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毕业生产实习讲解
课程名称:
毕业生产实习
题目:
换热站PLC控制系统设计
班级:
自动化1401
姓名:
王亚登
学号:
1403010302
成绩:
指导教师:
翟春艳
日期:
2017年10月20日
一、设计目的和意义……………………………………………………………3
1.设计目的…………………………………………………………………3
2.换热站自动控制系统功能………………………………………………3
二、方案设计…………………………………………………………………4
1.换热站的工作原理……………………………………………………4
2.换热站控制方案………………………………………………………5
三、控制系统硬件和软件设计………………………………………………6
1.硬件设计………………………………………………………………6
2.软件设计…………………………………………………………………9
四、课程设计体会………………………………………………………………13
五、参考文献……………………………………………………………14
换热站自控系统设计
一、设计目的和意义
1、设计目的
热力站按供热形式分直供站和间供站,前者是电厂直接供用户,温度高,控制难,浪费热能。
是最初电厂余热福利供热的产物。
后来开始收费,才有热力公司。
随着商品经济发展,热商品化,热力公司开始提高供热质量,才有间供站,这属于集中供热。
还有锅炉供热,省掉电厂环节,但是效率低,污染大已近淘汰。
集中供热是发展方向,间供站为主。
间供站原理:
电厂为一次线,小区为二次线,热源(电厂)、热网(一二次线管网)、热用户(居民楼和单位)连接处为热力站。
设备有:
板式换热器,循环泵,一二次线除污器,补水泵,水箱,计量表,控制阀门等。
2、换热站自动控制系统功能
(1)实现二次热网的控制,保证热网的水力平衡、热力平衡,是整个热网安全、节能、高效、平稳的运行,使热能均匀分布,保证供暖效果。
(2)数据采集:
按照指定或系统默认巡检方式,对各个监测点进行数据采集。
(3)显示:
监测显示一次供、回水温度、压力,二次供、回水温度、压力,室外温度,一次供水压力,变频器状态(起/停,泵速,故障报警)
(4)报警及故障处理:
系统发生故障时,报警信号显示、标示。
(5)数据通讯:
发送数据、接收数据及接收控制指令、纠错、检错,实现换热站与供热站之间的远程数据通讯。
(6)可进行手动/自动的无扰动切换。
二、方案设计
1、换热站的工作原理
(1)二次供水温度自动控制系统
换热站的基本控制策略就是要保证二次水出口有一个恒定的与设定温度,控制元件是唤起一次水出口的控制阀,该阀门控制换热器的一次供水流量。
将预设定温度作为给定值,测量温度作为反馈值,阀门的开度作为输出值,保证二次供水温度的恒定。
预设定温度根据室外温度和供热站给定的值计算得出,每个换热站均安装了室外温度传感器,通过公示计算出当前的预设定温度,这个设定点事随着室外温的变化和供热站给定值而改变的(1-1)。
图2为换热站温度控制系统统框图。
(2)、变频定压控制系统
为了保持热网运行的稳定性,热网补水系统还应保持一定的水压,即保持系统恒压点的压力恒定,我们采取补水泵变频调速定压。
变频定压工作原理如图4所示,在系统的供、回水干管之间连接一根旁通管,利用补水泵使旁通管J点(恒压点)压力保持符合静水压线要求的压力。
在循环水泵运行时,当定点J点的压力低于控制值时,变频器输出频率增大,水泵转速加快,补水量增大,J点压力升高;当J点的压力高于控制值时,变频器输出频率减小,水泵转速变慢,补水量减少,J点压力下降。
当压力太高时,泄水压力调节阀打开,泄放系统中部分水。
图3变频定压工作原理
2、换热站控制方案
(1)、采用电动调节阀控制进入平板热交换器的一次水量,从而控制二次供水温度,使得二次供水温度维持在给定值上。
(2)、采用自动随动控制系统而不是定值控制系统(需要人工按供暖工艺修改温度控制给定值),控制器根据测量出的室外温度值和供热站提供给定值,自动计算出预设的温度值。
(3)、由于供热站和各个换热站之间通讯距离远,而且过程变化缓慢,对实行性要求不高,因此采用繁易盒子实现远程通讯,将换热站的各项参数发送到供热站。
接受供热站发来的指令。
(4)、分阶段改变流量的质调节。
在不同的室外温度阶段,开启不同的循环泵台数。
气温在-20℃一下,开启三台循环泵;气温在-20~-10℃时,则开启两台循环泵;气温在-10℃以上,开启一台循环泵。
(5)、通过控制变频器来控制补水泵的转速,从而改变系统的补水量,维持供水系统的恒压点(旁通管处压力)压力恒定。
(6)、根据控制特性和对工艺的要求,对供水温度的控制算法采用Fuzzy-PID(模糊控制)算法。
对于补水泵变频恒压的控制算法采用PID算法。
三、控制系统硬件和软件设计
1、硬件系统的组成
(1)主回路设计如图所示。
此处为取电方便,PLC控制柜中采用220V交流电作为输入,不接入变压器。
PLC、继电器、触摸屏、现场仪表所用24V直流电压经直流电源变为24V作为电源。
(2)PLC输入输出设计
考虑到s7-200-224CPU的功能,加入EM235模块。
采集现场一次网供水压力、一次网回水压力、一次网供水温度、一次网回水温度以及二次网供回水温度及压力。
二级泵和循环泵的频率反馈也输入到PLC。
(3)测量点位的选型
温度测量采用铠装型热电阻,将模拟量信号转换为数字量信号输入PLC,考虑到一次网供水温度,此次仪表量程选用0-150℃。
压力测量采用数显式压力变送器,能将模拟信号转换为数字信号的同时显示实际管道压力值以便现场人员查看。
序号
检测点名称
信号范围
测量范围
1
一次网供水压力
4-20mA
0-1.6Mpa
2
一次网回水压力
4-20mA
0-1.6Mpa
3
一次网供水温度
4-20mA
0-150℃
4
一次网回水温度
4-20mA
0-150℃
5
二次网供水压力
4-20mA
0-1.6Mpa
6
二次网回水压力
4-20mA
0-1.6Mpa
7
二次网供水温度
4-20mA
0-150℃
8
二次网回水温度
4-20mA
0-150℃
9
水箱液位
4-20mA
0-3m
表1
(4)模拟量、开关量输出电路
在系统输出中,要控制七个量,其中六个是开关量,一个模拟量。
详细内容如表2所示。
表2
在补水泵变频定压系统中,根据设定值与测得的旁通管压力的差值,经给水控制器运算得出调节参量,经由D/A变换把这一调节参量送给变频器,控制水泵转速,从而保持定压点压力恒定。
在各换热站中均有两台补水泵,两台补水泵的功率都为7.5KW。
在工作时,其中有一台补水泵处于变频调速状态,而另一台补水泵为工频恒速或停机等待状态。
水泵切换程序是根据设定的压力与压力传感器测定的压力信号之差来控制的。
给水控制器采用PID算法控制,根据设定的压力与压力传感器测定的压力信号之差来控制。
压力变小时能够快速做出反应。
(5)PLC与上位机的通讯接口单元
由于各个换热站距离供热站都很远,最远的小区换热站离供热站有将近直线10公里的距离,所以要将换热站的运行参数传输到上位机处并接收来自上位机的指令,就必须要进行远程通讯。
综合考虑各种远程通讯方式,DTU(数据传输单元)的通讯方式即简单可靠又节约成本。
此次设计DTU模块选用繁易FBOX,繁易FBOX能够做到4G传输,传输效率高,速度快,能够更好的数据传输以及接受指令的功能。
2、控制系统软件设计
1、PLC程序设计
(1)主程序
(2)模拟量采集
(3)设备控制
(4)符号表
AI12_VALUE_W
VW1122
流量计AIW26
AI11_VALUE_W
VW1120
二级泵频率反馈AIW24
AI10_VALUE_W
VW1118
循环泵频率反馈AIW22
AI09_VALUE_W
VW1116
水箱水位AIW20
AI08_VALUE_W
VW1114
二次网回水温度AIW18
AI07_VALUE_W
VW1112
二次网供水温度AIW16
AI06_VALUE_W
VW1110
一次网回水温度AIW14
AI05_VALUE_W
VW1108
一次网供水温度AIW12
AI04_VALUE_W
VW1106
二次网回水压力AIW10
AI03_VALUE_W
VW1104
二次网供水压力AIW8
AI02_VALUE_W
VW1102
一次网回水压力AIW6
AI01_VALUE_W
VW1100
一次网供水压力AIW4
AIW_26
AIW26
流量计
AIW_24
AIW24
二级泵频率反馈
AIW_22
AIW22
循环泵频率反馈
AIW_20
AIW20
水箱水位
AIW_18
AIW18
二次网回水温度
AIW_16
AIW16
二次网供水温度
AlW_14
AIW14
一次网回水温度
AlW_12
AIW12
一次网供水温度
AlW_10
AIW10
二次网回水压力
AlW_8
AIW8
二次网供水压力
AlW_6
AIW6
一次网回水压力
AlW_4
AIW4
一次网供水压力
2、补水泵、循环泵切换模块流程图
两台补水泵在工作时,其中有一台补水泵处于变频调速状态,而另一台补水泵为工频恒速或停机等待状态。
水泵切换程序是根据设定的压力与压力传感器检测到的现场压力信号之差AP来控制的。
当AP>0时,增加输出电流的大小,提高变频器的输出频率,从而使变频泵转速加快,实际水压得以提高:
如果AP<0,则降低转速,使实际压力减小。
如果实际压力太小,某台调速泵调整到最大供水量仍不足以使AP--0,则该台变频泵切换至工频,而增加下一台泵为变频工作;如果实际压力太大,本台调速泵调整到最小供水量仍不足以使AP=0,则关闭上次转换成工频的水泵,再进行调整。
这样,每台泵在工频和变频之间切换,做到先开先停,后开后停,即所谓的循环调频,各泵均衡运行,合理利用资源,延长泵的使用寿命,减少维护量和维护费用圈。
水泵切换程序如图14所示。
在不同室外温度阶段,开启不同的循环泵台数:
气温在-20"C以下,开启三台循环泵;气温在一20"C~10"C时,则开启两台循环泵;气温在一10"C以上时,开启一台循环泵.循环泵切换程序如图15所示.
由于在设计中,充分考虑到硬件满足现场控制的要求,在硬件设计上留有一定的冗余,随着换热站设计规模的不同,环境的变化,用户对舒适性要求不同,希望系统也能随着调整。
因此在软件设计上,采用结构化和模块化的设计方法,使得程序简单易懂,便于整个系统软件的更新升级和及时维护。
四、心得与体会
这次的课程设计我们体会到了很多,对待问题的态度,只要认真去分析自己所要解决的问题,那么总要找到解决它的方法,只要分析清楚便可以解决问题。
我在增长知识、提高能力的同时,产生了很深的感触。
从初步定下方案到编出程序,在整个设计过程中,着实受益匪浅,不仅可以巩固以前所学过的知识,而且学到了很多在书本上所没有学到过的东西,我懂得了理论与实际相结合是很重要的,眼高手低的现象常常难以避免。
只有把所学的理论知识与实践相结合起来,从理论中得出结论,才能提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
在设计的过程中难免会遇到各种各样的问题,但是在重重困难之中我了解到自己的真实水平,并努力提高自己。
同时我明白,对于想要成功的人来说更重要的不是知识或技能,而是克服困难的信心。
五、参考文献
1、肖军主编.可编程序控制器原理及应用.北京:
清华大学出版社.2005
2、王森、纪纲编.仪表常用数据手册.化学工业出版社.2008
3、李书臣等.过程控制系统.北京:
清华大学出版社,2004
4、潘新民.单片机实用系统.北京:
人民邮政出版社,2001
5、张毅刚.MCS-51单片机原理及应用.哈尔滨:
哈尔滨工业大学出版社,1990
6、郭颖主编.检测技术基础与传感器原理.中国石化出版社,2004
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