电气控制技术在生产实践中的应用.docx
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电气控制技术在生产实践中的应用
电气控制技术在生产实践中的应用
机制081赵飞龙3080101135
上课教师:
周力
摘要:
控制系统应满足生产机械的工艺要求,在设计之前必须对生产机械的性能、结构特点和实际情况有充分的了解,并在此基础上来考虑控制方式、起动、各种联锁及保护装置,一般控制线路应安全可靠、操作和维护方便,设备投资少等。
生产机械电气控制系统是生产机械不可缺少的组成部分,它对生产机械能否正确与可靠地工作起着决定性的作用。
关键词:
控制系统、接触器、PLC、处理
Abstract:
Thecontrolsystemshouldmeetthetechnologicalrequirementsofproductionmachinery,thedesignmustbeproducedpriortotheperformanceofmechanical,structuralfeaturesandfullunderstandingoftheactualsituation,andonthisbasisuptoconsidercontrol,starting,variousinterlockandprotectiondevices,Thegeneralcontrollineshouldbesafe,reliable,easyoperationandmaintenance,andlessinvestmentinequipment.Productionmachineryelectricalcontrolsystemistheproductionofanintegralpartofthemachinery,itcanproduceaccurateandreliablemechanicalworkplaysadecisiverole.
引言:
通过本学期对电气控制技术的学习,使我对机床电气的控制有了很多的了解。
以前对机床上许多的控制有很多的不解,但是通过这门课的学习,解决了我的很多疑惑。
虽然现在对某些控制过程的原理还不是十分的了解,我相信通过后来的学习渐渐地会逐渐的解决。
通过这门课的前一部分是对低压电器的介绍,是最传统最常用的控制电器,低压电器主要包括接触器、继电器等电器,就是用这些最基本的电器组成了控制系统。
如果没有这些控制系统,我们的许多控制是无法实现的,可以说接触继电器控制系统对我们的工业控制发挥了巨大的作用,没有接触继电器控制的逐渐发展就没有我们工业的发展。
本课程的第二部分的学习是关于现进的控制-PLC控制技术,PLC控制技术是现在工业产用的控制系统,学习PLC控制对我们今后的学习和工作有很大的帮助。
要了解PLC控制技术就首先要了解PLC的组成和工作原理,接下来就是PLC的编程方法,掌握编程方法对我们工业控制有很大的帮助,因为不同的编程可以带来不同的控制效果。
因此熟练掌握PLC的编程对我们控制工业系统有很大的帮助。
通过学习之后,我简单的将接触继电器控制和PLC控制举了一个小例子,从而使我对这些控制有了更多的了解。
正文:
第一部分:
继电接触器控制应用
继电接触器控制系统是一种常见的控制系统,在工业控制系统中最为常见,是一种可靠方便的控制系统。
继电接触器控制系统属于低压控制系统,低压控制系统由低压控制电器组成,尽管低压电器的种类繁多,工作原理和架构形式五花八门,但一般有两个共同的基本部分:
一是感受部分,它是感受外界信号,并且通过转换、放大和判断,做出有规律的反应。
二是执行部分,它根据感受部分的指令,对电路执行“开”、“关”的任务。
虽然低压电器的种类繁多,但是我们还是可以从中找到一些共同点。
低压电器按其作用的不同可以分为控制电器和配电电器,而控制电器是一个大的概念,我们可以将其继续细分。
控制电器又包括接触器、继电器、主令电器和控制器等;配电电器可分为断路器、熔断器和刀开关等。
接触器一般有两个品种,交流接触器和直流接触器,他们的作用是实现远离频繁启动或控制交、直流电动机以及接通和分断正常工作的主电路和控制电路。
接触器是一种可以频繁地接通和分断电路的控制电器。
从他的输入输出能量关系看,它是一种功率放大器件。
它一般由电磁机构、触头与灭弧装置、释放弹簧机构、支架与底座等几部分组成。
继电器的种类很多有:
电压继电器、电流继电器、中间继电器、时间继电器、热继电器和速度继电器,它主要用于控制系统中控制其他电器或作主电路的保护之用,它的结构与接触器相似。
这些电器是为了实现某种功能而研制的,所以要将其安装到具体的环境中进行分析。
在工业生产中机器是必不可少的,机器的控制和运动规律需要进行周密的考虑,例如组合机床、龙门刨床、铣床的工作台的往返循环运动的实现就是依靠电动机的正反转来实现的。
下面具体说明他的工作原理和工作过程。
电动机的正反转就是要改变三相电中其中两相的相序,我们设计电路的出发点就是使这样两个线路有规律的分别接通从而实现电动机的正反转。
这样的规律并不难实现我们用两个行程开关,将其分别安装在固定的位置上,就是工作过程中工作台往返的两个位置,然后再工作台上安装撞块压行程开关以代替人工按钮。
工作时按下起动按钮,正转接触器线圈得电动作并自锁,电动机正转使工作台前进(把正转时工作台的运动方向定为前进),当工作台运动到这一端的行程开关处时,撞块压下行程开关,行程开关的动断触头使正转线圈失电,但是其动合触头使反转线圈得电动作并且自锁,电动机反转使工作台退回。
当工作台运动到另一端的行程开关处时,撞块压下行程开关,使反转线圈失电而正转线圈得电,这是电动机又正转使工作台前进,这样可以一直循环下去。
电动机的停止有其专门的按钮,另外为了确保工作天工作的可靠和绝对安全,我们在两个行程开关的外侧分别再安装一个行程开关,安装在工作台工作的极限位置。
这是因为当工作台由于某种故障,工作台到达两边的行程开关处时,未能切断线圈电路使其失电,工作台将继续运动到极限位置,这时极限位置的行程开关就发挥了重要作用,因为极限位置的行程开关将整个控制回路断开,使电动机停止工作,避免的工作台由于越出允许位置所导致的事故。
机器的工作固然重要,但是我们不能只考虑让其运行即可,我们还要考虑其中的安全等一系列问题,只要我们周全的考虑就可以避免一些意外的发生。
电路的保护和机器的保护使我们设计控制系统的出发点,但是我们设计的控制系统一定要能实现能满足工作要求。
随着科技的不断发展,控制系统也随着不断地发展,因为传统的控制系统已经不能满足人们的要去,上个世纪六十年代由美国数据设备公司首先研制出一种代替传统控制系统的可编程控制器-PLC。
第二部分:
PLC控制应用
早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(ProgrammableLogicController-PLC),它主要用来代替继电器实现逻辑控制。
随着技术的发展,这种采用微型计算机技术的工业控制装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围。
PLC自1966年美国数据设备公司(DEC)研制出现,现行美国,日本,德国的可编程序控制器质量优良,功能强大。
在1987年国际电工委员会(InternationalElectricalCommittee)颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义:
PLC英文全称ProgrammableLogicController,中文全称为可编程逻辑控制器,定义是:
一种数字运算操作的电子系统,专为在工业环境应用而设计的。
“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。
它采用可以编制程序的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令,并能通过数字式或模拟式的输入和输出,控制各种类型的机械或生产过程。
PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体,易于扩展其功能的原则而设计。
”
PLC实质是一种专用于工业控制的计算机,其硬件结构基本上与微型计算机相同,基本构成为:
微处理器(CPU)、存储器、现场信号的输入输出接口、I/O扩展接口、通讯接口和电源等六部分组成。
CPU是PLC的核心部件,在PLC系统中的作用类似于人体的中枢神经,是PLC的运算、控制中心,用来实现逻辑运算、算术运算并对整机进行协调控制。
PLC中存储器主要用来存放PLC中的系统程序、用户程序以及工作数据。
PLC与被控对象的联系是通过各种输入输出接口单元实现的。
I/O扩展接口用于扩展PLC的功能和规模。
通讯接口一般是为了实现与主要外部设备的通讯需要而设。
PLC的工作原理是:
当PLC投入运行后,其工作过程一般分为三个阶段,即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。
完成上述三个阶段称作一个扫描周期。
在整个运行期间,PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。
在输入采样阶段,PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据,并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。
输入采样结束后,转入用户程序执行和输出刷新阶段。
在这两个阶段中,即使输入状态和数据发生变化,I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。
因此,如果输入是脉冲信号,则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期,才能保证在任何情况下,该输入均能被读入。
在用户程序执行阶段,PLC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行逻辑运算,然后根据逻辑运算的结果,刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态;或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态;或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。
当扫描用户程序结束后,PLC就进入输出刷新阶段。
在此期间,CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路,再经输出电路驱动相应的外设。
这时,才是PLC的真正输出。
可编程控制器(PLC)具有控制功能强,可靠性高,使用灵活方便,易于扩展等优点。
但在使用时由于工业生产现场的工作环境恶劣,干扰源众多,尽管PLC是专门在现场使用的控制装置,在设计制造时已经采取了很多措施,使它对工业环境比较适应,但是为了确保整个系统稳定可靠,还是应当尽量使PLC具有一个良好的工作环境,正确安装操作,注意安装和维护事项,并且采取必要的抗干扰措施。
PLC在安装时应当避开以下几个场所:
(1)环境温度超过0~50℃的范围;
(2)相对湿度超过85%或者存在露水凝聚(由温度突变或其他因素所引起的);(3)太阳光直接照射;(4)有腐蚀和易燃的气体,例如氯化氢、硫化氢等;(5)有打量铁屑及灰尘;(6)频繁或连续的振动,振动频率为10~55Hz、幅度为0.5mm(峰-峰);(7)超过10g(重力加速度)的冲击。
另外,PLC其他部件的安装也应该按照相应的要求进行安装,在安装过程中也要尽量避免干扰。
PLC控制随处可见,例如十字路口的红绿灯的控制、升降梯的控制、银行自动门的控制等等。
PLC控制的范围越来越广而不是仅仅局限于对工业系统的控制,现在应用PLC控制污水处理已经成为了社会研究的热点问题。
水污染已经严重威胁人类的健康,如何节能、高效地解决污水处理问题,已经成为社会研究的热点。
国家对环保投入的不断增加,污水处理行业改革不断深入,城市污水处理厂运营管理向市场化、专业化、规模化及集团化趋势发展。
因此,对污水处理厂的生产运行实施全面自动化控制与远程监控,对降低运营成本,加强生产管理,确保污水处理工艺的常高效运行和水质达标排放,提升运营管理的效率和品质具有十分重要的意义。
下面简单的谈谈PLC在污水处理中的应用。
总体的控制要求及功能:
污水处理厂自控系统的要求是对污水处理过程进行自动控制和自动调节,使处理后的水质指标达到要求的范围。
在中控室发出上传指令时,将当前时刻运行过程中的主要参数(水质参数、流量及液位等)、运行状态及一定时间段内的主要工艺过程曲线等信息上传到中控室。
中控室的功能如下:
1控制操作
中心控制室能对被控设备进行在线实时控制,例如起停某一设备、调节某些模拟输出量的大小及在线设置PLC的某些参数等。
为保证污水处理厂的安全运行,自控系统设立三种控制方式:
现场就地控制、屏柜控制和远程中控室控制。
现场就地控制是指通过设备本地控制箱手动控制设备的开起或关闭;屏柜控制是指在配电房能够控制部分设备的开起或关闭,并配有触摸屏能够实现主要设备的开启或关闭,并能显示设备的状态和参数;远程中控室控制是指由中控室通过现场总线对全厂的生产过程进行控制、监测和记录,并能对设备进行手动和自动开启或关闭。
三种控制方式的关系如下:
中控室上位机可通过PLC直接控制有关设备和主要设备,如果中控室或网络发生故障,操作员可通过就地控制箱对对设备进行控制。
2显示功能
用图形实时地显示各现场被控设备的运行工况,以及各现场的状态参数。
3数据管理
依据不同运行参数的变化快慢和重要程度,建立生产历史数据库,存储生产原始数据,共统计分析使用。
利用实时数据库和历史数据库中的数据进行比较和分析,得出一些有用的经验参数,有利于优化曝气池的准闭环控制,并把一些必要的参数和结果显示到实时画面和报表中去。
4报警功能
当某一模拟量(如电流、电压及水位等)测量值超过给定范围或某一开关(如电动机起停、阀门开关)阈发生变位时,可根据不同的需要发出不同等级的报警并能实现声光报警。
系统可自动切除相关故障设备或切换到现场手动操作方式,同时记录事故内容,并对相关参数进行事故追忆。
5打印功能
实现报表和图形打印以及各种事件和报警实时打印。
打印方式分为定是打印和事件触发打印。
6保护功能
运行设备、仪表电气自动控制系统设计了保证其安全可靠地保护措施。
如:
潜水电动机具有电动机过热保护功能;回流泵具备泄露保护功能;提升泵除具备上述功能外,还具备油室进水和定子过热保护功能;PLC及传感器系统供电设计有1:
1隔离变压器;传感器在必要时需加装信号隔离器防止信号干扰。
在污水处理过程中要求整个系统必须安全、可靠运行,在工艺设备、仪表、电气自控系统、计算机、网络系统、系统设计及软件设计等方面,系统的可靠性是考虑的第一原则。
设备的控制方式与要求
污水处理一般包含以下三级处理:
一级处理是机械处理,如栅格、沉淀及气浮,去除污水中所含的石块、砂石及油脂等;二级处理是生物处理,污水中的污染物在微生物的作用下被降解并转化为污泥;三级处理是深度处理,它包括营养物的去除和通过加氯、紫外辐射或臭氧技术对污水进行消毒。
设备运行方式如下:
1.预处理
(1)粗细格栅。
分别按照时间顺序进行控制,20min为一个周期,其中间歇时间12min运行时间为8min。
粗细格栅同时还设有格栅前后的超声波液位计的液位差控制,当液位差>30cm,格栅同时连续进行,直到液位差<15cm时,格栅恢复到时序控制状态运行。
(2)污水提升泵的控制。
污水提升泵主要根据水位起动和关闭。
当水池水位降至低水位(由液位计控制)时,系统发出报警信号。
根据水池水位,出厂水流量和水源进水量决定水泵的起动台数,并按照先起动先停车的原则,轮换进行工作,原则上一用一备。
(3)沉砂池。
沉砂池旋流除砂机、搅拌机、砂水分离器可与提升泵实现联动控制。
2罗茨鼓风机房
罗茨鼓风机转速由变频器调节,其控制原理是首先将设定值与检验值进行比较得到精确量H和Hc,通过模糊化变换成模糊量,再根据由大量试验数据和专家经验得出的模糊知识库把模糊输入量进行模糊推理得到相应的模糊控制量,经模糊判决将模糊控制量转化为精确控制量输出,从而实现对曝气量的控制,进而调节池中的氧的溶解浓度。
在上位机上能检测到鼓风机的电流大小。
厌氧、好氧池上不同角落安装摄像头,在控制室可观察布风是否均匀,观察水的色度及变化情况。
好氧段安装在线氧浓度检测仪,进水出水安装在线化学需氧量自动检测仪。
3剩余污泥泵站
在泵站内安装超声波液位计并在中控室显示水位,当水位超过4cm时,水泵开始工作;当水位小于1cm时,水泵停机并发报警信号到中控室;当污泥池水位超过设定的最高水位时,水泵停止工作。
4二沉池、脱机水房
二沉池污泥泵可实现自动起停,根据池内污泥的液位变化设上限开下限停,可以实现远程控制。
加药装置集自动配料、溶解和投加于一体,定量投药装置具有液位控制、物料检测及振动辅助下料等功能。
系统结构及功能需求
1.系统结构
(1)系统由生产过程上位机、PLC控制及PT触摸屏系统组成。
根据污水处理厂工艺流程和设备情况,控制系统采用集中式PLC结构,设计拟采用日本三菱公司生产A系列的PLC。
设计中考虑系统余量为25%,便于今后扩展。
数字信号量为24VDC,模拟量仪表信号为4~25mA。
(2)PLC系统和仪表系统设计均由UPS电源独立供电,设浪涌电源保护器。
PLC和仪表系统均采用独立信号接地系统,接地电阻不大于1Ω,当条件不允许时,亦可采用共用接地系统,但接地电阻必须小于1Ω,且系统为一点接地。
(3)主要过程检测仪表的设置
a.粗细格栅前后拟设超声波液位计各一套,测量粗细格栅前后的液位值,当液位值预设上限值时,起到事故报警的作用。
b.在消毒池后的出水总管上设电磁流量计,测量出水流量。
c.在氧化沟设溶解氧分析仪一套,适时检测反应段的溶解氧气量,采集的信号输入PLC,通过程序运算输出到鼓风机变频器,从而控制鼓风机的供气量,并设化学需氧量分析仪,也可设pH仪,色独一等。
d.在储泥池设超声液位计一套,采集储泥池的泥位信号,由此控制储泥池的搅拌机的起动、停止,在超过液位上限位时发出警报。
e.在二沉池污泥井设液位浮球控制污泥潜水泵的起停。
2上位机控制
上位机提供人机交互界面,使操作人员可以通过上位机和模拟屏直观了解现场各工艺参数及故障报警,发出相应的控制指令。
大容量存储器记录历史数据。
控制核心采用PLC,编程后的PLC能够按照内部程序对系统进行实时监控,程序起停现场设备。
控制提升泵站、沉砂池、氧化沟、二沉池和回流污泥泵站的所有设备及传感器,控制剩余污泥泵站、储泥池、加药间和脱水间的所有设备及传感器。
操作人员通过上位机向PLC发出相应的控制指令后,由PLC对现场进行直接控制。
此时即便上位机出现故障(如死机、掉电等),也不会影响系统的正常工作,PLC能够多现场设备进行预处理。
3测控方式
整套污水处理流程可有多个监控点,包括液位、pH值、溶氧、化学需氧量、色度、浊度、频率和泵运行状态等。
各模拟量参数通过相应的变送器输出4~25mA的标准信号,通过屏蔽电缆接至PLC的AI模块。
信号从PLC的AO模块通过屏蔽电缆接至相应变频器、起闭阀门。
数字输入信号为24V直流电信号,通过电缆接至PLC的DI模块。
数字输出控制信号为24V直流电信号,从PLC的DO模块通过电缆接至现场设备。
每台现场设备原则在其相应现场控制箱上输出有三个状态信号(故障、运行/停止、手动/自动)和一个起动信号(并把相应信号反馈给PLC)。
为了使现场与PLC完全电隔离,PLC所有数字量模块与现场就地控制箱中间必须加辅助继电器。
所有输出信号(包括模拟量和数字量)由PLC内部程序或上位机控制。
4软件设计
(1)上位机组态软件
上位机软件采用IFIX组态软件作为开发平台,整套系统建有多幅实时监控画面,包括污水系统总貌、预处理提升泵站与沉砂池、氧化沟、二沉池和加药脱水间。
通过PLCDI反馈信号表明设备运行状态。
在上位机上也可实现手动与自动两种方式控制,在电动机运行为手动方式时,可用鼠标点击画面电动机起动按钮远程起动各现场设备。
各仪表的瞬时值依据实际安装位置被分别标注到不同的工艺流程图中,其实时数据和历史数据被做成相应分布图的子画面。
整个软件界面呈树状排列,便于查阅,操作简便。
数据库是上位机监控软件的核心所在,因为必须依据实际需要首先将其建好,然后将各功能模块进行恰当的组合。
实际编程过程中在定义变量时,记录可设定为不记录、数据变化时记录和定时记录,要根据实际情况选择相应的设置,从而节省存储空间。
报表也分为实时报表和历史报表两种。
(2)PLC软件和触摸屏
触摸屏直接和PLC主机相连,同样采用树形结构设计,依据不同的生产工艺区,将所有控制设备分成:
提升泵站、沉砂池、氧化池、二沉池、回流污泥泵站、剩余污泥泵站、储泥池、脱水加药间及脱泥间设备。
所有传感器的值均归属于各自的子界面。
5.上位机控制系统功能
(1)对整个系统内的设备及运行结果(泥位、液位、流量等)具有监控、监视、参数设定、故障报警及故障诊断功能。
(2)根据污水处理工艺和逻辑的要求,严格执行设备起动、停止、故障或紧急停机控制。
(3)系统动态显示,画面将各个工艺流程直观地显示在屏幕上,可以实时监控系统设备的工作状态和参数。
(4)选择合理的自动运行模式,整个系统的运行处于安全稳定状态,并能达到污水处理的工艺要求。
(5)当设备或控制参数接近非正常状态时,界面有报警提示,并伴有声音报警。
(6)进行报警历史记录,将故障分类整理归档,且报警记录不可清除,用于事故分析和追忆。
(7)历史数据通过历史库进行存储,操作人员方可方便生成重要设备和监测指标的运行报表和曲线,并具有随时进行调用、打印的功能。
(8)系统具有用户权限管理,对工程各关键操作都设有不同级别的权限,以保证系统的安全性。
总之,随着污水处理技术的迅速发展,控制系统性能的不断提高,PLC自动控制系统在污水处理控制领域具有广阔的应用前景。
随着对现场总线控制系统的了解和深入研究,智能化现场仪表和设备将应用到污水处理厂,构成完整的自动系统,进一步提高污水处理的自动化和管理水平,从而大大降低工人的劳动强度。
结束语
通过本课程的学习和这次论文的撰写让我对继电接触器控制和PLC控制有力更多的了解,PLC的控制范围是十分广泛的,而不仅仅是局限于我们所学到的这样的一个小方面。
我们要广泛的学习,这样才能不断地改进和不断地进行研究。
仅仅通过这样简单的学习是不可能掌握一门课的精髓的,我们要不断地进行学习。
虽然课程的学习结束了,但是我们对控制技术知识的追求是不能结束的,我们始终要有一颗对学习对知识的的专研之心。
不论是考试还是学论文都是对我们的一个锻炼,写论文是一个不断学习的过程,从最初刚写论文时对问题的模糊认识到最后能够对该问题有比较深刻的认识,我体会到实践对于学习的重要性,虽然这不是真正意义上的实践,以前只是明白理论,没有经过实践考察,对知识的理解不够明确,通过这次的论文撰写,基本做到理论实践相结合。
参考文献
齐占庆,王振臣主编.电气控制技术.北京:
机械工业出版社,2002.
刘洪涛,黄海编著.PLC应用开发从基础到实践.北京:
电子工业出版社,2007.
弭洪涛,王忠礼主编.PLC应用技术要点与题解.北京:
中国电力出版社,2006.
洪志育编著.例说PLC.北京:
人民邮电出版社,2006.
余雷声主编.电气控制与PLC应用.北京:
机械工业出版社,1998.
杨帮文编著.新型继电器实用手册.北京:
人民邮电出版社,2004.
冈本裕生编著.继电器与可编程控制器.吕砚山,译.北京:
科学出版社,2007.
电气时代.2010,10.
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