无锡科技职业学院 基于PLC的流量控制
使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。应用领域极为广泛,覆盖所有与自动检测,自动化控制有关的工业及民用领域,包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等等。PLC通过模拟量I/O模块,实现模拟量与数字量之间的A/D、D/A转换,并对模拟量进行闭环PID控制。
1.2 方案论证
本毕业设计原理是利用扩展模块EM235进行数据采集,然后把采集到的数据利用程序进行工程量转换,给定量与输入量相减得出换,送到执行器,从而构成的是单闭环控制。
采用PID,具有以下优点:(1)增量算法控制误动作影响小。(2)增量算法控制易于实现手动/自动无扰动切换。(3)不产生积分失控,易获得较好的调节品质。在实际应用中,在以步进电机或多圈电位器作执行器件的系统中,则采用增量式PID算法。
第二章 系统的理论分析及控制方案确定
2.1控制方案的比较和确定
流量控制系统主要有流量变送器、变频器、恒流控制单元、电动机组成。系统主要的任务是利用恒流控制单元使变频器控制一台电动机,实现管道流量的恒定,同时还要能对运行数据进行传输和监控。根据系统的设计任务要求,有以下两种方案可供选择:
4
无锡科技职业学院 基于PLC的流量控制
(1) 通用变频器+单片机(包括变频控制、调节器控制) +流量传感器
这种方式控制精度高、控制算法灵活、参数调整方便,具有较高的性价比,但开发周期长,程序一旦固化,修改较为麻烦,因此现场调试的灵活性差,同时变频器在运行时,将产生干扰,变频器的功率越大,产生的干扰越大,所以必须采取相应的抗干扰措施来保证系统的可靠性。该系统适用于某一特定领域的小容量的变频恒压供水中。
(2) 通用变频器+PLC(包括变频控制、调节器控制)+流量传感器
这种控制方式灵活方便。具有良好的通信接口,可以方便地与其他的系统进行数据交换,通用性强;由于PLC产品的系列化和模块化,用户可灵活组成各种规模和要求不同控制系统。在硬件设计上,只需确定PLC的硬件配置和I/O的外部接线,当控制要求发生改变时,可以方便地通过PC机来改变存贮器中的控制程序,所以现场调试方便。同时由于PLC的抗干扰能力强、可靠性高,因此系统的可靠性大大提高。该系统能适用于各类不同要求的恒压供水场合,并且与供水机组的容量大小无关。
通过对以上两种方案的比较和分析,可以看出第二种控制方案更适合于本系统。这种控制方案既有扩展功能灵活方便、便于数据传输的优点,又能达到系统稳定性及控制精度的要求。
2.2 流量控制系统的组成及原理图
基于PLC的流量控制系统主要有变频器、可编程控制器、流量变送器和水泵电机一起组成一个完整的闭环调节系统,该系统的控制流程图如图2-1所示:
5
无锡科技职业学院 基于PLC的流量控制
图2-1流量控制系统流程图
从图中可看出,系统可分为:执行机构、信号检测机构、控制机构三大部分,具体为:
(l) 执行机构:执行机构是由一个水泵电机组成,它用于将水供入管道,通过变频器改变电机的转速,以达到控制管道水流量的目的。
(2) 信号检测机构:在系统控制过程中,需要检测的信号包括管道水流量信号,其中水流量信号是本控制系统的主要反馈信号。此信号是模拟信号,读入PLC时,需进行A/D转换。
(3) 控制机构:本系统的控制机构包括控制器(PLC)和变频器两个部分。控制器是整个流量控制系统的核心。控制器直接对系统中的流量信号进行采集,对来自人机接口和通讯接口的数据信息进行分析、实施控制算法,得出对执行机构的控制方案,通过变频调速器和接触器对执行机构(即水泵电机)进行控制;变频器是对水泵电机进行转速控制的单元,其跟踪控制器送来的控制信号改变水泵电机的转速控制。
流量控制系统以供水出口管道水流量为控制目标,在控制