多種液體混合控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"1題目背景與意義1\o"CurrentDocument"1.1課題背景1\o"CurrentDocument"1.2課題意義1\o"CurrentDocument"2設(shè)計(jì)題目介紹2\o"CurrentDocument"2.1設(shè)計(jì)目的2\o"CurrentDocument"2設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求2\o"CurrentDocument"3系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案3\o"CurrentDocument"PLC輸入輸出地址分配3\o"CurrentDocument"2整體控制流程圖3\o"CurrentDocument"4系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)5\o"CurrentDocument"1S7-300組態(tài)54.1.1S7-300特點(diǎn)54.1.2S7-300I作過(guò)程5\o"CurrentDocument"S7-300組成部件5\o"CurrentDocument"4.3S7-300硬件組態(tài)步驟6\o"CurrentDocument"5系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)76系統(tǒng)仿真調(diào)試86.1WinCC組態(tài)8\o"CurrentDocument"6.2觸摸屏連接8\o"CurrentDocument"6.3變量定義9\o"CurrentDocument"6.4顯示界面設(shè)置9\o"CurrentDocument"6.5管理畫面設(shè)置11\o"CurrentDocument"6.6報(bào)警畫面設(shè)置11設(shè)置超限報(bào)警值為100,具體操作如圖6-9。11\o"CurrentDocument"6.7配方畫面設(shè)置126.8趨勢(shì)圖畫面設(shè)置13\o"CurrentDocument"7心得體會(huì)13\o"CurrentDocument"8參考文獻(xiàn)14\o"CurrentDocument"附錄151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(duì)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(dòng)化程度不高，使用的硬件設(shè)備多，不易連接，可靠性差。目前己有許多企業(yè)采用先進(jìn)控制器對(duì)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(guò)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(chǎng)工作環(huán)境十分惡劣，不適合人工現(xiàn)場(chǎng)操作。另外，生產(chǎn)要求該系統(tǒng)要具有配料精確、控制可靠等特點(diǎn)，這也是人工操作和半自動(dòng)化控制所難以實(shí)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(shí)現(xiàn)多種液體自動(dòng)混合的目的，液體自動(dòng)混合配料的自動(dòng)控制程序就顯得尤為重要。對(duì)于本課題來(lái)說(shuō)，液體混合控制部分是一個(gè)較大規(guī)模工業(yè)控制系統(tǒng)的改造升級(jí)，控制裝置需要根據(jù)企業(yè)和設(shè)備現(xiàn)況來(lái)構(gòu)成并需盡量用以前系統(tǒng)中的元器件。對(duì)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(chǔ)存和分析匯總的能力。2設(shè)計(jì)題目介紹2.1設(shè)計(jì)目的PLC課程設(shè)計(jì)是學(xué)習(xí)電廠開關(guān)量控制技術(shù)的重要實(shí)踐環(huán)節(jié)，其目的是通過(guò)課程設(shè)計(jì)的實(shí)踐，使學(xué)生鞏固和深化對(duì)相關(guān)專業(yè)理論知識(shí)的理解；培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)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(shí)際中有關(guān)工業(yè)控制實(shí)際問題的能力；進(jìn)一步提高學(xué)生對(duì)PLC控制系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)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(yǔ)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設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求利用西門子S7-300PLC,組態(tài)軟件WinceFlexible,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(xiàng)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)”和日期時(shí)鐘。先組態(tài)兩個(gè)畫面，一個(gè)為主畫面，一個(gè)為系統(tǒng)畫面。兩畫面之間能進(jìn)行切換。在系統(tǒng)畫面中作出兩種液體混合的系統(tǒng)圖。A液體與B液體的數(shù)值可在0?99進(jìn)行設(shè)置。液體總量為A與B液體的總和，為計(jì)算結(jié)果。通過(guò)HMI可對(duì)模擬液體混合實(shí)現(xiàn)手動(dòng)和自動(dòng)控制。手動(dòng)控制時(shí)，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(dòng)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(dòng)控制時(shí)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(shí)，B液體停止流入，打開出料閥開始流出到空后再循環(huán)。容器中的液體可動(dòng)畫顯示，并通過(guò)棒圖刻度標(biāo)記當(dāng)前數(shù)值。為了顯示流暢的液位動(dòng)畫，可通過(guò)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)。組態(tài)若容器中的液位超過(guò)100時(shí)產(chǎn)生一個(gè)液位偏高的報(bào)警。組態(tài)報(bào)警畫面，并能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)畫面之間的切換。組態(tài)一個(gè)用戶組“班組長(zhǎng)”和一個(gè)用戶名“userl“，"userl”屬于“班組長(zhǎng)”用戶組，"userl”的密碼為“000”?！鞍嘟M長(zhǎng)”用戶組的權(quán)限為操作和“輸入A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“userl”可以進(jìn)行設(shè)定。組態(tài)一個(gè)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。組態(tài)趨勢(shì)視圖畫面，能顯示容器中液體總量的數(shù)據(jù)趨勢(shì)曲線。能與系統(tǒng)畫面進(jìn)行切換。建立配方，能實(shí)現(xiàn)液體A設(shè)定值、液體B設(shè)定值的各個(gè)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(jì)方案3.1PLC輸入輸出地址分配表3T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SB110.0電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)Q0.0停止按鈕SB210.1電磁閥Y1打開Q0.1液位L110.2電磁閥Y2打開Q0.2液位L210.3電磁閥Y3打開Q0.3液位L310.42整體控制流程圖本設(shè)計(jì)是通過(guò)外圍的開關(guān)及信號(hào)的操作，模擬兩種液體混合控制系統(tǒng)在進(jìn)液混合過(guò)程中各個(gè)閥門及攪拌機(jī)的狀態(tài)，以液位高度為對(duì)象編寫程序，程序順控為:按下啟動(dòng)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(shí)，閥門Y1關(guān)閉，停止注入A液體；同時(shí)，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(shí)，閥門Y2關(guān)閉，停止注入B液體；同時(shí)，開啟攪拌機(jī)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(shí)，延時(shí)2秒后閥門Y3關(guān)閉，混合液體排放完畢。同時(shí)A液體注入，開始循環(huán)。按下停止按鈕，所有操作都停止，須重新啟動(dòng)。圖3-3總體流程圖4系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)1S7-300組態(tài)S7-300是德國(guó)西門子公司生產(chǎn)的可編程序控制器（PLC）系列產(chǎn)品之一。其模塊化結(jié)構(gòu)、易于實(shí)現(xiàn)分布式的配置以及性價(jià)比高、電磁兼容性強(qiáng)、抗震動(dòng)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)乂切合實(shí)際的解決方案。4.1.1S7-300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(jì)緊湊，可用于空間有限的場(chǎng)合（4）模塊化結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)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4.1.2S7-300工作過(guò)程（DPLC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(dòng)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(guò)程可以被某些事件中斷。（4）在循環(huán)程序處理過(guò)程中，CPU并不直接訪問UO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(guò)程映像區(qū)（在CPU的系統(tǒng)存儲(chǔ)區(qū)）。4.2S7-300組成部件S7-300單機(jī)架硬件組態(tài)最多配置8個(gè)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(wú)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(hào)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LED燈亮過(guò)載：綠色LED燈閃短路：綠色LED燈暗（電壓跌落，短路消失后自動(dòng)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PROFIBUS-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、電池盒與存儲(chǔ)器模塊盒（有的CPU沒有）（4）信號(hào)模塊（SM）數(shù)字量輸入模塊：24VDC,120/230VAC數(shù)字量輸出模塊：24VDC,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(duì)時(shí)間要求苛刻、存儲(chǔ)器容量要求較大的過(guò)程信號(hào)處理任務(wù)。（6）接口模塊（IM）接口模塊用于多機(jī)架配置時(shí)連接主機(jī)架（CR）和擴(kuò)展機(jī)架（ER）。S7-300通過(guò)分布式的主機(jī)架和3個(gè)擴(kuò)展機(jī)架，最多可以配置32個(gè)信號(hào)模塊、功能模塊和通信處理器。（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(jì)我所做的硬件組態(tài)的參數(shù)如圖表4-1所示：表4T硬件組態(tài)序號(hào)名稱型號(hào)序列號(hào)1PSPS3O75A307-IEAO1-0AAO2CPU315F-2PNIDP315-2FJ14-0AB034DI.DODI16/DO16x24v/0.5A323-1BL00-0AA05ALAOAI4/AO2x8/8Bit334-0CE01-0AA04.3S7-300硬件組態(tài)步驟打開SIMATTCManager軟件后創(chuàng)建一個(gè)新建項(xiàng)目，然后再在STEP7向?qū)Ю锩嫣砑?B1。在新建好的工程中添加SIMATIC300站點(diǎn)，如圖4-1所示:[2?>t?4sr*l1辱女件GOOODaSTwedcg>Mtomg，wa[2?>t?4sr*l1辱女件GOOODaSTwedcg>Mtomg，wawat>oi>XSIMATIC400Gt迎彩、\S-t：?si>7I7a.1??\3?>t?araXxx*,匕；寧網(wǎng)QP根事CE>SIMATIC3005^5<(<ySIMATICSIMATICM*拆.PC站點(diǎn)祠FE<X>外蹄誦女件（x>QSIMATIC35ZFQ/FCaSXMATXCZOOStAt19f*圖4TSIMATIC300站點(diǎn)的建立建立好SIMATIC300站點(diǎn)后在硬件里面開始添加機(jī)架，為添加硬件組態(tài)做準(zhǔn)備，完成機(jī)架的添加后，就進(jìn)入本次設(shè)計(jì)西門子S7-300硬件組態(tài)，選用的與外部設(shè)備型號(hào)相對(duì)應(yīng)的電源模塊（PS）、CPU模塊、信號(hào)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0B1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(jì)利用S7-300編程，在0B1里面編寫梯形圖程序。（詳見附錄）

6系統(tǒng)仿真調(diào)試6.1WinCC組態(tài)打開wince組態(tài)軟件，新建一個(gè)空項(xiàng)目，選擇合適的顯示屏，設(shè)置完成后如圖6-1所示。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)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。mil|P'V1?CXf14Ki￥XoA49*AC?4RC3(tlM<HIMS⑦?C<D/姣*VOID?DliDmil-W.&RXX?oo?aM好」mtuj廣C?i<rr■KS■知Aaoo?aM好」mtuj廣C?i<rr■KS■知Aa□??DClF&iCr?Mci&riHc□￡?.raw?m?s4x*wm：vRT第勺莊寺『尖犯出&，rQgwaHB4Z￡m■OHX^14?AaWATS”?UR<7連揚(yáng)：.，「"]:rIn、?‘mrPiZTftfafcMfKW*Q"ACom0ISJI2015422Ol$?KriptttianoE后做上Eg■孫rvfiftr》只拓物g■?▼■—c-S-I。SuJiSiLfW-(塑恥后a??M.k*3??■?”J、r6.3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(shí)候調(diào)用，然后實(shí)現(xiàn)相關(guān)的功能，把定義的變量與按鈕進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)相關(guān)功能的顯示，如圖6-3所示。圖6-3圖6-3定義變量6.4顯示界面設(shè)置根據(jù)設(shè)計(jì)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(shí)鐘日期（如圖6-4）；再創(chuàng)建兩個(gè)畫面，一個(gè)為主畫面（如圖6-5）,一個(gè)為系統(tǒng)畫面（如圖6-6）o兩畫面之間能進(jìn)行切換。SIMATICPANELSIEMENS多重液體混合裝置201J-6-2?15:43:31圖6-4模板畫面SIMATICPANELSIEMENS□網(wǎng)?口耘洶面ooeSIEMENS2013^?7:f5:49:15SIMATICPANEL:壕重液體混登裝豆SIEMENS2013^?7:f5:49:15圖6-5主畫面SIEMENSSIMATICPANEL報(bào)瀚而管理畫面配方茵面主畫面磁^值000堿定值主疑值顛實(shí)際伐:多亙液體混合裝置;報(bào)瀚而管理畫面配方茵面主畫面磁^值000堿定值主疑值顛實(shí)際伐TOC\o"1-5"\h\z?so:1—-",肖jLi.l:E：:。皿:LpT:-9?999?'?'?'?'?'?'?'?'?'??'??2013-6-29-8:41-29-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(bào)警畫面設(shè)置圖6-8報(bào)警畫面設(shè)置超限報(bào)警值為100,具體操作如圖6-9。oo?圖6-9模擬量報(bào)警6.7配方畫面設(shè)置圖6-10配方畫面oo?圖6-9模擬量報(bào)警圖6-10配方畫面設(shè)置4組配方，供顯示觀察區(qū)別，如圖6-iiooa?||p||?；Man|oconsiti*國(guó)方□□ffl6-12趨勢(shì)圖畫面7心得體會(huì)本設(shè)計(jì)主要闡述液體混合裝置的自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)液體混料全過(guò)程：即進(jìn)料、混料、出料的自動(dòng)控制。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行穩(wěn)定可靠。使用了S7-300系列PL