毕业设计
（英文资料翻译）
英文题目： 1. Supervision of control valve characteristics using PLC and creation of HMI by SCADA
2. Development of a Measurement and Control System for a 40 l/h Helium Liquefier based on Siemens PLC S7-300
中文题目： 1. 使用PLC监控控制阀特性并通过SCADA创建HMI
2. 基于西门子PLC S7-300的40 l / h氦气液化仪测控系统的开发
使用PLC监控控制阀特性并通过SCADA创建HMI
Sayantan Dutta(1), Anusree Sarkar(2), Kaushik Samanta(3), Rishabh Das(4), Apurba Ghosh(5)
(1)-(3)毕业生，应用电子与仪器工程系UIT，BU
(1)info_sayantan27@rediffmail.com , (2) anusree.sarkar1@gmail.com , (3)sonu08.12.1992@gmail.com
（4）毕业生，电气工程系UIT，BU
(4) das.rishabh92@gmail.com
（5）应用电子与仪器工程系副教授UIT，BU
(5)apurbaghosh123@yahoo.com
摘要 - 这里介绍的系统是一项实验研究，有助于控制控制阀的特性和开/关状态。 使用监控和数据采集（SCADA）开发了图形用户界面，并且使用可编程逻辑控制（PLC）完成了控制系统的编程。 本文中引入了一项描述性研究，以形成导致瓣膜特征变化的所有因素。 该系统清楚地说明了根据工业要求可能存在的三种阀门的打开和关闭。 系统的用户能够提供输入参数，以便有效地控制阀门。 该系统高效且具有成本效益，因为只有一个接口数字系统和PLC可以控制许多后续阀门。
关键词：控制阀，SCADA，PLC，阀门特性
I.引言
这里设计和描述的系统可以轻松监控控制阀特性。可编程逻辑控制器，PLC或可编程控制器是用于机电过程自动化的数字计算机[1] - [2]。与通用计算机不同，PLC设计用于多种输入和输出布置，扩展的温度范围，抗电噪声以及抗振动和抗冲击性。控制机器操作的程序通常存储在备用电池或非易失性存储器中。在我们的项目中，我们使用了SIEMENS S7-300 PLC [3]。描述和研究了PLC在控制系统中的应用[4]-[14]。该PLC用于在包括阀门的物理控制系统和其他过程以及SCADA窗口之间建立链接。
控制阀特性[15] - [17]是指通过阀门的体积流量F（Y轴）与阀门行程或打开位置m（X轴）之间的关系，因为阀门从其打开关闭位置到不同程度的开放。（符号m或Z在此用于表示阀门行程或打开位置，以％表示）。可以使用人机界面（HMI）屏幕将这些输入信号引入系统。我们在此描述的控制系统包括三种类型的控制阀。这些如下：
bull;线性阀门
bull;等百分比阀门
bull;快速打开或开关阀
该实验将通过控制水来完成。 上述三种阀门同时运行，也可单独运行，以观察流量的变化。 在系统公式化之前已经进行了理论和实践实验，以确定负责打开和关闭阀门的确切因素。 PLC能够将系统连接到计算机，还可以控制所有输入值并显示输出。 由于单个PLC站的大量输入，使用许多这种控制系统并通过一个屏幕控制它们是成本有效的。
II．系统设计说明
系统使用以下设备：
A.控制阀
B. IP转换器
C.马达/泵
D.空气过滤器调节器
E.可编程逻辑控制器
F. HMI
除此之外，该系统还使用转子流量计手动检查水流量。 PLC帮助用户向系统输入值，该值可以在P（比例），PI（比例 - 积分）或PID（比例 - 积分 - 微分）控制器下操作。
- 控制阀：
控制阀用于控制流量，压力，温度和液位等条件，通过完全或部分打开或关闭来响应从控制器接收的信号，比较“设定值”和“过程变量”，其值由 监测这种情况变化的传感器。
控制阀的打开或关闭通常由电动，液压或气动致动器自动完成。 定位器用于根据电动或气动信号控制执行器的打开或关闭。 这些控制信号传统上基于3-15psi（0.2-1.0bar），现在更常见的是工业用4-20mA信号，HVAC系统采用0-10V，以及“智能”系统，HART，现场总线协议和 Profibus是更常见的协议。
控制阀由三个主要部件组成，其中每个部件有多种类型和设计（图1）：
bull;阀门的执行器
bull;阀门的定位器
bull;阀门的阀体
图1.控制阀
- IP转换器：
电流 - 压力转换器，或简称I / P转换器，是过程控制中非常重要的元素。 通常，当我们想要使用低电平电流信号进行工作时，将4-20 mA电流转换为0.2至1 Kg /cmsup2;信号（3至15 psi）要容易得多。 这些转换器有许多设计，但基本原理几乎总是涉及使用挡板/喷嘴系统。 图2示出了构造这种转换器的简单方法。
图2. IP转换器的内部结构
- 电机/泵：
所用泵的功率为0.5马力，工作电压为210V AC。 它的速度是2750转。 该泵用于系统中以将水从蓄水池推向顶部蓄水池。
- 空气过滤调节器：
气动过滤器是一种从压缩空气流中去除污染物的装置。 这可以使用许多不同的技术来完成，使用捕获颗粒的“介质”类型，但允许空气通过文丘里管到达仅允许空气通过的膜。
图3.空气过滤器调节器
- 可编程逻辑控制器这用作系统的主要控制单元。
梯形逻辑预先写在非易失性存储器上。梯形逻辑在Siemens SIMANTIC经理中实现。根据这个逻辑，PLC做出决定。在我们的项目中使用了西门子S7-300。 S7-300可实现节省空间和模块化配置。在单层配置中，S7-300可支持256个I / O，以及多达1024个I / O的多层配置。在带PROFIBUS DP的分布式组态中，可以进行65536个I / O连接（最多125个站，例如通过IM 153的ET 200M）[7] - [9]。插槽可以自由寻址，也就是说，没有插槽规则。因此，如果部署在一个行业中的单个S7-300可以自动化和监控大量的坦克。 PLC通过IM与计算机连接。
F.人机界面人机界面是用户通过其与系统交互的界面。
系统的当前状态通过图形用户界面（GUI）传达给用户。用户还可以从界面打开或关闭各种功能。 HMI由西门子WINCC V5.5创建[18] - [19]。标签用于启用WINCC和SIMANTIC Manger之间的通信。
III.实验
用于该系统的三种阀门具有各自不同的理论结果。 图4显示了三种不同类型的阀门。
图4.三种类型的阀门
如图5所示，当绘制“流动”与“行程”时，三个基本曲线形状浸入：理想状态下的线性，等百分比和快速打开。 线性特征近似于直线，等百分比以指数方式增加其流速，并且快速打开允许在阀杆行程开始时几乎最大流量从座椅移开。
图5.阀门特性曲线
在PLC编程的帮助下，系统连接到数字设备或计算机。 使用SCADA生成HMI屏幕，使系统高效且易于理解。
在连接到PLC和SCADA之前，系统已通过实验使用手动装载机加载电流信号并检查流速。 这给出了理论读数和表格，有助于创建一个通用方程式来比较茎位置百分比与流量百分比。 观察到的值已列入下一节。
IV.结果
操作这些阀门并手动输入电流信号（4-20mA）。 图6显示了用于理论实验的系统的完整框图。 这里代替PC连接手动装载机，这有助于我们手动输入当前信号的值。 该电流信号传递给IP转换器，将其转换为压力信号并继续实验。
图6.系统框图
表1给出了线性阀的值。 表2给出了等百分比阀的值。
表1.线性阀的实验结果
|
Sl No. |
电流值（mA） |
气门升程或气门杆位置（%） |
流量（LPM） |
%流量 |
|
1 |
4 |
3.0 |
0 |
0 |
|
2 |
8 |
19.8 |
8.7 |
53.7 |
|
3 |
12 |
45.2 |
13.8 |
85.1 |
|
4 |
16 |
70.1 |
15.4 |
95 |
|
5 |
20 |
96.2 |
16.2 |
100 |
表2.等百分比阀的实验结果
|
Sl No. |
电流值（mA） |
气门升程或气门杆位置（%） |
流量（LPM） |
%流量 |
|
1 |
4 |
0 |
0 |
0 |
|
2 |
8 |
22.4 |
9.8 |
63.6 |
|
3 |
12 |
49.5 |
12.2 |
79.6 |
|
4 |
16 |
74.1 |
15 |
97.4 |
|
5 |
20 |
97.6 |
15.4 |
100 |
表3给出了快速打开阀的实验结果，其中阀杆位置作为系统的输入。
表3.快速打开阀的实验结果
|
Sl No. |
阀杆位置（%） |
流量（LPM） |
%流量 |
|
1 |
25 |
10.8 |
69.67 |
|
2 |
50 |
12.6 |
81.2 |
|
3 |
75 |
14 |
90.3 |
|
4 |
100 |
15.5 |
100 |
使用上述实验结果，已经公式化了每条曲线的一般方程式。设计的公式将以下数据分别并入每个阀门的一般方程式中。
-
线性：如果控制阀的固有流动特性可以用流速F（或％F，或或％，其中是阀门尺寸系数）的矩形曲线上的直线表示，则控制阀标记为LINEAR。在恒定阀压降（）的
资料编号：[5941]
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