PLC課程設(shè)計(jì)：液體混合裝置控制的模擬.doc

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上海電機(jī)學(xué)院 課 程 設(shè) 計(jì) 2015～2016 學(xué)年第一學(xué)期 課程名稱 可編程控制器原理及應(yīng)用 設(shè)計(jì)題目 液體混合裝置控制的模擬（一） 院 (系) 電 氣 學(xué) 院 專 業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化（港口自動(dòng)化方向） 學(xué)生姓名 任 書 洋 學(xué) 號(hào) 151101190241 設(shè)計(jì)時(shí)間 2016年 1月 18日 指導(dǎo)教師 龔 建 芳 提交日期 年 月 日 目 錄 1. 簡(jiǎn)介------------------------------------------------------------------------------------------1 1.1課題概況-----------------------------------------------------------------------------------1 1.2設(shè)計(jì)要求-----------------------------------------------------------------------------------1 1.3設(shè)計(jì)內(nèi)容----------------------------------------------------------------------------------------------1 2. 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)------------------------------------------------------------------------2 2.1總體方案選擇說明-----------------------------------------------------------------------2 2.2 控制方式選擇----------------------------------------------------------------------------2 2.3 操作界面設(shè)計(jì)----------------------------------------------------------------------------2 3. PLC控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)---------------------------------------------------------------3 3.1 PLC的選型-------------------------------------------------------------------------------3 3.2 用戶存儲(chǔ)器容量的估計(jì)----------------------------------------------------------------3 3.3 I/O點(diǎn)數(shù)的估算---------------------------------------------------------------------------3 3.4電源模塊選擇-----------------------------------------------------------------------------3 3.5 I/O分配表---------------------------------------------------------------------------------4 3.6電氣原理圖設(shè)計(jì)--------------------------------------------------------------------------4 4．PLC控制系統(tǒng)系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)-----------------------------------------------------------5 4.1狀態(tài)分配表---------------------------------------------------------------------------------5 4.2 控制程序順序功能圖設(shè)計(jì)--------------------------------------------------------------6 4.3 控制程序設(shè)計(jì)思路-----------------------------------------------------------------------6 5．系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析---------------------------------------------------------------------------13 5.1 系統(tǒng)調(diào)試及解決的問題----------------------------------------------------------------13 5.2 結(jié)果分析----------------------------------------------------------------------------------28 6．系統(tǒng)的使用說明書-------------------------------------------------------------------------------28 7．課程設(shè)計(jì)體會(huì)--------------------------------------------------------------------------------------29 8．參考文獻(xiàn)-----------------------------------------------------------------------------------30 9．附錄-----------------------------------------------------------------------------------------30 控制系統(tǒng)電氣原理圖-----------------------------------------------------------30 1．簡(jiǎn)介 1.1 課題概況 本裝置為兩種液體混合裝置，SL1、SL2、SL3為液面?zhèn)鞲衅?，液體A、B的閥門與混合液閥門由電磁閥YV1、YV2、YV3控制，M為攪動(dòng)混合電機(jī)。SA1、SA2為工作流程選擇開關(guān)，SA3為單次工作和循環(huán)工作的選擇開關(guān)。SB1、SB2為啟動(dòng)和停止開關(guān)。 1.2 設(shè)計(jì)要求 （1）初始狀態(tài):裝置投入運(yùn)行時(shí)，液體A、B閥門關(guān)閉，混合液閥門打開5秒,將容器放空后關(guān)閉。 （2）啟動(dòng):按下啟動(dòng)按鈕SB1，裝置就開始按工作流程進(jìn)行。 （3）停止:按下停止按鈕SB2后，完成本次循環(huán)，并停在原位，恢復(fù)原位狀態(tài)。 1.3 設(shè)計(jì)內(nèi)容 步驟 工作流程1 工作流程2 工作流程3 啟動(dòng)按鈕 按下 按下 按下 第一步 液體A閥門打開 液體A閥門打開 液體B閥門打開 液體A閥門、液體B閥門依次打開5s 第二步 液面到達(dá)SL2 液體A閥門關(guān)閉 液體B閥門打開 液面到達(dá)SL2 液體A閥門關(guān)閉 液體B閥門打開 液面到達(dá)SL2 液體A閥門、液體B閥門依次打開8s 第三步 液面到達(dá)SL1 液體B閥門關(guān)閉 液面達(dá)到SL1 液體B閥門關(guān)閉 液面達(dá)到SL1 液體A、B閥門關(guān)閉 第四步 攪勻電機(jī)M運(yùn)行6s 攪勻電機(jī)M運(yùn)行10s 攪勻電機(jī)M運(yùn)行10s 第五步 放出混合液體閥門打開 混合液體的閥門打開 攪勻電機(jī)M繼續(xù)運(yùn)行 放出混合液體的閥門打開 第六步 液面到達(dá)SL3 混合液體閥門打開 延時(shí)2s 液面到達(dá)SL2 M停止運(yùn)行 混合液體閥門打開 液面到達(dá)SL3 混合液體閥門打開 延時(shí)2s 第七步 停止工作 液面到達(dá)SL3 液面到達(dá)閥門打開 延遲2s 回到第一步 循環(huán)工作3次后自動(dòng)停止工作 回到第一步循環(huán)工作 2．系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 2.1 總體方案選擇說明 剛開始拿到這個(gè)課設(shè)課題時(shí)還不知道如何下手，然后通過網(wǎng)上查找相關(guān)的資料得出了自己的設(shè)計(jì)思想。 首先根據(jù)課題的要求畫出了大致的順序功能圖，然后根據(jù)課題要求有3個(gè)工作流程，我們就把這3個(gè)工作流程分作對(duì)應(yīng)的3個(gè)工作功能塊。在OB1中通過開關(guān)SA1、SA2開關(guān)，來選擇工作流程方式。當(dāng)SA1接通時(shí)選擇工作流程1；當(dāng)SA2接通時(shí)選擇工作流程2；當(dāng)SA1、SA2同時(shí)接通時(shí)選擇工作流程3。 功能塊FC1為工作流程1。功能塊FC2為工作流程2。功能塊FC3為工作流程3。 2.2 控制方式選擇 由于PLC控制系統(tǒng)較繼電-接觸器控制系統(tǒng)有許多優(yōu)點(diǎn)，如硬件電路簡(jiǎn)單，修改程序容易，可靠性高等，所以本設(shè)計(jì)選擇PLC控制系統(tǒng)。 2.3 操作界面設(shè)計(jì) 根據(jù)任務(wù)書的控制要求和總體方案，設(shè)計(jì)如圖所示操作界面。 　　　　　　　　　　　　　液體混合裝置控制操作面板 1、為了便于隨時(shí)觀察系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，每個(gè)閥、泵、攪拌器均裝有運(yùn)行狀態(tài)指示燈，對(duì)應(yīng)于混料罐的高/中/低液位，均裝有位置指示燈。 2、用兩個(gè)選擇開關(guān)切換系統(tǒng)工作模式――“工作流程1”、“工作流程2”、“工作流程3”，并用兩個(gè)指示燈來指示當(dāng)前所處工作模式。 3、根據(jù)控制要求（2）設(shè)置一個(gè)“啟動(dòng)”按鈕和一個(gè)工作指示燈。 4、根據(jù)控制要求（3）設(shè)置一個(gè)“停止”按鈕和一個(gè)工作指示燈。 3.PLC控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 3.1 PLC的選型 隨著PLC的推廣普及，PLC產(chǎn)品的種類和數(shù)量越來越多，而且功能也日趨完善。近年來，從美國(guó)、日本、德國(guó)等國(guó)引進(jìn)的PLC產(chǎn)品及國(guó)內(nèi)廠家組裝或自行開發(fā)的產(chǎn)品已有幾十個(gè)系列、上百種型號(hào)。PLC的品種繁多，其結(jié)構(gòu)型式、性能、容量、指令系統(tǒng)、編程方法、價(jià)格等各不相同，適用場(chǎng)合也各有側(cè)重。因此，合理選擇PLC，對(duì)于提高PLC在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用起著重要作用。 本次液體混合裝置控制設(shè)計(jì)用的是來自西門子公司的S7-300可編程控制器。西門子公司的SIMATIC S7-300系列屬于中小型PLC，可用來代替繼電器的簡(jiǎn)單控制場(chǎng)合，也可用于負(fù)載的自動(dòng)化控制系統(tǒng)。在液體混合裝置控制的模擬這個(gè)課設(shè)主題上，它結(jié)構(gòu)上合理，安裝方便，功能相當(dāng)，滿足相應(yīng)時(shí)間和對(duì)聯(lián)網(wǎng)通信功能等要求。 3.2 用戶存儲(chǔ)器容量的估計(jì) 通常，一條邏輯指令占存儲(chǔ)器一個(gè)字，計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、移位以及算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送等指令占存儲(chǔ)器兩個(gè)字。在選擇存儲(chǔ)容量時(shí)，一般可按實(shí)際需要的25%~30%考慮余量。根據(jù)存儲(chǔ)器的總字節(jié)數(shù)再加上10%~25%的備用量即可估算出所需存儲(chǔ)容量。 3.3 I/O點(diǎn)數(shù)的估算 I/O是PLC的一項(xiàng)重要指標(biāo)。合理選擇I/O點(diǎn)數(shù)的確定以系統(tǒng)實(shí)際的輸入/輸出數(shù)為基礎(chǔ)確定。在確切I/O點(diǎn)數(shù)時(shí)，應(yīng)留有適當(dāng)余量。目前PLC的I/O點(diǎn)價(jià)格還較高，平均每點(diǎn)為100~120人民幣。如果備用的I/O點(diǎn)的數(shù)量太多，就會(huì)使成本增加。因此，通常在選擇I/O點(diǎn)數(shù)時(shí)可按實(shí)際需要的10%~15考慮余量。 3.4 電源模塊選擇 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步驟： （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：框架中帶有處理器時(shí)，則加上處理器的最大電流值；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(shí)，應(yīng)加上適配器模塊或擴(kuò)展本地I/O適配器模塊的最大電流值。 （4） 如果框架中流油 空槽用作將來擴(kuò)展時(shí)，則做一下處理：列出將來要擴(kuò)展的I/O模塊所需的背板電流；將所有擴(kuò)展的I/O模塊的總背板電流值與步驟（3）中計(jì)算得出的總背板電流值相加。 （5） 在框架中是否有用于電源的空槽，若沒有，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(cè)中選擇合適的電源模塊。 3.5 I/O分配表 表1 I/O分配表 變量名 變量符號(hào) SB1啟動(dòng)按鈕 I0.0 SB2停止按鈕 I0.1 SA1工作流程1選擇開關(guān) I0.7 SA2工作流程2選擇開關(guān) I1.0 SL1液面?zhèn)鞲衅鱏L1 I1.3 SL2液面?zhèn)鞲衅鱏L2 I1.4 SL3液面?zhèn)鞲衅鱏L3 I1.5 YV1液體A閥門 Q0.1 YV2液體B閥門 Q0.2 YV3混合液體閥門 Q0.3 YKM攪勻電機(jī)M Q0.0 3.6電氣原理圖設(shè)計(jì)(見附錄) 4. PLC控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) 4.1 狀態(tài)分配表 工序名稱 狀態(tài)器地址號(hào) 功 能 啟動(dòng) M0.0 初始 進(jìn)液體 M0.1 液體B閥門關(guān)閉，液體A閥門打開5s 進(jìn)液體 M0.2 液體A閥門關(guān)閉，液體B閥門打開5s 攪勻 M0.3 液體A閥門關(guān)閉液體B閥門關(guān)閉，攪勻電機(jī)M運(yùn)行3s 計(jì)數(shù) M0.4 回到第一步循環(huán)工作三次計(jì)數(shù) 放液體 M0.5 混合液體閥門打開 放液體 M0.6 混合液體閥門打開延時(shí)2s 進(jìn)液體 M0.7 液體A閥門關(guān)閉，液體B閥門打開 進(jìn)液體 M1.0 液體A閥門打開，液體B閥門打開 攪勻 M1.1 液體A、B閥門關(guān)閉, 攪勻電機(jī)M運(yùn)行10s 放液體 M1.2 放出混合液體的閥門打開 放液體 M1.3 混合液體閥門打開2s 進(jìn)液體 M1.4 液體A閥門、液體B閥門依次打開3s 進(jìn)液體 M1.5 液體A閥門、液體B閥門依次打開5s 攪勻 M1.6 液體A、B閥門關(guān)閉, 攪勻電機(jī)M運(yùn)行10s 放液體 M1.7 放出混合液體的閥門打開 放液體 M2.0 混合液體閥門打開延時(shí)2s 計(jì)數(shù) M2.1 循環(huán)工作3次計(jì)數(shù) 4.2 液體混合裝置控制程序順序功能圖設(shè)計(jì) 液體混合裝置控制程序流程圖 4.3 控制程序設(shè)計(jì)思路 程序的組成 液體混合裝置控制程序的組成情況如圖所示。 ●初始程序 ● 主體程序 ● 工作模式一 ● 工作模式二 ● 工作模式三 液體混合裝置控制程序的組成 5．系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析 5.1 系統(tǒng)調(diào)試及解決的問題 程序調(diào)試時(shí)在工作流程三中液面到達(dá)STL2時(shí)，未滿足液體A閥門、液體B閥門依次打開5S的控制要求。 檢查后發(fā)現(xiàn)，SL2與ST1在程序中的位置設(shè)置錯(cuò)誤，改正后系統(tǒng)正常運(yùn)行。 5.1.1系統(tǒng)梯形圖 OB100 初始程序 液體混合裝置控制初始化程序梯形圖 在OB100暖啟動(dòng)中，將各個(gè)狀態(tài)復(fù)位，將M0.0和M5.0置位。M0.0為開始運(yùn)行程序做好準(zhǔn)備，M5.0則是為了在主程序中能夠?qū)㈤_始運(yùn)行前將混合液閥門打開5秒，將容器放空。 OB1 主程序 液體混合裝置控制主體程序梯形圖 先將混料液的閥門打開5秒，將容器放空后關(guān)閉。通過I0.7和I1.0選擇工作模式。只有I0.7按下時(shí)，執(zhí)行工作流程一；只有I1.0按下時(shí)，執(zhí)行工作流程二；I0.7和I1.0都按下時(shí)，執(zhí)行工作流程三 FC1程序 工作流程1：按下啟動(dòng)按鈕I0.0，液體閥門A打開，當(dāng)液面到達(dá)SL2時(shí)，液體Ａ閥門關(guān)閉，液體Ｂ閥門打開，當(dāng)液面達(dá)到SL1，液體B閥門關(guān)閉。攪拌電機(jī)M運(yùn)行6S，放出混合液體的閥門打開，液面到達(dá)SL3，混合液體閥門打開并延遲2S，然后停止工作。 液體混合裝置控制工作模式１程序梯形圖 液體混合裝置控制工作流程一程序梯形圖 FC2 程序 工作流程2：按下啟動(dòng)按鈕I0.0，液體閥門A打開，液體B閥門打開，當(dāng)液面到達(dá)SL2，液體A閥門關(guān)閉，液體B閥門打開，液面達(dá)到ＳＬ１，液體Ｂ閥門關(guān)閉，攪勻電機(jī)Ｍ運(yùn)行１０Ｓ?；旌弦后w的閥門打開，攪勻電機(jī)Ｍ繼續(xù)運(yùn)行，液面達(dá)到ＳＬ２，Ｍ停止運(yùn)行，混合液體們打開，當(dāng)液面到達(dá)ＳＬ３，混合液體閥門打開并延遲２Ｓ，回到第一步循環(huán)工作。 液體混合裝置控制工作模式１程序梯形圖 液體混合裝置控制工作流程二程序梯形圖 FC3 程序 工作流程３：按下啟動(dòng)按鈕I0.0，液體閥門A、液體Ｂ閥門依次打開５Ｓ，液面到達(dá)ＳＬ２，液體Ａ閥門、液體Ｂ閥門依次打開８Ｓ。當(dāng)液面到達(dá)ＳＬ１時(shí)，液體閥門關(guān)閉，攪拌電機(jī)運(yùn)行１０Ｓ后，放出混合液體的閥門打開，液面到達(dá)SL3，混合液體閥門打開并延遲2Ｓ，回到第一步，循環(huán)工作３次后自動(dòng)停止工作。 液體混合裝置控制工作模式１程序梯形圖 液體混合裝置控制工作流程三程序梯形圖 5.2 結(jié)果分析 （1）系統(tǒng)先將YV3(Q0.3)打開5秒。 （2）按下SA1(I0.7),恢復(fù)SA2（I1.0）再按下啟動(dòng)按鈕SB1，按下ＳＬ２、ＳＬ１， M（Q0.0）亮６秒，再按下SL3，YV3（Q0.3）亮2秒后停止。 （3）按下SA2(I1.0)，恢復(fù)SA1（I0.7）。按下啟動(dòng)按鈕SB1，按下SL1, M(Q0.0)亮10秒后，按下SL3，YV3（Q0.3）再亮2秒后循環(huán)。 （4）同時(shí)按下SA1(I0.7)和SA2（I1.0）。按下啟動(dòng)按鈕SB1，YV1(Q0.1)和YV2(Q0.2)依次亮５秒。按下STL2，依次亮８秒。按下SL1, YV1(Q0.1)和YV2(Q0.2)不亮，M（Q0.0）亮，按下SL3后，M（Q0.0）再亮2秒，循環(huán)3次后停止。 （5）按下停止按鈕SB2，循環(huán)都變?yōu)?次，完成本次循環(huán)后，立即停止。 6．系統(tǒng)的使用說明書 （1）通電后，放出混合液的閥門打開5秒鐘。將容器放空后關(guān)閉。 （2）利用I0.7和I1.0分別選擇三個(gè)工作流程。按下I0.7,恢復(fù)I1.0,為工作流程一。按下I1.0,恢復(fù)I0.7,為工作流程二。同時(shí)按下I1.0和 I0.7,為工作流程三。 （3）按下啟動(dòng)按鈕SB1，啟動(dòng)當(dāng)前工作流程。 （4）在工作流程一中，混合液體閥門打開后，按下SL3,混合液體閥門打開2秒后結(jié)束。 （5）在工作流程二中，按下SL2，實(shí)現(xiàn)液體閥門A不工作，液體閥門B工作，按下SL1，使得液體閥門B停止工作，攪勻電動(dòng)機(jī)M工作10秒。混合液體閥門打開后，按下SL3,混合液體閥門打開2秒。 （6）在工作流程三中，按下SL1，液體A閥門和液體B閥門依次打開5S。按v下SL2，液體A閥門和液體B閥門依次打開８Ｓ。攪勻電動(dòng)機(jī)M工作10秒?；旌弦后w閥門打開后，按下SL3,混合液體閥門打開2秒。循環(huán)３次后自動(dòng)停止工作。 （7）按下停止按鈕SB2后，完成本次循環(huán)，并停在原位，恢復(fù)原位狀態(tài)。 7．課程設(shè)計(jì)體會(huì) 這次PLC課程設(shè)計(jì)，我們小組的課題是“液體混合裝置控制的模（一）”，在龔建芳老師的帶指導(dǎo)下，我們先根據(jù)課題要求畫出了大致的順序功能圖然后根據(jù)順序功能圖和查找相關(guān)的資料寫出初步的梯形圖程序，最后通過調(diào)試與修改，在全組成員的共同努力下，我們成功的完成了這次課程設(shè)計(jì)任務(wù)，實(shí)現(xiàn)了老師期望的結(jié)果。 此次設(shè)計(jì)以分組的方式進(jìn)行，每組有一個(gè)題目。由于平時(shí)大家都是學(xué)理論，沒有過實(shí)際開發(fā)設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，拿到的時(shí)候都不知道怎么做。但通過各方面的查資料并學(xué)習(xí)。我們基本學(xué)會(huì)了PLC設(shè)計(jì)的步聚和基本方法。分組工作的方式給了我與同學(xué)合作的機(jī)會(huì)，提高了人與人合作的意識(shí)與能力。 最好要不停的改善自己解決問題的方法，這樣可以方便自己解決問題。第二天的軟件系統(tǒng)調(diào)試，是最麻煩，遇到問題最多的地方。我們對(duì)程序修改了多次，才將程序中的錯(cuò)誤全部改正過來。又經(jīng)過了長(zhǎng)時(shí)間的研究，對(duì)軟件進(jìn)行調(diào)整，最終終于得到了需要的數(shù)據(jù)和結(jié)果。通過這次設(shè)計(jì)實(shí)踐，我們的合作意識(shí)也得到加強(qiáng)，合作能力得到提高。上大學(xué)后，很多同學(xué)都沒有過深入的交流，在設(shè)計(jì)的過程中，我們用了分工與合作的方式，每個(gè)人負(fù)責(zé)一定的部分，同時(shí)在一定的階段共同討論，以解決分工中個(gè)人不能解決的問題，在交流中大家積極發(fā)言，和提出意見，同時(shí)我們還向別的同學(xué)請(qǐng)教。 通過此次課設(shè)，讓我對(duì)于PLC梯形圖、指令圖、順序功能圖有了更好的了解，也讓我了解了關(guān)于PLC設(shè)計(jì)原理。有很多設(shè)計(jì)理念來源于實(shí)際，從中找到最合適的設(shè)計(jì)方法。通過這次設(shè)計(jì)實(shí)踐。我學(xué)會(huì)了PLC的基本編程方法，對(duì)PLC的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解，尤其是對(duì)于PLC的順序控制方式和程序段的轉(zhuǎn)換有了深刻的理解。在對(duì)理論的運(yùn)用中，提高了我們的工程素質(zhì)，在沒有做實(shí)踐設(shè)計(jì)以前，我們對(duì)PLC的掌握都是理論上的，對(duì)一些細(xì)節(jié)不加重視，當(dāng)我們把自己想出來的程序放到實(shí)際PLC應(yīng)用中的時(shí)候，問題出現(xiàn)了，不是不能運(yùn)行，就是運(yùn)行的結(jié)果和要求的結(jié)果不相符合。能過解決一個(gè)個(gè)在調(diào)試中出現(xiàn)的問題，我們對(duì)PLC 的理解得到加強(qiáng)，看到了實(shí)踐與理論的差距。 最后我們小組對(duì)數(shù)據(jù)和結(jié)果進(jìn)行了總結(jié)，完成了課程設(shè)計(jì)報(bào)告。總的來說，這次的課程設(shè)計(jì)對(duì)我將來的開發(fā)與研究有著深遠(yuǎn)的影響。為我今后的學(xué)習(xí)，有著顯著的幫助。 8．參考文獻(xiàn) 劉春生主編.西門子PLC應(yīng)用與設(shè)計(jì)教程 機(jī)械工業(yè)出版社 程憲平主編.機(jī)電傳動(dòng)與控制.武漢：華中科技大學(xué)出版社，2003. 鄧星鐘.機(jī)電傳動(dòng)控制. 武漢：華中科技大學(xué)出版社. 王永華編.現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù).北京：北京航空航天出版社，2008 殷洪義主編.可編程控制器選擇設(shè)計(jì)與維護(hù).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002 程子華，PLC原理與實(shí)例分析.北京:國(guó)防工業(yè)出版社，2006 高欽和，可編程控制器應(yīng)用技術(shù)及其設(shè)計(jì)實(shí)例.北京:高等教育出版社，2004 9．附錄 液體混合裝置控制系統(tǒng)電氣原理圖