混合装置的PLC控制系统设Word文档格式.docx
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4.2可编程控制器梯形图9
4.2.1梯形图特点9
4.2.2梯形图设计9
4.2.3梯形图分析14
4.2.4设计指令表15
5系统调试20
6结束语21
7参考文献22
1概述
可编程控制器是是一种工业控制计算机,简称PLC(Programmable
logic
Controller),它使用可编程序的记忆以存储指令,用来执行逻辑、顺序、计时、计数、和演算等功能,并通过字或模拟的输入输出,以控制各种机械或生产过程。
1969年美国数字设备公司成功研制世界第一台可编程序控制器PDP-14,并在GM公司的汽车自动装配线上首次使用并获得成功。
进入20世纪80年代,随着大规模和超大规模集成电路等微电子技术的迅猛发展,以16位和少数32位微处理器构成的微机化PLC,使PLC的功能增强,工作速度快,体积减小,可靠性提高,成本下降,编程和故障检测更为灵活,方便。
目前,PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业。
可编程控制器的组成:
CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架。
1)CPU:
CPU是PLC的核心,它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据,用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据,并存入规定的寄存器中,同时,诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。
CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成,CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。
内存主要用于存储程序及数据,是PLC不可缺少的组成单元。
2)I/O模块:
PLC与电气回路的接口,是通过输入输出部分(I/O)完成的。
I/O模块集成了PLC的I/O电路,其输入暂存器反映输入信号状态,输出点反映输出锁存器状态。
输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统,输出模块相反。
I/O分为开关量输入(DI),开关量输出(DO),模拟量输入(AI),模拟量输出(AO)等模块。
3)编程器:
编程器的作用是用来供用户进行程序的输入、编辑、调试和监视的。
编程器一般分为简易型和智能型两类。
简易型只能联机编程,且往往需要将梯形图转化为机器语言助记符后才能送入。
1.4本文研究对象
现代社会要求制造业市场需求迅速的反应,生产出小批量、多品种、多规格、低成本和高质量的产品。
随着微处理器、计算机和数字通信技术的飞跃发展,计算机控制已扩展到所有控制领域。
本次设计是将PLC用于两种液体混合装置的设计的控制,对学习与实用是很好的结合。
本设计的主要研究范围及要求达到的技术参数有:
1.液体混合装置能够实现对混合罐安全、高效的加液、混液、出液的控制;
2.满足混合液的各项技术要求;
3.具体内容包括两种液体混合控制方案的设计、软硬件电路的设计。
2液体自动混合系统方案设计
2.1方案设计原则
对于本课题来说,液体混合系统部分是一个较大规模工业控制系统的改适升级,控制装置需要根据企业设备和工艺现况来构成并需尽可能的利用旧系统中的元器件。
对于人机交互方式改造后系统的操作模式应尽量和改造前的相类似,以便于操作人员迅速掌握。
系统的可靠性要高。
人机交互界面友好,应具备数据储存和分析汇总的能力。
要实现整个液体混合控制系统的设计,需要从怎样实现多个电磁阀的开关以及电动机启动的控制这个角度去考虑,现在就这个问题的如何实现以及选择怎样的方法来确定系统方案。
2.2系统的整体设计要求
在该混合液体装置中,需要完成两种液体的进料、混合、卸料的功能,控制要求如下:
1.混合过程:
开始排放混合液体阀打开延时6S后自动关闭,A液体阀Y1打开,注入A液体。
当液面上升到SL2时,关闭A液体阀YV1,同时注入B液体阀YV2打开,注入B液体。
当液面上升到SL3时,关闭B液体阀,并开始定时搅拌,搅拌6S后停止。
2.停止过程:
停止搅拌后自动排放混合液体,当混合液体的页面下降到SL1时,开始计时到2S后关闭排气阀YV3。
一个循环结束。
3.本设计使用液位SL1、SL2、SL33个传感器控制液体A、液体B的进入和混合液排出的3个电磁阀门及搅拌机的启停。
3液体自动混合系统的硬件设计
3.1硬件选型
3.1.1PLC机型选择
机型选择的基本原则是在满足控制功能要求的前提下,保证系统工作可靠、维护使用方便及最佳的性能价格比。
3.1.2PLC容量选择
PLC容量包括两个方面:
一是I/O的点数;
二是用户存储器的容量(字数)。
PLC容量的选择除满足控制要求外,还应留有适当的裕量,以做备用。
根据经验,在选择存储容量时,一般按实际需要的10%~25%考虑裕量。
对于开关量控制系统,存储器字数为开关量I/O乘以8;
对于有模拟量控制功能的PLC,所需存储器字数为模拟内存单元数乘以100。
通常,一条逻辑指令占用存储器一个字。
计时、计数、移位及算术运算、数据传输等指令占用存储器两个字。
各种指令占存储器的字数可查阅PLC产品使用手册。
I/O点数也应留有适当裕量。
由于目前I/O点数较多的PLC价格也较高,若备用的I/O点的数量太多,将使成本增加。
根据被控对象的输入信号和输出信号的总点数,并考虑到今后的调整和扩充,通常I/O点数按实际需要的10%~15%考虑备用量。
3.1.3I/O模块的选择
PLC是一种工业控制系统,它的控制对象是工业生产设备或工业生产过程,它的工作环境是工业生产现场。
它与工业生产过程的联系是通过通过I/O接口模块可以检测被控生产过程的各种参数,并以这些现场数据作为控制器对被控制对象进行控制的依据。
同时控制器又通过I/O接口模块将控制器的处理结果送给工业生产过程中的被控设备,驱动各种执行机构来实现控制。
外部设备或生产过程中的信号电平各种各样,各种机构所需的信息电平也是各种各样的,而PLC的CPU所处理的信息只能是标准电平,所以I/O接口模块还需实现这种转换。
PLC从现场收集的信息及输出给外部设备的控制信号都需经过一定距离。
为了确保这些信息的正确无误,PLC的I/O接口模块都具有较好的抗干扰能力。
根据实际需要,PLC相应有许多种I/O接口模块,包括开关量输入模块、开关量输出模块、模拟量输入模块及模拟量输出模块,可以根据实际需要进行选择使用。
3.2PLCI/O点分配
3.2.1分析原理
通过分析控制任务,如不考虑产量显示,则共需要5个数字量输入和4个数字量输出,CPU型号可以选择S7-200PLC的CPU224(本机上有14个数字量输入和10个数字量输出)。
由于系统需要显示灌装的灌数,产量上限为1600,可以使用4个带译码电路的BCD数码显示管显示灌装产量,这样就另外需要16点数字量输出。
可以使用2个数字量输出扩展模块EM22(DC24V)或使用一个数字量输入/输出混合扩展模块EM233(DI16/DO16*DC24V)。
SL1、SL2、SL3为3个液位传感器,液体淹没时接通。
进液阀QO.1、QO.2分别控制A液体和B液体进液,出液阀Q0.2控制混合液体出液。
启动操作:
按下启动按钮SB1,装置就开始按下列约定的规律操作:
液体A阀门打开,液体A流入容器。
当液面到达SL2时,SL2接通,关闭液体A阀门,打开液体B阀门。
液面到达SL1时,关闭液体B阀门,搅匀电机开始搅匀。
搅匀电机工作6秒后停止搅动,混合液体阀门打开,开始放出混合液体。
当液面下降到SL3时,SL3由接通变为断开,再过2秒后,容器放空,混合液阀门关闭,开始下一周期。
停止操作:
按下停止按钮SB2后,在当前的混合液操作处理完毕后,才停止操作(停在初始状态上)。
图
(1)液体混合装置控制的模拟实验面板图
此面板中,液面传感器用钮子开关来模拟,启动、停止用动合按钮来实现,液体A阀门、液体B阀门、混合液阀门的打开与关闭以及搅匀的运行与停转用发光二极管的点亮与熄灭来模拟。
3.2.2I/O分配表
表3-1输入和输出设备I/O分配表
输入
输出
I0.0
启动按钮SB1
Q0.0
液体A电磁阀YV1
I0.1
停止按钮SB2
Q0.1
液体B电磁阀YV2
I0.2
高液面传感器SL1
Q0.2
混合液电磁阀YV3
I0.3
中液面传感器SL2
Q0.3
搅动电动机接触器YKM
I0.4
低液面传感器SL3
3.2.3PLC的I/O接线图
根据表3-1输入和输出设备及I/O点分配表画出I/O主要接线图如下:
图
(2)PLC的I/O接线图
4液体自动混合系统的软件设计
4.1控制流程图
液体自动混合的控制是比较复杂的,要满足控制的要求,电梯在接收用户信号的同时,还要不断处理各种定时信号。
液体混合动作的循环过程为:
开阀门YV1-一关阀门YV1-开阀门YV2-关阀门YV2-搅拌一定时一放液体一定时一关阀门YV3-停止一个循环。
同时在程序设计过程中应遵循定时原则。
系统的软件流程图,如图所示。
图(3)控制流程图
4.2可编程控制器梯形图
4.2.1梯形图特点
标准语言梯形图语言也是我们最常用的一种语言,它有以下特点
1.它是一种图形语言,沿用传统控制图中的继电器触点、线圈、串联等术语和一些图形符号构成,左右的竖线称为左右母线。
2.梯形图中接点(触点)只有常开和常闭,接点可以是PLC输入点接的开关也可以是PLC内部继电器的接点或内部寄存器、计数器等的状态。
3.梯形图中的接点可以任意串、并联,但线圈只能并联不能串联。
4.内部继电器、计数器、寄存器等均不能直接控制外部负载,只能做中间结果供CPU内部使用。
5.PLC是按循环扫描事件,沿梯形图先后顺序执行,在同一扫描周期中的结果留在输出状态暂存器中所以输出点的值在用户程序中可以当做条件使用。
功能左边画输入、右边画输出。
4.2.2梯形图设计
根据流程图,分析画出梯形图如下所示。
图(4)梯形图
4.2.3梯形图分析
1.初始状态当装置投入运行时,进液阀QO.0、QO.1关闭,出液阀QO.2,打开2秒将容器中的残存液体放空后关闭。
2.启动操作按下启动按钮SB1,液体A、B阀门关闭,混合液阀门打开20秒将容器放空后关闭。
液体装置开始按以下顺序工作:
(1)进液阀QO.0打开,A液体流入容器,液位上升。
(2)当液位上升到SL2处时,进液阀QO.0关闭,A液体停止流入,同时打开进液阀QO.1,B液体开始流入容器。
(3)当液位上升到SL1处,进液阀QO.1关闭,B液体停止流入,同时搅拌电动机开始工作。
(4)当搅拌电机定时搅拌6S后制动停止搅拌,同时QO.2打开,开始放液,液位开始下降。
(5)当液位不能下降到SL3处时,开始计时2秒后关闭放液阀QO.2,自动开始下一个循环。
3.停止操作工作中,若按下停止按钮SB2,待整个循环进行到结束,即待
灌内液体排完,不再接通YV1,停止YV1,停止工作。
4.2.4设计指令表
Network1
LDI0.0
EU//输出一个周期的高电平
=M10.0//按下开始按钮
Network2
LDI0.1
EU
=M10.1//按下停止按钮
Network3
LDI0.2
=M10.2//SL1传感器有输入
Network4
LDI0.3
=M10.3//SL2传感器有输入
Network5
LDNI0.4
ANM11.3
=M11.2//液位降至SL3时M11.2置1,M20.1置1
Network6
=M11.3
Network7
LDM10.0
SM20.0,1//M20.0置1
Network8
LDM20.0
AT38
OLD
SQ0.0,1//液体A阀门打开
Network9
LDM10.3
SQ0.1,1//液体B阀门打开
Network10
LDM10.3
OM10.1
RQ0.0,1//关闭B阀门
Network11
LDM10.2
SQ0.3,1//电动机开始搅拌
Network12
RQ0.1,1//按下停止按钮或SL1传感器输入时,断开B
阀门
Network13
LDT37
RQ0.3,1//定时时间到,电动机停转
Network14
LDQ0.3
TON37,60//电动机搅拌期间,定时6s
Network15
LDNQ0.3
=M12.4
Network16
AM12.4
LDNM11.5
ALD
=M11.4//搅拌电动机停转后,M11.4置1
Network17
LDNQ0.3
=M11.5
Network18
LDM11.4
SQ0.2,1//混合阀门打开,液体外排
Network19
LDT38
RQ0.2,1//定时2s后,混合阀门关闭,开始下一周期循
环
Network20
LDM11.2
SM20.1,1//M20.1置1
Network21
RM20.1,1定时2s后,复位
Network22
LDM20.1
TONT38,20//定时器定时2s
Network23
LDSM0.1
SQ0.3,1
RQ0.0,2//一上电,混合阀门打开,液体A、B阀门关闭
Network24
TONT39,200//定时20秒
Network25
LDT39
RQ0.3//20秒后,混合阀门关闭
5系统调试
根据所设计的关于搅拌控制的梯形图,选用PLC的S7_200的仿真软件进行仿真。
具体步骤如下:
1、对程序进行编译,检查无误后下载至PLC200内。
2、按照系统硬件示意图进行接线,模拟操作。
3、PLC进入运行方式:
初始状态:
装置投入运行时,液体A、B阀门关闭,混合液阀门打开20秒将容器放空后关闭。
按下启动按钮SB1,Q0.0的指示灯亮,液体A阀门打开,A液体流入。
一段时间后,液面上升到SL3位置,SL3接通,Q0.0的指示灯继续亮。
一段时间后,液面上升到SL2位置,SL2接通,Q0.0的指示灯灭,Q0.1指示灯亮,液体B阀门打开,A阀门关闭,B液体流入。
一段时间后,液面上升到SL1位置,SL1接通,Q0.1的指示灯灭,Q0.3指示灯亮,并开始定时。
液体B阀门关闭,电动机开始搅拌混合液体,6秒后,溶液开始释放,Q0.3指示灯灭,Q0.2指示灯亮。
一段时间后,液面低于SL3位置,SL3断开,2秒后,液体放空,Q0.2指示灯灭,混合阀门关闭,开始下一周期;
在系统运行过程中,按下停止按钮SB2,当前混合液操作处理完毕后,才停止操作(停在初始状态上)。
4、调试结束。
6结束语
本设计主要阐述液体混料罐的自动控制,实现液体混料全过程:
即进料、混料、出料的自动控制。
其系统结构简单,运行稳定可靠。
使用了西门子S7-200型号PLC,设计了控制程序。
通过本次课程设计,是我加强了对PLC地形图、指令表、外部接线的理解,还有经过在网上查找资料以及到图书馆学习,也使我更好的理解和认识了关于PLC设计原理和实际中的应用过程。
在课程设计过程中我们互相讨论,请教老师,在不断地调试各自的程序中,发现了很多各自的问题并进行研究解决。
我们试着用不同的设计方法来实现我们的课题,这样不仅可以拓展我们的思路,还可以使我们的设计成果更加严谨。
本次课程设计可以为以后工作打下一定的基础,感谢本次课程设计,感谢我的指导老师!
在这次课程设计中,我以前关于PLC的知识面得到了拓展,知道的得到了巩固,不知道的借助于图书馆和网络得到了解决,很棘手的疑难杂症在老师的帮助下得到了很好的解决。
在相关的资料的查询中,我对信息的筛选能力有得到了提升。
再次感谢指导老师不惜浪费自己的时间来帮助我们解决问题
7参考文献
[1]吴中俊黄永红编《可编程序控制器原理及应用》机械工业出版社2004;
[2]孙金根康代红编《PLC课程设计指导书》沈阳理工大学信息学院自控教研室2011;
[3]章文浩编《可编程控制器原理及实验》国防工业出版社2003;
[4]田淑珍编《S7-200PLC原理及应用》机械工业出版社2009。
[5]谭浩强编《MCS-51单片机应用教程》清华大学出版社2001。
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- 关 键 词:
- 混合 装置 PLC 控制系统