PLC在阀门组多周期原料配比控制的应用

1、编号 河南机电高等专科学校毕业设计（论文）PLC在阀门组多周期原料配比控制的应用系 部: 自动控制系 专 业: 电气制动化 班 级: 自091 姓 名: 贺永 学 号: 091415132 指导老师: 杨晓 二零一二年五月摘要摘要在化工、冶金、造纸和环保等行业中,常遇到需要按工艺控制要求对阀门组进行周期性开闭控制,以调节各种物料配比的情况，然而PLC（可编程控制器）作为一种工业控制微型计算机，它以其编程方便、操作简单尤其是它的高可性等优点，在工业生产过程中得到了广泛的应用。正因为PLC有诸多优点所以我主要针对它对阀门组原料配比控制系统中的应用做以下设计。利用西门子PLC控制电磁阀门的开闭对4种

2、液体化工原料进行配比控制。关键词：阀门；PLCABSTRACT:In the chemical industry, metallurgy, paper-making and environmental protection industries, often encountered in process control requirements required by the group on the periodic opening and closing the valve control, to regulate the ratio of various materials, but t

3、he PLC (Programmable Logic Controller) as an industrial control micro-computer that, with its easy programming, simple operation, especially its high-available sex, etc., in industrial production process has been widely used. It is precisely because PLC has many advantages so I concentrated on the v

4、alve group ratio of raw materials for its control system design of the application to do the following. Required in this case four valves, namely through the four kinds of liquid chemicals. Key words: Valve; PLCI目 录第1章 绪论11.1 PLC的基本概念11.2 PLC可编程序控制器的产生11.3 PLC的市场情况21.4 PLC的分类3第2章 硬件设计42.1硬件的选择42.1.1

5、PLC选型42.1.2电磁阀选型52.2 I/O地址分配表52.3可编程控制器的端口接线图6第3章 软件设计73.1控制要求73.2程序结构的选择73.3程序流程图73.3.1主程序的功能及任务73.3.2各周期中时间段的实现83.3.3三种工作模式83.4主程序11第4章 组态设计124.1力控介绍124.2力控与西门子S7-200PLC连接介绍124.3力控6.0监控截图14第5章 结论与展望165.1结论165.2不足之处及未来展望16参考文献17致 谢18附录19iPLC在阀门组多周期原料配比控制的应用第1章 绪论工业是国民经济发展中的重要力量，在促进经济增长和解决劳动力就业方面起着至

6、关重要重要作用，PLC在今天的工业中被广泛使用，它有利于减轻员工操作难度，提高产品质量，降本增效。随着我国经济的高速发展，微电子技术，计算机技术和自动控制技术也得到了迅速发展，可编程控制器（PLC）的应用也进入了一个崭新的时代，其应用越来越广。本设计利用PLC对阀门组进行周期性开关控制，以调节各种物料配比的情况，使其满足在化工、冶金、造纸和环保等行业应用中的工艺控制要求。1.1 PLC的基本概念可编程控制器(Programmable Controller)是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(Programmable Logic Contr

7、oller)，简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC，如图1示。但是为了避免与个人计算机(Personal Computer)的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC。1.2 PLC可编程序控制器的产生1968年美国GM(通用汽车)公司提出取代继电器控制装置的要求，第二年美国数字公司研制出了第一代可编程序控制器，满足了GM公司装配线的要求。在以改变几何形状和机械性能为特征的制造工业和以物理变化和化学变化将原料转化成产品为特征的过程工业中，除了以连续量为主的反馈控制外，特别在制造工业中

8、存在了大量的开关量为主的开环的顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作号按照时序动作；另外还有与顺序、时序无关的按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制；以及大量的开关量、脉冲量、计时、计数器、模拟量的越限报警等状态量为主的离散量的数据采集监视。由于这些控制和监视的要求，所以PLC发展成了取代继电器线路和进行顺序控制为主的产品。在多年的生产实践中，逐渐形成了PLC、DCS与IPC三足鼎立之势。在80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为3040%。由于PLC机联系处理模拟能力和网络方面功能的进步，挤占了一部分DCS的市场(过程控制)并逐渐垄断了污水处理等行业，但是由于工业PC(I

9、PC)的出现，特别是近年来现场总线技术的发展，IPC和FCS也挤占了一部分PLC市场，所以近年来PLC增长速度，总的说是渐缓。目前全世界有200多厂家生产300多品种PLC产品，主要应用在汽车(23%)、粮食加工(16.4%)、化学/制药(14.6%)、金属/矿山(11.5%)、纸浆/造纸(11.3%)等行业。因此大致可分为以下几个阶段：第一阶段是初创阶段。主要用于逻辑运算和定时、计数，它的控制功能比较简单。第二阶段是扩展阶段。它的主要功能是逻辑运算，同时增加了模拟运算。第三阶段是PLC通信功能的实现阶段。产品有西门子的SYMATIC S6系列等。第四阶段是PLC的开放阶段。通信协议的标准化使

10、用户得到了好处。产品有SYMATIC S5和S7系列等。随着集成电路技术和计算机技术的发展，现在已有第五代PLC产品了。1.3 PLC的市场情况 国内PLC生产厂约30家，但没有形成颇具规模的生产能力和名牌产品，还有一部分是以仿制、来件组装或“贴牌”方式生产，因此可以说PLC在我国未形成制造产业。作为原理、技术和工艺均无尖端技术难度的产品，只要努力，是能形成制造产业的。 在PLC应用方面，我国是很活跃的，近年来每年约新投入10万台套PLC产品，年销售额30亿元人民币，应用的行业也很广。但是与其它国家相比，在机械加工及生产线方面的应用，还需要加大投入。我国市场上流行的有如下几家PLC产品： (1

11、) 施耐德公司，包括早期天津仪表厂引进莫迪康公司的产品，目前有Quantum、Premium、Momentum等产品； (2) 罗克韦尔公司(包括AB公司)PLC产品，目前有SLC、Micro Logic、Control Logic等产品；(3) 西门子公司的产品，目前有SIMATIC S7-400/300/200系列产品； (4) GE公司的产品；日本欧姆龙、三菱、富士、松下等公司产品。 PLC的市场的潜力是巨大的，不仅在我国，即使在工业发达的日本也有调查表明，PLC配套的机电一体化产品的比例占42%，采用继电器、接触器控制尚有24%。所以说，需要应用PLC的场合还很多，在我国就更是如此了。

12、 从技术创新的角度看，我国大中型企业还要大力发展CIMS(计算机集成制造系统)，在机械制造厂要形成FMS柔性制造系统，PLC是基础，所以PLC市场是广阔的。 1.4 PLC的分类PLC在90年代已经形成微、小、中、大、巨型多种PLC。按I/O点数分，可分为: * 微型PLC: 32 I/O* 小型PLC: 256 I/O * 中型PLC: 1024 I/O * 大型PLC: 4096 I/O * 巨型PLC: 8195 I/O 近年来有单机支持300回路和65000点I/O的大型系统对应中型PLC以上，均采用16位32位CPU，微、小型PLC原采用8位CPU，现在根据通讯等方面要求，有的也改用

13、16位32位CPU。由于I/O64点以下PLC销售额占整个PLC的47%，64点256点的占31%，合计位整个PLC销售额的78%，所以对微、小型PLC应多加研究。第2章 硬件设计2.1硬件的选择 PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同。 1. 中央处理单元(CPU) 中央处理单元(CPU)是PLC的控制中枢。它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序

14、存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。 为了进一步提高PLC的可靠性，近年来对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。 2.存储器 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。 3.电源 PLC的电源在整个系统中起着十分重要得作用。如果没有一个良好的、可得电源系统是无法正常工作的，因

15、此PLC的制造商对电源的设计和制造也十分重视。一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去。 本设计要求以PLC控制对阀门组进行多周期原料配比控制所以应对硬件做出以下选型：2.1.1PLC选型德国西门子（SIEMENS）公司生产的可编程序控制器在我国的应用相当广泛，在冶金、化工、印刷生产线等领域都有应用。西门子（SIEMENS）公司的PLC产品包括LOGO，S7-200，S7-300，S7-400，工业网络，HMI人机界面，工业软件等，西门子公司拥有不同的产品系列，可以适用于不同规模的应用的场合西门子S7系列PLC体积小、速度快、标准化，具有

16、网络通信能力，功能更强，集成度高，可靠性更高，方便快捷的优势；S7-200系列PLC，是一种小型PLC，适用于对性能要求不高清点PLC在阀门组多周期原料配比控制系统需接入PLC的输入输出器件后，确定需PLC输入口3个及输出口4个，并且我们所学的PLC就是西门子系列的，对它还比较了解，更重要的是校实验室有此型号PLC可便于调试。据此选用西门子S7-200系列CPU224AC/DC(14输入10输出) ，交流供电，直流输入。2.1.2电磁阀选型本设计输出为4个电磁阀，分别通过4种液体化工原料。阀门均为液用电磁阀，其线圈的通电或断电即可控制对应对阀门的开启及关闭，又由于线圈采用220V交流电驱动，据

17、此选用型号DF-15 额定电压220V AC/50HZ的液用电磁阀。2.2 I/O地址分配表为了实现三种工作模式(三种不同循环周期)的选择，在输入口连接三个开关K1、K2、K3。表5-1 I/O地址分配循环周期输入地址输出地址10minK1I0.1阀门1Q0.116minK2I0.2阀门2Q0.220minK3I0.3阀门3Q0.3阀门4Q0.42.3可编程控制器的端口接线图图2-1 可编程控制器的端口接线图22第3章 软件设计 3.1控制要求本例为四个阀门,分别通过4种液体化工原料。阀门均为电磁阀,其线圈的通电或断电即可控制对应阀门的开启及关闭。阀门分4步循环控制,工作模式有10、16和20

18、min3种，可视现场实时操作选择设定。在这三种工作模式中，4个阀门的开闭状态要求如下表所示：表3-1阀门组动作与循环步骤阀门步骤第一步第二步 第三步第四步阀门1关闭-关闭开启 开启 阀门2关闭开启关闭开启阀门3关闭开启关闭关闭阀门4开启 关闭 关闭关闭每一指定的循环控制周期内，每一步的动作时间要求如下表所示：表3-2循环与周期时间步骤关系（min）时间步骤第一步第二步第三步第四步循环结束1004591016078151620091019203.2程序结构的选择有控制要求可知，阀门组有三种工作模式，使用接在输入口上的三个开关选择。反映在程序上，可编程三个子程序实现不同时间周期的控制，定为SBR-

19、1、SBR-2及SBR-3。另一方面，尽管有三种工作周期，但不论哪种周期，输出控制都是针对四个泵。这样，针对泵的输出，共用一个输出子程序，定为子程序SBR-0。3.3程序流程图3.3.1主程序的功能及任务在多子程序的主子程序结构中，主程序的功能是安排程序的流程，主要任务为程序的初始化及说明程序流程的条件。主程序的支路1为上电初始化计数器，支路3至5为选择周期时初始化相关计数器。计数器在本设计中为时间控制器件，初始化即为清零。支路6至8及10的功能为选择子程序，其中子程序SBR-0为常选。主程序中安排有跳转程序段，跳转条件为周期选择开关未选及多选，这是不正常状态，这时哪一个子程序都不能选择，因此

20、程序需跳过SBR-1至SBR-3程序段执行3.3.2各周期中时间段的实现各周期中时间段即是指各步骤的起始时间。这一功能由子程序SBR-1至SBR-3完成，现以子程序SBR-1为例说明，其余两子程序的构成原理是一样的。子程序SBR1的梯形图中的计数器C10用来形成10min一个周期的时间段，计数器的输入SM0.4为分脉冲，计数器的设定值为0，即相当于记满值，计数器在上电及计数器值为10时复位。以后的4个支路用4个辅助继电器表示一个周期中4个步骤的时间段，如M10.1表示0至4分时间段，M10.2表示5至10分时间段，M10.4表示9至10分时间段。输出综合子程序SBR-0，支路分别针对4个阀门绘

21、出，每个支路都是以三个周期中阀门的开启工作时间段作为输出的工作条件的。3.3.3三种工作模式为了实现三种工作模式，接上三个开关K1,K2,K3分别作为10、16、20min的循环周期开关。选择工作模式一：当按下开关K1后循环周期为10min,开关闭合后阀门4开启，阀门1、2、3关闭。经过4min后，阀门2、3开启，阀门1、4闭合。再经过1min后，阀门1开启，阀门2、3、4闭合。再经过4min后，阀门1、2开启，阀门3、4关闭，之后经过1min后，1次循环结束，进入下一次循环。具体如下图所示：图3-1工作模式一选择工作模式二：当按下开关K2后循环周期为16min,开关闭合后阀门4开启，阀门1、

22、2、3关闭。经过7min后，阀门2、3开启，阀门1、4闭合。再经过1min后，阀门1开启，阀门2、3、4闭合。再经过7min后，阀门1、2开启，阀门3、4关闭，之后经过1min后，1次循环结束，进入下一次循环。具体如下图所示：图3-2工作模式二选择工作模式三：当按下开关K3后循环周期为20min,开关闭合后阀门4开启，阀门1、2、3关闭。经过9min后，阀门2、3开启，阀门1、4闭合。再经过1min后阀门1开启，阀门2、3、4闭合。再经过9min后，阀门1、2开启，阀门3、4关闭，之后经过1min后，1次循环结束，进入下一次循环。具体如下图所示： 图3-3工作模式三3.4主程序见附录第4章 组

23、态设计4.1力控介绍 力控6.0监控组态软件是北京三维力控科技开发的组态软件，提供了一系列安全保护功能，以保证生产过程的安全可靠。用户可以只在力控中进行简单地设置，就可以防止意外或非法关闭系统。力控还提供了方便的用户管理功能，将用户分为操作工、班长、工程师、系统管理员四个级别。可以对修改工艺参数的级别进行限制。越重要的参数，限制的级别越高。确保生产中不会因误改参数而造成损失。使力控的安全性能达到了很高的水平。力控实时与分布式数据库的活点表结构，使用户可以根据工程需要，自己定义实时数据库的结构，而数据库会自动对点进行相应的特殊处理。这种灵活的点表设计思想，使数据库能方便地处理大量的数据，达到了同

24、行业的领先水平，特别适用于高效地开发工程项目。4.2力控与西门子S7-200PLC连接介绍工程项目导航栏中双击“IO设备组态”，在弹出的窗口中点击“PLC”前面的“+”，然后再点击“SIEMENS”前面的“+”，然后双击“S7-200(PPI)”,在弹出的画面中定义设备的名称及设备的地址号，如下图4-1：图41 PLC与力控通讯参数设置在图1的I/O配置向导中点击“下一步”，选择与I/O通讯的COM口(本设计是COM1)。如果有必要点“高级”，在弹出的画面中设置通讯参数，一般情况下默认即可。如图4-2所示图42力控通讯参数设置然后在S7-200的编程软件中打开通讯端口后在端口通讯参数里设置端口的站号为“2”，通信波特率为“9.6bits”，如图4-3所示图4-3 STEP7.Micro/WIN与PLC连接的通讯参数确认后把系数块的信息下载到S7-200 CPU中去。注意：把系数块等下载到以后，必须将S7-200的编程软件关闭，以释放COM1口，不然可能会影响后续力控组态功能与S7-200的通讯。4.3力控6.0监控截图图4-4 组态画面截图图4-5 PLC在阀门组多周期原料配比控制中的数据第5章 结论与展望5.1结论本论文以PLC在阀门组多周期原料配比