论文化肥生产废热水池水循环控制系统的设计.docx
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1、毕业设计(论文)化肥生产废热水池水循环控制系统的设计The Design of Fertilizer Production Waste Heat Poll Waster Cycle Control System班级 机电093 学生姓名 学号 指导教师 职称 导师单位 机电工程学院 论文提交日期 徐州工业职业技术学院毕业设计(论文)任务书课题名称化肥生产废热水池水循环控制系统的设计 课题性质 工程设计类 班 级 学生姓名 学 号 指导教师 导师职称 一选题意义及背景江苏晋煤恒盛化肥有限公司是苏北地区一个重要的龙头企业,年产量达30万吨,由于其在生产化肥的过程中大量的化学反应属放热反应,产生了大
2、量工业废热水,在废热水的循环利用中采用多台泵抽水到高位喷淋降温,目前在工厂中多台泵的启停工作主要还是由操作人员根据排出热水量的多少确定工作泵的数量,采取的还是手动的操作方式,对于人员紧缺的企业来说,造成人力、财力的浪费。本课题旨在设计一个PLC的自动控制系统,可以依据废热水池中水位不同自动启动不同数量的泵进行工作。二毕业设计(论文)主要内容:合理选择PLC类型,设计循环水控制系统。具体要求如下:1、画出循环水控制流程图;2、合理分配PLC的I/O接口;3、画出相应的循环水系统模拟接线图;4、写出编制的控制程序;5、对控制程序进行仿真调试。l 池内5个水位测量位置,有7台水泵进行抽水控制;l 水
3、泵工作状态按水位高度决定;l 每一台泵的起动关闭过程按照指定顺序进行;l 手动自动程序随时安全切换。三计划进度:日 期毕业设计各阶段的任务2010年10月17日10月23日下达任务书,动员,学生准备2010年10月24日10月30日学生查阅资料,确定方案2010年10月31日11月20日学生设计,老师指导2010年11月21日11月24日调试,整理毕业论文2010年11月25日论文答辩四毕业设计(论文)结束应提交的材料:1毕业设计论文。2设计模拟运行软件系统。指导教师 教研室主任 年 月 日年 月 日论文真实性承诺及指导教师声明学生论文真实性承诺本人郑重声明:所提交的作品是本人在指导教师的指导
4、下,独立进行研究工作所取得的成果,内容真实可靠,不存在抄袭、造假等学术不端行为。除文中已经注明引用的内容外,本论文不含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。如被发现论文中存在抄袭、造假等学术不端行为,本人愿承担本声明的法律责任和一切后果。毕业生签名: 日 期: 指导教师关于学生论文真实性审核的声明本人郑重声明:已经对学生论文所涉及的内容进行严格审核,确定其内容均由学生在本人指导下取得,对他人论文及成果的引用已经明确注明,不存在抄袭等学术不端行为。指导教师签名: 日 期: 摘要随着科学技术的发展,电气控制技术在各个领域,特别是在
5、自动控制领域取得了长足的发展,有了越来越多的应用。PLC以其可靠性高、灵活性强、易于扩展、通用性强、使用方便等特点,在许多化工行业也有着广泛的应用。该课题主要研究关于PLC在化肥生产废热水池水循环控制系统的设计,采用三菱FX2N系列的可编程控制器,不仅实现了根据废热水池中水位不同自动控制不同数量的泵进行工作的控制要求,同时也设计了手动控制的部分。不仅给出了PLC、液位变送器、泵及配套电动机和上位机的选型过程,而且还给出了控制系统的外部接线图、I/O分配表、程序流程图、梯形图及MCGS组态软件图,通过调试系统运行可靠。关键词:PLC;FX2N-4AD;泵;液位变送器;MCGS;水循环Abstra
6、ctWith the development of science and technology, electrical control technology in various fields, especially in the field of automatic control has made great progress; there are more and more applications. PLC with its high reliability, flexibility, easy to expand, strong versatility, convenient us
7、e and other characteristics, in many chemical industry also has a wide range of applications.This paper discusses the PLC in chemical fertilizer production waste water circulation control system design, using the Mitsubishi FX2N series programmable controller, not only realized according to the diff
8、erent water level automatic control in the heat sink with different number of pump working control requirements, but also design the manual control part. Not only the PLC, liquid level transmitter, pump and auxiliary motor and PC selection process, but also gives the control system of external conne
9、ction Tutu, I / O allocation table, program flow diagram, ladder diagram and MCGS configuration software, through debugging and reliable system operation.Key words: PLC; FX2N-4AD; pump; the liquid level transmitter; MCGS; water cycle 目 录摘要IAbstractII第一章 绪论11.1 选题背景11.2 化肥生产废热水池水循环系统研究的内容11.3 化肥生产废热水
10、池水循环系统研究的目的及意义1第二章 化肥生产废热水池水循环系统整体设计方案32.1 概述32.2 PLC的选型32.2.1 PLC的产生及发展过程32.2.2 PLC的特点32.2.3 PLC的工作原理52.2.4 PLC的组成62.2.5 PLC的分类72.2.6 PLC的选型小结72.3 液位变送器的选型82.3.1 液位变送器的概述82.3.2 几种液位变送器简介82.3.3 液位变送器选型小结92.4 泵及配套电动机的选型102.4.1 离心泵的结构与工作原理102.4.2 离心泵的性能参数及分类102.4.3 泵及配套电动机选型小结112.5 上位机(组态软件)的选型112.5.1
11、 MCGS组态的概述及选型112.5.2 MCGS嵌入版组态软件6.2版主界面简介11第三章 化肥生产废热水池水循环系统的硬件设计133.1 控制系统的外部接线图133.2 主电路图133.3 PLC的功能模块4AD143.3.1 FX2N-4AD概述143.3.2 FX2N-4AD的设置163.4 上位机(MCGS)与PLC通信19第四章 化肥生产废热水池水循环系统的软件设计224.1 控制系统I/O分配224.2 控制系统的程序流程图234.3 GX-Developer编程软件254.3.1 GX-Developer编程软件简介254.3.2 化肥生产废热水池水循环系统的控制程序254.4
12、 上位机(MCGS)的界面284.5 程序的调试与分析29第五章 总结31参考文献32附录33致谢35第一章 绪论1.1 选题背景随着自动控制技术在国民经济各个行业的广泛应用, 原有电气控制系统大量的被自动控制系统所代替。对于在工业生产中的水循环控制领域, 自动控制系统也越来越被广泛的采用。自动控制系统在被广泛应用于制造和加工行业之前, 水泵、阀门的联动控制都是通过接触器、继电器等电气元件组合而成的电气控制系统实现的。由于某些场合的泵、阀联动控制所涉及的控制状态和参数比较多, 从而导致控制电路比较复杂。而对于这种由接触器、继电器所组成的控制电路, 复杂的电路结构一方面使设计人员的设计难度加大,
13、另一方面过多的电气元件和电气连接点导致发生故障的情况大大的增加。而现代自动控制系统中采用的PLC具有体积小、重量轻、安装接线方便、安全可靠、可维护性强、便于扩展、指令丰富、编程调试便利等一系列的优势,从而减少了设计人员开发和维护人员调试的难度,并大大减少故障发生率。本文选用了三菱PLC,设计了化肥生产废热水池水循环系统的自动控制系统和手动控制系统。1.2 化肥生产废热水池水循环系统研究的内容该课题主要研究的是化肥生产废热水池水循环系统的自动控制系统。化肥生产废热水池水循环系统的实现方法其实很简单,其原理主要是通过液位变送器检测废热水池中1m、3m、5m、7m、9m五个不同的测量位置,作为输入信
14、号;通过PLC的特殊功能模块4AD将模拟信号转换为数字信号传输到PLC的缓冲存储器D1中,缓冲寄存器D1中的数值随着液位的变化而变化,根据缓冲存储器D1中数值的不同来选择不同数量的泵进行工作,将水抽到高位喷淋下来使水降温,这个过程通过自动控制系统来完成。主要的研究内容如下:1、画出循环水控制流程图;2、合理分配PLC的I/O接口;3、画出相应的循环水系统模拟接线图;4、写出编制的控制程序;5、对控制程序进行仿真调试。l 池内5个水位测量位置,有7台水泵进行抽水控制;l 水泵工作状态按水位高度决定;l 每一台泵的起动关闭过程按照指定顺序进行;l 手动自动程序随时安全切换。1.3 化肥生产废热水池
15、水循环系统研究的目的及意义化肥生产废热水池水循环系统不仅有效的解决了化工厂所释放大量热能问题,对水的节约使用,还积极的响应了国家的可持续发展政策,对社会也做出了巨大的贡献。传统的化肥生产废热水池水循环系统是低压电器控制系统,基本是通过人工进行实际操作的。操作人员主要是根据废热水池中水位的高低,来手动启动不同数量的泵进行工作。操作人员要时刻注意废热水池中水位的高低,做出相应的判断和操作以确保其他工作的有序进行。这种工作方式不但浪费了大量的人力、物力,对可靠性、经济性也难以保证。随着科学技术的飞速发展,以PLC为核心的通用工业自动化设备,以其功能强大、可靠性高、编程简单、联网方便等突出的优越性迅速
16、普及并成为当代工业自动化控制的支柱设备之一。本课题就是利用PLC的自动控制技术,来实现化肥生产废热水池水循环系统的自动控制。自动化控制不仅节省了大量的人力、物力,而且保证了工作的速动性、安全性和可靠性,保证了企业其他相关工作的有序运行,有利于企业的可持续发展。第二章 化肥生产废热水池水循环系统整体设计方案2.1 概述化肥生产废热水池水循环系统主要由液位变送器、控制器(PLC)、上位机(MCGS组态软件)、执行器(泵和电动机)和特殊功能模块4AD组成。主要功能是根据不同的液位高度,选择不同数量的泵进行工作。化肥生产废热水池水循环系统的设计包括PLC的选型、液位变送器的选型、泵及配套电动机的选型、
17、组态软件的选型、硬件的设计及软件的设计。2.2 PLC的选型2.2.1 PLC的产生及发展过程可编程控制器(Programmable Logic Controller,简称PLC)是将传统的继电控制技术、现代的微电子技术、计算机技术和通信技术融为一体的自动化控制设备。如图2.1是FX2N系列小型PLC的主观外观图。图2.1是FX2N系列小型PLC的主观外观图1969年,美国数字设备公司(DEC)首先成功研制了第一台可编程控制器,并在通用汽车公司(GM)的自动生产线上试用成功,从而开创了工业控制的新局面;1971年,日本开始生产可编程控制器;1973年,欧洲各国开始生产可编程控制器;1974年,
18、中国开始研制可编程控制器,1977年开始工业应用。1 20世纪80年代以来,随着大规模集成电路和微型计算机技术的发展,以16位和32位微处理为核心的PLC得到了迅速的发展,使PLC得到了迅速的发展,使PLC在设计、性能、价格以及应用等方面都有了新的突破。不仅控制功能增强、功耗和体积减小、成本降低、可靠性提高、编程和故障检测更为灵活方便,而且随着远程I/O和通信网络、数据处理以及图像显示等技术的发展,PLC的应用领域不断扩大。PLC已成为现代工业生产自动控制的一大支柱设备。目前,在中国市场上最具竞争力的三菱公司、欧姆龙公司、西门子公司及AB公司所推出的PLC均从小到大全系列的产品,可以满足各种各
19、样的要求。虽然各厂家生产的PLC均不兼容,甚至同一厂家的产品也不兼容,但是各种PLC的工作原理和使用方法基本都是相同的。2.2.2 PLC的特点1.可靠性高,抗干扰能力强由PLC的定义我们知道,PLC是专门为工业环境下应用而设计的,因此人们在设计PLC时,从硬件和软件上都采取了抗干扰的措施,提高了其可靠性。可靠性高的PLC的平均无故障时间一般在40 00050 000h,三菱、西门子、ABB、松下等微小型PLC可达10万小时以上,而且均有完善的自诊断功能,判断故障迅速,便于维护。(1)硬件措施。l 屏蔽:对PLC的电源变压器、内部CPU、编程器(目前已被计算机所取代)等主要部件采用导电、导磁良
20、好的材料进行屏蔽,以防外界的电磁干扰。l 滤波:对PLC的输入/输出线路采用了多种形式的滤波,以消除或抑制高频干扰。l 隔离:在内部的微处理器和输入/输出电路之间,采用了光电隔离措施,有效地隔离了输入与输出间电的联系,减少了故障和误动作。l 采用模块式结构:这种结构有助于在故障情况下短时修复。因为一旦查出某一模块出现故障,就能迅速更换,使系统恢复正常工作。(2)软件措施。l 故障检测:设计了故障检测软件定期地检测外界环境,如掉电、欠电压、强干扰信号等,以便及时进行处理。l 信息保护和恢复:信息保护和恢复软件是PLC偶发性故障条件出现时,将PLC内部信息进行保护,不遭破坏。一旦故障条件消失,恢复
21、原来的信息,使之正常工作。l 设置了警戒时钟WDT:如果PLC程序每次循环时间超过了WDT规定的时间,预示程序进入死循环,立即报警。l 对程序进行检查和检验:一旦程序有错,立即报警,并停止执行。由于采用了以上抗干扰的措施,一般PLC的平均无故障时间可达几万小时以上。2.通用性强,使用方便PLC产品已系列化和模块化,PLC的开放制造商为用户提供了品种齐全的I/O模块和配套部件。用户在进行控制系统的设计时,不需要自己设计和制作硬件装置,只需根据控制要求进行模块的配置。用户所做的工作只是设计满足对象的控制要求的应用程序。对于一个控制系统,当控制要求改变时,只需修改程序,就能变更控制功能。3.功能强P
22、LC应用微电子技术和微计算机,简单形式都具有逻辑、定时、计数等顺序控制功能;基本形式再加上模拟I/O、基本算术运算、通信能力等;复杂形式除了具有基本形式的功能外,还具有扩展的计算能力、多级终端机制、智能I/O、PID调节、过程监视、网络通信能力、远程I/O、多处理器和高速数据处理能力。4.灵活性好 对于传统的电气控制电路,PLC为改进和修改原设备提供了极其方便的手段,只需通过修改或重新编写应用软件,就可以用一台PLC实现不同的控制功能。这种编程的灵活性是继电器顺序控制系统所不能比拟的。另外,由于PLC具有丰富的I/O接口模块,其扩展灵活性是它的又一个重要特点。5.编程语言简单、易学,便于掌握P
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