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基于PLC技術(shù)的控制系統(tǒng)在電伴熱行業(yè)的應(yīng)用
更新時間:2016-08-11 點擊次數(shù):1872

1 引言

電伴熱系統(tǒng)為管道化溶出工程的主要部分。由于德國的熔鹽電伴熱溫度控制裝置是采用溫度控制器、繼電器等復(fù)雜電路設(shè)計,其中繼電器故障率高,而我國現(xiàn)階段沒有較好的產(chǎn)品,因此采用性價比高,功能強(qiáng)大、性能穩(wěn)定的日本三菱A2系列可編程控制器,減少了大量的中間環(huán)節(jié),成功的解決了熔鹽電伴熱的控制難題,取得了滿意的控制效果。

2 系統(tǒng)配置

電伴熱系統(tǒng)包括:鹽罐、鹽管、鹽閥等設(shè)備的伴熱,99個電流信號、101個溫度信號需要檢測,33個加熱回路需要進(jìn)行控制。根據(jù)系統(tǒng)的特點,所設(shè)計的控制方案如圖1所示。


2.1現(xiàn)場PLC站
該監(jiān)控系統(tǒng)下位機(jī)采用日本三菱A系列PLC,設(shè)計2個站組成1個網(wǎng),1個站進(jìn)行溫度信號的采集及傳遞,另1個站對回路電流進(jìn)行采集,對33個回路進(jìn)行控制。硬件的具體選擇是:A62P為電源模板;A2NCPU為中央模板;AY13為開關(guān)量輸出模板;A68RD3為PT100溫度測試模板;AJ71C24為計算機(jī)通訊模板;A61AD為模擬量輸入模板;AX41為開關(guān)量輸入模板。

2.2上位機(jī)
采用2臺386PC作為上位機(jī),1臺在現(xiàn)場操作室,1臺在中央控制室,分別進(jìn)行本地及遠(yuǎn)程監(jiān)視管理,負(fù)責(zé)對溫度、電流實時監(jiān)測顯示,重要信號保留歷史曲線、信號報警及報表打印,2臺上位機(jī)既是操作員站,又可作為工程師站。

3 軟件設(shè)計

控制系統(tǒng)軟件包分為上位機(jī)監(jiān)控軟件包和下位機(jī)控制軟件包。
上位機(jī)監(jiān)控軟件是用SCRENWARE軟件工具包開發(fā)而成,用于各種監(jiān)控畫面的顯示和上、下位機(jī)之間的通訊,采用實時動態(tài)仿真模式進(jìn)行顯示,并在具體部位顯示實時工藝參數(shù),操作人員可根據(jù)此實時畫面了解有關(guān)工藝設(shè)備運(yùn)行情況;控制參數(shù)設(shè)定畫面可完成控制參數(shù)的設(shè)定和修改;系統(tǒng)狀況報警畫面實現(xiàn)對各工藝設(shè)備故障情況進(jìn)行聲光報警,并輸出故障類型、時間等,除此之外,本軟件包還具有數(shù)據(jù)分析、建立歷史數(shù)據(jù)庫及定時、隨機(jī)打印各種報表功能。
下位機(jī)軟件包采用A2系列PLC自帶的梯形圖法和語句法編寫而成,軟件程序框圖及清單略。

4 電伴熱過程檢測

按照熔鹽爐系統(tǒng)工藝流程的要求:系統(tǒng)停車時,確保鹽罐電伴熱保溫180℃以上;系統(tǒng)啟動時,確保鹽罐及鹽管路和鹽閥電伴熱保溫在180℃以上(依工藝要求而定),以保證鹽泵啟動后,熔鹽能順利通過和回流。一旦電伴熱系統(tǒng)發(fā)生故障,熔鹽凝固將致使整個熔鹽爐系統(tǒng)無法運(yùn)行,造成較長時間的停產(chǎn)事故。設(shè)計的特點說明如下:
(l)將整個鹽管路按照、工藝劃分為32個控制回路:鹽罐13個回路、鹽管14個回路、鹽閥一個回路、旁通管4個回路。采用A2系列可編程控制器對101個溫度測點采集顯示,對32個回路直接進(jìn)行控制;
(2)本系統(tǒng)考慮到啟動時減少對供電系統(tǒng)的沖擊,系統(tǒng)啟動時,對每一個控制回路,采用分別程控(間隔5-10秒鐘)由PLC程控啟動,轉(zhuǎn)入運(yùn)行由PLC進(jìn)行監(jiān)測分時調(diào)節(jié),減少系統(tǒng)供電負(fù)荷沖擊;
(3)本系統(tǒng)的溫度檢測元件,共選用101支PT100鉛電阻溫度計,其信號采樣方式在系統(tǒng)說明部分有詳細(xì)介紹;
(4)電流和電壓信號采集是通過電量變換器將互感器的信號轉(zhuǎn)換成4-20mA(0-5V)信號送入PLC。

5 系統(tǒng)說明

由于本系統(tǒng)中大部分為模擬量信號,分電流和熱電阻溫度2種信號,電流信號監(jiān)視各回路三相電是否正常,斷、短路報警,但不參與控制;溫度信號參與控制,測溫元件均為PT100熱電阻。針對本系統(tǒng)特點:模擬量多、實時性要求不是很高。在保證控制、監(jiān)視的基礎(chǔ)上,采用32點開關(guān)量輸出模板進(jìn)行切換,公共輸出接至模擬量采集模板,配合軟件編程可實現(xiàn)8路信號通過切換公用一個模擬量模板的通道。可節(jié)省大量模擬量模板,從而大大降低了系統(tǒng)成本。下面以溫度信號為例說明信號切換采集的實現(xiàn)。接線圖如圖2所示。
三線制PT100測溫元件的二根線分別接至開關(guān)量輸出模板AY13三組中相同次序的通道上,AY13三組共可接8個PT100信號,將AY13上三組的公共端分別接至PT100采集模板的*通道的三個端子上(注意:將AY13上接PT100元件兩個短路端的組的公共線接至A68RD3通道的B和C端子上),配合程序即可實現(xiàn)8路溫度信號公用一個模擬量通道。程序框圖如圖3所示。


通過定時接通AY13的相應(yīng)通道,使得PTI-PT8信號依次與A68RD3的*個通道接通,將每個信號接通時,所采集到的數(shù)據(jù)保存至相應(yīng)的地址單元,即可實現(xiàn)多路信號切換采集。在編程時需注意:AY13通道切換后應(yīng)在延時1個A68RD3處理周期后再讀取A68RD3通道中的數(shù)據(jù),否則采集的數(shù)據(jù)將會出現(xiàn)跳變,這是由于A68RD3采樣方式分:Sampling、Time averaging 、count averaging3種,A68RD3的采樣時間隨啟用的通道數(shù)而不同計算公式為:啟用的通道數(shù)×40ms; Sam-Pling方式為每個采樣周期采一次樣,采樣值存入相應(yīng)的緩沖區(qū);Time averaging方式為在的時間內(nèi)每個采樣周期內(nèi)的采樣值除去zui大、zui小值后的平均值存入相應(yīng)的緩沖區(qū);count averaging方式為將經(jīng)過次數(shù)的采樣周期后所采集的采樣值平均后放入存入相應(yīng)的緩沖區(qū)?,F(xiàn)場實際應(yīng)用時,為保持?jǐn)?shù)據(jù)準(zhǔn)確,一般采用后2種方式。
由于A68RD3通道一經(jīng)啟用,信號處理就會一直進(jìn)行,A68RD3的一個處理周期為:Time averaging方式為的時間;count averaging方式為:次數(shù)×啟用通道數(shù)×40ms。因為該系統(tǒng)采用切換方式,每一信號只在相應(yīng)時間段內(nèi)接入A68RD3,如果切換后,延時小于一個A68RD3處理周期,則上一信號的部分采樣值將被計入當(dāng)前處理周期和當(dāng)前信號的部分采樣值一起進(jìn)行平均輸出,造成數(shù)據(jù)誤差,如上一信號和當(dāng)前信號差別比較大,就會造成數(shù)據(jù)跳變。特別是如果采用上升沿取值,就會造成數(shù)據(jù)錯誤。
電流信號的采集原理與溫度信號的采集原理相同,此處不再多述。

6 結(jié)束語

該系統(tǒng)投運(yùn)以來,運(yùn)行可靠,特別是在軟件方面運(yùn)行很好,實現(xiàn)了熔鹽爐系統(tǒng)電伴熱溫度實時監(jiān)測和控制,得到專家的好評,為管道化工序的整體運(yùn)行提供了可靠的保證。

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