多種液體混合控制系統(tǒng)設計全解

1、目錄1題目背景與意義11.1課題背景11.2課題意義12設計題目介紹22.1設計目的22.2設計內容及要求23系統(tǒng)設計方案33.1 PLC輸入輸出地址分配 33.2整體控制流程圖34系統(tǒng)硬件設計 54.1 S7-300 組態(tài)54.1.1 S7-300 特點 54.1.2 S7-300 工作過程54.2 S7-300 組成部件54.3 S7-300 硬件組態(tài)步驟65系統(tǒng)軟件設計 76系統(tǒng)仿真調試86.1 WinCC 組態(tài)86.2觸摸屏連接86.3變量定義96.4 顯示界面設置96.5 管理畫面設置116.6 報警畫面設置11設置超限報警值為 100，具體操作如圖6-9。 116.7配方畫面設置1

2、26.8趨勢圖畫面設置137心得體會138參考文獻14附錄151 題目背景與意義1.1 課題背景在眾多生產(chǎn)領域中，經(jīng)常需要對貯槽、 貯罐、水池等容器中的液位進行監(jiān)控， 以往常采用傳統(tǒng)的繼電器接觸控制， 這種控制方式自動化程度不高， 使用的硬件 設備多，不易連接， 可靠性差。目前已有許多企業(yè)采用先進控制器對傳統(tǒng)控制器 進行改造， 大大提高了控制系統(tǒng)的可靠性和自控程度， 為企業(yè)提供了更可靠的生 產(chǎn)保障。1.2 課題意義 在煉油、化工、制藥等行業(yè)中，多種液體混合是必不可少的程序，而且也是 其生產(chǎn)過程中十分重要的組成部分。 但由于這些行業(yè)中多為易燃易爆、 有毒有腐 蝕性的介質，以致現(xiàn)場工作環(huán)境十分惡劣

3、，不適合人工現(xiàn)場操作。另外，生產(chǎn)要 求該系統(tǒng)要具有配料精確、 控制可靠等特點， 這也是人工操作和半自動化控制所 難以實現(xiàn)的。 所以為了幫助相關行業(yè)， 特別是其中的中小型企業(yè)實現(xiàn)多種液體自 動混合的目的 , 液體自動混合配料的自動控制程序就顯得尤為重要。對于本課題來說，液體混合控制部分是一個較大規(guī)模工業(yè)控制系統(tǒng)的改造升 級，控制裝置需要根據(jù)企業(yè)和設備現(xiàn)況來構成并需盡量用以前系統(tǒng)中的元器件。 對于人機交互方式改變后系統(tǒng)的操作模式應盡量和改造前的相似， 以便于操作人 員快速掌握。從企業(yè)的改造要求可以看出在新控制系統(tǒng)中既需要處理模擬量也需 要處理大量的開關量。 系統(tǒng)的可靠性要高， 人機界面友好， 應具

4、備數(shù)據(jù)儲存和分 析匯總的能力。12 設計題目介紹2.1 設計目的PLC課程設計是學習電廠開關量控制技術的重要實踐環(huán)節(jié)，其目的是通過課程設計的實踐， 使學生鞏固和深化對相關專業(yè)理論知識的理解； 培養(yǎng)學生運用所 學知識和技能， 配合相關技術資料的查閱， 獨立分析和解決生產(chǎn)實際中有關工業(yè) 控制實際問題的能力；進一步提高學生對PLC控制系統(tǒng)分析、設計的能力。要求 學生了解可編程控制器的原理、 硬件結構； 掌握基本的編程語言； 掌握系統(tǒng)硬件 配置的方法與步驟；掌握PLC軟件編程與調試的操作方法與步驟。2.2 設計內容及要求利用西門子 S7-300PLC ，組態(tài)軟件 Wincc Flexible ， 觸摸

5、屏，交換機及 外圍的相關低壓電器，組成控制系統(tǒng)，根據(jù)項目要求，編寫相關程序，完成相應 的功能，組態(tài)人機界面，能夠進行模擬仿真。具體要求：(1) 制作畫面模板，在模板畫面中顯示“多種液體混合控制系統(tǒng)”和日期時 鐘。(2) 先組態(tài)兩個畫面，一個為主畫面，一個為系統(tǒng)畫面。兩畫面之間能進行 切換。(3) 在系統(tǒng)畫面中作出兩種液體混合的系統(tǒng)圖。(4) A液體與B液體的數(shù)值可在099進行設置。液體總量為 A與B液體的 總和，為計算結果。(5) 通過 HMI 可對模擬液體混合實現(xiàn)手動和自動控制。手動控制時，按下A閥就進A液體，松開就停止；B閥與出料閥類似。設定 A液體設定值、B液體設 定值，若容器為空，可進

6、行自動控制。如 A 液體設定值為 15， B 液體設定值為 27,切換到自動控制時則先打開 A閥進A液體到15停止，再接著進27的B液體； 當容器中總液體數(shù)量達到 42 時， B 液體停止流入，打開出料閥開始流出到空后 再循環(huán)。(6) 容器中的液體可動畫顯示，并通過棒圖刻度標記當前數(shù)值。(7) 為了顯示流暢的液位動畫，可通過 PLC編寫每秒加1或減1的程序，然 后把PLC與flexible 做好連接(模擬顯示)。(8) 組態(tài)若容器中的液位超過100時產(chǎn)生一個液位偏高的報警。(9) 組態(tài)報警畫面，并能實現(xiàn)系統(tǒng)畫面之間的切換。(10) 組態(tài)一個用戶組“班組長”和一個用戶名“userl “，“ us

7、erl ”屬于“班組長”用戶組，“userl ”的密碼為“ 000”。“班組長”用戶組的權限為操 作和“輸入A設定值”。然后在系統(tǒng)畫面中的A液體設定值設定安全權限。即一 般用戶不能進行A液體設定值的設定，用戶“ userl ”可以進行設定。(11) 組態(tài)一個用戶視圖畫面，要求該用戶名作登錄按鈕與注銷按鈕，能顯示當前用戶名。能與系統(tǒng)畫面進行切換。(12) 組態(tài)趨勢視圖畫面，能顯示容器中液體總量的數(shù)據(jù)趨勢曲線。能與系統(tǒng)畫面進行切換。(13) 建立配方，能實現(xiàn)液體A設定值、液體B設定值的各個配方。并建立配 方畫面運行。能與系統(tǒng)畫面進行切換。3系統(tǒng)設計方案3.1 PLC輸入輸出地址分配表3-1輸入輸出

8、地址分配表輸入元件輸入地址輸出元件輸出地址開始按鈕SB1I0.0電動機驅動Q0.0停止按鈕SB2I0.1電磁閥Y1打開Q0.1液位L1I0.2電磁閥Y2打開Q0.2液位L2I0.3電磁閥Y3打開Q0.3液位L310.43.2整體控制流程圖本設計是通過外圍的開關及信號的操作，模擬兩種液體混合控制系統(tǒng)在進液 混合過程中各個閥門及攪拌機的狀態(tài)，以液位高度為對象編寫程序，程序順控為: 按下啟動按鈕，控制A液體進料的閥門丫1打開，開始注入液體A;當液位高度達到設定值L2時，閥門Y1關閉，停止注入A液體；同時，控制B液體進料的閥 門Y2打開，開始注入液體B;當液位高度達到設定值L1時，閥門丫2關閉，停 止

9、注入B液體；同時，開啟攪拌機 M攪拌60秒，攪拌結束后，控制混合液體 排出的閥門丫3打開，開始排出混合液體，當液位高度到達L3時，延時2秒后閥 門Y3關閉，混合液體排放完畢。同時 A液體注入，開始循環(huán)。按下停止按鈕， 所有操作都停止，須重新啟動。圖3-3總體流程圖4系統(tǒng)硬件設計4.1 S7-300 組態(tài)S7-300是德國西門子公司生產(chǎn)的可編程序控制器 （PLC）系列產(chǎn)品之一。其模 塊化結構、易于實現(xiàn)分布式的配置以及性價比高、 電磁兼容性強、抗震動沖擊性 能好，使其在廣泛的工業(yè)控制領域中，成為一種既經(jīng)濟又切合實際的解決方案。4.1.1 S7-300 特點（1）循環(huán)周期短、處理速度高（2）指令集功

10、能強大（包含350多條指令），可用于復雜功能（3）產(chǎn)品設計緊湊，可用于空間有限的場合（4）模塊化結構，設計更加靈活（5）有不同性能檔次的CPU模塊可供選用（6）功能模塊和I/O模塊可選擇（7）有可在露天惡劣條件下使用的模塊類型4.1.2 S7-300工作過程（1）PLC采用循環(huán)執(zhí)行用戶程序的方式。OB1是用于循環(huán)處理的組織塊（主 程序），它可以調用別的邏輯塊，或被中斷程序（組織塊）中斷。（2）在起動完成后，不斷地循環(huán)調用 OB1，在OB1中可以調用其它邏輯塊 （FB,SFB,FC 或 SFC）。（3）循環(huán)程序處理過程可以被某些事件中斷。（4）在循環(huán)程序處理過程中，CPU并不直接訪問I/O模塊中

11、的輸入地址區(qū) 和輸出地址區(qū)，而是訪問 CPU內部的輸入/輸出過程映像區(qū)（在 CPU的系統(tǒng)存 儲區(qū)）O4.2 S7-300組成部件S7-300單機架硬件組態(tài)最多配置8個擴展模塊：（1）導軌（Rail）S7-300的模塊機架（起物理支撐作用，無背板總線）（2）電源模塊（PS）將市電電壓（AC120/230V）轉換為DC24V，為CPU和24V直流負載電路 （信號模塊、傳感器、執(zhí)行器等）提供直流電源。輸出電流有2A、5A、10A 三種。正常：綠色LED燈亮過載：綠色LED燈閃短路：綠色LED燈暗(電壓跌落，短路消失后自動恢復)(3) CPU模塊各種CPU有不同的性能，例如有的 CPU集成有數(shù)字量和模

12、擬量輸入/輸出 點，有的CPU集成有PROFIBUS DP等通信接口。CPU前面板上有狀態(tài)故障 指示燈、模式開關、24V電源端子、電池盒與存儲器模塊盒(有的 CPU沒有)(4) 信號模塊(SM)數(shù)字量輸入模塊：24V DC , 120/230V AC數(shù)字量輸出模塊：24V DC,繼電器模擬量輸入模塊：電壓，電流，電阻，熱電偶模擬量輸出模塊：電壓，電流(5) 功能模塊(FM)功能模塊主要用于對時間要求苛刻、存儲器容量要求較大的過程信號處理任 務。(6) 接口模塊(IM)接口模塊用于多機架配置時連接主機架(CR)和擴展機架(ER)。S7 300 通過分布式的主機架和3個擴展機架，最多可以配置32個

13、信號模塊、功能模塊和 通信處理器。(7) 通訊處理器(CP)擴展中央處理單元的通訊任務，提供的連網(wǎng)能力。本次課程設計我所做的硬件組態(tài)的參數(shù)如圖表 4-1所示：表4-1硬件組態(tài)序號名稱型號序列號1 PS2 CPUPS 3075A315F-2PNIDP307-1EA01-0AA0315-2FJ14-0AB034DI/DODI16/DO16x24v/0.5A323-1BL00-0AA05AI/AOAI4/AO2x8/8Bit334-0CE01-0AA04.3 S7-300硬件組態(tài)步驟打開SIMATTCManager軟件后創(chuàng)建一個新建項目，然后再在 STEP向導里面6添加0B1在新建好的工程中添加 S

14、IMATIC 300站點，如圖4-1所示:皚砂 立件(EJ 4HST5 ©I u 皆夕 KT IW IFUC 顧田 LM>隹迎I (Q.J Tier 11 爼7WJUj iQiJ也仔It）ST壬鬣件t aaT 鐵 m-7#圖4-1 SIMATIC 300站點的建立建立好SIMATIC 300站點后在硬件里面開始添加機架，為添加硬件組態(tài)做準備，完成機架的添加后，就進入本次設計西門子S7-300硬件組態(tài)，選用的與外部設備型號相對應的電源模塊（PS、CPU莫塊、信號模塊（SM、功能模塊（FM）、 接口模塊（IM）、通訊處理器（CP），如圖4-2所示。Ar Jitr-WB"!

15、 W-3D $ J 3呼 'J去丹_j Fi-：tmK：aJ ita n*4-I i es m- i> I Ef f«hh r-U.r4J if*X .£ p+u+031 rin«w4 r Urfr-t-RIE irH44BMMUtCTTJF:|i T»JJJ7awr-Z?1!*"J7Trr 13MMJTJrvf JN杯*| nyvHiwrrii w(CT EMRU&-QMCP 1口 11| 陛31£點1«11H5T zji-ccofr-aye7T2 mfh m丄11+a，_iuz m直:Q|iu-m-

16、口pt nfivntE 3-34 rIVUZj IZRm.w伽dv垃*祕9 m iZ«.'aXiil4j-|3i.L 0 tn 4*皿14/|弄訂 ! MVAMrll/lZli L> Qli vc-w-口| 9啦IjkHXWE U« it* Kknowm #I 3 XI WRBkKHNV m. 1 3h.I n 中孤J a et m'mi 1J HMtflJJ J 5kM>al ID口 unc 4zaiKnc mn mi乂皿nunc rr i.mj. 3h*3 jwq mine 揺:Vt.圖4-2西門子S7-300硬件組態(tài)設置完成以后雙擊0B1進

17、入工程里，進行程序的編寫即可。5系統(tǒng)軟件設計利用S7-300編程，在0B1里面編寫梯形圖程序。（詳見附錄）6系統(tǒng)仿真調試6.1 WinCC 組態(tài)打開wince組態(tài)軟件，新建一個空項目，選擇合適的顯示屏，設置完成后如 圖6-1所示。、空 Ori % 丄.口口"T£?E«DS!ZI4X&.1.TUT IE*.Qt-> e wp8#圖6-1工程配置圖6.2觸摸屏連接mm創(chuàng)建工程以后，還要建立仿真軟件與顯示屏之間的聯(lián)系，可以點擊連接屬性, 找到觸摸屏的IP地址，然后進行相關的設置，如圖 6-2所示。丄ME 1;lmbla JjdwMiEr-d.-耳 I9&#

18、169; H叩 HS 咁墨型 MV 4 密 r=l!L：>口 - X i tl tL .丿幻筑磊.4 .利爭需口丈IFik1.怔hSJ* .FTUS沁 1海Li WittmtMMNME觀備iraa v44I同MIC | 廚野社二紳一業(yè)I AW*iF牙& 扁中丄鼻略叮匕牛 1： 14-#9圖6-2觸摸屏連接圖#6.3變量定義B= I Ll*lSCTB LLUa.liV “ q aa =i 斥 二l M-iVBT u*3T>ai n事叨：! T«B w 牛 LliP.3 1-3 1. < 仿真之前，需要定義變量和地址，方便添加插件的時候調用，然后實現(xiàn)相關 的功能

19、，把定義的變量與按鈕進行連接，實現(xiàn)相關功能的顯示，如圖6-3所示。I a*町個| 橫宅電I 祝.C *s;-IWd r山VR、i f .«-pxwmh «駅心 iliki* HV-啦i-廣 O II圖6-3定義變量6.4顯示界面設置根據(jù)設計要求，制作畫面模板，在模板畫面中顯示“多種液體混合控制系統(tǒng)”和時鐘日期（如圖6-4）；再創(chuàng)建兩個畫面，一個為主畫面（如圖 6-5），一個為 系統(tǒng)畫面（如圖6-6）。兩畫面之間能進行切換。SIEMEilStS1011圖6-4模板畫面#TSfi* | USIEMENSSTATIC PANEL體混合裝置lavvvivvvavnvivvavv&#

20、39;iav圖6-5主畫面圖6-6系統(tǒng)畫面126.5管理畫面設置圖6-7管理畫面6.6報警畫面設置圖6-8報警畫面設置超限報警值為100,具體操作如圖6-9圖6-9模擬量報警6.7配方畫面設置K»nlOC©SIEMENSSr4ATlC PANEL圖6-10配方畫面口 MN y設置4組配方，供顯示觀察區(qū)別，如圖6-1114#廿m1 濟w L刪址片也1出5戎311 IT»«O：J1?7T«總 9U1H託再気V備也氓0筆尊|4* 足豪#圖6-11配方設置156.8趨勢圖畫面設置圖6-12趨勢圖畫面7心得體會本設計主要闡述液體混合裝置的自動控制，實現(xiàn)液體混料全過程：即進料、 混料、出料的自動控制。其系統(tǒng)結構簡單、運行穩(wěn)定可靠。使用了S7-300系列PLC設計了相關的控制程序。盡管本次課程設計的內容繁多細瑣， 但在我和同組同學的共同努力下，大家 互相幫助，互相學習，終于還是將課設一步一步做出來了，對于S7-300PLC和Wince flexible組態(tài)軟件有了較為熟悉的掌握。在與老師的交流溝通也使我對課程設計有了深入的認識也對自己提出了新的要求。由于對現(xiàn)場控制的實現(xiàn)目前只停留在理論階段，沒有完成PLC與液位傳