课程设计报告-螺杆式冷水机组监控系统设计.doc

能源与动力工程学院课程设计报告题目： 螺杆式冷水机组监控系统设计 专 业: 建筑环境与设备工程 姓名: 学 号: 小组成员： 时 间：2016.12.122016.12.31 指导教师： 完成日期：2016年12月 31日 1、目录2、正文1）第一章 系统设计方案设计2）第二章 PLC设计与硬件选型3）第三章 软件设计4）第四章 现场测试5）第五章 总结6）附录目录第一章 系统的方案设计(1)1.1总体要求1.2功能要求1.3电气控制电路图1.4总体方案第二章 PLC设计与硬件选型(5)2.1 PLC介绍2.2 PLC的发展趋势2.3.1PLC选型以及设置2.4程序建立及设置2.5PLC I/O点的分配2.6 主要程序示意图2.7 硬件模块选择第三章 软件设计(16)3.1软件平台介绍3.2 软件程序设计3.2 设备窗口设置第四章 现场测试(20)4.1 现场调试检测大纲4.2 现场测试具体内容总结(25)附录(27)第1章 系统的方案设计1.1 总体要求用压力控制方式来实现活塞式制冷机组的启停、能量调节及异常保护。1.2 功能要求1、启停控制2、能量调节控制3、保护控制1.3 电气控制电路图图1.1 螺杆式制冷系统电气控制电路图1.4 总体方案1.4.1启动控制：由接触器KE和时间继电器KT等实现控制。1.4.2能量调节控制：能量调节是由温度继电器、电磁阀和卸载机构等组成。1.4.3保护控制： 1、压缩机排气压力过高保护。 2、压缩机吸气压力过高保护。 3、排气温度过高保护。 4、冷水低温保护。 5、润滑油温度过低保护。 6、冷水流量保护。 7、压缩机高温保护具体如表： 螺杆式水冷机组电气控制功能要求以及检测项目序号检测项目理想功能功能检验要求备注1冷水机组的非电量保护压缩机排气压力过高保护压力继电器SPH1、SPH2，当压力大于2.2MPa断开，小于1.6MPa接通MCGS显示及PLC上操作压缩机吸气压力过低保护压力继电器SPL1、SPL2，当压力大于0.5MPa接通，小于0.25MPa断开MCGS展现及PLC上操作电动机高温保护电动机定子的温度继电器STR1、STR2当电动机绕组温度高于115断开MCGS展现及PLC上操作压缩机润滑油保护当润滑油温度高于110时，温度继电器ST01、ST02闭合MCGS展现及PLC上操作润滑油温控制油温低于110启动RO1、RO2加热、高于140断开RO1、RO2加热MCGS展现及PLC上操作冷水低温保护冷水管道温度传感器ST，当温度低于2.5闭合，使KA4接通，事故继电器断电，温度高于5.5恢复MCGS展现及PLC上操作冷水流量保护有流量时SR启动，冷水机组启动MCGS展现及PLC上操作2水冷机组的启动M1、M2星形启动以及电子继电器KTKT1启动后60Skt11启动；KT1启动65s后KT12启动；KT1启动90s后KT13启动。KT2启动后120Skt21启动；KT2启动125s后KT22启动；KT2启动150s后KT23启动。PLC展示3节能控制（温度调节器）关于温度控制调节器KE的能量控制回水温度在8以上时总负载100%，78为75%，67为50，56为25%，5以下为0。其中YV22亮时M2只有50%负载，YV12亮时M1只有50负载。MCGS展现及PLC上操作1.4.4总体方案 上位机MCGS：用于实时监控制冷机组内温度、压力，以及电动机运行状态，并控制PLC中相关继电器的接通闭合以实现电动机启动及压缩机运行、卸载。 下位机PLC：编辑系统的自动调节线路，采集收集的数据，设定延时时间。 系统设计构架图：图1.2 系统设计构架图表：表 1.1 系统输入输出信号表序号信号名称信号类型数量1排气压力AI22润滑油温度AI23吸气压力AI24绕组温度AI25冷水流量AI16冷水温度AI17冷回水温度AI1第2章PLC设计与硬件选型2.1 PLC介绍 PLC控制系统，Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器，一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。是工业控制的核心部分。 自二十世纪六十年代美国推出可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）取代传统继电器控制装置以来，PLC得到了快速发展，在世界各地得到了广泛应用。同时，PLC的功能也不断完善。随着计算机技术、信号处理技术、控制技术网络技术的不断发展和用户需求的不断提高，PLC在开关量处理的基础上增加了模拟量处理和运动控制等功能。今天的PLC不再局限于逻辑控制，在运动控制、过程控制等领域也发挥着十分重要的作用。 在制造工业中存在大量的开关量为主的开环的顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作号按照时序动作;另外还有与顺序、时序无关的按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制;以及大量的开关量、脉冲量、计时、计数器、模拟量的越限报警等状态量为主的-离散量的数据采集监视。由于这些控制和监视的要求，使PLC发展成了取代继电器线路和进行顺序控制为主的产品。PLC厂家在原来CPU模板上提逐渐增加了各种通讯接口，现场总线技术及以太网技术也同步发展，使PLC的应用范围越来越广泛。 PLC具有稳定可靠、价格便宜、功能齐全、应用灵活方便、操作维护方便的优点，这是它能持久的占有市场的根本原因。 PLC控制器本身的硬件采用积木式结构，有母板，数字I/O模板，模拟I/O模板，还有特殊的定位模板，条形码识别模板等模块，用户可以根据需要采用在母板上扩展或者利用总线技术配备远程I/O从站的方法来得到想要的I/O数量。 PLC在实现各种数量的I/O控制的同时，还具备输出模拟电压和数字脉冲的能力，使得它可以控制各种能接收这些信号的伺服电机，步进电机，变频电机等，加上触摸屏的人机界面支持， PLC可以满足您在过程控制中任何层次上的需求。2.2 PLC的发展趋势 随着PLC应用领域日益扩大，PLC技术及其产品结构都在不断改进，功能日益强大，性价比越来越高。在产品规模方面，向两极发展。 一方面，大力发展速度更快、性价比更高的小型和超小型PLC。以适应单机及小型自动控制的需要。另一方面，向高速度、大容量、技术完善的大型PLC方向发展。随着复杂系统控制的要求越来越高和微处理器与计算机技术的不断发展，人们对PLC的信息处理速度要求也越来越高，要求用户存储器容量也越来越大。（2）向通信网络化发展 PLC网络控制是当前控制系统和PLC技术发展的潮流。PLC与PLC之间的联网通信、PLC与上位计算机的联网通信已得到广泛应用。目前，PLC制造商都在发展自己专用的通信模块和通信软件以加强PLC的联网能力。各PLC制造商之间也在协商指定通用的通信标准，以构成更大的网络系统。PLC已成为集散控制系统（DCS）不可缺少的组成部分。（3）向模块化、智能化发展 为满足工业自动化各种控制系统的需要，近年来，PLC厂家先后开发了不少新器件和模块，如智能I/O模块、温度控制模块和专门用于检测PLC外部故障的专用智能模块等，这些模块的开发和应用不仅增强了功能，扩展了PLC的应用范围，还提高了系统的可靠性。（4）编程语言和编程工具的多样化和标准化多种编程语言的并存、互补与发展是PLC软件进步的一种趋势。PLC厂家在使硬件及编程工具换代频繁、丰富多样、功能提高的同时，日益向MAP(制造自动化协议)靠拢，使PLC的基本部件，包括输入输出模块、通信协议、编程语言和编程工具等方面的技术规范化和标准化。2.3.1PLC选型以及设置根据系统的功能要求及性能指标，系统此次采用的是创恒TIFS700的PLC设备。其主要特点如下：符合IEC-61131-3 标准支持LD/FB/SFC/IL/ST控制语言图形化编程界面跨语言编译兼容性支持浮点运算支持AI/AO/DI/DO/计数器功能强大的调试工具内建Modbus/TCP 主站和从站最多支持128个的本地I/O点处理典型的32个Modbus/RTU远程模块在Ladder Diagram语言中支持超过9000个 coils支持3个串行端口，包括1个RS-485端口，2个RS-232/485端口系统控制线路图图2.3逻辑线路图2.4程序建立及设置打开编辑程序MULTIPROG,新建一个工程选中ADAM5510KW，入下图所示：图2.4新建工程设置程序的输入输出模块：（1） 右击IO_Configuration选项，选择“打开工程单”。图2.5（2） 单击INPUT,并选择添加。设置如下：图2.62.5PLC I/O点的分配表2.3主要I/O点分配2.6 主要程序示意图2.7 硬件模块选择2.6.1 TIFS700 系统 CI710 做 Modbus 从站配置TIFS700 是由山东创恒科技发展有限公司独立研发的一套中大型 PLCDCS 系统，经历多年的实践已经形成了一套完整的控制系统，系统技术成熟，支持Profibus DP、Modbus、ProfiNet 等多种通讯，Profibus DP 从站支持所有具有 Profibus DP 主站功能的 PLCDCS 系统。在 TIFS700 系统中 CI710 通讯模块可作为一个独立的 Modbus 从站与第三方 Modbus 主站及支持 Modbus 主站驱动服务器的上位机通讯。本章节内容主要介绍对 TIFS700 系统的 MODBUS 从站进行访问的技术性文档。（1）TIFS700 系统 MODBUS 从站结构如上图所示的 MODBUS 从站示例图，最左侧模块为 MODBUS 从站通讯模块（CI710），该模块顶板有两个拨码开关，用于设置该从站的地址，地址范围为199。模块底座设有两个三联端子，分别接 DC24V 电源和RS485+(A),RS485-(B)。 CI710 的后面可以挂接各种类型的 IO 模块，该系统最大可以挂接 15 个 IO 模块，型号顺序没有要求。（2）MODBUS 寻址说明支持的 MODBUS 指令功能码功能码名称Modicon 地址通道类型注释01读线圈1:xxxxDI读位03读保存寄存器3:xxxxAI读字05写单个线圈0:xxxxDO写位06写单个寄存器4:xxxxAO写字注：0 表示线圈，4 表示寄存器，xxxx 表示范围 1-1000（十进制），线圈和寄存器各有独立的逻辑地址范围就是 1-1000，0、4 并不具备物理上的意义，不参加实际的寻址。通道地址映射方法所有插入的 IO 模块，开关量模块和模拟量模块组态的通道数量进行映射。映射方式分为四种读取 DI(1xxxx),写 DO（0xxxx）,读 AI(3xxxx)，写 AO(4xxxx),所有的寄存器地址均是从 1 开始所以映像地址需偏移一个单位。例如: 第一模块为 DI710（16 通道的数字量输入模块）第二模块为 DO710（16 通道的数字量输出模块）第三模块为 AI710（8 通道的模拟量输入模块）第四模块为 AO710（8 通道的模拟量输出模块）第五模块为 DI710（16 通道的数字量输入模块）1#DI1-1#DI16 对应的映像地址为 10002-100172#DO1-2#DO16 对应的映像地址为 00002-000173#AI1-3#AI8 对应的映像地址为 30002-000094#AO1-4#AO8 对应的映像地址为 40002-400095#DI1-5#DI16 对应的映像地址为 10018-10033第三章 软件设计3.1软件平台介绍MCGS(Monitor and Control Generated System，监视与控制通用系统)是北京昆仑通态自动化软件科技有限公司研发的一套基于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，可运行于Microsoft Windows 95/98/Me/NT/2000/xp等操作系统。具有功能完善、操作简便、可视性好、可维护性强的突出特点。通过与其他相关的硬件设备结合，可以快速、方便的开发各种用于现场采集、数据处理和控制的设备。用户只需要通过简单的模块化组态就可构造自己的应用系统，如可以灵活组态各种智能仪表、数据采集模块，无纸记录仪、无人值守的现场采集站、人机界面等专用设备。MCGS的主要和基本功能如下：1.简单的可视化操作界面2.实时性强、良好的并行处理性能3.丰富、生动的多媒体画面4.开放式结构，广泛的数据获取和强大的数据处理功能5.完善的安全机制6.强大的网络功能7.多样化的报警功能8.实时数据库为用户分步组态提供极大方便9.支持多种硬件设备，实现“设备无关”10.控制方便复杂的运行流程11.良好的可维护性和可扩充性12.用数据库来管理数据存储，系统可靠性高13.设立对象元件库，组态工作简单方便14.实现对工控系统的分布式控制和管理3.2 软件程序设计3.2.1 界面设计根据程序设计，设定相应的参数，设计界面。3.3 设备窗口设置 打开界面的上的设备窗口，并进行设备的添加。（1） 双击设备窗口 设备窗口（2） 添加通用串口父设备和MODBUS_RTU,双击通用串口父设备进行如图设置：通用串口父设备（3） 双击MODBUS_RTU进行如下设置： （4） 点击设置设备内部属性，进行通道添加并连接变量。第四章现场测试4.1 现场调试检测大纲螺杆式水冷机组电气控制功能要求以及检测项目序号检测项目理想功能功能检验要求备注1冷水机组的非电量保护压缩机排气压力过高保护压力继电器SPH1、SPH2，当压力大于2.2MPa断开，小于1.6MPa接通MCGS显示及PLC上操作压缩机吸气压力过低保护压力继电器SPL1、SPL2，当压力大于0.5MPa接通，小于0.25MPa断开MCGS展现及PLC上操作电动机高温保护电动机定子的温度继电器STR1、STR2当电动机绕组温度高于115断开MCGS展现及PLC上操作压缩机润滑油保护当润滑油温度高于110时，温度继电器ST01、ST02闭合MCGS展现及PLC上操作润滑油温控制油温低于110启动RO1、RO2加热、高于140断开RO1、RO2加热MCGS展现及PLC上操作冷水低温保护冷水管道温度传感器ST，当温度低于2.5闭合，使KA4接通，事故继电器断电，温度高于5.5恢复MCGS展现及PLC上操作冷水流量保护有流量时SR启动，冷水机组启动MCGS展现及PLC上操作2水冷机组的启动M1、M2星形启动以及电子继电器KTKT1启动后60Skt11启动；KT1启动65s后KT12启动；KT1启动90s后KT13启动。KT2启动后120Skt21启动；KT2启动125s后KT22启动；KT2启动150s后KT23启动。PLC展示3节能控制（温度调节器）关于温度控制调节器KE的能量控制回水温度在8以上时总负载100%，78为75%，67为50，56为25%，5以下为0。其中YV22亮时M2只有50%负载，YV12亮时M1只有50负载。MCGS展现及PLC上操作4.2 现场测试具体内容：一、星形启动（保护启动）二、能量调节（0%、25%、50%、75%、100%）总结通过这次课程设计，让我更加深刻了解课本知识，和以往对知识的疏忽得以补充，在设计过程中遇到一些模糊的公式和专业用语经过这次设计，都一一得以解决，我相信书中还有很多我为搞清楚的问题，但是这次的课程设计给我相当的基础知识，为我以后工作打下了严实的基础。虽然这次课程是那么短暂的3周时间，我感觉到这些天我的所学胜过我这一学期所学，这次任务原则上是设计，其实就是一次大的作业，是让我对课本知识的巩固和对基本公式的熟悉和应用，计算力学和运动学及预选电动机过程中的那些繁琐的数据，使我做事的耐心和仔细程度得以提高。课程设计是培训学生运用本专业所学的理论知识和专业知识来分析解决实际问题的重要教学环节，是对三年所学知识的复习和巩固。同样，也促使了同学们的相互探讨，相互学习。因此，我们必须认真、谨慎、踏实、一步一步的完成设计。如果时间可以重来，我可能会认真的去学习和研究，也可能会自己独立的完成一个项目，我相信无论是谁看到自己做出的成果时心里一定会很兴奋。此次设计让我明白了一个很深刻的道理：团队精神固然很重要，担人往往还是要靠自己的努力，自己亲身去经历，这样自己的心里才会踏实，学到的东西才会更多。课程设计是一个重要的教学环节，通过课程设计使我们了解到一些实际与理论之间的差异。通过课程设计不仅可以巩固专业知识，为以后的工作打下了坚实的基础，而其还可以培养和熟练使用资料，运用工具书的能力，把我们所学的课本知识与实践结合起来，起到温故而知新的作用。课程设计诚然是一门专业课，给我很多专业知识以及专业技能上的提升，同时又是一设计课，给了我许多道理，给了我很多思考，给了我莫大的空间。同时，设计让我感触很深。使我对抽象的理论有了具体的认识。在课程设计过程中。我们要比较系统的了解矿井运输提升的设计中的每一个环节，包括从总体设计原则，本次设计综合这学期所学的专业课程，以任务要求书为中心，参照有关资料，有计划有头绪、有逻辑地把这次设计搞好！总之，这次课程设计使我收获很多、学会很多、比以往更有耐心很多。感谢老师给我们这次课程设计的机会，最真