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1、一、 控制系统的硬件设计1 喷雾干燥塔控制功能描述良好的控制系统的主要指标是安全和经济，本次课程设计控制对象喷雾干燥塔的控制目标是在安全的前提下确保对象的工艺参数稳定，并以安全作为优化目标。针对该喷雾干燥塔所提出的控制要求主要有以下方面的考虑：顺序启动功能、安全停机功能、自动点火功能、熄火保护功能、系统安全保护功能、状态监测和自动报警功能、自动投入油枪和撤除油枪功能、自动温控功能、设备离线强制启停功能、指示灯测试功能、模拟量控制功能等。喷雾干燥塔控制系统需要实现的主要功能如下：（1）、自动顺序启动功能系统可实现顺序启动。程序能够实现排风机，鼓风机，助燃风机，供油泵，增压泵的顺序启动。（2）、安
2、全停机功能可以自动按供油泵，电磁阀，助燃风机的顺序停止系统。停机过程中提供自动吹扫和系统自动复位功能。（3）、 自动点火功能实现系统安全点火。点火条件成立时有灯指示，此时按下“点火”按钮并保持2秒钟以上，可自动实现安全点火；不具备点火条件时，没有灯指示，操作“点火”按钮，系统不予响应。（5）、点火之后系统进入手动控制，当满足一定条件后系统自动切换到自动控制。2 .控制网络拓扑图 系统网络拓扑图3. 控制系统的 I/O清单 开关量输入风压正常FYZC小火位置XHWZ大火位置DHWZ油压正常YYZC火焰状态HYZT料浆压力高LJYLG料浆压力低LJYLD急停指令JTZL点火指令DHZL报警确认BJ
3、QR手/自SZ开关量输出排烟温度高PYWDG熄火报警XHBJ点火许可DHXK吹扫进行中CSJXZ系统准备完毕XTZBWB报警声音BJSY助燃风机ZRFJ燃料电磁阀RLDCF燃料泵RLB燃料增压泵RLZYB点火变压器DHBYQ紧急排放阀JJPFF料浆泵LJB喷枪APQA喷枪BPQB喷枪CPQC气锤AQCA气锤BQCB气锤CQCC排风机PFJ布袋状态1BD1布袋状态2BD2布袋状态3BD3布袋状态4BD4布袋状态5BD5布袋状态6BD6布袋状态7BD7布袋状态8BD8模拟量输入烟气温度YQWD进口温度JKWD负压FY排风温度PFWD模拟量输出燃烧调节RSTJ鼓风机GFJ4. PLC的选型报告在PL
4、C系统设计时，首先应确定控制方案，下一步工作就是PLC工程设计选型。工艺流程的特点和应用要求是设计选型的主要依据。PLC及有关设备应是集成的、标准的，按照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选型所选用PLC应是在相关工业领域有投运业绩、成熟可靠的系统，PLC的系统硬件、软件配置及功能应与装置规模和控制要求相适应。熟悉可编程序控制器、功能表图及有关的编程语言有利于缩短编程时间，因此，工程设计选型和估算时，应详细分析工艺过程的特点、控制要求，明确控制任务和范围确定所需的操作和动作，然后根据控制要求，估算输入输出点数、所需存储器容量、确定PLC的功能、外部设备特性等，最后选择有较高性
5、能价格比的PLC和设计相应的控制系统。 输入输出（I/O）点数的估算 I/O点数估算时应考虑适当的余量，通常根据统计的输入输出点数，再增加10%20%的可扩展余量后，作为输入输出点数估算数据。通过分析本控制系统包含13个开关量输入端口，28个开关量输出端口，4个模拟量输入端口。所以本控制系统选择16个开关量输入端口，32个开关量输出端口，4个模拟量输入端口的PLC。.存储器容量的估算 存储器容量是可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小，程序容量是存储器中用户应用项目使用的存储单元的大小，因此程序容量小于存储器容量。设计阶段，由于用户应用程序还未编制，因此，程序容量在设计阶段是未知的，需在程
6、序调试之后才知道。为了设计选型时能对程序容量有一定估算，通常采用存储器容量的估算来替代。 存储器内存容量的估算没有固定的公式，许多文献资料中给出了不同公式，大体上都是按数字量I/O点数的1015倍，加上模拟I/O点数的100倍，以此数为内存的总字数（16位为一个字），另外再按此数的25%考虑余量。 .控制功能的选择 该选择包括运算功能、控制功能、通信功能、编程功能、诊断功能和处理速度等特性的选择。 （1）运算功能 此控制系统PLC的运算功能包括逻辑运算、计时、计数功能、比较等运算功能，同时还有模拟量的运算和处理功能。（2）控制功能 本控制系统的控制功能主要为PLC顺序逻辑控制和模拟量的控制。（
7、3）通信功能 本控制系统的PLC应支持多种现场总线和标准通信协议（如TCP/IP），需要时应能与工厂管理网（TCP/IP）相连接。通信协议应符合ISO/IEEE通信标准，应是开放的通信网络。 PLC系统的通信接口应包括串行和并行通信接口（RS2232C/422A/423/485）、RIO通信口、工业以太网、常用DCS接口等；大中型PLC通信总线（含接口设备和电缆）应1：1冗余配置，通信总线应符合国际标准，通信距离应满足装置实际要求。 本控制系统的PLC通信接口选择以太网。（4）编程功能 PLC的编程有离线编程和在线编程两种，设计时应根据应用要求合理选用。 离线编程方式：PLC和编程器公用一个C
8、PU，编程器在编程模式时，CPU只为编程器提供服务，不对现场设备进行控制。完成编程后，编程器切换到运行模式，CPU对现场设备进行控制，不能进行编程。离线编程方式可降低系统成本，但使用和调试不方便。在线编程方式：CPU和编程器有各自的CPU，主机CPU负责现场控制，并在一个扫描周期内与编程器进行数据交换，编程器把在线编制的程序或数据发送到主机，下一扫描周期，主机就根据新收到的程序运行。这种方式成本较高，但系统调试和操作方便，本控制系统的PLC常采用此编程功能。 同时应具有五种标准化编程语言：顺序功能图（SFC）、梯形图（LD）、功能模块图（FBD）三种图形化语言和语句表（IL）、结构文本（ST）
9、两种文本语言。 （5）诊断功能 PLC的诊断功能包括硬件和软件的诊断。硬件诊断通过硬件的逻辑判断确定硬件的故障位置，软件诊断分内诊断和外诊断。通过软件对PLC内部的性能和功能进行诊断是内诊断，通过软件对PLC的CPU与外部输入输出等部件信息交换功能进行诊断是外诊断。 PLC的诊断功能的强弱，直接影响对操作和维护人员技术能力的要求，并影响平均维修时间。 （6）处理速度 PLC采用扫描方式工作。从实时性要求来看，处理速度应越快越好，如果信号持续时间小于扫描时间，则PLC将扫描不到该信号，造成信号数据的丢失。 处理速度与用户程序的长度、CPU处理速度、软件质量等有关。目前，PLC接点的响应快、速度高
10、，每条二进制指令执行时间约0.20.4Ls，因此能适应控制要求高、相应要求快的应用需要。扫描周期（处理器扫描周期）应满足：小型PLC的扫描时间不大于0.5ms/K；大中型PLC的扫描时间不大于0.2ms/K。 机型的选择 （1）PLC的类型 PLC按结构分为整体型和组合型两类，按应用环境分为现场安装和控制室安装两类；按CPU字长分为1位、4位、8位、16位、32位、64位等。从应用角度出发，通常可按控制功能或输入输出点数选型。 整体型PLC的I/O点数固定，因此用户选择的余地较小，用于小型控制系统；组合型PLC提供多种I/O卡件或插卡，因此用户可较合理地选择和配置控制系统的I/O点数，功能扩展
11、方便灵活，一般用于大中型控制系统。本控制系统的PLC机型选择组合型。（2）输入输出模块的选择 输入输出模块的选择应考虑与应用要求的统一。对输入模块，应考虑信号电平、信号传输距离、信号隔离、信号供电方式等应用要求。对输出模块，应考虑选用的输出模块类型，通常继电器输出模块具有价格低、使用电压范围广、寿命短、响应时间较长等特点；可控硅输出模块适用于开关频繁，电感性低功率因数负荷场合，但价格较贵，过载能力较差。输出模块还有直流输出、交流输出和模拟量输出等，与应用要求应一致。 可根据应用要求，合理选用智能型输入输出模块，以便提高控制水平和降低应用成本。 同时考虑是否需要扩展机架或远程I/O机架等。 （3
12、）电源的选择 PLC的供电电源，除了引进设备时同时引进PLC应根据产品说明书要求设计和选用外，一般PLC的供电电源应设计选用220VAC电源，与国内电网电压一致。重要的应用场合，应采用不间断电源或稳压电源供电。 （4）存储器的选择 由于计算机集成芯片技术的发展，存储器的价格已下降，因此，为保证应用项目的正常投运，一般要求PLC的存储器容量，按256个I/O点至少选8K存储器选择。需要复杂控制功能时，应选择容量更大，档次更高的存储器。 （5）冗余功能的选择 a控制单元的冗余 bI/O接口单元的冗余 （6）经济性的考虑 选择PLC时，应考虑性能价格比。考虑经济性时，应同时考虑应用的可扩展性、可操作
13、性、投入产出比等因素，进行比较和兼顾，最终选出较满意的产品。 输入输出点数对价格有直接影响。每增加一块输入输出卡件就需增加一定的费用。当点数增加到某一数值后，相应的存储器容量、机架、母板等也要相应增加，因此，点数的增加对CPU选用、存储器容量、控制功能范围等选择都有影响，同时，在估算和选用时应充分考虑，使整个控制系统有较合理的性能价格比。综合以上条件，我们选择M340PLC。配置清单如图4-1所示序号名称型号规格单位数量模块说明1机架BMXXBP0600块16槽机架，电源不占槽位2电源模块BMXCPS3500块1高功率电源模块，36W,100-240V AC输入3CPU模块BMXP342020
14、块1BMX P34 高性能CPU，内置USB口，Modbus，Ethernet TCP/IP4开关量输入模块BMXDDI1602块1离散量DC输入模块，16点输入24VDC，漏型，IEC3类，20点端子块5开关量输出模块BMXDDO3202K块1离散量DC输出模块，32点输出24VDC，晶体管，0.1A源型，通道间诊断和保护，1FCN41点端子块6模拟量输入模块BMXAMI0410块1隔离模拟量输入模块，高功能快速输入，4通道，多量程(电压/电流） ，高速，高精度：16位 ，通道间隔离7模拟量输出模块BMXAMO0210块1隔离模拟量输出模块，2通道，多量程（电压/电流），高速，高精度：16位 ，通道间隔离图4-1 M340配置清单四、 控制系统的软件设计4.1软件说明书1、软件名称：基于施耐德M340的喷雾干燥塔自动控制系统2、软件用途：本软件主要致力于实现喷雾干燥塔工艺流程的自动控制，使系统能够使用最少的人力资源更加方便、快捷、精确地完成规定的任务，减少工作强度，降低误操作率，提高工作效率，降低异常情况造成设备和人身安全的危害。
