1、 学生开题报告书课题名称 编组站恒压供气的 PLC 控制设计系统课题来源 真实课题 课题类型 AX 导 师 甘方成学生姓名 贺雪峰 学 号 122 专 业 交通设备信 息工程开题报告内容: 一.简述设计的意义随着社会的发展和进步,高效低耗技术以愈来愈受人们的关注和提倡而现代化科技发展,特别是电子学、自动控制理论和计算机技术的飞速发展,铁路信号系统的电子化智能化程度也随之大幅提高。作为铁路基本的也是重要的生成单位编组站主要是对需改编列车进行解体并重新编组成新的列车再发出。到达编组站的改编货物列车,通常都要按照每辆车或几辆车组成的车组的不同去向先解车体,然后将同一去向的车辆集结重新编组成新的列车,
2、发往各自的目的地。为此编组站需要进行大量的调车作业,而调车作业的效率与安全除了与调车人员的技术水平和熟练程度有关外,主要取决于车站所采用的调车设备和技术设施。调车工作按使用的设备不同,通常分为牵出线调车和驼峰调车两种。1913 年世界第一台大能力调速工具车辆减速器的成功制造以及气刹制动系统的出现,驼峰调车技术日益成熟,在进行驼峰调车作业时,先由调车机将车列推向驼峰,当最前面的车组(或车辆)接近峰顶时,提开车钩,这时就可以利用车辆自身的重力,顺坡自动溜放到编组场的预定线路上,从而可以大大提高调车作业的效率。驼峰作为编组站的主要特征,是货车快速编解的重要设备,其作业效率的提高对编组站的工作质量和改
3、编作业效率具有极为重要的意义,而驼峰转辙设备的快速转动性,决定了驼峰溜放车辆的解体效率,其在安全性和可靠性上也要比普通道岔要求更加严格。我国在驼峰道岔上主要使用的 ZK2、ZK3、ZK3-A 及主要的 ZK4 型电空转辙机。ZK4 型电空转辙机是借助于压缩空气完成快速转换道岔、锁闭道岔和表示尖轨位置的设备。该型转辙机由天津铁路信号工厂自主设计生产,采用先进的气动元件及相关技术。它采用差压式自保换向阀作为整机的主要控制结构,消除了换向阀误动作的隐患;用电磁锁闭阀代替气动锁闭,克服了解锁时与动作杆卡阻的缺陷;采用组合式气源处理元件,克服了额定压力因振动而造成变化的缺点;采用双锁闭设计,即气缸的气锁
4、闭和电磁场锁闭,防止因泄漏或断气造成设备失控引发的故障。编组站常常通过空气压缩机的高压气体为动力源,来驱动电空转辙机和车体的减速器达到有效的车辆编组。通常高压空气的控制范围在 0.45-0.65Mpa 之间,高于上限压力空气压缩机常常停止,低于下限压力空气压缩机开始工作。因此现采用基于 PLC 和变频器控制技术,来实现恒压供气控制系统,以节省电能同时改善空气压缩机性能、提高供气品质。二.综述调研和查阅的有关资料恒压供气系统是铁路的车辆部门、编组站等的重要动力设备,其空压机组的运行方式恰当与否,对安全生产和节约能源都有十分重要的意义国内铁路系统驼峰空压机组有近千余套,绝大部分都是传统的继电器控制
5、。而传统的空压机,普遍采用简单的进气阀开、关控制方式通过压力调节器自动调节系统压力,即当压力传感器检测到供气系统中气压不足时,就会启动空压机进行补气工作;当检测到气压达到预设极限值时,就会通过控制开关辅助接点,停止空压机进行补气工作。空压机在整个补气过程中,始终处于恒转矩负载运行控制模式。随着供气系统中气压逐步上升,空压机的负载量也越来越小。空压机会从下限刚启动补气的满载运行状况,逐步转向快要达到上限值的轻载运行状况,这样在供气系统中用气量不断波动下,空气机负荷量也随之变化频繁。这样不仅造成供气压力波动较大,对实际高效稳定生产带来巨大不利;同时在空压机控制系统设计时,其配套电动机的容量富裕量一
6、般偏大,在长时间的连续运行过程中,会造成电能资源不能合理的、节能性使用,使得整个系统运行成本增高,从而降低了编组站的综合经济效益和编组效率,且安全性能差。在变频控制和节能理念的基础上,设计用于空压机参数采集、变频控制的硬件设备和微机自动控制软件系统,结构上采用工业计算机 IPC 作为主控机、PLC 为空压机逻辑控制机的两级控制结构,采用变频工频交互并联运行方式,可靠的电气连锁保障其电气安全性,通过变频器对电动机进行全功能保护 在控制策略方面,采用模糊 PID 控制系统根据恒压供气系统的使用情况,采用变频调速和模糊控制技术对 PID 的参数进行在线自整定,根据系统状态快速调整供气系统的工作压力,
7、达到恒压供气的目的设备出口的压力变送装置,将实际运行中的压力信号变换成标准电信号输入给 PID 调节器,与设定信号进行比较,经比例、积分、微分计算等处理,得出最佳控制参数来控制变频调速器节能输出,从而控制电动机转速拖动空压机按实际用气量和压力的要求变频调速节能运行 在控制系统设计方面,微机控制系统是当前工业控制领域广泛采用的控制技术,以工控机为控制核心,配以必要的AD、DA 板、PLC 、组态软件组成的智能控制及实时多参数采集系统,且采用 PLC 对空压机组和冷却系统的启动、停止进行逻辑顺序控制及报警处理系统的软件在 windows 平台上以工业组态软件的要求为基础,来实现供气压力的稳定,提高
8、系统的工作稳定性和供气品质,有效的降低启动电流对系统的冲击,改善空压机的综合运行环境及整个供气系统的自动化程度。三.提出完成任务的设想与途径,即提出总体方案在气体或液体输送场合,常常要求保持所送出的气体或液体为一个恒定的压力值,这就是恒压控制。空气压缩机供气系统以调速方式运行其恒压控制原理如下图所示:n变频器e=SV-PVf管网压力PID 电动机 空压机 管网压力传感器设定压力SV u+PV-图一 恒压控制原理框设定压力 SV 是工艺要求值,在 PID 上用按键输入此值,它是希望保持的管网压力值,管网上安装的压力传感器把实际压力 PV 输送到 PID 的检测量模拟输入端,PID 比较误差 e
9、的正负,如 e 为正,说明实际压力 PV 小于设定值 SV,PID 的输出 u 增大,变频器的输出增加,电机转速 n 上升,实际压力值上升,当 PV 等于 SV 时,电动机转速停止上升,管网压力 PV 维持在设定值 SV,当误差 e 为负时,说明管网实际压力 PV 高于设定值 SV,当 PV 等于 SV 时,电动机转速停止降低,管网压力 PV 维持在 SV。因此由压力传感器从贮气罐取出压力反馈信号,送至微电脑控制器内部 PID 调节器与预置的压力给定信号相比较,经微电脑控制器 CPU 处理后的综合信号接至变频器,从而决定电动机的工作频率和转速。此种控制方式在保证压缩空气的压力始终保持恒定的前提
10、下,在轻载时降低电动机转速,保持高效率运转,实现节能。通常高压空气气压的控制范围在 0.45-0.65Mpa 之间,可以设定压力为0.50Mpa。当启动微电脑控制器后,会使第 1 台电机启动(软件自动检测使停机时间最长的那台为第 1 台) ,这时气压会上升;若电机已运行到最高速后,压力还未到 0.50Mpa,则会自动使第 2 台电机启动,直到压力达到0.5Mpa 为止。当所用气不多,而使压力超过 0.50Mpa 时,变频器自动调节电机转速,以使气压保持在 0.50Mpa。当电机慢到一定程度,气压还高于0.50Mpa 时,微电脑控制器会使第 1 台电机停止运行,同时,第 2 套电机会逐渐调速,直
11、到压力稳定在 0.50Mpa 为止。由于变频系统总能使空压机工作在合适的转速上,输出合适的轴功率,空压机在达到稳压的同时,也达到了节能的目的。 方法及预期目的:一.方法利用 PLC 通过变频器进行控制,PLC 实时监控供气管网并与设定值比较,经过 PID 运算输出电流(或电压)信号,控制变频器的输出及频率,调节空压机电机的转速升高或降低,以维持管网压力,当供气需求量大时,供气管网压力降低,变频器的输出频率不断增加,供气量增大。当变频器输出频率升到工频 50Hz 仍不能满足供气要求时,当前空压机由变频投入到工频工作,然后启动性的空压机变频工作,以满足当前供气量大的需求。当用气量变少时,供气管网压
12、力升高,PLC 控制变频器的输出频率减少,空压机出气量减少,压力进而降低,直到输出压力稳定在设定值。当输出频率降低到设定最低运行频率时,若压力仍然较高,则 PLC 将当前运行的工频空压机自动切断,以达到稳定供气管网压力的目的。采用该方案后空压机电机从静止到旋转工作可由变频器来启动,实现了软启动,避免了启动冲击电流和启动给空压机带来的机械冲击。二.预期目的1.通过对 4 台空压机进行自动变频调速控制,稳定总管网的气压,达到恒压供气之目的,实现监控总管网出口气压,确保机组正常运行。2.把 4 台空压机全部纳入变频自动控制系统,使其进行自动切换,循环工作。3.根据总管压力,系统自动判断开停空压机的数
13、量和大小,并自动开停机。4.全部机组实现软启动,降低启动电流和对电网及机械的冲击,延长主设备的使用寿命。5.具备自动和手动双功能,故障情况下仍能够手动操作供气,保证供气不间断。6.供气可以根据具体情况随时进行参数修改,操作简单。7.降低电耗,节约供气成本。8.通过调节开、停机组数量和变频调速器的转速,达到调节总管网气压的目的,稳定供气压力。9.恒压供气确保管网不受压力变化的冲击,延长管网的使用寿命,降低维修成本。参考文献1姚来福,孙鹤旭.变频器.PLC 及组态软件实用技术速成教程M.北京:机械工业出版社,2010 .2徐占国,郑凤翼.图解触摸屏.PLC.变频器综合应用工程实践M.北京:电子工业出版社,2010 .3史颂平,梁春生.变频调速智能控制节能技术M.贵阳:贵州科技出版社,2010 .4薛树群.变频器在空气压缩机上的应用J.变频器世界,2006 .5姚福来.用于工业控制器和组态软件的水泵风机运行效率控制方法;中国,.9P.2004-08-18 .6吴芳梅.编组站调车自动控制M.北京:中国铁道出版社,1995 .课题类型:(1)A工程设计;B技术开发;C软件工程;D理论研究;(2)X真实课题;Y模拟课题;Z虚拟课题(1) 、 (2)均要填,如 AY、BX 等。