多種液體混合控制系統(tǒng)設(shè)計

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上目錄1 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，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

2、可靠等特點(diǎn)，這也是人工操作和半自動化控制所難以實現(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)具備數(shù)據(jù)儲存和分析匯總的能力。2 設(shè)計題目介紹2.1 設(shè)計目的PLC課程設(shè)計是學(xué)習(xí)電廠開關(guān)量控制

3、技術(shù)的重要實踐環(huán)節(jié)，其目的是通過課程設(shè)計的實踐，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)實際中有關(guān)工業(yè)控制實際問題的能力；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)計內(nèi)容及要求利用西門子S7-300PLC ，組態(tài)軟件Wincc Flexible， 觸摸屏，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

4、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，為計算結(jié)果。(5)通過HMI可對模擬液體混合實現(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)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

5、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警。(9)組態(tài)報警畫面，并能實現(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“user1“，“user1”屬于“班組長”用戶組，“user1”的密碼為“000”。“班組長”用戶組的權(quán)限為操作和“輸入設(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“us

6、er1”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)計方案3.1 PLC輸入輸出地址分配表3-1 輸入輸出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L3I0.43.

7、2 整體控制流程圖本設(shè)計是通過外圍的開關(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Y1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Y2關(guān)閉，停止注入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Y3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

8、重新啟動。開 始電磁閥Y1通電打開液位到L1時，電磁閥Y1關(guān)閉，電磁閥Y2打開液位到L2時，電磁閥Y2關(guān)閉，電動機(jī)M啟動（攪拌）60秒后電動機(jī)停止，電磁閥Y3關(guān)閉液位到L3時，2秒后電磁閥Y3關(guān)閉停止？結(jié)束否是圖3-3 總體流程圖4 系統(tǒng)硬件設(shè)計4.1 S7-300組態(tài)是德國公司生產(chǎn)的可編程序控制器()系列產(chǎn)品之一。其模塊化結(jié)構(gòu)、易于實現(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)計緊湊，可用

9、于空間有限的場合（4）模塊化結(jié)構(gòu)，設(shè)計更加靈活（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并不直接訪問模塊中的輸入地址區(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

10、儲區(qū)）。4.2 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)字量和模擬量輸入/輸出點(diǎn)，有的CPU集成有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

11、、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）。S7300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個信號模塊、功能模塊和通信。（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)計我所做的硬件組態(tài)的參數(shù)如圖表4-1所示

12、：表4-1 硬件組態(tài)序號名稱型號序列號1PSPS 3075A307-1EA01-0AA02CPU315F-2PNIDP315-2FJ14-0AB034DI/DODI16/DO16x24v/0.5A323-1BL00-0AA05AI/AOAI4/AO2x8/8Bit334-0CE01-0AA04.3 S7-300硬件組態(tài)步驟打開SIMATTC Manager軟件后創(chuàng)建一個新建項目，然后再在STEP7向?qū)Ю锩嫣砑覱B1。在新建好的工程中添加SIMATIC 300站點(diǎn)，如圖4-1所示：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

13、準(zhǔn)備，完成機(jī)架的添加后，就進(jìn)入本次設(shè)計西門子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模塊、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。圖4-2 西門子S7-300硬件組態(tài)設(shè)置完成以后雙擊OB1進(jìn)入工程里，進(jìn)行程序的編寫即可。5 系統(tǒng)軟件設(shè)計利用S7-300編程，在 OB1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wincc組態(tài)軟件，新建一個空項目，選擇合適的顯示屏，設(shè)置完成后如圖6-1所示。圖6-1 工程配置圖6.2 觸摸屏連接創(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)

14、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。圖6-2 觸摸屏連接圖6.3 變量定義仿真之前，需要定義變量和地址，方便添加插件的時候調(diào)用，然后實現(xiàn)相關(guān)的功能，把定義的變量與按鈕進(jìn)行連接，實現(xiàn)相關(guān)功能的顯示，如圖6-3所示。圖6-3 定義變量6.4 顯示界面設(shè)置根據(jù)設(shè)計要求，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。圖6-4 模板畫面圖6-5 主畫面圖6-6 系統(tǒng)畫面6.5 管理畫面設(shè)置圖6-7 管理畫面6.6 報警畫面設(shè)置圖6-8 報警畫

15、面設(shè)置超限報警值為100，具體操作如圖6-9。圖6-9 模擬量報警6.7 配方畫面設(shè)置圖6-10 配方畫面設(shè)置4組配方，供顯示觀察區(qū)別，如圖6-11。圖6-11 配方設(shè)置6.8 趨勢圖畫面設(shè)置圖6-12 趨勢圖畫面7 心得體會本設(shè)計主要闡述液體混合裝置的自動控制，實現(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)計了相關(guān)的控制程序。盡管本次課程設(shè)計的內(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Wincc 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)場控制的實現(xiàn)目前只停留在理論階段，沒有完成PLC與液位傳感器之間的通訊。若以后條件允許，相信可以對以上設(shè)計進(jìn)一步完善。8 參考文獻(xiàn)1劉華波，王雪，何文雪.組態(tài)軟件WINCC及其應(yīng)用.北京: 機(jī)械工業(yè)出版社，2010 2陽勝峰，吳志敏.圖解西門子S7-300/400PLC編程技術(shù).北京：中國電力出版社，20103SIMATIC STEP7 V5.4編程使用手冊