鄭州大學(xué)電氣工程PLC實驗四PLC液體混合模擬裝置

1、PLC液體混合模擬裝置1 概述 所謂PLC，實際就是在PC機(jī)的平臺上，在Windows操作環(huán)境下，用軟件來實現(xiàn)PLC的功能，也就是說，軟PLC是一種基于PC機(jī)開發(fā)結(jié)構(gòu)的控制系統(tǒng)，它具有硬PLC的功能、可靠性、速度、故障查找等方面的特點，利用軟件技術(shù)可以將標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)PC轉(zhuǎn)換全功能的PLC過程控制器。軟PLC綜合了計算機(jī)和PLC的開關(guān)量控制、模擬量控制、數(shù)學(xué)運算、數(shù)值處理、網(wǎng)絡(luò)通信等功能，通過一個多任務(wù)控制內(nèi)核，提供強(qiáng)大的指令集、快速而準(zhǔn)確的掃描周期，可靠的操作和可連接各種I/O系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)的開放式結(jié)構(gòu)。 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域目前不斷擴(kuò)大，并延伸到過程控制，批處理，運動和傳動控制，無線電遙控移植實現(xiàn)全場

2、的自動化。PLC的技術(shù)開展除了小型化，超高速，大容量存儲器，多CPU，多任務(wù)運行外，PLC的開放性更大，通信聯(lián)網(wǎng)功能更強(qiáng)，集成化軟件更優(yōu)。標(biāo)準(zhǔn)化的IEC61131-3PLC編程語言已被眾多PLC廠商所接受，其推廣速度越來越快，應(yīng)用范圍更廣。 20世紀(jì)70年代初出現(xiàn)了微處理器。人們很快將其引入可編程控制器，使PLC增加了運算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，完成了真正具有計算機(jī)特征的工業(yè)控制裝置。此時的PLC為微機(jī)技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物。個人計算機(jī)開展起來后，為了方便和反映可編程控制器的功能特點，可編程序控制器定名為Programmable Logic Cont(PLC)。 20世紀(jì)80年代

3、，可編程控制器在先進(jìn)工業(yè)國家中已獲得廣泛應(yīng)用。世界上生產(chǎn)可編程控制器的國家日益增多，產(chǎn)量日益上升。這標(biāo)志著可編程控制器已步入成熟階段。S7-200是一種小型的可編程控制器，適用于各行各業(yè)，各種場合中的檢測、檢測及控制的自動化。S7-200系列強(qiáng)大功能使其無論在獨立運行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實現(xiàn)復(fù)雜控制功能。因此S7-200系列具有極高的性價比。2硬件設(shè)計 由實驗面板圖可知：本裝置為兩種液體混合裝置，SL1、SL2、SL3為液面?zhèn)鞲衅?，?dāng)液面上升到某一個液面?zhèn)鞲衅鲿r，此液面?zhèn)鞲衅髁⒓醋詣娱]合，當(dāng)液面下降低于某一個液面?zhèn)鞲衅鲿r，此液面?zhèn)鞲衅髁⒓醋詣臃_，液體A、B閥門與混合液閥門由電磁閥YV1、YV

4、2、YV3控制，M為攪動電機(jī)，控制要求如下： 初始狀態(tài):裝置投入運行時，液體A、B閥門、混合液閥門關(guān)閉，容器處于放空狀態(tài)。 啟動操作:按一下啟動按鈕SB1，裝置就開始按以下約定的規(guī)律操作： 循環(huán)規(guī)律：液體A閥門翻開，液體A流入容器。液面先升到SL3，當(dāng)液面到達(dá)SL2時(SL2接通)，關(guān)閉液體A閥門，翻開液體B閥門。液面到達(dá)SL1時，關(guān)閉液體B閥門，攪動電機(jī)M開始攪動。攪動電機(jī)工作6秒后停止攪動，混合液體閥門翻開，開始放出混合液體。液面先降到SL1，再降到SL2，當(dāng)液面下降到SL3時，SL3由接通變?yōu)閿嚅_，再過3秒后，容器放空，混合液閥門關(guān)閉，開始下一周期(即液體A閥門再一次翻開)。停止操作:不

5、管何時按下停止按鈕SB2后，只有在當(dāng)前的混合液操作處理完畢后，才停止操作停在初始狀態(tài)上液體混合裝置控制的模擬實驗面板圖：上圖下框中的YV1、YV2、YV3、M分別接主機(jī)的輸出點、；起、停按鈕SB1、SB2分別接主機(jī)的輸入點、；液面?zhèn)鞲衅鱏L1、SL2、SL3分別接主機(jī)的輸入點I1.2、I1.3、I1.4。上圖中，液面?zhèn)鞲衅骼免o子開關(guān)來模擬，啟動、停止用動合按鈕來實現(xiàn)，液體A閥門、液體B閥門、混合液閥門的翻開與關(guān)閉以及攪動電機(jī)的運行與停轉(zhuǎn)用發(fā)光二極管的點亮與熄滅來模擬。2.2 PLC型號選擇PLC型號的選擇主要應(yīng)從PLC的機(jī)型、容量、I/O模塊、電源模塊、特殊功能模塊、通信聯(lián)網(wǎng)能力等方面加以綜

6、合考慮。PLC機(jī)型選擇的根本原那么是在滿足功能要求及保證可靠、維護(hù)方便的前提下，力爭最正確的性能價格比。選擇時應(yīng)主要考慮到合理的結(jié)構(gòu)型式，安裝方式的選擇，相應(yīng)的功能要求，響應(yīng)速度要求，系統(tǒng)可靠性的要求，機(jī)型盡量統(tǒng)一等因素。2.2.1 I/O點數(shù)的估計 I/O點數(shù)是PLC的一項重要指標(biāo)。合理選擇I/O點數(shù)既可使系統(tǒng)滿足控制要求，又可使系統(tǒng)總投資量最低。PLC的輸入輸出總點數(shù)和種類應(yīng)根據(jù)被控對象所需的模擬量、開關(guān)量等輸入/輸出設(shè)備情況來確定，一般一個輸入/輸出元件要占用一個輸入/輸出點?？紤]到今后的調(diào)整和擴(kuò)充，一般應(yīng)在估計的總點數(shù)上再加上20%到30%的備用量。 S7-200系列PLC中可提供4種

7、不同的根本型號的8種CPU供選擇使用，其輸入/輸出點數(shù)的分配見下表：表2-1 S7-200系列PLC中CPU22X的根本單元型 號輸入點輸出點可帶擴(kuò)展模塊數(shù)S7-200CPU22164S7-200CPU222862個擴(kuò)展模塊78路數(shù)字量I/O點或10路模擬量I/O點S7-200CPU22414107個擴(kuò)展模塊168路數(shù)字量I/O點或35路模擬量I/O點S7-200CPU22624162個擴(kuò)展模塊248路數(shù)字量I/O點或35路模擬量I/O點S7-200CPU226XM24162個擴(kuò)展模塊248路數(shù)字量I/O點或35路模擬量I/O點2.2.2 用戶存儲容量的估算PLC常用的內(nèi)存有EPROM、EEP

8、ROM和帶鋰電池供電的RAM。一般微型和小型PLC的存儲容量是固定的，介于1-2KB之間。用戶應(yīng)用程序占用多少內(nèi)存與許多因素有關(guān)，如I/O點數(shù)、控制要求、運算處理量、程序結(jié)構(gòu)等。因此在程序設(shè)計之前只能粗略的估算。2.2.3 CPU功能與結(jié)構(gòu)的選擇PLC的功能日益強(qiáng)大，一般PLC都具有開關(guān)量邏輯運算、定時、計數(shù)、數(shù)據(jù)處理等根本功能，有些PLC還可擴(kuò)展各種特殊功能模塊，如通信模塊、位置控制模塊等，選型時可考慮以下幾點：功能與任務(wù)相適應(yīng)PLC的處理速度應(yīng)滿足實時控制的要求PLC結(jié)構(gòu)合理、機(jī)型統(tǒng)一在線編程和離線編程的選擇2.2.4 PLC機(jī)型選擇綜上所述，可知本次步進(jìn)電動機(jī)控制的模擬中PLC型號選擇：

9、I/O點數(shù)的統(tǒng)計：輸入4點；輸出5點。估計PLC用戶程序長度：為I/O點數(shù)的10-20倍，選用S7-200CPU226輸出的PLC即可滿足要求。2.3 系統(tǒng)設(shè)計流程示意圖開始按停止按鈕SB2?液面下降到SL3,3s后混合液體放完，YV3關(guān)閉T37工作，6s后，停止攪拌，YV3翻開，混合液體放出液面上升到SL2，YV1關(guān)閉，液體A停止注入，YV2翻開，液體B注入液面上升到SL1，YV2關(guān)閉，液體B停止注入，M開始攪拌液面上升到SL3，無動作YV1翻開，注入A液體 否 是結(jié)束 2.4 I/O分配表表2-2符號地址作用SB啟動開關(guān)SB1停止按鈕SL1上液面?zhèn)鞲衅鱏L2中液面?zhèn)鞲衅鱏L3下液面?zhèn)鞲衅鱕

10、V1液體A閥門YV2液體B閥門YV3混合液體閥門YKM攪拌2.5 主電路圖元件標(biāo)號元件型號OK刀開關(guān)HK1-32/2熔斷器RC1A-30YKMMY2NJ-24V熱繼電器FRJR16B-60/3D攪拌電動機(jī)MEJ15-3KM1/KM2/KM3/KM4RL4RD-DC24VYV2/YV3VF4-25YV1AVF-40SL1/SL2/SL3PLCS7-200CPU226SB1/SB2LA25-103 軟件設(shè)計3.1 設(shè)計梯形圖初次設(shè)計圖程序不能正確執(zhí)行上述程序梯形圖在PLC上運行時，會出現(xiàn)輸出狀態(tài)紊亂，經(jīng)過試驗分析與修改得到如下程序圖，并經(jīng)過實驗驗證，程序正確。實驗調(diào)試過程中遇到了很多問題，修改后的

11、梯形圖與第一次做的梯形圖相比，串聯(lián)了一些狀態(tài)，是為了保證整個運行過程中，各個狀態(tài)的連續(xù)性，很好地解決了運行過程中狀態(tài)紊亂的問題。 將網(wǎng)絡(luò)3中的T38由常開改為常閉是為了使程序能夠正確循環(huán)。經(jīng)過試驗驗證，程序可以正確執(zhí)行。3.2 電路工作過程：初始狀態(tài)裝置投入運行時，液體A、B閥門、混合液閥門關(guān)閉，容器處于放空狀態(tài)。啟動操作、關(guān)斷狀態(tài)1、按下啟動按鈕SB1,輸入繼電器I電。2、I0.01閉合，MO.O1置位并保持，M0.03閉合，為連續(xù)運行做準(zhǔn)備。3、I0.03閉合，Q0.03置位并保持，YV1得電，液體A閥YV1翻開，液體A注入容器。液位上升到中液位I1、當(dāng)液體上升到中液位時，SL2閉合，輸入

12、繼電器電。2、I0.34閉合，使M0.14產(chǎn)生一脈沖信號。3、M0.15閉合一個掃描周期，Q0.05復(fù)位并保持，YV1翻開，液體A停止注入。4、M0.16閉合一個掃描周期。Q0.16置位并保持，YV2翻開，液體B注入容器。液體上升到高液位H(上升到高液位H前一時刻I0.3、I0.4、Q0.1處于閉合狀態(tài)，Q0.0、Q0.2、Q0.3處于關(guān)斷狀態(tài))當(dāng)液體繼續(xù)上升到高液位H時，SL1閉合，輸入繼電器I電。1、I0.27閉合，使M0.27產(chǎn)生一脈沖信號。2、M0.28閉合1個掃描周期，Q0.18復(fù)位并保待，YV2關(guān)閉，液體B停止注入。3、M0.29閉合1個掃描周期，Q9置位并保持，YKM得電，攪拌電

13、動機(jī)運行，開始攪拌。4、Q0.310閉合Q0.0、Q0.1、Q0.2處于關(guān)斷狀態(tài),T3710得電，開始計時。攪拌均勻后，放出混合液體1、計時6秒后，T3711閉合2、T3711閉合Q0.0、Q0.1、Q0.2處于關(guān)斷狀態(tài)，Q0.3處于閉合狀態(tài)，使M0.310產(chǎn)生一脈沖信號。3、M0.312閉合一個掃描周期，Q0.312復(fù)位并保持，YKM失電，攪拌電動機(jī)停止攪拌。4、M0.313閉合一個掃描周期。Q0.213置位并保持，YV3翻開，開始放出混合液體。液位下降到低液位L下降到低液位L前一時刻I0.2、I0.3、Q0.0、Q0.1、Q0.3處于關(guān)斷狀態(tài)， Q0.2處于閉合狀態(tài)液位下降到低液位L，SL

14、3由接通變?yōu)閿嚅_液位傳感器在液位淹沒時為接通狀態(tài)，輸入繼電器I1、I0.414斷開。2、I0.414由接通到斷開時，通過下降沿脈沖指令，在I14的后沿，使T38開始計時。3、計時3秒后T3815閉合，Q0.213復(fù)位并保持，YV3關(guān)閉。循環(huán)1、T38由閉合變?yōu)閿嚅_， M0.01在開始按下啟動按扭SBl時置位并保持，M0.03閉合，Q0.03置位并保持，YV1翻開，液體A注入容器，開始下一個環(huán)節(jié)。停止操作當(dāng)按下停止按鈕SB2，輸入繼電器I0.1得電。1、I0.12閉合，M0.02復(fù)位并保持。2、M0.03斷開，在當(dāng)前混合液處理完畢后T383由閉合變?yōu)閿嚅_，3仍不能重新置位，即停止運動，不再循環(huán)。

15、3.3 設(shè)計指令表ORGANIZATION_BLOCK 主程序:OB1TITLE=程序注釋BEGINNetwork 1 / 網(wǎng)絡(luò)標(biāo)題/ 網(wǎng)絡(luò)注釋S M0.0, 1Network 2 R M0.0, 1Network 3 A T38OLDS Q0.0, 1Network 4 EUNetwork 5 R Q0.0, 1Network 6 S Q0.1, 1Network 7 EUNetwork 8 R Q0.1, 1Network 9 S Q0.3, 1Network 10 TON T37, 60Network 11 LD T37EUNetwork 12 R Q0.3, 1Network 13 S Q0.2, 1Netw