I 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 基于 PLC 的物料混合控制系統(tǒng)的研究 學(xué) 院 電子信息工程學(xué)院 專 業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化 年級(jí)班別 09 級(jí) 3 班 學(xué) 號(hào) 2009401020306 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 2013 年 5 月 10 日 JINGCHU UNIVERSITY OF TECHNOLOGY II 摘 要 PLC 是以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心的通用自動(dòng)控制裝置 也可以說它是一種用程 序來改變控制功能的計(jì)算機(jī) 隨著微處理器 計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)的飛速發(fā)展 可編程序控制器 PLC 已在工業(yè)控制中得到廣泛應(yīng)用 而且所占比重在迅速的上 升 PLC 主要由 CPU 模塊 輸入模塊 輸出模塊和編程裝置組成 它應(yīng)用于工 業(yè)混合攪拌設(shè)備 使得攪拌過程實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化控制 并且提升了攪拌設(shè)備工作 的穩(wěn)定性 為攪拌機(jī)械順利 有序 準(zhǔn)確的工作創(chuàng)造了有力的保障 本文所介 紹的多種液體混合的 PLC 控制程序可進(jìn)行單周期或連續(xù)工作 具有斷電記憶功 能 復(fù)電后可以繼續(xù)運(yùn)行 另外 PLC 還有通信聯(lián)網(wǎng)功能 再通過 WINCC 組態(tài) 可直接對(duì)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控 更方便工作和管理 關(guān)鍵詞 可編程序控制器 PLC 液位傳感器 定時(shí)器 0 目錄 第一章 引言 1 第二章 總體方案設(shè)計(jì) 3 第三章 硬件設(shè)計(jì) 5 3 1 硬件選型 根據(jù) PLC 的輸入 出點(diǎn)數(shù) 控制功能選擇適用型號(hào)的 PLC 5 3 1 1 PLC 機(jī)型選擇 5 3 1 2 PLC 容量選擇 7 3 1 3 I O 模塊的選擇 7 3 1 4 電源模塊的選擇 9 3 1 5 設(shè)備型號(hào)選擇 10 3 2 外部接線圖 10 3 3 系統(tǒng)安全設(shè)計(jì) 可靠性 實(shí)用性強(qiáng) 11 第四章 程序設(shè)計(jì) 13 4 1 設(shè)計(jì)程序的流程圖 13 4 2 I O 分配表 14 4 3 控制程序設(shè)計(jì) 最大限度的滿足被控對(duì)象的控制要求 15 4 3 2 程序設(shè)計(jì) 17 第五章 人機(jī)界面設(shè)計(jì) 20 5 1 設(shè)計(jì)思想 使計(jì)算機(jī)在人機(jī)界面上適應(yīng)人的思維特性和行動(dòng)特性 20 5 2 畫面組態(tài) 包括對(duì)變量 畫面 動(dòng)畫 報(bào)警 用戶管理 數(shù)據(jù)記錄 趨勢(shì) 圖 配方 報(bào)表 運(yùn)行腳本和以太網(wǎng)通信的組態(tài) 21 第六章 系統(tǒng)調(diào)試 22 6 1 系統(tǒng)模擬調(diào)試 在編程軟件和仿真軟件對(duì)控制程序調(diào)試 22 6 2 系統(tǒng)聯(lián)機(jī)調(diào)試 WINCC 畫面中對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)行和調(diào)試 24 第七章 總結(jié) 24 7 1 本設(shè)計(jì)的整體內(nèi)容和要求 24 1 7 2 本設(shè)計(jì)的功能和優(yōu)點(diǎn) 24 7 3 本次設(shè)計(jì)的心得體會(huì) 25 結(jié)論 26 致 謝 27 參考文獻(xiàn) 28 0 第一章 引言 1 1 傳統(tǒng)的物料混合設(shè)備的控制存在的問題 鑒于攪拌設(shè)備的廣泛應(yīng)用 隨著近年來工業(yè)技術(shù)的發(fā)展 流體混合技術(shù)在 上世紀(jì) 60 到 80 年代期間得到了迅猛發(fā)展 其重點(diǎn)主要是對(duì)于常規(guī)攪拌槳在低粘 和高粘非牛頓均相體系 固液懸浮和氣液分散等非均相體系中的攪拌功耗 混 合時(shí)間等宏觀量進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究 長期以來 雖然有大量設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和關(guān)聯(lián)式可用于 分析 和預(yù)測(cè)混合體系 但將攪拌反應(yīng)器從實(shí)驗(yàn)室規(guī)模直接放大到工業(yè)規(guī)模 仍是 十分危險(xiǎn)的 至今仍然需要通過逐級(jí)放大來達(dá)到攪拌設(shè)備所要求的傳質(zhì) 傳熱和 混合 這種方法不但耗費(fèi)巨額的資金和大量的人力物力 而且設(shè)計(jì)周期很長 據(jù) 統(tǒng)計(jì) 在工業(yè)高度發(fā)達(dá)的美國 化學(xué)工業(yè)由于攪拌反應(yīng)器設(shè)計(jì)不合理所造成的 損失每年約為 10 100 億美元 因此 從更微觀更本質(zhì)的角度 例如采用先進(jìn)的測(cè)試手段和建立合理的數(shù)學(xué) 模型 獲取攪拌槽中的速度場(chǎng) 溫度場(chǎng)和濃度場(chǎng) 不僅對(duì)開發(fā)新型攪拌設(shè)備 而 且對(duì)攪拌設(shè)備的優(yōu)化設(shè)計(jì)具有十分重要的經(jīng)濟(jì)意義 對(duì)放大和混合的基礎(chǔ)研究具 有現(xiàn)實(shí)的理論意義 1 2 引入 PLC 來實(shí)現(xiàn)其物料混合設(shè)備的控制功能 本設(shè)計(jì)基于采用可編程序控制器 PLC 的設(shè)計(jì)方案 實(shí)現(xiàn)對(duì)液體混合攪拌 的控制 以 PLC S7 200 為主要控制器 根據(jù)攪拌設(shè)備的功能特性 運(yùn)作順序等 設(shè)計(jì)中可選用電磁閥 時(shí)間繼電器來實(shí)現(xiàn)液體的流入和時(shí)間上的延時(shí) 從而滿 足其控制要求 根據(jù)控制要求 可以看出此程序是一個(gè)很典型的順序控制問題 這樣就可 以先按照攪拌設(shè)備的先后運(yùn)行順序畫出相應(yīng)的順序功能圖 然后在根據(jù)順序功 能圖畫梯形圖 最后再用仿真軟件對(duì)其進(jìn)行調(diào)試仿真 這樣就可以實(shí)現(xiàn) PLC 對(duì) 混合攪拌控制程序的設(shè)計(jì) 1 第二章 總體方案設(shè)計(jì) 2 1 總體方案論證 系統(tǒng)是將計(jì)算機(jī)技術(shù) PLC 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和工業(yè)自動(dòng)化技術(shù) 緊密結(jié)合起來 采用分布式的數(shù)據(jù)采集 集中式的數(shù)據(jù)處理 就目前的現(xiàn)狀有以下幾種控制方式滿足系統(tǒng)的要求 繼電器控制系統(tǒng) 單 片機(jī)控制 工業(yè)控制計(jì)算機(jī)控制 可編程序控制器控制 1 繼電器控制系統(tǒng) 控制功能是用硬件繼電器實(shí)現(xiàn)的 繼電器串接在控制電路中根據(jù)主電路中 的電壓 電流 轉(zhuǎn)速 時(shí)間及溫度等參量變化而動(dòng)作 以實(shí)現(xiàn)電力拖動(dòng)裝置的 自動(dòng)控制及保護(hù) 系統(tǒng)復(fù)雜 在控制過程中 如果某個(gè)繼電器損壞 都會(huì)影響 整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行 查找和排除故障往往非常困難 雖然繼電器本身價(jià)格不 太貴 但是控制柜的安裝接線工作量大 因此整個(gè)控制柜價(jià)格非常高 靈活性 差 響應(yīng)速度慢 2 單片機(jī)控制 單片機(jī)作為一個(gè)超大規(guī)模的集成電路 機(jī)構(gòu)上包括 CPU 存儲(chǔ)器 定時(shí)器 和多種輸入 輸出接口電路 其低功耗 低電壓和很強(qiáng)的控制功能 成為功控領(lǐng) 域 尖端武器 日常生活中最廣泛的計(jì)算機(jī)之一 但是 單片機(jī)是一片集成電 路 不能直接將它與外部 I O 信號(hào)相連 要將它用于工業(yè)控制還要附加一些配 套的集成電路和 I O 接口電路 硬件設(shè)計(jì) 制作和程序設(shè)計(jì)的工作量相當(dāng)大 3 工業(yè)控制計(jì)算機(jī)控制 工控機(jī)采用總線結(jié)構(gòu) 各廠家產(chǎn)品兼容性強(qiáng) 有實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的支持 在 要求快速 實(shí)用性強(qiáng) 功能復(fù)雜的領(lǐng)域中占優(yōu)勢(shì) 但工控機(jī)價(jià)格較高 將它用 于開關(guān)量控制有些大材小用 且其外部 I O 接線一般都用于多芯扁平電纜和插 頭 插座 直接從印刷電路板上引出 不如接線端子可靠 4 可編程序控制器控制 可編程序控制器配備各種硬件裝置供用戶選擇 用戶不用自己設(shè)計(jì)和制作 硬件裝置 只須確定可編程序控制器的硬繭配制和設(shè)計(jì)外部接線圖 同時(shí)采用 2 梯形圖語言編程 用軟件取代繼電器電器系統(tǒng)中的觸點(diǎn)和接線 通過修改程序 適應(yīng)工藝條件的變化 可編程控制器 PLC 從上個(gè)世紀(jì) 70 年代發(fā)展起來的一種新型工業(yè)控制系統(tǒng) 起初它主要是針對(duì)開關(guān)量進(jìn)行邏輯控制的一種裝置 可以取代中間繼電器 時(shí) 間繼電器等構(gòu)成開關(guān)量控制系統(tǒng) 隨著 30 多年來微電子技術(shù)的不斷發(fā)展 PLC 也通過不斷的升級(jí)換代大大增強(qiáng)了其功能 現(xiàn)在 PLC 已經(jīng)發(fā)展成為不但具有邏 輯控制功能 還具有過程控制功能 運(yùn)動(dòng)控制功能和數(shù)據(jù)處理功能 連網(wǎng)通訊 功能等多種性能 是名符其實(shí)的多功能控制器 由 PLC 為主構(gòu)成的控制系統(tǒng)具 有可靠性高 控制功能強(qiáng)大 性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn) 是目前工業(yè)自動(dòng)化的首選控制 裝置 故選擇 PLC 來實(shí)施本次設(shè)計(jì) 1 開關(guān)量的邏輯控制 這是 PLC 最基本 最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域 它取代傳統(tǒng)的繼電器電路 實(shí)現(xiàn)邏 輯控制 順序控制 既可用于單臺(tái)設(shè)備的控制 也可用于多機(jī)群控及自動(dòng)化流 水線 如注塑機(jī) 印刷機(jī) 訂書機(jī)械 組合機(jī)床 磨床 包裝生產(chǎn)線 電鍍流 水線等 2 運(yùn)動(dòng)控制 PLC 可以用于圓周運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)的控制 世界上各主要 PLC 廠家的產(chǎn)品 幾乎都有運(yùn)動(dòng)控制功能 廣泛用于各種機(jī)械 機(jī)床 機(jī)器人 電梯等場(chǎng)合 3 閉環(huán)過程控制 過程控制是指對(duì)溫度 壓力 流量等模擬量的閉環(huán)控制 作為工業(yè)控制計(jì) 算機(jī) PLC 能編制各種各樣的控制算法程序 完成閉環(huán)控制 PID 調(diào)節(jié)是一般閉 環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法 過程控制在冶金 化工 熱處理 鍋爐控 制等場(chǎng)合有非常廣泛的應(yīng)用 4 數(shù)據(jù)處理 現(xiàn)代 PLC 具有數(shù)學(xué)運(yùn)算 含矩陣運(yùn)算 函數(shù)運(yùn)算 邏輯運(yùn)算 數(shù)據(jù)傳送 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換 排序 查表 位操作等功能 可以完成數(shù)據(jù)的采集 分析及處理 數(shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng) 如無人控制的柔性制造系統(tǒng) 也可用于過程 控制系統(tǒng) 如造紙 冶金 食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng) 5 通信及聯(lián)網(wǎng) 3 PLC 通信含 PLC 間的通信及 PLC 與其它智能設(shè)備間的通信 隨著計(jì)算機(jī)控制的 發(fā)展 工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展得很快 各 PLC 廠商都十分重視 PLC 的通信功能 紛紛推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) 新近生產(chǎn)的 PLC 都具有通信接口 通信非常方便 2 2 系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)思想 控制系統(tǒng)簡單 經(jīng)濟(jì) 使用和維護(hù)方便 物料混合 設(shè)備要節(jié)能 安全 高效和滿足生產(chǎn)及應(yīng)用要求 1 可靠性高 抗干擾能力強(qiáng) 高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能 PLC 由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路 技術(shù) 采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造 內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù) 具有很 高的可靠性 2 配套齊全 功能完善 適用性強(qiáng) PLC 發(fā)展到今天 已經(jīng)形成了大 中 小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品 可以用 于各種規(guī)模的工業(yè)控制場(chǎng)合 除了邏輯處理功能以外 現(xiàn)代 PLC 大多具有完善 的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力 可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域 3 易學(xué)易用 深受工程技術(shù)人員歡迎 PLC 作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī) 是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備 它接口容易 編程語言易于為工程技術(shù)人員接受 梯形圖語言的圖形符號(hào)與表達(dá)方式和繼電 器電路圖相當(dāng)接近 只用 PLC 的少量開關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實(shí)現(xiàn)繼 電器電路的功能 為不熟悉電子電路 不懂計(jì)算機(jī)原理和匯編語言的人使用計(jì) 算機(jī)從事工業(yè)控制打開了方便之門 4 系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 建造工作量小 維護(hù)方便 容易改造 PLC 用存儲(chǔ)邏輯代替接線邏輯 大大減少了控制設(shè)備外部的接線 使控制 系統(tǒng)設(shè)計(jì)及建造的周期大為縮短 同時(shí)維護(hù)也變得容易起來 更重要的是使同 一設(shè)備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能 這很適合多品種 小批量的生產(chǎn) 場(chǎng)合 5 體積小 重量輕 能耗低 6 硬件配套齊全 擁護(hù)使用方便 適應(yīng)性強(qiáng) 4 第三章 硬件設(shè)計(jì) 3 1 硬件選型 根據(jù) PLC 的輸入 出點(diǎn)數(shù) 控制功能選擇適用型號(hào)的 PLC 3 1 1 PLC 機(jī)型選擇 機(jī)型選擇的基本原則是在滿足控制功能要求的前提下 保證系統(tǒng)工作可靠 維護(hù)使用方便及最佳的性能價(jià)格比 具體應(yīng)考慮的因素如下所述 1 結(jié)構(gòu)合理 對(duì)于工藝過程比較固定 環(huán)境條件較好 維修量較小的場(chǎng)合 選用整體式 結(jié)構(gòu)的 PLC 否則 選用模塊式結(jié)構(gòu)的 PLC 物料混合控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)選用整體 式結(jié)構(gòu)的 PLC 能夠達(dá)到要求 2 功能強(qiáng) 弱適當(dāng) 對(duì)于開關(guān)量控制的工程項(xiàng)目 若控制速度要求不高 一般選用低檔的 PLC 西門子公司的 S7 200 系列機(jī)或歐姆龍公司的 COM1 3 機(jī)型統(tǒng)一 PLC 的結(jié)構(gòu)分為整體式和模塊式兩種 整體式結(jié)構(gòu)把 PLC 的 I O 和 CPU 放 在一塊印刷電路板上 并封裝在一個(gè)殼體內(nèi) 省去了插接環(huán)節(jié) 因此體積小 價(jià)格便宜 但由于整體式結(jié)構(gòu)的 PLC 功能有限 只適用于控制要求比較簡單的 系統(tǒng) 一般大型的控制系統(tǒng)都使用模塊式結(jié)構(gòu) 這樣功能易擴(kuò)展 比整體式靈 活 一個(gè)大型企業(yè)選用 PLC 時(shí) 盡量要做到機(jī)型統(tǒng)一 由于同一機(jī)型的 PLC 其模塊可互為備用 以便備件的采購和管理 另外 功能及編程方法統(tǒng)一 有 利于技術(shù)人員的培訓(xùn) 其外部設(shè)備通用也有利于資源共享 若配備了上位計(jì)算 機(jī) 可把各獨(dú)立系統(tǒng)的多臺(tái) PLC 聯(lián)成一個(gè)多級(jí)分布式控制相互通信 集中協(xié)調(diào) 管理 物料混合控制系統(tǒng)控制要求比較簡單選擇整體式結(jié)構(gòu)的 PLC 4 是否在線編程 5 PLC 的特點(diǎn)之一是使用靈活 當(dāng)被控設(shè)備的工藝過程改變時(shí) 只需用編程器重 新修改程序 就能滿足新的控制要求 給生產(chǎn)帶來很大方便 PLC 的編程分為 離線編程和在線編程兩種 離線編程的 PLC 其主機(jī)和編程器共用物料混合控 制系統(tǒng)采用離線編程 5 PLC 的環(huán)境適應(yīng)性 由于 PLC 是直接用于工業(yè)控制的工業(yè)控制器 生產(chǎn)廠家都把它設(shè)計(jì)成能在惡劣 的環(huán)境條件下可靠地工作 盡管如此 每種 PLC 都有自己的環(huán)境技術(shù)條件 用 戶在選用時(shí) 特別是在設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí) 對(duì)環(huán)境條件要進(jìn)行充分的考慮 一般 PLC 及其外部電路 I O 模塊 輔助電源等 都能在下列環(huán)境條件下可靠工作 溫度 工作溫度 0 55 最高為 60 儲(chǔ)存溫度 40 85 濕度 相對(duì)濕度 5 95 無凝結(jié)霜 振動(dòng)和沖擊 滿足國際電工委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn) 電源 交流 200V 允許變化范圍為 15 15 頻率為 47 53Hz 瞬間停電保持 l0ms 環(huán)境 周圍空氣不能混有可燃性 爆炸性和腐蝕性氣體 對(duì)于需要應(yīng)用在特殊環(huán)境下的 PLC 要根據(jù)具體的情況進(jìn)行合理的選擇 3 1 2 PLC 容量選擇 PLC 容量包括兩個(gè)方面 一是 I O 的點(diǎn)數(shù) 二是用戶存儲(chǔ)器的容量 字?jǐn)?shù) PLC 容量的選擇除滿足控制要求外 還應(yīng)留有適當(dāng)?shù)脑Ａ?以做備用 根據(jù)經(jīng) 驗(yàn) 在選擇存儲(chǔ)容量時(shí) 一般按實(shí)際需要的 10 25 考慮裕量 對(duì)于開關(guān)量控 制系統(tǒng) 存儲(chǔ)器字?jǐn)?shù)為開關(guān)量 I O 乘以 8 對(duì)于有模擬量控制功能的 PLC 所需 存儲(chǔ)器字?jǐn)?shù)為模擬內(nèi)存單元數(shù)乘以 100 通常 一條邏輯指令占用存儲(chǔ)器一個(gè) 字 計(jì)時(shí) 計(jì)數(shù) 移位及算術(shù)運(yùn)算 數(shù)據(jù)傳輸?shù)戎噶钫加么鎯?chǔ)器兩個(gè)字 各種 指令占存儲(chǔ)器的字?jǐn)?shù)可查閱 PLC 產(chǎn)品使用手冊(cè) I O 點(diǎn)數(shù)也應(yīng)留有適當(dāng)裕量 由于目前 I O 點(diǎn)數(shù)較多的 PLC 價(jià)格也較高 若備 用的 I O 點(diǎn)的數(shù)量太多 將使成本增加 根據(jù)被控對(duì)象的輸入信號(hào)和輸出信號(hào) 的總點(diǎn)數(shù) 并考慮到今后的調(diào)整和擴(kuò)充 通常 I O 點(diǎn)數(shù)按實(shí)際需要的 10 15 考慮備用量 6 3 1 3 I O 模塊的選擇 PLC 是一種工業(yè)控制系統(tǒng) 它的控制對(duì)象是工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備或工業(yè)生產(chǎn)過程 它 的工作環(huán)境是工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng) 它與工業(yè)生產(chǎn)過程的聯(lián)系是通過 I O 接口模塊來 實(shí)現(xiàn)的 通過 I O 接口模塊可以檢測(cè)被控生產(chǎn)過程的各種參數(shù) 并以這些現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)作為 控制器對(duì)被控制對(duì)象進(jìn)行控制的依據(jù) 同時(shí)控制器又通過 I O 接口模塊將控制 器的處理結(jié)果送給工業(yè)生產(chǎn)過程中的被控設(shè)備 驅(qū)動(dòng)各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)控制 外部設(shè)備或生產(chǎn)過程中的信號(hào)電平各種各樣 各種機(jī)構(gòu)所需的信息電平也是各 種各樣的 而 PLC 的 CPU 所處理的信息只能是標(biāo)準(zhǔn)電平 所以 I O 接口模塊還 需實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換 PLC 從現(xiàn)場(chǎng)收集的信息及輸出給外部設(shè)備的控制信號(hào)都需經(jīng) 過一定距離 為了確保這些信息的正確無誤 PLC 的 I O 接口模塊都具有較好 的抗干擾能力 根據(jù)實(shí)際需要 PLC 相應(yīng)有許多種 I O 接口模塊 包括開關(guān)量 輸入模塊 開關(guān)量輸出模塊 模擬量輸入模塊及模擬量輸出模塊 可以根據(jù)實(shí) 際需要進(jìn)行選擇使用 1 確定 I O 點(diǎn)數(shù) I O 點(diǎn)數(shù)的確定要充分的考慮到裕量 能方便地對(duì)功能進(jìn)行擴(kuò)展 對(duì)一個(gè)控制 對(duì)象 由于采用不同的控制方法或編程水平不一樣 I O 點(diǎn)數(shù)就可能有所不同 2 開關(guān)量 I O 標(biāo)準(zhǔn)的 I O 接口用于同傳感器和開關(guān) 如按鈕 限位開關(guān)等 及控制 開 關(guān) 設(shè)備 如指示燈 報(bào)警器 電動(dòng)機(jī)起動(dòng)器等 進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸 典型的交流 I O 信號(hào)為 24 240V AC 直流 I O 信號(hào)為 5 24V DC 3 選擇開關(guān)量輸入模塊主要從下面兩方面考慮 一是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)輸入信號(hào)與 PLC 輸入模塊距離的遠(yuǎn)近來選擇電平的高低 一般 24V 以下屬于低電平 其傳 輸距離不宜太遠(yuǎn) 如 12V 電壓模塊一般不超過 10m 距離較遠(yuǎn)的設(shè)備選用較高 電壓模塊比較可靠 二是高密度的輸入模塊 如 32 點(diǎn)輸入模塊 能允許同時(shí)接 通的點(diǎn)數(shù)取決于輸入電壓和環(huán)境溫度 一般同時(shí)接通的點(diǎn)數(shù)不得超過總輸入點(diǎn) 數(shù)的 60 7 4 選擇開關(guān)量輸出模塊時(shí)應(yīng)從以下三個(gè)方面來考慮 一是輸出方式選擇 輸 出模塊有三種輸出方式 繼電器輸出 晶閘管輸出 晶體管輸出 其中 繼電 器輸出價(jià)格便宜 使用電壓范圍廣 導(dǎo)通壓降小 承受瞬時(shí)過電壓和過電流的 能力強(qiáng) 且有隔離作用 但繼電器有觸點(diǎn) 壽命較短 且響應(yīng)速度較慢 適用 于動(dòng)作不頻繁的交 直流負(fù)載 當(dāng)驅(qū)動(dòng)電感性負(fù)載時(shí) 最大開閉頻率不得超過 1Hz 晶閘管輸出 交流 和晶體管輸出 直流 都屬于無觸點(diǎn)開關(guān)輸出 適用 于通斷頻繁的感性負(fù)載 感性負(fù)載在斷開瞬間會(huì)產(chǎn)生較高反電壓 必須采取抑 制措施 二是輸出電流的選擇 模塊的輸出電流必須大于負(fù)載電流的額定值 如果負(fù)載電流較大 輸出模塊不能直接驅(qū)動(dòng)時(shí) 應(yīng)增加中間放大環(huán)節(jié) 對(duì)于電 容性負(fù)載 熱敏電阻負(fù)載 考慮到接通時(shí)有沖擊電流 要留有足夠的余量 三 是允許同時(shí)接通的輸出點(diǎn)數(shù) 在選用輸出點(diǎn)數(shù)時(shí) 不但要核算一個(gè)輸出點(diǎn)的驅(qū) 動(dòng)能力 還要核算整個(gè)輸出模塊的滿負(fù)荷負(fù)載能力 即輸出模塊同時(shí)接通點(diǎn)數(shù) 的總電流值不得超過模塊規(guī)定的最大允許電流值 3 1 4 電源模塊的選擇 電源模塊的選擇一般只需考慮輸出電流 電源模塊的額定輸出電流必須大于處 理器模 塊 I O 模塊 專用模塊等消耗電流的總和 以下步驟為選擇電源的一般規(guī)則 1 確定電源的輸入電壓 2 將框架中每塊 I O 模塊所需的總背板電流相加 計(jì)算出 I O 模塊所需的總 背板電 流值 3 I O 模塊所需的總背板電流值再加上以下各電流 框架中帶有處理器時(shí) 則加上處理器的最大電流值 當(dāng)框架中帶有遠(yuǎn)程適配器模塊或擴(kuò)展本地 I O 適配器模塊時(shí) 應(yīng)加上其最 大電流值 4 如果框架中留有空槽用于將來擴(kuò)展時(shí) 可做以下處理 列出將來要擴(kuò)展的 I O 模塊所需的背板電流 將所有擴(kuò)展的 I O 模塊的總背板電流值與步驟 8 5 在框架中是否有用于電源的空槽 否則將電源裝到框架的外面 6 根據(jù)確定好的輸入電壓要求和所需的總背板電流值 從用戶手冊(cè)中選擇合 適的電源模塊 需要 還要力爭(zhēng)最佳的性價(jià)比 具體應(yīng)考隨著 PLC 技術(shù)的發(fā)展 PLC 產(chǎn)品的種 類越來越多 而且功能也日益完善 PLC 的種類繁多 其結(jié)構(gòu) 性能 容量 指令系統(tǒng) 編程方式 價(jià)格等各有不同 當(dāng)然使用場(chǎng)合也有所不同 因此選擇 合理的 PLC 對(duì)提高 PLC 控制系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)意義重大 因此在選擇機(jī)型時(shí)不僅要滿足其功能要求及維護(hù)等方面的慮 1 合理的結(jié)構(gòu)形式 2 安裝方式的選擇 3 相當(dāng)?shù)墓δ芤?4 系統(tǒng)可靠性的要求 3 1 5 設(shè)備型號(hào)選擇 1 西門子 S7 200 PLC 2 PS307 電源 2A 6ES7 307 1BA00 0AA0 1 塊 3 CPU 315 2DP 6ES7 315 2AG10 0AB0 1 塊 4 數(shù)字量輸入模塊 SM321 DI16 24VDC 6ES7 321 1BH02 0AA0 2 塊 5 數(shù)字量輸出模塊 SM322 DO8 REL AC230V 6ES7 322 1HF01 0AA0 2 塊 6 仿真模塊 1 塊 7 機(jī)架 1 塊 8 計(jì)算機(jī) 1 臺(tái) 9 SX 805 7 多種液體自動(dòng)混合控制模板 1 塊 9 3 2 外部接線圖 圖 1 1 3 3 系統(tǒng)安全設(shè)計(jì) 可靠性 實(shí)用性強(qiáng) 本設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)為兩種液體混合攪拌控制 其元件 要求如下 該系統(tǒng)有三個(gè)液面?zhèn)鞲衅?L1 為高液面?zhèn)鞲衅?L2 為中液面?zhèn)鞲衅?L3 為低液面?zhèn)鞲衅?當(dāng)液面到達(dá)某傳感器的位置時(shí) 該傳感器就會(huì)發(fā)出 ON 信號(hào) 若低于傳感器位置時(shí) 傳感器就變?yōu)?OFF 狀態(tài) 該系統(tǒng)有三個(gè)電磁閥 Y1 為液體 A 輸入電磁閥 Y2 為液體 B 輸入電磁閥 X3 為混合液體輸出電磁閥 當(dāng)電磁閥為 ON 狀態(tài)時(shí) 閥門打開 為 OFF 時(shí)閥門 就關(guān)閉 閥門的開和閉來實(shí)現(xiàn)液體的流入和流出 M 為攪拌電動(dòng)機(jī) 當(dāng) M ON 時(shí) 攪拌電動(dòng)機(jī)運(yùn)行 當(dāng) M OFF 時(shí) 攪拌電動(dòng)機(jī)停止 初始狀態(tài) 起動(dòng)攪拌器之前 容器是空的 各閥門關(guān)閉 傳感器 L1 L2 L3 OFF 攪拌電動(dòng)機(jī) M OFF 10 操作工藝 攪拌器開始工作時(shí) 先按下起動(dòng)按鈕 閥門 Y1 打開 開始向倉 里放液體 A 當(dāng)液面到達(dá)傳感器 L3 時(shí) L3 ON A 液體繼續(xù)注入 直到液面到達(dá) L2 時(shí) L2 ON 使 Y1 OFF Y2 ON 即關(guān)閉閥門 Y1 停止送 A 液體 打開閥門 Y2 開始輸入液體 B 當(dāng)液面到達(dá)液體 L1 時(shí) 關(guān)閉 Y2 同時(shí)啟動(dòng)攪拌電動(dòng)機(jī) M 電機(jī)開始攪拌 60S 后 液體均勻 停止攪拌 即 M OFF 打開閥門 Y4 放混 合液體 當(dāng)液面低于傳感器 L3 時(shí) 再過 15S 容器中的混合液體全部放空 關(guān) 閉閥門 Y4 自動(dòng)開始下一個(gè)操作循環(huán) 若在工作中按下停止按鈕 攪拌器不會(huì) 立即停止工作 只有當(dāng)混合攪拌操作結(jié)束后才能停止工作 即停在初始狀態(tài) 11 第四章 程序設(shè)計(jì) 4 1 設(shè)計(jì)程序的流程圖 圖 1 3 12 4 2 I O 分配表 表 1 1 I O 分配 Symbol Addres Data type Symbol Addres Dyta type 啟動(dòng) I 0 3 BOOL 放混合液體 M 0 4 BOOL L1 I 0 1 BOOL 放液體延時(shí) M 0 5 BOOL L2 I 0 0 BOOL 循環(huán)控制 M 1 0 BOOL L3 I 0 2 BOOL Y1 Q 0 0 BOOL 停止 I 0 4 BOOL Y2 Q 0 1 BOOL 初始狀態(tài) M 0 0 BOOL M Q 0 2 BOOL 放 A 液體 M 0 1 BOOL Y4 Q 0 3 BOOL 放 B 液體 M 0 2 BOOL 攪拌延時(shí) T 37 TIMER 混合攪拌 M 0 3 BOOL 放液體延時(shí) T 38 TIMER 4 3 控制程序設(shè)計(jì) 最大限度的滿足被控對(duì)象的控制要求 13 4 3 1 程序梯形圖 14 15 16 第五章 人機(jī)界面設(shè)計(jì) 5 1 設(shè)計(jì)思想 使計(jì)算機(jī)在人機(jī)界面上適應(yīng)人的思維特性和行動(dòng)特性 圖 1 4 5 2 畫面組態(tài) 包括對(duì)變量 畫面 動(dòng)畫 報(bào)警 用戶管理 數(shù)據(jù)記錄 趨勢(shì) 圖 配方 報(bào)表 運(yùn)行腳本和以太網(wǎng)通信的組態(tài) 17 圖 1 5 該系統(tǒng)工作方式設(shè)有周周期 單步 手動(dòng) 連續(xù)和回原點(diǎn)五種工作方式 1 在單周期工作方式下 按下啟動(dòng)按鈕后 攪拌設(shè)備從初始步 M0 0 開始 按規(guī)定步驟完成一個(gè)周期工作后返回并停留在初始狀態(tài) 2 在連續(xù)工作方式下 在初始狀態(tài)下按下啟動(dòng)按鈕 設(shè)備從初始步開始運(yùn) 行 工作一個(gè)周期后又開始新一輪攪拌 反復(fù)連續(xù)的工作 但按下啟動(dòng)按鈕系 統(tǒng)并不會(huì)馬上停止運(yùn)行 只有在完成當(dāng)前周期的工作后系統(tǒng)才會(huì)返回并停留在 初始狀態(tài) 3 在單周期工作運(yùn)行方式下 從初始步開始 按下啟動(dòng)按鈕 系統(tǒng)將會(huì)轉(zhuǎn) 換到下一步的工作狀態(tài) 完成該步的任務(wù)后系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)停止在該步 再按一 下啟動(dòng)按鈕 又往前走一步 18 第六章 系統(tǒng)調(diào)試 6 1 系統(tǒng)模擬調(diào)試 在編程軟件和仿真軟件對(duì)控制程序調(diào)試 根據(jù)所設(shè)計(jì)的關(guān)于攪拌控制的梯形圖 選用 PLC 的 S7 200 的仿真軟件進(jìn)行 仿真 具體步驟如下 1 首先把仿真軟件的 CPU 更改為 CPU226 點(diǎn) CONFIGURACION TIPO DE CPU 然后點(diǎn) Accepter 2 導(dǎo)入梯形圖 3 點(diǎn)擊運(yùn)行 4 進(jìn)行調(diào)試 觀察仿真軟件上的燈是否按照程序要求依次點(diǎn)亮 延時(shí)是否準(zhǔn)確 是就說 明程序正確 不是就說明程序還存在問題 6 2 系統(tǒng)聯(lián)機(jī)調(diào)試 WINCC 畫面中對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)行和調(diào)試 1 編好梯形圖后必須先編譯 看是否有誤 2 打開仿真軟件后必須得將 CPU 更改為 CPU226 形式 3 將梯形圖導(dǎo)出后訪可下載 4 下載后利用 WINCC 畫面對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)行和調(diào)試 19 第七章 總結(jié) 7 1 本設(shè)計(jì)的整體內(nèi)容和要求 根據(jù)硬件結(jié)構(gòu)的不同 可以將 PLC 分為整體式 模塊式和混合式 1 整體式 PLC 整體式 PLC 又叫做單元式或箱體式 它的體積小 價(jià)格 低 小型 PLC 一般采用整體式結(jié)構(gòu) 它的 CPU 模塊和擴(kuò)展模塊用扁平電纜連接 可以選用全輸入型或全輸出型的數(shù)字量 I O 擴(kuò)展單元來改變輸入 輸出點(diǎn)的比例 整體式 PLC 還配備許多準(zhǔn)用的特殊功能模塊 例如模擬量輸入 輸出模塊 熱點(diǎn)阻模塊和通信模塊等 使 PLC 的工能得到擴(kuò)展 2 模塊式 PLC 大 中型 PLC 及復(fù)雜和要求較高的系統(tǒng)一般采用模塊式結(jié) 構(gòu) 目前 PLC 在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵 石油 化工 電力 建材 機(jī)械 制造 汽車 輕紡 交通運(yùn)輸 環(huán)保及文化娛樂等各個(gè)行業(yè) 7 2 本設(shè)計(jì)的功能和優(yōu)點(diǎn) 可編程控制器 PLC 是以中央處理器為核心 綜合了計(jì)算機(jī)和自動(dòng)控制等先 進(jìn)技術(shù) 具有可靠性高 功能完善 組合靈活 編程簡單 功耗低等優(yōu)點(diǎn) 已 成為目前在機(jī)械手控制系統(tǒng)中使用最多的控制方式 使用 PLC 的自動(dòng)控制系統(tǒng) 具有體積小 可靠高 故障率低 動(dòng)作精度高等優(yōu)點(diǎn) PLC 對(duì)物料混合的控制 并借助必要的精密傳感器 使其能夠?qū)Σ煌后w的物 料按預(yù)先設(shè)定的程序進(jìn)行混合 動(dòng)作靈活多樣 適用于可變換生產(chǎn)品種的中小 批量自動(dòng)化生產(chǎn) 廣泛應(yīng)用于柔性生產(chǎn)線 采用 PLC 控制 是一種預(yù)先設(shè)定的 程序進(jìn)行物料混合的自動(dòng)化裝置 可部分代替人工在高溫和危險(xiǎn)的作業(yè)區(qū)進(jìn)行 單調(diào)持久的作業(yè) 并且在產(chǎn)品變化或臨時(shí)需要對(duì)機(jī)械手進(jìn)行新的分配任務(wù)時(shí) 可以允許方便的改動(dòng)或重新設(shè)計(jì)其新部件 而對(duì)于位置改變時(shí) 只要重新編程 并能很快地投產(chǎn) 降低安裝和轉(zhuǎn)換工作的費(fèi)用 本設(shè)計(jì)主要完成機(jī)械手的硬件 部分與軟件部分設(shè)計(jì) 主要包括執(zhí)行系統(tǒng) 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 7 3 本次設(shè)計(jì)的心得體會(huì) 20 隨著畢業(yè)日子的到來 畢業(yè)設(shè)計(jì)也接近了尾聲 經(jīng)過幾周的奮戰(zhàn)我的畢業(yè) 設(shè)計(jì)終于完成了 在沒有做畢業(yè)設(shè)計(jì)以前覺得畢業(yè)設(shè)計(jì)只是對(duì)這幾年來所學(xué)知 識(shí)的單純總結(jié) 但是通過這次做畢業(yè)設(shè)計(jì)發(fā)現(xiàn)自己的看法有點(diǎn)太片面 畢業(yè)設(shè) 計(jì)不僅是對(duì)前面所學(xué)知識(shí)的一種檢驗(yàn) 而且也是對(duì)自己能力的一種提高 通過 這次畢業(yè)設(shè)計(jì)使我明白了自己原來知識(shí)還比較欠缺 自己要學(xué)習(xí)的東西還太多 以前老是覺得自己什么東西都會(huì) 什么東西都懂 有點(diǎn)眼高手低 通過這次畢 業(yè)設(shè)計(jì) 我才明白學(xué)習(xí)是一個(gè)長期積累的過程 在以后的工作 生活中都應(yīng)該 不斷的學(xué)習(xí) 努力提高自己知識(shí)和綜合素質(zhì) 在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中也使我們的同學(xué)關(guān)系更進(jìn)一步了 同學(xué)之間互相幫助 有什么不懂的大家在一起商量 聽聽不同的看法對(duì)我們更好的理解知識(shí) 所以 在這里非常感謝幫助我的同學(xué) 我的心得也就這么多了 總之 不管學(xué)會(huì)的還是學(xué)不會(huì)的的確覺得困難比 較多 真是萬事開頭難 不知道如何入手 最后終于做完了有種如釋重負(fù)的感 覺 此外 還得出一個(gè)結(jié)論 知識(shí)必須通過應(yīng)用才能實(shí)現(xiàn)其價(jià)值 有些東西以 為學(xué)會(huì)了 但真正到用的時(shí)候才發(fā)現(xiàn)是兩回事 所以我認(rèn)為只有到真正會(huì)用的 時(shí)候才是真的學(xué)會(huì)了 在此要感謝我的指導(dǎo)老師張強(qiáng)老師對(duì)我悉心的指導(dǎo) 感謝老師給我的幫助 在設(shè)計(jì)過程中 我通過查閱大量有關(guān)資料 與同學(xué)交流經(jīng)驗(yàn)和自學(xué) 并向老師 請(qǐng)教等方式 使自己學(xué)到了不少知識(shí) 也經(jīng)歷了不少艱辛 但收獲同樣巨大 在整個(gè)設(shè)計(jì)中我懂得了許多東西 也培養(yǎng)了我獨(dú)立工作的能力 樹立了對(duì)自己 工作能力的信心 相信會(huì)對(duì)今后的學(xué)習(xí)工作生活有非常重要的影響 而且大大 提高了動(dòng)手的能力 使我充分體會(huì)到了在創(chuàng)造過程中探索的艱難和成功時(shí)的喜 悅 雖然這個(gè)設(shè)計(jì)做的也不太好 但是在設(shè)計(jì)過程中所學(xué)到的東西是這次畢業(yè) 設(shè)計(jì)的最大收獲和財(cái)富 使我終身受益 21 結(jié)論 本論文在張強(qiáng)老師的悉心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求下業(yè)已完成 從課題選擇到具體 構(gòu)思和內(nèi)容 無不凝聚著老師的心血和汗水 在三年的學(xué)習(xí)和生活期間 也始 終感受著導(dǎo)師的精心指導(dǎo)和無私的關(guān)懷 我受益匪淺 在此向各位老師表示深 深的感謝和崇高的敬意 這次做論文的經(jīng)歷也會(huì)使我終身受益 我感受到做論文是真正用心去做的 一件事情 是真正的自己學(xué)習(xí)的過程和研究的過程 沒有學(xué)習(xí)就不可能有研究 的能力 沒有自己的研究 就不會(huì)有所突破 那也就不叫論文了 在設(shè)計(jì)過程 中 我發(fā)現(xiàn)了不少問題 首先 自己在書本知識(shí)的學(xué)習(xí)上還存在太多的問題 許多的知識(shí)根本沒有完全理解 在設(shè)計(jì)過程中我基本上是一邊看書一邊完成設(shè) 計(jì)的 而且其中還遇到許多自己根本無法解決的問題 最后是通過向老師和同 學(xué)請(qǐng)教才得以解決 其次 我發(fā)現(xiàn)自己對(duì)設(shè)計(jì)的方向把握的不夠好 在設(shè)計(jì)的 過程中 我有好幾次都是走入了誤區(qū)而難以自拔 并因此而浪費(fèi)了不少的時(shí)間 這其實(shí)也是歸因于先前的總體構(gòu)思沒搞好 作為一個(gè)自動(dòng)化專業(yè)的學(xué)生 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)可以說是我們?cè)趯I(yè)方面的一次 最基本的綜合性的練習(xí)和訓(xùn)練 它主要圍繞我們平常所學(xué)的一些 PLC 技術(shù)的知 識(shí) 目的就是為了培養(yǎng)我們理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合的能力以及獨(dú)立解決問題的 能力 我知道自己要在專業(yè)方面有所作為 就必須在今后加倍努力學(xué)習(xí) 并且 注重理論與實(shí)際相結(jié)合 培養(yǎng)自己的獨(dú)立解決問題的能力 希望這次的經(jīng)歷能讓我在以后學(xué)習(xí)中激勵(lì)我繼續(xù)進(jìn)步 不積跬步何以至千 里 本設(shè)計(jì)能夠順利的完成 也歸功于各位任課老師的認(rèn)真負(fù)責(zé) 使我能夠很 好的掌握和運(yùn)用專業(yè)知識(shí) 并在設(shè)計(jì)中得以體現(xiàn) 正是有了他們的悉心幫助和 支持 才使我的畢業(yè)論文工作順利完成 在此向電氣專業(yè)的全體老師表示由衷 的謝意 感謝他們兩年多的辛勤栽培 22 致 謝 我完成這篇畢業(yè)論文 得到了許多人的幫助 首先 我要特別感謝我的指 導(dǎo)老師張強(qiáng)老師 在我撰寫論文的過程中 張老師付出了大量的心血和汗水 無論是在論文的選題 構(gòu)思和資料的收集方面 還是在論文的研究方法以及成 文定稿方面 我都得到了張老師細(xì)心 耐心地輔導(dǎo)和熱情的幫助 他指導(dǎo)我論 文一定要嚴(yán)格按照論文格式去寫 并且要有自己的觀點(diǎn)和看法 他廣博的學(xué)識(shí) 嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神和一絲不茍的工作作風(fēng)深深影響了我 使我終身受益 在此 我表示真誠地感謝 同時(shí) 在論文的寫作過程中 也得到了許多同學(xué)的寶貴建議 在此一并致 以誠摯的謝意 最后 我向在百忙中抽出時(shí)間對(duì)本文進(jìn)行評(píng)審并提出寶貴意見 的各位老師表示衷心地感謝 23 參考文獻(xiàn) 1 弭洪濤 PLC 應(yīng)用技術(shù) 北京 中國電力出版社 2004 2 廖常初 PLC 編程及應(yīng)用 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2002 9 3 吳明亮 蔡夕忠 可編程控制器實(shí)訓(xùn)教程 北京 化學(xué)工業(yè)出版社 2005 4 張進(jìn)秋 張中民 可編程控制器原理及應(yīng)用實(shí)例 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2003 11 5 林春方 可編程控制器原理及應(yīng)用 上海 上海交通大學(xué)出版社 2004 6 夏辛明 黃鴻 高巖 可編程控制器技術(shù)及應(yīng)用 第二版 北京 北京理工 大學(xué)出版社 2005 10 7 周四六 可編程控制器應(yīng)用基礎(chǔ) 北京 人民郵電出版社 2006 8 8 江秀漢 湯楠 可編程序控制器原理及應(yīng)用 西安 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