基于PLC的攪拌機控制系統(tǒng)設(shè)計

第1章緒論關(guān)于攪拌機控制系統(tǒng)的研究國內(nèi)外學(xué)者都展開了豐富的研究，李富國和馬鑫彤楊振宇(2017)同樣是基于PLC來設(shè)計了攪拌機控制系統(tǒng)，他主要是以西門子張勇(2015)設(shè)計基于PLC的攪拌控制系統(tǒng)，主要是為了刨花板生產(chǎn)線的工作王佳(2017)和劉玉明(2018)同樣研究了攪拌機控制系統(tǒng)，他兩的設(shè)計服務(wù)對(1)對攪拌機控制系統(tǒng)的資料進行查詢，了解(2)詳細分析控制系統(tǒng)的工藝策略，明確(4)按照系統(tǒng)控制策略方案和硬件設(shè)計圖紙，進行程序流程的工藝分析，對系液體液體A中及位提4地動機施體8C圖2-1攪拌機控制系統(tǒng)組成示意圖根據(jù)上述攪拌機的組成系統(tǒng)得出其控制要求啟動后先讓兩種不同的介質(zhì)流入攪設(shè)定地中液位限位時，進料閥A關(guān)閉則A物料禁止流入。然后入液閥開啟B物料開始流入，當檢測的液位到達高限設(shè)定值時，入液閥B關(guān)，B物料停止流入。同時電動機安照設(shè)定的頻率開始工作，攪拌均勻后，出液閥C打開混合液體流出，當液位的位置到下限位時，再使閥C繼續(xù)延時保持打開8秒左右，使混合液體全部流出，再開始下一輪的配料攪拌。2.3攪拌機控制系統(tǒng)設(shè)計方案的比較按照攪拌機控制系統(tǒng)的方案分析，明確了該系統(tǒng)的控制思路以及系統(tǒng)輸入和輸出的控制策略。常用的攪拌機控制方案主要包括繼電器和接觸器控制方案、可編程控制器控制方案、可編程控制器控制方案+上位機組態(tài)控制方案，以上三個方案為了選擇最佳的控制方案，需要對以下控制方案進行比較和分析。繼電器-接觸器系統(tǒng)方案是早期電氣控制常用的方案，通過系統(tǒng)的要求，設(shè)計電氣原理圖紙，并根據(jù)原理圖紙完成系統(tǒng)的安裝。繼電器-接觸器系統(tǒng)對于工藝要求不復(fù)雜、控制簡單的系統(tǒng)來說，成本低、經(jīng)濟實用、線路簡單。然而對于工藝要求復(fù)雜、控制工藝繁瑣、控制精度要求高的系統(tǒng)來說，成本較高、線路復(fù)雜繁復(fù)、系統(tǒng)故障率很高而且排查困難等缺點就凸現(xiàn)出來，特別是自動控制方面，控制精度不高，操作人員要在現(xiàn)場操作，對身體傷害較大，而且操作主觀性強，往往達不到最佳控制策略，可靠性能差。對于本系統(tǒng)來說，控制精度較高，工藝繁瑣，因此該方案不適合本系統(tǒng)設(shè)計的控制策略。2.3.2可編程控制器系統(tǒng)控制方案對于可編程控制器自身的優(yōu)勢來說，它結(jié)合了當前研究的最新技術(shù)，特別是計算機技術(shù)的發(fā)展、自動控制理論的深入研究成果以及通信技術(shù)的長足發(fā)展等，為可編程控制器提供了高可靠性和功能強大的保障。可編程控制器對現(xiàn)場信號的抗干擾能力比較強，能夠適應(yīng)各種場合下的現(xiàn)場工藝控制策略，特別是可編程控制器的開發(fā)周期短，擴展性強，模塊化設(shè)計為可編程控制器的功能實現(xiàn)提供了各種可能性，按照最常用的模擬量控制、運動控制、傳動控制等各種控制方式，可編程控制器完全可以勝任。如果現(xiàn)場工藝發(fā)生改變，可以對程序進行升級修改，并且下載程序并調(diào)試即可，無需繁復(fù)的二次開發(fā)過程，在硬件設(shè)計過程中，只需要對系統(tǒng)擴展的余量充分保留，后期設(shè)要可編程控制器+上位機系統(tǒng)控制方案，可編程控制器將程序內(nèi)的變量通過現(xiàn)場總線3.1變頻器的硬件設(shè)計及分析機進行給定，且上位機能夠?qū)嚢枳冾l器進行啟器使用了ABB公司的高性能啟動轉(zhuǎn)矩大的ACS880變頻器對攪拌器電動機進行驅(qū)動。根據(jù)所需的功能并結(jié)合變頻器固件手冊對變頻器端子進行線路設(shè)計主回路進線接R\S\T,電機端接U/V/W?？刂贫俗覦I1接變頻器的運行KA2及故障KA3反饋狀態(tài)。變頻器原理圖設(shè)計如下所示：變頻器變頻器DAl1-W交察器度倍圖3-1變頻器接線圖根據(jù)上圖變頻器的接線端子設(shè)計按照所需要變頻器實現(xiàn)的控制要求根據(jù)變頻器固件手冊對所需參數(shù)進行設(shè)定。參數(shù)表如下所示：序號參數(shù)代碼參數(shù)描述參數(shù)值說明1電機類型0異步電機2控制模式1標量VF控制3電機電壓電動機銘牌額定電壓(V)4電機電流電動額定電流(Amps)5電機頻率電動機銘牌額定頻率(Hz)6電機速度電動機銘牌額定轉(zhuǎn)速(RPM)7電機功率電動機銘牌額定功率(Kw)8極對數(shù)6電動機極數(shù)9啟停方式選擇1兩線制端子啟停啟動2DI1接通啟動、斷開停止停止模式0自由停車斜坡選擇0加減速時間1加速時間零速到最大速度時間減速時間最大速度到零速時間速度源變頻器頻率來自模擬量AI1RO1信號源7繼電器1輸出運行狀態(tài)R02信號源繼電器2輸出故障狀態(tài)3.2可編程控制器硬件設(shè)計及分析按照系統(tǒng)的設(shè)計要求，采用S7-200CPU224XP可編程控制器進行接線設(shè)計。PLC自帶14DI輸入及10DO輸出且自帶模擬輸入AI及模擬輸出AO各一路。本設(shè)計所需DI輸入部分共計9個輸入點，DO輸出部分共計7個輸出點。模擬量AI輸入需一路，模擬量AO輸出一路。數(shù)字輸入部分主要信號包括手自動選擇、啟停按鈕及變頻器運行狀態(tài)等；數(shù)字輸出部分信號包括電機啟停輸出、狀態(tài)指示及閥門的控制輸出等；模擬輸入信號主要是壓力變送器檢測液位；模擬輸出信號主要是給變頻器頻率。根據(jù)本設(shè)計選用的PLC為S7-224XPAC/DC/繼電器，AC代表供電電壓為交流220V,DC代表DI輸入端為直流24V,繼電器為DO輸出無緣觸點。故可編程控制器的硬件接線按照該型號PLC的硬件手冊分為四部分設(shè)計。(1)供電電源部分設(shè)計，輸入AC220V,電源接線端子分別為L1和N。模擬輸出AQ0的I0接變頻器的AI+,模擬輸出AQ0方1制0童一1亂2方1制0童一1亂21事4S打前付示們望手勵手助學(xué)的項行行開興開興反填變故M圖3-2可編程控制器接線圖的波特率。對通訊參數(shù)進行設(shè)置，選擇可編程控制器的地址為2,選擇波特率為圖4-1所示。狀古條配序編朝區(qū)(1)程序塊：程序塊可以進行程序的編寫，通過選擇編程語言，使用具體的指(2)數(shù)據(jù)塊：數(shù)據(jù)塊是由系統(tǒng)指定的具體數(shù)據(jù)和注釋組成，可以存放某一特殊(3)符號表：為了進行程序編寫方便，避免錯誤，需要在符號表內(nèi)進行變量名(4)系統(tǒng)塊：系統(tǒng)快主要完成程序的參數(shù)設(shè)置和組態(tài)設(shè)計，如果在系統(tǒng)塊進行(5)狀態(tài)圖表：狀態(tài)圖表主要對程序監(jiān)控中的某些變量進行狀態(tài)監(jiān)控，便于工(6)交叉引用表：在程序監(jiān)控調(diào)試時，總是存在對某一變量忘記在哪個子程序手自動選擇自動啟動NY手動Y按鈕任意啟停高液位設(shè)定值低液位圖4-2程序設(shè)計流程圖按照攪拌機系統(tǒng)設(shè)計的工藝要求，進行I/O分配設(shè)計，對于可編程控制器的軟件輸入輸出啟動按鈕攪拌變頻器啟停Q0.0停止按鈕I0.1A閥開關(guān)Q0.1手動旋鈕B閥開關(guān)Q0.2自動旋鈕C閥開關(guān)Q0.3閥A手動開關(guān)低液位指示燈閥B手動開關(guān)中液位指示燈Q0.5閥C手動開關(guān)高液位指示燈Q0.6變頻運行反饋變頻器速度變頻故障反饋液位檢測網(wǎng)絡(luò)注釋)))圖4-3開關(guān)梯形圖對應(yīng)物理AI的0-20mA故需對設(shè)定值進行標度變換。變換公示：VW24*(32000/50)=輸出模擬值。VW24為上位機0-50HZ設(shè)定值地址。N2ouT通5圖4-4攪拌頻率梯形圖液位變送器檢測值為4-20mA但PLC只能接收0-20mA對應(yīng)0-32000故需要對量程進行變換，故32000-5530為量程，設(shè)定液位流程為0-100故N2N2料料l高次的指示*006)))圖4-5顯示檢測液位VW104時攪拌控制系統(tǒng)梯形圖當系統(tǒng)選擇自動I0.3接通，按下啟動按鈕則置位Q0.1復(fù)位Q0.3則閥A開A料進入，閥C出料閥關(guān)。當液位檢測到達設(shè)定的中液位時中液位開關(guān)接通則復(fù)位閥A停止進料，置位閥B進B料，當高液位到達設(shè)定值則復(fù)位B閥停止進料，置位Q0.0網(wǎng)絡(luò)注釋11閥BR圖4-6自動10.3接通時攪拌控制系統(tǒng)梯形圖時器接通延時8S復(fù)位閥C確保料全部放完。網(wǎng)絡(luò)6網(wǎng)絡(luò)611圖4-7自動10.3接通復(fù)位Q0.0時攪拌控制系統(tǒng)梯形圖)[[s圖4-9顯示檢測液位VW24時攪拌機控制系統(tǒng)梯形圖VW20為上位機設(shè)定的中液位40,VW22上位機設(shè)定的高液位80,檢測值為0(3)自動調(diào)試：當手動調(diào)試完成后，進行自動調(diào)試，按照工藝流程分析，必須當系統(tǒng)選擇自動I0.3接通，按下啟動按鈕則置位Q0.1復(fù)位Q0.3則閥A開A料停止進料，置位閥B進B料，當高液位到達設(shè)定值則復(fù)位B閥停止進料，置位Q0.0通過整個過程的仿真，程序的修改使攪拌機自動控制程序能夠按照控制要求執(zhí)第5章攪拌機控制系統(tǒng)的上位機組態(tài)設(shè)計(1)打開軟件用向?qū)陆üこ獭Ｈ缦聢D5-1所示。次便用工程的建向?qū)Т伪阌霉こ痰慕ㄏ驅(qū)碳考事考事酒酒應(yīng)的注釋以便后期使用，其次對位置和大小等進行編輯。通過編輯基本應(yīng)用完成對畫地為商度型圖5-3新建畫面(4)通過工具箱中的圖形及文本可以對畫面進行設(shè)計，文字的輸入，按鈕建立，通過屬性可以設(shè)置其顏色等。特別是利用系統(tǒng)自帶的工程圖片，可以調(diào)用各種類型的圖片來完成所需工藝的圖形實現(xiàn)即美觀又形象的畫面設(shè)計。給作生料閥A啟動停止出料閥c高限設(shè)定值80圖5-4系統(tǒng)主界面設(shè)計(5)I/O變量需要通過與可編程控制器互相通訊才能完成，通過組態(tài)王的組態(tài)設(shè)通訊地址，然后根據(jù)設(shè)計的實際要求和需要，選擇PPI驅(qū)動作為通訊驅(qū)動設(shè)置如圖系列高級查找通信描試：FFI取消圖5-5設(shè)備配置向(6)變量的建立主要包括對變量名稱的設(shè)置，數(shù)據(jù)類型的設(shè)置，連接設(shè)備和連接地址的設(shè)置，按照變量對話框進行每個變量的設(shè)進位手地丹高手動開共口CoctO型rcpLrfp言止世(7)根據(jù)動畫連接把相應(yīng)的變量連接到各個按鈕，文本及動畫等。連接對象主要包括指示燈、圖形、各個數(shù)據(jù)連接等。點擊畫面的圖標，打開動畫連接屬性，動畫連接屬性包括對象名稱、屬性變化、位置與大小變化、值輸出、命令語言連接以及其他動畫連接屬性。以圖形為例，本系統(tǒng)需要對圖形進行放縮動畫，點擊動畫連接對話框中的“放縮”,彈出對話框，填寫表達式，并且設(shè)置最小對應(yīng)值和最大對應(yīng)值，以及圖形的變化方向。動畫連接好后，將會根據(jù)變量的變化而變化。創(chuàng)建過程如下圖：車71上51滴度18寬度10e甲料水平直性盟化展性位置大小變化特聯(lián)圖5-7動畫連接對話框按照攪拌控制系統(tǒng)設(shè)計的工藝分析，完成系統(tǒng)的硬件接線和軟件編程