PLC创新实践实验华工自动化10级.docx

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PLC创新实践实验华工自动化10级

PLC创新实践实验告

题目：

厌氧发酵罐控制系统设计

课程名称PLC及运动控制系统

学院自动化科学与工程学院

班级

学生姓名

学生学号

指导老师冯太合

提交日期2013年6月27日

分数

一、创新实践实验设计要求

（一）厌氧发酵工艺流程图

图1.1厌氧发酵工艺流程图

（二）控制要求

1.进料：

物料由阀门V1进入罐中。

要求有阀位指示。

2.排料：

物料由阀门V2排出。

要求有阀位指示。

3.物料保温搅拌循环：

1）启动发酵工艺自动程序后,系统自动检测罐内物料温度并将根据设定的物料温度自动判断是否开启电加水器,开启加热循环泵,当物料温度达到设定值,加热循环自动停止,当温度低于某设定值，加热系统自动启动。

注意：

热水罐水位低于中液位自动补水到高液位，低于低液位时加热泵和电加热器自动保护。

电加热器的启停温度在触摸屏上设定。

2）搅拌器以及物料循环泵是否工作，以及搅拌速度、循环起停时间均可根据需要在触摸屏上自行设定；搅拌电机需要变频调速。

3）排气口处安装有气体流量传感器，可显示在线流量以及并提供信号给PLC系统用于计算累计流量。

（流量信号输出为高速脉冲）。

4.触摸屏可以设定参数

（三）电箱面板上按钮与指示灯说明

图1.2电控柜面板图

在电控箱面板上有以下按钮和指示灯：

进料阀开、进料阀关、排料阀开，排料阀关，系统运行和系统停止以及急停。

具体的使用说明如下：

1、进料阀开/关：

当按下进料阀开按钮时，进料电动阀打开，当阀门全部打开后，进料阀开的按钮上的绿色指示灯亮，同时进料泵自动启动，当按下进料阀关时，进料阀关闭，同时进料泵停，当进料阀完全关闭后，进料阀关的按钮上的红色指示灯亮。

2、排料阀开/关：

当按下排料阀开按钮时，排料电动阀打开，当阀门全部打开后，排料阀开的按钮上的绿色指示灯亮；当按下排料阀关时，排料阀关闭，当排料阀完全关闭后，排料阀关的按钮上的红色指示灯亮。

3、排料阀开/关：

当按下系统运行按钮后，整个系统按照设定的参数自动运行，同时系统运行指示灯亮；当按系统停止按钮后，系统停止运行，同时系统停止运行指示灯亮。

急停按钮：

出现紧急情况时可以按下急停按钮，使整个系统停机。

（四）设计任务

1.设计电气原理图。

2.根据要求编写PLC和触摸屏程序。

3.调试PLC程序和变频器参数。

Ø说明：

1）电气原理图需计算机绘制，图纸出来以后需要本人拿给老师检查确认后，开始编写程序。

程序写完后到PLC实验室进行调试。

最后交告。

2）给出的题目供参考，大家也可根据自己的兴趣自己来设计题目，同样要经老师确认同意。

（五）设备清单和配置

1.转子泵一台（循环泵），功率2.2KW,AC,三相，380V.

2.离心泵一台（热水泵），功率1.5KW,AC,三相，380V.

3.电加热器一台，功率30KW,AC,三相，380V.Y型接法

4.进出料电动阀两台（V1和V2）,

5.热水罐补水电磁阀（V40）一台，线圈为AC220V。

6.排气电磁阀（V3）一台，线圈为AC220V。

7.温度变送器两台。

（T1检测热水罐温度，T2检测发酵罐温度），两线制，DC24V供电。

8.液位开关一套，有高中低三个液位点。

9.压力变送器一台，用来检测发酵罐压力。

10.气体流量计一台（FQ）,记录气体总量。

Ø说明：

1）进出料电动阀接线图：

图1.3进出料电动阀接线图

2）电磁阀（V3,V4）接线图：

标准电磁阀，线圈为AC220V

3）温度变送器说明：

两线制，工作电压15-30V,量程是0-100℃

4）压力变送器说明：

两线制，工作电压15-30V,量程是0-100mbar

5）触摸屏选5.7吋的单色的。

（六）控制系统参考设计步骤

图1.4控制系统设计流程图

二、创新实践实验设计内容

（一）电气原理图设计

说明：

电气原理图是在AutoCAD环境下制作的，共有5张；

1.原理图1是搅拌电机、循环泵、热水泵、电加热的控制电路，KA、KM2、KM3、KM4对应为其触点开关；B1为控制搅拌机运行速度的变频器。

2.原理图2对应的是进料、出料电磁阀的控制电路及指示灯显示；

3.原理图3对应的是补水、排气电磁阀的控制及压力、温度、流量变送器的上电；

4.原理图4为主控电路，CPU采用FX-2N-32MR，各输入输出说明如图所示；另外还有2特殊模块（A/D模块），均为FX0N-3A，主要功能是将搅拌机温度及压力、热水罐温度值转换为数字量送到PLC中处理；M3模块的输出信号作为变频器的输入；

5.原理图5为各个模块的端子说明；

图2.1电气原理图1

图2.2电气原理图2

图2.3电气原理图3

图2.4电气原理图4

图2.5电气原理图5

（二）程序设计--梯形图

Ø注：

软元件注释列表

（三）触摸屏设计及参数设定说明

图2.6主画面

1.主界面说明如下：

系统上电后，触摸屏自动进入主画面，此画面中显示发酵罐内当前的温度，压力以及搅拌的转速和热水罐的温度以及液位状态；进出料状态也在此画面中显示。

按下“参数设定”键进入参数设定画面。

按下“控制设定”键进入参数设定画面。

图2.7参数设定一界面

2.在此画面中设定热水罐和发酵罐的工作参数，说明如下：

（参数都在系统运行时生效）

1）热水罐加热器启动/停止温度：

当热水管内温度低于启动温度时，并且热水罐内的水位超过了中液位时，电加热器自动启动，加热到设定的停止温度后，电加热器自动停止运行。

注意：

停止温度应大于启动温度。

2）发酵罐加热泵启动/停止温度：

当发酵罐内的温度低于启动温度时，并且热水罐内的水位超过了中液位时，加热泵启动循环，给发酵罐加热，当温度到停止温度时，加热泵停止。

注意：

停止温度应大于启动温度。

3）发酵罐排气阀开/关压力：

当发酵罐内的压力大于开阀压力时，排气电磁阀自动打开，当发酵罐内压力降到关阀压力时，排气电磁阀自动关闭。

注意：

开阀压力应大于关阀压力。

4）搅拌器转速设定：

通过此参数来设定变频器的频率。

从而设定发酵罐搅拌器的转速。

按下一页进入参数设定二画面，按返回，回到主画面。

图2.8参数设定二界面

3.参数画面二说明：

1）搅拌和循环工作方式选择：

通过切换按钮可以改变减半和循环的动作方式：

间断工作和连续工作，间断工作：

按照间断工作的参数中的开机时间和停机时间设定的参数运行，运行开机的时间后，搅拌和循环停止，等到停机时间到后，又继续搅拌和循环。

连续工作：

搅拌和循环一直运行。

2）系统重启工作方式：

当系统停止，再次启动时系统的工作方式。

继续工作：

系统重启时按照系统停机时的状态继续，如系统停机时，停机时间是5.1分钟，那么选择继续工作模式时，接着5.1继续运行。

重新启动：

系统重启时重新按开机时间，接着停机时间新循环工作，与停机时已工作的时间无关。

3）热水罐的控制说明：

当系统运行时，当热水罐的水位低于中液位时自动打开补水电磁阀补水，补到高液位停。

当热水罐液位低于中液位时，电加热器和循环加热泵均无法启动。

注意：

系统运行时请将相应的手动阀调到合理的开关状态。

三、仿真调试过程

（一）进料阀和出料阀控制测试

工艺流程中的进料阀和出料阀不受系统启动的控制，只要在上电情况下，通过控制“进料阀开”和“进料阀关”、“出料阀开”和“出料阀关”点动按钮即可实现进料和排料功能，如下图所示，按下“进料阀开”按钮，进料阀工作（红色指示灯表示）：

注：

值得说明的是，在整个系统还没运行的情况下，传感器仍在测量数据，可在图中看出。

图3.1进料阀控制图3.2出料阀控制

（二）设定系统参数

设定的系统参数如下图所示：

图3.3参数设定

（三）系统启动后的工作流程

1.补水电磁阀工作测试

按下“系统开”点动按钮，系统开始运行，搅拌机、循环泵启动（搅拌罐中的指示灯亮），由于热水罐水位处于“低水位”状态，“补水电磁阀”工作，向热水罐补水；

图3.4系统启动

2.电加热和热水泵工作测试

当热水罐水位上升到“中水位”时，由于热水罐实际温度低于系统设定的启动温度，热水罐中的“电加热”工作，同时热水泵也进入工作状态（如指示灯所示）。

图3.5热水罐加热

3.补水阀停止测试

当水位上升到“高水位”时，补水电磁阀停止工作，只有当水位到达“低水位”时，补水电磁阀才会重新工作，当然，当水位处于“低水位”时，热水罐的电加热、热水泵也会停止工作。

图3.6上升到“高水位”时图3.7下降到“低水位”时

4.排气电磁阀测试

随着搅拌罐的发酵，逐渐在搅拌罐中产生气体，导致搅拌罐压力的升高，为保证安全，当达到一定值（设定值为50mbar）时，需要将排气阀打开，排除气体降压，如下图3.8所示，压力超过时，排气电磁阀工作；随着气体的排除，压力下降至“阀门关压力”（设定值为10mbar）时，阀门再次关闭，如图3.9所示：

图3.8压力超过压力上限值图3.9压力下降至“阀门关压力值”

5.电加热和热水泵停止测试

当加热罐加热至一定温度值时（设定值为70℃），将停止加热（加热罐的指示灯灭），如图3.10所示；之后，当搅拌罐的温度上升到设定值（为70℃）时，加热泵也将停止工作（加热泵指示灯灭），如图3.11所示；只有当温度下降到“启动温度”以下时，加热罐的电加热和加热泵才会重新工作。

图3.10加热罐温度达到上限值图3.11搅拌罐温度达到上限值

6.搅拌和循环工作方式测试

搅拌和循环工作方式选择的控制设定，有2种，连续工作方式和间断工作方式（如图3.12所示）。

在连续工作模式下，搅拌电机一直工作，当进入间断工作方式时（如图3.13所示），交替按钮变为高亮，搅拌电机按照开机时间和停机时间运行，若按图中设定的，则是工作2分钟（如图3.14所示），停止1分钟（如图3.15所示）。

此时，若选择继续工作方式（只在间断工作方式下才有的）（如图3.16所示），将整个系统断电，再重新上电，这时系统还能保持掉电之前的状态，如图3.17所示。

图3.12控制设定图3.13选择间断工作方式

图3.14系统工作2分钟图3.15系统停止1分钟

图3.16选择继续工作模式图3.17重新上电之后保持之前的状态

四、心得与体会

这次的PLC创新实验还蛮有趣的，一开始听老师讲课介绍时觉得还难的感觉，后来轮到自己做了，一开始的确觉得无从下手，不过经过与同学们的一翻交流讨论后便开始变得有头绪了，感觉没有那么盲目了。

老师首先让我们从电气原理图下手，逐渐熟悉整个系统的工作原理及控制方案，由于老师有给参考资料，所以我们很快便对要设计的系统有了大概的了解了，不过在设计电气原理图时还是有很多地方没有考虑到，不过老师都一一给我们修改过来了。

而且这次设计电气原理图还帮助我们有重新熟悉掌握了AutoCAD的操作设计呢。

然后，我们便在设计要求及其经过审核的电气原理图的基础上开始设计控制程序，我们使用的芯片跟实验室使用的芯片一样，这样以便我们到实验室进行调试。

在设计中，由于我们之前并没有设计过这种复杂程度的控制系统，当面对一系列都要实现的功能的时候，我们显然乱了起来。

于是，我们便暂时舍弃了其他扩张功能，首先去实现最基本的控制功能，然后再慢慢将其他相对次要的功能一个一个的加上。

虽然有些繁琐，但会让我们设计的程序看起来更清晰明了。

而触摸屏的设计变基本上与老师发给我们资料中的设计差不多。

随后我们边带着初次大致设计出来的程序跟各种疑到了实验室进行调试了。

在此过程中，我们先问了老师一些不太了解的地方，然后再对程序加以修正。

一切都还蛮顺利的，我们很快便进入了调试环节了，对于在实验室的调试由于跟实际用于真实现场工作的有一定差别，所以我们又对程序进行了部分调整。

最终调试成功了。

这次PLC创新实验课让我们清晰明了的了解到了在外工作的自动话设计人员们平时是怎样设计一个控制系统的，同时也让我们重新熟悉了如何使用AutoCAD和PLC编程软件，而且我们还通过这次的机会学会了如何使用并绘制触摸屏以及如何让触摸屏程序与PLC程序联合仿真调试。