基于力控的液位测量控制系统的设计Word格式文档下载.doc
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2.4电气主回路…………………………………………………………………8
第三章基于以太网的现场总线技术
3.1什么是以太网………………………………………………………………9
3.2什么是现场总线……………………………………………………………9
3.3基于以太网的现场总线技术………………………………………………9
第四章系统硬件设计
4.1概述…………………………………………………………………………11
4.2模块选取……………………………………………………………………11
4.3模块简介及接线……………………………………………………………13
第五章系统软件设计
5.1概述…………………………………………………………………………29
5.2梯形图编程…………………………………………………………………29
5.3Pro-32软件在本设计中的应用……………………………………………31
第六章力控软件简介及在其本系统中的应用
6.1力控软件简介………………………………………………………………33
6.2力控软件的组成……………………………………………………………33
6.3力控软件在本系统中的应用………………………………………………34
参考文献………………………………………………………………………………36
致谢……………………………………………………………………………………37
第一章前言
1.1课题概述
此课题为油罐的液位测量系统的设计。
通过对液位测量系统的充分调研基础上,提出一套性价比较高的硬件配套方案,采用开放、标准和价廉的以太网络,实现底层网络与工厂管理网络的无缝连接,为企业信息化的顺利实现奠定基础。
本课题主要实现控制系统的硬件配置、通信系统配置、人机界面组态、控制软件设计等。
利用控制以太网和通用组态软件技术完成上下位机数据交换,现场总线通信系统的设计,上位监控系统的人机界面设计等,利用专用控制软件完成液位测量系统控制软件的设计。
1.2课题意义
该课题通过对几套油罐装置的以太网连接,实现在本地及上位机远程端的控制。
因此通过本次设计可以脱离课本,亲自融入到计算机控制的实际应用中;
通过对油罐液位测量系统软、硬件方面的设计,让我们更加全面的掌握PLC这一控制工具在本设计中的应用。
另外,该设计在计算机直接控制系统基本模式的基础上,更多的融入了现场总线技术和以太网技术。
重在培养建立控制体系的概念和基本过程,为了更好地和自动控制领域前沿接轨,对实验室建设是一个很好的范例,并对实际生产具有指导意义。
第二章系统设计概述
2.1概述
该油罐液位测量系统的任务是分别应用本地及上位机对油罐液位的测量,系统共三套设备,其中测量部分不是简单的应用传感器来测量,而是应用WOGO公司的编码器来实现的。
如图所示,油罐通过浮子把液位变化传递给编码器,编码器再把液位的位移信号变成脉冲信号来处理,编码器和浮子之间还要通过滑轮和拉线盒来连接。
上位机监控则是应用通用组态软件—力控来实现的,
2.2液位测量系统工艺流程图
如图2.1所示,该系统为12米高的油罐,工业上用来贮油,为了保持油位有一个稳定的高度,油罐有入口和出口,分别用泵来送油和用电磁阀来出油。
其中,泵和电磁阀可用手动面板和上位机分别控制。
另外,为了检测油罐液位,该系统设置了浮子和拉线盒把液位信号传送到编码器,编码器再把位移信号变成脉冲信号,从而用PLC来控制。
编码器的转换精度为120mm/1000个脉冲,也就是说浮子每上升120mm,编码器就产生1000个脉冲,PLC通过检测到的脉冲信号便可知道油位的变化,以达到检测油位的目的。
另外,为了保证油罐的安全生产,该系统用三个热电阻来检测温度信号,检测出温度信号后,取其平均值显示到温度仪表上,用来监测该系统温度的变化,确保了系统的安全性。
图2.1液位测量系统工艺流程图
2.3系统控制面板
设备1液位显示设备2液位显示设备3液位显示
设备1温度显示设备2温度显示设备3温度显示
Power泵1启指示泵2启指示泵3启指示
本地/远程
Power开关泵1启/停泵2启/停泵3启/停
电磁阀3手动开关
电磁阀2手动开关
电磁阀1手动开关
图2.2系统控制面板
如图2.2所示为本系统的控制面板,也是该油罐液位测量系统的手动操作平台,包括电源开关及其指示灯、“本地/远程”选择开关、三套设备的泵起泵停选择开关及各设备指示灯、电磁阀手动开关,以及各套设备的液位和温度显示。
2.4电气主回路
变压器
U
V
W
N
FU FU FU FU
K电源开关
L
KM1 KM2 KM3
FR1 FR2 FR3
M2
M1
AC
220V
DC
24V
M3
弱电设备强电设备
图2.3系统电气主回路
如图2.3所示为该系统的电气主回路图,其中包括三台异步电动机,分别控制三套设备中泵的接触器线圈的吸合。
另外还有两条分别供给强电设备和弱电设备的线路。
第三章基于以太网的现场总线技术
3.1什么是以太网
以太网是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准。
该标准定义了在局域网(LAN)中采用的电缆类型和信号处理方法。
以太网在互联设备之间以10~100Mbps的速率传送信息包,双绞线电缆10BaseT以太网由于其低成本、高可靠性以及10Mbps的速率而成为应用最为广泛的以太网技术。
直扩的无线以太网可达11Mbps,许多制造供应商提供的产品都能采用通用的软件协议进行通信,开放性最好。
3.2什么是现场总线
现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一,被誉为自动化领域的计算机局域网。
它的出现,标志着工业控制技术领域有一个新时代的开始,并将对该领域的发展产生重要影响。
现场总线技术将专用微处理器置入传统的测量控制仪表,使他们各自都具有了数字计算和通信能力,采用进行简单连接的双绞线等作为总线,把多个测量控制仪表连接成的网络系统,并按公开、规范的通信协议,在位于现场的多个微机化测量控制设备之间以及现场仪表与远程监控计算机之间,实现数据传输与信息交换,形成各种适应实际需要的自动控制系统。
简而言之,它把单个分散的测量控制设备变成网络节点,以现场总线为纽带,把它们连接成可以相互沟通信息、共同完成自控任务的网络系统与控制系统。
它给自动化领域带来的变化,正如众多分散的计算机被网络连接在一起,使计算机的功能、作用发生的变化。
现场总线则使自控系统与设备具有了通信能力,把它们连接成网络系统,加入到信息网络的行列。
3.3基于以太网的现场总线技术
从两年前开始,现场总线开始转向在IT领域广泛应用的、开20多年来发展最为成功的Ethernet网络技术。
把以太网技术融入到现场总线中,形成了现代控制领域发展的一个热点和流行趋势。
目前,profibus、DeviceNet、ControlNet和LonWorks等都已经使用Ethernet技术。
这些公司都在研究通过一种称作管道(Tunnel)的简单传递机构,使用Ethernet网络传送它们的报文。
这种方法简单可行,现场装置保持不变,仅需要一个专用的Ethernet网络接口取代原来的线驱动器,就可完成与以太网的连接。
与此同时,美国电气工程师协会(IEEE)正着手制定现场装置与Ethernet通信的新标准,该标准能够使网络直接"
看到"
对象(Object)。
这些工作为Ethernet进入工业自动化的现场级打下了基础。
1995年WAGO公司率先研制了现场分布式输入/输出自动化控制系统WAGO-I/O-SYSTEM750并在其广泛的应用中被世人所承认。
近年来WAGO公司推出的现场总线输入/输出系统不仅支持PROFIBUS-DP/FMS、CANopen、INTERBUS、DeviceNET、MODBUS、LonWorks、EthernetTCP/IP、LIGHTBUS、CAL等多种开放式标准现场总线,还支持使用RS232C、RS485TTY-20mA接口的通讯,而且网络功能强大可与具有开放式标准的任何控制产品兼容,所以可用于各种工业现场,如汽车制造、造纸、纺织、石油化工、烟厂、冶金工业、电力、铁路交通与楼宇自动化等。
本次毕业设计就采用的是WAGO公司的现场总线输入/输出系统(WAGO750-842)。
WAGO750-842(TCP/IP现场总线控制器)系统采用工业以太网接口实现现场总线与INTERNET的连接。
第四章系统硬件设计
4.1概述
工业自动化可以分成过程自动化和机械自动化。
过程自动化是对化工、石油、石化、冶金、电站、轻工等工业部门的连续生产过程进行自动化控制,其所处理的对象是以流体为主的温度、压力、流量、液位、等连续的物理量。
机械自动化则是对原料及产品进行加工、组装、检测、搬运、包装、入库等机械作业进行自动控制。
其所处理的对象是以固体为主的离散物理量。
一般过程自动化用PPC(可编程控制器)来组成系统进行控制,而机械自动化则用PLC(可编程控制器)组成系统进行控制。
但自七十年代以来,由于微处理器,大规模、超大规模集成电路的出现及迅速发展,用于工业自动控制的部件及系统结构也不断地革新。
自七十年代后期国内外出现了总体分散型计算机控制系统(简称分散系统TotalDistributedControlSystem或DistributedComputerControlSystem)。
它具有控制功能和信息存储分散、显示、操作、管理集中等优点,为此它在国外的过程控制的领域中得到很快发展。
同样,PLC在这期间亦得到很快发展,且其控制功能不断向PPC领域渗透,增加了PID运算及其他适合于过程控制用的先进算法和相应的I/O模块。
在通讯功能上,不仅PLC间可联网,而且还可联到其他系统的网上,如以太网等。
DCS是计算机控制系统的一种体系结构,因此它可以用PPC组成DCS,也可用PLC构成DCS。
由于PPC和PLC的功能相互渗透,所以由它们组成的DCS功能也逐步接近甚至可相同。
本系统的设计中就考虑到了PLC的诸多优点及方便性,而采用WAGO公司的电源、CPU、模拟输入和输出以及数字输入和输出模块来完成油罐的液位测量,同时实现本地和上位机的监控。
4.2模块选取
4.2.1模块选取原则
4.2.1.1数字量输入模块的选取原则
a根据输入信号是有源触电还是无源触电。
(1)有源触电也称电开关,分为直流DC型(一般为晶体管型电路结构,例如接近开关,激光传感器(开关)等)和交流AC型。
(2)无源触电,即机械触电,例如按钮开关、转换开关、机械式的限位开关等。
若输入信号为无源触电,则可选择直流型(一般为DC24V)数字输入模块,也可选择交流型(一般为220V)数字输入模块。
(3)若输入信号为有源触电直流型,则必须选择直流型(一般为DC24V)数字输入模块。
(4)若输入信号为有源触电交流型,则必须选择交流型数字输入模块。
(注意有源触电工作电压值)
b根据输入信号的工作频率
(1)若此信号的工作频率不高,没有特殊要求,则可以选用一般型,例如选用WAGO公司数字输入模块中输入滤波时间为最大3ms,就可以了。
(2)若此信号的工作频率较高,则要注意输入模块的滤波时间这个参数。
4.2.1.2数字量输出模块的选取原则
数字量输出模块的选取要根据输出信号的类型(信号电流0.5A、2.0A)、节点的输出电流(2AAC/DC)、触点电压、是否带短路保护装置、有无公共点来选取。
4.2.1.3模拟量输入模块的选取原则
模拟量输入模块的选取要根据输入信号的类型(电压型0-5V、0-10V、-10V-+10V等,电流型0-20mA、4-20mA等)、精度要求(8位A/D、10位A/D、12位A/D、16位A/D等)、抗干扰要求(单端输入、差分输入)来选取,但需注意对温度信号一般厂家都有专用模块,它分热电阻和热电偶型。
4.2.1.4模拟量输出模块的选取原则
模拟量输出模块的选取要根据模块输出的标准信号(0-20mA、4-20mA、0-10V、+/-10VDC)来选取。
4.2.2系统输入输出点数
数字输入(DI):
1泵启/停开关(SA1,SA2,SA3)
2本地/远程选择开关(XL)
3热继电器辅助触点(FR1,FR2,FR3)
4电磁阀开关控制(SA4,SA5,SA6)
DI共10个
模拟输入(AI):
1热电阻1测温信号(T11,T21,T31)
2热电阻2测温信号(T12,T22,T32)
3热电阻3测温信号(T13,T23,T33)
AI共9个
数字输出(DO):
1泵启/停指示灯(HL1,HL2,HL3)
2电磁阀控制(F1,F2,F3)
3接触器线圈(KM1,KM2,KM3)
DO共9个
模拟输出(AO):
1液位显示
2温度显示
AO共6个
根据模块选取规则及系统输入输出点数可确定该系统的输入输出模块如下:
DI:
750-402三块
AI:
750-461五块
DO:
750-501三块
AO:
750-554三块
750-917
750-842
750-637
750-461
750-402
750-554
750-501
750-600
图4.1系统输入输出点数
4.3模块简介及接线
4.3.1现场总线适配器模块750-842
电源电压状态灯
数据通讯
跳线状态灯
以太网
接口
RJ45
0V
24V跳线电压
打开封盖
连接跳线
编程接口
模式开关
图4.2WAGO750-842结构图
750-842用于EthernetTCP/IP的可编程现场总线控制器;
集线器到750-842之间最大传输距离100m,波特率10Mbits/s;
节点中允许有数字量信号和模拟量信号,每个节点中最多64个输入/输出模块,输入/输出过程映象为512字节,输入/输出变量为512字节;
程序内存为128K字节,数据内存为64K字节,固态内存为8K字节
表4.1WAGO750-842系统数据
最大节点数
受以太网集线器限制
传输介质
S-UTP100Ω双绞线
总线连接适配器
现场总线节点最大距离
在集线器与842最大距离100m(最大距离受以太网规格影响)
波特率
10Mbits/s
协议
Modbus/TCP,HTTP,Bootp
编程
WAGO-I/O-PRO32
IEC61131-3
IL,LD,FBD,ST,FC
图4.3750-842内部电路图结构
表4.2WAGO750-842技术数据
最大I/O模块节点数
64
输入过程映像
最大512bytes
输出过程映像
输入变量
输出变量
初始化
自动
程序存储区
128kbytes
数据存储区
64kbytes
可变存储区
8kbytes
扫描周期
<
3ms1000stadements/256dig.I/O
工作电压
DC24V(-15%~+20%)
输入电流
500mA(工作电压24v)
隔离保护
500V
电源效率
87%
流向I/O模块总电流
在5v时1800mA
电流损耗
在5v时200mA
跳线电压
跳线电流
DC10A
工作温度
0℃~55℃
连接电缆
CAGECLAMP2
0.08mm2-2.5mm2
AWG28-14
8-9mm/0.33instrippedlength
规格(W×
H×
L)
51×
65×
100
重量
195g
存储温度
-25℃~85℃
WAGO750-842用状态指示灯显示内部控制器工作状态,数据交换状态各状态指示灯表示的含义如下:
表4.3750-842指示灯含义
LED
颜色
含义
ON
绿色
现场总线初始化成功
LINK
以太网接口连通
TXD/RXD
数据交换
ERROR
红色
现场总线错误
I/O
红色-绿色-橙色
节点信号发生错误]
USER
在现场总线控制其中选择程序
A
电源工作电压正常
C
跳线工作电压正常
4.3.2编码器模块750-637
WAGO公司的750-637模块具有增量型编码器接口;
最大频率1MHz,可4倍频;
32位二进制计数
在本系统中为了测量油位,采用了浮子采样位移信号传送到编码器转换成脉冲信号再在PLC中进行处理的方法,其中编码器采用了WAGO公司的750-637模块,它的转换精度为120mm/1000个脉冲,也就是说浮子每上升或下降120mm,编码器就产生1000个脉冲,PLC经过读取编码器的脉冲数,便可以知道浮子移动了多大距离,从而测出系统的液位变化。
假设系统初始的油位为,编码器产生了X个脉冲,则浮子产生的位移为:
(4-1)
系统油位L为:
(4-2)
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- 基于 测量 控制系统 设计