plc課程設(shè)計.doc

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目 錄1緒論11.1題目背景與意義11.2 PLC控制系統(tǒng)優(yōu)點22題目設(shè)計介紹33系統(tǒng)設(shè)計方案44 系統(tǒng)硬件設(shè)計54.1系統(tǒng)總體設(shè)計54.2 PLC設(shè)計與選擇64.3 PLC I/O口地址分配65系統(tǒng)軟件設(shè)計75.1 系統(tǒng)運行程序框圖75.2 系統(tǒng)運行程序梯形圖75.2.1系統(tǒng)自動運行情況下的梯形圖75.2.2系統(tǒng)手動運行情況下的梯形圖95.2.3系統(tǒng)實現(xiàn)“+1/-1”功能116 系統(tǒng)仿真調(diào)試127 結(jié)論15參考文獻161緒論1.1題目背景與意義 隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，自動控制技術(shù)已經(jīng)在人類活動的各個領(lǐng)域中的應(yīng)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(xué)技術(shù)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(shè)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(jié)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(yīng)用WinCC作為其系統(tǒng)擴展的基礎(chǔ)，通過開放接口開發(fā)自己的應(yīng)用軟件。WinCC是基于32 位的應(yīng)用軟件Windows 32 位操作系統(tǒng)的搶先多任務(wù)的特性確保了對過程事件的快速反應(yīng)，并提供了多種防止資料丟失的保護，WinCC使用了面向?qū)ο蟮能浖幊碳夹g(shù)，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(yīng)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(jié)構(gòu)簡單，設(shè)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(shè)計的方法進行設(shè)計。例如：冗余的設(shè)計。斷電保護，故障診斷和信息保護及恢復(fù)。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?qū)ふ?，然后進行更改。PLC有多種程序設(shè)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(yīng)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(shè)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(shè)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(guān)低壓電器，組成控制系統(tǒng)，根據(jù)項目要求，編寫相關(guān)程序，完成相應(yīng)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099進行設(shè)置。液體總量為A與B液體的總和，為計算結(jié)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(shè)定A液體設(shè)定值、B液體設(shè)定值，若容器為空，可進行自動控制。如A液體設(shè)定值為15，B液體設(shè)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”。“班組長”用戶組的權(quán)限為操作和“輸入設(shè)定值”。然后在系統(tǒng)畫面中的A液體設(shè)定值設(shè)定安全權(quán)限。即一般用戶不能進行A液體設(shè)定值的設(shè)定，用戶“user1”可以進行設(shè)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(shè)定值、液體B設(shè)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(shè)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(zhuǎn)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(fù)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(yīng)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(jié)構(gòu)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(lǐng)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(shè)計、控制和程序設(shè)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(jié)構(gòu)，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(fù)雜的領(lǐng)域中占優(yōu)勢。但工控機價格較高，將它用于開關(guān)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(shè)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(shè)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(yīng)工藝條件的改變?？删幊炭刂破?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(guān)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(gòu)成開關(guān)量控制系統(tǒng)，隨著30多年來微電子技術(shù)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?，F(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(gòu)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(shè)計4.1系統(tǒng)總體設(shè)計 本課程設(shè)計是基于PLC的液體自動混合攪拌系統(tǒng)設(shè)計，H、I、L是液面?zhèn)鞲衅?，SL1=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(qū)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(guān)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(guān)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(guān)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(guān)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(shè)計與選擇PLC的一般結(jié)構(gòu)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(shè)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(gòu)成，此外還有外圍芯片、總線接口及有關(guān)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(yīng)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(zhuǎn)換為PLC能夠接收和處理的信號，將CPU送來的弱電信號轉(zhuǎn)換為外部設(shè)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(guān)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Q0.1A閥門運行I0.0停止按鈕Q0.2B閥門運行I0.1A液位傳感器Q0.3C閥門運行I0.2AB混合液位傳感器I0.30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(shè)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(guān)如圖5-2所示：圖5-2 總開關(guān)（2）啟動開關(guān)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(guān)，B閥開，如圖5-4所示：圖5-4 A閥關(guān)閉，B閥運行（4）當達到混合液位傳感器時，B閥關(guān)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(guān)閉，A閥開，如圖5-6所示：圖5-6 C閥關(guān)，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(guān)與自動開關(guān)是電氣互鎖，如圖5-8所示：圖5-8 手動開關(guān)（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(shè)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(shè)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(shè)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(jié)論這次的課程設(shè)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(shè)都讓我們學(xué)到了許多東西。首先，在課設(shè)前期，系統(tǒng)的學(xué)習(xí)了T型圖的設(shè)計，經(jīng)過我們?nèi)M同學(xué)的一起努力，終于將兩種溶液混合控制系統(tǒng)的T型圖設(shè)計出來。然后我學(xué)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(shè)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(shè)定值需輸入正確的賬號密碼?；仡櫰鸫舜握n程設(shè)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(xué)到很多很多的的東西，同時不僅可以鞏固了以前所學(xué)過的知識，而且學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過的知識。 課程設(shè)計是我們專業(yè)課程知識綜合應(yīng)用的實踐訓(xùn)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(shè)計之后，一定把以前所學(xué)過的知識重新溫故。這次課程設(shè)計終于順利完成了，在設(shè)計中遇到了很多編程問題，最后在兩位老師的辛勤指導(dǎo)下，終于游逆而解。同時，在老師的身上我學(xué)得到很多實用的知識，在次我表示感謝！參考文獻1J. Basak, B. Chanda, D.D. Manjumder, On edge and line linking with connectionist models, IEEE Trans. Systems, Man Cybernet. 24 (3) 413428, 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,2006,273劉華波，王雪，何文雪.組態(tài)軟件WINCC及其應(yīng)用.