基于PLC的搅拌机控制系统设计

第1章绪论关于搅拌机控制系统的研究国内外学者都展开了丰富的研究，李富国和马鑫彤杨振宇(2017)同样是基于PLC来设计了搅拌机控制系统，他主要是以西门子张勇(2015)设计基于PLC的搅拌控制系统，主要是为了刨花板生产线的工作王佳(2017)和刘玉明(2018)同样研究了搅拌机控制系统，他两的设计服务对(1)对搅拌机控制系统的资料进行查询，了解(2)详细分析控制系统的工艺策略，明确(4)按照系统控制策略方案和硬件设计图纸，进行程序流程的工艺分析，对系液体液体A中及位提4地动机施体8C图2-1搅拌机控制系统组成示意图根据上述搅拌机的组成系统得出其控制要求启动后先让两种不同的介质流入搅设定地中液位限位时，进料阀A关闭则A物料禁止流入。然后入液阀开启B物料开始流入，当检测的液位到达高限设定值时，入液阀B关，B物料停止流入。同时电动机安照设定的频率开始工作，搅拌均匀后，出液阀C打开混合液体流出，当液位的位置到下限位时，再使阀C继续延时保持打开8秒左右，使混合液体全部流出，再开始下一轮的配料搅拌。2.3搅拌机控制系统设计方案的比较按照搅拌机控制系统的方案分析，明确了该系统的控制思路以及系统输入和输出的控制策略。常用的搅拌机控制方案主要包括继电器和接触器控制方案、可编程控制器控制方案、可编程控制器控制方案+上位机组态控制方案，以上三个方案为了选择最佳的控制方案，需要对以下控制方案进行比较和分析。继电器-接触器系统方案是早期电气控制常用的方案，通过系统的要求，设计电气原理图纸，并根据原理图纸完成系统的安装。继电器-接触器系统对于工艺要求不复杂、控制简单的系统来说，成本低、经济实用、线路简单。然而对于工艺要求复杂、控制工艺繁琐、控制精度要求高的系统来说，成本较高、线路复杂繁复、系统故障率很高而且排查困难等缺点就凸现出来，特别是自动控制方面，控制精度不高，操作人员要在现场操作，对身体伤害较大，而且操作主观性强，往往达不到最佳控制策略，可靠性能差。对于本系统来说，控制精度较高，工艺繁琐，因此该方案不适合本系统设计的控制策略。2.3.2可编程控制器系统控制方案对于可编程控制器自身的优势来说，它结合了当前研究的最新技术，特别是计算机技术的发展、自动控制理论的深入研究成果以及通信技术的长足发展等，为可编程控制器提供了高可靠性和功能强大的保障。可编程控制器对现场信号的抗干扰能力比较强，能够适应各种场合下的现场工艺控制策略，特别是可编程控制器的开发周期短，扩展性强，模块化设计为可编程控制器的功能实现提供了各种可能性，按照最常用的模拟量控制、运动控制、传动控制等各种控制方式，可编程控制器完全可以胜任。如果现场工艺发生改变，可以对程序进行升级修改，并且下载程序并调试即可，无需繁复的二次开发过程，在硬件设计过程中，只需要对系统扩展的余量充分保留，后期设要可编程控制器+上位机系统控制方案，可编程控制器将程序内的变量通过现场总线3.1变频器的硬件设计及分析机进行给定，且上位机能够对搅拌变频器进行启器使用了ABB公司的高性能启动转矩大的ACS880变频器对搅拌器电动机进行驱动。根据所需的功能并结合变频器固件手册对变频器端子进行线路设计主回路进线接R\S\T,电机端接U/V/W。控制端子DI1接变频器的运行KA2及故障KA3反馈状态。变频器原理图设计如下所示：变频器变频器DAl1-W交察器度倍图3-1变频器接线图根据上图变频器的接线端子设计按照所需要变频器实现的控制要求根据变频器固件手册对所需参数进行设定。参数表如下所示：序号参数代码参数描述参数值说明1电机类型0异步电机2控制模式1标量VF控制3电机电压电动机铭牌额定电压(V)4电机电流电动额定电流(Amps)5电机频率电动机铭牌额定频率(Hz)6电机速度电动机铭牌额定转速(RPM)7电机功率电动机铭牌额定功率(Kw)8极对数6电动机极数9启停方式选择1两线制端子启停启动2DI1接通启动、断开停止停止模式0自由停车斜坡选择0加减速时间1加速时间零速到最大速度时间减速时间最大速度到零速时间速度源变频器频率来自模拟量AI1RO1信号源7继电器1输出运行状态R02信号源继电器2输出故障状态3.2可编程控制器硬件设计及分析按照系统的设计要求，采用S7-200CPU224XP可编程控制器进行接线设计。PLC自带14DI输入及10DO输出且自带模拟输入AI及模拟输出AO各一路。本设计所需DI输入部分共计9个输入点，DO输出部分共计7个输出点。模拟量AI输入需一路，模拟量AO输出一路。数字输入部分主要信号包括手自动选择、启停按钮及变频器运行状态等；数字输出部分信号包括电机启停输出、状态指示及阀门的控制输出等；模拟输入信号主要是压力变送器检测液位；模拟输出信号主要是给变频器频率。根据本设计选用的PLC为S7-224XPAC/DC/继电器，AC代表供电电压为交流220V,DC代表DI输入端为直流24V,继电器为DO输出无缘触点。故可编程控制器的硬件接线按照该型号PLC的硬件手册分为四部分设计。(1)供电电源部分设计，输入AC220V,电源接线端子分别为L1和N。模拟输出AQ0的I0接变频器的AI+,模拟输出AQ0方1制0童一1乱2方1制0童一1乱21事4S打前付示们望手励手助学的项行行开兴开兴反填变故M图3-2可编程控制器接线图的波特率。对通讯参数进行设置，选择可编程控制器的地址为2,选择波特率为图4-1所示。状古条配序编朝区(1)程序块：程序块可以进行程序的编写，通过选择编程语言，使用具体的指(2)数据块：数据块是由系统指定的具体数据和注释组成，可以存放某一特殊(3)符号表：为了进行程序编写方便，避免错误，需要在符号表内进行变量名(4)系统块：系统快主要完成程序的参数设置和组态设计，如果在系统块进行(5)状态图表：状态图表主要对程序监控中的某些变量进行状态监控，便于工(6)交叉引用表：在程序监控调试时，总是存在对某一变量忘记在哪个子程序手自动选择自动启动NY手动Y按钮任意启停高液位设定值低液位图4-2程序设计流程图按照搅拌机系统设计的工艺要求，进行I/O分配设计，对于可编程控制器的软件输入输出启动按钮搅拌变频器启停Q0.0停止按钮I0.1A阀开关Q0.1手动旋钮B阀开关Q0.2自动旋钮C阀开关Q0.3阀A手动开关低液位指示灯阀B手动开关中液位指示灯Q0.5阀C手动开关高液位指示灯Q0.6变频运行反馈变频器速度变频故障反馈液位检测网络注释)))图4-3开关梯形图对应物理AI的0-20mA故需对设定值进行标度变换。变换公示：VW24*(32000/50)=输出模拟值。VW24为上位机0-50HZ设定值地址。N2ouT通5图4-4搅拌频率梯形图液位变送器检测值为4-20mA但PLC只能接收0-20mA对应0-32000故需要对量程进行变换，故32000-5530为量程，设定液位流程为0-100故N2N2料料l高次的指示*006)))图4-5显示检测液位VW104时搅拌控制系统梯形图当系统选择自动I0.3接通，按下启动按钮则置位Q0.1复位Q0.3则阀A开A料进入，阀C出料阀关。当液位检测到达设定的中液位时中液位开关接通则复位阀A停止进料，置位阀B进B料，当高液位到达设定值则复位B阀停止进料，置位Q0.0网络注释11阀BR图4-6自动10.3接通时搅拌控制系统梯形图时器接通延时8S复位阀C确保料全部放完。网络6网络611图4-7自动10.3接通复位Q0.0时搅拌控制系统梯形图)[[s图4-9显示检测液位VW24时搅拌机控制系统梯形图VW20为上位机设定的中液位40,VW22上位机设定的高液位80,检测值为0(3)自动调试：当手动调试完成后，进行自动调试，按照工艺流程分析，必须当系统选择自动I0.3接通，按下启动按钮则置位Q0.1复位Q0.3则阀A开A料停止进料，置位阀B进B料，当高液位到达设定值则复位B阀停止进料，置位Q0.0通过整个过程的仿真，程序的修改使搅拌机自动控制程序能够按照控制要求执第5章搅拌机控制系统的上位机组态设计(1)打开软件用向导新建工程。如下图5-1所示。次便用工程的建向导次便用工程的建向导t碳考事考事酒酒应的注释以便后期使用，其次对位置和大小等进行编辑。通过编辑基本应用完成对画地为商度型图5-3新建画面(4)通过工具箱中的图形及文本可以对画面进行设计，文字的输入，按钮建立，通过属性可以设置其颜色等。特别是利用系统自带的工程图片，可以调用各种类型的图片来完成所需工艺的图形实现即美观又形象的画面设计。给作生料阀A启动停止出料阀c高限设定值80图5-4系统主界面设计(5)I/O变量需要通过与可编程控制器互相通讯才能完成，通过组态王的组态设通讯地址，然后根据设计的实际要求和需要，选择PPI驱动作为通讯驱动设置如图系列高级查找通信描试：FFI取消图5-5设备配置向(6)变量的建立主要包括对变量名称的设置，数据类型的设置，连接设备和连接地址的设置，按照变量对话框进行每个变量的设进位手地丹高手动开共口CoctO型rcpLrfp言止世(7)根据动画连接把相应的变量连接到各个按钮，文本及动画等。连接对象主要包括指示灯、图形、各个数据连接等。点击画面的图标，打开动画连接属性，动画连接属性包括对象名称、属性变化、位置与大小变化、值输出、命令语言连接以及其他动画连接属性。以图形为例，本系统需要对图形进行放缩动画，点击动画连接对话框中的“放缩”,弹出对话框，填写表达式，并且设置最小对应值和最大对应值，以及图形的变化方向。动画连接好后，将会根据变量的变化而变化。创建过程如下图：车71上51滴度18宽度10e甲料水平直性盟化展性位置大小变化特联图5-7动画连接对话框按照搅拌控制系统设计的工艺分析，完成系统的硬件接线和软件编程