多種液體混合控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)全解

1、目錄1題目背景與意義11.1課題背景11.2課題意義12設(shè)計(jì)題目介紹22.1設(shè)計(jì)目的22.2設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求23系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案33.1 PLC輸入輸出地址分配 33.2整體控制流程圖34系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 54.1 S7-300 組態(tài)54.1.1 S7-300 特點(diǎn) 54.1.2 S7-300 工作過程54.2 S7-300 組成部件54.3 S7-300 硬件組態(tài)步驟65系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 76系統(tǒng)仿真調(diào)試86.1 WinCC 組態(tài)86.2觸摸屏連接86.3變量定義96.4 顯示界面設(shè)置96.5 管理畫面設(shè)置116.6 報(bào)警畫面設(shè)置11設(shè)置超限報(bào)警值為 100，具體操作如圖6-9。 116.7配方畫面設(shè)置1

2、26.8趨勢圖畫面設(shè)置137心得體會138參考文獻(xiàn)14附錄151 題目背景與意義1.1 課題背景在眾多生產(chǎn)領(lǐng)域中，經(jīng)常需要對貯槽、 貯罐、水池等容器中的液位進(jìn)行監(jiān)控， 以往常采用傳統(tǒng)的繼電器接觸控制， 這種控制方式自動化程度不高， 使用的硬件 設(shè)備多，不易連接， 可靠性差。目前已有許多企業(yè)采用先進(jìn)控制器對傳統(tǒng)控制器 進(jìn)行改造， 大大提高了控制系統(tǒng)的可靠性和自控程度， 為企業(yè)提供了更可靠的生 產(chǎn)保障。1.2 課題意義 在煉油、化工、制藥等行業(yè)中，多種液體混合是必不可少的程序，而且也是 其生產(chǎn)過程中十分重要的組成部分。 但由于這些行業(yè)中多為易燃易爆、 有毒有腐 蝕性的介質(zhì)，以致現(xiàn)場工作環(huán)境十分惡劣

3、，不適合人工現(xiàn)場操作。另外，生產(chǎn)要 求該系統(tǒng)要具有配料精確、 控制可靠等特點(diǎn)， 這也是人工操作和半自動化控制所 難以實(shí)現(xiàn)的。 所以為了幫助相關(guān)行業(yè)， 特別是其中的中小型企業(yè)實(shí)現(xiàn)多種液體自 動混合的目的 , 液體自動混合配料的自動控制程序就顯得尤為重要。對于本課題來說，液體混合控制部分是一個較大規(guī)模工業(yè)控制系統(tǒng)的改造升 級，控制裝置需要根據(jù)企業(yè)和設(shè)備現(xiàn)況來構(gòu)成并需盡量用以前系統(tǒng)中的元器件。 對于人機(jī)交互方式改變后系統(tǒng)的操作模式應(yīng)盡量和改造前的相似， 以便于操作人 員快速掌握。從企業(yè)的改造要求可以看出在新控制系統(tǒng)中既需要處理模擬量也需 要處理大量的開關(guān)量。 系統(tǒng)的可靠性要高， 人機(jī)界面友好， 應(yīng)具

4、備數(shù)據(jù)儲存和分 析匯總的能力。12 設(shè)計(jì)題目介紹2.1 設(shè)計(jì)目的PLC課程設(shè)計(jì)是學(xué)習(xí)電廠開關(guān)量控制技術(shù)的重要實(shí)踐環(huán)節(jié)，其目的是通過課程設(shè)計(jì)的實(shí)踐， 使學(xué)生鞏固和深化對相關(guān)專業(yè)理論知識的理解； 培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用所 學(xué)知識和技能， 配合相關(guān)技術(shù)資料的查閱， 獨(dú)立分析和解決生產(chǎn)實(shí)際中有關(guān)工業(yè) 控制實(shí)際問題的能力；進(jìn)一步提高學(xué)生對PLC控制系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)的能力。要求 學(xué)生了解可編程控制器的原理、 硬件結(jié)構(gòu)； 掌握基本的編程語言； 掌握系統(tǒng)硬件 配置的方法與步驟；掌握PLC軟件編程與調(diào)試的操作方法與步驟。2.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求利用西門子 S7-300PLC ，組態(tài)軟件 Wincc Flexible ， 觸摸

5、屏，交換機(jī)及 外圍的相關(guān)低壓電器，組成控制系統(tǒng)，根據(jù)項(xiàng)目要求，編寫相關(guān)程序，完成相應(yīng) 的功能，組態(tài)人機(jī)界面，能夠進(jìn)行模擬仿真。具體要求：(1) 制作畫面模板，在模板畫面中顯示“多種液體混合控制系統(tǒng)”和日期時 鐘。(2) 先組態(tài)兩個畫面，一個為主畫面，一個為系統(tǒng)畫面。兩畫面之間能進(jìn)行 切換。(3) 在系統(tǒng)畫面中作出兩種液體混合的系統(tǒng)圖。(4) A液體與B液體的數(shù)值可在099進(jìn)行設(shè)置。液體總量為 A與B液體的 總和，為計(jì)算結(jié)果。(5) 通過 HMI 可對模擬液體混合實(shí)現(xiàn)手動和自動控制。手動控制時，按下A閥就進(jìn)A液體，松開就停止；B閥與出料閥類似。設(shè)定 A液體設(shè)定值、B液體設(shè) 定值，若容器為空，可進(jìn)

6、行自動控制。如 A 液體設(shè)定值為 15， B 液體設(shè)定值為 27,切換到自動控制時則先打開 A閥進(jìn)A液體到15停止，再接著進(jìn)27的B液體； 當(dāng)容器中總液體數(shù)量達(dá)到 42 時， B 液體停止流入，打開出料閥開始流出到空后 再循環(huán)。(6) 容器中的液體可動畫顯示，并通過棒圖刻度標(biāo)記當(dāng)前數(shù)值。(7) 為了顯示流暢的液位動畫，可通過 PLC編寫每秒加1或減1的程序，然 后把PLC與flexible 做好連接(模擬顯示)。(8) 組態(tài)若容器中的液位超過100時產(chǎn)生一個液位偏高的報(bào)警。(9) 組態(tài)報(bào)警畫面，并能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)畫面之間的切換。(10) 組態(tài)一個用戶組“班組長”和一個用戶名“userl “，“ us

7、erl ”屬于“班組長”用戶組，“userl ”的密碼為“ 000”。“班組長”用戶組的權(quán)限為操 作和“輸入A設(shè)定值”。然后在系統(tǒng)畫面中的A液體設(shè)定值設(shè)定安全權(quán)限。即一 般用戶不能進(jìn)行A液體設(shè)定值的設(shè)定，用戶“ userl ”可以進(jìn)行設(shè)定。(11) 組態(tài)一個用戶視圖畫面，要求該用戶名作登錄按鈕與注銷按鈕，能顯示當(dāng)前用戶名。能與系統(tǒng)畫面進(jìn)行切換。(12) 組態(tài)趨勢視圖畫面，能顯示容器中液體總量的數(shù)據(jù)趨勢曲線。能與系統(tǒng)畫面進(jìn)行切換。(13) 建立配方，能實(shí)現(xiàn)液體A設(shè)定值、液體B設(shè)定值的各個配方。并建立配 方畫面運(yùn)行。能與系統(tǒng)畫面進(jìn)行切換。3系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案3.1 PLC輸入輸出地址分配表3-1輸入輸出

8、地址分配表輸入元件輸入地址輸出元件輸出地址開始按鈕SB1I0.0電動機(jī)驅(qū)動Q0.0停止按鈕SB2I0.1電磁閥Y1打開Q0.1液位L1I0.2電磁閥Y2打開Q0.2液位L2I0.3電磁閥Y3打開Q0.3液位L310.43.2整體控制流程圖本設(shè)計(jì)是通過外圍的開關(guān)及信號的操作，模擬兩種液體混合控制系統(tǒng)在進(jìn)液 混合過程中各個閥門及攪拌機(jī)的狀態(tài)，以液位高度為對象編寫程序，程序順控為: 按下啟動按鈕，控制A液體進(jìn)料的閥門丫1打開，開始注入液體A;當(dāng)液位高度達(dá)到設(shè)定值L2時，閥門Y1關(guān)閉，停止注入A液體；同時，控制B液體進(jìn)料的閥 門Y2打開，開始注入液體B;當(dāng)液位高度達(dá)到設(shè)定值L1時，閥門丫2關(guān)閉，停 止

9、注入B液體；同時，開啟攪拌機(jī) M攪拌60秒，攪拌結(jié)束后，控制混合液體 排出的閥門丫3打開，開始排出混合液體，當(dāng)液位高度到達(dá)L3時，延時2秒后閥 門Y3關(guān)閉，混合液體排放完畢。同時 A液體注入，開始循環(huán)。按下停止按鈕， 所有操作都停止，須重新啟動。圖3-3總體流程圖4系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)4.1 S7-300 組態(tài)S7-300是德國西門子公司生產(chǎn)的可編程序控制器 （PLC）系列產(chǎn)品之一。其模 塊化結(jié)構(gòu)、易于實(shí)現(xiàn)分布式的配置以及性價比高、 電磁兼容性強(qiáng)、抗震動沖擊性 能好，使其在廣泛的工業(yè)控制領(lǐng)域中，成為一種既經(jīng)濟(jì)又切合實(shí)際的解決方案。4.1.1 S7-300 特點(diǎn)（1）循環(huán)周期短、處理速度高（2）指令集功

10、能強(qiáng)大（包含350多條指令），可用于復(fù)雜功能（3）產(chǎn)品設(shè)計(jì)緊湊，可用于空間有限的場合（4）模塊化結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)更加靈活（5）有不同性能檔次的CPU模塊可供選用（6）功能模塊和I/O模塊可選擇（7）有可在露天惡劣條件下使用的模塊類型4.1.2 S7-300工作過程（1）PLC采用循環(huán)執(zhí)行用戶程序的方式。OB1是用于循環(huán)處理的組織塊（主 程序），它可以調(diào)用別的邏輯塊，或被中斷程序（組織塊）中斷。（2）在起動完成后，不斷地循環(huán)調(diào)用 OB1，在OB1中可以調(diào)用其它邏輯塊 （FB,SFB,FC 或 SFC）。（3）循環(huán)程序處理過程可以被某些事件中斷。（4）在循環(huán)程序處理過程中，CPU并不直接訪問I/O模塊中

11、的輸入地址區(qū) 和輸出地址區(qū)，而是訪問 CPU內(nèi)部的輸入/輸出過程映像區(qū)（在 CPU的系統(tǒng)存 儲區(qū)）O4.2 S7-300組成部件S7-300單機(jī)架硬件組態(tài)最多配置8個擴(kuò)展模塊：（1）導(dǎo)軌（Rail）S7-300的模塊機(jī)架（起物理支撐作用，無背板總線）（2）電源模塊（PS）將市電電壓（AC120/230V）轉(zhuǎn)換為DC24V，為CPU和24V直流負(fù)載電路 （信號模塊、傳感器、執(zhí)行器等）提供直流電源。輸出電流有2A、5A、10A 三種。正常：綠色LED燈亮過載：綠色LED燈閃短路：綠色LED燈暗(電壓跌落，短路消失后自動恢復(fù))(3) CPU模塊各種CPU有不同的性能，例如有的 CPU集成有數(shù)字量和模

12、擬量輸入/輸出 點(diǎn)，有的CPU集成有PROFIBUS DP等通信接口。CPU前面板上有狀態(tài)故障 指示燈、模式開關(guān)、24V電源端子、電池盒與存儲器模塊盒(有的 CPU沒有)(4) 信號模塊(SM)數(shù)字量輸入模塊：24V DC , 120/230V AC數(shù)字量輸出模塊：24V DC,繼電器模擬量輸入模塊：電壓，電流，電阻，熱電偶模擬量輸出模塊：電壓，電流(5) 功能模塊(FM)功能模塊主要用于對時間要求苛刻、存儲器容量要求較大的過程信號處理任 務(wù)。(6) 接口模塊(IM)接口模塊用于多機(jī)架配置時連接主機(jī)架(CR)和擴(kuò)展機(jī)架(ER)。S7 300 通過分布式的主機(jī)架和3個擴(kuò)展機(jī)架，最多可以配置32個

13、信號模塊、功能模塊和 通信處理器。(7) 通訊處理器(CP)擴(kuò)展中央處理單元的通訊任務(wù)，提供的連網(wǎng)能力。本次課程設(shè)計(jì)我所做的硬件組態(tài)的參數(shù)如圖表 4-1所示：表4-1硬件組態(tài)序號名稱型號序列號1 PS2 CPUPS 3075A315F-2PNIDP307-1EA01-0AA0315-2FJ14-0AB034DI/DODI16/DO16x24v/0.5A323-1BL00-0AA05AI/AOAI4/AO2x8/8Bit334-0CE01-0AA04.3 S7-300硬件組態(tài)步驟打開SIMATTCManager軟件后創(chuàng)建一個新建項(xiàng)目，然后再在 STEP向?qū)Ю锩?添加0B1在新建好的工程中添加 S

14、IMATIC 300站點(diǎn)，如圖4-1所示:皚砂 立件(EJ 4HST5 ©I u 皆夕 KT IW IFUC 顧田 LM>隹迎I (Q.J Tier 11 爼7WJUj iQiJ也仔It）ST壬鬣件t aaT 鐵 m-7#圖4-1 SIMATIC 300站點(diǎn)的建立建立好SIMATIC 300站點(diǎn)后在硬件里面開始添加機(jī)架，為添加硬件組態(tài)做準(zhǔn)備，完成機(jī)架的添加后，就進(jìn)入本次設(shè)計(jì)西門子S7-300硬件組態(tài)，選用的與外部設(shè)備型號相對應(yīng)的電源模塊（PS、CPU莫塊、信號模塊（SM、功能模塊（FM）、 接口模塊（IM）、通訊處理器（CP），如圖4-2所示。Ar Jitr-WB"!

15、 W-3D $ J 3呼 'J去丹_j Fi-：tmK：aJ ita n*4-I i es m- i> I Ef f«hh r-U.r4J if*X .£ p+u+031 rin«w4 r Urfr-t-RIE irH44BMMUtCTTJF:|i T»JJJ7awr-Z?1!*"J7Trr 13MMJTJrvf JN杯*| nyvHiwrrii w(CT EMRU&-QMCP 1口 11| 陛31£點(diǎn)1«11H5T zji-ccofr-aye7T2 mfh m丄11+a，_iuz m直:Q|iu-m-

16、口pt nfivntE 3-34 rIVUZj IZRm.w伽dv垃*祕9 m iZ«.'aXiil4j-|3i.L 0 tn 4*皿14/|弄訂 ! MVAMrll/lZli L> Qli vc-w-口| 9啦IjkHXWE U« it* Kknowm #I 3 XI WRBkKHNV m. 1 3h.I n 中孤J a et m'mi 1J HMtflJJ J 5kM>al ID口 unc 4zaiKnc mn mi乂皿nunc rr i.mj. 3h*3 jwq mine 揺:Vt.圖4-2西門子S7-300硬件組態(tài)設(shè)置完成以后雙擊0B1進(jìn)

17、入工程里，進(jìn)行程序的編寫即可。5系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)利用S7-300編程，在0B1里面編寫梯形圖程序。（詳見附錄）6系統(tǒng)仿真調(diào)試6.1 WinCC 組態(tài)打開wince組態(tài)軟件，新建一個空項(xiàng)目，選擇合適的顯示屏，設(shè)置完成后如 圖6-1所示。、空 Ori % 丄.口口"T£?E«DS!ZI4X&.1.TUT IE*.Qt-> e wp8#圖6-1工程配置圖6.2觸摸屏連接mm創(chuàng)建工程以后，還要建立仿真軟件與顯示屏之間的聯(lián)系，可以點(diǎn)擊連接屬性, 找到觸摸屏的IP地址，然后進(jìn)行相關(guān)的設(shè)置，如圖 6-2所示。丄ME 1;lmbla JjdwMiEr-d.-耳 I9&#

18、169; H叩 HS 咁墨型 MV 4 密 r=l!L：>口 - X i tl tL .丿幻筑磊.4 .利爭需口丈IFik1.怔hSJ* .FTUS沁 1海Li WittmtMMNME觀備iraa v44I同MIC | 廚野社二紳一業(yè)I AW*iF牙& 扁中丄鼻略叮匕牛 1： 14-#9圖6-2觸摸屏連接圖#6.3變量定義B= I Ll*lSCTB LLUa.liV “ q aa =i 斥 二l M-iVBT u*3T>ai n事叨：! T«B w 牛 LliP.3 1-3 1. < 仿真之前，需要定義變量和地址，方便添加插件的時候調(diào)用，然后實(shí)現(xiàn)相關(guān) 的功能

19、，把定義的變量與按鈕進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)相關(guān)功能的顯示，如圖6-3所示。I a*町個| 橫宅電I 祝.C *s;-IWd r山VR、i f .«-pxwmh «駅心 iliki* HV-啦i-廣 O II圖6-3定義變量6.4顯示界面設(shè)置根據(jù)設(shè)計(jì)要求，制作畫面模板，在模板畫面中顯示“多種液體混合控制系統(tǒng)”和時鐘日期（如圖6-4）；再創(chuàng)建兩個畫面，一個為主畫面（如圖 6-5），一個為 系統(tǒng)畫面（如圖6-6）。兩畫面之間能進(jìn)行切換。SIEMEilStS1011圖6-4模板畫面#TSfi* | USIEMENSSTATIC PANEL體混合裝置lavvvivvvavnvivvavv&#

20、39;iav圖6-5主畫面圖6-6系統(tǒng)畫面126.5管理畫面設(shè)置圖6-7管理畫面6.6報(bào)警畫面設(shè)置圖6-8報(bào)警畫面設(shè)置超限報(bào)警值為100,具體操作如圖6-9圖6-9模擬量報(bào)警6.7配方畫面設(shè)置K»nlOC©SIEMENSSr4ATlC PANEL圖6-10配方畫面口 MN y設(shè)置4組配方，供顯示觀察區(qū)別，如圖6-1114#廿m1 濟(jì)w L刪址片也1出5戎311 IT»«O：J1?7T«總 9U1H託再気V備也氓0筆尊|4* 足豪#圖6-11配方設(shè)置156.8趨勢圖畫面設(shè)置圖6-12趨勢圖畫面7心得體會本設(shè)計(jì)主要闡述液體混合裝置的自動控制，實(shí)現(xiàn)液體混料全過程：即進(jìn)料、 混料、出料的自動控制。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行穩(wěn)定可靠。使用了S7-300系列PLC設(shè)計(jì)了相關(guān)的控制程序。盡管本次課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容繁多細(xì)瑣， 但在我和同組同學(xué)的共同努力下，大家 互相幫助，互相學(xué)習(xí)，終于還是將課設(shè)一步一步做出來了，對于S7-300PLC和Wince flexible組態(tài)軟件有了較為熟悉的掌握。在與老師的交流溝通也使我對課程設(shè)計(jì)有了深入的認(rèn)識也對自己提出了新的要求。由于對現(xiàn)場控制的實(shí)現(xiàn)目前只停留在理論階段，沒有完成PLC與液位傳