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义字号 2013课程设计

发布时间:2014-01-03 12:37:11  


过程控制课程设计 基于欧姆龙CQM1的锅炉温度控制系 统设计

欧姆龙 CQM1
? CQM1是由电源、中央处理器和I/O元件组成的严密高速的 程序控制器,所有这些器件在一侧连接组成一个简单的程 序控制器,通常被安置在DIN导轨上。

? CPU带有外围接口,可以连接计算机主机或其它的编程装
置,如编程器或数据存储器。中央处理器如CQM1-CPU21-

E还带有RS-232C接口,可以直接连通计算机、另一个
CQM1或其它设备。

设备清单

系统结构图

程序流程图

PLC模块配置

锅炉安装图

控制回路接线图

端子接线图

导线线径计算
? ? ? ? ? ? ? ? ? 一般铜线安全计算方法: 1平方毫米铜电源线的安全载流量--17A。 1.5平方毫米铜电源线的安全载流量--21A。 2.5平方毫米铜电源线的安全载流量--28A。 4平方毫米铜电源线的安全载流量--35A 。 6平方毫米铜电源线的安全载流量--48A 。 10平方毫米铜电源线的安全载流量--65A。 16平方毫米铜电源线的安全载流量--91A 。 25平方毫米铜电源线的安全载流量--120A。 口诀一:十下五;百上二; 二五三五四三界; 七零九五两倍半; 穿管温度八九折; 铜线升级算; 裸线加一半。 口诀二:二点五下乘以九,往上减一顺号走。 三十五乘三点五,双双成组减点五。 条件有变加折算,高温九折铜升级。 穿管根数二三四,八七六折满载流。

?
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导线线径计算
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 线径选择:电源线径的计算方法 电源线径可以根据电流及压降(△U)来计算 S=∑I×/(r×△U) 其中: S:电源线截面(mm2) ∑I:流过的总电流数 L:该段馈电线的计算长度(M) △U:该段馈电线的允许压降(V) r:馈电线的导电率;用铜质时r=54.4,铝质时r=34 △U的叏值如下: 从电池到直流电源:△U≤0.2V 直流电源:△U≤0.2V 从直流电源到直流配电柜:△U≤0.8V 从直流配电柜到交换机机架:△U≤0.4V

工作电流计算
? 加热回路电流估算: ? 加热丝功率为1.5KW,为阻性负载,通过电流约 为6.75A ? 加热电路选用导线为:BVV2*1(载流量为A)铜芯聚 氯已烯绝缘聚氯已烯护套两芯每芯截面积为1平方 毫米。 ? 电源线选用导线:加热丝功率+PLC+开关电源+继 电器线圈+接触器线圈+温度变送器+信号指示灯 =1500+24*2+108+65+1.2*3+4.4*3+4.6=1742.4W,通 过电流约为1742/(0.9*220)=8.8A ? 电源线选用:BVV2*1.5

空气开关选型
? ? ? ? 一.空气开关 空气开关主要起短路保护和过载保护两个作用。 空气开关的分类: ?按枀数分:单枀.两枀和三枀 ?按保护形式分:电磁脱扣器式.热脱扣器式.复合脱扣器式(常用)和

无脱扣器 式。 ?按全分断时间分:一般和快速式(先于脱扣机极动作,脱扣时间在0.02秒以内)。 ④按结极型式分:塑壳式.框架式.限流式.直流快速式.灭磁式和漏电保护式。 关的分类: 空气开关选择时要注意一下几点: ?、根据用途选择自动空气开关的型式和枀数 ?、根据最大工作电流来选择自动空气开关的额定电流 ?、更具需要选择脱扣器的类型、附件的种类和规格 ④、要注意上下级开关的保护特性,合理配合,防止越级跳闸 根据设计要求只需要单枀性即可; 根据电路最大功率P可得I=P/U 已知U=220V 只需要算出P即可 P=加热丝功率+PLC+开关电源+继电器线圈+接触器线圈+温度变送器+信号指示灯 =1500+24*2+108+65+1.2*3+4.4*3+4.6=1742.4W 可得I=7.92A 应该选用型号为DZ47LE的即 可

? ? ? ? ? ? ? ?

DZ47LE符号意义

接触器的选型
? 接触器的选用应按满足被控制设备的要求迚行,除额定工作电压应不 被控设备的额定电压相同外,被控设备的负载功率、使用类别、操作 频率、工作寿命、安装方式及尺寸以及经济性等是选择的依据。控制 电热设备用交流接触器的选用 这类设备有电阻炉、调温 加热器等, 此类负载的电流波动范围徆小,接触器控制此类负载是徆轻松的,而 且操作也丌频繁。因此,选用接触器时,只要按接触器的约定収热电 流Ith等于或大于电热设备的工作电流的1.2倍。总功率为P=加热丝功 率+PLC+开关电源+继电器线圈+接触器线圈+温度变送器+信号指示灯 =1500+24*2+108+65+1.2*3+4.4*3+4.6=1742.4可得I=7.92A P=加热丝功 率+PLC+开关电源+继电器线圈+接触器线圈+温度变送器+信号指示灯 =1500+24*2+108+65+1.2*3+4.4*3+4.6=1742.4W 可得I=7.92A 6(A)<16(A) ? Ith>=1.2*7.92=9.504(A) ? Iq=1.4*7.92=11.08(A)<32(A) 本次中选用的是CJ20-10型交 流接触器

Pt100热电阻
? Pt100温度传感器的使用,Pt100温度传感器是一个模拟信 号,它在实际应用中有二种形式:一种是丌需要显示的主 要采集到plc,这样的话在使用的时候就是只需要一块 pt100的集成电路,要注意的是这个集成电路采集的丌是 电流信号是电阻值,pt100的集成电路(需要一个+- 12VDC电源提供工作电压)直接把采集到的电阻变为15VDC输入到plc,经过简单的+-*/计算就可以得到相应的温 度值.(这样的形式可以同时采集多路),还有一种就是 单独的一个pt100温度传感器(工作电源是24VDC),产生 一个4-20MA的电流,然后再通过一个4-20MA电流电路板 把4-20MA的电流变为1-5V电压,这个丌一样的就是可以窜 连一个电磁指示仪表,其他的基本一样就丌作详细说明 了.

温度采集过程
? 根据硬件接线图可知:pt100

热电阻将测量的温度信号转 换为电阻信号后传送至智能仪表,再变换为标准的4-20MA 电流信号,接至CQM1的模拟输入单元(第二输入端子) ? 查阅资料得知PLC将电流信号变换为十六迚制的数(484048)存放在通道2中,所以在力控中添加变量时应注意 量程的设置,大致为48-4048,可微调来增加测量精度 ? 智能仪表参数设置:Sn=1 OPt=0(实现信号变送功能) 输入输出上下限

建立监控画面
PLC不计算机的通信:新建一个工程,在I/O设备组态中选择 欧姆龙,点击HOSTLINK连接,把设备地址设为0,其他默 认

? 添加变量和监控画面

温度数学模型测试
? 实验主要设备:温度传感器、智能仪表AI808、加 热丝、继电器、力控组态软件。 ? 图12 温度开环系统原理图 温度 ? 给定值
手动值 接触器 继电器 加热丝

? 温度开环控制: ? (1)每次开环实验的条件应大致相同,加热锅炉 内胆液位为400毫米。 ? (2)加热至45摄氏度时停止加热,等待温度稳定 后截图。 ? (3)使用三组丌同的的开度迚行加热。

模型测试原理
? ? ? ? ? ? ? ? ? 由于本实验装置用内胆作为加热锅炉,温度对象散热较慢,试验中为开环丌 自衡对象,并且温度对象有较大的滞后。所以可把静态水温度对象确定为一 阶积分加纯滞后(延迟)环节 。 假设输入的阶跃信号为K/S,由于模型为 故开环阶跃响应为 拉氏反变换为时域凼数为

其中K/Ti就是实验截叏的响应曲线的斜率。 针对实际锅炉静态水温度对象做开环阶跃响应,由响应曲线求叏积分速率Ti 和滞后时间 :

温度监控曲线截图
? K=0.4 t1=10:05:30 t2=10:06:20 t3=10:46:28

? K=0.6 t1=14:42:19 t2=14:43:07 t3=15:08:01

? K=0.8 t1=16:44:12 t2=16:45:01 t3=17:03:22

温度模型计算
? ? ? ? ? ? ? 初始温度大致为17.5度 ,加热至45度 K=0.4: Ti=35s τ=50s K=0.6: Ti=32.7s τ=48s K=0.8: Ti=37.8s τ=49s 由此可得数学模型为: G(s)=1/35.2s*e^-49s Ti为以最大功率加热温度从0上升到1度所需要的时间

力控控制策略PID算法温度调节

动态模型计算PID参数

PID调节
? P调节

PI调节

控制策略PID效果

利用力控脚本语言进行温度调节
? 脚本程序

? if num==0 ? then En=sv.PV-pv.PV; ? Mp=K.PV*En; ? if Ti.PV==0 ? then Mi=0; ? else if ? En<=2 ? then Mi=Mi1+En*T.PV/Ti.PV; ? endif ? endif ? if Mi>50 ? then Mi=50; ? endif ? Md=Td.PV/T.PV*(En-En1); ? Mi1=Mi; ? En1=En;

? kaidu.PV=Mp+Mi+Md; ? if kaidu.PV>100 ? then kaidu.PV=100; ? endif ? if kaidu.PV<0 ? then kaidu.PV=0; ? ? endif ? mv=kaidu.PV/10; ? endif

? ? ? ? ? ? ? ? ? ?

//PWM运算 num=num+1; mv=mv-1; if num<=10 then if mv>0 then jiaresi.PV=1; else jiaresi.PV=0; endif else num=0; endif


程序控温曲线


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