某工厂反应炉控制系统设计开题报告Word下载.docx
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近年来,工业技术发展迅速,技术发明与应用不断更新。
对工业生产中各种控制要求日益严格,主要以体现在可靠性、安全性、灵活性和经济性。
反应炉是工厂生产的核心部分,对反应炉控制的精确性、可靠性和安全性,直接影响产品的质量、生产效率以及工作人员的安全。
传统的反应炉电气控制系统普遍采用继电器控制技术,由于采用固定接线的硬件实现逻辑控制,使控制系统的体积增大、耗电多、效率不高且易出故障,不能保证正常的工业生产。
随着计算机控制技术的发展,PLC控制和单片机的应用使得控制技术领域得到了长足的发展,控制系统的选择更加灵活,同时也使控制系统的可靠性得到了提高,且更加经济。
1.2研究目的与意义
根据控制要求设计电气控制系统使之能满足现场对控制设备的需求,并考虑到实现简便、可靠、经济、适用等特点,使控制方式与控制需要相适应,与通用化程度相适应,能充分满足工艺要求,且具有良好的通用性和灵活性。
2、任务概况
2.1原始数据
当称料斗为空,并且放料门关闭的情况下,开加料阀给料斗加料,当称料斗满时,关闭加料阀门,由控制台按钮打开放料门,将物料放到拌缸进行搅拌,经过一定时间后进行反应煅烧。
而当称重传感器检测到料斗已经空时,自动关闭放料门,准备下一次加料。
煅烧的目的是把配好的反应物进行高温加热,进行化学反应,加热炉体分为南北两个炉体进行加热,为了减少热量的损失,节省能源,在南北烟道都设置了储热室,当北炉燃烧时,打开南烟道闸板,关闭北烟道闸板,助燃风通过北烟道,蓄热室到北炉,供北炉燃烧所需氧气,当南炉燃烧时则相反,由于助燃风通过蓄热室带走大部分热量,一方面节约了燃油的消耗,节省能源,另一方面也降低了烟道温度,保护了烟道。
2.2设计内容
(1)设计系统实现方案;
(2)比较方案的优缺点,并选择最佳方案;
(3)进行I/O点分配;
(4)选用相关控制电器的型号;
(5)程序的编制与调试;
(6)模拟控制演示。
3、方案类型与方案确定
3.1方案一:
采用单片机为核心设计系统
系统中的开关量输入,经过单片机内程序运行后,逻辑输出量作用于电磁机构,使之按要求动作。
图1单片机控制系统示意图
单片机又称单片微控制器,常用英文字母的缩写MCU表示单片机,它是由运算器,控制器,存储器,输入输出设备集成到一块集成芯片的微型计算机。
单片机由运算器、控制器、存储器、输入输出设备构成。
单片机的工作过程也就是单片机执行程序的过程,即一条条执行的指令的过程。
3.2方案二:
采用PLC为核心设计系统
该系统采用微机作为上位机,PLC为核心,这样使系统编程变得更加灵活和方便,同时使程序便于修改和调试。
系统示意图如图2所示。
图2PLC系统示意图
PLC英文全称ProgrammableLogicController,中文全称为可编程逻辑控制器,定义是:
一种数运算操作的电子系统,专为在工业应用环境而设计的。
它采用一种可编程的存储器,用来在其内部存执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数及算术运算等操作的指令,并通过数字或模拟的输入和输出,控制各种类型的机器或生产过程。
PLC是可编程逻辑电路,也是一种和硬件结合很紧密的语言,在半导体方面有很重要的应用,可以说有半导体的地方就有PLC。
可编程控制器的组成:
PLC包括CPU模块、I/O模块、RAM、ROM、底板或机架。
功能模块、接口模块、通信处理器、电源单元和编程单元组成,各种模块安装的机架上。
通过CPU模块或通信模块上的通信接口,PLC被连接到通信网络上,可以与计算机、其它PLC或其它设备通信。
PLC采用循环扫描工作方式,在PLC中,用户程序按先后顺序存放,CPU从第一条指令开始执行程序,直至遇到结束符后又返回第一条,如此周而复始不断循环。
PLC工作过程分为内部处理、通信操作、程序输入处理、程序执行和输出处理几个阶段。
全过程扫描一次所需的时间称为扫描周期。
3.3方案比较与确定
PLC控制与单片机控制的区别:
(1)PLC是建立在单片机之上的产品,单片机是一种集成电路,两者不具有可比性。
(2)单片机可以构成各种各样的应用系统,从微型、小型到中型、大型都可,PLC是单片机应用系统的一个特例。
(3)不同厂家的PLC有相同的工作原理,类似的功能和指标,有一定的互换性,质量有保证,编程软件正朝标准化方向迈进。
这正是PLC获得广泛应用的基础。
而单片机应用系统则是八仙过海,各显神通,功能千差万别,质量参差不齐,学习、使用和维护都很困难。
从工程的角度,谈PLC与单片机系统的选用:
(1)对单项工程或重复数极少的项目,采用PLC方案是明智、快捷的途径,成功率高,可靠性好,手尾少,但成本较高。
(2)对于量大的配套项目,采用单片机系统具有成本低、效益高的优点,但这要有相当的研发力量和行业经验才能使系统稳定、可靠地运行。
方案确定:
由于此次设计题目属于工程实际,运用于工业环境。
PLC使用了一系列硬件和软件抗干扰措施,具有很强的抗干扰能力,可以直接用于有强烈干扰的工业生产现场,而且20世纪90年代后,工业控制领域几乎全被PLC占领了,因此,此次设计选择方案二,即采用PLC设计控制系统。
4、PLC类型选择
根据控制要求,可以将该系统控制的控制过程分为两个:
(1)加料控制过程;
(2)换向控制过程。
4..1I/O点数确定
根据任务要求,将称重信号、按钮开关、烟闸开关、油阀开关、汽阀开关、烟闸回讯、油阀回讯和汽阀回讯设为输入,因此输入点为15个。
同理,将各类阀门,闸门设为输出,故输出点为10个。
4.2选择PLC型号
根据I/O点数,选择PLC为FX2N—32MR,接线图如图3所示:
图3FX2N—32MR接线图
4.3I/O地址分配
设备采用电控电磁机构,当加料阀和放料门线圈得电时打开,其线圈失电时关闭。
表1加料控制过程I/O分配
输入
地址
输出
控制台按钮SB1
X0
砂加料阀KM1
Y0
砂称重信号SB2
X1
碱加料阀KM2
Y1
碱称重信号SB3
X2
砂放料门KM3
Y2
南烟闸开关SB4
X3
碱放料门KM4
Y3
北烟闸开关SB5
X4
南烟闸KM5
Y4
南汽阀开关SB6
X5
北烟闸KM6
Y5
北汽阀开关SB7
X6
南汽阀KM7
Y6
南油阀开关SB8
X7
北汽阀KM8
Y7
北油阀开关SB9
X10
南油阀KM9
Y10
南烟阀回讯SB10
X11
北油阀KM10
Y11
北烟闸回讯SB11
X12
南汽阀回讯SB12
X13
北汽阀回讯SB13
X14
南油阀回讯SB14
X15
北油阀回讯SB15
X16
4.4程序流程图
4.4.1加料过程程序流程图
加料过程是当放料门关闭且称料斗为空,打开加料阀加料;
当加满时,关闭加料阀并按下控制按钮打开放料门;
放料完毕后,关闭放料门,回到加料过程。
图4加料控制过程程序流程图
4.4.2换向控制过程程序流程图
换向过程是按时序控制的,采用时间继电器进行延时操作,采用置位命令来实现输出的持续开断。
该过程流程图如下:
图5换向控制过程流程图
4.5MCGS组态软件
4.5.1MCGS组态软件的定义
MCGS(MonitorandControlGeneratedSystem,监视与控制通用系统)是一套基于Windows平台的,用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统,主要完成现场数据的采集与监测、前端数据的处理与控制。
4.5.2MCGS与PLC的通信连接
(1)硬件连接:
<
1>
安装RS485通信用扩展模块:
FX2N-485PC-IF
2>
双绞线(屏蔽线)的连接
在FX2N-485PC-IF中,SDA与SDB和RDA与RDB之间要接300欧姆左右的电阻。
双绞线在485BD侧的屏蔽线要接地。
(2)软件设置
PLC的默认设置只支持RS232通信,所以要使用RS485通信协议,必须事先通过编程电缆将计算机的串行口COM1与PLC的编程口连接,用编程软件更改D8120,使其设置成RS485通信方式。
正确设置为:
LINK协议,9600波特率,数据位7,偶校验,2位停止位,无命令头和命令尾,整个命令不加校验和,采用协议1。
即D8120=H408E
步骤为:
<
启动编程软件FXGP/WIN-C;
点击主菜单的[PLC]菜单,在弹出的下拉菜单中选择[端口设置],设置所使用的串口为COM1;
3>
重复
(2),在弹出的下拉菜单中选择[程序读入],之后根据所使用的PLC类型选择PLC的型号。
按“确认”开始连接。
4>
连接成功后,进行通信参数设定。
5、预期结果
实现系统控制要求,合理选择控制设备,完成对端子的分配、接线图的绘制、梯形图的绘制以及控制程序的编写。
最后在实验室进行演示,并达到预期控制要求。
6、时间进程安排
序号
设计(论文各阶段内容)
起止日期
1
方案比较与确定,I/O点数确定,设备选型。
2013.4.15—2013.4.28
2
根据控制要求,进行控制流程图绘制和控制程序编写。
2013.4.29—2013.5.12
3
利用实验设备进行演示和调试程序,撰写论文
2013.5.13—2013.6.5
4
提交毕业论文
2013.6.6
5
准备毕业答辩
2013.6.7—2013.6.17
参考文献
[1]《电气控制与可编程序控制器》张培志北京:
化学工业出版社2007.9
[2]《可编程控制器应用技术与设计实例》高钦和人民邮电出版社2003.2
[3]《可编程序控制器应用系统设计及通信网络技术》郭宗仁等,人民邮电出版社2002.3
[4]《电气控制系统与可编程序控制器》常晓玲编,机械工业出版社2004.2
[5]《单片机原理及应用设计》谢克明等,电子工业出版社2005.2
[6]《单片机原理及应用》李建忠西安电子科技大学出版社2004.2
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