【正文】 藝流程的特點(diǎn)和應(yīng)用要求是設(shè)計(jì)選型的主要依據(jù)。熟悉可編程序控制器、功能表圖及有關(guān)的編程語(yǔ)言有利于縮短編程時(shí)間，因此，工程設(shè)計(jì)選型和估算時(shí)，應(yīng)詳細(xì)分析工藝過(guò)程的特點(diǎn)、控制要求，明確控制任務(wù)和范圍確定所需的操作和動(dòng)作，然后根據(jù)控制要求，估算輸入輸出點(diǎn)數(shù)、所需存儲(chǔ)器容量、確定 PLC 的功能、外部設(shè)備特性等，最后選擇有較高性能價(jià)格比的 PLC 和設(shè)計(jì)相應(yīng)的 控制 系統(tǒng)。因此，在設(shè)計(jì) PLC 控制系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)遵循以下基本原則： （ 1）最大限度地滿(mǎn)足被控對(duì)象的控制要求 （ 2）保證 PLC控制系統(tǒng)安全可靠 （ 3）力求簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、使用及維修方便 （ 4）適應(yīng)發(fā)展的需要 綜合以上選型原則，本課題 PLC S7200 作為控制器。其系統(tǒng)構(gòu)成包括基本單元、擴(kuò)展單元、編程器、存儲(chǔ)卡、寫(xiě)入器、文本顯示器等。 PLC容量的選擇除滿(mǎn)足控制要求外，還應(yīng)留有適當(dāng)?shù)脑Ａ?，以做備用。?duì)于開(kāi)關(guān)量控制系統(tǒng)，存儲(chǔ)器字?jǐn)?shù)為開(kāi)關(guān)量 I/O 乘以 8；對(duì)于有模擬量控制功能的 PLC，所需存儲(chǔ)器字?jǐn)?shù)為模擬內(nèi)存單元數(shù)乘以 100。計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、移位及算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳輸?shù)戎噶钫加么鎯?chǔ)器兩個(gè)字。 I/O 點(diǎn)數(shù)也應(yīng)留有適當(dāng)裕量。根據(jù)被控對(duì)象的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的總點(diǎn)數(shù)，并考慮到今后的調(diào)整和擴(kuò)充，通常 I/O 點(diǎn)數(shù)按實(shí)際需要的 10%～ 15%考慮備用量。它與工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的聯(lián)系是通過(guò) 通過(guò) I/O 接口模塊可以檢測(cè)被控生產(chǎn)過(guò)程的各種參數(shù)，并 以這些現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)作為控制器對(duì)被控制對(duì)象進(jìn)行控制的依據(jù)。外部設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程中的信號(hào)電平各種各樣，各種機(jī)構(gòu)所需的信息電平也是各種各樣的，而 PLC 的 CPU所處理的信息只能是標(biāo)準(zhǔn)電平，所以 I/O 接口模塊還需實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換。為了確保這些信息的正確無(wú)誤， PLC 的 I/O 接口模塊都具有較好的抗干擾能力。 15 1． 確定 I/O 點(diǎn)數(shù) I/O 點(diǎn)數(shù)的確定要充分的考慮到裕量，能方便地對(duì)功能進(jìn)行擴(kuò)展。 2． 開(kāi)關(guān)量 I/O 標(biāo)準(zhǔn)的 I/O 接口用于同傳感器和開(kāi)關(guān)（如按鈕、限位開(kāi)關(guān)等）及控制（開(kāi) /關(guān)）設(shè)備（如指示燈、報(bào)警器、電動(dòng)機(jī)起動(dòng)器等）進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。 3． 選擇開(kāi)關(guān)量輸入模塊 主要從下面兩方面考慮：一是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)輸入信號(hào)與 PLC輸入模塊距離的遠(yuǎn)近來(lái)選擇電平的高低。如 12V 電壓模塊一般不超過(guò) 10m，距離較遠(yuǎn)的設(shè)備選用較高電壓模塊比較可靠。一般同時(shí)接通的點(diǎn)數(shù)不得超過(guò)總輸入點(diǎn)數(shù)的 60%。輸出模塊有三種輸出方式：繼電器輸出、晶閘管輸出、晶體管輸出。但繼電器有觸點(diǎn)，壽命較短，且響應(yīng)速度較慢，適用于動(dòng)作不頻繁的交／直流負(fù)載。晶閘管輸出（交流）和晶體管輸出（直流）都屬于無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)輸出，適用于通斷頻繁的感性負(fù)載。二是輸出電流的選擇。對(duì)于電容性負(fù)載、熱敏電阻負(fù)載，考慮到接通時(shí)有沖擊電流，要留有足夠的余量。在選用輸出點(diǎn)數(shù)時(shí)，不但要核算一個(gè)輸出點(diǎn)的驅(qū)動(dòng)能力，還要核算整個(gè)輸出模塊的滿(mǎn)負(fù)荷負(fù)載能力，即輸出模塊同時(shí)接通點(diǎn)數(shù)的總電流值不得超過(guò)模塊規(guī)定的最大允許電流值。電源模塊的額定輸出電流必須大于處理器模塊、 I/O 模塊、專(zhuān)用模塊等消耗電流的總和。 4． 如果框架中留有空槽用于將來(lái)擴(kuò)展時(shí)，可做以下處理； （ 1） 列出將來(lái)要擴(kuò)展的 I/O模塊所需的背板電流； （ 2） 將所有擴(kuò)展的 I/O模塊的總背板電流值與步驟。 6． 根據(jù)確定好的輸入電壓要求和所需的總背板電流值，從用戶(hù)手冊(cè)中選擇合適的電源模塊。PLC 的種類(lèi)繁多，其結(jié)構(gòu)、性能、容量、指令系統(tǒng)、編程方式、價(jià)格等各有不同，當(dāng)然使用場(chǎng)合也有所不同。 因此在選擇機(jī)型時(shí)不僅要滿(mǎn)足其功能要求及維護(hù)等方面的慮： （ 1） 合理的結(jié)構(gòu)形式 （ 2） 安裝方式的選擇 （ 3） 相當(dāng)?shù)墓δ芤? （ 4）系統(tǒng)可靠性的要求 PLC I/O 點(diǎn)分配 分析原理 通過(guò)分析控制任務(wù)，如不考慮產(chǎn)量顯示，則共需要 5 個(gè)數(shù)字量輸入和 7 個(gè)數(shù)字量輸出， CPU 型號(hào)可以選擇 S7200PLC 的 CPU224（本機(jī)上有 14個(gè)數(shù)字量輸入和 10 個(gè)數(shù)字量輸出）。進(jìn)液閥 、 分別控制 A 液體和 B 液體進(jìn)液，出液閥 控制混合液體出液。 表 輸入和輸出設(shè)備 I/O 分配表 輸入 輸出 啟動(dòng)按鈕 SB1 液體 A電磁閥 Y1 停止按鈕 SB2 液體 B電磁閥 Y2 低液面?zhèn)鞲衅?SL1 混合液電磁閥 Y4 中液面?zhèn)鞲衅?SL2 攪動(dòng)電動(dòng)機(jī)接觸器 高液面?zhèn)鞲衅?SL3 17 PLC 的 I/O 接線(xiàn)圖 根據(jù)表 輸入和輸出設(shè)備及 I/O 點(diǎn)分配表畫(huà)出圖 I/O 主要接線(xiàn)圖如下 : 啟動(dòng)按鈕 SB停止按鈕 SB2 分別由 和 控制。 其中本次設(shè)計(jì)中的混合液體攪拌由電動(dòng)機(jī) M 啟動(dòng)。 18 M3 ~L 1 L 2 L 3F RK MF U 1Q S 圖 物料混合控制系統(tǒng)示意 本設(shè)計(jì)為兩種液體混合攪拌控制 ，其元件、要求如下： 開(kāi)始排放混合液體閥 Y4 打開(kāi)延時(shí) 10S 后自動(dòng)關(guān)閉 2. 啟動(dòng)操作 按下啟動(dòng)按鈕 SB1，液體裝置開(kāi)始按以下順序工作： （ 1）進(jìn)液閥 Y1打開(kāi)， A液體流入容器，液位上升。 （ 3）當(dāng)液位上升到 SL3（ H）處，進(jìn)液閥 Y2關(guān)閉， B液體停止流入，同時(shí)攪拌電動(dòng)機(jī)開(kāi)始工作。 （ 5）當(dāng)液位下降到 SL1（ L）處時(shí)，開(kāi)始計(jì)時(shí) 10 秒后關(guān)閉放液閥 Y4，自動(dòng)開(kāi)始下一個(gè)循環(huán)。 19 如圖 所示， SL1（ L）、 SL2（ I）、 SL3（ H）為 3 個(gè)液位傳感器，液體淹沒(méi)時(shí)接通。 本章小結(jié) 本章主要介紹了物料混合系統(tǒng)的各個(gè)部分組成，并對(duì)物料混合技術(shù)條件進(jìn)行了說(shuō)明。 還有 PLC 的選型， PLC 容量的選擇 , I/O 模塊的選擇，電源模塊的選擇， PLC I/O 點(diǎn)分配 .主電路的設(shè)計(jì)。液體混合動(dòng)作的循環(huán)過(guò)程為：開(kāi)閥門(mén) Y1一關(guān)閥門(mén)Y1開(kāi)閥門(mén) Y2關(guān)閥門(mén) Y2攪拌一定時(shí)一放液體一定時(shí)一關(guān)閥門(mén) Y4停止一個(gè)循環(huán)。系統(tǒng)的軟件流程圖 ，如圖 。 2. 梯形圖中接點(diǎn)（觸點(diǎn)）只有常開(kāi)和常閉，接點(diǎn)可以是 PLC 輸入點(diǎn)接的開(kāi)關(guān)也可以是 PLC 內(nèi)部繼電器的接點(diǎn)或內(nèi)部寄存器、計(jì)數(shù)器等的狀態(tài)。 4. 內(nèi)部繼電器、計(jì)數(shù)器、寄存器等均不能直接控制外部負(fù)載，只能做中間結(jié)果供CPU 內(nèi)部使 用。功能左邊畫(huà)輸入、右邊畫(huà)輸出。 Q 0 . 1Q 0 . 1T 3 8Q 0 . 0 M 0 . 0 Q 0 . 4 Q 0 . 2Q 0 . 2I 1 . 0 I 1 . 1 M 0 . 0M 0 . 0M 0 . 0 Q 0 . 2 Q 0 . 0 I 1 . 1I 1 . 3網(wǎng) 絡(luò) 1網(wǎng) 絡(luò) 2網(wǎng) 絡(luò) 3 ( ) ( ) ( ) 圖 22 I 1 . 4 Q 0 . 4 M 0 . 0 Q 0 . 0Q 0 . 0Q 0 . 0 T 3 7I N T O N1 0 0 m sT 3 7 T 3 8 M 0 . 0Q 0 . 4I 1 . 2 T 3 8 Q 0 . 4 M 0 . 0 M 0 . 1M 0 . 1M 0 . 1 T 3 8I N T O N1 0 0 m sP TP T+ 1 0 0網(wǎng) 絡(luò) 4網(wǎng) 絡(luò) 5網(wǎng) 絡(luò) 6網(wǎng) 絡(luò) 7網(wǎng) 絡(luò) 8Q 0 . 4 ( ) ( ) ( )+ 1 0 0 圖 梯形圖分析： 當(dāng)裝置投入運(yùn)行時(shí)，進(jìn)液閥 、 關(guān)閉，出液閥 打開(kāi)10 秒將容器中的殘存 液體放空后關(guān)閉。 （ 2）當(dāng)液位上升到 SL2（ I）處時(shí)，進(jìn)液閥 關(guān)閉， A 液體停止流入，同時(shí)打 23 開(kāi)進(jìn)液閥 ， B液體開(kāi)始流入容器。 （ 4）當(dāng)攪拌電機(jī)定時(shí)攪拌 10S 后制動(dòng)停止攪拌，同時(shí) 打開(kāi)，開(kāi)始放液，液位開(kāi)始下降。 工作中，若按下停止按鈕 SB2， 待整個(gè)循環(huán)進(jìn)行到結(jié)束，即待灌內(nèi)液體排完，切斷 Y4，不再接通 Y1，停止 Y1，停止工作 。 24 第 5 章 組態(tài)設(shè)計(jì) 組態(tài)王軟件 系統(tǒng)的監(jiān)控軟件采用了北京亞控公司的 組態(tài)王軟件，組態(tài)王是北京亞控科技發(fā)展有限公司開(kāi)發(fā)的一個(gè)集成人機(jī)界面（ HMI） 系統(tǒng)和監(jiān)控管理系統(tǒng)的工業(yè)上位監(jiān)控 軟件，可直接插入第三方 ActiveX 控件，允許 Visual Basic、 Visual C++直接訪(fǎng)問(wèn)組態(tài)王等。構(gòu)造數(shù)據(jù)庫(kù)變量，圖形界面的設(shè)計(jì)，建立動(dòng)態(tài)連接，運(yùn)行調(diào)試等。 Touch View 是“組態(tài)王 6． 5”軟件的實(shí)時(shí)運(yùn)行環(huán)境，它從設(shè)備中采集數(shù)據(jù)，并存于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中，還負(fù)責(zé)把數(shù)據(jù)的變化以動(dòng)畫(huà)的 形式形象地表示出來(lái)，同時(shí)可以完成變量報(bào)警、操作記錄、趨勢(shì)曲線(xiàn)等監(jiān)視功能，并按實(shí)際需求記錄在歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中。 組態(tài)王相關(guān)操作 首先 創(chuàng)建工程路徑， 啟動(dòng)“組態(tài)王”工程管理器（ ProjManager），選擇菜單“文件 \新建工程”或單擊“新建”按鈕。彈出“新建工程向?qū)е?duì)話(huà)框”。單擊“下一步”繼續(xù)。 1．設(shè)計(jì)圖形界面（定義畫(huà)面） 第一步：定義新畫(huà)面。 在“畫(huà)面名稱(chēng)”處輸入新的畫(huà)面名稱(chēng)，如“ Test”，其它屬性目前不用更改，（關(guān)于其它屬性的設(shè)置請(qǐng)參見(jiàn)“第四章 組態(tài)王開(kāi)發(fā)環(huán)境 —— 工程瀏覽器”）。 第二步： 在組態(tài)王開(kāi)發(fā)系統(tǒng)中從“工具箱”中分別選擇“矩形”和“文本”圖標(biāo)，繪制一個(gè)矩形對(duì)象和一個(gè)文本對(duì)象如 圖示。選擇工程瀏覽器左側(cè)大綱項(xiàng)“設(shè)備 \COM1”，在工程瀏覽器右側(cè)用鼠標(biāo)左鍵雙擊“新建”圖標(biāo)， 運(yùn)行 “ 設(shè)備配置向?qū)?” 。 26 圖 配置向?qū)?duì)話(huà)框 為設(shè)備選擇連接串口，假設(shè)為 COM1，單擊 “ 下一步 ” ，彈出 “ 設(shè)備配置向?qū)?” ，填寫(xiě)設(shè)備地址，假設(shè)為 1，單擊 “ 下一步 ” ，彈出 “ 設(shè)備配置向?qū)?” 設(shè)置通信故障恢復(fù)參數(shù) (一般情況下使用系統(tǒng)默認(rèn)設(shè)置即可 )，單擊 “ 下一步 ” ，彈出 “ 設(shè)備配置向?qū)?” ， 請(qǐng)檢查各項(xiàng)設(shè)置是否正確，確認(rèn)無(wú)誤后，單擊 “ 完成 ” 。在定義數(shù)據(jù)庫(kù)變量時(shí)，只要把 IO 變量連結(jié)到這臺(tái)設(shè)備上，它就可以和組態(tài)王交 換數(shù)據(jù)了。 下面繼續(xù)定義一個(gè) IO 變量，在“變量名”處輸入變量名，如： b；在“變量類(lèi)型”處選擇變量類(lèi)型如： IO整數(shù)；在“連接設(shè)備”中選擇先前定義好的 IO 設(shè)備： PLC； 在“數(shù)據(jù)類(lèi)型”中 定義為： bit 類(lèi)型。 4．建立動(dòng)畫(huà)連接 打開(kāi)主界面 ， 雙擊“開(kāi)始”按鈕 ， 出現(xiàn)動(dòng)畫(huà)連接畫(huà)面。這樣 ， 點(diǎn)擊“開(kāi)始”后 ， 系統(tǒng)就開(kāi)始運(yùn)行 ， 此按鈕就相當(dāng)于 PLC 硬件圖中的綠色啟動(dòng)開(kāi)關(guān)。在模擬值輸出左邊打鉤 ， 出現(xiàn)模擬值輸出連接畫(huà)面。輸出格式中 28 設(shè)置整數(shù)位數(shù)為 2， 小數(shù)位數(shù)為 1， 顯示格式設(shè)置為十進(jìn)制 ， 最后點(diǎn)擊“確定”。打開(kāi)主界面 ， 雙擊“設(shè)定畫(huà)面”按鈕 ，出現(xiàn)動(dòng)畫(huà)連接畫(huà)面。運(yùn)行時(shí) ， 點(diǎn)擊主界面中的“設(shè)定畫(huà)面”就可以進(jìn)入設(shè)定畫(huà)面了。到這里 ， 整個(gè)人機(jī)界面 ， HMI，就完成了。在組態(tài)王開(kāi)發(fā)系統(tǒng)中選擇“文件 \切換到 View”菜單命令，進(jìn)入組態(tài)王運(yùn)行系統(tǒng)。顯示出組態(tài)王運(yùn)行系統(tǒng)畫(huà)面，即可看到矩形框和文本在動(dòng)態(tài)變化。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行穩(wěn)定可靠。 本設(shè)計(jì)采用 PLC 對(duì)液體混合控制系統(tǒng)進(jìn)行控制，簡(jiǎn)化了控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和硬件結(jié)構(gòu)，提高了該系統(tǒng)的可靠性、可維護(hù)性和安全性。希望這些缺陷，我能在以后的實(shí)際工作中能加以注意。由于人力，時(shí)間和實(shí)驗(yàn)條件限制，本課題所做的研究比較膚淺，所做的工作還比較簡(jiǎn)單，有待進(jìn)一步的完善和提高。在此感謝學(xué)校為我們提供了寶貴的學(xué)習(xí)環(huán)境 ,圖書(shū)館給我們查找資料提供了充分的條件。這里，我想向劉財(cái)勇老師表示感謝，“謝謝您對(duì)我的幫助，讓我在大學(xué)最后一個(gè)月過(guò)得充實(shí)、快樂(lè)！ ” 同時(shí)感謝我的父母和同學(xué) ,他們的關(guān)愛(ài)和指導(dǎo)，是我人生的力量之源，引領(lǐng)著我在人生的道路上不斷前行。 其控制要求如下 ： (1) 啟動(dòng)電源，按下啟動(dòng)按鈕 SB1， 中間繼電器 接通，使 接通，即 A液體閥門(mén)打開(kāi)，流入 A 液體， 液體 B 閥門(mén)關(guān)閉，當(dāng)液 體達(dá)到傳感器 SL2 的高度， SL2發(fā)出信號(hào)，切斷 Y1接通 Y2。 (3) M 得電 接通，攪拌液體，使之混合，攪拌 10S 后，自己切斷電動(dòng)機(jī) M，同時(shí)接通 Y4 即排放閥接通 。 (5) 當(dāng)按停止按鈕 SB2，待整個(gè)循環(huán)進(jìn)行到結(jié)束，即待灌內(nèi)液體排完，切斷 Y4，不再接通 Y1，停止 Y1，停 止工作