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模拟量设计同步控制系统--厦门PLC培训

更新时间:2013-04-17 09:17:51点击次数:1269次字号:T|T
模拟量设计同步控制系统--厦门PLC培训

模拟量设计同步控制系统--厦门PLC培训

案例为3台水闸23160 KN液压起闭机。这3台液压起闭机共用一个液压泵站和一套电气控制系统,为三机一站控制方式。3台液压机不同时工作闸门是双吊点平板闸门。每套闸门分别由两只液压缸与闸门的两个吊耳相联,2只液压缸同步驱动。液压缸最大行程3.3 m。2只液压缸的同步精度为10mm,采用了模拟量同步控制方式。
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同步系统设计

每套闸门的2只液压缸上各装有1只传感器,闸门上下运行时通过传动机构带动传感器旋转,传感器输出与闸门开度相对应的4~20 mA模拟量。电气控制上采用了PLC,2个吊点的模拟量信号通过屏蔽电缆分别送到PLC模拟量输入端,闸门的开度值通过模拟量输出端送至数显仪表显示。液压系统上除了正常启闭控制的电磁阀外,每套闸门还设有2只电磁换向阀与截流阀并联在一起,通过电磁换向阀的接通与断开来改变进油量,用于同步控制。PLC为西门子S7—2 1 5型,配置点数为48点,其中模拟量配置为6 AI/2 AO。每台液压机占用2个模入点。
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控制精度计算

1.控制系统精度

选用西门子EM235 3AI/1AO模拟量输入输出扩展模块2件。输入特性为0~20 mA时,数据字格式为0~32 000。它的输入分辨率为0.025%全量程。所以:对于20 mA电流量的分辨率为20×103×0.025%μA=5μA,对于32 000个数据字的分辨率为32 000×0.025%=8。也就是说采样值每次跳变在电流上改变5μA,在数值上改变8个。
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2.设计精度

1)液压起闭机所配传感器输出4~20 mA模拟量信号,对应闸门位置为0~3 300 mm。所以全行程控制精度为

(20 mA一4 mA)X 1 0—-3/3 300mA/mm

=0.004 85 A/mm=4.85μA/mm (1)

即电流量的分辨率可以达到  厦门PLC培训找厦门铖毅自动化培训


5μA /4.85(μA/mm)=1.03 mm

2)当输入电流为0--20 mA时,对应的数据字为0~32 000,那么,当输入电流为4~20 mA时,对应的数据字为32 000/20=1 600,即6400~32 000,所以全行程控制精度为 (32 000—6400)/3 300 mm=7.75 8 mm (2)

数据字分辨率也可以达到

8/7.758(mm)=1.03 mm

由式(1)、(2计算结果可以看出:电气系统可以

分辨出1.03mm的高程,所选用的EM235模块完全

满足1 0 mm的同步控制精度。 厦门PLC培训找厦门铖毅自动化培训

3.数据字与闸门高度之间的函数关系

D=[(32 000—6400)/3 300]H+6 400

=7.758 H+6 400 (3)

式中 H——闸门开启高度(mm)

D——数据字

式(3)描述了闸门高度与数据字之间的函数关系,在控制系统的编程中用此公式可方便地计算出诸如充水小开度、上下极限、下滑回升点等所要控制的任意高度数据字。 厦门PLC培训找厦门铖毅自动化培训


4.电流与数据字之间的函数关系

I=D/(32 000/20)mA=D/1 600 mA (4)

设备在工厂内进行模拟试验时,用式(4)给出与数据字相对应的电流量进行试验。

控制流程

闸门运行时带动2只传感器转动,传感器将闸门2个吊点的高度值以4~20 mA模拟量形式分别输入到EM235输入端。通过编程软件控制CPU分别对每个输入点循环往复不间断地进行采样,同时将采集的数据进行累加、运算和比较。当结果的绝对值>50 mm时,PLC输出调整指令,液压缸上电磁换向阀带电打开,将截流阀旁路掉,使滞后液压缸有杆腔的进油量加大,随着进油量的增加滞后液压缸运行速度开始加快,两只液压缸的行程差开始减小。并逐渐趋于同步。当比较结果的绝对值<10 mm时,PLC输出调整结束指令,电磁换向阀失电关闭截流阀又重新起作用,一个同步调整过程结束。
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电液系统按1对3配置,因此液压系统的设计和选型以1、3号闸门为主,兼顾2号闸门。由于2号闸门的宽度大于1、3号闸门,其重量也远远大于1、3号闸门,它在自重下即可缓慢关闭,因此2号闸门在关闭过程的同步调整与其他2闸门也是不相同的。当2液压缸高程差>50 mm时,滞后液压缸的进油量开始加大,按理说2液压缸应该开始趋于同步,但是由于闸门的重量不同,有时会出现无杆腔进油不足而使行程差继续加大现象,如不及时采

取措施将导致液压缸的无杆腔出现真空,液压系统变得不稳定,使闸门剧烈地抖动起来,这对安全运行极为不利。因此,当出现进油不足而使行程差继续加大至80 mm时,将闸门由下降状态改变为提升状态,让闸门在提升过程中进行同步调整,两只液压缸同步后又自动转为下降状态,通过这种方法弥补了液压系统的不足,2号闸门在闭门的全行程中大约会出现2次这种调整状态。 厦门PLC培训找厦门铖毅自动化培训


设计要点

1)PLC的运算速度非常快,但是电磁阀的动作时间远远不及PLC,因此软件上设计上应尽量避免频繁同步调整。在实际运行中,有时液压系统的冲击会造成瞬间速度波动。经过一段运行后速度会趋于稳定,它不是真正意义上的不同步。因此在设计上采用多次采样取其平均值的方法来避免冲击峰值。每次采样时间和数量根椐需要可以任意设置,此次设计的采样的时间为10 ms/次。每10次为一个循环。当2只液压缸的差值>50 mm时,考虑了一个缓冲时间,使其延时0.5 s之后再去驱动电磁换向阀,以此来减少调整的次数。

采用矫枉过正的调整方法。设液压缸位置A和液压缸位置B,当| A—B|>50 mm时调整开始,| A—B|<1 0 mm调整结束时,在设计上采用了| A—B|<10 mm控制方法,使调整区间变大而精度并未降低,以此来延长调整时间,并减少调整的次数。 厦门PLC培训找厦门铖毅自动化培训
2)硬件上抗干扰。模拟量在受到干扰后,使采集的数据变得极不稳定,导致整个液压系统无法正常运行,这种干扰主要来自以下几个方面:①电源的电气噪声干扰。在PLC的电源端加一只带屏蔽层的隔离变压器,以隔离掉外部电源的干扰信号。②输入端的电气噪声干扰。从传感器到EM23 5的电缆,必须采用带屏蔽层的双绞线,电缆的屏蔽层在柜体上进行单点接地,以抑制来自现场设备和线路的干扰。③不正确的接地干扰。应将EM235的M端CPU电源M端、隔离变压器的屏蔽层以及电缆的屏蔽层联接在一起单独接地,不能和控制柜供电电源的中性线联在一起,也不能和电源接地线联接在一起。在接地电阻<20 Ω时设备即可稳定运行。④柜内布线不合理。模拟量信号电缆应尽量独立走线,不能和动力电缆布置在一个走线槽内。

在工地安装调试时多次人为造成两液压缸的误差,以此来检验其同步控制功能。这套液压起闭机已安装运行了多年了,电气系统稳定运行良好,还可以弥补液压系统的不足。
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