基于PLC混合液課程設(shè)計(jì)

1、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(shuō)它是一種用程序來(lái)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(guò)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。本文所介紹的多種物料混合的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(guò)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：P

2、LC；料位傳感器；定時(shí)器；梯形圖目錄目錄2現(xiàn)代電氣控制技術(shù)與PLC11物料攪拌控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)11.1：控制要求11.2 基本設(shè)計(jì)思路21.3 編程軟件地址分配表21.4 PLC外部電路接線圖31.5 主電路連接圖31.6 控制程序32 物料自動(dòng)混合系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)42.1 硬件選型42.2 主電路的設(shè)計(jì)52.3 物料混合控制系統(tǒng)示意63 物料自動(dòng)混合系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)73.1 PLC控制的相關(guān)流程圖73.2 可編程控制器梯形圖84 系統(tǒng)調(diào)試104.1 系統(tǒng)模擬調(diào)試104.2 系統(tǒng)聯(lián)機(jī)調(diào)試105 總結(jié)12參考文獻(xiàn)13現(xiàn)代電氣控制技術(shù)與PLC課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)1物料攪拌控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)一個(gè)物料攪拌控制系統(tǒng)，物

3、料攪拌系統(tǒng)工藝如圖1所示，實(shí)現(xiàn)對(duì)A、B兩種物料原料按比例混合。圖1物料攪拌系統(tǒng)工藝框圖1.1：控制要求（1）攪拌器料位的高低由一個(gè)模擬量料位傳感器-變送器來(lái)檢測(cè)。料位檢測(cè)范圍03m。（2）按起動(dòng)按鈕后系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行，首先打開(kāi)進(jìn)料閥1，開(kāi)始加入料料A。（3）當(dāng)料位達(dá)到設(shè)定值50%后，則關(guān)閉進(jìn)料閥1，打開(kāi)進(jìn)料閥2，開(kāi)始加入料料B。（4）當(dāng)料位達(dá)到設(shè)定值100%后，則關(guān)閉進(jìn)料閥2，起動(dòng)攪拌器，攪拌10S時(shí)間到，關(guān)閉攪拌器，開(kāi)啟放料閥。（4）當(dāng)料位放空后，延時(shí)5s后關(guān)閉放料閥。（5）按停止按鈕，系統(tǒng)應(yīng)立即停止運(yùn)行。（6）料位值（工程量）存儲(chǔ)在MD存儲(chǔ)單元中，實(shí)時(shí)顯示。進(jìn)料閥1、進(jìn)料閥2、排料閥、攪拌器均

4、設(shè)有運(yùn)行狀態(tài)指示燈，相應(yīng)的設(shè)備動(dòng)作時(shí)，指示燈點(diǎn)亮。1.2 基本設(shè)計(jì)思路H、I、L是物料箱里的傳感器，分別位于物料攪拌箱額定值100%，50%和低端0處。SL1=H,SL2=L,SL3=I,該傳感器被進(jìn)料料位淹沒(méi)時(shí)接通。兩種物料的流入由閥門(mén)A和閥門(mén)B控制，混合料的流出由放料閥C控制。攪拌電動(dòng)機(jī)用于驅(qū)動(dòng)槳葉將物料混合均勻。啟動(dòng)系統(tǒng)之前，容器是空的，各閥門(mén)關(guān)閉，傳感器H=I=L=OFF，攪拌電動(dòng)機(jī)M=OFF。首先，按下啟動(dòng)按鈕，自動(dòng)打開(kāi)閥門(mén)A使物料A流入。當(dāng)料位到達(dá)傳感器I的位置時(shí)，關(guān)閉閥門(mén)A，同時(shí)打開(kāi)閥門(mén)B使物料B流入。當(dāng)料位到達(dá)傳感器H位置時(shí)，關(guān)閉閥門(mén)B，同時(shí)啟動(dòng)攪拌電動(dòng)機(jī)攪拌10s。攪拌完畢后

5、，打開(kāi)放料閥門(mén)C。當(dāng)物料料位到達(dá)傳感器L的位置時(shí)，再繼續(xù)放料5s后關(guān)閉放料閥門(mén)C。在工作中如果按下停止按鈕，攪拌機(jī)不立即停止工作，只有當(dāng)前混合操作處理完畢，才停止工作，即停在初始狀態(tài)。1.3 編程軟件地址分配表I/O地址分配表表1-2-1所示，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，應(yīng)該有6個(gè)輸入信號(hào)，4個(gè)輸出信號(hào)。表1-2-1 I/O地址分配表 輸入信號(hào) 輸出信號(hào)名稱功能端口地址名稱功能端口地址SB1啟動(dòng)按鈕I0.0YV1閥門(mén)A電磁閥Q4.0SL1料位傳感器1I0.1YV2閥門(mén)B電磁閥Q4.1SL2料位傳感器2I0.2M攪拌機(jī)Q4.2SL3料位傳感器3I0.3YV3閥門(mén)C電磁閥Q4.3SB2停止按鈕I0.4FR過(guò)載保

6、護(hù)I0.51.4 PLC外部電路接線圖物料自動(dòng)混合攪拌系統(tǒng)的PLC外部接線圖如圖1-3-1所示。圖1-3-1 PLC外部接線圖1.5 主電路連接圖物料自動(dòng)混合攪拌系統(tǒng)的主電路連接圖如圖1-4-1所示。 圖1-4-1 主電路連接圖1.6 控制程序網(wǎng)絡(luò)1:按下啟動(dòng)按鈕,閥門(mén)A電磁閥打開(kāi)，物料A流入容器。網(wǎng)絡(luò)2：當(dāng)料位達(dá)到I時(shí)，即SL3=SL2=ON時(shí)，關(guān)閉閥門(mén)A，同時(shí)閥門(mén)B電磁閥打開(kāi)，物料B流入容器。網(wǎng)絡(luò)3：當(dāng)料位達(dá)到H時(shí)，即SL1=SL3=SL2=ON時(shí)，關(guān)閉閥門(mén)B，同時(shí)啟動(dòng)攪拌電動(dòng)機(jī)攪拌10s。網(wǎng)絡(luò)4：。攪拌完畢后，打開(kāi)放料閥門(mén)C。當(dāng)料位到達(dá)傳感器L的位置時(shí)，再繼續(xù)放料5s后關(guān)閉放料閥門(mén)C。網(wǎng)

7、絡(luò)5：在工作中如果按下停止按鈕，攪拌機(jī)不立即停止工作，只有當(dāng)前混合操作處理完畢，才停止工作，即停在初始狀態(tài)。2 物料自動(dòng)混合系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 2.1 硬件選型由設(shè)計(jì)要求知?jiǎng)t需要5個(gè)數(shù)字量輸入和7個(gè)數(shù)字量輸出，CPU型號(hào)可以選擇S7-200PLC的CPU224。SL1(L)、SL2(I)、SL3(H)為3個(gè)料位傳感器，物料淹沒(méi)時(shí)接通。進(jìn)料閥QO.1、QO.2分別控制A物料和B物料進(jìn)料，出料閥Q0.3控制混合物料出料。該系統(tǒng)所使用的輸入輸出設(shè)備的I/O分配如下。表2-1-1 輸入和輸出設(shè)備I/O分配表輸入輸出I1.0啟動(dòng)按鈕SB1Q0.1物料A電磁閥Y1I1.1停止按鈕SB2Q0.2物料B電磁閥Y2

8、I1.2低料位傳感器SL1Q0.3混合料電磁閥Y4I1.3中料位傳感器SL2Q0.0攪動(dòng)電動(dòng)機(jī)接觸器I1.4高料位傳感器SL3根據(jù)表2-1-1輸入和輸出設(shè)備及I/O點(diǎn)分配表畫(huà)出圖2-1-1 I/O主要接線圖如下: 啟動(dòng)按鈕SB1、停止按鈕SB2分別由I1.0和I1.1控制。圖2-1-1 I/O接線圖2.2 主電路的設(shè)計(jì)根據(jù)以上所選的CJX1-9，220V型接觸器、DZ47-63系列小型斷路器、JR16B-60/3D型熱繼電器和型號(hào)為Y90S-6/0.75KW的電動(dòng)機(jī)可畫(huà)出其硬件電氣原理圖如圖2-2-1所示。其中本次設(shè)計(jì)中的混合物料攪拌由電動(dòng)機(jī)M啟動(dòng)。帶有短路保護(hù)、過(guò)載保護(hù)等，短路保護(hù)由FU熔斷

9、器來(lái)實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能，過(guò)載保護(hù)由FR熱繼電器來(lái)實(shí)現(xiàn)其保護(hù)功能。圖2-2-1主電路2.3 物料混合控制系統(tǒng)示意本設(shè)計(jì)為兩種物料混合攪拌控制，其元件、要求如下：1.初始狀態(tài) 開(kāi)始排放混合物料閥Y4打開(kāi)延時(shí)5S后自動(dòng)關(guān)閉2. 啟動(dòng)操作 按下啟動(dòng)按鈕SB1，物料裝置開(kāi)始按以下順序工作：（1）進(jìn)料閥Y1打開(kāi)，A物料流入容器，料位上升。（2）當(dāng)料位上升到SL2（I）處時(shí)，進(jìn)料閥Y1關(guān)閉，A物料停止流入，同時(shí)打開(kāi)進(jìn)料閥Y2，B物料開(kāi)始流入容器。（3）當(dāng)料位上升到SL3（H）處，進(jìn)料閥Y2關(guān)閉，B物料停止流入，同時(shí)攪拌電動(dòng)機(jī)開(kāi)始工作。（4）當(dāng)攪拌電機(jī)定時(shí)攪拌10S后制動(dòng)停止攪拌，同時(shí)Y4打開(kāi)，開(kāi)始放料，料位開(kāi)始下

10、降。（5）當(dāng)料位下降到SL1（L）處時(shí)，開(kāi)始計(jì)時(shí)5s后關(guān)閉放料閥Y4。3.停止操作 工作中，若按下停止按鈕SB2，裝置不會(huì)立即停止，而是完成當(dāng)前工作循環(huán)后再停止。如圖2-4-1所示，SL1（L）、SL2（I）、SL3（H）為3個(gè)料位傳感器，物料淹沒(méi)時(shí)接通。進(jìn)料閥Y1、Y2分別控制物料A和物料B進(jìn)料，出料閥Y4控制混合物料出料。圖2-4-1 攪拌系統(tǒng)示意圖3 物料自動(dòng)混合系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)3.1 PLC控制的相關(guān)流程圖物料混合動(dòng)作的循環(huán)過(guò)程為：開(kāi)閥門(mén)Y1-一關(guān)閥門(mén)Y1-開(kāi)閥門(mén)Y2-關(guān)閥門(mén)Y2-攪拌一定時(shí)一放物料一定時(shí)一關(guān)閥門(mén)Y4-停止一個(gè)循環(huán)。同時(shí)在程序設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)遵循定時(shí)原則。軟件流程圖如下。圖3

11、-1-1程序流程圖3.2 可編程控制器梯形圖標(biāo)準(zhǔn)語(yǔ)言梯形圖語(yǔ)言也是我們最常用的一種語(yǔ)言，它有以下特點(diǎn)1. 它是一種圖形語(yǔ)言，沿用傳統(tǒng)控制圖中的繼電器觸點(diǎn)、線圈、串聯(lián)等術(shù)語(yǔ)和一些圖形符號(hào)構(gòu)成，左右的豎線稱為左右母線。2. 梯形圖中接點(diǎn)（觸點(diǎn)）只有常開(kāi)和常閉，接點(diǎn)可以是PLC輸入點(diǎn)接的開(kāi)關(guān)也可以是PLC內(nèi)部繼電器的接點(diǎn)或內(nèi)部寄存器、計(jì)數(shù)器等的狀態(tài)。3. 梯形圖中的接點(diǎn)可以任意串、并聯(lián)，但線圈只能并聯(lián)不能串聯(lián)。4. 內(nèi)部繼電器、計(jì)數(shù)器、寄存器等均不能直接控制外部負(fù)載，只能做中間結(jié)果供CPU內(nèi)部使用。5. PLC是按循環(huán)掃描事件，沿梯形圖先后順序執(zhí)行，在同一掃描周期中的結(jié)果留在輸出狀態(tài)暫存器中所以輸出

12、點(diǎn)的值在用戶程序中可以當(dāng)做條件使用。功能左邊畫(huà)輸入、右邊畫(huà)輸出。根據(jù)流程圖，分析畫(huà)出梯形圖如3-2-1所示。圖3-2-1梯形圖梯形圖分析：1.初始狀態(tài) 當(dāng)裝置投入運(yùn)行時(shí)，進(jìn)料閥QO.1、QO.2關(guān)閉，出料閥QO.3 打開(kāi)5s將容器中的殘存物料放空后關(guān)閉。2.啟動(dòng)操作 按下啟動(dòng)按鈕SB1，物料裝置開(kāi)始按以下順序工作：進(jìn)料閥QO.1打開(kāi)，A物料流入容器，料位上升。當(dāng)料位上升到SL2（I）處時(shí)，進(jìn)料閥QO.1關(guān)閉，A物料停止流入，同時(shí)打開(kāi)進(jìn)料閥QO.2，B物料開(kāi)始流入容器。當(dāng)料位上升到SL3（H）處，進(jìn)料閥QO.2關(guān)閉，B物料停止流入，同時(shí)攪拌電動(dòng)機(jī)開(kāi)始工作。當(dāng)攪拌電機(jī)定時(shí)攪拌10s后制動(dòng)停止攪拌，

13、同時(shí)QO.3打開(kāi)，開(kāi)始放料，料位開(kāi)始下降。當(dāng)料位不能下降到SL1（L）處時(shí)，開(kāi)始計(jì)時(shí)5s后關(guān)閉放料閥QO.3。3.停止操作 工作中，若按下停止按鈕SB2，待整個(gè)循環(huán)進(jìn)行到結(jié)束，即待灌內(nèi)物料排完，切斷Y4，不再接通Y1，停止Y1，停止工作。4 系統(tǒng)調(diào)試4.1 系統(tǒng)模擬調(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)CONFIGURACIONTIPO 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(shuō)明程序正確，不是就說(shuō)

14、明程序還存在問(wèn)題。4.2 系統(tǒng)聯(lián)機(jī)調(diào)試PLC與上位計(jì)算機(jī)的通訊可以利用高級(jí)語(yǔ)言編程來(lái)實(shí)現(xiàn)，但是用戶必須熟悉互連的PLC及PLC網(wǎng)絡(luò)采用的通信協(xié)議，嚴(yán)格的按照通信協(xié)議規(guī)定為計(jì)算機(jī)編寫(xiě)通信程序，其對(duì)用戶要求較高，而采用工控組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)PLC與上位計(jì)算機(jī)之間的通訊，則相對(duì)簡(jiǎn)單，因?yàn)楣た亟M態(tài)軟件中一般都提供了相關(guān)設(shè)備的通訊驅(qū)動(dòng)程序，西門(mén)子公司的S7系列PLC與工控組態(tài)軟件、組態(tài)王之間可進(jìn)行連接實(shí)現(xiàn)PLC與上位計(jì)算機(jī)之間的通訊。下面介紹組態(tài)王6.5與S7-200 PLC 之間通訊的實(shí)現(xiàn)步驟。PPI協(xié)議是S7-200 CPU默認(rèn)的通信方式，它通過(guò)S7-200 CPU自身的端口（Port 0或Port 1）

15、即可完成。1設(shè)備連接利用PLC與計(jì)算機(jī)專用的PC/PPI電纜，將PLC通過(guò)編程口與上位計(jì)算機(jī)串口（COM口）連接，進(jìn)行串行通訊。串行通訊方式使用“組態(tài)王計(jì)算機(jī)”的串口，I/O設(shè)備通過(guò)PC/PPI通訊電纜連接到“組態(tài)王計(jì)算機(jī)”的串口。2通訊設(shè)備參數(shù)設(shè)置在組態(tài)王工程瀏覽器的工程目錄顯示區(qū)，點(diǎn)擊“設(shè)備”大綱項(xiàng)下PLC與上位計(jì)算機(jī)所連串口（COM口），進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。S7-200系列PLC編程口的通訊口參數(shù)設(shè)置：在組態(tài)王瀏覽器目錄內(nèi)容顯示區(qū)內(nèi)雙擊所設(shè)口對(duì)應(yīng)的“新建”圖標(biāo)，會(huì)彈出“設(shè)備配置向?qū)А睂?duì)話框。在此對(duì)話框中完成與組態(tài)王通訊的設(shè)備的設(shè)置。利用設(shè)備配置向?qū)Ь涂梢酝瓿纱型ㄓ嵎绞降腎/O設(shè)備安裝，安裝過(guò)

16、程簡(jiǎn)單、方便。在配置過(guò)程中，用戶需選擇I/O設(shè)備的生產(chǎn)廠家、設(shè)備型號(hào)、連接方式，為設(shè)備指定一個(gè)邏輯設(shè)備名，設(shè)定設(shè)備地址。3構(gòu)造數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)庫(kù)是“組態(tài)王”軟件的核心部分，在工程管理器中，選擇“數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)詞典”，雙擊“新建圖標(biāo)”，彈出“變量屬性”對(duì)話框，創(chuàng)建仿真電梯各個(gè)變量數(shù)據(jù)，這些變量與PLC內(nèi)部變量一一對(duì)應(yīng)，PLC的輸入輸出完全由組態(tài)王內(nèi)部變量代替。這樣，PLC的實(shí)際輸入輸出狀態(tài)都反映在組態(tài)監(jiān)控界面上，借助PLC的CPU通信功能，系統(tǒng)的運(yùn)行就可以實(shí)現(xiàn)真正的仿真。4設(shè)計(jì)圖形界面并建立動(dòng)畫(huà)連接在組態(tài)王“畫(huà)面”上創(chuàng)建物料自動(dòng)混合的控制示意圖，建立各個(gè)按鈕及位圖，并將各個(gè)控制按鈕、指示燈及位圖與所建立相

17、應(yīng)變量關(guān)聯(lián)，對(duì)相關(guān)單元進(jìn)行動(dòng)畫(huà)連接。 5系統(tǒng)運(yùn)行 啟動(dòng)組態(tài)王運(yùn)行系統(tǒng)TOUCHVIEW，運(yùn)行物料自動(dòng)混合的控制系統(tǒng)。將PLC開(kāi)關(guān)指向“RUN”狀態(tài)，按照控制的要求，觀察運(yùn)行狀態(tài)，記錄運(yùn)行結(jié)果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，系統(tǒng)運(yùn)行正常，動(dòng)畫(huà)效果良好。本次設(shè)計(jì)的梯形圖運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控調(diào)試圖如圖4-2-1和圖4-2-2所示。圖4-2-1 梯形圖的運(yùn)行監(jiān)控調(diào)試圖圖4-2-2 梯形圖的運(yùn)行監(jiān)控調(diào)試圖5 總結(jié)經(jīng)過(guò)這次課程設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)使我鞏固了上課沒(méi)有學(xué)好的知識(shí)點(diǎn)，對(duì)于編程軟件有了更加深刻的認(rèn)識(shí)。兩種物料混合攪拌的自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)物料混料全過(guò)程：即進(jìn)料、混料、出料的自動(dòng)控制。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行穩(wěn)定可靠。使用了西門(mén)子S7-200型號(hào)PLC，設(shè)計(jì)了控制程序。經(jīng)