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文檔簡介
1、遼遼 寧寧 工工 業(yè)業(yè) 大大 學(xué)學(xué) 電氣控制與電氣控制與PLCPLC技術(shù)技術(shù) 課程設(shè)計(論文)課程設(shè)計(論文)題目:題目:基于基于S7-300S7-300的三種液體自動混合控制系統(tǒng)設(shè)計的三種液體自動混合控制系統(tǒng)設(shè)計院(系):院(系): 專業(yè)班級:專業(yè)班級: 學(xué)學(xué) 號:號: 學(xué)生姓名:學(xué)生姓名: 指導(dǎo)教師:指導(dǎo)教師: (簽字)起止時間:起止時間: 本科生課程設(shè)計(論文)II課程設(shè)計(論文)任務(wù)及評語課程設(shè)計(論文)任務(wù)及評語院(系): 教研室: 學(xué) 號學(xué)生姓名專業(yè)班級課程設(shè)計(論文)題目基于S7-300PLC的3種液體自動混合控制系統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)計(論文)任務(wù)課題完成的設(shè)計任務(wù)及功能、要求、技術(shù)參
2、數(shù)實現(xiàn)功能實現(xiàn)功能工藝控制過程為:3 種液體混合控制系統(tǒng)中,Y1、Y2、Y3、Y4 分別為 A、B、C 三種液體的進(jìn)料閥門和混合液體的出料閥門;當(dāng)液位為 0%、30%、60%、90%時,分別加入3 種液體和攪拌混合液體;攪拌 5s 后放出混合液體;當(dāng)液位重新達(dá)到 0%時,延時 3s 關(guān)閉出料閥門。3 種液體的進(jìn)料、出料、攪拌等由 PLC 控制。設(shè)計任務(wù)及要求設(shè)計任務(wù)及要求1. 分析系統(tǒng)的工藝要求,確定系統(tǒng)設(shè)計方案;2. 完成系統(tǒng)的硬件組態(tài)以及 PLC、電源、輸入和輸出模塊、傳感器、電機(jī)等關(guān)鍵器件的選型;3. 編寫整個系統(tǒng)的符號表,繪制 PLC 外部接線圖;4. 規(guī)劃程序結(jié)構(gòu),繪制程序流程圖;5
3、. 編寫并調(diào)試程序。OB1 為主程序,負(fù)責(zé)調(diào)用 FB1 和 FC1、FC2;FB1 為 3 種液體控制程序,其背景數(shù)據(jù)塊分別為 DB1DB3;FC1 為攪拌控制;FC2 為出料控制。程序在PLCSIM 中仿真調(diào)試或者在實驗室調(diào)試運(yùn)行。6. 按學(xué)校規(guī)定的書寫格式,撰寫、打印設(shè)計說明書一份;設(shè)計說明書應(yīng)在 4000 字以上。要求認(rèn)真獨(dú)立完成所規(guī)定的全部內(nèi)容;所設(shè)計的內(nèi)容要求正確、合理。技術(shù)參數(shù)技術(shù)參數(shù)1. 液位變送器輸出為 010V;2. 輸入模擬量的精度為 12 位。進(jìn)度計劃1. 布置任務(wù),查閱資料,確定系統(tǒng)的方案(2 天)2. 完成硬件設(shè)計,包括主要元器件選型、硬件組態(tài)、硬件電路圖(2 天)3
4、. 規(guī)劃程序結(jié)構(gòu),編寫系統(tǒng)程序(3 天)4. 模擬仿真,或?qū)嶒炇艺{(diào)試程序(1 天)5. 撰寫、打印設(shè)計說明書(1 天)6. 驗收及答辯。 (1 天)本科生課程設(shè)計(論文)III注:成績:平時20% 論文質(zhì)量60% 答辯20% 以百分制計算指導(dǎo)教師評語及成績平時: 論文質(zhì)量: 答辯: 總成績: 指導(dǎo)教師簽字: 年 月 日本科生課程設(shè)計(論文)IV摘 要在化工試劑和制藥生產(chǎn)中,經(jīng)常需要將三種或者更多種溶液按一定的比例進(jìn)行混合,然后再做相應(yīng)的后續(xù)處理和加工。在傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)中,溶液的過程控制系統(tǒng)很難保證對混合中的各種成分的含量進(jìn)行精確控制。采用西門子 S7-300 系列 PLC 來控制整個溶液
5、混合過程控制系統(tǒng),大大提高了各種成分含量的控制效率,提高了生產(chǎn)效率,同時自動化程序得到了很大的提高。本次課程設(shè)計的液體混合裝置主要完成三種液體的自動混合攪拌。此裝置需要控制三種液體的自動混合攪拌,通過壓力變送器檢測攪拌機(jī)內(nèi)液位的變化在液位分別為0%、30%、60%、90%時分別加入三種液體并攪拌,達(dá)到混合液體自動混合的目的。3 種液體的進(jìn)料、出料、攪拌等由 PLC 控制。經(jīng)過本次課程設(shè)計,可達(dá)到多種液體混合的效果,并且能夠使液體混合均勻。若在工業(yè)中使用此設(shè)計則能夠降低經(jīng)濟(jì)成本和保證操作人員的安全性。關(guān)鍵詞:液體混合;PLC;壓力變送器本科生課程設(shè)計(論文)V目 錄第 1 章 緒論 .1第 2
6、章 液體自動混合控制系統(tǒng)設(shè)計方案 .22.1 概述 .22.2 方案選擇 .22.3 總體設(shè)計框圖 .3第 3 章 液體自動混合控制系統(tǒng)設(shè)計硬件設(shè)計 .43.1 控制系統(tǒng)電源 .43.2 控制系統(tǒng) CPU .53.3 控制系統(tǒng)信號模塊 .53.4 壓力變送器 .63.5 攪拌器 .73.6 電磁閥 .73.7 系統(tǒng) I/O 分配表 .83.8 系統(tǒng)外部接線圖 .9第 4 章 液體自動混合控制系統(tǒng)軟件設(shè)計 .104.1 軟件介紹 .104.2 系統(tǒng)程序結(jié)構(gòu)圖 .104.3 系統(tǒng)流程圖 .114.4 S7-300 硬件組態(tài).124.5 系統(tǒng)符號表 .134.6 系統(tǒng)梯形圖程序 .14第 5 章 課
7、程設(shè)計總結(jié) .19參考文獻(xiàn) .20本科生課程設(shè)計(論文)1第 1 章 緒論在煉油、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、控制可靠的特點(diǎn),這也是人工操作和半自動化控制所難實現(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)多種液體混合的目的,液體自動混合配料勢必就是擺在我們眼前的一大課題。隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,對原有液體混合裝置進(jìn)行技術(shù)改造,提出數(shù)據(jù)采集、自動控制、運(yùn)行管理等多方面的要求。設(shè)計的多種液體混合裝置利
8、用可編程控制器是現(xiàn)在混合過程中精確控制,提高了液體混合比例的穩(wěn)定性、運(yùn)行穩(wěn)定、自動化程度高,適合工業(yè)生產(chǎn)的需要。PLC 即可編程控制器(Programmable logic Controller) ,是指以計算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。PLC 是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器,用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計時、計數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令,并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出,控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。根據(jù)多種液體自動混合系統(tǒng)的要求與特點(diǎn),本次課程設(shè)計采用的 PLC 具有高速度、高性能等特點(diǎn),可編程邏輯控制器指令豐富,可以
9、接各種輸入輸出擴(kuò)展設(shè)備,能夠方便地聯(lián)網(wǎng)通信。通過論述可編程邏輯控制器的優(yōu)點(diǎn)對基于 S7-300 三種液體混合裝置的控制有了一個總體的認(rèn)識。綜合本次課程設(shè)計要求,進(jìn)行了外部電路的連線和 PLC 程序設(shè)計,從部件的選擇,流程的分析,程序順序控制的設(shè)計方面,完成了本次設(shè)計任務(wù)。本科生課程設(shè)計(論文)2第 2 章 液體自動混合控制系統(tǒng)設(shè)計方案2.1 概述本次設(shè)計主要是綜合應(yīng)用所學(xué)知識,設(shè)計基于 S7-300PLC 的 3 種液體自動混合控制系統(tǒng)設(shè)計,并在實踐的基本技能方面進(jìn)行一次系統(tǒng)的訓(xùn)練。能夠較全面地鞏固和應(yīng)用“PLC”課程中所學(xué)的基本理論和基本方法,并初步掌握 S7-300 系統(tǒng)設(shè)計的基本方法。應(yīng)
10、用場合: 應(yīng)用于多種液體混合 ,3 種液體混合控制系統(tǒng)由壓力變送器、S7-300 模塊、電磁閥、攪拌電機(jī)組成。通過壓力變送器檢測到液位的變化傳送給PLC,通過模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量和液位相比較后,使控制閥和電機(jī)得到控制。達(dá)到本次課程設(shè)計要求。系統(tǒng)功能介紹:3 種液體混合控制系統(tǒng)實現(xiàn)的的是 3 種液體通過 PLC 控制器能過按照一定比例混合。液體混合裝置通過 PLC 控制器調(diào)解輸出,實現(xiàn)基本的多種液體混合。并且達(dá)到液位變送器輸出為 010V,輸入模擬量的精度為 12 位。2.2 方案選擇方案一:使用液位傳感器檢測液位,檢測到液位后傳給控制器 PLC,通過程序處理后使電磁閥和電機(jī)得到控制輸出。方案二:
11、使用壓力變送器檢測液位,通過壓力變送器檢測到液位的變化傳送給 PLC,通過模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量和液位相比較后,使控制閥和電機(jī)得到控制。經(jīng)過比較由于本次課程設(shè)計要求液位變送器輸出為 010V,由于液位傳感器輸出的為數(shù)字量而非模擬量,且 PLC 模擬量輸入單元為 0-24V 所以無法達(dá)到課程設(shè)計要求。所以使用方案二實現(xiàn)本次課程設(shè)計。通過分析該液體混合系統(tǒng)的工藝流程,考慮各個被控對象動作的相互關(guān)聯(lián),決定采用順序控制方案。在不同狀態(tài)下,輸出量有不同的輸出。例如進(jìn)料電磁閥A 打開的前提是混料罐中的液位為 0%,且進(jìn)料閥 B、C 和出料閥關(guān)閉。這就要求系統(tǒng)啟動前個輸出量必須是初始狀態(tài)。因此設(shè)計時可考慮采用一
12、些中間狀態(tài)寄存器來傳送狀態(tài)轉(zhuǎn)換信息,完成系統(tǒng)的各個流程。本科生課程設(shè)計(論文)32.3 總體設(shè)計框圖3 中液體混合控制系統(tǒng)主要由 S7-300 控制器、上位機(jī)監(jiān)控、壓力變送器電路、流量調(diào)節(jié)閥、控制開關(guān)和攪拌電機(jī)等構(gòu)成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖 2.1 所示??删幊踢壿嬁刂破鱏7-300A進(jìn)料閥壓力變送器檢測液位啟動、停止按鈕B進(jìn)料閥C進(jìn)料閥攪拌電機(jī)混合出料閥上位機(jī)圖 2.1 系統(tǒng)總體框圖控制系統(tǒng)啟動后,A 經(jīng)過閥門進(jìn)入混料罐中,隨著進(jìn)入混料罐中的液體不斷增多,混料罐的液位不斷增加,然后將這些實時檢測到的數(shù)據(jù)送往主控制器PLC,PLC 根據(jù)輸入控制開關(guān)和現(xiàn)場采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行多變量的運(yùn)算,將運(yùn)算結(jié)果輸出控制
13、各種輸出開關(guān)符合要求則啟動攪拌電機(jī),攪拌三秒后出料閥打開,重復(fù)上述的過程。本科生課程設(shè)計(論文)4第 3 章 液體自動混合控制系統(tǒng)設(shè)計硬件設(shè)計3.1 控制系統(tǒng)電源PS307 電源模塊是用于 S7-300/ET200M 的負(fù)載電源,用于將市電電壓轉(zhuǎn)換為所需的 24V/DC 工作電壓輸出電流為 2A、5A 或 10A,S7-300 模塊化微型 PLC 系統(tǒng),滿足中、小規(guī)模的性能要求各種性能的模塊可以非常好地滿足和適應(yīng)自動化控制任務(wù)簡單實用的分布式結(jié)構(gòu)和多界面網(wǎng)絡(luò)能力,應(yīng)用十分靈活、方便用戶和簡易的無風(fēng)扇設(shè)計當(dāng)控制任務(wù)增加時,可自由擴(kuò)展大量的集成功能使它功能非常強(qiáng)勁 S7-300F。專用機(jī)床紡織機(jī)械
14、包裝機(jī)械通用機(jī)械工程控制器制造機(jī)床樓宇自動化電氣與電子工業(yè)及相關(guān)產(chǎn)業(yè)。一系列具有不同功率范圍的 CPU,以及具有很多用戶友好功能的一系列擴(kuò)展模塊。故障安全型自動化系統(tǒng),滿足工廠日益增加的安全需求基于 S7-300 可以連接帶有安全相關(guān)模塊的 ET200S 和 ET200M 分布式 I/O 站;采用 PROFIsafe 協(xié)議通過 PROFIBUS DP 進(jìn)行與安全相關(guān)的通訊。此外,還有用于與安全無關(guān)應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)模塊。根據(jù)需要本設(shè)計電源模塊選擇 PS 307/5A,因為 CPU 314C-2 PN/DP 工作時需要 24V 電壓,該電源模塊可以把負(fù)載電壓 120/230VAC 線路電壓轉(zhuǎn)換到所所需的
15、24V 工作電壓。還可以為外部的傳感器和執(zhí)行器供電。如圖 3.1 所示:圖 3.1 電源模塊本科生課程設(shè)計(論文)53.2 控制系統(tǒng) CPU 西門子 S7-300 系列 PLC 控制器,SIMATIC S7-300 是模塊化的微型 PLC 系統(tǒng),可滿足中、低端的性能要求。模塊化、無風(fēng)扇設(shè)計、易于實現(xiàn)分布式結(jié)構(gòu)以及方便的操作,使得 SIMATIC S7-300 成為中、低端應(yīng)用中各種不同任務(wù)的經(jīng)濟(jì)、用戶友好的解決方案。SIMATIC S7-300 的應(yīng)用領(lǐng)域包括:特殊機(jī)械,紡織機(jī)械,包裝機(jī)械,一般機(jī)械設(shè)備制造,控制器制造,機(jī)床制造,安裝系統(tǒng),電氣與電子工業(yè)及相關(guān)產(chǎn)業(yè)。其中中央控制單元選擇 CPU
16、314-2PN/DP,西門子 CPU 314C-2 PN/DP 是一種緊湊型 CPU,用于對處理性能和響應(yīng)速度要求很高的系統(tǒng)。通過其擴(kuò)展工作存儲器,該緊湊型 CPU 也適用于中等規(guī)模的應(yīng)用。使用集成數(shù)字量和模擬量 I/O,可實現(xiàn)與過程的直接連接,工作電壓為 24V。CPU 314C-2 PN/DP 是 S7-300 產(chǎn)品系列中最新型的緊湊型 CPU。表 3.1 CPU314C 性能表指標(biāo)CPU314C工作存儲區(qū)/KB24裝載存儲器(內(nèi)部集成 RAM)/KB40裝載存儲器(Flash EPROM)/KB512DI/DQ512AI/AQ64本機(jī) I/O 點(diǎn)-程序執(zhí)行時間/ms0.3指標(biāo)CPU314
17、存儲器標(biāo)志位2048計數(shù)器/定時器64/1283.3 控制系統(tǒng)信號模塊 常稱為 I/O(輸入/輸出)模塊。測量輸入信號并控制輸出設(shè)備。信號模塊可用于數(shù)字信號和模擬信號,還可用于進(jìn)行連接,如傳感器和啟動器的連接。信號本科生課程設(shè)計(論文)6模塊用于數(shù)字量和模擬量輸入/輸出,又分 DI/DO(數(shù)字量輸入/輸出)和AI/AO(模擬量輸入/輸出)模塊。模擬量輸入模塊用于將模擬量信號轉(zhuǎn)換為 CPU 內(nèi)部處理用的數(shù)字信號,其主要組成部分是 A/D 轉(zhuǎn)換器。模擬量輸入模塊的輸入信號一般都是模擬量變送器輸出的標(biāo)準(zhǔn)量程的直流電壓,直流電流信號。 模擬量輸入/輸出模塊中模擬量對應(yīng)的數(shù)字稱為模擬值,模擬值用 16
18、位二進(jìn) 制補(bǔ)碼來表示最高位為符號位。模擬量輸入模塊的模擬值與百分?jǐn)?shù)表示的模擬量之間的對應(yīng)關(guān)系為:雙極性模擬量量程的上下限(100%和-100%)分別對應(yīng)模擬值27648 和-27648。單極性模擬量量程的上下限(100%和 0%)分別對應(yīng)于模擬值27648 和 0。S7-300 的模擬量 I/O 模塊包括模擬量輸入模塊 SM331、模擬量輸出模塊SM332 和模擬量輸入輸出模塊 SM334 和 SM335。本次課程設(shè)計要求使用模擬量輸入模塊 SM331 和模擬量輸出模塊 SM332。3.4 壓力變送器壓力變送器的被測介質(zhì)的兩種壓力通入高、低兩壓力室,低壓室壓力采用大氣壓或真空,作用在 元(即敏
19、感元件)的兩側(cè)隔離膜片上,通過菲格瑞思隔離片和元件內(nèi)的填充液傳送到測量膜片兩側(cè)。壓力變送器是由測量膜片與兩側(cè)絕緣片上的電極各組成一個電容器。當(dāng)兩側(cè)壓力不一致時,致使測量膜片產(chǎn)生位移,其位移量和壓力差成正比,故兩側(cè)電容量就不等,通過振蕩和解調(diào)環(huán)節(jié),轉(zhuǎn)換成與壓力成正比的信號。本次課程設(shè)計要求輸出電壓為 0-10V,因此選用 HSL-3051 型壓力變送器,傳感器是采用引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)生產(chǎn)的高精度小型化智能傳感器,在轉(zhuǎn)換原理上利用數(shù)字化補(bǔ)償技術(shù)對溫度、靜壓進(jìn)行補(bǔ)償,提高了測量精度,降低了溫度漂移。具有長期穩(wěn)定性好,可靠性高,自診斷能力強(qiáng)等特點(diǎn)。壓力變送器如圖 3.2 所示:本科生課程設(shè)計(論文)7圖
20、 3.2 壓力變送器本科生課程設(shè)計(論文)83.5 攪拌器機(jī)械攪拌器主要包括三部分:電動機(jī)、大功率磁力攪拌器攪拌棒和攪拌密封裝置。電動機(jī)是動力部分,大功率電動攪拌器固定在支架上,由調(diào)速器調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)動快慢。大容量振蕩器攪拌棒與電動機(jī)相連,當(dāng)接通電源后,電動機(jī)就帶動攪拌棒轉(zhuǎn)動而進(jìn)行攪拌,攪拌密封裝置是攪拌棒與反應(yīng)器連接的裝置,它可以使反應(yīng)在密封體系中進(jìn)行。攪拌器的攪拌軸通常由電動機(jī)驅(qū)動。由于攪拌設(shè)備的轉(zhuǎn)速一般都比較低,因而電動機(jī)絕大多數(shù)情況下都是與變速器組合在一起使用的,有時也采用變頻器直接調(diào)速。為此,選用電動機(jī)時,應(yīng)特別考慮與變速器匹配問題。攪拌機(jī)的攪拌軸通常由電動機(jī)驅(qū)動。由于攪拌設(shè)備的轉(zhuǎn)速一般都
21、比較低,因而電動機(jī)絕大多數(shù)情況下都是與變速器組合在一起使用的,有時也采用變頻器直接調(diào)速。為此,選用電動機(jī)時,應(yīng)特別考慮與變速器匹配問題。在很多場合,電動機(jī)與變速器一并配套供應(yīng),設(shè)計時可根據(jù)選定的變速器選用配套的電動機(jī)。本次課程設(shè)計選用的攪拌電機(jī)為三相可調(diào)電動機(jī),這類電機(jī)頻率較高,磁極對數(shù)多用一對(也就是二極電動機(jī)),最高轉(zhuǎn)速可達(dá) 10000 多轉(zhuǎn)。型號為:TOSHIBA 200V,200HZ,2P,1.5KW,其轉(zhuǎn)速達(dá)到 11750PRM。本次課程設(shè)計攪拌電動機(jī)實物如圖 3.3 所示:圖 3.3 攪拌電動機(jī)3.6 電磁閥電磁閥里有密閉的腔,在的不同位置開有通孔,每個孔都通向不同的油管,腔中間是
22、閥,兩面是兩塊電磁鐵,哪面的磁鐵線圈通電閥體就會被吸引到哪邊,通過控制閥體的移動來檔住或漏出不同的排油的孔,而進(jìn)油孔是常開的,液壓油本科生課程設(shè)計(論文)9就會進(jìn)入不同的排油管,然后通過油的壓力來推動油剛的活塞,活塞又帶動活塞桿,活塞竿帶動機(jī)械裝置動。這樣通過控制電磁鐵的電流就控制了機(jī)械運(yùn)動。電磁閥在液路系統(tǒng)中用來實現(xiàn)液路的通斷或液流方向的改變,它一般具有一個可以在線圈電磁力驅(qū)動下滑動的閥芯,閥芯在不同的位置時,電磁閥的通路也就不同。閥芯的工作位置有幾個,該電磁閥就叫幾位電磁閥:閥體上的接口,也就是電磁閥的通路數(shù),有幾個通路口,該電磁閥就叫幾通電磁閥。 電磁閥安裝后,一般所有接口都應(yīng)該是連接好
23、了的,所謂工作位置指的是閥芯的位置。閥芯在線圈不通電時處在甲位置,在線圈通電時處在乙位置,閥芯在不同位置時,對各接口起到或接通或封閉的作用。本次課程設(shè)計采用的電磁閥為液體電磁閥。3.7 系統(tǒng) I/O 分配表根據(jù)設(shè)計要求 I/O 分配圖如表 3.2 所示:表 3.2 I/O 分配表序號符號I/O 地址分配說明1SB1I0.0系統(tǒng)啟動按鈕2SB2I0.1系統(tǒng)停止按鈕3S1I1.00%液位傳感器4S2I1.130%液位傳感器5S3I1.260%液位傳感器6S4I1.390%液位傳感器7Y1Q4.0A 進(jìn)料電磁閥8Y2Q4.1B 進(jìn)料電磁閥9Y3Q4.2C 進(jìn)料電磁閥10KMQ1.4攪拌電機(jī)啟動11Y
24、4Q1.5出料電磁閥設(shè)計系統(tǒng)由 6 個輸入,5 個輸出組成由于實驗室無輸入輸出接線,所以由中間繼電器代替。本科生課程設(shè)計(論文)103.8 系統(tǒng)外部接線圖I0.0 為啟動按鈕輸入地址,I0.1 為停止按鈕輸入地址,I1.0-I1.3 為壓力傳感器輸入值輸入地址。SB1 和 SB2 分別為系統(tǒng)啟動停止按鈕,S1-S4 分別為液位到 0%、30%、60%、90%時壓力變送器輸出到 PLC 的信號,在此外部接線圖中用常開開關(guān)表示。輸入模塊外部接線圖 3.4 所示:I0.0I0.1I1.0I1.1I1.2I1.3MSB1SB2S1S2S3S4L+24V輸入模塊外部接線圖圖 3.4 輸入模塊外部接線圖輸
25、出模塊外部接線圖 3.5 示:Q4.0Q4.1Q4.2Q1.5Q1.4LY1Y2Y3Y4Y5220VN輸出模塊外部接線圖圖 3.5 輸出外部接線圖本科生課程設(shè)計(論文)11Q4.0-Q4.1 為三種液體進(jìn)料閥輸出地址,Q1.5 為攪拌電機(jī)輸出地址,Q1.4 為混合液體出料閥的輸出地址。Y1 為 A 液體電磁閥,Y2 為 B 液體電磁閥,Y3 為 C液體電磁閥,Y4 為攪拌電機(jī)線圈,Y5 為 3 種液體混合后出料閥。本科生課程設(shè)計(論文)12第 4 章 液體自動混合控制系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1 軟件介紹本次課程設(shè)計應(yīng)用軟件為 SETP7,STEP7 編程軟件是一個用于 SIMATIC 可編程邏輯控制器
26、的組態(tài)和編程的標(biāo)準(zhǔn)軟件包。STEP7 標(biāo)準(zhǔn)軟件包中提供一系列的應(yīng)用工具,如:SIMATIC 管理器、符號編輯器、硬件診斷、編程語言、硬件組態(tài)、網(wǎng)絡(luò)組態(tài)等。STEP7 編程軟件可以對硬件和網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)組態(tài),具有簡單、直觀、便于修改等特點(diǎn)。該軟件提供了在線和離線編程的功能,可以對 PLC 在線上載或下載。利用 STEP7 可以方便地創(chuàng)建一個自動化解決方案。STEP 7 是 S7-300/400 系列 PLC 應(yīng)用設(shè)計軟件包,所支持的 PLC 編程語言非常豐富。該軟件的標(biāo)準(zhǔn)版支持 STL(語句表)、LAD(梯形圖)及 FBD(功能塊圖)3 種基本編程語言,并且在 STEP 7 中可以相互轉(zhuǎn)換。專業(yè)版附加
27、對GRAPH(順序功能圖)、SCL(結(jié)構(gòu)化控制語言)、HiGraph(圖形編程語言)、CFC(連續(xù)功能圖)等編程語言的支持。不同的編程語言可供 不同知識背景的人員采用。4.2 系統(tǒng)程序結(jié)構(gòu)圖按分布式編程方式設(shè)計控制程序。程序由 5 個邏輯塊組成,其中 OB1 為主循環(huán)組織塊,OB100 為初始化輸出量程序,F(xiàn)B1 為液體混合控制子程序,F(xiàn)C1 為攪拌器控制子程序,F(xiàn)C2 為混合液體出料閥控制子程序。分布式控制程序結(jié)構(gòu)如圖4.1 所示:OB100OB1FB1FC1FC2本科生課程設(shè)計(論文)13圖 4.1 系統(tǒng)程序結(jié)構(gòu)圖本科生課程設(shè)計(論文)144.3 系統(tǒng)流程圖系統(tǒng)流程圖如圖 4.2 所示:開
28、始壓力變送器檢測液位為0%啟動A液體出料閥打開壓力變送器檢測液位為30%B液體出料閥打開,A閥關(guān)閉壓力變送器檢測液位為60%C液體出料閥打開,B閥關(guān)閉壓力變送器檢測液位為90%攪拌電機(jī)啟動,c閥關(guān)閉5s攪拌時間到出料閥打開3s出料時間到NYNYNYNYNYNY本科生課程設(shè)計(論文)15圖 4.2 系統(tǒng)總體框圖3 種液體混合控制系統(tǒng)中,Y1、Y2、Y3、Y4 分別為 A、B、C 三種液體的進(jìn)料閥門和混合液體的出料閥門;當(dāng)液位為 0%、30%、60%、90%時,分別加入3 種液體和攪拌混合液體;攪拌 5s 后放出混合液體;當(dāng)液位重新達(dá)到 0%時,延時 3s 關(guān)閉出料閥門。3 種液體的進(jìn)料、出料、攪
29、拌等由 PLC 控制。4.4 S7-300 硬件組態(tài)單機(jī)架硬件組態(tài)最多配置 8 個擴(kuò)展模塊。機(jī)架模塊如圖 4.3 所示圖 4.3 機(jī)架模塊圖按照設(shè)計的要求選擇合適的器件經(jīng)行硬件組態(tài)如圖 4.4 所示。圖 4.4 硬件組態(tài)圖硬件的組態(tài)中包括電源提供穩(wěn)定的電壓,CPU 中央控制系統(tǒng),以及串行接口模塊 ET200-S 提供可使用的 I/O 地址。組態(tài)后形成 ET200-S 的 I/O 地址如下圖 4.5 所示:本科生課程設(shè)計(論文)16圖 4.5 ET200 SI/O 地址圖插槽 1 為電源模塊配置,電源模塊如果不選用西門子專用電源模塊,插槽 1配置為空。 插槽 2 為 CPU 模塊配置。 插槽 3
30、 為多機(jī)架擴(kuò)展接口模塊配置,在單機(jī)架配置時為空 2、擴(kuò)展模塊必須從插槽 4 開始配置。根據(jù)給出的 I/O 地址進(jìn)行軟件的編寫程序,輸入為 5 個,輸出也為 5 個,符合設(shè)計中的 I/O 數(shù)量的分配。4.5 系統(tǒng)符號表系統(tǒng)符號表如圖 4.6 所示:圖 4.6 系統(tǒng)符號表本科生課程設(shè)計(論文)174.6 系統(tǒng)梯形圖程序?qū)⑷齻€模擬變?yōu)閿?shù)字量的程序如圖 4.7 所示:圖 4.7 參數(shù)變換程序變量轉(zhuǎn)換的程序是在 OB1 中的,因為 OB1 為主循環(huán)塊,系統(tǒng)啟動時會首先掃描 OB1 中程序,所以隨著液位值的不斷改變,傳入到 PLC 中的數(shù)值也會不斷改變,將變量轉(zhuǎn)換放在 OB1 中可以實現(xiàn)控制系統(tǒng)的實時監(jiān)控
31、。主程序循環(huán)組織塊 OB1 中程序如圖 4.8 和圖 4.9 所示:圖 4.8 OB1 程序本科生課程設(shè)計(論文)18圖 4.9 OB1 程序S7-300 CPU 的操作系統(tǒng)定期執(zhí)行 OB1。執(zhí)行 OB1 后,操作系統(tǒng)將再次啟動它。完成啟動后,將啟動 OB1 的循環(huán)執(zhí)行??烧{(diào)用 OB1 中的其它功能塊(FB、SFB)或功能(FC、SFC)。本次課程設(shè)計中的主循環(huán)快 OB1 中的程序包括數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換,并調(diào)用了功能塊FB1,功能 FC1、FC2。功能塊 FB1 程序如圖 4.10 所示:本科生課程設(shè)計(論文)19圖 4.10 FB1 程序功能塊 FB1 中的程序為三種液體進(jìn)料閥的控制即輸入模擬量為0%
32、,30%,60%,90%時進(jìn)料閥輸出線圈閉合。本科生課程設(shè)計(論文)20功能 FC1 程序如圖 4.11 所示:圖 4.11 FC1 程序功能 FC1 控制的是當(dāng)?shù)谌N液體液體加入到 90%時開始攪拌,并利用定時器T1 定時攪拌 5S,即攪拌電機(jī)運(yùn)行 5S。本科生課程設(shè)計(論文)21功能 FC2 程序如圖 4.12 所示:圖 4.12 FC2 程序圖建立背景數(shù)據(jù)塊如圖 4.13 所示:圖 4.13 系統(tǒng)背景數(shù)據(jù)塊系統(tǒng)背景數(shù)據(jù)塊在主程序循環(huán) OB1 中被調(diào)用。本科生課程設(shè)計(論文)22第 5 章 課程設(shè)計總結(jié)通過這次課程設(shè)計,學(xué)到了有關(guān)的專業(yè)知識方面的知識,更要扎實的掌握基于 S7-300PLC
33、 的 3 種液體自動混合控制系統(tǒng)設(shè)計原理,對西門子 S7-300 技術(shù)有了更深入的了解。本文對 3 種液體自動混合控制系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的分析研究,并通過 STEP7 編寫了設(shè)計系統(tǒng)程序,并對多種液體自動混合裝置進(jìn)行了深入的分析探討,且對 STEP7 中定時器計時時間進(jìn)行了詳細(xì)的計算更深入的了解了此次課程設(shè)計的內(nèi)容。本論文在深入探討分析液體自動混合控制原理基礎(chǔ)上設(shè)計了一套基于 S7-300PLC 控制之下得 3 種液體混合控制系統(tǒng),通過閱讀大量相關(guān)文獻(xiàn),對當(dāng)前 3 種液體自動混合控制控制技術(shù)有了比較深入的了解,并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了硬件選型和軟件系統(tǒng)的設(shè)計,分析及驗證了設(shè)計方案的可行性。設(shè)計系統(tǒng)采用西門子 S7-300PLC 為中心器件來設(shè)計 3 種液體自動混合控制系統(tǒng),實現(xiàn)了能根據(jù)實際混料罐中的液位通過 PLC 控制使 3 種液體混合成都達(dá)到課程設(shè)計要求。系統(tǒng)設(shè)計簡便、實用性強(qiáng)、操作簡單、程序設(shè)計簡便。通過這次課程設(shè)計,我得到了一次用所學(xué)知識與技能分析和解決問題的可貴鍛煉機(jī)會,使我深刻領(lǐng)會了 S7-300PLC
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