plc控制的物料混合畢業(yè)設(shè)計(jì)

年5月29日plc控制的物料混合畢業(yè)設(shè)計(jì)文檔僅供參考XX職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))基于PLC的物料混合控制系統(tǒng)的研究系部自動控制工程系專業(yè)名稱電氣自動化班級電氣1081班姓名XX學(xué)號XXXXXXXXX指導(dǎo)教師張強(qiáng)9月6日基于PLC的物料混合控制系統(tǒng)的研究指導(dǎo)老師:張強(qiáng)級電氣自動化專業(yè)學(xué)號XXX姓名XX摘要PLC是以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心的通用自動控制裝置,也能夠說它是一種用程序來改變控制功能的計(jì)算機(jī)。隨著微處理器、計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)的飛速發(fā)展,可編程序控制器PLC已在工業(yè)控制中得到廣泛應(yīng)用,而且所占比重在迅速的上升。PLC主要由CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊和編程裝置組成。它應(yīng)用于工業(yè)混合攪拌設(shè)備,使得攪拌過程實(shí)現(xiàn)了自動化控制、而且提升了攪拌設(shè)備工作的穩(wěn)定性,為攪拌機(jī)械順利、有序、準(zhǔn)確的工作創(chuàng)造了有力的保障。本文所介紹的多種液體混合的PLC控制程序可進(jìn)行單周期或連續(xù)工作,具有斷電記憶功能,復(fù)電后能夠繼續(xù)運(yùn)行。另外,PLC還有通信聯(lián)網(wǎng)功能,再經(jīng)過WINCC組態(tài),可直接對現(xiàn)場監(jiān)控、更方便工作和管理。關(guān)鍵詞:可編程序控制器PLC;液位傳感器;定時器;BasedonPLCcontrolsystemofmixingeffciengTutor:zhangqiangelectricautomationlevelNo:12633Name:LixinAbstractComputertechnologyasthecoreofPLCinthegeneralautomaticcontrolequipment,itisakindofprogramtochangecontrolfunctionofthecomputer.Asmicroprocessors,computerandcommunicationtechnology,therapiddevelopmentofPLCprogrammablecontrollerhaswidelyappliedinindustrialcontrol,andtheproportionoftherapidrisein.PLCmainlyconsistsofCPUmodule,inputandoutputmoduleandprogrammingmoduledevice.Itisappliedinindustry,mixingequipmentmixingprocessrealizedautomationcontrol,andimprovedthestability,agitateequipmentworkforthemixingmachinesmoothly,orderly,accurateworkingcreatespowerfulguarantee.ThispaperintroducesvariousliquidmixtureofPLCcontrolprocedurescanbeasinglecycleorcontinuousworkingmemoryfunction,cancontinuerunningafter,wiredback.Inaddition,PLCandcommunications,networkingWINCCconfiguration,butthroughdirecttositemonitoringandmanagement,andmoreconvenient.Keywords:PLCprogrammablecontroller,Levelsensor,Thetimer,目錄第一章引言 1第二章總體方案設(shè)計(jì) 3第三章硬件設(shè)計(jì) 53.1硬件選型,根據(jù)PLC的輸入、出點(diǎn)數(shù),控制功能選擇適用型號的PLC 53.1.1PLC機(jī)型選擇 53.1.2PLC容量選擇 73.1.3I/O模塊的選擇 73.1.4電源模塊的選擇 93.1.5設(shè)備型號選擇 103.2外部接線圖 103.3系統(tǒng)安全設(shè)計(jì),可靠性、實(shí)用性強(qiáng) 11第四章程序設(shè)計(jì) 134.1設(shè)計(jì)程序的流程圖 134.2I/O分配表 144.3控制程序設(shè)計(jì),最大限度的滿足被控對象的控制要求 154.3.2程序設(shè)計(jì) 17第五章人機(jī)界面設(shè)計(jì) 205.1設(shè)計(jì)思想,使計(jì)算機(jī)在人機(jī)界面上適應(yīng)人的思維特性和行動特性 205.2畫面組態(tài),包括對變量、畫面、動畫、報(bào)警、用戶管理、數(shù)據(jù)記錄、趨勢圖、配方、報(bào)表、運(yùn)行腳本和以太網(wǎng)通信的組態(tài) 21第六章系統(tǒng)調(diào)試 226.1系統(tǒng)模擬調(diào)試,在編程軟件和仿真軟件對控制程序調(diào)試 226.2系統(tǒng)聯(lián)機(jī)調(diào)試,WINCC畫面中對整個系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)行和調(diào)試 24第七章總結(jié) 247.1本設(shè)計(jì)的整體內(nèi)容和要求 247.2本設(shè)計(jì)的功能和優(yōu)點(diǎn) 247.3本次設(shè)計(jì)的心得體會 25結(jié)論 26致謝 27參考文獻(xiàn) 28第一章引言1.1傳統(tǒng)的物料混合設(shè)備的控制存在的問題鑒于攪拌設(shè)備的廣泛應(yīng)用,隨著近年來工業(yè)技術(shù)的發(fā)展,流體混合技術(shù)在上世紀(jì)60到80年代期間得到了迅猛發(fā)展,其重點(diǎn)主要是對于常規(guī)攪拌槳在低粘和高粘非牛頓均相體系、固液懸浮和氣液分散等非均相體系中的攪拌功耗、混合時間等宏觀量進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。長期以來,雖然有大量設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和關(guān)聯(lián)式可用于分析和預(yù)測混合體系,但將攪拌反應(yīng)器從實(shí)驗(yàn)室規(guī)模直接放大到工業(yè)規(guī)模,仍是十分危險(xiǎn)的,至今依然需要經(jīng)過逐級放大來達(dá)到攪拌設(shè)備所要求的傳質(zhì)、傳熱和混合。這種方法不但耗費(fèi)巨額的資金和大量的人力物力,而且設(shè)計(jì)周期很長。據(jù)統(tǒng)計(jì),在工業(yè)高度發(fā)達(dá)的美國,化學(xué)工業(yè)由于攪拌反應(yīng)器設(shè)計(jì)不合理所造成的損失每年約為10—100億美元。因此,從更微觀更本質(zhì)的角度,例如采用先進(jìn)的測試手段和建立合理的數(shù)學(xué)模型,獲取攪拌槽中的速度場、溫度場和濃度場,不但對開發(fā)新型攪拌設(shè)備,而且對攪拌設(shè)備的優(yōu)化設(shè)計(jì)具有十分重要的經(jīng)濟(jì)意義,對放大和混合的基礎(chǔ)研究具有現(xiàn)實(shí)的理論意義。而對于攪拌設(shè)備的研究,除功率問題外,有關(guān)攪拌的流體力學(xué)研究具有重要意義。這方面已做了許多工作,但尚需擴(kuò)大和深入。在液體中進(jìn)行攪拌時,攪拌器的功能不但引起液體的整個運(yùn)動,而且要在液體中產(chǎn)生湍動,湍動程度與攪拌器使液體旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的旋渦現(xiàn)象有密切關(guān)系。這些旋渦因經(jīng)常地互相撞擊和破裂,使液體受到劇烈的攪拌。由此可見在攪拌操作中,對于流體力學(xué)理論的研究是極其重要的。1.2物料設(shè)備的發(fā)展趨勢用PLC來代替?zhèn)鹘y(tǒng)物料混合設(shè)備控制近代化學(xué)工業(yè)中,流動的物料不再只是一些低粘度的牛頓型流體,許多高粘度流體也常常遇到,特別是各種各樣的高分子溶液以及混有催化劑粒子的漿狀流體等非牛頓型流體的應(yīng)用日益廣泛。它們與一般的牛頓型流體具有不同的流動特性,因此對于非牛頓型液體的研究是當(dāng)今的一個重要課題。對高粘度流體,特別是非牛頓型流體的攪拌傳熱的研究,也是近年來的一個方向。聚合釜的傳熱特性與其中所用的攪拌器的型式關(guān)系甚大。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。設(shè)備有大型化發(fā)展的趨勢,也需求攪拌設(shè)備大型化。如國外聚合釜的容積已由最初的8～40m3擴(kuò)大到60～100m3,最火的已達(dá)到140m3。采用大型聚臺釜可大大減少操作和檢修人員,有利于自動化,減少投資,提高生產(chǎn)率,穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量。隨著容積的大型化,釜型逐漸由細(xì)長型向矮胖型發(fā)展。而且采用底部攪拌的方式越采越多,多用三葉后掠式攪拌器。三葉后掠式攪拌器是當(dāng)前大型聚合釜采用的一種較好攪拌器。因它排出量大,釜內(nèi)液相循環(huán)充分,每分鐘可達(dá)5～10次,能促使釜內(nèi)反應(yīng)均勻一致。

攪拌也能夠在管路中進(jìn)行,采用在管路中安裝裝置的辦法對氣-液系和液-液系進(jìn)行混合。側(cè)如采用噴射泵對水及醋酸丁酯進(jìn)行混合;在石油精制中,也采用使液體流過設(shè)置在管路中的銳孔板或擋板,以便使兩種液體進(jìn)行接觸。還有在管道中放入攪拌器的,即所謂管道攪拌?？梢?科學(xué)技術(shù)的發(fā)展帶動了攪拌應(yīng)用面的擴(kuò)大。攪拌技術(shù)的發(fā)展又使得攪拌設(shè)備大型化。為了提高攪拌的全自動化和穩(wěn)定性能,就需要一個功能更強(qiáng)、性能更好的系統(tǒng)做支持。在本設(shè)計(jì)中我將引入PLC來實(shí)現(xiàn)其攪拌控制功能。1.3引入PLC來實(shí)現(xiàn)其物料混合設(shè)備的控制功能本設(shè)計(jì)基于采用可編程序控制器(PLC)的設(shè)計(jì)方案,實(shí)現(xiàn)對液體混合攪拌的控制。以PLCS7-200為主要控制器。根據(jù)攪拌設(shè)備的功能特性、運(yùn)作順序等,設(shè)計(jì)中可選用電磁閥、時間繼電器來實(shí)現(xiàn)液體的流入和時間上的延時,從而滿足其控制要求。根據(jù)控制要求,能夠看出此程序是一個很典型的順序控制問題。這樣就能夠先按照攪拌設(shè)備的先后運(yùn)行順序畫出相應(yīng)的順序功能圖,然后在根據(jù)順序功能圖畫梯形圖,最后再用仿真軟件對其進(jìn)行調(diào)試仿真。這樣就能夠?qū)崿F(xiàn)PLC對混合攪拌控制程序的設(shè)計(jì)。第二章總體方案設(shè)計(jì)2.1總體方案論證,系統(tǒng)是將計(jì)算機(jī)技術(shù)、PLC、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和工業(yè)自動化技術(shù)緊密結(jié)合起來,采用分布式的數(shù)據(jù)采集,集中式的數(shù)據(jù)處理。就當(dāng)前的現(xiàn)狀有以下幾種控制方式滿足系統(tǒng)的要求:繼電器控制系統(tǒng)、單片機(jī)控制、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)控制、可編程序控制器控制。(1)繼電器控制系統(tǒng)

控制功能是用硬件繼電器實(shí)現(xiàn)的。繼電器串接在控制電路中根據(jù)主電路中的電壓、電流、轉(zhuǎn)速、時間及溫度等參量變化而動作,以實(shí)現(xiàn)電力拖動裝置的自動控制及保護(hù)。系統(tǒng)復(fù)雜,在控制過程中,如果某個繼電器損壞,都會影響整個系統(tǒng)的正常運(yùn)行,查找和排除故障往往非常困難,雖然繼電器本身價(jià)格不太貴,可是控制柜的安裝接線工作量大,因此整個控制柜價(jià)格非常高,靈活性差,響應(yīng)速度慢。

(2)單片機(jī)控制

單片機(jī)作為一個超大規(guī)模的集成電路,機(jī)構(gòu)上包括CPU、存儲器、定時器和多種輸入/輸出接口電路。其低功耗、低電壓和很強(qiáng)的控制功能,成為功控領(lǐng)域、尖端武器、日常生活中最廣泛的計(jì)算機(jī)之一?？墒?單片機(jī)是一片集成電路,不能直接將它與外部I/O信號相連。要將它用于工業(yè)控制還要附加一些配套的集成電路和I/O接口電路,硬件設(shè)計(jì)、制作和程序設(shè)計(jì)的工作量相當(dāng)大。

(3)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)控制

工控機(jī)采用總線結(jié)構(gòu),各廠家產(chǎn)品兼容性強(qiáng),有實(shí)時操作系統(tǒng)的支持,在要求快速、實(shí)用性強(qiáng)、功能復(fù)雜的領(lǐng)域中占優(yōu)勢。但工控機(jī)價(jià)格較高,將它用于開關(guān)量控制有些大材小用。且其外部I/O接線一般都用于多芯扁平電纜和插頭、插座,直接從印刷電路板上引出,不如接線端子可靠。

(4)可編程序控制器控制

可編程序控制器配備各種硬件裝置供用戶選擇,用戶不用自己設(shè)計(jì)和制作硬件裝置,只須確定可編程序控制器的硬繭配制和設(shè)計(jì)外部接線圖,同時采用梯形圖語言編程,用軟件取代繼電器電器系統(tǒng)中的觸點(diǎn)和接線,經(jīng)過修改程序適應(yīng)工藝條件的變化。

可編程控制器(PLC)從上個世紀(jì)70年代發(fā)展起來的一種新型工業(yè)控制系統(tǒng),起初它主要是針對開關(guān)量進(jìn)行邏輯控制的一種裝置,能夠取代中間繼電器、時間繼電器等構(gòu)成開關(guān)量控制系統(tǒng)。隨著30多年來微電子技術(shù)的不斷發(fā)展,PLC也經(jīng)過不斷的升級換代大大增強(qiáng)了其功能?，F(xiàn)在PLC已經(jīng)發(fā)展成為不但具有邏輯控制功能、還具有過程控制功能、運(yùn)動控制功能和數(shù)據(jù)處理功能、連網(wǎng)通訊功能等多種性能,是名符其實(shí)的多功能控制器。由PLC為主構(gòu)成的控制系統(tǒng)具有可靠性高、控制功能強(qiáng)大、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn),是當(dāng)前工業(yè)自動化的首選控制裝置。故選擇PLC來實(shí)施本次設(shè)計(jì)。(1)開關(guān)量的邏輯控制

這是PLC最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域,它取代傳統(tǒng)的繼電器電路,實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制,既可用于單臺設(shè)備的控制,也可用于多機(jī)群控及自動化流水線。如注塑機(jī)、印刷機(jī)、訂書機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。(2)運(yùn)動控制PLC能夠用于圓周運(yùn)動或直線運(yùn)動的控制,世界上各主要PLC廠家的產(chǎn)品幾乎都有運(yùn)動控制功能,廣泛用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、電梯等場合。(3)閉環(huán)過程控制過程控制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計(jì)算機(jī),PLC能編制各種各樣的控制算法程序,完成閉環(huán)控制。PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應(yīng)用。(4)數(shù)據(jù)處理現(xiàn)代PLC具有數(shù)學(xué)運(yùn)算(含矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算)、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能,能夠完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。數(shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng),如無人控制的柔性制造系統(tǒng);也可用于過程控制系統(tǒng),如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。(5)通信及聯(lián)網(wǎng)PLC通信含PLC間的通信及PLC與其它智能設(shè)備間的通信。隨著計(jì)算機(jī)控制的發(fā)展,工廠自動化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展得很快,各PLC廠商都十分重視PLC的通信功能,紛紛推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的PLC都具有通信接口,通信非常方便。2.2系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)思想,控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟(jì)、使用和維護(hù)方便。物料混合設(shè)備要節(jié)能、安全、高效和滿足生產(chǎn)及應(yīng)用要求。(1)可靠性高,抗干擾能力強(qiáng)高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù),采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造,內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù),具有很高的可靠性。(2)配套齊全,功能完善,適用性強(qiáng)PLC發(fā)展到今天,已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品。能夠用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能以外,現(xiàn)代PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力,可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。(3)易學(xué)易用,深受工程技術(shù)人員歡迎PLC作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī),是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易,編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表示方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近,只用PLC的少量開關(guān)量邏輯控制指令就能夠方便地實(shí)現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計(jì)算機(jī)原理和匯編語言的人使用計(jì)算機(jī)從事工業(yè)控制打開了方便之門。(4)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小,維護(hù)方便,容易改造PLC用存儲邏輯代替接線邏輯,大大減少了控制設(shè)備外部的接線,使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及建造的周期大為縮短,同時維護(hù)也變得容易起來。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。(5)體積小,重量輕,能耗低(6)硬件配套齊全,擁護(hù)使用方便,適應(yīng)性強(qiáng)第三章硬件設(shè)計(jì)3.1硬件選型,根據(jù)PLC的輸入、出點(diǎn)數(shù),控制功能選擇適用型號的PLC3.1.1PLC機(jī)型選擇機(jī)型選擇的基本原則是在滿足控制功能要求的前提下,保證系統(tǒng)工作可靠、維護(hù)使用方便及最佳的性能價(jià)格比。具體應(yīng)考慮的因素如下所述。(1)結(jié)構(gòu)合理對于工藝過程比較固定、環(huán)境條件較好、維修量較小的場合,選用整體式結(jié)構(gòu)的PLC;否則,選用模塊式結(jié)構(gòu)的PLC,物料混合控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)選用整體式結(jié)構(gòu)的PLC能夠達(dá)到要求。(2)功能強(qiáng)、弱適當(dāng)對于開關(guān)量控制的工程項(xiàng)目,若控制速度要求不高,一般選用低檔的PLC,西門子公司的S7-200系列機(jī)或歐姆龍公司的COM1。(3)機(jī)型統(tǒng)一PLC的結(jié)構(gòu)分為整體式和模塊式兩種。整體式結(jié)構(gòu)把PLC的I/O和CPU放在一塊印刷電路板上,并封裝在一個殼體內(nèi),省去了插接環(huán)節(jié),因此體積小、價(jià)格便宜。但由于整體式結(jié)構(gòu)的PLC功能有限,只適用于控制要求比較簡單的系統(tǒng)。一般大型的控制系統(tǒng)都使用模塊式結(jié)構(gòu),這樣功能易擴(kuò)展,比整體式靈活。一個大型企業(yè)選用PLC時,盡量要做到機(jī)型統(tǒng)一。由于同一機(jī)型的PLC,其模塊可互為備用,以便備件的采購和管理;另外,功能及編程方法統(tǒng)一,有利于技術(shù)人員的培訓(xùn);其外部設(shè)備通用也有利于資源共享。若配備了上位計(jì)算機(jī),可把各獨(dú)立系統(tǒng)的多臺PLC聯(lián)成一個多級分布式控制相互通信,集中協(xié)調(diào)管理。物料混合控制系統(tǒng)控制要求比較簡單選擇整體式結(jié)構(gòu)的PLC(4)是否在線編程PLC的特點(diǎn)之一是使用靈活。當(dāng)被控設(shè)備的工藝過程改變時,只需用編程器重新修改程序,就能滿足新的控制要求,給生產(chǎn)帶來很大方便。PLC的編程分為離線編程和在線編程兩種。離線編程的PLC,其主機(jī)和編程器共用物料混合控制系統(tǒng)采用離線編程(5)PLC的環(huán)境適應(yīng)性由于PLC是直接用于工業(yè)控制的工業(yè)控制器,生產(chǎn)廠家都把它設(shè)計(jì)成能在惡劣的環(huán)境條件下可靠地工作。盡管如此,每種PLC都有自己的環(huán)境技術(shù)條件,用戶在選用時,特別是在設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時,對環(huán)境條件要進(jìn)行充分的考慮。一般PLC及其外部電路(I/O模塊、輔助電源等)都能在下列環(huán)境條件下可靠工作:溫度工作溫度0～55℃,最高為60℃儲存溫度-40℃～＋85℃濕度相對濕度5%～95%(無凝結(jié)霜)振動和沖擊滿足國際電工委員會標(biāo)準(zhǔn)電源交流200V,允許變化范圍為-15%～＋15%,頻率為47～53Hz瞬間停電保持l0ms環(huán)境周圍空氣不能混有可燃性、爆炸性和腐蝕性氣體對于需要應(yīng)用在特殊環(huán)境下的PLC,要根據(jù)具體的情況進(jìn)行合理的選擇。3.1.2PLC容量選擇PLC容量包括兩個方面:一是I/O的點(diǎn)數(shù);二是用戶存儲器的容量(字?jǐn)?shù))。PLC容量的選擇除滿足控制要求外,還應(yīng)留有適當(dāng)?shù)脑Ａ?以做備用。根據(jù)經(jīng)驗(yàn),在選擇存儲容量時,一般按實(shí)際需要的10%～25%考慮裕量。對于開關(guān)量控制系統(tǒng),存儲器字?jǐn)?shù)為開關(guān)量I/O乘以8;對于有模擬量控制功能的PLC,所需存儲器字?jǐn)?shù)為模擬內(nèi)存單元數(shù)乘以100。一般,一條邏輯指令占用存儲器一個字。計(jì)時、計(jì)數(shù)、移位及算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳輸?shù)戎噶钫加么鎯ζ鲀蓚€字。各種指令占存儲器的字?jǐn)?shù)可查閱PLC產(chǎn)品使用手冊。I/O點(diǎn)數(shù)也應(yīng)留有適當(dāng)裕量。由于當(dāng)前I/O點(diǎn)數(shù)較多的PLC價(jià)格也較高,若備用的I/O點(diǎn)的數(shù)量太多,將使成本增加。根據(jù)被控對象的輸入信號和輸出信號的總點(diǎn)數(shù),并考慮到今后的調(diào)整和擴(kuò)充,一般I/O點(diǎn)數(shù)按實(shí)際需要的10%～15%考慮備用量。3.1.3I/O模塊的選擇PLC是一種工業(yè)控制系統(tǒng),它的控制對象是工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備或工業(yè)生產(chǎn)過程,它的工作環(huán)境是工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場。它與工業(yè)生產(chǎn)過程的聯(lián)系是經(jīng)過I/O接口模塊來實(shí)現(xiàn)的。經(jīng)過I/O接口模塊能夠檢測被控生產(chǎn)過程的各種參數(shù),并以這些現(xiàn)場數(shù)據(jù)作為控制器對被控制對象進(jìn)行控制的依據(jù)。同時控制器又經(jīng)過I/O接口模塊將控制器的處理結(jié)果送給工業(yè)生產(chǎn)過程中的被控設(shè)備,驅(qū)動各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)控制。外部設(shè)備或生產(chǎn)過程中的信號電平各種各樣,各種機(jī)構(gòu)所需的信息電平也是各種各樣的,而PLC的CPU所處理的信息只能是標(biāo)準(zhǔn)電平,因此I/O接口模塊還需實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換。PLC從現(xiàn)場收集的信息及輸出給外部設(shè)備的控制信號都需經(jīng)過一定距離。為了確保這些信息的正確無誤,PLC的I/O接口模塊都具有較好的抗干擾能力。根據(jù)實(shí)際需要,PLC相應(yīng)有許多種I/O接口模塊,包括開關(guān)量輸入模塊、開關(guān)量輸出模塊、模擬量輸入模塊及模擬量輸出模塊,能夠根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇使用。(1)確定I/O點(diǎn)數(shù)I/O點(diǎn)數(shù)的確定要充分的考慮到裕量,能方便地對功能進(jìn)行擴(kuò)展。對一個控制對象,由于采用不同的控制方法或編程水平不一樣,I/O點(diǎn)數(shù)就可能有所不同。(2)開關(guān)量I/O標(biāo)準(zhǔn)的I/O接口用于同傳感器和開關(guān)(如按鈕、限位開關(guān)等)及控制(開/關(guān))設(shè)備(如指示燈、報(bào)警器、電動機(jī)起動器等)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。典型的交流I/O信號為24～240V(AC),直流I/O信號為5～24V(DC)。(3)選擇開關(guān)量輸入模塊主要從下面兩方面考慮:一是根據(jù)現(xiàn)場輸入信號與PLC輸入模塊距離的遠(yuǎn)近來選擇電平的高低。一般24V以下屬于低電平,其傳輸距離不宜太遠(yuǎn)。如12V電壓模塊一般不超過10m,距離較遠(yuǎn)的設(shè)備選用較高電壓模塊比較可靠。二是高密度的輸入模塊,如32點(diǎn)輸入模塊,能允許同時接通的點(diǎn)數(shù)取決于輸入電壓和環(huán)境溫度。一般同時接通的點(diǎn)數(shù)不得超過總輸入點(diǎn)數(shù)的60%。(4)選擇開關(guān)量輸出模塊時應(yīng)從以下三個方面來考慮:一是輸出方式選擇。輸出模塊有三種輸出方式:繼電器輸出、晶閘管輸出、晶體管輸出。其中,繼電器輸出價(jià)格便宜,使用電壓范圍廣,導(dǎo)通壓降小,承受瞬時過電壓和過電流的能力強(qiáng),且有隔離作用。但繼電器有觸點(diǎn),壽命較短,且響應(yīng)速度較慢,適用于動作不頻繁的交／直流負(fù)載。當(dāng)驅(qū)動電感性負(fù)載時,最大開閉頻率不得超過1Hz。晶閘管輸出(交流)和晶體管輸出(直流)都屬于無觸點(diǎn)開關(guān)輸出,適用于通斷頻繁的感性負(fù)載。感性負(fù)載在斷開瞬間會產(chǎn)生較高反電壓,必須采取抑制措施。二是輸出電流的選擇。模塊的輸出電流必須大于負(fù)載電流的額定值,如果負(fù)載電流較大,輸出模塊不能直接驅(qū)動時,應(yīng)增加中間放大環(huán)節(jié)。對于電容性負(fù)載、熱敏電阻負(fù)載,考慮到接通時有沖擊電流,要留有足夠的余量。三是允許同時接通的輸出點(diǎn)數(shù)。在選用輸出點(diǎn)數(shù)時,不但要核算一個輸出點(diǎn)的驅(qū)動能力,還要核算整個輸出模塊的滿負(fù)荷負(fù)載能力,即輸出模塊同時接通點(diǎn)數(shù)的總電流值不得超過模塊規(guī)定的最大允許電流值。3.1.4電源模塊的選擇電源模塊的選擇一般只需考慮輸出電流。電源模塊的額定輸出電流必須大于處理器模塊、I/O模塊、專用模塊等消耗電流的總和。以下步驟為選擇電源的一般規(guī)則:(1)確定電源的輸入電壓;(2)將框架中每塊I/O模塊所需的總背板電流相加,計(jì)算出I/O模塊所需的總背板電流值;(3)I/O模塊所需的總背板電流值再加上以下各電流:①框架中帶有處理器時,則加上處理器的最大電流值;②當(dāng)框架中帶有遠(yuǎn)程適配器模塊或擴(kuò)展本地I/O適配器模塊時,應(yīng)加上其最大電流值。(4)如果框架中留有空槽用于將來擴(kuò)展時,可做以下處理;①列出將來要擴(kuò)展的I/O模塊所需的背板電流;②將所有擴(kuò)展的I/O模塊的總背板電流值與步驟。(5)在框架中是否有用于電源的空槽,否則將電源裝到框架的外面。(6)根據(jù)確定好的輸入電壓要求和所需的總背板電流值,從用戶手冊中選擇合適的電源模塊。需要,還要力爭最佳的性價(jià)比。具體應(yīng)考隨著PLC技術(shù)的發(fā)展,PLC產(chǎn)品的種類越來越多,而且功能也日益完善。PLC的種類繁多,其結(jié)構(gòu)、性能、容量、指令系統(tǒng)、編程方式、價(jià)格等各有不同,當(dāng)然使用場合也有所不同。因此選擇合理的PLC對提高PLC控制系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)意義重大。因此在選擇機(jī)型時不但要滿足其功能要求及維護(hù)等方面的慮:(1)合理的結(jié)構(gòu)形式(2)安裝方式的選擇(3)相當(dāng)?shù)墓δ芤?4)系統(tǒng)可靠性的要求3.1.5設(shè)備型號選擇1西門子S7-200PLC2PS307電源(2A)(6ES7307-1BA00-0AA0)1塊3CPU315-2DP(6ES7315-2AG10-0AB0)1塊4數(shù)字量輸入模塊SM321DI16*24VDC(6ES7321-1BH02-0AA0)2塊5數(shù)字量輸出模塊SM322DO8*RELAC230V(6ES7322-1HF01-0AA0)2塊6仿真模塊1塊7機(jī)架1塊8計(jì)算機(jī)1臺9SX-805-7多種液體自動混合控制模板1塊3.2外部接線圖圖1-13.3系統(tǒng)安全設(shè)計(jì),可靠性、實(shí)用性強(qiáng)本設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)為兩種液體混合攪拌控制,其元件、要求如下:該系統(tǒng)有三個液面?zhèn)鞲衅?L1為高液面?zhèn)鞲衅?L2為中液面?zhèn)鞲衅?L3為低液面?zhèn)鞲衅鳌．?dāng)液面到達(dá)某傳感器的位置時,該傳感器就會發(fā)出ON信號,若低于傳感器位置時,傳感器就變?yōu)镺FF狀態(tài)。該系統(tǒng)有三個電磁閥:Y1為液體A輸入電磁閥,Y2為液體B輸入電磁閥,X3為混合液體輸出電磁閥,當(dāng)電磁閥為ON狀態(tài)時,閥門打開,為OFF時閥門就關(guān)閉,閥門的開和閉來實(shí)現(xiàn)液體的流入和流出。M為攪拌電動機(jī),當(dāng)M=ON時,攪拌電動機(jī)運(yùn)行;當(dāng)M=OFF時,攪拌電動機(jī)停止。初始狀態(tài):起動攪拌器之前,容器是空的,各閥門關(guān)閉,傳感器L1=L2=L3=OFF,攪拌電動機(jī)M=OFF。操作工藝:攪拌器開始工作時,先按下起動按鈕,閥門Y1打開,開始向倉里放液體A,當(dāng)液面到達(dá)傳感器L3時,L3=ON、A液體繼續(xù)注入,直到液面到達(dá)L2時,L2=ON,使Y1=OFF,Y2=ON,即關(guān)閉閥門Y1,停止送A液體,打開閥門Y2,開始輸入液體B,當(dāng)液面到達(dá)液體L1時,關(guān)閉Y2,同時啟動攪拌電動機(jī)M,電機(jī)開始攪拌60S后,液體均勻,停止攪拌,即M=OFF,打開閥門Y4,放混合液體。當(dāng)液面低于傳感器L3時,再過15S,容器中的混合液體全部放空,關(guān)閉閥門Y4,自動開始下一個操作循環(huán)。若在工作中按下停止按鈕。攪拌器不會立即停止工作,只有當(dāng)混合攪拌操作結(jié)束后才能停止工作,即停在初始狀態(tài)。圖1-2第四章程序設(shè)計(jì)4.1設(shè)計(jì)程序的流程圖圖1-34.2I/O分配表表1-1I/O分配SymbolAddresDatatypeSymbolAddresDytatype啟動I0.3BOOL放混合液體M0.4BOOLL1I0.1BOOL放液體延時M0.5BOOLL2I0.0BOOL循環(huán)控制M1.0BOOLL3I0.2BOOLY1Q0.0BOOL停止I0.4BOOLY2Q0.1BOOL初始狀態(tài)M0.0BOOLMQ0.2BOOL放A液體M0.1BOOLY4Q0.3BOOL放B液體M0.2BOOL攪拌延時T37TIMER混合攪拌M0.3BOOL放液體延時T38TIMER4.3控制程序設(shè)計(jì),最大限度的滿足被控對象的控制要求4.3.1程序梯形圖4.3.2程序設(shè)計(jì)語句表://PROGRAMCOMMENTS////PressF1forhelpandexampleprogramNETWORK1//NETWORKTITLE(singleline)//NETWORKCOMMENTSLDI0.3啟動OM1.0循環(huán)控制ANI0.4停止=M1.0循環(huán)控制NETWORK2LDM0.5AT38放液體延時ANM1.0OM0.0OSM0.1ANM0.1=M0.0NETWORK3LDM0.0AI0.3LDM0.5AM1.0AT38OLDOM0.1ANM0.2=M0.1=Q0.0放A液體NETWORK4LDM0.1AI0.0OM0.2ANM0.3=M0.2=Q0.1放B液體NETWORK5LDM0.2AI0.1OM0.3ANM0.4=M0.3=Q0.2開始攪拌TONT37,+600攪拌延時時間NETWORK6LDM0.3AT37OM0.4ANM0.5=M0.4NETWORK7LDM0.4ANI0.2OM0.5ANM0.0ANM0.1=M0.5TONT38,+100放液體延時時間NETWORK8LDM0.4OM0.5=Q0.3放混合液體第五章人機(jī)界面設(shè)計(jì)5.1設(shè)計(jì)思想,使計(jì)算機(jī)在人機(jī)界面上適應(yīng)人的思維特性和行動特性圖1-45.2畫面組態(tài),包括對變量、畫面、動畫、報(bào)警、用戶管理、數(shù)據(jù)記錄、趨勢圖、配方、報(bào)表、運(yùn)行腳本和以太網(wǎng)通信的組態(tài)圖1-5該系統(tǒng)工作方式設(shè)有周周期、單步、手動、連續(xù)和回原點(diǎn)五種工作方式。(1)在單周期工作方式下,按下啟動按鈕后,攪拌設(shè)備從初始步M0.0開始,按規(guī)定步驟完成一個周期工作后返回并停留在初始狀態(tài)。(2)在連續(xù)工作方式下,在初始狀態(tài)下按下啟動按鈕,設(shè)備從初始步開始運(yùn)行,工作一個周期后又開始新一輪攪拌,重復(fù)連續(xù)的工作,但按下啟動按鈕系統(tǒng)并不會馬上停止運(yùn)行。只有在完成當(dāng)前周期的工作后系統(tǒng)才會返回并停留在初始狀態(tài)。(3)在單周期工作運(yùn)行方式下,從初始步開始,按下啟動按鈕,系統(tǒng)將會轉(zhuǎn)換到下一步的工作狀態(tài),完成該步的任務(wù)后系統(tǒng)就會自動停止在該步;再按一下啟動按鈕,又往前走一步。第六章系統(tǒng)調(diào)試6.1系統(tǒng)模擬調(diào)試,在編程軟件和仿真軟件對控制程序調(diào)試根據(jù)所設(shè)計(jì)的關(guān)于攪拌控制的梯形圖,選用PLC的S7_200的仿真軟件進(jìn)行仿真。具體步驟如下:(1)首先把仿真軟件的CPU更改為CPU226(點(diǎn)CONFIGURACION—TIPODECPU,然后點(diǎn)Accepter)(2)導(dǎo)入梯形圖(3)點(diǎn)擊運(yùn)行(4)進(jìn)行調(diào)試觀察仿真軟件上的燈是否按照程序要求依次點(diǎn)亮,延時是否準(zhǔn)確。是就說明程序正確,不是就說明程序還存在問題。本設(shè)計(jì)仿真結(jié)果如下:(分別按下I0.3,I0.0,I0.1顯示)圖1-6按下I0.3啟動,攪拌系統(tǒng)開始按步驟運(yùn)行。Q0.0得電,A液體流入容器。圖1-7按下I0.0后,QO.1接通。B液體開始想容器流入。圖1-8按下I0.1,Q0.2得電使攪拌設(shè)備開始運(yùn)行。6.2系統(tǒng)聯(lián)機(jī)調(diào)試,WINCC畫面中對整個系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)行和調(diào)試(1)編好梯形圖后必須先編譯,看是否有誤。(2)打開仿真軟件后必須得將CPU更改為CPU226形式。(3)將梯形圖導(dǎo)出后訪可下載。(4)下載后利用WINCC畫面對系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)行和調(diào)試。第七章總結(jié)7.1本設(shè)計(jì)的整體內(nèi)容和要求根據(jù)硬件結(jié)構(gòu)的不同,能夠?qū)LC分為整體式、模塊式和混合式。(1)整體式PLC整體式PLC又叫做單元式或箱體式,它的體積小、價(jià)格低,小型PLC一般采用整體式結(jié)構(gòu)。它的CPU模塊和擴(kuò)展模塊用扁平電纜連接,能夠選用全輸入型或全輸出型的數(shù)字量I/O擴(kuò)展單元來改變輸入/輸出點(diǎn)的比例。整體式PLC還配備許多準(zhǔn)用的特殊功能模塊,例如模擬量輸入/輸出模塊、熱點(diǎn)阻模塊和通信模塊等,使PLC的工能得到擴(kuò)展。(2)模塊式PLC大、中型PLC及復(fù)雜和要求較高的系統(tǒng)一般采用模塊式結(jié)構(gòu)。當(dāng)前,PLC在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)。7.2本設(shè)計(jì)的功能和優(yōu)點(diǎn)可編程控制器(PLC)是以中央處理器為核心,綜合了計(jì)算機(jī)和自動控制等先進(jìn)技術(shù),具有可靠性高、功能完善、組合靈活、編程簡單、功耗低等優(yōu)點(diǎn),已成為當(dāng)前在機(jī)械手控制系統(tǒng)中使用最多的控制方式。使用PLC的自動控制系統(tǒng)具有體積小,可靠高,故障率低,動作精度高等優(yōu)點(diǎn)。PLC對物料混合的控制,并借助必要的精密傳感器,使其能夠?qū)Σ煌后w的物料按預(yù)先設(shè)定的程序進(jìn)行混合,動作靈活多樣,適用于可變換生產(chǎn)品種的中小批量自動化生產(chǎn),廣泛應(yīng)用于柔性生產(chǎn)線。采用PLC控制,是一種預(yù)先設(shè)定的程序進(jìn)行物料混合的自動化裝置,可部分代替人工在高溫和危險(xiǎn)的作業(yè)區(qū)進(jìn)行單調(diào)持久的作業(yè),而且在產(chǎn)品變化或臨時需要對機(jī)械手進(jìn)行新的分配任務(wù)時,能夠允許方便的改動或重新設(shè)計(jì)其新部件,而對于位置改變時,只要重新編程,并能很快地投產(chǎn),降低安裝和轉(zhuǎn)換工作的費(fèi)用。本設(shè)計(jì)主要完成機(jī)械手的硬件部分與軟件部分設(shè)計(jì)。主要包括執(zhí)行系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。7.3本次設(shè)計(jì)的心得體會隨著畢業(yè)日子的到來,畢業(yè)設(shè)計(jì)也接近了尾聲。經(jīng)過幾周的奮戰(zhàn)我的畢業(yè)設(shè)計(jì)終于完成了。在沒有做畢業(yè)設(shè)計(jì)以前覺得畢業(yè)設(shè)計(jì)只是對這幾年來所學(xué)知識的單純總結(jié),可是經(jīng)過這次做畢業(yè)設(shè)計(jì)發(fā)現(xiàn)自己的看法有點(diǎn)太片面。畢業(yè)設(shè)計(jì)不但是對前面所學(xué)知識的一種檢驗(yàn),而且也是對自己能力的一種提高。經(jīng)過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)使我明白了自己原來知識還比較欠缺。自己要學(xué)習(xí)的東西還太多,以前老是覺得自己什么東西都會,什么東西都懂,有點(diǎn)眼高手低。經(jīng)過這次畢業(yè)設(shè)計(jì),我才明白學(xué)習(xí)是一個長期積累的過程,在以后的工作、生活中都應(yīng)該不斷的學(xué)習(xí),努力提高自己知識和綜合素質(zhì)。

在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中也使我們的同學(xué)關(guān)系更進(jìn)一步了,同學(xué)之間互相幫助,有什么不懂的大家在一起商量,聽聽不同的看法對我們更好的理解知識,因此在這里非常感謝幫助我的同學(xué)。

我的心得也就這么多了,總之,不論學(xué)會的還是學(xué)不會的的確覺得困難比較多,真是萬事開頭難,不知道如何入手。最后終于做完了有種如釋重負(fù)的感覺。另外,還得出一個結(jié)論:知識必須經(jīng)過應(yīng)用