除尘室PLC控制系统设计23038.pdf

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1、 题目：除尘室PLC 控制系统设计 I II 摘 要 随着电子技术的飞快发展，PLC 控制及技术也应用的越来越广泛，基于智能仪器的设计技术不断的成熟，PLC 近年来被广泛的应用于各种控制。本文介绍了在制药、食品生产等一些对除尘要求比较严格的车间设有除尘室采用 PLC 对除尘室进行自动控制的技术设计。PLC 由于具有结构简单、编程方便、功能完善、可靠性高、体积小、维护方便等特点。文中确定了 CPU 主机模块及其扩展模块的选择，完成了 I/O 分配、梯形图的逻辑编程。能够达到课程设计中所要求的用 PLC 完成除尘室内各个器件的动作，可以应用于实际生产中去。关键词：控制；除尘室；梯形图；模块 III

2、 目 录 第 1 章 绪论.1 第 2 章 课程设计的方案.2 2.1 概述.2 2.2 系统组成总体结构.2 第 3 章 硬件设计.3 3.1 信号分析.3 3.2 模块编制.4 3.3 I/O 分配表.5 3.4 PLC 外部接线.6 3.5 系统示意图.7 3.6 PLC 连接器件的选择.8 3.6.1 除尘吹风机的选型.8 3.6.2 电动门的电动机选型.8 3.6.3 传感器的选型.9 第 4 章 软件设计.10 4.1 主程序流程图.10 4.2 控制程序设计.11 第 5 章 课程设计总结.12 参考文献.14 1 绪论 在制药、食品生产等一些对除尘要求比较严格的车间，人或货物进

3、入车间之前，首先需要在除尘室进行除尘处理，为了保护除尘操作的严格进行，避免人为因素对除尘要求的影响，需设计一套自动化系统来完善此项操作，为了能更好的保证出厂产品的质量本文采用西门子200PLC 即 S7-200 对除尘室内的除尘进行自动控制。S7-200 系列在集散自动化系统中充分发挥其强大功能。使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测，自动化控制有关的工业及民用领域，包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等等。如：冲压机床、磨床、印刷机械、橡胶化工机械、中央空调、电梯控制、运动系统。文中除尘室的 PLC 控制主要需要完成的控

4、制操作有：人进入车间时必须先经过第一道自动门进入除尘室，第一道自动门关上后，电磁锁将第二道门锁上，风机开始吹风并定时2 分钟；如果在2 分钟内，又有人进入除尘室，则重新开始定时 2 分钟；时间到，风机停止、电磁锁自动打开，经第二道自动门进入车间；人从车间出来时，不需要除尘，风机、电磁锁均不动作。PLC 一直在飞速发展中，因此到目前为止，还未能对其下一个十分确切的定义。20 世纪 90 年代后 PLC 被广泛的在流程工业自动化系统中使用，一直到现在的现场总线控制系统，PLC 更是其中主角，其应用面越来越广。PLC 之所以被广泛使用，其主要原因是：价格越来越低；功能越来越强和与时俱进地发展等。综上

5、所述为了保证除尘操作的严格进行，避免人为因素对除尘要求的影响，应该使用PLC 对除尘室门进，并且随着技术的发展 PLC 的功能更强大，对除尘室控制的精确度会更上一个台阶。2 第1章 课程设计的方案 1.1 概述 本次设计主要是综合应用所学知识，设计除尘室的PLC 控制。此设计应用在制药、食品生产等一些对除尘要求比较严格的车间，人或货物进入车间之前，首先需要在除尘室进行定时除尘处理，为了保证除尘操作的严格进行，避免人为因素对除尘要求的影响，采用PLC 对除尘室进行自动控制。系统主要需要完成的控制操作有：人进入车间时必须先经过第一道自动门进入除尘室，第一道自动门关上后，电磁锁将第二道门锁上，风机开

6、始吹风并定时2 分钟；如果在 2 分钟内，又有人进入除尘室，则重新开始定时 2 分钟；时间到，风机停止、电磁锁自动打开，经第二道自动门进入车间；人从车间出来时，不需要除尘，风机、电磁锁均不动作。1.2 系统组成总体结构 除尘室的 PLC 控制总体结构图下图所示。有两个电动门进门出门时都需要传感器给 PLC 一个启动信号，故一共需要使用四个微波雷达传感器，当有信号传入时 PLC 根据逻辑控制编程，使相应的电动机、电磁锁动作。所得总体结构图如下所示：微波雷达传感器1 S7-200 吹风机 电磁锁 自动门电动机 微波雷达传感器 2 微波雷达传感器 3 微波雷达传感器 4 3 图 2.1 总体结构图

7、第2章 硬件设计 2.1 信号分析 S7-200 主机模块即 CPU 模块包括一个中央处理单元、电源以及 I/O 点，这些都被集成在一个紧凑、独立设备中。CPU 负责执行程序，输入部分从现场设备中采集信号，输出部分则输出控制信号，驱动外部负载。最新一代的 CPU 模块按I/O 点数多少不同而有五种不同结构配置的品种，即 CPU221、CPU222、CPU224、CPU224X、和 CPU226，每个品种里又有两种类型：一种是 DC24V 供电/晶体管输出；一种是 AC220V 供电/继电器输出。本文的输入输出信号均为数字量，且共需要 8 个输入信号和 40 个输出信号。故 CPU 选择 DC2

8、4V 供电/晶体管输出型的 CPU224 且需接 4 个 EM222DO8 输出扩展模块。第一道门的进门打开传感器设为 I0.0，出门打开传感器设为 I0.3，开门到位传感器设为 I0.4，关门到位传感器设为 I0.5,；与之相对应第二道门的进门打开传感器设为 I0.1，出门打开传感器设为 I0.2，开门到位传感器设为 I0.6，关门到位传感器设为 I0.7；吹风机设为 Q0.0;电磁锁设为 Q0.2；第一道门电动机的总开关，正传/反转分别设为 Q0.6,Q0.1，Q0.4；第二道门电动机的总开关，正转/反转分别设为 Q0.7，Q0.3，Q0.5.经过分析后确定完成本次设计除了主机模块外还需要

9、连接扩展模块，CPU226主机模块与其四个扩展模块 EM222 的连接图如下所示：4 图 3.1 模块连接方式图 2.2 模块编制 CPU226 I/O 点数为 24 输入/16 输出，具有两个通讯口和多种模块，适用于点数多、要求高的小型或者中型控制系统。输出扩展模块 EM222 为 8 输出，表 3.1所列为 CPU226 主机模块与其扩展模块 EM222 连接所对应各模块的编址情况。表 3.1 各模块编址 主机 I/O 模块 1 I/O 模块 2I/O 模块 3I/O 模块 4I/O I0.0 Q0.0 I0.1 Q0.1 I0.2 Q0.2 I0.3 Q0.3 I0.4 Q0.4 I0.

10、5 Q0.5 I0.6 Q0.6 I0.7 Q0.7 Q1.0 Q1.1 Q1.2 Q1.3 Q1.4 Q1.5 Q1.6 Q1.7 Q2.0 Q2.1 Q2.2 Q2.3 Q2.4 Q2.5 Q2.6 Q2.7 Q3.0 Q3.1 Q3.2 Q3.3 Q3.4 Q3.5 Q3.6 Q3.7 Q4.0 Q4.1 Q4.2 Q4.3 Q4.4 Q4.5 Q4.6 Q4.7 主机CPU226 模块 1 EM222 DO8 DC24V 模块 2 EM222 DO8 DC24V 模块 3 EM222 DO8 DC24V 模块 3 EM222 DO8 DC24V 5 2.3 I/O 分配表 结合各个模块

11、编址以及在逻辑中所使用的输入输出的具体控制写出的具体的I/O 分配表如表 3.2 所示。表 3.2 I/O 分配表 I0.0 进门时第一道门开门传感器 Q0.0 吹风机 I0.1 进门时第二门开门传感器 Q0.1 第一道门电动机正转即开门 I0.2 出时第二门开门传感器 Q0.2 电磁锁 I0.3 出时第一门开门传感器 Q0.3 第二道门电动机正转 I0.4 第一道门开门到位传感器 Q0.4 第一道门电动机反转 I0.5 第一道门关门到位传感器 Q0.5 第二道门电动机反转 6 I0.6 第二道门开门到位传感器 Q0.6 第一道门电动机总开关继电器 I0.7 第二道门关门到位传感器 Q0.7

12、第二道门电动机总开关继电器 2.4 PLC 外部接线 本设计中的 PLC 控制单元由图 3.1 各基本个模块组成，通过与外部设备连接，构成一个完整的控制系统。根据 I/O 地址分配表，进行 PLC 与输入/输出信号的外部接线，PLC 与外设连接示意图如图 3.2 所示：7 图 3.2 PLC 与外设连接示意图 2.5 系统示意图 与 PLC 相连的器件有八个传感器，两台自动门的电动机和一台吹风机。本节为了使说明更易于理解，画有系统示意图和硬件连接图如下所示。8 图 3.3 系统示意图 2.6 PLC 连接器件的选择 2.6.1 除尘吹风机的选型 除尘室中主要是靠吹风机吹出的风对进入房间中的如货

13、物进行除尘，一次对其的功率选型对除尘的效果非常重要。本文采用了轴流式除尘风机，其工作原理是，含尘空气经风机动力压入除尘器，通过振弦过滤器时，在来流方向上设置的水雾器向振弦过滤板上喷雾，附有水幕的纤维使粉尘湿润增重或凝并或滞留，同时由于通过的含尘气体使纤维在气流冲击下产生振动，强化了水雾雾滴与含有气体中粉尘冲突，提高了对微细粉尘的捕获，由于振弦过滤器纤维的自净能力及水雾器不断向过滤器喷雾，使经过过滤器的含尘气体变成湿润含尘气流，含尘气流通过旋流器叶片行成高速旋转的液气流，在离心力的作用下，将含尘水雾抛向脱水筒内壁形成污水流，通过脱水环下排污口流出机外或者进入循环过滤水箱，重新经喷雾泵站循环使用。

14、PLC 输出需接入接触器后才能与吹风机相连接。2.6.2 电动门的电动机选型 市场上自动门技术已经非常成熟，除尘室可购买成品自动门，本文需要把电动门的电机单独提出来。自动门中所使用的电动机为了达到很好的控制效果采用车间内 除尘室 车间外 第二道门 第一道门 风机 开门传感器 电磁锁 关门传感器 开门传感器 9 交流电动机，其连接图如下所示：图 3.4 电机主电路 2.6.3 传感器的选型 自动门的开门信号是触电信号，微波雷达和红外传感器是常用的两种信号源。微波雷达是对物体的位移反应，因而反应速度快，适用于行走速度正常的工作人员通过的场所，它的特点是一旦在门附近的人员不想出门而静止不动后，雷达便

15、不再反应，自动门就会关闭，对门机有一定的保护作用。红外线传感器对物体存在进行反应，不管人员移动与否，只要处于传感器的扫描范围内，它都会反应即传出触电信号。缺点是红外线传感器的反应速度较慢，适应于有行动迟缓的人员出入的场所。经过对比本文设计中检测进出门采用的传感器都采用的是微波雷达传感器超短型接近开关 2mm.本文也采用了关门到位传感器和开门到位传感器。10 第3章 软件设计 3.1 主程序流程图 人或物进入生产车间前经过除尘室由PLC控制的程序流程图如下所示。能够完成进入车间时经过第一道门进入除尘室，第一道自动门关上后，电磁锁将第二道门锁上，风机开始吹风并定时2分钟，时间到，风机停止、电磁锁自

16、动打开，经过二道自动门进入车间。图4.1 主程序流程图 开始 第一道门进门传感器第二道门打开5 秒后关闭 电磁锁将第二道门锁上 2 分钟 吹风机吹风 2 分钟 第二道门进门传感器输入信号 第二道门打开 5 秒后关闭 11 3.2 控制程序设计 根据要求编制相应的控制程序，除尘室控制系统梯形图程序如下所示。12 图4.2 控制程序梯形图 第4章 课程设计总结 两周的课程设计结束了，我设计的课题是食品厂除尘室PLC控制。PLC具有很多的优点，具有接线少、体积小、灵活性高、扩展性好等优点。本文介绍了设计方案的选择，软件设计，硬件设计方案的过程。硬件方案包括软件编址，I/O分配表、PLC连接图等过程。

17、软件方案包括程序主流程图、控制系统的设计的过程。系统设计完成之后，现场施工和控制逻辑的设计同时进行，调试和修改都很方便。13 能够完全达到除尘室的控制要求。即人进入车间时必须先经过第一道自动门进入除尘室，第一道自动门关上后，电磁锁将第二道门锁上，风机开始吹风并定时2分钟；如果在2分钟内，又有人进入除尘室，则重新开始定时2分钟；时间到，风机停止、电磁锁自动打开，经第二道自动门进入车间；人从车间出来时，不需要除尘，风机、电磁锁均不动作。随着科技的进步，PLC和所用到的器件都在不断的完善，结合本文的除尘室设计效果会更加的好，也会更加节能环保。在这次设计过程中，体现出自己单独设计的能力以及综合知识运用

18、的能力，体会了学以致用。突出自己劳动成果的喜悦心情，从中发现自己平时学习的不足和薄弱环节，从而加以弥补。感谢我们专业课的老师，老师严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作学习的榜样；老师训训教导和不拘一格的思路给与我无尽的启迪；这次课设每一个细节都离不开老师您的细心教导。而您开朗的个性和宽容的态度，帮助我能够顺利的完成了这次课程设计。同时感谢对我帮助过的同学们，谢谢你们对我的帮助和支持，让我感受到同学的友谊。由于本人的设计能力有限，在设计过程中难免出现错误，恳请老师多多指导，我十分乐意您的批评指正，本人将万分感谢。第5章 致谢 经过不懈的努力，在老师和同学们的帮助下，我的毕业论文终于圆满的完成了。

19、在此，我要特别感谢我的辅导老师老师，他在百忙之中授予我很多有关论文写作方面的知识并悉心指导我修改论文，从选题到开题报告，再到中期检查和论文的完成，他给我提出了许多宝贵的意见，我也从中学到了很多理论知识。还要感谢我公司的领导和同事，在毕业论文的撰写期间，他们也给予了我很大的帮助，在此一并感谢！14 第6章 参考文献 1 王庭有.可编程控制器原理及应用M.第二版.国防工业出版社.2008 2 许晓峰.电机及拖动M.第三版.高等教育出版社.2007 3 孟令军.可编程控制器原理及应用M.清华大学出版社.2008 4 高钦和.PLC 应用开发案例精选M.第二版.人民邮电出版社.2008 5 李惠昇.P

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