基于PLC三种液体混合控制系统.doc
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1、PLC在三种液体混合控制的应用摘 要在上世纪60年代末PLC的出现,便以其独特的优点得到迅速地发展和普及,并在冶金、机械、纺织、轻工、化工等众多行业中取代了传统的继电器控制。掌握可编程序控制器的工作原理,具备设计、调试和维护可编程序控制器控制系统的能力,已经成为现代工业对电气技术人员和相关工科学生的基本要求。将PLC用于多种液体混合控制系统,对于学习和在工业上的应用,尤其是在化工工业上的应用显得非常的重要。设计以三种液体混合控制系统为例,根据设计要求对其硬件系统组成、软件系统设计和整个系统的整合调试等有关设计及制作过程做简单的介绍和说明,以阐述PLC在多种液体混合控制系统中应用。同时,设计采用
2、西门子(SIEMENS)公司的S7-200系列机型进行了控制系统的PLC程序设计,并且利用组态王软件对系统自动运行、运行画面同步显示成功地进行了画面组态。关键词:多种液体,混合装置,自动控制PLC-BASED A VARIETY OF LIQUID MIXED CONTROL SYSTEM DESIGNABSTRACTIn the 60s at the end of the last century the emergence of PLC, the advantages of its unique rapid development and popularization of, and in
3、 metallurgy, machinery, textile, light industry, chemical industry and many other industries to replace the traditional Electrical relay control. PLC master the working principle, with the design, commissioning and maintenance of PLC control systems, has become a modern industrial electrical technic
4、ians and engineering students the basic requirements. Will be used PLC on a variety of liquid mixed control system, for the study and application in industry, especially in the chemical industry it is very important applications.The design take three kind of liquids mixed control system as an exampl
5、e, design requirements in accordance with its hardware systems, software system design and debug the entire system, such as the integration of the design and production process of doing a brief introduction and description. To exposit that PLC applies in a variety of liquid mixed control system. At
6、the same time, the design of the use of Siemens S7-200 series models for the PLC control system programming, and use the software on the system Kingview run automatically, run the screen simultaneously show the successful conduct of the configuration screen.KEY WORDS: A variety of liquid, Mixed devi
7、ces, Automatic control, Configuration目 录摘 要IABSTRACTII第一章 概 述11.1 课题内容11.1.1 选题的目的11.1.2 课题设计的意义11.1.3 课题设计方案11.2 PLC的简介1第二章 系统硬件设计22.1 系统控制要求22.2 硬件设计32.2.1 PLC机型的选择32.2.2 混合装置的基本组成42.2.3 液体混合装置运行流程分析42.2.4 液体混合装置电气原理图52.2.5 PLC I/O点分配及外部硬件接线图6第三章 系统软件程序设计83.1 PLC的编程要求和编程方法83.1.1 编程要求83.1.2 编程方法93.
8、2 STEP7-Micro/WIN32编程软件介绍93.2.1 STEP7-Micro/WIN32编程软件93.2.2 STEP7-Micro/WIN32编程软件的主要功能103.3 液体混合系统运行流程图123.4 PLC程序设计143.4.1 内部继电器说明143.4.2 梯形图14总 结17参考文献18第一章 概 述1.1 课题内容1.1.1 选题的目的借助实验室设备熟悉工业生产中PLC的应用,进一步了解所学可编程控制器的型号和原理,熟悉其编程方式。而多种液体混合装置的控制更常见于工业生产中,尤其见于化学化工业中,便于学有所用。1.1.2 课题设计的意义用PLC进行开关量控制的实例很多,
9、在冶金、机械、纺织、轻工、化工、铁路等行业几乎都需用到它,如机床电控、食品加工、印刷机械、电梯、自动化仓库、生产流水线等方面的逻辑控制,都广泛应用PLC来取代传统的继电器控制。本次设计是将PLC用于多种液体混合物装置的控制,对学习与实用是很好的结合。1.1.3 课题设计方案采用S7-200系列机型进行程序设计,利用组态王软件对自动装料运行进行画面组态。1.2 PLC的简介在工业生产过程中,大量的开关量顺序控制,它按照逻辑条件进行顺序动作,并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制,及大量离散量的数据采集。传统上,这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。1968年美国GM(通用汽车)公司提出取代继电
10、气控制装置的要求,第二年,美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置,首次采用程序化的手段应用于电气控制,这就是第一代可编程序控制器,称Programmable Controller(PC)。随着个人计算机(简称PC)发展起来后,为了方便,也为了反映可编程控制器的功能特点,可编程序控制器定名为Programmable Logic Controller(PLC)。第二章 系统硬件设计2.1 系统控制要求如图2-1所示为三种液体混合的装置结构示意图。SL1、SL2、SL3、SL4为液面传感器,液面淹没时接通,三种液体(液体A、液体B、液体C)的流入和混合液体D流出分别由电磁阀YV1、YV
11、2、YV3、YV4控制,M为搅匀电动机。图2-1 三种液体混合的装置结构示意图要求如下:1. 初始状态:当装置投入运行时,容器内为放空状态。2. 起动操作:按下启动按钮SB1,装置开始按规定工作,液体A阀门打开,液体A流入容器。当液面到达SL2时,关闭液体A阀门,打开B阀门。当液面到达SL3时,关闭液体B阀门,打开C阀门。当液面到达SL4时,关闭液体C阀门,搅拌电动机开始转动。搅拌电动机工作1min后,停止搅动,混合液体阀门打开,开始放出混合液体。当液面下降到SL1时,SL1由接通变为断开,经过20s后,容器放空,混合液体阀门YV4关闭,接着开始下一个循环操作。3. 停止操作:按下停止按钮后,
12、要处理完当前循环周期剩余工作后,系统停止在初始状态。2.2 硬件设计2.2.1 PLC机型的选择1. PLC控制系统设计的基本原则任何一种电气控制系统都是为了实现被控制对象(生产设备或者生产过程)的工艺要求,以提高生产效率和产品质量。因此,在设计PLC控制系统时,应遵循一下基本原则:(1)PLC的选择除了应满足技术指标的要求之外,特别应住处的是还应重点考虑该公司产品的技术支持和售后服务的情况,一般应选择在国内,特别是在所设计系统本地有着较为方便的技术服务机构或者较有实力的代理机构的产品,同时应尽量选择主流机型。(2)最大限度地满足被控制对象的控制要求。设计前,应深入现场进行调查研究,搜集资料,
13、并与机械部分的设计人员和实际操作人员密切配合,共同拟定电气控制方案,协同解决设计中出现的各种问题。(3)在满足实际控制要求的前提下,力求使控制系统简单、经济、实用及维修方便,并降低系统的复杂性和开发成本。(4)保证控制系统的安全、稳定、可靠。正确的进行程序调试,充分考虑环境条件,选择可靠性高的PLC,定期对PLC进行维护和检查。(5)考虑到生产的发展和工艺的改进,在选择PLC容量时,应尽量留有裕量。当然,对于不同的用户,要求的侧重点会有所不同,设计的原则也应有所区别,如果以提高产品质量和安全为目标,则应将系统可靠性放在设计的重点,甚至考虑采用冗余控制系统;如果要求系统改善信息管理,则应将系统通
14、信能力与总线网络设计加以强化。2. PLC机型的确定S7-200系列PLC有CPU21X和CPU22X两代产品,根据所学S7系列可编程控制器及现有实验设备,设计将选用CPU22X型PLC。CPU22X系列PLC的特点:CPU22X主机的输入点位DC24V双向光藕输入电路,输出有继电器盒DC(MOS型)两种类型(CPU21X系列输入点位DC24V单向光藕输入电路,输出有继电器和DC、AC三种类型)。并且,具有30kHz高速计数器,20kHz高速脉冲输出,RS-485通信/编程口,PPI、MPI通信协议和自由口通信能力。CPU222及以上CPU还具有PID控制和扩展能力,内部资源及指令系统更加丰富
15、,功能更加强大。CPU22X型PLC有CPU221、CPU222、CPU224和CPU226 四种不同型号的CPU基本单元供用户选用。CPU221集成6输入/4输出共10个数字量I/O点,无I/O扩展能力,6KB程序和数据存储空间。CPU222集成8输入/6输出共14个数字量I/O点,可连接2个扩展模块,最大扩展至78路数字量I/O或10路模拟I/O点,6KB程序和数据存储空间。CPU224集成14输入/10输出共24个数字量I/O点,可连接7个扩展模块,最大扩展至168路数字量I/O或35路模拟I/O点,13KB程序和数据存储空间。CPU226集成24输入/16输出共40个数字量I/O点,可
16、连接7个扩展模块,最大扩展至248路数字量I/O或35路模拟I/O点,13KB程序和数据存储空间。根据以上各型号CPU的比较以及现有的实验设备,设计将选用S7-200 CPU226型号PLC进行PLC控制系统设计。2.2.2 混合装置的基本组成1. 液体混合罐:为液体混合装置的主体,提供三种液体进行混合所需空间。2. 输液管道:四条带有电磁阀的输液管道与混合罐连接,在不同时间内将需要混合的三种液体输入罐内以及输出混合后的液体。3. 液面传感器:作为不同液体输入量进行控制的主要器件,根据需要对液面传感器做相应的调整可满足输入不同比例的液体进行混合。4. 电动机:通过传动轴连接罐内搅拌叶片为搅匀混
17、合液体提供动力。2.2.3 液体混合装置运行流程分析结合本章的2.1.4 控制要求对液体混合装置及其控制系统的运行流程做以下简要分析,以助于对系统的主电路设计及PLC程序设计。在系统进入运行状态后,先输入的是液体A,即液体A阀门先打开,当容器内液面到达传感器SL1时SL1接通,但不引起系统内其它控制或被控装置的动作。当液面到达传感器SL2时,此时系统要完成的工作是关闭液体A阀门,同时打开液体B阀门将液体B输入容器。类似,当液面到达传感器SL3时系统要控制关闭液体B阀门同时打开液体C阀门。当液面到达传感器SL4时则说明液体的输入工作完成,系统需要控制关闭液体C阀门,启动搅拌电动机,同时还要启动定
18、时器以控制搅拌电动机的工作时间。电动机停止工作后需要打开混合液体D阀门将混合液体输出,容器内液面下降会依次使液面传感器SL4、SL3、SL2由接通变为断开,但不引起系统内其它控制或被控装置的动作。在液面降到传感器SL1时,SL1也由接通变为断开,此时SL1才引起系统的动作,即启动定时器,在定时时间内完成液体放空并关闭D阀门。在混合液体放空,D阀门关闭前,若系统未接到停止指令,则系统将进入下一个循环工作;若系统在混合液体放空,D阀门关闭前的任意时刻接到停止指令,则系统需要在完成当前循环剩余的工作后才停止在初始状态,不再自动进入下一循环。2.2.4 液体混合装置电气原理图1.电气原理图根据三种液体
19、混合装置的基本结构和控制要求,并结合PLC的控制画出三种液体混合控制系统的电气原理图。如图2-2 所示为三种液体混合控制系统电气原理图。图2-2 三种液体混合控制系统电气原理图2. 电气元件说明(1)QS:低压隔离器,主要用于电气线路中隔离电源,也可作为不频繁地接通和分断空载电路或小电流电路之用。(2)QF:低压断路器,用于不频繁接通、分断线路正常工作电流,在电路中流过故障电流时(短路、过载)能自动将故障电路或用电设备从电网切除。低压断路器是用于交流电压1200V、直流电压1500V及以下电压范围的断路器,是低压配电系统中的主要配电电器元件。低压断路器主要用于保护交、直流低压电网内用电设备和线
20、路,使之免受过电流、断路、欠电压等不正常情况的危害,同时也可用于不频繁起动的电动机操作或转换电路。(3)FR:热继电器,是一种保护电器,专门用来对过载及电源断相进行保护,以防止电动机因故障导致过热而损坏。(4)FU:低压熔断器,串联于电路中,当过载或短路(主要用于短路)电流通过熔体时,因其自身发热而熔断,从而分断电路。(5)KM:外部辅助接触器,用于辅助PLC对外部设备的控制工作。增加辅助接触器,另考虑到实际生产中便于实现单台PLC同时控制多台混合装置。(6)M:搅拌电动机。(7)YV:电磁阀线圈。2.2.5 PLC I/O点分配及外部硬件接线图1. I/O点分配在绘制PLC外部接线图之前,我
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- 基于 PLC 液体 混合 控制系统
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