自動稱量混料系統(tǒng)的plc課程設(shè)計

1、等級：課 程 設(shè) 計課程名稱電氣控制與PLC課程設(shè)計課題名稱自動稱量混料控制系統(tǒng)設(shè)計專 業(yè)自動化班 級1301學 號201301020129姓 名黃奎倫 指導老師譚梅，劉星平，賴指南，沈細群2016年7月1日電氣信息學院課程設(shè)計任務書課題名稱自動稱重混料系統(tǒng)的PLC控制設(shè)計姓 名黃奎倫專業(yè)自動化班級1301學號29指導老師劉星平、賴指南等課程設(shè)計時間2016年6月20日-2016年07月1日（17、18周）教研室意見意見： 同意 審核人：汪超 林國漢一.任務及要求設(shè)計任務：以PLC為核心，設(shè)計一個自動稱重混料系統(tǒng)的PLC控制系統(tǒng)，為此要求完成以下設(shè)計任務：1.根據(jù)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)、工藝過程和控制

2、要求，確定控制方案。2.配置電器元件，選擇PLC型號。3.繪制PLC控制系統(tǒng)線路原理圖和PLC I/O接線圖。設(shè)計PLC梯形圖程序，列出指令程序清單。4.上機調(diào)試程序。5.上位機組態(tài)監(jiān)控的設(shè)計(可選項）6.編寫設(shè)計說明書。設(shè)計要求（1）所選控制方案應合理，所設(shè)計的控制系統(tǒng)應能夠滿足控制對象的工藝要求，并且技術(shù)先進，安全可靠，操作方便。（2）所繪制的設(shè)計圖紙符合國家標準局頒布的GB472884電氣圖用圖形符號、GB698887電氣制圖和GB715987電氣技術(shù)中的文字符號制定通則的有關(guān)規(guī)定。（3）所編寫的設(shè)計說明書應語句通順，用詞準確，層次清楚，條理分明，重點突出。二.進度安排1.第一周星期一：

3、布置課程設(shè)計任務，講解設(shè)計思路和要求，查閱設(shè)計資料。2.第一周星期二星期四：詳細了解控制系統(tǒng)的基本組成結(jié)構(gòu)、工藝過程和控制要求。確定控制方案。配置電器元件，選擇PLC型號。繪制控制系統(tǒng)的控制線路原理圖和控制系統(tǒng)的PLC I/O接線圖。設(shè)計PLC梯形圖程序，列出指令程序清單。4.第一周星期五：上機調(diào)試程序。5.第二周星期二星期四：編寫設(shè)計說明書。6.第二周星期五：答辯。三.參考資料1 劉星平.PLC原理及工程應用M.北京：中國電力出版社，2014年。2 廖常初.S7-200 PLC編程及應用M.北京：機械工業(yè)出版社，2014年。3 王阿根.西門子S7-200 PLC 編程實例精解M.北京：電子工

4、業(yè)出版社，2013年。4 賴指南.PLC原理與應用補充教材（內(nèi)部使用），本校自編教材，2010年。四原始資料1、 控制要求自動稱重混料裝置可對多種原料按質(zhì)量進行準確配料和混合，在工業(yè)生產(chǎn)中有著廣泛應用。如圖為自動稱重混料控制裝置示意圖，混料罐自重200kg，每次混料的最大質(zhì)量為600kg?；炝线^程如下： 按下啟動按鈕，打開進料閥YV1向罐內(nèi)加入原料A，達到250kg后關(guān)閉YV1，停止進A料； YV1關(guān)閉的同時打開進料閥YV2，向罐內(nèi)加入原料B，達到450kg后關(guān)閉YV2，停止進B料； YV2關(guān)閉的同時啟動攪拌機，并打開進料閥YV3，向罐內(nèi)加入原料C，達到500kg后關(guān)閉YV3，停止進C料； 攪

5、拌機繼續(xù)工作5min后，打開放料電磁閥YV4開始放料，當混合料全部放完后，關(guān)閉放料閥YV4并停止攪拌電動機。目錄第1章 概述11.1 引言11.2 自動稱量混料系統(tǒng)的概況及控制要求1第2章 總體設(shè)計方案2第3章 硬件電路設(shè)計33.1 PLC類型選擇3 3.2 PLC I/O口分配33.3 系統(tǒng)硬件接線圖3第4章 軟件設(shè)計54.1 程序流程圖54.2 標度變換64.3 梯形圖6第5章 實驗調(diào)試與分析11附錄A 梯形圖13附錄B 語句表15第1章 概述1.1 引言 制藥、食品、農(nóng)藥和化工生產(chǎn)等等都離不開固體混料裝置。固體混料比例的精確性和均勻性是產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵,同樣也是產(chǎn)品品質(zhì)一致性的保障。傳統(tǒng)的

6、固體混料裝置常采用繼電接觸器控制,使用硬連接電器多,可靠性差,自動化程度不高1,無論在配料、混料等階段都存在諸多不確定因素,產(chǎn)品質(zhì)量無法保證。目前已有許多企業(yè)采用PLC對原繼電接觸器控制系統(tǒng)做改造,大大提高了系統(tǒng)的可靠性和自控程度。改造后的PLC控制系統(tǒng)不僅電路簡單,投資少,而且靈活性好,有利于系統(tǒng)在線升級,對產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率提供了很好的保障。西門子 S7-200系列PLC具有許多優(yōu)點2,如, (1)可靠性高,抗干擾能力強,適于惡劣環(huán)境;(2)體積小,功耗低;(3)編程簡單,可在線調(diào)試;(4)通信能力強等等。這些優(yōu)勢使得它適用于各行各業(yè)、各種場合中的檢測及自動化控制的需要。其強大功能不僅表現(xiàn)

7、在對數(shù)字量的靈活控制,利用其擴展模塊也可以實現(xiàn)對模擬量的簡單控制。本文提出一種新型的固體混料裝置控制系統(tǒng)設(shè)計,該方案采用西門子S7-200PLC+稱重模塊為系統(tǒng)核心控制器實現(xiàn)固體的混料稱重設(shè)計,為繼電接觸器系統(tǒng)改造提供了思路。1.2 自動稱量混料系統(tǒng)的概況及控制要求本方案主要是用稱重模塊將生產(chǎn)現(xiàn)場的質(zhì)量信號變換成標準信號(420mA直流信號),然后將該信號送入模擬量輸入模塊EM231的一個模擬輸入端,轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號交給PLC的CPU處理,實現(xiàn)進出料口電磁閥切換控制和攪拌電動機工作,控制整個系統(tǒng)自動混料生產(chǎn)。 第2章 總體設(shè)計方案要實現(xiàn)混料機的自動稱量混料功能，其自動控制控制系統(tǒng)主要包括：稱量系

8、統(tǒng)、進料系統(tǒng)、攪拌系統(tǒng)以及出料系統(tǒng)。1. 稱量系統(tǒng)： 稱量系統(tǒng)采用稱重模塊將模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，然后通過A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)值來控制進料系統(tǒng)的電磁閥開關(guān)。2. 進料系統(tǒng)： 稱量完后由于混料罐的原始重量為200kg，所以當按下啟動按鈕時，由稱重模塊控制的原料A進料的電磁閥YV1也隨之被打開，向混料罐內(nèi)加入原料A。當原料A的重量到達250kg時，進料系統(tǒng)的電磁閥YV1關(guān)閉的同時，打開電磁閥YV2，向混料罐內(nèi)加入原料B。當總重量達到650kg時，關(guān)閉電磁閥YV2，停止原料B的進料。同時打開電磁閥YV3，向罐內(nèi)加入原料C，罐內(nèi)原料的質(zhì)量達到500kg后關(guān)閉YV3，停止進C料。3. 攪拌系統(tǒng)：當原料B加入完

9、后系統(tǒng)就開始進行攪拌操作，攪拌時間為5分鐘。4. 出料系統(tǒng)：攪拌時間完成后，系統(tǒng)就會自動打開放料閥YV4，直至混合料全部放完，然后觸發(fā)稱重模塊的模擬量6400，也就是攪拌罐總重量降到200kg時，放料閥會自動關(guān)閉。第3章 硬件電路設(shè)計3.1 PLC類型選擇 本系統(tǒng)控制方案是具有理想性價比的控制方案。該系統(tǒng)選擇西門子S7-200系列CPU222AC/DC/繼電器+模擬量輸入模塊EM231為主控制器,還包括稱重模塊一個、電磁閥四個、按鈕兩個(啟動按鈕、停止按鈕各一個)、攪拌用直流電動機一臺等構(gòu)成。3.2 PLC I/O口分配表3.2 I/O口分配表符號地址符號地址啟動SB2I0.0攪拌機Q0.3停

10、止SB1I0.1稱重200KGQ1.0進料閥YV1Q0.0稱重450kgQ1.1進料閥YV2Q0.1稱重650kgQ1.2進料閥YV3Q0.2稱重700kgQ1.3放料閥YV4Q0.43.3 系統(tǒng)硬件接線圖根據(jù)所選PLC類型，以及設(shè)定好的I/O點分配情況，可設(shè)計出PLC的外部硬件接線圖，如圖所示:圖3.3 PLC硬件設(shè)計圖第4章 軟件設(shè)計4.1 程序流程圖自動稱重混料攪拌控制系統(tǒng)的工作過程主要包括：隨著稱重模塊的模擬量逐漸增加而進行向混料罐加入原料，等到稱重模塊到達一定值時，攪拌五分鐘后打開放料閥YV4放混合料。根據(jù)上述過程可畫出飲料自動售貨機的流程圖如圖4.1所示：圖4.1 程序流程圖4.2

11、 標度變換 模擬量輸入信號通過A/D轉(zhuǎn)換變成PLC可識別人數(shù)字信號。在PLC的程序設(shè)計中,為了實現(xiàn)控制需要,模擬量通過手工計算轉(zhuǎn)換為數(shù)字量3,公式如下:Dm Am經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換得到的數(shù)值;D0 A0經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換得到的數(shù)值;A模擬量信號值;DA經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換得到的數(shù)值。該混料罐一次混料的總質(zhì)量為500kg,考慮到罐自重200kg。使用比較指令實現(xiàn)對各個質(zhì)量的準確控制,要得到對應200kg、450kg、650kg和700kg時模擬量輸入寄存器AIW0的數(shù)值D200、D450、D650、D700。已知S7-200的模擬量輸入模塊加入標準電信號為420mA,對應輸入200kg800kg(A0Am),經(jīng)A/

12、D轉(zhuǎn)換后數(shù)值為640032000(D0Dm)。根據(jù)公式(1)得到： 在PC機上安裝運行STEP7 MicroWin V4.0軟件,編寫系統(tǒng)的梯形圖程序,經(jīng)過調(diào)試的程序梯形圖所示。急停按鈕的設(shè)置是為了應付突發(fā)事件時,能夠使設(shè)備迅速停止工作,避免事故的發(fā)生。 4.3 梯形圖LDN SM0.0MOVW AIW0,VW0稱重模塊將質(zhì)量信號變換成標準信號(420mA直流信號)LDW<= AIW0,6400= Q1.0放料停止輸出LDW<= AIW0,12800= Q1.1原料A進料停止LDW<= AIW0,12800= Q1.2原料B進料停止LDW<= AIW0,25600= Q

13、1.3原料C進料停止LD I0.0O Q0.0AN I0.1AN Q1.1= Q0.0原料A進料LDN Q0.4A Q1.1O Q0.1AN I0.1AN Q1.2= Q0.1原料B進料LDN Q0.4A Q1.2O Q0.2AN I0.1AN Q1.3= Q0.2原料C進料LD Q0.2AN I0.1= Q0.3LDN Q0.4A Q1.3AN I0.1AN T37AN Q0.4= Q0.3LD Q1.3TON T37,3000攪拌機進行攪拌5minLDN Q0.0AN Q0.1AN Q1.3AN Q0.2AN Q0.3O Q0.4AN I0.1AN Q1.0= Q0.4當攪拌時間到達5mi

14、n時，打開放料閥YV4，進行放混合料，直至攪拌罐里混合料全部放完。第5章 實驗調(diào)試與分析經(jīng)過一段時間的設(shè)計，考慮各種情況的調(diào)試，體會了系統(tǒng)設(shè)計的不易，其中要在明確其基本功能的基礎(chǔ)上預防各種有意或無意的設(shè)計漏洞，此時需要嚴密地思考和設(shè)計，通過種種特定條件的考驗查找其中的漏洞。比如調(diào)試中還出現(xiàn)原料A一旦排出無法停止的情況，查找原因得知相應定時器啟動部分受到別的閃爍工作元件的影響一直被刷新，定時器剛走幾步又退回來了，起不到延時后切斷排物料A通路的目的。由于實驗室沒有相應的實物控制模型，在調(diào)試系統(tǒng)控制程序時，所有的輸入信號均用開關(guān)信號來代替，所有的輸出均用指示燈來表示。程序調(diào)試時，首先將PLC控制程序

15、寫入到PLC機器中，再選擇監(jiān)控狀態(tài)，使PLC處于“RUN”狀態(tài)，然后逐一按按鈕，觀察輸出指示燈是否按預計效果閃滅，并通過監(jiān)控狀態(tài)觀察程序的運行過程及輸入輸出信號、內(nèi)部描述實際出現(xiàn)的問題及解決方案。要對照設(shè)計控制要求，逐一檢驗設(shè)計功能是否能有效的實現(xiàn)，并對程序進行改進和完善。此次設(shè)計中用到了不少PLC常用指令，通過學習對它們更熟悉了，當然對它們的靈活的運用還需進一步提高，與此同時參照部分西門子系列的PLC了解了其一些用法，拓寬了視野，通過借閱參考書和網(wǎng)上查找知道可以用PLC實現(xiàn)許多小系統(tǒng)設(shè)計，真的感受到自己所知甚少，還有許多知識要學要了解以增長見識提高水平。它極大地激勵了我們?nèi)プ詫W、去創(chuàng)新。參考

16、文獻1 劉星平.PLC原理及工程應用M.北京：中國電力出版社，2014年。2 廖常初.S7-200 PLC編程及應用M.北京：機械工業(yè)出版社，2014年。3 王阿根.西門子S7-200 PLC 編程實例精解M.北京：電子工業(yè)出版社，2013年。4 賴指南.PLC原理與應用補充教材（內(nèi)部使用），本校自編教材，2010年。附錄A 梯形圖附錄B 語句表Network 1LDN SM0.0MOVW AIW0,VW0Network 2LDW<= AIW0,6400= Q1.0Network 3LDW<= AIW0,12800= Q1.1Network 4LDW<= AIW0,12800

17、= Q1.2Network 5LDW<= AIW0,25600= Q1.3Network 6LD I0.0O Q0.0AN I0.1AN Q1.1= Q0.0Network 7LDN Q0.4A Q1.1O Q0.1AN I0.1AN Q1.2= Q0.1Network 8LDN Q0.4A Q1.2O Q0.2AN I0.1AN Q1.3= Q0.2Network 9LD Q0.2AN I0.1= Q0.3Network 10LDN Q0.4A Q1.3AN I0.1AN T37AN Q0.4= Q0.3Network 11LD Q1.3TON T37,3000Network 12LDN Q0.0