the coupling multivariable control systems, in order to obtain satisfactory control effect, decoupling control is usually implemented in multivariable control system . The paper designed a decoupling control system for the interaction between the pressure and flow in pipeline on A.

4、Siemens S- PLC as the controller, frequency converter and electric control valve control the flow and pressure separately in order to achieve a decoupling control, and the configuration development of the monitor screen is used to achieve the process control.Key Words: decoupling control; pressure;

5、flow; monitor目录 TOC o - h z u HYPERLINK l _Toc 第一章 绪论 第一章 绪论.选题背景及A实验台引见过程控制是消费过程自动控制的简称，这是自动化技术的一个重要组成部分。通常是指石油、化工、电力、冶金、轻工、建材、核能等工业消费中延续的或按一定周期与程序进展的消费过程自动控制。在现代工业消费过程中，过程控制技术正在为实现各种最优的技术经济目的、提高经济效益和劳动消费率、改善劳动条件、维护生态环境等方面起着越来越大的作用。A过程控制实验系统是以工业现场工艺设备为背景，以自动化教学要求和自动化工程师认证技艺测试要求为根据推出的实验、培训和测试平台。 . A

6、总体架构A测试平台总体物理系统如图-所示。控制系统有多种，现场系统能够具有现场总线。图- A测试平台总体物理系统图逻辑构造如图-所示。图- 逻辑构造图A现场系统特性：. 尺寸：毫米宽度X毫米深度X毫米高度。全不锈钢框架。. 电力：三相接地四线制V%，单相三线制，V%，. 能耗：最大额定用电kw/h。自来水L，可反复运用。A控制系统特性：. 尺寸：(宽度)X深度X高度。规范工业机柜。. 电力：单相三线制，V%，. 能耗：最大额定用电kw/h. 测试平台现场系统物理受控系统包括了测试对象单元、供电系统、传感器、执行器包括变频器及移相调压器，从而组成了一个只需接受外部规范控制信号的完好、独立的现场环

7、境。下面运用表示图和流程图方式引见现场系统的构造、原理、操作和维护。为了防止动力设备静电积累而触电或者损坏设备，所以系统必需可靠接地现场系统包括三个水箱，一个大储水箱，一台锅炉，一个工业用板式换热器，两个水泵，大功率加热管，滞后时间可以调整的滞后系统。现场系统工艺流程图如图-所示。图- 现场系统工艺流程图. 解耦的概念耦合是指两个或两个以上的体系或两种运动方式间经过相互作用而彼此影响以致结合起来的景象。 解耦就是用 HYPERLINK baike.baidu/view/.htm t _blank 数学方法将两种运动别分开来处置问题，常用解耦方法就是忽略或简化对所研讨问题影响较小的一种运动，只分

8、析主要的运动。数学中解耦是指使含有多个变量的数学方程变成可以用单个变量表示的方程组，即变量不再同时共同直接影响一个方程的结果，从而简化分析计算。经过适当的控制量的选取， HYPERLINK baike.baidu/view/.htm t _blank 坐标变换等手段将一个 HYPERLINK baike.baidu/view/.htm t _blank 多变量系统化为多个独立的单变量系统的数学模型，即解除各个变量之间的耦合。最常见的有发电机控制，锅炉调理等系统。软件开发中的耦合偏向于两者或多者的彼此影响，解耦就是要解除这种影响，加强各自的独立存在才干，可以无限降低存在的耦合度，但不能根除，否那

9、么就失去了彼此的关联，失去了存在意义。在现代化的工业消费中，不断出现一些较复杂的设备或安装，这些设备或安装的本身所要求的被控制参数往往较多，因此，必需设置多个控制回路对该种设备进展控制。由于控制回路的添加，往往会在它们之间呵斥相互影响的 HYPERLINK baike.baidu/view/.htm t _blank 耦协作用，也即系统中每一个控制回路的输入信号对一切回路的输出都会有影响，而每一个回路的输出又会遭到一切输入的作用。要想一个输入只去控制一个输出几乎不能够，这就构成了“耦合系统。由于耦合关系，往往使系统难于控制、性能很差。三种解耦实际分别是：基于Morgan问题的解耦控制，基于特征

10、构造配置的解耦控制和基于H_的解耦控制实际。在过去的几十年中，有两大系列的解耦方法占据了主导位置。其一是围绕Morgan问题的一系列 HYPERLINK baike.baidu/view/.htm t _blank 形状空间方法，这种方法属于全解耦方法。这种基于准确对消的解耦方法，遇到被控对象的任何一点摄动，都会导致解耦性的破坏，这是上述方法的主要缺陷。其二是以Rosenbrock为代表的现代频域法，其设计目的是被控对象的对角优势化而非 HYPERLINK baike.baidu/view/.htm t _blank 对角化，从而可以在很大程度上防止全解耦方法的缺陷，这是一种近似解耦方法。选择

11、适当的控制规律将一个 HYPERLINK baike.baidu/view/.htm t _blank 多变量系统化为多个独立的单变量系统的控制问题。在解耦控制问题中，根本目的是设计一个控制安装，使构成的多变量控制系统的每个输出变量仅由一个输入变量完全控制，且不同的输出由不同的输入控制。在实现解耦以后，一个多输入多输出控制系统就解除了输入、输出变量间的交叉耦合，从而实现自治控制，即互不影响的控制。互不影响的控制方式，曾经运用在发动机控制、锅炉调理等工业控制系统中。多变量系统的解耦控制问题，早在年代末就已提出，但直到年才由E.G.吉尔伯特比较深化和系统地加以处理。解耦的方法有三种：完全解耦控制，

12、静态解耦控制和软件解耦完全解耦控制，对于输出和输入变量个数一样的系统，假设引入适当的控制规律，使控制系统的传送函数矩阵为非奇特 HYPERLINK baike.baidu/view/.htm t _blank 对角矩阵，就称系统实现了完全解耦。使 HYPERLINK baike.baidu/view/.htm t _blank 多变量系统实现完全解耦的控制器，既可采用 HYPERLINK baike.baidu/view/.htm t _blank 形状反响结合输入变换的方式，也可采用 HYPERLINK baike.baidu/view/.htm t _blank 输出反响结合补偿安装的方式

13、静态解耦控制，一个 HYPERLINK baike.baidu/view/.htm t _blank 多变量系统在 HYPERLINK baike.baidu/view/.htm t _blank 单位阶跃函数见过渡过程 输入作用下能经过引入控制安装实现稳态解耦时，就称实现了静态解耦控制。对于 HYPERLINK baike.baidu/view/.htm t _blank 线性定常系统A，B，C，假设系统可用 HYPERLINK baike.baidu/view/.htm t _blank 形状反响来稳定，且 HYPERLINK baike.baidu/view/.htm t _blank

14、系数矩阵A、B、C满足关于秩的关系式，那么系统可经过引入形状反响和输入变换来实现静态解耦。多变量系统在实现了静态解耦后，其闭环控制系统的 HYPERLINK baike.baidu/view/.htm t _blank 传送函数矩阵G(s当s=时为非奇特 HYPERLINK baike.baidu/view/.htm t _blank 对角矩阵；但当s时，G(s不是对角矩阵。对于满足解耦条件的系统，使其实现静态解耦的形状反响矩阵K和输入 HYPERLINK baike.baidu/view/.htm t _blank 变换矩阵L可按如下方式选择：首先，选择K使 HYPERLINK baike.

15、baidu/view/.htm t _blank 闭环系统矩阵ABK的 HYPERLINK baike.baidu/view/.htm t _blank 特征值均具有负实部。随后，选取输入变换矩阵，式中D为非奇特对角矩阵，其各对角线上元的值可根据其他性能目的来选取。由这样选取的K和L所构成的控制系统必定是稳定的，并且它的闭环传送函数矩阵G(s当s=时即等于D。在对系统参数变动的敏感方面，静态解耦控制要比完全解耦控制优越，因此更适宜于工程运用。软件解耦，说起软件的解耦必然需求议论 HYPERLINK baike.baidu/view/.htm t _blank 耦合度，降低耦合度即可以了解为解耦

16、，模块间有依赖关系必然存在耦合，实际上的绝对零耦合是做不到的，但可以经过一些现有的方法将耦合度降至最低。做事情要想事半功倍，就要高处着眼，触摸到事情的脉络。当今流行着各种眼花缭乱的软件框架，不论是struts，还是spring,hibernate，还是.net，还是各种前端UI框架，其设计的中心思想是：尽能够减少代码耦合，假设发现代码耦合，就要采取解耦技术；解耦方法有但不限有如下几种：a采用现有设计方式实现解耦，如 HYPERLINK baike.baidu/view/.htm t _blank 事件驱动方式、 HYPERLINK baike.baidu/view/.htm t _blank

17、察看者方式、 HYPERLINK baike.baidu/view/.htm t _blank 责任链方式等都可以到达解耦的目的；b采用面向接口的方式编程，而不是用直接的类型援用，除非在最小内聚单元内部。但运用该方法解耦需求留意不要滥用接口。c HYPERLINK baike.baidu/view/.htm t _blank 高内聚，往往会带来一定程度的低耦合度。高内聚决议了内部自行依赖，对外只提供必需的接口或音讯对象，那么由此即可达成较低的耦合度。解耦控制是 HYPERLINK baike.baidu/view/.htm t _blank 多变量系统控制的有效手段。在现代化的工业消费中，不断

18、出现一些较复杂的设备或安装，这些设备或安装的本身所要求的被控制参数往往较多，因此，必需设置多个控制回路对该种设备进展控制。由于控制回路的添加，往往会在它们之间呵斥相互影响的 HYPERLINK baike.baidu/subview/.htm t _blank 耦协作用,这就构成了“ HYPERLINK baike.baidu/view/.htm t _blank 耦合系统。由于 HYPERLINK baike.baidu/subview/.htm t _blank 耦合关系，往往使系统难于控制、性能很差。在解耦控制问题中，根本目的是设计一个控制安装，使构成的多变量控制系统的每个输出变量仅由一

19、个输入变量完全控制，且不同的输出由不同的输入控制。在实现 HYPERLINK baike.baidu/subview/.htm t _blank 解耦以后，一个多输入多输出控制系统就解除了输入、输出变量间的交叉 HYPERLINK baike.baidu/subview/.htm t _blank 耦合，从而实现自治控制。对于输出和输入变量个数一样的系统,假设引入适当的控制规律,使控制系统的 HYPERLINK baike.baidu/subview/.htm t _blank 传送函数矩阵为非奇特 HYPERLINK baike.baidu/subview/.htm t _blank 对角矩

20、阵系统就实现了完全 HYPERLINK baike.baidu/subview/.htm t _blank 解耦。使 HYPERLINK baike.baidu/subview/.htm t _blank 多变量系统实现完全解耦的控制器，既可采用 HYPERLINK baike.baidu/subview/.htm t _blank 形状反响结合输入变换的方式，也可采用 HYPERLINK baike.baidu/subview/.htm t _blank 输出反响结合补偿安装的方式。. 管道压力和流量的解耦控制管道流量压力控制系统就是一个耦合的系统，如图-，系统阀和系统阀对管道压力的影响同样

21、剧烈，对流量的影响程度也一样。因此当压力偏低是开大控制阀，流量也将添加，此时经过流量控制器而关小阀，结果又使管道中的压力上升，阀和阀相互作用相互影响着，这是一个典型的关联络统，关联络数与温度等其他要素无关，具有一致性。流量也有类似的情况图- 管道压力和流量耦合系统图. 设计内容. 设计要求熟习控制工艺流程、串级控制的原理，了解串级控制的特点，查阅相关科技文献，掌握控制、检测、通讯等技术要求；对控制系统进展建模包括机理建模和实验建模；掌握液位和流量系统对控制的要求，提出控制方案包括方案论证与确定、技术经济分析等内容，完成硬件设计其中还包括实际分析、设计计算、实验及数据处置、设备及元器件选择等，根

22、据工艺要求合理优化，完成软件需求的系统分析和编制；撰写设计阐明书，绘制图纸；指定内容的外文资料翻译。. 设计思想本文讨论的是A实验台管道压力和流量的解耦控制，当流量增大时，调小变频器，同时管道压力也变小，增大调理阀，压力变小，但流量又会增大。为理处理这种耦合带来的不便，经过解耦，采用某种构造，寻觅适宜的控制规律来消除系统中各控制回路之间的相互 HYPERLINK baike.baidu/subview/.htm t _blank 耦合关系，使每一个输入只控制相应的一个输出，每一个输出又只遭到一个控制的作用。即让电动调理阀只控制压力，变频器只控制流量。如图-所示： 图- 管道压力与流量解耦控制表

23、示图A实验台管道压力与流量系统主要包括的对象有：下水箱，储水箱，电动调理阀，变频器，增压泵和送水管道以及管道中用到的旋塞阀。这些设备由实验台上两个支路并联构成：涉及的支路由增压泵，储水箱，涡轮番量计，部分供水管道以及管道中用到的旋塞阀；涉及的支路由涡轮番量计，压力变送器，电动调理阀下水箱，部分管道以及管道中用到的旋塞阀。由变频器控制增压泵的出水量来调整管道中的压力与流量；由电动调理阀控制阀门的开度也能调整管道中的压力与流量如图，水介质由泵P变频器U-驱动从水箱V中加压获得压头，经手阀QV-用于两个支路衔接、流量计FT-、压力传感器PT、 电动阀FV-、水箱V、 手阀QV-回流至水箱V而构成水循

24、环，水箱只作为一连通器，其中，给水压力由压力变送器PT-测得，给水流量由FT-测得。本例为解耦调理系统，调理阀FV-为被控变量压力PT-的支配变量，变频器U-为被控变量流量FT-的支配变量， 两条支路各自的调理器的运算输出经过解耦器的函数解耦运算，分别去控制各自调理回路的支配变量。管道中流量、压力控制系统就是相互耦合的系统。变频器和调理阀都对系统的压力和流量呵斥影响，因此，当压力偏大而开大调理阀时，流量也将添加，假设此时经过流量控制器作用而调小变频器，结果又使管路的压力下降，变频器和调理阀相互影响，这是一个典型的关联络统。关联的系数与温度等参数无关。由于系统变频器调理I支路流量， 调理阀调理I

25、I支路流量， 为了实现解耦实验，需求并联两个支路。并管之后还可以选择运用II支路的电磁流量计来进展流量丈量。在解耦设计方面，他们可以经过前馈补偿解耦法或者对角阵解耦法 ，使得一个被调理量仅与一个调理器输出量之间有关系，而与另一个独立。从而到达解耦目的而设计中要处理的设计难题是，一个PID控制只需一个过程值输入一个输出，要处理两输入两输出的问题，需求设计解耦器，运用两个PID控制器；并且解耦器的设计是比较困难的，而两个输入和输出组合一个PID调解器也是设计中的难题。控制阀和变频器对系统压力的影响程度同样剧烈，对流量的影响程度也一样。处理这些难题需求经过数学建模来处理，这一点我会在第二章第二节会讨

26、论到。第二章 系统方案选择.常见控制规律的类型比例积分微分调理PID调理：PID调理器的动作规律是 (.)或 (.)式中、TI和TD参数意义与PI、PD调理器一样。.控制方案的比较选择单回路控制系统是过程控制中构造最简单的一种方式，它只用一个调理器，调理器也只需一个输入信号，从系统方框图看，只需一个闭环。在大多数情况下，这种简单系统曾经可以满足工艺消费的要求，因此，它是一种最根本的、运用最广泛的控制系统。但是也有另外一些情况，譬如输入输出对象是多变量，别且之前还存在耦合，这往往要用到多个控制回路，这时单回路控制系统就无能为力了。另外，随着消费过程向着大型、延续和强化方向开展，对操作条件要求更加

27、严厉，参数间相互关系更加复杂，对控制系统的精度和功能提出许多新的要求，对能源耗费和环境污染也有明确的限制。为此，需求在单回路的根底上，采取其它措施，组成复杂控制系统，而解耦控制系统就是处理多变量耦合，改善控制精度和控制质量极为有效的控制系统。压力和流量是工业消费过程中常用的两个参数，对压力和流量进展控制的安装在工业消费中运用的非常普遍。而两者之间又使典型的耦合关系，所以必需采取解耦控制才干获得较好的控制效果.解耦控制系统数学模型的建立. 机理建模和实验建模的运用对于管道中流量、压力控制系统这个相互耦合的系统，变频器和调理阀都对系统的压力和流量呵斥影响。因此，当压力偏大而开大调理阀时，流量也将添

28、加，此时经过流量控制器作用而调小变频器，结果又使管路的压力下降，变频器和调理阀互间相互影响，这是一个典型的关联络统。关联的系数与温度等参数无关。如图-所示图- 管道压力与流量解耦控制他们固定P在小范围内，由于不涉及温度等问题，所以该过程根本上只与压力和开度有关，是时不变的。假设把P定义成未知数，那么可以列出一个方程。运用对角矩阵法进展解耦算法。如图-所示。图- 解耦控制系统框Gc为流量-变频器的调理器，反作用；Gc为压力-调理阀的调理器，正作用。对于对象，被调量与调理量具有y = P关系，这里换一个变量符号。公式- Y1Y2=G11G12G21G22U1U2 (-) 参与控制系统，那么调理量来

29、源于解耦器，调理器 (可以是一个PID调理器，等等) 输出就是解耦器输入。 U1U2=D11D12D21D22UC1UC2 -对于采用了解耦器的系统传送函数Y1Y2=G11G12G21G22D11D12D21D22UC1UC2 -综合上面的关系，假设G矩阵的逆存在，那么他们可以设计D就等于它的逆乘以一个对角阵(可以是单位矩阵)，这样可以使得一个被调理量仅与一个调理器输出量之间有关系，而与另一个独立。从而到达解耦目的。根据他们实验测得P=，P=，P设为未知数x。实践数值P=kPa*%水柱，P=kPa*%水柱。那么增益矩阵为 (80-X)/75(5-X)/75(5-X)/75(80-X)/75 -

30、解耦矩阵(80-X)/(85-2X)(5-X)/(85-2X)(5-X)/(85-X)(80-X)/(85-2X) -留意压力与流量有一个限制关系。简单的，在变频器为Hz，调理阀开度%时，这个压力和流量将作为系统稳定时的给定值，然后在这个值附近变动。不能变化太大，否那么无法稳定。假设量程范围不一样，或者水泵特性改了，那么整个矩阵不同。为了一致，设置如下：(80-X)/(85-2X)(5-X)/(85-2X)(5-X)/(85-X)(80-X)/(85-2X) -. PID参数的整定方法) 衰减振荡法PID 控制器参数整定由于工业消费平安稳定性要求，在不允许进展等幅振荡实验，或者对象特性无法到达

31、等幅振荡的场所，可以采用衰减振荡法进展PID控制器参数整定。与临界比例度法比较而言，参数整定步骤完全一样，独一的区别是采用纯比例作用得到:衰减振荡时的纯比例增益，Ks : 衰减的阶跃干扰的呼应曲线为参数整定计算根据。令Ts为: 衰减振荡周期，PID 参数估算方法参见表-。衰减振荡法控制器参数整定的优点是，整定质量较好、对工艺过程干扰较小、平安可靠。缺陷是，对于时间常数小的系统不易测取衰减振荡周期TS，干扰频繁的系统也不宜运用。表- 衰减振荡法PID 控制器参数整定计算表控制规律P(Kc)I(Ti)秒D(Td)秒PKSPI.KSO.TSPID.KS.TS.TS) 用阅历法整定调理器的参数阅历法是

32、根据阶跃呼应曲线的外形，调整控制器参数，具有简一方便，适用于记录曲线不规那么，外界干扰频繁的控制系统等优点。缺陷是参数整定破费时间长、整定结果因人而异，没有明确的规范。阅历法的步骤如下：首先进展纯比例凑试。置积分时间最大Ti=，微分时间为零Td=。参考表- 大致选择控制器的比例增益Kc或比例度PB的初值。将控制器投自动，对设定值施加一个偏移，记录呼应曲线并察看曲线外形，尽量得到: 的衰减呼应曲线。通常，加大增益Kc 呼应曲线振荡加强，减小Kc 呼应曲线振荡减弱。每改动一次Kc 都要对设定值施加一个偏移，并记录呼应曲线，察看曲线外形，直到满足要求。第二步进展积分作用凑试。先选择一个初始积分时间值

33、，减小积分时间，积分作用加强；加大积分时间，积分作用减弱。同比例凑试，每改动一次积分时间，都要施加阶跃干扰，并察看呼应曲线。由于参与积分作用后系统稳定性有所降低，应将比例增益Kc 减小%左右，以便补偿参与积分作用后导致的系统稳定性下降。假设需求，最后参与微分作用。微分时间越大，微分作用越强。微分时间Td 大约是积分时间Ti 的/。参与微分作用后，可适当加大Kc，减小Ti。表- 阅历法P.I.D.参数范围系统P.I.D参数KcPB(%)Ti(秒)Td(秒)流量-.-压力.-.-温度.-液位.-按照以上三个步骤，经过反复凑试直到称心。阅历法P.I.D.参数范围如表- 所示。通常，对于数字式控制器而

34、言，P.I.D.的调整范围如下：KC=. (PB=.%)、 Ti=s、 Td=s) 呼应曲线法PID 控制器参数整定前面三种方法都不需测试对象的动态特性，并且是在闭环系统中进展参数整定。而呼应曲线法是在开环情况下，测试广义对象动态特性的控制器参数整定方法。本方法步骤如下：首先测取广义对象在阶跃输入下的呼应曲线。在呼应曲线的拐点处作切线，经过切线与初始值和新稳态值的交点，可以测得广义对象的时间常数TP 和纯滞后时间。于是可以得到一阶惯性加纯滞后通道传送函数简化模型，表达了广义对象动态特性。按照表-提供的计算公式，计算得到控制器的最正确参数值。表- 呼应曲线法PID控制器参数整定计算表控制规律P(

35、Kc)I(Ti)秒D(Td)秒PTp/KpPI.Tp.PID.Tp.闭环加阶跃干扰实验整定参数的效果，由于能够出现测试误差，可适当修正相关参数，直到呼应曲线称心为止。呼应曲线法运用普遍，具有较高的准确度，测试时对消费过程的干扰不大。然而，当广义对象是非自衡过程时无法运用本方法。. 控制器的选择. PLC的根本构造PLC,即可编程逻辑控制器，它采用一类可编程的 HYPERLINK baike.baidu/view/.htm t _blank 存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并经过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或消费过程可编程逻辑

36、控制器本质是一种公用于工业控制的计算机，其硬件构造根本上与微型计算机一样，根本构成为：电源可编程逻辑控制器的电源在整个系统中起着非常重要的作用。假设没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常任务的，因此，可编程逻辑控制器的制造商对电源的设计和制造也非常注重。普通交流电压动摇在+%(+%)范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接衔接到交流电网上去中央处置单元(CPU) HYPERLINK baike.baidu/view/.htm t _blank 中央处置单元(CPU)是可编程逻辑控制器的控制中枢。它按照可编程逻辑控制器系统程序赋予的功能接纳并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、

37、I/O以及警戒定时器的形状，并能诊断用户程序中的语法错误。当可编程逻辑控制器投入运转时，首先它以扫描的方式接纳现场各输入安装的形状和数据，并分别存入 HYPERLINK baike.baidu/view/.htm t _blank I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据存放器内。等一切的用户程序执行终了之后，最后将I/O映象区的各输出形状或输出存放器内的数据传送到相应的输出安装，如此 HYPERLINK baike.baidu/subview/.htm t _blank 循环运转，直到停顿运转。为了进一步提

38、高可编程逻辑控制器的可靠性，对大型可编程逻辑控制器还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。这样，即使某个CPU出现缺点，整个系统仍能正常运转。存储器存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。存放运用软件的存储器称为用户程序存储器。输入输出 HYPERLINK baike.baidu/view/.htm t _blank 接口电路现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是可编程逻辑控制器与现场控制的接口界面的输入通道。现场输出接口电路由输出数据 HYPERLINK baike.baidu/view/.htm t _blank 存放器、选通电路和中断恳求电路集成，作用可

39、编程逻辑控制器经过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。功能模块如计数、定位等功能模块。通讯模块. PLC的特点及运用PLC其主要特点如下：.抗干扰才干强，可靠性高.控制系统构造简单，通用性强.编程方便，易于运用.功能完善.设计、施工、调试的周期短.体积小，维护操作方便。，运用情况大致可归纳为以下钟类型：开关量的逻辑控制模拟量控制运动控制过程控制数据处置通讯及联网。由于微处置器芯片及有关元件的价钱大大下降和PLC功能的不断完善及加强两方面的缘由，目前，PLC在国内外已广泛运用于钢铁、采矿、石油化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、造纸、交通运输、环保及文化文娱等各个行业。. P

40、LC的任务阶段PLC的个任务阶段。当PLC投入运转后，其任务过程普通分为采样阶段、用户程序执行阶段和输出刷新阶段三个阶段。完成上述个阶段即称为一个扫描周期。在整个运转期间，PLC的CPU以一定的扫描速度反复执行上述个阶段。PLC的扫描任务过程框图如图-所示，它清楚地描画了PLC扫描的任务过程。图- PLC的扫描任务过程输入采样阶段在输入采样阶段，可编程逻辑控制器以扫描方式依次地读入一切输入形状和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应的单元内。输入采样终了后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入形状和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的形状和数据也不会改动。因此，假设输入

41、是脉冲信号，那么该脉冲信号的宽度必需大于一个扫描周期，才干保证在任何情况下，该输入均能被读入用户程序执行阶段在用户程序执行阶段，可编程逻辑控制器总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进展逻辑运算，然后根据 HYPERLINK baike.baidu/view/.htm t _blank 逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的形状；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的形状；或者确定能否要执行该 HYPERLINK baike.baidu/v

42、iew/.htm t _blank 梯形图所规定的特殊功能指令。即，在用户程序执行过程中，只需输入点在I/O映象区内的形状和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的形状和数据都有能够发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的形状或数据只能到下一个扫描周期才干对排在其上面的程序起作用。在程序执行的过程中假设运用立刻I/O指令那么可以直接存取I/O点。即使用I/O指令的话，输入过程影像存放器的值不会被更新，程序直接从I/O模块取值，输出过程影像存放器会被立刻更新，这

43、跟立刻输入有些区别输出刷新阶段当扫描用户程序终了后，可编程逻辑控制器就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的形状和数据刷新一切的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是可编程逻辑控制器的真正输出。. PLC对输入/输出的处置规那么根据上述任务特点，归纳出PLC对输入/输出的处置原那么如下。输入映像存放器的数据取决于输入端子板上各输入点在上一个刷新器件的通/断形状。程序如何执行取决于用户所编写程序和输入/输出映像存放器的内容及各元件映像存放器的内容。输出映像存放器的数据，取决于输出指令的执行结果。输出锁存器中的数据，由上一次输出刷新期间输出映像存放器中的数据决议。

44、输出端子的通/断形状，由输出锁存器决.软PLC的引见软PLC开发系统实践上就是带有调试和编译功能的PLC编程器，此部分具备如下功能：编程言语规范化，遵照IEC-规范，支持多言语编程共有种编程方式：IL，ST，LD，FBD和SFC，编程言语之间可以相互转换；丰富的控制模块，支持多种PID算法如常规PID控制算法、自顺应PID控制算法、模糊PID控制算法、智能PID控制算法等等，还包括目前流行的一些控制算法，如神经网络控制；开放的控制算法接口，支持用户嵌入本人的控制算法模块；仿真运转，实时在线监控，在线修正程序和编译；强大的网络功能支持基于TCPIP网络，经过网络实现PLC远程监控，远程程序修正。

45、软plc的运用特点为：表达了IPC，PLC和DOC先进技术的集成。可充分利用PC平台上的硬件和软件资源，使控制系统更具特征；系统更开放，运用更方便。软件PLC经过本人开发工具提供的OPC功能和Active控件，既可衔接Office软件，也可衔接用VB，VC开发的软件；基于PC+现场总线+分布式IO的控制系统简化了复杂控制系统的体系构造，提高了通讯效率和速度，降低了投资本钱。.单片机简介单片机也被称为微控制器Microcontroller Unit，单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。单片机内部也用和电脑功能类似的模块，比如CPU，内存，

46、并行总线，还有和硬盘作用一样的存储器件，不同的是它的这些部件性能都相对他们的家用电脑弱很多，不过价钱也是低的，它主要是作为控制部分的中心部件。单片机是靠程序运转的，并且可以修正。经过不同的程序实现不同的功能。目前单片机浸透到他们生活的各个领域，单片机广泛运用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、公用设备的智能化管理及过程控制等领.控制器的选择虽然软PLC技术具有很大的开展潜力，但是这项技术的实现需求处理一些重要的题。其中主要是以PC为根底的控制引擎的实时性问题。软PLC首选的操作系统是WindowsNT，但是它并不是一个硬实时的操作系统。传统PLC具有硬实时性，正由于如此它才干提供快速、确

47、定而且可反复的呼应。而要让WindowsNT具有硬实时性，必需对它进展扩展，使得PC的控制义务具有最高的优先级，不由于NT的系统功能和用户程序的调用而被抢占。单片机缺陷：速度慢，功能不强，精度低，适宜民用，商用，不适宜工业用途。PLC是专为工业自动化设计的，在控制电路这一块，功能的强大是前两者无法比较的，经过多种多样的扩展模块，使外部接线量小、内部任务性能的可靠性高，易学易懂，虽然单个CPU贵，但性价比是最高的。因此，我选择了PLC作为控制器。第三章 供配电设计及器件选型.主回路部分在本设计中，电能虽然是工业消费的主要能源和动力，但是它在产品本钱中所占的比重普通很小除电化工业外。电能在消费中的

48、重要性，并不在于它在产品本钱中或投资总额中所占的比重多少，而在于工业消费实现电气化以后可以大大添加产量，提高产质量量，提高消费效率，降低消费本钱，改善工人的劳动条件，有利于实现消费过程自动化。从另一方面来说，假设工厂的电能供应忽然中断，那么对工业消费能够呵斥严重的后果。因此，做好供配电任务对于开展工业消费实现工业现代化，具有非常重要的意义。由于能源节约是供电任务的一个重要方面，而能源节约对于国家经济建立具有非常重要的战略意义，做好供配电设计，对于节能、援助国家经济建立，也具有艰苦的作用。系统的供配电要真实的保证各个器件的需求，并做好节能任务，就必需到达以下根本要求：平安 在电能的供应、运用中，

49、不应发生人身事故和设备事故。可靠 应满足电能用户对供电可靠性的要求。优质 应满足电能用户对电压和频率等质量的要求。经济 供电系统的投资要少，运费要低，并尽能够地节约电能和减少有色金属的耗费量。 图- 主回路图由于此次设计基于A实验台，因此供配电设计也是基于实验室而设计。给一切设备进展供电时，选择三线四相制接线。此次供配电部分设计中，主要是给液位变送器、PLC、PC、变频器、增压泵以及照明供电.其中水泵选择了两相接线。断路器QF可以对线路、电气设备及电动机实行维护，当发生严重过电流、过载、短路、断相、漏电等缺点时，自动切断电路，起到维护作用;熔断器FU在当电路发生严重过载或短路时，熔体熔断而切断

50、电路，到达维护的目的;PC,变频器需求V的交流电供电；而PLC只需求V直流供电，电动调理阀需求V交流供电，因此可将V交流电经开关电源降到V直流电和交流电以供运用。 . 控制回路设计 控制回路如以下图所示。图- 电气接线图当系统上电后，同时，假设此时KA线圈得电，指示灯HL点亮，表示整个控制回路上电。假设此时选择手动挡，那么在按下SB按钮后，线圈KA得电，触点KA闭合坚持自锁，维持线圈KA得电，指示灯HL点亮，表示变频器正转启动。假设此时选择自动挡，那么线圈KA得电，触点KA闭合，将这个选择信号传输给PLC，PLC得到此信号后输出让线圈KA得电，同时触点KA闭合使线圈KA得电，指示灯HL点亮，变

51、频器正转启动。假设变频器缺点，那么线圈KA失电，常闭触点KA吸合，将缺点信号传送给PLC，PLC得到缺点信号后输出让线圈KA和线圈KM得电，相应的触点吸合或断开，到达断开变频器控制回路供电和变频器供电的目的。表- 元件阐明称号作用继电器KA变频器正常运转形状继电器KA允许自动形状继电器KA自动形状输出继电器KA控制回路上电形状检测继电器KA变频器缺点继电器KA断开控制回路继电器KM断开变频器供电断路器QF上电；过流维护；指示灯HL变频器正转启动指示指示灯HL系统上电指示指示灯HL变频器缺点报警按钮开关SB断开手动形状回路按钮开关SB手动形状开场按钮按钮开关SB断开选择开关SA手/自动形状切换.

52、 PLC选型. PLC选型S-系列PLC是德国西门子公司声场的一类小型的PLC。其优点有上述的出色表现，因此，S-系列PLC一经推出便遭到了宽广工程技术人员的青睐。S-系列PLC是一种小型的PLC系统，其功能非常强大，许多功能可以到达大、中型PLC的程度，而价钱却和小型PLC的一样，因此，在西门子公司刚推出S-系列后，马上就收到了广泛的关注。S-系列中的CPU*系列，具有了多种功能模块和人机界面可供选择，使得系统的集成非常方便，并且其在网络中的强大功能，很容易地可以组成PLC网络。同时它具有功能齐全的变成和工业控制组态软件，使得在控制系统的设计时更加简单，几乎可以完成任何功能的控制义务。S-系

53、列PLC适用于各行各业，各种场所中的自动检测、监测及控制等。S-系列PLC的强大功能使其无论是单机或衔接在网络上，都能实现复杂的控制功能，其出色的表现表达在以下几个方面。极高的可靠性。极丰富的指令集。易于掌握。便利的操作。丰富的内置集胜利能。实时特性。强劲的通讯才干。丰富的扩展功能。S-系列PLC的一个完好组成系统如图-所示，它主要由以下几部分组成。图- S-系列PLC系统组成S-系列PLC的存储系统由RAM和EEPROM两种类型的存储器构成，如图图- CPU的存储系统组成 所示，CPU模块内部配备了一定容量的RAM和EEPROM。同时，S-系列PLC的CPU模块支持可选的EEPROM存储器卡

54、。在CPU模块内部的超级电容和电池模块用于长时间的保管数据，用户数据可经过主机的超级电容存储假设干天。S-系列PLC的CPU的存储容量如表-所示表- CPU的存储容量主机CPU类型CPUCPUCPUCPU用户程序区存储容量KBKBKBKB用户程序区存储容量KBKBKBKB用户存储器类型EEPROMEEPROMEEPROMEEPROM本系统有一台电机、一个液位传感器、一个变频器、五个继电器，共有十八个I/O点，它们构成被控对象。综合分析各类PLC的特点，最终选西门子公司的S-系列的PLC。图- CPU端子图本系统由八个数字量输入点，六个数字量输出点构成被控对象。由于CPU集成个输入点和个输出点，

55、合计个数字量I/O 点，完全能满足控制要求。此PLC可衔接个扩展模块，最大扩展至路数字量I/O点或路模拟量I/O点。K字节程序和数据存储空间。个独立的kHz高速计数器，路独立的kHz高速脉冲输出，具有PID控制器。个RS通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自在方式通讯才干。I/O端子排可很容易地整体装配。用于较高要求的控制系统，具有更多的输入/输出点，更强的模块扩展才干，更快的运转速度和功能更强的内部集成特殊功能。 CPU端子图-。. I/O扩展模块特点及选型当需求完成某些特殊功能的控制义务时，CPU主机可以衔接扩展模块，利用这些扩展模块进一步完善CPU的功能。常用的扩展模块有两

56、类，即模拟量输入输出扩展模块、特殊功能模块。模拟量扩展模块类型如表-所列。表- 模拟量扩展类型S- 主机的特殊功能模块有多种类型，例如：功能模块有EM位置控制模块、EM Profibus-DP模块、EM调制解调器模块、CP-以太网模块、CP- AS-I接口模块等。. EM任务原理及运用EM是最常用的模拟量扩展模块。 CPU经过此模块可以采集于本模块相衔接现场的 HYPERLINK sbaidu/s?wd=%E%A%A%E%B%F%E%BF%A%E%F%B&hl_tag=textlink&tn=SE_hldp_vvzkg t _blank 模拟信号，比如：压力、流量等。可接受电流、电压信号，也可

57、衔接 HYPERLINK sbaidu/s?wd=%E%B%A%E%BA%BF%E%B%E%F%E%E%A&hl_tag=textlink&tn=SE_hldp_vvzkg t _blank 两线制变送器。EM有路 HYPERLINK sbaidu/s?wd=%E%A%A%E%B%F%E%F%E%BE%E%A&hl_tag=textlink&tn=SE_hldp_vvzkg t _blank 模拟量输入通道，同时还包括了一路 HYPERLINK sbaidu/s?wd=%E%A%A%E%B%F%E%F%E%BE%E%BA&hl_tag=textlink&tn=SE_hldp_vvzkg t _

58、blank 模拟量输出通道，输出电压、电流信号用 HYPERLINK sbaidu/s?wd=%E%BA%E%E%BF%E&hl_tag=textlink&tn=SE_hldp_vvzkg t _blank 于延续的控制EM模拟量扩展模块接线图，如图-。图- EM模拟量扩展模块接线图图-演示了模拟量扩展模块的接线方法，对于电压信号，按正、负极直接接入X和X；对于电流信号，将RX和X短接后接入电流输入信号的“端；未衔接传感器的通道要将X和X短接。对于某一模块，只能将输入端同时设置为一种量程和格式，即一样的输入量程和分辨率。后面将详细引见表-阐明如何用DIP开关设置EM扩展模块，开关到可选择输入模

59、拟量的单/双极性、增益和衰减。由表-可知，DIP开关SW决议模拟量输入的单双极性，当SW为ON时，模拟量输入为单极性输入，SW为OFF时，模拟量输入为双极性输入。SW和SW决议输入模拟量的增益选择，而SW，SW，SW共同决议了模拟量的衰减选择。表- EM的常用技术参数模拟量输入特性模拟量输入点数输入范围电压单极性V V V mV mV mV 电压双极性V V .V V mV mV mV mV mV电流mA数据字格式双极性 全量程范围-+单极性 全量程范围分辨率位A/D转换器模拟量输出特性模拟量输出点数信号范围电压输出 V电流输出mA数据字格式电压-+电流分辨率电流电压位电流位由表-可知，DIP

60、开关SW决议模拟量输入的单双极性，当SW为ON时，模拟量输入为单极性输入，SW为OFF时，模拟量输入为双极性输入。SW和SW决议输入模拟量的增益选择，而SW，SW，SW共同决议了模拟量的衰减选择。输入校准：模拟量输入模块运用前应进展输入校准。其实出厂前曾经进展了输入校准，假设OFFSET和GAIN电位器已被重新调整，需求重新进展输入校准。其步骤如下：切断模块电源，选择需求的输入范围。接通CPU和模块电源，使模块稳定分钟。用一个变送器，一个电压源或一个电流源，将零值信号加到一个输入端。读取适当的输入通道在CPU中的丈量值。调理OFFSET偏置电位计，直到读数为零，或所需求的数字数据值。将一个满刻