plc課程設計.doc

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目 錄 1緒論 1 1.1題目背景與意義 1 1.2 PLC控制系統(tǒng)優(yōu)點 2 2題目設計介紹 3 3系統(tǒng)設計方案 4 4 系統(tǒng)硬件設計 5 4.1系統(tǒng)總體設計 5 4.2 PLC設計與選擇 6 4.3 PLC I/O口地址分配 6 5系統(tǒng)軟件設計 7 5.1 系統(tǒng)運行程序框圖 7 5.2 系統(tǒng)運行程序梯形圖 7 5.2.1系統(tǒng)自動運行情況下的梯形圖 7 5.2.2系統(tǒng)手動運行情況下的梯形圖 9 5.2.3系統(tǒng)實現(xiàn)“+1/-1”功能 11 6 系統(tǒng)仿真調(diào)試 12 7 結論 15 參考文獻 16 1緒論 1.1題目背景與意義 隨著科學技術的飛速發(fā)展，自動控制技術已經(jīng)在人類活動的各個領域中的應用得越來越廣泛，而它的水平已經(jīng)成為衡量一個國家生產(chǎn)和科學技術先進與否的一項重要指標。在煉油、制藥、化工等行業(yè)中，液體混合已經(jīng)是不可缺少的程序，而且也是工業(yè)生產(chǎn)中非常重要的一部分。然而由于此類行業(yè)中多數(shù)為有腐蝕有毒性介質(zhì)和易燃易爆外，要求該系統(tǒng)在生產(chǎn)過程中具有配料準確、控制良好等規(guī)定，這介質(zhì)，這樣就造成現(xiàn)場的工作環(huán)境非常惡劣，不適宜工作人員在現(xiàn)場操作。此也是半自動化及人工操作控制所難以實現(xiàn)的。傳統(tǒng)的液體混合裝置完全由人工操作，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，廢品多、人工投入大。抗干擾能力差以及系統(tǒng)升級改造困難等等，對產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率也難于提高。 本文給出基于WinCC的液體混合仿真系統(tǒng)的設計，其主要著力點在于液體混料比例的精確性和均勻性，這同樣也是產(chǎn)品品質(zhì)一致性的保障。WinCC是西門子開發(fā)的在WINDOWS 環(huán)境下解決生產(chǎn)和過程自動化、可視化信息、顯示和實現(xiàn)控制策略，即實現(xiàn)系統(tǒng)人機接口的組態(tài)軟件。它提供了適用于工業(yè)的圖形顯示、消息、歸檔以及報表的各種功能模板，能實現(xiàn)高性能的過程耦合、快速的畫面更新和可靠的資料處理，具有較高的實用性。WinCC的顯著特性是全面開放，很容易結合標準的或用戶的程序建立人機接口，精確地滿足生產(chǎn)實際要求。系統(tǒng)集成商可應用WinCC作為其系統(tǒng)擴展的基礎，通過開放接口開發(fā)自己的應用軟件。WinCC是基于32 位的應用軟件Windows 32 位操作系統(tǒng)的搶先多任務的特性確保了對過程事件的快速反應，并提供了多種防止資料丟失的保護，WinCC使用了面向對象的軟件編程技術，將所有工程工具的組態(tài)功能集成在一起，提供用于過程可視化和操作的全部基本功能。此外，提供寬范圍的編輯功能接口，使用戶為其獨特的應用單獨組態(tài)。WinCC組態(tài)軟件提供了適用于工業(yè)的圖形顯示、消息、歸檔以及報表的各種功能模板，能實現(xiàn)高性能的過程偶合、快速的畫面更新和可靠的資料處理，具有較高的實用性。 采用PLC對容器中的液位進行監(jiān)控控制，其電路結構簡單，設備投資少，監(jiān)控系統(tǒng)不僅自動化程度高還具有在線修改功能，靈活性強等優(yōu)點，適用于多段液位控制的監(jiān)控場合。并且PLC作為新一代的工業(yè)控制器，具有體積小、編程簡單、使用方便，抗干擾能力強、可靠性高等一系列優(yōu)點，易于實現(xiàn)機電一體化。 1.2 PLC控制系統(tǒng)優(yōu)點 1.可靠性 PLC不需要大量的活動元件和連線電子元件。它的連線打打減少。與此同時，系統(tǒng)的維修簡單，維修時間短。PLC采用了一系列可靠性設計的方法進行設計。例如：冗余的設計。斷電保護，故障診斷和信息保護及恢復。PLC有較高的易操作性。它具有編程簡單，操作方便，維修容易等特點，一般不容易發(fā)生操作的錯誤。 2．易操作性 對PLC的操作包括程序輸入和程序更改的操作。程序的輸入直接可接顯示，更改程序的操作也可以直接根據(jù)所需要的地址編號或接點號進行搜索或程序尋找，然后進行更改。PLC有多種程序設計語言可供使用。用于梯形圖與電氣原理圖較為接近。容易掌握和理解。PLC具有的自診斷功能對維修人員維修技能的要求降低。當系統(tǒng)發(fā)生故障時，通過硬件和軟件的自診斷，維修人員可以很快找到故障的部位。 3．靈活性 PLC采用的編程語言有梯形圖、布爾助記符、功能表圖、功能模塊和語句描述編程語言。編程方法的多樣性使編程簡單、應用而拓展。操作十分靈活方便，監(jiān)視和控制變量十分容易。以上特點使用PLC控制系統(tǒng)具有可靠性高，程序設計方便靈活，抗干擾能力強，運行穩(wěn)定等諸多優(yōu)點今后PLC控制系統(tǒng)還會得到更廣泛的使用。 2題目設計介紹 利用西門子S7-300PLC ，組態(tài)軟件Wincc Flexible， 觸摸屏，交換機及外圍的相關低壓電器，組成控制系統(tǒng)，根據(jù)項目要求，編寫相關程序，完成相應的功能，組態(tài)人機界面，能夠進行模擬仿真。具體要求： (1)制作畫面模板，在模板畫面中顯示“多種液體混合控制系統(tǒng)”和日期時鐘。 (2)先組態(tài)兩個畫面，一個為主畫面，一個為系統(tǒng)畫面。兩畫面之間能進行切換。 (3)在系統(tǒng)畫面中作出兩種液體混合的系統(tǒng)圖。 (4)A液體與B液體的數(shù)值可在0～99進行設置。液體總量為A與B液體的總和，為計算結果。 (5)通過HMI可對模擬液體混合實現(xiàn)手動和自動控制。手動控制時，按下A閥就進A液體，松開就停止；B閥與出料閥類似。設定A液體設定值、B液體設定值，若容器為空，可進行自動控制。如A液體設定值為15，B液體設定值為27，切換到自動控制時則先打開A閥進A液體到15停止，再接著進27的B液體；當容器中總液體數(shù)量達到42時，B液體停止流入，打開出料閥開始流出到空后再循環(huán)。 (6)容器中的液體可動畫顯示，并通過棒圖刻度標記當前數(shù)值。 (7)為了顯示流暢的液位動畫，可通過PLC編寫每秒加1或減1的程序，然后把PLC與flexible做好連接（模擬顯示）。 (8)組態(tài)若容器中的液位超過100時產(chǎn)生一個液位偏高的報警。 (9)組態(tài)報警畫面，并能實現(xiàn)系統(tǒng)畫面之間的切換。 (10)組態(tài)一個用戶組“班組長”和一個用戶名“user1“，“user1”屬于“班組長”用戶組，“user1”的密碼為“000”?！鞍嘟M長”用戶組的權限為操作和“輸入Ａ設定值”。然后在系統(tǒng)畫面中的A液體設定值設定安全權限。即一般用戶不能進行A液體設定值的設定，用戶“user1”可以進行設定。 (11)組態(tài)一個用戶視圖畫面，要求該用戶名作登錄按鈕與注銷按鈕，能顯示當前用戶名。能與系統(tǒng)畫面進行切換。 (12)組態(tài)趨勢視圖畫面，能顯示容器中液體總量的數(shù)據(jù)趨勢曲線。能與系統(tǒng)畫面進行切換。 (13)建立配方，能實現(xiàn)液體A設定值、液體B設定值的各個配方。并建立配方畫面運行。能與系統(tǒng)畫面進行切換。 3系統(tǒng)設計方案 1.繼電器控制系統(tǒng) 控制功能是用硬件繼電器實現(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、轉速、時間及溫度等參數(shù)變化而動作，以實現(xiàn)電力拖動裝置的自動控制及保護。系統(tǒng)復雜，在控制過程中，如果某個繼電器損壞，都會影響整個系統(tǒng)的正常工作，查找和排除故障往往非常困難，雖然繼電器本身價格不太貴，但是控制柜的安裝接線工作量大，因此整個控制系統(tǒng)價格非常高，靈活性差，響應速度慢。 2.單片機控制 單片機作為一個超大規(guī)模的集成電路，結構上包括CPU、存儲器、定時器和多種輸入/輸出接口電路。其低功耗、低電壓和很強的控制功能，成為功控領域、尖端武器、日常生活中最廣泛的計算機之一。但是，單片機是一個集成電路，不能直接將它與外部I/O信號連接，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，硬件設計、控制和程序設計的工作量相當大。 3.工業(yè)控制計算機控制 工控機采用總線結構，各廠家產(chǎn)品兼容性比較強，有實時操作系統(tǒng)的支持，在要求快速、實時性強、功能復雜的領域中占優(yōu)勢。但工控機價格較高，將它用于開關量控制有些大才效用。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，用戶不要自己設計和制作硬件裝置，只須確定可編程序控制器的硬件配置和設計外部接線圖，同時采用梯形圖語言編程，用軟件取代繼電器系統(tǒng)中的觸點和接線，通過修改程序適應工藝條件的改變。 可編程控制器(PLC)從上世紀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量進行邏輯控制的一種裝置，可以取代中間繼電器、時間繼電器等構成開關量控制系統(tǒng)，隨著30多年來微電子技術的不斷發(fā)展，PLC也通過不斷的升級換代大大增強了其功能。現(xiàn)狀PLC已經(jīng)發(fā)展成不但具有邏輯控制功能、還具有過程控制功能、運動控制功能和數(shù)據(jù)處理功能、連網(wǎng)通訊功能等多種功能，是名副其實的多功能控制器。由PLC為主構成的控制系統(tǒng)具有可靠性高、控制功能強大、性價比高等優(yōu)點，是目前工業(yè)自動化的首選控制裝置。 4 系統(tǒng)硬件設計 4.1系統(tǒng)總體設計 本課程設計是基于PLC的液體自動混合攪拌系統(tǒng)設計，H、I、L是液面?zhèn)鞲衅鳎琒L1=H,SL2=L,SL3=I,該傳感器被液面淹沒時接通。兩種液體的流入由閥門A和閥門B控制，混合液的流出由放液閥C控制。攪拌電動機用于驅動槳葉將液體混合均勻。本系統(tǒng)的工作原理如圖4-1所示。 該液體自動混合攪拌系統(tǒng)的動作為：啟動系統(tǒng)之前，容器是空的，各閥門關閉，傳感器H=I=L=OFF，攪拌電動機M=OFF。首先，按下啟動按鈕，自動打開閥門A使液體A流入。當液面到達傳感器I的位置時，關閉閥門A，同時打開閥門B使液體B流入。當液面到達傳感器H位置時，關閉閥門B，同時啟動攪拌電動機攪拌。攪拌完畢后，打開放液閥門C。當液面到達傳感器L的位置時，關閉放液閥門C。隨后再將閥門A打開，如此循環(huán)下去。 在工作中如果按下停止按鈕，攪拌機不立即停止工作，只有當前混合操作處理完畢，才停止工作，即停在初始狀態(tài)。 圖4-1 液體自動混合攪拌系統(tǒng) 4.2 PLC設計與選擇 PLC的一般結構如圖2所示，由圖可見主要有6個部分組成，包括CPU(中央處理器)、存儲器、輸入／輸出接口電路、電源、外設接口、I/O擴展接口。 （1）中央處理單元（CPU） 與通用計算機中的CPU一樣。PLC中的CPU也是整個系統(tǒng)的核心部件，主要有運算器、控制器、寄存器及實現(xiàn)它們之間聯(lián)系的地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線構成，此外還有外圍芯片、總線接口及有關電路。 （2）存儲器 存儲器存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器。存放應用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器。PLC常用的存儲器類型有RAM、EPROM、EEPROM等。 （3）I/O模塊 輸入模塊和輸出模塊通常稱為I/O模塊或I/O單元。PLC的對外功能主要是通過各種I/O接口模塊與外界聯(lián)系而實現(xiàn)的。 （4）電源模塊 它的作用是將輸入信號轉換為PLC能夠接收和處理的信號，將CPU送來的弱電信號轉換為外部設備所需要的強電信號。 4.3 PLC I/O口地址分配 以下PLC 的I/O地址分配表4-1寫出了液體混合系統(tǒng)有關輸入、輸出地址分配： 表1.PLC符號地址分配表 地址 功能 地址 功能 I0.7 啟動按鈕 Q0.1 A閥門運行 I0.0 停止按鈕 Q0.2 B閥門運行 I0.1 A液位傳感器 Q0.3 C閥門運行 I0.2 AB混合液位傳感器 I0.3 0液位傳感器 I0.4 手動開A閥按鈕 I0.5 手動開B閥按鈕 I0.6 手動開C閥按鈕 MW4 實際液位 5系統(tǒng)軟件設計 5.1 系統(tǒng)運行程序框圖 系統(tǒng)自動運行的程序框圖如圖5-1所示： 圖5-1系統(tǒng)運行程序框圖 5.2 系統(tǒng)運行程序梯形圖 5.2.1系統(tǒng)自動運行情況下的梯形圖 （1）總開關如圖5-2所示： 圖5-2 總開關 （2）啟動開關后，A閥打開，流入A液體，如圖5-3所示： 圖5-3 A閥運行 （3）到達A液位傳感器時，A閥關，B閥開，如圖5-4所示： 圖5-4 A閥關閉，B閥運行 （4）當達到混合液位傳感器時，B閥關閉，C閥打開，如圖4-6所示： 圖5-5 C閥啟動程序 （5）當液位達到0液位傳感器時，C閥關閉，A閥開，如圖5-6所示： 圖5-6 C閥關，A閥開 （6）系統(tǒng)運行循環(huán)終止程序如圖5-7所示： 圖5-7 終止程序 5.2.2系統(tǒng)手動運行情況下的梯形圖 （1） 手動運行啟動開關與自動開關是電氣互鎖，如圖5-8所示： 圖5-8 手動開關 （2）手動開啟A閥門，如圖5-9所示： 圖5-9 手動打開A閥門 （3）手動開啟B閥門，如圖5-10所示： 圖5-10 手動開啟B閥門 （4）手動開啟C閥門，如圖5-11所示： 圖5-11 手動開啟C閥門 （5）手動情況下實現(xiàn)系統(tǒng)循環(huán)，如圖5-12所示： 圖5-12 系統(tǒng)循環(huán) 5.2.3系統(tǒng)實現(xiàn)“+1/-1”功能 因為設計需要顯示液位動畫，實現(xiàn)每秒+1/-1程序，然后實現(xiàn)PLC，下面是實現(xiàn)+1/-1的程序。 （1）液位A實現(xiàn)實際液面+1顯示，如圖5-13所示： 圖5-13 A液位實際液位+1顯示 （2） 液位B實現(xiàn)液面+1顯示，如圖5-14所示： 圖5-14 B液位實際液位+1顯示 （3） 液位0實現(xiàn)液面-1顯示，如圖5-15所示： 圖5-15 混合液位-1顯示 6 系統(tǒng)仿真調(diào)試 經(jīng)過程序調(diào)試與觸摸屏組態(tài)仿真，實現(xiàn)了本課題的功能。 觸摸屏各個界面如下： 圖6-1 主界面 進入wincc首先進入主畫面，主畫面中顯示有本次設計題目多種液體混合控制系統(tǒng)和切換系統(tǒng)畫面的按鈕。 圖6-2 系統(tǒng)畫面 系統(tǒng)畫面中有A液和B液向容器中添加的按鈕和動畫顯示，并含有手自動切換按鈕，可以向主畫面、報警畫面、配方畫面和用戶管理畫面相互切換。 圖6-3 用戶管理畫面 用戶可以在本頁面中輸入自己的賬號和密碼，輸入正確后可以顯示出用戶名稱和密碼，然后可以登錄，即可更改A、B液的設定值。 圖6-4配方畫面 圖6-5 系統(tǒng)報警顯示 圖6-6 報警畫面 當實際液位超出99后，會出現(xiàn)圖6-5中的報警顯示，然后會在報警畫面中記錄下來。 7 結論 這次的課程設計我們做的是基于PLC的兩種液體混合控制系統(tǒng)，這次課設都讓我們學到了許多東西。首先，在課設前期，系統(tǒng)的學習了T型圖的設計，經(jīng)過我們?nèi)M同學的一起努力，終于將兩種溶液混合控制系統(tǒng)的T型圖設計出來。然后我學到了如何在wincc上組態(tài)各個畫面，并且將step7中的T型圖與wincc中的組態(tài)畫面聯(lián)系起來。 這次課設在wincc中主要實現(xiàn)下面了幾個問題，（1）可以實現(xiàn)多個畫面的相互切換。（2）對模擬液體混合實現(xiàn)了手動控制和自動控制，并且可以相互切換。（3）在自動控制時實現(xiàn)了自動加液、出液，以及循環(huán)控制。（4）在實際液位超出99后可以自動報警并記錄。（5）組態(tài)了一個用戶組，更改A液設定值需輸入正確的賬號密碼。 回顧起此次課程設計，我仍感慨頗多，的確，從理論到實踐，在接近兩個星期的日子里，可以說得是苦多于甜，但是可以學到很多很多的的東西，同時不僅可以鞏固了以前所學過的知識，而且學到了很多在書本上所沒有學到過的知識。 課程設計是我們專業(yè)課程知識綜合應用的實踐訓練，這是我們邁向社會，從事職業(yè)工作前一個必不少的過程。通過這次課程設計之后，一定把以前所學過的知識重新溫故。這次課程設計終于順利完成了，在設計中遇到了很多編程問題，最后在兩位老師的辛勤指導下，終于游逆而解。同時，在老師的身上我學得到很多實用的知識，在次我表示感謝！ 參考文獻 [1]J. Basak, B. Chanda, D.D. Manjumder, On edge and line linking with connectionist models, IEEE Trans. Systems, Man Cybernet. 24 (3) 413–428, 1994. [2]馮顯英,葛榮雨.基于數(shù)字溫濕度傳感器SHT11的溫濕度測控系統(tǒng).自動化儀表,2006,27 [3]劉華波，王雪，何文雪.組態(tài)軟件WINCC及其應用.