鹽堿分離離心機(jī)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì).doc

廈門理工學(xué)院課程設(shè)計(jì)任務(wù)書課程名稱 電氣控制與PLC 課題名稱鹽堿分離離心機(jī)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 專業(yè)班級(jí) 12自動(dòng)化1班 姓 名 王嘉波 學(xué) 號(hào) 1206062135 指導(dǎo)教師 劉美俊、張哲銘 2015年7月10日設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求一. 課程設(shè)計(jì)的性質(zhì)與目的 本課程設(shè)計(jì)是自動(dòng)化專業(yè)教學(xué)計(jì)劃中不可缺少的一個(gè)綜合性教學(xué)環(huán)節(jié)，是實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐相結(jié)合的重要手段。它的主要目的是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用本課程所學(xué)知識(shí)和技能去分析和解決本課程范圍內(nèi)的一般工程技術(shù)問題，建立正確的設(shè)計(jì)思想，掌握工程設(shè)計(jì)的一般程序和方法。通過課程設(shè)計(jì)使學(xué)生得到工程知識(shí)和工程技能的綜合訓(xùn)練，獲得應(yīng)用本課程的知識(shí)和技術(shù)去解決工程實(shí)際問題的能力。 二. 課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容 1.根據(jù)控制對象的用途、基本結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)形式、工藝過程、工作環(huán)境和控制要求，確定控制方案。2.繪制搬運(yùn)機(jī)械手控制系統(tǒng)的PLC I/O接線圖和梯形圖，寫出指令程序清單。 3.選擇電器元件，列出電器元件明細(xì)表。 4.上機(jī)調(diào)試程序。5.編寫設(shè)計(jì)說明書。 三. 課程設(shè)計(jì)的要求 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)說明書應(yīng)語句通順，用詞準(zhǔn)確，層次清楚，條理分明，重點(diǎn)突出，篇幅不少于7000字。主要設(shè)計(jì)條件1.PLC實(shí)驗(yàn)設(shè)備若干。2.參考文獻(xiàn)若干。設(shè)計(jì)說明書裝訂順序1.課程設(shè)計(jì)說明書封面。2.課程設(shè)計(jì)任務(wù)書。3.說明書目錄。4.正文（按設(shè)計(jì)內(nèi)容逐項(xiàng)書寫）。5.參考文獻(xiàn)。6.附錄。7.課程設(shè)計(jì)評分表。設(shè)計(jì)進(jìn)度安排1.2015年7月6日上午：課題內(nèi)容介紹。2.2015年7月6日下午：仔細(xì)閱讀設(shè)計(jì)任務(wù)書，明確設(shè)計(jì)任務(wù)與要求，收集設(shè)計(jì)資料，準(zhǔn)備設(shè)計(jì)工具。3.2015年7月6日2015年7月10日：確定控制方案。繪制搬運(yùn)機(jī)械手電氣控制系統(tǒng)的PLC I/O接線圖和梯形圖，寫出指令程序清單。設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的工藝圖紙。選擇電器元件，列出電器元件明細(xì)表。4.2015年7月9日：上機(jī)調(diào)試程序。5.2015年7月10日：答辯。參考文獻(xiàn)1廖常初.可編程序控制器的編程方法與工程應(yīng)用M.重慶：重慶大學(xué)出版社 20122萬太福.可編程序控制器及其應(yīng)用M. 重慶：重慶大學(xué)出版社 20123劉美俊.電氣控制與PLC工應(yīng)用.北京：機(jī)械工業(yè)出版社 20144謝桂林.電力拖動(dòng)與控制. 北京：中國礦業(yè)大學(xué)出版社5工廠常用電氣設(shè)備手冊編寫組.工廠常用電氣設(shè)備手冊. 北京：水利電力出版社電氣控制與PLC課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)小組 2015年7月2日 目錄第一章 課程概述1 1.1鹽堿分離離心機(jī)概況及控制要求11.2設(shè)計(jì)任務(wù) 2第二章 控制方案論證32.1 基于PLC控制系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn) 32.2 PLC控制電路相對于繼電器控制電路的優(yōu)點(diǎn) 52.3 PLC控制電路相對以單片機(jī)控制電路的優(yōu)點(diǎn) 5第三章 硬件、軟件設(shè)計(jì) 63.1 I/O接線圖、功能表圖、梯形圖設(shè)計(jì) 6 3.1.1 I/O接線圖設(shè)計(jì) 6 3.1.2 功能表圖設(shè)計(jì) 9 3.1.3 梯形圖設(shè)計(jì)103.2 實(shí)驗(yàn)操作板線路連接133.3 程序調(diào)試143.4錯(cuò)誤分析及解決方案14結(jié)束語15附錄171. 完整梯形圖172. 指令表20 第一章 課題概述 一. 鹽堿分離離心機(jī)概況及控制要求在氯堿生產(chǎn)中，堿液的蒸發(fā)、濃縮過程往往伴有鹽的結(jié)晶，因此需要采取措施對鹽、堿進(jìn)行分離，目前大部分廠家均采用以離心機(jī)為主體的分離系統(tǒng)。分離過程是一順序循環(huán)的工作過程，共分6個(gè)工步：進(jìn)料、甩料、選鹽、升刀、間歇和清洗，靠6個(gè)電磁閥YV1YV6完成上述工作，并要求5步工作連續(xù)循環(huán)8次之后方可進(jìn)入清洗工步，待清洗完畢再進(jìn)入下一次大循環(huán)。分離過程的工作流程圖如圖1所示，各電磁閥的狀態(tài)如表1所示。圖1 鹽堿分離離心機(jī)系統(tǒng)工作流程圖表1 鹽堿分離離心機(jī)電磁閥狀態(tài)表二.設(shè)計(jì)任務(wù)1.設(shè)計(jì)和繪制電氣控制原理圖或PC I/O接線圖、功能表圖和梯形圖，編寫指令程序清單。 2.選擇電氣元件，編制電氣元件明細(xì)表。 3.設(shè)計(jì)操作面板電器元件布置圖。 4.上機(jī)調(diào)試程序5.編寫設(shè)計(jì)說明書。第二章 控制方案論證2.1 基于PLC控制系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)1.實(shí)時(shí)性由于控制器產(chǎn)品設(shè)計(jì)和開發(fā)是基于控制為前提，信號(hào)處理時(shí)間短，速度快?；谛盘?hào)處理和程序運(yùn)行的速度，PLC經(jīng)常用于處理工業(yè)控制裝置的安全聯(lián)鎖保護(hù)。更能滿足各個(gè)領(lǐng)域大、中、小型工業(yè)控制項(xiàng)目。2.高可靠性所有的I/O輸入輸出信號(hào)均采用光電隔離，使工業(yè)現(xiàn)場的外電路與控制器內(nèi)部電路之間電氣上隔離。各輸入端均采用R-C濾波器，其濾波時(shí)間常數(shù)一般為1020ms。各模塊均采用屏蔽措施，以防止噪聲干擾。采用性能優(yōu)良的開關(guān)電源。對采用的元器件進(jìn)行嚴(yán)格的篩選。良好的自診斷功能，一旦電源或其他軟，硬件發(fā)生異常情況，CPU立即采取有效措施，以防止故障擴(kuò)大。大型控制器還可以采用由雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)或有三CPU構(gòu)成表決系統(tǒng),以及實(shí)現(xiàn)電源模塊冗余、IO模塊冗余，使可靠性更進(jìn)一步提高。3.系統(tǒng)配置簡單靈活控制器 產(chǎn)品種類繁多，規(guī)模可分大、中、小等。I/O卡件種類豐富，可根據(jù)自控工程實(shí)現(xiàn)功能要求不同，而進(jìn)行不同的配置。滿足控制工程需要前提下，I/O卡件可靈活組合。4.豐富的I/O卡件控制器針對不同的工業(yè)自控工程的現(xiàn)場信號(hào)，如：交流或直流；開關(guān)量或模擬量；電壓或電流；脈沖或電位； 強(qiáng)電或弱電等,有相應(yīng)的I/O模塊與工業(yè)現(xiàn)場的器件或設(shè)備，如：按鈕、行程開關(guān)、接近開關(guān)、傳感器及變送器、電磁線圈、控制閥等直接連接。 另外為了提高操作性能，它還有多種人-機(jī)對話的接口模塊; 為了組成工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò)，它還有多種通訊聯(lián)網(wǎng)的接口模塊，等等。5.控制系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)為了適應(yīng)各種工業(yè)控制需要，除了單元式的小型控制器以外，絕大多數(shù)控制器均采用模塊化結(jié)構(gòu)。控制器的各個(gè)部件，包括CPU，電源，I/O等均采用模塊化設(shè)計(jì)，由機(jī)架及電纜將各模塊連接起來，系統(tǒng)的規(guī)模和功能可根據(jù)用戶的需要自行組合。6.價(jià)格優(yōu)勢質(zhì)優(yōu)價(jià)廉，性價(jià)比高。7.安裝簡單，維修方便可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運(yùn)行。使用時(shí)只需將現(xiàn)場的各種設(shè)備與PLC相應(yīng)的I/O端相連接，即可投入運(yùn)行。各種模塊上均有運(yùn)行和故障指示裝置，便于用戶了解運(yùn)行情況和查找故障。由于采用模塊化結(jié)構(gòu)，因此一旦某模塊發(fā)生故障，用戶可以通過更換模塊的方法，使系統(tǒng)迅速恢復(fù)運(yùn)行。8.控制器實(shí)現(xiàn)的功能邏輯控制定時(shí)控制計(jì)數(shù)控制順序控制PID控制數(shù)據(jù)計(jì)算通訊和聯(lián)網(wǎng)其它：還有許多特殊功能模塊，適用于各種特殊控制的要求，如：定位控制模塊，CRT模塊。2.2 PLC控制電路相對于繼電器控制電路的優(yōu)點(diǎn)1、控制方式上看：電器控制硬接線，邏輯一旦確定，要改變邏輯或增加功能很是困難；而PLC軟接線，只需改變控制程序就可輕易改變邏輯或增加功能。2、工作方式上看：電器控制并行工作，而PLC串行工作，不受制約。3、控制速度上看：電器控制速度慢，觸點(diǎn)易抖動(dòng)；而PLC通過半導(dǎo)體來控制，速度很快，無觸點(diǎn)，顧而無抖動(dòng)一說。4、定時(shí)、記數(shù)看：電器控制定時(shí)精度不高，容易受環(huán)境溫度變化影響，且無記數(shù)功能；PLC時(shí)鐘脈沖由晶振產(chǎn)生，精度高，定時(shí)范圍寬；有記數(shù)功能。5、可靠、維護(hù)看：電器控制觸點(diǎn)多，會(huì)產(chǎn)生機(jī)械磨損和電弧燒傷，接線也多，可靠、維護(hù)性能差；PLC無觸點(diǎn)，壽命長，且有自我診斷功能，對程序執(zhí)行的監(jiān)控功能，現(xiàn)場調(diào)試和維護(hù)方便。2.3 PLC控制電路相對以單片機(jī)控制電路的優(yōu)點(diǎn)1、 單片機(jī)控制：優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，成本相對較低；缺點(diǎn)，用單片機(jī)制作的主控板受制版工藝、布局結(jié)構(gòu)、器件質(zhì)量等因素的影響導(dǎo)致抗干擾能力差，故障率高，不易擴(kuò)展，對環(huán)境依賴性強(qiáng),開發(fā)周期長，而且，此次設(shè)計(jì)為鹽堿分離，有很強(qiáng)的腐蝕性，所以不應(yīng)選擇單片機(jī)控制。2、 PLC是經(jīng)過幾十年實(shí)際應(yīng)用中檢驗(yàn)過的控制器，其抗干擾能力強(qiáng)，故障率低，易于設(shè)備的擴(kuò)展，便于維護(hù)，開發(fā)周期短。對于大型工業(yè)生產(chǎn)，一般選擇PLC而非單片機(jī)。總之，由于PLC控制相對于繼電器控制有更大的優(yōu)勢，所以最終方案確定為PLC控制技術(shù)，由于系統(tǒng)控制規(guī)律是順序控制，后一工步的工作條件是以前一工步的完成為前提的，所以此次設(shè)計(jì)采用了PLC的復(fù)位置位的順序控制梯形圖編程。第三章 硬件、軟件設(shè)計(jì)3.1設(shè)計(jì)和繪制PC I/O接線圖、功能表圖和梯形圖，編寫指令程序清單。1）PC I/O接線圖根據(jù)鹽堿分離離心機(jī)系統(tǒng)工作流程圖，PLC控制系統(tǒng)的輸入信號(hào)有：啟動(dòng)、停止，兩者均為單操作開關(guān)（占兩個(gè)輸入點(diǎn)）。PLC控制系統(tǒng)的輸出信號(hào)有6個(gè)其均用于驅(qū)動(dòng)電磁閥接觸器即：進(jìn)料閥（KM1）、洗鹽閥（KM2）、化鹽閥（KM3）、升刀閥（KM4）、母液閥（KM5）、熟鹽水閥（KM6）。即輸入用了2個(gè)點(diǎn)，輸出用了6個(gè)點(diǎn)?？傻贸鯥/O接口分配圖如下：輸入輸出啟動(dòng) SB1（X0）進(jìn)料閥接觸器KM1(Y1)停止 SB2(X1)洗鹽閥接觸器KM2(Y2)化鹽閥接觸器KM3(Y3)升刀閥接觸器KM4(Y4)母液閥接觸器KM5(Y5)熟鹽水閥接觸器KM6(Y6)PLC選型：根據(jù)鹽堿分離離心機(jī)系統(tǒng)示意圖，控制系統(tǒng)選用FX2N-48MR，I/O點(diǎn)數(shù)各為24點(diǎn)，可以滿足控制要求且留有充足的裕量。 FX2N系列是小形化，高速度，高性能和所有方面都是相當(dāng)開FX系列中最高檔次的超小形程序裝置。 除輸入出1625點(diǎn)的獨(dú)立用途外，還可以適用于多個(gè)基本組件間的連接，模擬控制，定位控制等特殊用途，是一套可以滿足多樣化廣泛需要的PLC。FX2N系列PLC如下圖：FX2N系列PLC特點(diǎn):（1）系統(tǒng)配置既固定又靈活 在基本單元上連接單元或擴(kuò)展，可進(jìn)行16256點(diǎn)的靈活輸入出組合。在基本單元，擴(kuò)展單元上可分別連接擴(kuò)展模塊，還可連接Fxon系列擴(kuò)展模塊。（2）編程簡單 基本指令27種，步進(jìn)梯形指令2種，應(yīng)用指令128種。 （3）備有可自由選擇，豐富的品種,可選用16/32/48/64/80/128/點(diǎn)的主機(jī)，可以采用最小8點(diǎn)的擴(kuò)展模塊進(jìn)行擴(kuò)展?？筛鶕?jù)電源及輸出形式，自由選擇。 （4）令人放心的高性能 程序容量內(nèi)置8000步RAM（可輸入注釋）可使用存儲(chǔ)盒，最大可擴(kuò)充至 16k步和豐富的軟元件。 （5）高速運(yùn)算 1個(gè)指令運(yùn)行時(shí)間，只需0.08us ?；局噶?1指令0.08us 。應(yīng)用指令/1 指令1.52us數(shù)100us （6）適用于多種特殊用途 特殊用途：脈沖輸出（20KHZ/DC5V,10KHZ/DC12V24V）脈寬調(diào)制PID 控制指令等。 （7）外部機(jī)器通訊簡單化 通過安裝機(jī)能擴(kuò)充板，可將與外部設(shè)備通訊端口置1個(gè)通道。一臺(tái)FX2N主機(jī)可安裝一個(gè)機(jī)能擴(kuò)充板，可以利用RS232C進(jìn)行通信用。I/O接線圖：X0 Y1 Y2X1 Y3 Y4 Y5 Y6COM COMKM1SB1FX2N-48MR220VKM6KM5KM4KM3KM2SB2M80022) 功能表圖M0X0 啟動(dòng)T2K50 T10 甩料K50 K50 T3K50 K200清洗K8K50 間歇K50 升刀 洗鹽T6RST C0Y2 Y6 C0M6C0T5Y5 T4Y3 Y4 Y5Y2 Y5 X1 停止 X1 C0 T6 T4 T3 T2 T1甩料進(jìn)料Y5 Y1 Y5 M5M4M3M2M1T53）梯形圖設(shè)計(jì)說明軟件程序設(shè)計(jì)采用起保停的設(shè)計(jì)思想進(jìn)行設(shè)計(jì)，流程圖中M0-M6為PLC內(nèi)部輔助繼電器，通過輔助繼電器的作用構(gòu)建各個(gè)動(dòng)作間的循環(huán)運(yùn)行，最后通過M0-M6驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的輸出點(diǎn)，從而啟動(dòng)接觸器驅(qū)動(dòng)電磁閥工作。起保停設(shè)計(jì)思想在實(shí)際工程中也很好運(yùn)用，能夠很方便的進(jìn)行循環(huán)設(shè)計(jì)，各個(gè)動(dòng)作能準(zhǔn)確無誤的實(shí)現(xiàn)。1：初始化。2：跳轉(zhuǎn)指令實(shí)現(xiàn)手、自動(dòng)模式切換作用。3: 進(jìn)料按下啟動(dòng)按鈕SB1,X0得電，輸出M1，同時(shí)自鎖，定時(shí)器1開始定時(shí)5s。X1為停止按鈕，當(dāng)系統(tǒng)要停止時(shí)即可啟動(dòng)，系統(tǒng)將運(yùn)行完一周期后停止。4：甩料5：洗鹽6：升刀7：間歇計(jì)數(shù)器C0對操作進(jìn)行計(jì)數(shù)。8：清洗當(dāng)計(jì)數(shù)器C0記滿8次后，進(jìn)行清洗。并延時(shí)20S進(jìn)行下一輪操作。9：跳轉(zhuǎn)至P8處手動(dòng)操作，X2-X7為手動(dòng)操作按鈕，分別對應(yīng)于進(jìn)料、甩料、洗鹽、升刀、間歇、清洗操作。X10作為跳轉(zhuǎn)的開關(guān)，當(dāng)X10閉合，執(zhí)行跳轉(zhuǎn)命令，進(jìn)行手動(dòng)相關(guān)操作；當(dāng)X10斷開，按下啟動(dòng)開關(guān)，進(jìn)行自動(dòng)操作。10：對計(jì)數(shù)器C0復(fù)位3.2 實(shí)驗(yàn)操作板線路連接3.3 程序調(diào)試1)跳轉(zhuǎn)開關(guān)X10斷開：執(zhí)行自動(dòng)操作當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕SB1，即X0得電啟動(dòng)，程序順序啟動(dòng)運(yùn)行，按照進(jìn)料、甩料、洗鹽、升刀、間歇、清洗、進(jìn)料循環(huán)往復(fù)。當(dāng)按下停止按鈕SB2時(shí)，在第一工步中加X1，將不會(huì)馬上停止整個(gè)程序的運(yùn)行，而是在操作完本次循環(huán)后停止。程序的調(diào)試采用6個(gè)指示燈L1，L2，L3，L4，L5,L6分別代表6個(gè)電磁閥，通過指示燈的亮與滅來顯示電磁閥的動(dòng)作情況。調(diào)試過程如下： 按下啟動(dòng)按鈕X0,代表Y1（進(jìn)料閥）、Y5（母液閥）接通的指示燈L1,L5亮.T1計(jì)時(shí)器同時(shí)開始計(jì)時(shí)。T1計(jì)時(shí)到，L1滅。T2計(jì)時(shí)器同時(shí)開始計(jì)時(shí)，指示燈L5亮。T2計(jì)時(shí)到，代表Y2（洗鹽閥）指示燈L2亮，此時(shí)的L5一直還處于亮的狀態(tài)即Y5（母液閥）還是打開的狀態(tài)，T3計(jì)時(shí)器同時(shí)開始計(jì)時(shí)。T3計(jì)時(shí)到，L2滅,代表Y3（化鹽閥）、Y4（升刀閥）的指示燈L3,L4亮，T4計(jì)時(shí)器同時(shí)開始計(jì)時(shí)。T4計(jì)時(shí)到，L3，L4亮,T5計(jì)時(shí)器同時(shí)開始5s間歇計(jì)時(shí)間。T5計(jì)時(shí)到，給計(jì)數(shù)器C0計(jì)數(shù)一次，由于沒有達(dá)到設(shè)計(jì)要求8次，所以重復(fù)進(jìn)行進(jìn)料、甩料、洗鹽、升刀、間歇工序。當(dāng)?shù)?次循環(huán)結(jié)束后，T5記時(shí)時(shí)間到，計(jì)數(shù)器使得L2和代表Y6（熟鹽水閥）的指示燈L6亮，開始洗鹽。同時(shí)T6開始計(jì)時(shí)，20s后又進(jìn)入下一次大循環(huán)。1)跳轉(zhuǎn)開關(guān)X10閉合：執(zhí)行手動(dòng)操作 跳轉(zhuǎn)至P8處，當(dāng)按下按鈕X2-X6，分別對應(yīng)執(zhí)行進(jìn)料、甩料、洗鹽、升刀、間歇、清洗操作。當(dāng)執(zhí)行自動(dòng)操作時(shí)按下X10開關(guān)，自動(dòng)操作將立刻停止，跳轉(zhuǎn)至P8處，當(dāng)X10斷開時(shí)，程序?qū)膭偛抛詣?dòng)操作的停止處繼續(xù)工作。3.4錯(cuò)誤分析及解決方案在設(shè)計(jì)期間，遇到過PLC指示燈PROG-E閃紅燈的狀況，而程序無法執(zhí)行的問題。最后檢查發(fā)現(xiàn)自動(dòng)和手動(dòng)操作存在雙線圈的錯(cuò)誤。經(jīng)整改后問題得以解決。結(jié)束語 經(jīng)過了為期一周的PLC課程設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)，我終于完成了鹽堿分離離心機(jī)的PLC控制系統(tǒng)的課程設(shè)計(jì)，在已學(xué)的PLC課程為基礎(chǔ)，一點(diǎn)一滴慢慢摸索，對離心機(jī)的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行策劃，到最終的程序調(diào)試完成，付出了自己的時(shí)間和精力，同時(shí)也收獲了很多知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)?？赡苓\(yùn)用到實(shí)際工業(yè)運(yùn)作中還存在著很多的不足，但在我卻在設(shè)計(jì)過程中不斷地得到進(jìn)步。 首先是課題的選擇，資料的查找，依賴所學(xué)PLC課程知識(shí)，運(yùn)用圖書和網(wǎng)絡(luò)，從各類信息中找出對自己有用的信息并進(jìn)行編輯完善，這些基本的工作讓我感覺基礎(chǔ)知識(shí)扎實(shí)的必要性。同時(shí)也感覺到自己的不足之處，有時(shí)候?qū)?yīng)用指令不熟悉，以致不能很好準(zhǔn)確的編程，使得工作的效率降低，因此在以后還須多加鍛煉。在學(xué)習(xí)過程