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1、Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-date管道流量比值控制PLC课程设计.河北工程大学信电学院河北工程大学信电学院课程设计说明书（2014/2015学年第二学期）课程名称 ： 可编程序控制器 题 目 ： 管道流量比值控制PLC系统设计 专业班级 ： 电气 学生姓名 ： 学 号： 指导教师 ： 杜永 杨怡军 设计周数 ： 二周 设计成绩 ： 2015年6月22日 目录1.课程设计目的.32.设计正文.42.1软
2、件设计.42.11系统分析.4 .52.2硬件系统设计.6 .7 .82.21软件实施及硬件检测.9 .10 .113.课程设计总结.13 4.参考文献.131、课程设计目的 可编程序控制器具有结构简单、编程方便、性能优越、灵活通用、使用方便、可靠性高、抗干扰能力强等一系列优点，在工业生产过程自动控制领域得到广泛的应用。无论是国外引进的自动化生产线，还是自行设计的自动控制系统，都广泛采用单台或多台可编程序控制器组成。 通过本次课程设计，掌握可编程序控制器的基本原理、功能、应用、程序设计方法和编程技巧，还有掌握一种至二种基本机型，掌握PLC控制技术的基本原理和应用，为今后从事相关控制领域的工作打
3、下基础。 设计任务了解流量比值控制系统的物理结构，闭环调节系统的数学结果和PID控制算法。逐一明确各路检测信号到PLC的输入通道，包括传感器的原理，连接方法，信号种类，信号调理电路，引入PLC的接线以及PLC中的编址。逐一明确从PLC到各执行机构的输出通道，包括各执行机构的种类和工作原理，驱动电路的构成，PLC输出信号的种类和地址。绘制出流量控制系统的电路原理图，编制I/O地址分配表。编制PLC的程序结合过程控制实验室的现有设备进行调试，要求能在实验设备上演示控制过程。设计要求流量比值控制系统有两路供水系统。第一路由异步电动机（不具备调速功能）和水泵构成动力系统，由涡轮流量计检测流量，电动调节
4、阀控制流量。第二路由变频器，电动机和水泵构成动力系统，依靠动力系统的变频调速控制流量，由电磁流量计检测流量。流量比值控制就是由可编程控制器控制两路供水系统的流量保持设定的比例。本设计假设第一路的流量由其他系统控制或手动控制，本系统把第一路的流量（检测值）乘以设定的比例系数后的值作为流量给定值，控制第二路供水管道的流量。控制器采用PID算法决定变频器的给定值，从而实现两路流量的按比例控制2、 设计正文 2.1软件设计2.11系统分析比值控制有开环比值控制、单闭环比值控制、双闭环比值控制、串级比值控制系统和变比值控制系统。开环比值控制是最简单的控制方案。单闭环比值控制和双闭环比值控制是实现两种物料
5、流量间的定比值控制在系统运行过程中其比值系数是不变的。串级比值控制系统实现两种物料的比值随第三个参数的需求而变化。变比值控制系统最终目的是生产过程的结果，物料按比值输出不是关键。根据设计要求，本系统必须采用单闭环比值控制或双闭环比值控制，本系统采取单闭环控制方案。 系统工作原理：对于节流元件来说，压差与流量的平方成正比，即PQ 2 对于单闭环比值调节系统，A，B两个管路上的P可分别写为 PA=KAQA2 PB=KBQB 2 其中，KA、KB为放大系数。 变送器送出的信号为4-20mA电流信号，那么F1，FA有如下关系：F1-4=CAPAFA -4=CBPB 式中CA、CB是变送器的放大系数，F
6、1，FA是变送器的输出信号电流。比值器的输出关系为：F2-4=KC(F1-4) KC为比值器的放大系数。 则有：F2-4=KCCAKAQA2 FA-4=CBKBQB 2 由于调节器为比例积分调节，在稳态下它可保持FA=F2，故有 KCCAKAQA2 =CBKBQB （QA/QB）2 =KCCBKB/CAKA 从上式可知，为使流量QA、QB的比值满足工艺要求，只要适当地调整比值器的放大系数KC即可。系统设计内存变量分配表序号名称地址说明1涡流流量传感器AIW016位2电磁流量传感器AIW216位3电动调节阀AQW016位4变频器AQW416位5PID表地址VB1008位6过程变量PVVD1003
7、2位7设定值SPVD10432位8输出MVD10832位9增益KVD11232位，设定为0.7510采样时间TsVD11632位，设定为0.5秒11积分时间TiVD12032位，设定为5分12微分时间TdVD12432位，设定为0分13积分前项VD12832位14过程变量前值VD13232位15定时中断0时间间隔SMB348位，设定为100毫秒 2.2硬件系统设计 拟量输入有涡流流量传感器和电磁流量传感器组成，PLC选西门子S7200系列中 ， 上位机和下位机的电缆采用RS458通讯电缆。第一路由异步电动机和水泵构成动力系统，第二路由变频器、电动机和水泵构成动力系统。端口分配表输入端子号输出端
8、子号地址号信号名称说明1AIW0第一路供水系统涡流流量传感器输入16位2AIW2第二路供水系统电磁流量传感器输入16位1AQW0输出控制电动调节阀16位2AQW4输出控制变频器16位 流量计（涡轮流量计、电磁流量计）1）、涡轮流量计：输出信号：频率，测量范围：00.6m3/h接线如图所示：接线说明：传感器的供电电源由24VDC开关电源提供，负载为流量积算变送仪。注：使用涡轮流量计时，必须将24VDC开关电源打开。2)、电磁流量计：输出信号：420mA，测量范围：00.4 m3/h接线说明：转换器为交流220V供电，X、Y和A、B、C为传感器和转换器之间的连线，输出信号线直接接控制台上的电磁流量
9、计信号输出端。电动调节阀QSVP20-15N智能电动单座调节阀主要技术参数：执行机构型式：智能型直行程执行机构输入信号：010mA/420mADC/05VDC/15VDC输入阻抗：250/500输出信号：420mADC输出最大负载：500信号断电时的阀位：可任意设置为保持/全开/全关/0100%间的任意值电源：220V10%/50Hz 变频器面板 如图所示，变频器型号为三菱FR-S520S-0.4K型变频调速器，具体数设置如下表：名称表示设定范围设定值上限频率P10-120Hz60Hz下限频率P20-120Hz20Hz扩张功能显示选择P300，11频率设定电流增益P391-120Hz60HzRH端子功能选择P624操作模式选择P790-80C5C5输出频率大小25HzC6C6偏置20% A 面板接线端子功能说明：为了保护变频器各接
