轧钢厂除鳞装置恒压供水系统的PLC控制

1、本科生课程设计（论文）I课程设计（论文）任务及评语课程设计（论文）任务及评语本科生课程设计（论文）II院（系）：电气工程学院 教研室：自动化 注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算 学 号090302069 学生 姓名崔凯 专业班级自动化 093课程设计（论文）题目轧钢厂除鳞装置恒压供水系统的PLC控制课程设计（论文）任务课题完成的功能、设计任务及要求、技术参数课题完成的功能、设计任务及要求、技术参数实现功能实现功能4 台水泵根据压力设定上下限进行控制的恒压供水方式。1）水泵的起停根据主管道的压力信号来决定，当压力低于正常压力时启动一台水泵，若 15s 后压力仍然低，则

2、启动下一台。当压力高于正常压力时停止一台水泵，若 15s 后压力仍然高，则停止下一台，并用指示灯指示水泵运行与否。2）考虑到对电动机的保护，要求 4 台水泵轮流运行，并且要求启动时首先启动停止时间最长的那台，停止时首先停止运行时间最长的那台。若水泵全部运行或停止，仍不满足压力要求，则进行故障报警。设计任务及要求设计任务及要求1、根据系统功能，确定总体控制方案（包括设计系统组成框图，分析各部分的作用）2、分析系统的功能与任务，确定输入输出信号和类型，选择 PLC 型号和扩展模块。2、建立 I/O 分配表，完成 PLC 与输入/输出信号的外部接线及电机控制接线；3、按系统的控制要求，用梯形图设计程

3、序；4、上机调试、完善程序；5、按学校规定格式，撰写、打印设计说明书一份；设计说明书应在 4000 字以上。技术参数：技术参数：压力上限 8MPa，下限 6MPa，压力测量范围 10MPa，测量精度0.1MPa。进度计划1、布置任务，查阅资料，确定系统的组成（2 天）2、建立 I/O 分配，完成外部接线设计（1 天）3、按系统的控制要求，完成梯形图设计（2 天）4、上机调试、修改程序（2 天）5、撰写、打印设计说明书（2 天）6、答辩（1天）指导教师评语及成绩平时： 论文质量： 答辩： 总成绩： 指导教师签字： 年 月 日本科生课程设计（论文）III摘 要由于 PLC 具有可靠性高，具有丰富的

4、 I/O 接口模块，采用模块化结构，编程简单易学，安装简单，维修方便等优点使得 PLC 在我国的水工业自动化中得到广泛的应用。本设计遵循设计要求，基于 PLC（S7-200） ，选择 CPU224 作为主机，通过 4台水泵根据压力设定上下限进行控制电动机的启停，从而控制水泵按一定的顺序启动和停止，并要求启动和停止过程中需要设定一定的时间间隔，它从系统的整体设计方案和实际需求分析开始，紧密的联系实际生活的需要，力求做到使系统运行稳定，操作简便，解决实际中问题，保证供水安全、快捷、可靠。恒压供水保证了供水质量，以 PLC 为主机的控制系统丰富了系统的控制功能，提高了系统的可靠性。关键字:PLC；恒

5、压供水；变频器本科生课程设计（论文）IV目录第 1 章 绪论.1第 2 章 课程设计的方案.22.1 概述.22.2 系统组成总体结构.2第 3 章 硬件设计.43.1 输入输出统计.43.2 系统组成及电路设计 .43.2.1 S7-200 CPU 的选择与应用 .43.2.2 传感器的选择与应用 .53.3 系统电路图.6第 4 章 软件设计.84.1 系统流程图.84.2 软件编程.9第 5 章 课程设计总结.13参考文献.14本科生课程设计（论文）1第 1 章 绪论现代社会要求制造业对市场需求做出迅速的反应，所以现代控制系统必须具有极高的可靠性和灵活性，可编程序控制器（PLC）正是顺应

6、这一要求而出现的。PLC 技术随着计算机和微电子技术的发展而迅速发展，由最初的一位发展为8 位机。随着微处理器 CPU 和微型计算机技术在 PLC 中的应用，形成了现代意义上的 PLC。进入 20 世纪 80 年代以来，随着大规模和超大规模集成电路等微电子技术的迅猛发展，以 16 位和 32 位微处理器构成的微机化 PLC 得到了惊人的发展，使 PLC 在概念、设计、性能价格比以及应用等方面都有了新的突破。不仅控制功能增强，功耗、体积减小，成本降低，可靠性提高，编程和故障检测更为灵活方便，而且远程 I/O 和通信网络、数据处理以及人机界面也有了长足发展。现在 PLC 能得心应手地应用于制造业自

7、动化，而且还可以应用于连续生产过程控制系统，所有这些已经使之成为自动化技术领域的三大支柱之一，即使在现场总线即使成为自动化技术应用热点的今天，PLC 仍然是现场总线控制系统中不可缺少的控制器。变频调速恒压供水有它自身的特点：1.供水量在短时间内（一天时间内）变化大，这种变化在几个小时内甚至是几倍或上十倍；2.对供水压力的要求比较严格，供水的压力随供水的流量的变化而变化，甚至少量的水消耗都需要一定的管道压力；3.一般情况下，供水系统的水流量受到水消耗量的控制，而水流量又是通过供水水泵的输出来提供的。从上即可结论：以变频器为主体构成的恒压供水系统不仅能够最大程度满足需要，也提高整个系统的效率，延长

8、系统寿命、节约能源、而且能够构成复杂的功能强大的供水系统。本科生课程设计（论文）2第 2 章 课程设计的方案2.1 概述本设计根据要求，在轧钢厂恒压供水系统中，要求 4 台水泵根据压力设定上下限进行控制的恒压供水方式，并有一定的时间间隔。恒压供水过程中，水泵的起停根据主管道的压力信号来决定，当压力低于正常压力时启动一台水泵，若 15s 后压力仍然低，则启动下一台。当压力高于正常压力时停止一台水泵，若 15s 后压力仍然高，则停止下一台，并用指示灯指示水泵运行与否。考虑到对电动机的保护，要求 4 台水泵轮流运行，并且要求启动时首先启动停止时间最长的那台，停止时首先停止运行时间最长的那台。若水泵全

9、部运行或停止，仍不满足压力要求，则进行故障报警。2.2系统组成总体结构如图 2.1 所示，整个系统由四台水泵，一个 PLC 和一个压力传感器及若干辅助部件构成。四台水泵中每台泵的出水管均装有手动阀，以供维修和调节水量之用，四台泵协调工作以满足供水需要；检测管路压力的压力传感器，一般采用电阻式传感器(反馈 05V 电压信号)或压力变送器(反馈 420mA 电流)；PLC 是供水系统的核心，通过改变水泵的开启实现水压的恒定。本科生课程设计（论文）3启动停止图 2.1 系统组成总体结构图按下启动按钮，系统进入全自动运行状态，根据压力设定值(根据管网压力要求设定)与压力实际值(来自于压力传感器)的偏差

10、进行调节，并输出给定信号给水泵，以控制水泵的开启和关断，以保证水压保持在压力设定值的上、下限范围之内，实现恒压控制。同时压力传感器会将压力上限或者下限的信号送给PLC，PLC则根据管网压力的上、下限信号，由程序判断是否要起动第2台泵，第3台泵，第4台泵。若达到上限，则PLC会输出开启信号，并迅速起动下台泵运行。此时压力传感器会继续检测水压的大小，并将信号传送给PLC，使管压保持在压力设定值的上、下限偏差范围之内，超过设定上下偏差值，则报警。增泵工作过程：假定增泵顺序为1、2、3、4泵。开始时，1泵电机在PLC控制下先投入运行，当供水压力小于压力预置值时，则需进入增泵过程。在PLC的逻辑控制下将

11、与1泵电机连接的电磁开关断开，同时开启2泵电机连接， 控制2泵投入调速运行。如果还没到达设定值，则继续按照以上步骤将2泵电机连接的电磁开关断开，控制3泵投入运行。减泵工作过程：假定减泵顺序依次为4、3、2、1泵。当供水压力大于预置值时，则将下一台水泵电机连接的电磁开关断开，并继续减泵工作过程。如果供水压力仍大于设定值，则停机并报警。S7-2001#水泵2#水泵3#水泵4#水泵主管道管网压力传感器本科生课程设计（论文）4第 3 章 硬件设计3.1 输入输出统计从设计要求可以看出，输入为启动、停止、传感器反馈信号，输出为调节 4台水泵启动和停止信号、指示灯的亮灭、报警。所以可以得出图表，如表 3-

12、1 所示。表 3-1 输入/输出统计表输入信号名称功能输出信号名称功能传感器信号输入控制各个水泵的启动1#水泵状态调节水压启动按钮系统开始工作2#水泵状态调节水压停止按钮系统停止工作3#水泵状态调节水压4#水泵状态调节水压灯 1 状态显示 1#水泵是否工作灯 2 状态显示 2#水泵是否工作灯 3 状态显示 3#水泵是否工作灯 4 状态显示 4#水泵是否工作扬声器状态报警3.2 系统组成及电路设计 该设计由 S7-200、压阻式压力传感器，水泵、报警器等组成，具有恒压供水、报警、节约能源等作用。3.2.1 S7-200 CPU 的选择与应用S7-200 系列在集散自动化系统中充分发挥其强大功能。

13、使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测，自动化控制有关的工业及民用领域，包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等等。如：中央空调，电梯控制，运动系统。本课设中需要 2 个数字量输入接口，1 个模拟量输入接口和 9 个数字量输出本科生课程设计（论文）5接口，所以选用 S7-200 CPU224 作为主模块，它集成 14 输入/10 输出共 24 个数字量 I/O 点。可连接 7 个扩展模块，最大扩展至 168 路数字量 I/O 点或 35 路模拟量 I/O 点。16K 字节程序和数据存储空间。6 个独立的 30kHz 高速计数

14、器，2 路独立的 20kHz 高速脉冲输出，具有 PID 控制器。1 个 RS485 通讯/编程口，具有PPI 通讯协议、MPI 通讯协议和自由方式通讯能力。I/O 端子排可很容易地整体拆卸，是具有较强控制能力的控制器。选用 EM231 作为拓展模块，模拟量扩展模块提供了模拟量输入/输出的功能，可适用于复杂的控制场合，当实际应用变化时，PLC 可以相应地进行扩展，并可非常容易的调整用户程序，能够不用外加放大器而与传感器和执行器直接相连，直接与传感器和执行器相连，12 位的分辨率和多种输入/输出范围。程序中的输入/输出地址分配如表 3-2 所示。表 3-2 I/O 地址分配表输入输出传感器信号输

15、入S0AI0.01#水泵状态MA1Q0.0启动按钮S1I0.12#水泵状态MA2Q0.1停止按钮S2I0.23#水泵状态MA3Q0.24#水泵状态MA4Q0.3灯 1 状态L1Q0.4灯 2 状态L2Q0.5灯 3 状态L3Q0.6灯 4 状态L4Q0.7扬声器状态 S1 Q1.03.2.2 传感器的选择与应用MPM380 型压阻式压力传感器如图 3.1 所示，采用集成工艺将电阻条集成在单晶硅膜片上,制成硅压阻芯片,并将此芯片的周边固定封装于外壳之内，引出电极引线。压阻式压力传感器又称为固态压力传感器，它不同于粘贴式应变计需通过弹性敏感元件间接感受外力，而是直接通过硅膜片感受被测压力的。硅膜片

16、的一面是与被测压力连通的高压腔，另一面是与大气连通的低压腔。硅膜片一般设计成周边固支的圆形，直径与厚度比约为 2060。在圆形硅膜片(N 型)定域扩散4 条 P 杂质电阻条,并接成全桥，其中两条位于压应力区，另两条处于拉应力区，本科生课程设计（论文）6相对于膜片中心对称。硅柱形敏感元件也是在硅柱面某一晶面的一定方向上扩散制作电阻条 ，两条受拉应力的电阻条与另两条受压应力的电阻条构成全桥，该设计中考虑到水压压力上限 8MPa，下限 6MPa，压力测量范围 10MPa，测量精度0.1Mpa，MPM380 型压阻式压力传感器的测量范围是 15MPa，灵敏系数大，分辨率高，频率响应高，体积小，测量精度

17、在 0.5%到 3%左右，所以采用 MPM380 型压阻式压力传感器。图 3.1 压阻式压力传感器3.3 系统电路图如图 3.2 所示，S7-200 的 CPU224 通过启动、停止按钮得到输入信号，根据现场压力的反馈，输出相应的信号，使得线圈 QA1、QA2、QA3、QA4 按照要求闭合，相应的信号灯闪烁，水泵开始工作，再根据现场的情况，将压力信号传输给 PLC，控制水泵开启的数量。若 4 个水泵全部开启或全部关断，水压还未达到限定值，则系统报警。本科生课程设计（论文）7图 3.2 系统电路图 1如图 3.3 所示，通过 CPU224 根据现场压力的反馈,输出的响应信号，使得线圈 QA1、Q

18、A2、QA3、QA4 按照要求闭合,水泵开始工作，若水泵出现故障，则将相应的水泵的总电源开关 KM1、KM2、KM3、KM4 关断，再进行修理。图 3.3 系统电路图 2本科生课程设计（论文）8 第 4 章 软件设计4.1系统流程图 开始 压力 N 压力N低于正常压力？ 高于正常压力？YY15s 后 压力N压力N低于正常压力？高于正常压力？15s 后15s 后15s 后15s 后压力低于N压力高于N正常压力？正常压力？YY15s 后压力低于N压力高于N正常电压？正常电压？YY启动 PLC、 ，打开电源压力传感器检测水压开启 1#水泵关闭 1#水泵不开启水泵不关闭水泵1#灯灭1#灯亮不开启水泵不

19、关闭水泵开启 2#水泵关闭 2#水泵2#灯灭2#灯亮不开启水泵不关闭水泵关闭 3#电机开启 3#电机不开启水泵不关闭水泵3#灯亮3#灯灭本科生课程设计（论文）9 15s 后15s 后压力低于N压力高于 N正常电压？正常电压？4.1 程序流程图如图 4.1 所示，启动 PLC、电源后，水泵的起停根据主管道的压力信号来决定，当压力低于正常压力时启动一台水泵，若 15s 后压力仍然低，则启动下一台。当压力高于正常压力时停止一台水泵，若 15s 后压力仍然高，则停止下一台，并用指示灯指示水泵运行与否。考虑到对电动机的保护，要求 4 台水泵轮流运行，并且要求启动时首先启动停止时间最长的那台，停止时首先停

20、止运行时间最长的那台。若水泵全部运行或停止，仍不满足压力要求，则进行故障报警4.2软件编程报警系统启动开启 4#水泵关闭 4#水泵不开启水泵不关闭水泵报警系统启动4#灯亮4#灯亮本科生课程设计（论文）10本科生课程设计（论文）11本科生课程设计（论文）12本科生课程设计（论文）13第 5 章 课程设计总结PLC 应用技术是一门实践性很强的专业课，可 PLC 编程控制器技术在当今社会发展异常迅速，各生产厂家也推出了许多强大的新型 PLC、各种特殊模块和通信联网器件，使可编程控制器成为集微机技术、自动化技术、通信技术于一体的通用工业控制装置，成为实现工业自动化的强有力的工具。本设计以 CPU224

21、（S7-200）作为主控器，通过传感器的输出信号，控制四台电机的顺序启停。在设计的过程中，遇到了一些问题，通过老师的解答，以及同学的帮助，让我对设计的内容有了更进一步的了解和认识。通过画电路图，程序设计更加详细的理解了 PLC 这门课程。 在课程设计过程中，使我对 PLC 的知识面也得到了更深一步的扩展，对如何运用 PLC 来控制电动机有了更深的了解。在查阅资料的过程中，学会了许多书本上学不到的东西，并且使自己的动手能力得到了加强，这次课程设计是我们学习完 PLC 技术及应用之后一次较为综合的设计，毫无疑问，每个人理论与实践的能力都得到了前所未有的锻炼，经过为期一个星期的查阅资料、自己总结、与同学探讨等渠道，发现了自己在平时学习时的不足，以及出现的问题都得到了有效的解决，大学生课程设计对每个在校大学生都有很大意义，不但锻炼了我们运用知识的能力，学以致用是每一个学者学习的最终目的，尤其对我们工科生来讲，通过这次课程设计更加坚定了我学习专业课的信心，激发了自己学习的动力，课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程.从选题到定稿，从理论到实践，学到很多很多的的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识