基于PLC的发电机监测控制系统设计电气自动化专业.docx

基于PLC的发电机检测控制系统设计 摘要 本系统设计的发电机检测控制系统主要由可编程控制器、探测器、执行机构等组成。可编程控制器作为控制系统的大脑，按照工艺说明分析，对各种外部输入信号按照发电机检测系统的工艺分析结果及程序设计流程，完成系统各项工艺功能的实现，通过仿真将当前的状态进行显示和参数设定等控制。按照方案的选择和设备型号的选择，采用的可编程控制器为西门子S7-300 CPU313C，模拟量扩展模块为EM331。确定该系统设计的工艺控制方案，完成系统硬件部分的型号选择计算以及总体控制方案的设计。在此基础上进行硬件分析和图纸设计，完成工艺流程图的设计以及程序的编写，通过程序仿真设计调试和修改，系统安全可靠、使用灵活、扩展性强、开发周期短，后期修改方便，达到本设计的工艺要求，以及为后期系统升级改造创造条件。 关键词：发电机检测；可编程控制器；仿真设计 Abstract The generator detection and control system designed by this system is mainly composed of programmable controller, detector, actuator and so on. As the brain of the control system, the programmable controller completes the realization of the process functions of the system according to the process analysis results and the programming process of the generator detection system. The current state is displayed and the parameters are set by simulation. According to the choice of scheme and equipment type, the programmable controller is Siemens S7-300 CPU313C and the analog expansion module is EM331. Determine the process control scheme of the system design, complete the model selection calculation of the hardware part of the system and the design of the overall control scheme. On this basis, hardware analysis and drawing design are carried out, process flow chart design and programming are completed. Through program simulation design debugging and modification, the system is safe and reliable, flexible in use, strong in expansibility, short in development cycle, convenient in later modification, which meets the process requirements of this design, and creates conditions for later system upgrade and transformation. Key words: generator detection; programmable controller; simulation design 目录 摘要 0 1 绪论 3 1.1 课题研究的目的及意义 3 1.2 课题研究的内容 4 1.3 课题研究的思路分析 4 2发电机检测控制系统的总体设计 6 2.1 发电机检测控制系统的工艺分析 6 2.2可编程控制器的介绍及选型 6 2.2.1可编程控制器的结构 7 2.2.2 可编程控制器的接口电路 7 2.2.3可编程控制器的选型 8 2.2.4 模拟量扩展模块的选型 9 2.3电流互感器的选型 9 2.4温度传感器的选型 10 2.5系统方案的确定 10 3发电机检测控制系统的硬件图纸设计 11 3.1 硬件设计的思路分析 11 3.2主电路的接线设计 11 3.3 I/O分配设计 12 3.3可编程控制器的接线设计 13 3.4模拟量扩展模块的接线设计 15 4发电机检测控制系统的软件程序设计 17 4.1程序设计流程的分析 17 4.2 STEP7编程软件的介绍 17 4.3程序的设计及分析 18 4.3.1系统硬件组态的设计 18 4.3.2系统的符号表设计 18 4.3.3模拟量转换控制 19 4.3.4 FC1调用程序设计 21 4.3.5合闸及分闸控制的程序设计 22 4.3.6报警控制的程序设计 23 5系统的仿真设计 24 总结 30 致谢 31 参考文献 32 1 绪论 1.1 课题研究的目的及意义 本课题对发电机检测控制系统进行PLC控制设计，研究对象为发电厂的四极发电机，该发电机运行状态的好坏直接关系到发电厂的工作效率以及发电质量的稳定性。发电机的重要参数包括输出电压、各相输出电流、发电机温度、发电机转速、发电机润滑压力、发电机冷却泵运行状态以及冷却水位状态等。对这些重要参数进行监控，可以随时了解发电机当前的工作状态，并根据异常情况提前预知，制定管理方案，保证发电厂正常生产和运行。 发电机检测控制系统设计采用可编程控制器进行程序控制，达到系统工艺控制的目的。在详细了解控制系统的工艺要求的基础上，采用可编程控制器进行系统的硬件设计和软件编程调试，通过程序流程的思路和编程技巧达到系统的工艺目的。可编程控制器可靠性能高、抗干扰性强、经济实用、功能完善、体积小巧、扩展性好等优点，是现代工厂控制系统设计的最佳选择。以往的继电器-接触器电路由于接线线路复杂，电器元件使用较多，触点容易老化，故障排查和解决比较困难，可靠性低等缺点，没法满足现代控制系统的使用要求。根据本课题研究的工艺对象，采用可编程控制器进行系统设计，对本人大学学习期间的总结和实战，在认真学习可编程控制器的硬件手册和软件教程的基础上，完成图纸设计及程序编写和调试，达到系统的工艺要求。详细了解控制系统设计的步骤和方法，认真学习控制系统的调试思路和仿真方法，为后期的设计工作打下基础。 1.2 课题研究的内容 发电机是指将其他形式的能源转换成电能的机械设备，它由水轮机、汽轮机、柴油机或其他动力机械驱动，将水流，气流，燃料燃烧或原子核裂变产生的能量转化为机械能传给发电机，再由发电机转换为电能。本系统设计主要对发电机检测的电流、电压、温度、转速以及润滑压力等进行显示，并对出线侧的断路器进行合闸和分闸控制，对冷却泵进行启停控制，并对当前异常情况进行报警显示。 1.3 课题研究的思路分析 按照发电机检测控制系统的设计内容，详细分析该系统的具体工艺，对要实现的功能进行说明，并明确系统的输入控制部分和输出控制部分，确定控制策略，提出控制方案，对方案进行综合比较，选择最佳设计策略。按照系统选择的最佳策略进行总体分析设计，对可编程控制器进行具体型号选择，对传感器进行具体型号选择，以及其他的控制电气元件的型号。根据选择的设备电气元件型号详细分析总体设计方案，保证工艺控制的基本要求。硬件设计部分进行设计分析，明确硬件设计的基本要求，包括预留扩展、系统安全保护、以及电路的设计详细分析等，使用AUTO CAD软件完成系统的硬件图纸设计，并分析图纸接线的具体设计。软件编程部分进行设计分析，为了方便系统设计和后期调试，进行系统I/O分配的设计，根据系统工艺控制策略以及硬件选型，进行程序流程的设计，详细考虑工艺功能的具体实现，按照程序流程，采用编程软件进行程序的设计编写，完成仿真调试，达到工艺设计的要求。 2发电机检测控制系统的总体设计 2.1 发电机检测控制系统的工艺分析 发电机作为发电厂非常重要的设备，该设备的运行状况直接关系到发电厂的生产运行。对发电机进行监控系统设计，主要对该发电机的输出电流、输出电压、发电机温度、转速以及润滑压力等进行显示，并对出线侧的断路器进行合闸和分闸控制，对冷却泵进行启停控制，并对当前异常情况进行报警显示。本系统主要对220KW的发电机进行监控系统研究，该发电机为4极发电机，同步转速1500转/分钟，输出频率为50HZ工频。 按照系统的设计对象进行以下分析： （1）系统分为逻辑控制和模拟量数据计算和转换控制。 （2）逻辑控制部分主要对发电机出线端的断路器进行控制，断路器分为主断路器和备用断路器，采用外部按钮进行断路器的合闸和分闸。 （3）发电机的冷却是保证发电机正常稳定运行的重要措施，系统采用循环水冷的方式进行发电机冷却，对冷却泵进行外部按钮启停控制。并对水箱水位进行检测，当水位低于低限位时，发出报警信号。 （4）对发电机的输出电流、输出电压、发电机温度、转速以及润滑压力等进行显示。当发电机温度大于70摄氏度时，发出报警信号；当发电机转速超过1550转/分钟时，发出报警信号；当润滑压力低于4Mpa时，发出报警信号。 2.2可编程控制器的介绍及选型 可编程控制器主要应用于工业控制环境，是一种通过数字运算和逻辑控制操作的电子系统。可编程控制器通过专用的编程软件进行设备组态和工艺程序的编制，来实现工业现场逻辑控制运算、顺序功能控制、时间控制、计数控制以及各种数据计算和控制，达到工业现场系统自动化、智能化的工艺控制目的。可编程控制器将先进的自动化控制技术、计算机硬件和软件技术、通信科学技术等多领域的学科融为一起，形成强大的电子控制产品。就当前工业自动化发展趋势而言，可编程控制器是最重要、能够在各种场合下实现控制的工业工控产品。 2.2.1可编程控制器的结构 （1）中央处理单元 中央处理单元也称为CPU，是可编程控制器的“大脑”，CPU可以进行电源自检、硬件组态自检、存储器调用、I/O点的状态调用等。当可编程控制器处于运行状态时，CPU通过循环扫描的方式将现场的信号数据接收，存入相应的输入映象区，然后按照用户编写的程序进行扫描执行程序，将程序运算的结果输出到输出映象区。CPU不断地循环扫描执行程序，直到可编程控制器处于停止状态。CPU的运行速度是非常重要的硬件参数，该参数往往决定着可编程控制器的指令处理能力，I/O数量的计算和软件程序的容量等。 （2）存储器 存储器分为系统存储器和用户存储器，系统存储器主要存放CPU系统的程序，该程序不为用户使用，是可编程控制器的内部程序。而用户存储器可以存放用户编写的应用程序，在可编程控制器运行过程中，用户存储器随时调用参数，达到系统命令执行的目的。 （3）通信接口 通信接口是可编程控制器必不可少的接口，常用的接口有MPI接口，DP接口，以太网接口、RS-232接口/RS-485接口等。可编程控制器通过这些接口可以连接上位机、仪表、变频器等其他单元。 （4）电源 可编程控制器为内部电子系统提供工作电源，为整个系统的稳定安全运行起着非常重要的作用，通常使用的可编程控制器有AC220V交流电源和DC24V直流电源两种。 2.2.2