自動(dòng)稱量混料系統(tǒng)的plc課程設(shè)計(jì)

1、等級(jí)：課 程 設(shè) 計(jì)課程名稱電氣控制與PLC課程設(shè)計(jì)課題名稱自動(dòng)稱量混料控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)專 業(yè)自動(dòng)化班 級(jí)1301學(xué) 號(hào)201301020129姓 名黃奎倫 指導(dǎo)老師譚梅，劉星平，賴指南，沈細(xì)群2016年7月1日電氣信息學(xué)院課程設(shè)計(jì)任務(wù)書課題名稱自動(dòng)稱重混料系統(tǒng)的PLC控制設(shè)計(jì)姓 名黃奎倫專業(yè)自動(dòng)化班級(jí)1301學(xué)號(hào)29指導(dǎo)老師劉星平、賴指南等課程設(shè)計(jì)時(shí)間2016年6月20日-2016年07月1日（17、18周）教研室意見(jiàn)意見(jiàn)： 同意 審核人：汪超 林國(guó)漢一.任務(wù)及要求設(shè)計(jì)任務(wù)：以PLC為核心，設(shè)計(jì)一個(gè)自動(dòng)稱重混料系統(tǒng)的PLC控制系統(tǒng)，為此要求完成以下設(shè)計(jì)任務(wù)：1.根據(jù)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)、工藝過(guò)程和控制

2、要求，確定控制方案。2.配置電器元件，選擇PLC型號(hào)。3.繪制PLC控制系統(tǒng)線路原理圖和PLC I/O接線圖。設(shè)計(jì)PLC梯形圖程序，列出指令程序清單。4.上機(jī)調(diào)試程序。5.上位機(jī)組態(tài)監(jiān)控的設(shè)計(jì)(可選項(xiàng)）6.編寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書。設(shè)計(jì)要求（1）所選控制方案應(yīng)合理，所設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)應(yīng)能夠滿足控制對(duì)象的工藝要求，并且技術(shù)先進(jìn)，安全可靠，操作方便。（2）所繪制的設(shè)計(jì)圖紙符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局頒布的GB472884電氣圖用圖形符號(hào)、GB698887電氣制圖和GB715987電氣技術(shù)中的文字符號(hào)制定通則的有關(guān)規(guī)定。（3）所編寫的設(shè)計(jì)說(shuō)明書應(yīng)語(yǔ)句通順，用詞準(zhǔn)確，層次清楚，條理分明，重點(diǎn)突出。二.進(jìn)度安排1.第一周星期一：

3、布置課程設(shè)計(jì)任務(wù)，講解設(shè)計(jì)思路和要求，查閱設(shè)計(jì)資料。2.第一周星期二星期四：詳細(xì)了解控制系統(tǒng)的基本組成結(jié)構(gòu)、工藝過(guò)程和控制要求。確定控制方案。配置電器元件，選擇PLC型號(hào)。繪制控制系統(tǒng)的控制線路原理圖和控制系統(tǒng)的PLC I/O接線圖。設(shè)計(jì)PLC梯形圖程序，列出指令程序清單。4.第一周星期五：上機(jī)調(diào)試程序。5.第二周星期二星期四：編寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書。6.第二周星期五：答辯。三.參考資料1 劉星平.PLC原理及工程應(yīng)用M.北京：中國(guó)電力出版社，2014年。2 廖常初.S7-200 PLC編程及應(yīng)用M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2014年。3 王阿根.西門子S7-200 PLC 編程實(shí)例精解M.北京：電子工

4、業(yè)出版社，2013年。4 賴指南.PLC原理與應(yīng)用補(bǔ)充教材（內(nèi)部使用），本校自編教材，2010年。四原始資料1、 控制要求自動(dòng)稱重混料裝置可對(duì)多種原料按質(zhì)量進(jìn)行準(zhǔn)確配料和混合，在工業(yè)生產(chǎn)中有著廣泛應(yīng)用。如圖為自動(dòng)稱重混料控制裝置示意圖，混料罐自重200kg，每次混料的最大質(zhì)量為600kg?；炝线^(guò)程如下： 按下啟動(dòng)按鈕，打開(kāi)進(jìn)料閥YV1向罐內(nèi)加入原料A，達(dá)到250kg后關(guān)閉YV1，停止進(jìn)A料； YV1關(guān)閉的同時(shí)打開(kāi)進(jìn)料閥YV2，向罐內(nèi)加入原料B，達(dá)到450kg后關(guān)閉YV2，停止進(jìn)B料； YV2關(guān)閉的同時(shí)啟動(dòng)攪拌機(jī)，并打開(kāi)進(jìn)料閥YV3，向罐內(nèi)加入原料C，達(dá)到500kg后關(guān)閉YV3，停止進(jìn)C料； 攪

5、拌機(jī)繼續(xù)工作5min后，打開(kāi)放料電磁閥YV4開(kāi)始放料，當(dāng)混合料全部放完后，關(guān)閉放料閥YV4并停止攪拌電動(dòng)機(jī)。目錄第1章 概述11.1 引言11.2 自動(dòng)稱量混料系統(tǒng)的概況及控制要求1第2章 總體設(shè)計(jì)方案2第3章 硬件電路設(shè)計(jì)33.1 PLC類型選擇3 3.2 PLC I/O口分配33.3 系統(tǒng)硬件接線圖3第4章 軟件設(shè)計(jì)54.1 程序流程圖54.2 標(biāo)度變換64.3 梯形圖6第5章 實(shí)驗(yàn)調(diào)試與分析11附錄A 梯形圖13附錄B 語(yǔ)句表15第1章 概述1.1 引言 制藥、食品、農(nóng)藥和化工生產(chǎn)等等都離不開(kāi)固體混料裝置。固體混料比例的精確性和均勻性是產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵,同樣也是產(chǎn)品品質(zhì)一致性的保障。傳統(tǒng)的

6、固體混料裝置常采用繼電接觸器控制,使用硬連接電器多,可靠性差,自動(dòng)化程度不高1,無(wú)論在配料、混料等階段都存在諸多不確定因素,產(chǎn)品質(zhì)量無(wú)法保證。目前已有許多企業(yè)采用PLC對(duì)原繼電接觸器控制系統(tǒng)做改造,大大提高了系統(tǒng)的可靠性和自控程度。改造后的PLC控制系統(tǒng)不僅電路簡(jiǎn)單,投資少,而且靈活性好,有利于系統(tǒng)在線升級(jí),對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率提供了很好的保障。西門子 S7-200系列PLC具有許多優(yōu)點(diǎn)2,如, (1)可靠性高,抗干擾能力強(qiáng),適于惡劣環(huán)境;(2)體積小,功耗低;(3)編程簡(jiǎn)單,可在線調(diào)試;(4)通信能力強(qiáng)等等。這些優(yōu)勢(shì)使得它適用于各行各業(yè)、各種場(chǎng)合中的檢測(cè)及自動(dòng)化控制的需要。其強(qiáng)大功能不僅表現(xiàn)

7、在對(duì)數(shù)字量的靈活控制,利用其擴(kuò)展模塊也可以實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬量的簡(jiǎn)單控制。本文提出一種新型的固體混料裝置控制系統(tǒng)設(shè)計(jì),該方案采用西門子S7-200PLC+稱重模塊為系統(tǒng)核心控制器實(shí)現(xiàn)固體的混料稱重設(shè)計(jì),為繼電接觸器系統(tǒng)改造提供了思路。1.2 自動(dòng)稱量混料系統(tǒng)的概況及控制要求本方案主要是用稱重模塊將生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的質(zhì)量信號(hào)變換成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)(420mA直流信號(hào)),然后將該信號(hào)送入模擬量輸入模塊EM231的一個(gè)模擬輸入端,轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)交給PLC的CPU處理,實(shí)現(xiàn)進(jìn)出料口電磁閥切換控制和攪拌電動(dòng)機(jī)工作,控制整個(gè)系統(tǒng)自動(dòng)混料生產(chǎn)。 第2章 總體設(shè)計(jì)方案要實(shí)現(xiàn)混料機(jī)的自動(dòng)稱量混料功能，其自動(dòng)控制控制系統(tǒng)主要包括：稱量系

8、統(tǒng)、進(jìn)料系統(tǒng)、攪拌系統(tǒng)以及出料系統(tǒng)。1. 稱量系統(tǒng)： 稱量系統(tǒng)采用稱重模塊將模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，然后通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)值來(lái)控制進(jìn)料系統(tǒng)的電磁閥開(kāi)關(guān)。2. 進(jìn)料系統(tǒng)： 稱量完后由于混料罐的原始重量為200kg，所以當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕時(shí)，由稱重模塊控制的原料A進(jìn)料的電磁閥YV1也隨之被打開(kāi)，向混料罐內(nèi)加入原料A。當(dāng)原料A的重量到達(dá)250kg時(shí)，進(jìn)料系統(tǒng)的電磁閥YV1關(guān)閉的同時(shí)，打開(kāi)電磁閥YV2，向混料罐內(nèi)加入原料B。當(dāng)總重量達(dá)到650kg時(shí)，關(guān)閉電磁閥YV2，停止原料B的進(jìn)料。同時(shí)打開(kāi)電磁閥YV3，向罐內(nèi)加入原料C，罐內(nèi)原料的質(zhì)量達(dá)到500kg后關(guān)閉YV3，停止進(jìn)C料。3. 攪拌系統(tǒng)：當(dāng)原料B加入完

9、后系統(tǒng)就開(kāi)始進(jìn)行攪拌操作，攪拌時(shí)間為5分鐘。4. 出料系統(tǒng)：攪拌時(shí)間完成后，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)打開(kāi)放料閥YV4，直至混合料全部放完，然后觸發(fā)稱重模塊的模擬量6400，也就是攪拌罐總重量降到200kg時(shí)，放料閥會(huì)自動(dòng)關(guān)閉。第3章 硬件電路設(shè)計(jì)3.1 PLC類型選擇 本系統(tǒng)控制方案是具有理想性價(jià)比的控制方案。該系統(tǒng)選擇西門子S7-200系列CPU222AC/DC/繼電器+模擬量輸入模塊EM231為主控制器,還包括稱重模塊一個(gè)、電磁閥四個(gè)、按鈕兩個(gè)(啟動(dòng)按鈕、停止按鈕各一個(gè))、攪拌用直流電動(dòng)機(jī)一臺(tái)等構(gòu)成。3.2 PLC I/O口分配表3.2 I/O口分配表符號(hào)地址符號(hào)地址啟動(dòng)SB2I0.0攪拌機(jī)Q0.3停

10、止SB1I0.1稱重200KGQ1.0進(jìn)料閥YV1Q0.0稱重450kgQ1.1進(jìn)料閥YV2Q0.1稱重650kgQ1.2進(jìn)料閥YV3Q0.2稱重700kgQ1.3放料閥YV4Q0.43.3 系統(tǒng)硬件接線圖根據(jù)所選PLC類型，以及設(shè)定好的I/O點(diǎn)分配情況，可設(shè)計(jì)出PLC的外部硬件接線圖，如圖所示:圖3.3 PLC硬件設(shè)計(jì)圖第4章 軟件設(shè)計(jì)4.1 程序流程圖自動(dòng)稱重混料攪拌控制系統(tǒng)的工作過(guò)程主要包括：隨著稱重模塊的模擬量逐漸增加而進(jìn)行向混料罐加入原料，等到稱重模塊到達(dá)一定值時(shí)，攪拌五分鐘后打開(kāi)放料閥YV4放混合料。根據(jù)上述過(guò)程可畫出飲料自動(dòng)售貨機(jī)的流程圖如圖4.1所示：圖4.1 程序流程圖4.2

11、 標(biāo)度變換 模擬量輸入信號(hào)通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換變成PLC可識(shí)別人數(shù)字信號(hào)。在PLC的程序設(shè)計(jì)中,為了實(shí)現(xiàn)控制需要,模擬量通過(guò)手工計(jì)算轉(zhuǎn)換為數(shù)字量3,公式如下:Dm Am經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換得到的數(shù)值;D0 A0經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換得到的數(shù)值;A模擬量信號(hào)值;DA經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換得到的數(shù)值。該混料罐一次混料的總質(zhì)量為500kg,考慮到罐自重200kg。使用比較指令實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)質(zhì)量的準(zhǔn)確控制,要得到對(duì)應(yīng)200kg、450kg、650kg和700kg時(shí)模擬量輸入寄存器AIW0的數(shù)值D200、D450、D650、D700。已知S7-200的模擬量輸入模塊加入標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)為420mA,對(duì)應(yīng)輸入200kg800kg(A0Am),經(jīng)A/

12、D轉(zhuǎn)換后數(shù)值為640032000(D0Dm)。根據(jù)公式(1)得到： 在PC機(jī)上安裝運(yùn)行STEP7 MicroWin V4.0軟件,編寫系統(tǒng)的梯形圖程序,經(jīng)過(guò)調(diào)試的程序梯形圖所示。急停按鈕的設(shè)置是為了應(yīng)付突發(fā)事件時(shí),能夠使設(shè)備迅速停止工作,避免事故的發(fā)生。 4.3 梯形圖LDN SM0.0MOVW AIW0,VW0稱重模塊將質(zhì)量信號(hào)變換成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)(420mA直流信號(hào))LDW<= AIW0,6400= Q1.0放料停止輸出LDW<= AIW0,12800= Q1.1原料A進(jìn)料停止LDW<= AIW0,12800= Q1.2原料B進(jìn)料停止LDW<= AIW0,25600= Q

13、1.3原料C進(jìn)料停止LD I0.0O Q0.0AN I0.1AN Q1.1= Q0.0原料A進(jìn)料LDN Q0.4A Q1.1O Q0.1AN I0.1AN Q1.2= Q0.1原料B進(jìn)料LDN Q0.4A Q1.2O Q0.2AN I0.1AN Q1.3= Q0.2原料C進(jìn)料LD Q0.2AN I0.1= Q0.3LDN Q0.4A Q1.3AN I0.1AN T37AN Q0.4= Q0.3LD Q1.3TON T37,3000攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌5minLDN Q0.0AN Q0.1AN Q1.3AN Q0.2AN Q0.3O Q0.4AN I0.1AN Q1.0= Q0.4當(dāng)攪拌時(shí)間到達(dá)5mi

14、n時(shí)，打開(kāi)放料閥YV4，進(jìn)行放混合料，直至攪拌罐里混合料全部放完。第5章 實(shí)驗(yàn)調(diào)試與分析經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的設(shè)計(jì)，考慮各種情況的調(diào)試，體會(huì)了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的不易，其中要在明確其基本功能的基礎(chǔ)上預(yù)防各種有意或無(wú)意的設(shè)計(jì)漏洞，此時(shí)需要嚴(yán)密地思考和設(shè)計(jì)，通過(guò)種種特定條件的考驗(yàn)查找其中的漏洞。比如調(diào)試中還出現(xiàn)原料A一旦排出無(wú)法停止的情況，查找原因得知相應(yīng)定時(shí)器啟動(dòng)部分受到別的閃爍工作元件的影響一直被刷新，定時(shí)器剛走幾步又退回來(lái)了，起不到延時(shí)后切斷排物料A通路的目的。由于實(shí)驗(yàn)室沒(méi)有相應(yīng)的實(shí)物控制模型，在調(diào)試系統(tǒng)控制程序時(shí)，所有的輸入信號(hào)均用開(kāi)關(guān)信號(hào)來(lái)代替，所有的輸出均用指示燈來(lái)表示。程序調(diào)試時(shí)，首先將PLC控制程序

15、寫入到PLC機(jī)器中，再選擇監(jiān)控狀態(tài)，使PLC處于“RUN”狀態(tài)，然后逐一按按鈕，觀察輸出指示燈是否按預(yù)計(jì)效果閃滅，并通過(guò)監(jiān)控狀態(tài)觀察程序的運(yùn)行過(guò)程及輸入輸出信號(hào)、內(nèi)部描述實(shí)際出現(xiàn)的問(wèn)題及解決方案。要對(duì)照設(shè)計(jì)控制要求，逐一檢驗(yàn)設(shè)計(jì)功能是否能有效的實(shí)現(xiàn)，并對(duì)程序進(jìn)行改進(jìn)和完善。此次設(shè)計(jì)中用到了不少PLC常用指令，通過(guò)學(xué)習(xí)對(duì)它們更熟悉了，當(dāng)然對(duì)它們的靈活的運(yùn)用還需進(jìn)一步提高，與此同時(shí)參照部分西門子系列的PLC了解了其一些用法，拓寬了視野，通過(guò)借閱參考書和網(wǎng)上查找知道可以用PLC實(shí)現(xiàn)許多小系統(tǒng)設(shè)計(jì)，真的感受到自己所知甚少，還有許多知識(shí)要學(xué)要了解以增長(zhǎng)見(jiàn)識(shí)提高水平。它極大地激勵(lì)了我們?nèi)プ詫W(xué)、去創(chuàng)新。參考

16、文獻(xiàn)1 劉星平.PLC原理及工程應(yīng)用M.北京：中國(guó)電力出版社，2014年。2 廖常初.S7-200 PLC編程及應(yīng)用M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2014年。3 王阿根.西門子S7-200 PLC 編程實(shí)例精解M.北京：電子工業(yè)出版社，2013年。4 賴指南.PLC原理與應(yīng)用補(bǔ)充教材（內(nèi)部使用），本校自編教材，2010年。附錄A 梯形圖附錄B 語(yǔ)句表Network 1LDN SM0.0MOVW AIW0,VW0Network 2LDW<= AIW0,6400= Q1.0Network 3LDW<= AIW0,12800= Q1.1Network 4LDW<= AIW0,12800

17、= Q1.2Network 5LDW<= AIW0,25600= Q1.3Network 6LD I0.0O Q0.0AN I0.1AN Q1.1= Q0.0Network 7LDN Q0.4A Q1.1O Q0.1AN I0.1AN Q1.2= Q0.1Network 8LDN Q0.4A Q1.2O Q0.2AN I0.1AN Q1.3= Q0.2Network 9LD Q0.2AN I0.1= Q0.3Network 10LDN Q0.4A Q1.3AN I0.1AN T37AN Q0.4= Q0.3Network 11LD Q1.3TON T37,3000Network 12LDN Q0.0AN