电气工程课程设计Word文档格式.docx

1、专业 电气工程及其自动化 姓名 王禹栋 学号 110603140222 主要内容：1.设计出硬件系统的结构图、接线图、时序图等；2.系统有启动、停止功能；3.运用功能指令进行PLC控制程序设计，并有主程序、子程序和中断程序；4.用组态王监控组态软件，设计出上位监控系统；5.程序结构与控制功能自行创新设计；6.进行系统调试，实现自动旋转检测的控制要求。基本要求：设计由软PLC控制器、多种液体混合模拟对象、自动化控制软件平台等组成的系统，设计出三种液体混合加热，四种液体混合自动计数自动清零、手动清零的控制程序。参考资料：1肖峰,贺哲荣编著.PLC编程100例M.北京：中国电力出版社，2009. 2

2、何献忠，李卫平等编著.可编程序控制器应用技术M.北京：清华大学出版社，2007.3许翏编编著.电机与电气控制技术M.北京：机械工业出版社，2005.完成期限 2014.11.24至2014.12.5 指导教师 专业负责人 2014年 11 月 20 日目录1 设计要求： 12 多种液体混合控制系统 12.1 工程背景及说明 12.2 方案的介绍 23 控制系统总体方案设计 33.1 系统选型 33.2 控制要求 93.3 输入/输出分配 103.4 接线图设计 114 软件电路设计 114.1程序框图设计 114.2根据控制要求和I/O地址编制的控制梯形图 124.3 系统工作过程 145 P

3、LC与监控系统设计 155.1 上位监控软件 155.1.1 概述 155.1.2 工作原理 155.2 系统组态设计 165.3 实现的效果 176 系统常见故障分析及维护 186.1 系统故障调试分析及处理 186.2 结果分析 197 结论 20参考文献 22附录 23本系统由软PLC控制器、多种液体混合模拟对象、自动化控制软件平台等组成，实现电磁阀的开关以及电动机启动的控制。设计出三种液体混合加热，四种液体混合自动计数自动清零、手动清零的控制程序。系统在保证安全、可靠、稳定、快速的前提下，尽量做到经济、合理、合用、减小设备成本。在方案的选择、元器件的选型时更多的考虑新技术、新产品。控制

4、由人工控制到自动控制，由模拟控制到微机控制，使功能的实现由一到多而且更加趋于完善。2 多种液体混合控制系统2.1 工程背景及说明当前国内许多地方的此类控制系统主要是采用DCS, 这是由于液位控制系统的仪表信号较多, 采用此系统性价比相对较好, 但随着电子技术的不断发展, PLC 在仪表控制方面的功能已经不断强化。用于回路调节和组态画面的功能不断完善, 而且PLC 的抗干扰的能力也非常强, 对电源的质量要求比较低。目前已有许多企业采用先进控制器对传统接触控制进行改造, 大大提高了控制系统的可靠性和自控程度, 为企业提供了更可靠的生产保障, 所以PLC 在工业控制系统中得到了良好的应用。采用PLC

5、 对容器中的液位进行监控控制, 其电路结构简单, 设备投资少, 监控系统不仅自动化程度高, 还具有在线修改功能, 灵活性强等优点, 适用于多段液位控制的监控场合。为此, 我们设计了以德国西门子公司生产的S7-200 CPU 226CN 型PLC 为主控制器, PPI 通信协议下的多种液体混合监控系统。整个设计过程是按思想工艺流程设计，为设备安装、运行和保护检修服务。设计的编写按照国家关于电气自动化工程设计中的电气设备常用基本图形符号（GB4728）及其他相关标准和规范编写。设计原则主要包括：工程对电气控制线路提供的具体资料。 对于本课题来说，如果液体混合系统部分是一个较大规模工业控制系统的改造

6、升级，新控制装置需要根据企业设备和工艺现状来构成并需尽可能的利用旧系统中的元器件。对于人机交互方式改造后系统的操作模式应尽量和改造前的相类似，以便于操作人员迅速掌握。从企业的改造要求可以看出在新控制系统中既需要处理模拟量也需要处理大量的开关量，系统的可靠性要高，人机交互界面友好，应具备数据储存和分析汇总的能力。要实现整个液体混合控制系统的设计，需要从怎样实现电磁阀的开关以及电动机启动的控制这个角度去考虑，现状就这个问题的如何实现以及选择怎样的方法来确定系统方案。2.2 方案的介绍控制功能是用硬件继电器实现的。继电器串接在控制电路中根据主电路中的电压、电流、转速、时间及温度等参数变化而动作，以实

7、现电力拖动装置的自动控制及保护。系统复杂，在控制过程中，如果某个继电器损坏，都会影响整个系统的正常工作，查找和排除故障往往非常困难，虽然继电器本身价格不太贵，但是控制柜的安装接线工作量大，因此整个控制系统价格非常高，灵活性差，响应速度慢。单片机作为一个超大规模的集成电路，结构上包括CPU、存储器、定时器和多种输入/输出接口电路。其低功耗、低电压和很强的控制功能，成为功控领域、尖端武器、日常生活中最广泛的计算机之一。但是，单片机是一个集成电路，不能直接将它与外部I/O信号连接，要将它用于工业控制还要附加一些配套的集成电路和I/O接口电路，硬件设计、控制和程序设计的工作量相当大。可编程控制器（PL

8、C）从上世纪70年代发展起来的一种新型工业控制系统，起初它主要是针对开关量进行逻辑控制的一种装置，可以取代中间继电器、时间继电器等构成开关量控制系统，随着30多年来微电子技术的不断发展，PLC也通过不断的升级换代大大增强了其功能。现状PLC已经发展成不但具有逻辑控制功能、还具有过程控制功能、运动控制功能和数据处理功能、连网通讯功能等多种功能，是名副其实的多功能控制器。由PLC为主构成的控制系统具有可靠性高、控制功能强大、性价比高等优点，是目前工业自动化的首选控制装置。 设计的编写按照国家关于电气自动化工程设计中的电气设备常用基本图形符号（GB4728）及其他相关标准和规范编写。工作条件；控制系

9、统简单、经济、使用和维护方便。物料混合设备要节能、安全、高效和满足生产及应用要求：1、可靠性高，抗干扰能力强高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。2、配套齐全，功能完善，适用性强PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。3、易学易用，深受工程技术人员欢迎 PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯

10、形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。4、系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。5、体积小，重量轻，能耗低6、硬件配套齐全，拥护使用方便，适应性强3 控制系统总体方案设计3.1 系统选型一、PLC的机型选择（一）机型选择

11、内容可编程控制器（PLC）是一种将计算机技术、自动控制技术和通信技术结合在一起的新型工业自动控制设备，不仅能实现对开关量信号的逻辑控制，还能实现与上位计算机等智能设备之问的通信。因此，将可编程控制器应用于多种液体混合灌装机，完全能满足控制要求。且具有操作简单，运行可靠、工艺参数修改方便、自动化程度高等优点。在本控制系统中，所需的开关量输入为5点，开关量输出为4点，考虑到系统的可扩展性和维修的方便性，选择模块式PLC。由于本系统的控制是顺序控制，选用西门子S7-200PLC作控制单元来控制整个系统。S7-200PLC的一般结构包括CPU（中央处理单元）、存储器、输入输出接口电路、电源、外设接口、

12、I/O扩展接口。1、中央处理单元（CPU）CPU一样，PLC中的CPU也是整个系统的核心部件，主要有运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的地址总线、数据总线和控制总线构成，此外还有外围芯片、总线接口及有关电路。CPU在很大程度上决定了PLC整体性能。2、存储器的选择存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。PLC常用的存储器类型有RAM、EPROM、EEPROM等。3、I/O配置输入模块和输出模块通常称I/O模块或I/O单元。PLC的对外功能主要是通过各种I/O接口模块与外界联系而实现的。输入模块和输出模块是PLC与现场I/O装置或设备之间的连接部件。

13、起着PLC与外部设备之间传递信息的作用。通常I/O模块上还有状态显示和I/O接线端子排，以便于连接和监视。4、电源配置每个S7-200CPU模块均提供一个24V直流传感器电源和一个5V直流电源。24V直流传感器电源可以作为CPU本机和数字量扩展模块的输入、扩展模块（如模拟量模块）的供电电源以及外部传感器电源使用。如果容量不能满足所有需求，则必须增加外部24V直流电源。（二）机型选择要求： 1、结构合理对于工艺过程比较固定、环境条件较好、维修量较小的场合，选用整体式结构的PLC；否则，选用模块式结构的PLC，物料混合控制系统的设计选用整体式结构的PLC能够达到要求。2、功能强、弱适当对于开关量控

14、制的工程项目，若控制速度要求不高，一般选用低档的PLC，西门子公司的S7-200系列机或欧姆龙公司的COM1。3、机型统一PLC的结构分为整体式和模块式两种。整体式结构把PLC的I/O和CPU放在一块印刷电路板上，并封装在一个壳体内，省去了插接环节，因此体积小、价格便宜。但由于整体式结构的PLC功能有限，只适用于控制要求比较简单的系统。一般大型的控制系统都使用模块式结构，这样功能易扩展，比整体式灵活。一个大型企业选用PLC时，尽量要做到机型统一。由于同一机型的PLC，其模块可互为备用，以便备件的采购和管理；另外，功能及编程方法统一，有利于技术人员的培训；其外部设备通用也有利于资源共享。若配备了上位计算机，可把各独立系统的多台PLC联成一个多级分布式控制相互通信，集中协调管理。物料混合控制系统控制要求比较简单选择整体式结构的