課程設計說明書
（2013 /2014 學年第二學期）
課程名稱 ： 《可程式設計序控制器應用》課程設計
題目 ： 管道流量比值控制plc系統設計
專業班級 ： 電氣工程及其自動化一班
學生姓名王曦雲
學號110062111
指導教師 ： 岑毅南、劉增環等
設計週數2 周
設計成績
2014 年 7 月 8 日
目錄1、課程設計任務 1
1.1、plc課程設計目的 1
1.2、主要任務 1
1.3、技術要求 2
2、感測器及動力機構 2
2.1、流量計（渦輪流量計、電磁流量計） 2
2.2、電動調節閥 3
2.3、變頻器面板 3
3、比值系統組成原理 4
3.1、原理圖 4
3.2、實驗原理 5
3.3、流程圖 6
3.4、設計原理說明 7
4、實驗程式 7
5、課程設計感想 12
（1）掌握s7-200系列可程式設計控制器硬體電路的設計方法。
（2）熟練使用s7-200系列可程式設計控制器的程式設計軟體，掌握可程式設計控制器軟體程式的設計思路和梯形圖的設計方法。
（3）掌握s7-200系列可程式設計控制器程式的應用系統的除錯、監控、執行方法。
（4）在完成可程式設計控制器為下位機的相關控制程式的基礎上，用組態軟體程式設計實現上位機的控制及其相關監控介面。
（5）通過課程設計使學生能熟練掌握資料的查詢（圖書、網路），plc課程所獲知識在工程設計工作中綜合地加以應用，使理論知識和實踐結合起來。
（1）了解流量比值控制系統的物理結構、閉環調節系統的數學結構和pid控制演算法。
（2）逐一明確各路檢測訊號到plc的輸入通道，包括感測器的原理、鏈結方法、訊號種類、訊號調理電路、引入plc的接線以及plc中的編址。
（3）逐一明確從plc到各執行機構的輸出通道，包括各執行機構的種類和工作原理，驅動電路的構成，plc輸出訊號的種類和位址。
（4）繪製出流量控制系統的電路原理圖，編制i/o位址分配。
（5）編制plc程式，結合過程控制實驗室現有裝置進行除錯，要求能在裝置上演示控制過程。
（6）編寫課程設計說明書。說明書要闡明各路輸入輸出訊號的名稱、作用、訊號處理電路或驅動電路的設計，寫明設計過程中的分析、計算、比較和選擇，畫出程式流程圖，並附上源程式。
（1）流量比值控制系統有兩路供水系統。第一路由非同步電動機（不具備調速功能）和水幫浦構成動力系統，由渦輪流量計檢測流量，電動調節閥控制流量。第二路由變頻器、電動機和水幫浦構成動力系統，依靠動力系統的變頻調速控制流量，用電磁流量計檢測流量。
（2）流量比值控制就是由可程式設計控制器控制兩路供水系統的流量保持設定的比例。本設計假設第一路的流量由其他系統控制或手動控制，本系統把第一路的流量（檢測值）乘以設定的比例係數後的值作為流量給定值，控制第二供水管道的流量。控制器採用pid演算法決定變頻器的給定值，從而實現兩路流量的按比例控制。
1）、渦輪流量計：
輸出訊號：頻率，測量範圍：0~0.6m3/h
接線如圖所示：
2)、電磁流量計
輸出訊號：4~20ma，測量範圍：0~0.4 m3/h
接線說明：轉換器為交流220v供電，x、y和a、b、c為感測器和轉換器之間的連線，輸出訊號線直接接控制台上的電磁流量計訊號輸出端。
qsvp20-15n智慧型電動單座調節閥
主要技術引數：
執行機構型式：智慧型直行程執行機構
輸入訊號：0~10ma/4~20madc/0~5vdc/1~5vdc
輸入阻抗：250ω/500ω
輸出訊號：4~20madc
輸出最大負載：<500ω
訊號斷電時的閥位：可任意設定為保持/全開/全關/0~100%間的任意值
電源：220v±10%/50hz
如圖所示，變頻器型號為三菱fr-s520s-0.4k型變頻調速器
面板接線端子功能說明：
為了保護變頻器各接線端子不因實驗時經常裝拆線而損壞或丟失，故將其常用的端子引到面板上。
通過設定頻率值改變設定值sp
在各種生產過程中，需要使兩種物料的流量保持嚴格的比例關係是常見的，例如，在鍋爐的燃燒系統中，要保持燃料和空氣量的一定比例，以保證燃燒的經濟性。而且往往其中乙個流量隨外界負荷需要而變，另乙個流量則應由調節器控制，使之成比例地改變，保證二者之比值不變。否則，如果比例嚴重失調，就可能造成生產事故，或發生危險。
又如，以重油為原料生產合成氨時，在造氣工段應該保持一定的氧氣和重油比率，在合成工段則應保持氫和氮的比值一定。這些比值調節的目的是使生產能在最佳的工況下進行。本實驗比值調節系統的組成原理如圖13-1所示：
對於節流元件來說，壓差與流量的平方成正比，即
p∝q2
對於圖13-1單閉環比值調節系統，a，b 兩個管路上的δp可分別寫為
δpa=kaqa2
δpb=kbqb2
其中， ka、kb為放大係數。
變送器送出的訊號為4-20ma電流訊號，那麼f1，fa有如下關係：
f1-4=caδpa
fa-4=cbδpb
式中ca、cb是變送器的放大係數， f1，fa是變送器的輸出訊號電流。比值器的輸出關係為：
f2-4=kc( f1-4)
kc為比值器的放大係數。
則有：f2-4=kcca kaqa2
fa-4=cbkbqb2
由於調節器為比例積分調節，在穩態下它可保持fa =f2，故有
kc ca kaqa2 = cb kbqb2
即 （qa/qb）2=kccb kb/ca ka
從上式可知，為使流量qa、qb的比值滿足工藝要求，只要適當地調整比值器的放大係數kc即可。
4.1.主程式
2.子程式設定pid迴路引數，建立中斷連線，開中斷
中斷程式主迴路檢測值乘以比值作為設定值，副迴路檢測值為過程變數，執行pid指令輸出值轉換後送模擬量輸出端，控制變頻器頻率
兩個星期的課程設計已經結束，在這次課程設計上，通過找資料、實際操作、接線、計算、程式設計等等，讓我重新認識了plc技術在過程控制技術領域的運用。實際開發，理論和實際相結合後使我更深一層的領悟到plc技術的重要性。學會了基本的plc設計的基本步驟和方法。
起初學習plc技術，對這麼學科一直是保持一種神秘感，這門學科有什麼用？用在**？怎麼用？一直是我很困惑的問題，但是接觸這次的課程設計後自己開始對這門學科有了乙個新的認識。
在課程設計中不斷的修改自己的接線，程式，完善自己的程式是乙個必經的道路，自己的想法與程式保持一致是乙個很艱難的歷程，詢問老師，自己查詢資料，運用專業課知識，團隊的協作。這次課程設計最讓自己深有體會的就是接線了，因為接線板上電磁流量計的接線處沒有，一直在尋找，問了老師之後才知道怎麼電磁流量計應該怎麼接，試水的時候電腦上檢測不出流量，懷疑接線有問題，後來進一步改進後才得以實現。
最終得到了乙個滿意的結果，雖然這個過程很艱辛，但是看到結果後還是對這次課程設計懷有乙個開心的心情。最後要對各位辛勤指導的老師表示忠心的感謝。
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