物料搅拌控制系统和风机变频调速控制系统的设计.doc

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PLC实训设计报告

物料搅拌控制系统和风机变频调速控制系统的设计

摘要：

自动化技术是近十几年来国际上发展最快的高新技术，已渗透到国民经济的各个领域。

采用自动化技术就是发挥以微机为核心的微电子技术优势：

对于一般机械而言，可使机械结构简化且控制更为灵活、细致；对于采用气动元件作为执行机构的机械设备而言，较之采用继电器接触控制更为可靠、方便，增加了柔性。

微型计算机及以微机为核心的专用控制机的推广应用，采用电子控制的便捷、灵活和可靠等优势与采用气压传动的简单、便捷和安全的优点相互结合，使得电子气动技术应运而生。

电子气动控制技术是自动化技术的一个重要组成部分，由于它在工业机器人中的成功应用，使得这项技术的推广具有了良好而广阔的前景。

本课题分别利用PLC对物料搅拌控制系统和风机变频调速控制系统进行了设计研究，通过实训设计，提高解决实际工程技术问题的能力。

（1）了解常用电气控制装置的设计方法、步骤和设计原则。

（2）学以致用，巩固书本知识。

通过训练，初步具有设计电气控制装置的能力，从而培养独立工作和创造的能力。

（3）进行一次工程技术设计的基本训练。

培养查阅书籍、参考资料、产品手册、工具书的能力。

上网查询信息的能力，运用计算机进行工程绘图的能力，编制技术文件的能力等。

关键词：

自动化技术，PLC，控制系统，物料搅拌，变频调速一、PLC控制系统设计简介

1.PLC控制系统设计的基本原则

任何一种控制系统都是为了实现被控对象的工艺要求，以提高生产效率和产品质量。

因此，在设计PLC控制系统时，应遵循以下基本原则：

1.1最大限度地满足被控对象的控制要求

充分发挥PLC的功能，最大限度地满足被控对象的控制要求，是设计PLC控制系统的首要前提，这也是设计中最重要的一条原则。

1.2保证PLC控制系统安全可靠

保证PLC控制系统能够长期安全、可靠、稳定运行，是设计控制系统的重要原则。

这就要求设计者在系统设计、元器件选择、软件编程上要全面考虑，以确保控制系统安全可靠。

1.3力求简单、经济、使用及维修方便

在满足控制要求的前提下，一方面要注意不断地扩大工程的效益，另一方面也要注意不断地降低工程的成本。

这就要求设计者不仅应该使控制系统简单、经济，而且要使控制系统的使用和维护方便、成本低，不宜盲目追求自动化和高指标。

1.4适应发展的需要

由于技术的不断发展，控制系统的要求也将会不断地提高，设计时要适当考虑到今后控制系统发展和完善的需要。

这就要求在选择PLC、输入/输出模块、I/O点数和内存容量时，要适当留有裕量，以满足今后生产的发展和工艺的改进。

2PLC控制系统设计的内容

2.1PLC机型的选择

PLC机型的选择应是在满足控制要求的前提下，保证可靠、维护使用方便以及最佳的性能价格比。

2.2PLC容量估算

PLC的容量指I/O点数和用户存储器的存储容量两方面的含义。

在选择PLC型号时不应盲目追求过高的性能指标，但是在I/O点数和存储器容量方面除了要满足控制系统要求外，还应留有余量，以做备用或系统扩展时使用。

（1）I/O点数的确定

PLC的I/O点数的确定以系统实际的输入输出点数为基础确定。

在I/O点数的确定时，应留有适当余量。

通常I/O点数可按实际需要的10～15%考虑余量；当I/O模块较多时，一般按上述比例留出备用模块。

（2）存储器容量的确定

用户程序占用多少存储容量与许多因素有关，如I/O点数、控制要求、运算处理量、程序结构等。

因此在程序编制前只能粗略的估算。

2.3I/O模块的选择

在PLC控制系统中，为了实现对生产过程的控制，要将对象的各种测量参数，按要求的方式送入PLC。

PLC经过运算、处理后，再将结果以数字量的形式输出，此时也要把该输出变换为适合于对生产过程进行控制的量。

所以，在PLC和生产过程之间，必须设置信息的传递和变换装置。

这个装置就是输入/输出（I/O）模块。

不同的I/O模块，其电路和性能不同，它直接影响着PLC的应用范围和价格，应该根据实际情况合理选择。

2.4分配输入/输出点

PLC机型及输入/输出（I/O）模块选择完毕后，首先，设计出PLC系统总体配置图。

然后依据工艺布置图，参照具体的PLC相关说明书或手册将输入信号与输入点、输出控制信号与输出点一一对应画出I/O接线图即PLC输入/输出电气原理图。

PLC机型选择完后输入/输出点数的多少是决定控制系统价格及设计合理性的重要因素，因此在完成同样控制功能的情况下可通过合理设计以简化输入/输出点数。

3程序设计的方法

（1）时序流程图法：

时序流程图法是首先画出控制系统的时序图，再根据时序关系画出对应的控制任务的程序框图，最后把程序框图写成PLC程序。

时序流程图法很适合于以时间为基准的控制系统的编程方法。

（2）步进顺控法：

一般比较复杂的程序，都可以分成若干个功能比较简单的程序段，一个程序段可以看成整个控制过程中的一步。

从这个角度去看，一个复杂的系统的控制过程是由这样若干个步组成的。

系统控制的任务实际上可以认为在不同时刻或者在不同进程中去完成对各个步的控制。

（3）经验法编程

经验法是运用自己的或别人的经验进行设计。

多数是设计前先选择与自己工艺要求相近的程序，把这些程序看成是自己的“试验程序”。

结合自己工程的情况，对这些“试验程序”逐一修改，使之适合自己的工程要求。

这里所说的经验，有的是来自自己的经验总结，有的可能是别人的设计经验。

（4）计算机辅助设计编程

计算机辅助设计是通过PLC编程软件在计算机上进行程序设计、离线或在线编程、离线仿真和在线调试等等。

4设计过程

（1）对系统任务分块

分块的目的就是把一个复杂的工程，分解成多个比较简单的小的任务。

这样就把一个复杂的、大的问题化为多个简单的、小的问题。

这样是便于编制程序。

（2）编制控制系统的逻辑关系图

从逻辑关系图上可以反应出某一逻辑关系的结果是什么，这一结果又应该导出哪些动作。

逻辑关系可以是以各个控制活动顺序为基准，也可能是以整个活动的时间节拍为准。

逻辑关系图反映了输入与输出的关系。

（3）绘制各种电路图

（4）编制PLC程序并进行模拟调试（略）

（5）制作控制台与控制柜（略）

（6）现场调试（略）

（7）编写技术文件并现场试运行

实验一物料搅拌控制系统设计

一、设计任务

设计一个物料搅拌控制系统，物料搅拌系统工艺如图1所示，实现对A、B两种液体原料按比例混合。

图1物料搅拌系统工艺框图

基本工艺要求：

（1）搅拌器液位的高低由一个模拟量液位传感器-变送器来检测。

液位检测范围0~3m。

（2）按起动按钮后系统自动运行，首先打开进料阀1，开始加入液料A

（3）当液位达到设定值1（MD100指定）后，则关闭进料阀1，打开进料阀2，开始加入液料B。

（4）当液位达到设定值2（MD104指定）后，则关闭进料阀2，起动搅拌器，搅拌时间到（搅拌时间由MW200设定），关闭搅拌器，开启放料阀。

（4）当液位达到设定值3（MD108指定）后，延时5s后关闭放料阀。

（5）按停止按钮，系统应立即停止运行。

（6）搅拌器设置有高液位限位检测，液位传感器采用开关量液位传感器（常闭），高液位传感器动作，系统必须停止运行。

（7）液位值（工程量）存储在MD112单元中，实时显示。

进料阀1、进料阀2、排料阀、搅拌器均设有运行状态指示灯，相应的设备动作时，指示灯点亮。

搅拌器由1台75kW的三相鼠笼式异步电动机驱动，搅拌器润滑泵电机为0.75kW的三相鼠笼式异步电动机。

搅拌器的控制要求如下：

（1）润滑泵电机启动后，搅拌器才能启动。

（2）搅拌器需配一台软启动器，软启动结束后旁路工频运行。

（3）润滑油泵、搅拌器、软启动配有相应的运行状态指示灯。

二、设计流程

控制要求：

按“起动按钮”后系统自动运行，

首先，打开“进料泵1”，开始加入液料A；

→“中液位传感器”动作后，则关闭“进料泵1”，打开“进料泵2”，开始加入液料B；

→“高液位传感器”动作后，关闭“进料泵2”，起动“搅拌器”，进行液料混合；

→搅拌10s后，关闭“搅拌器”，开启“放料泵”;

→当“低液位传感器”动作后，延时5s后关闭“放料泵”。

按“停止”按钮，系统应立即停止运行。

设计过程

（1）创建S7项目

创建S7项目，并命名为“无参FC”，项目包含组织块OB1和OB100。

（2）硬件配置

在“无参FC”项目内打开“SIMATIC300Station”文件夹，打开硬件配置窗口，并完成硬件配置。

（3）内存变量分配表

（4）编辑符号表

（5）规划程序结构

（6）编辑功能（FC）

在“无参FC”项目内选择“Blocks”文件夹，然后反复执行菜单命令【Insert】→【S7Block】→【Function】，分别创建4个功能（FC）：

FC1、FC2、FC3和FC4。

FC1→液料A控制程序

FC2→液料B控制程序

FC3→搅拌器控制程序

FC4→出料控制程序

OB100→初始化程序

由于在符号表内已经为FC1～FC4定义了符号名，因此在创建FC的属性对话框内系统会自动添加符号名。

（7）PLC程序设计

OB100的控制程序

OB1的控制程序

按“起动按钮”后系统自动运行，

首先，打开“进料泵1”，开始加入液料A；

FC1→液料A控制程序

→“中液位传感器”动作后，则关闭“进料泵1”，打开“进料泵2”，开始加入液料B；

FC2→液料B控制程序

→“高液位传感器”动作后，关闭“进料泵2”，起动“搅拌器”，进行液料混合；

FC3→搅拌器控制程序

→搅拌10s后，关闭“搅拌器”，开启“放料泵”;

FC3→搅拌器控制程序

→搅拌10s后，关闭“搅拌器”，开启“放料泵”;

FC4→出料控制程序

→当“低液位传感器”动作后，延时5s后关闭“放料泵”。

FC4→出料控制程序

→当“低液位传感器”动作后，延时5s后关闭“放料泵”。

FC4→出料控制程序

→当“低液位传感器”动作后，延时5s后关闭“放料泵”。

实验二风机变频调速控制系统设计

一、设计任务

某生产设备的风机75kW，额定运行频率50Hz，采用西门子MM440变频器调速，利用S7-300PLC实现风机变频自动控制。

风机变频调速自动控制工艺如下：

1）数字量输入（3个）：

正转按钮、停止按钮、变频器故障信号。

按下正转按钮风机正转，按下停止按钮风机停止运行、变频器故障风机也停止运行。

2）数字量输出（1个）：

控制变频器“正转/停止”。

3）模拟量输入（1个）：

速度（频率）给定由电位器设定，输出0~10V电压信号。

4）模拟量输出（1个）：

PLC输出0~10V电压信号控制变频器的运行速度（频率）。

PLC选择S7-300紧凑型CPU314C-2DP，PLC的输入/输出地址分配入表1

表1PLC的输入/输出地址分配列表

设计PLC控制系统，实现上述功能：

1）设计变频器控制电路、PLC接口电路。

2）编写PLC控制程序，实现风机的“正转/停止”、变频器频率的设定与输出，同时将电机运行频率转换为工程量存储在MD100位存储单元中。

二、设计流程及控制梯形图

风机变频调速控制系统

设备组态图

程序段一：

电机正向运行/停止

程序段二：

电机转速大小控制

程序段三：

标度变换模块

设计体会

回顾此次PLC课程设计，我感慨颇多。

让我对plc梯形图、外部接线图有了更好的了解，也让我了解了关于PLC设计原理。

从理论到实践，在实验室泡了很长时间但是可以学到很多很多的东西。

通过对物料搅拌控