工业自动化实践报告

摘要物理与电子 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 学院PAGEIVPAGE1工业自动化实践报告（2012~2013学年第2学期）实践课题：两种液体混合控制监视系统班别：姓名：学号：指导教师：时间：两种液体混合控制监视系统 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 摘要可编程序控制器简称PLC，是近年来一种发展极为迅速，应用极为广泛的工业控制装置。它是一种专为工业环境应用而设计的数字运行的电子系统，它采用可编程程序的存储器，用来存储用户指令，通过数字或模拟的输入/输出完成确定的逻辑顺序、定时、记数、运算和一些确定的功能来控制各种类型的机械或生产过程。由于PLC的性能优越，兼具计算机的功能完备，灵活性强，通用性好和继电接触器控制简单易懂，维修方便等优点，形成以微电脑为核心的电子控制设备。可编程序控制器技术在世界上己广泛应用，成为自动化系统中的基本电控装置PLC在现代工业生产和实际生活中有着广泛的应用，由于可编程控制器（PLC）具有编程梯形图语言易学易懂、控制灵活方便、抗干扰能力强、运行稳定可靠等特点，现在的工业自动化生产控制多采用可编程控制器来实现。本次实践首先介绍PLC的产生和发展及应用，以及它的基本功能和特点。然后鉴于PLC的原理及其优越性，应用PLC控制液体的自动混合，该程序可进行单周期或连续工作，正常工作时，至少完成一个周期，该程序具有一定的防止误动作能力。本次实践从硬件设计，软件设计，组态触摸屏监控设计等方面进行分析，对西门子S7-200的应用有一定的指导意义。关键词：可编程控制器 ，液体混合装置，触摸屏，传感器前言目　录TOC\o"1-3"\h\z\uHYPERLINK\l"_Toc292179365"前　言PAGEREF_Toc292179365\h1HYPERLINK\l"_Toc292179370"第1章液体混合装置的控制的硬件设计PAGEREF_Toc292179370\h3HYPERLINK\l"_Toc292179371"1.1液体混合装置结构及控制要求PAGEREF_Toc292179371\h3HYPERLINK\l"_Toc292179372"1.2硬件选用PAGEREF_Toc292179372\h3HYPERLINK\l"_Toc292179380"第2章液体混合装置的控制的软件设计PAGEREF_Toc292179380\h4HYPERLINK\l"_Toc292179381"2.1控制要求及分析：PAGEREF_Toc292179381\h4HYPERLINK\l"_Toc292179382"2.2两种液体混合装置的输入/输出分配PAGEREF_Toc292179382\h6HYPERLINK\l"_Toc292179383"2.3两种液体混合装置的输入/输出接线图PAGEREF_Toc292179383\h8HYPERLINK\l"_Toc292179384"2.4两种液体混合装置的梯形图PAGEREF_Toc292179384\h9HYPERLINK\l"_Toc292179385"第3章液体混合装置的控制的组态触摸屏监控设计PAGEREF_Toc292179385\h13HYPERLINK\l"_Toc292179386"3.1组态触摸屏的选择PAGEREF_Toc292179386\h13HYPERLINK\l"_Toc292179387"3.2组态触摸屏画面监视设计PAGEREF_Toc292179387\h133.3触摸屏监控运行出错报警---------------------------------------14HYPERLINK\l"_Toc292179388"第4章系统常见故障分析及维护PAGEREF_Toc292179388\h14HYPERLINK\l"_Toc292179389"4.1系统常见故障分析及维护PAGEREF_Toc292179389\h14HYPERLINK\l"_Toc292179390"4.2系统故障分析及处理PAGEREF_Toc292179390\h15HYPERLINK\l"_Toc292179394"4.3系统抗干扰性的分析和维护PAGEREF_Toc292179394\h17HYPERLINK\l"_Toc292179395"总结19HYPERLINK\l"_Toc292179397"参考文献PAGEREF_Toc292179397\h21HYPERLINK\l"_Toc292179398"附　录PAGEREF_Toc292179398\h21前　言随着科技的发展，PLC的开发与应用把各国的工业推向自动化、智能化。强大的抗干扰能力使它在工业方面取代了微型计算机，方便的软件编程使他代替了继电器的繁杂连线，灵活、方便，效率高。本次设计主要是对两种液体混合搅拌机PLC控制系统的设计，在设计中针对控制对象：三个传感器监视容器液位，设三电磁阀控制液体A、B输入与混合液体输出液位，设搅拌电机M。搅拌机是一种将两种或多种以上材料搅拌混合的系统，对搅拌机的控制，关系到产品的质量。工艺流程是：启动后开阀放出混合液体，10S后关阀，放入液体A至X2液位，关A，放液体B至X3液位，关B，启动搅拌电机M，搅20S后停，开阀放出混合液体，至X1液位后，打开排气阀，延时5S放后关两阀。运行出错是报警，并停止运行。本设计采用德国西门子S7系列S7-200PLC以液体混料控制系统为中心，从控制系统的硬件系统组成，软件选用到系统的设计过程（包括设计方案、设计流程、设计要求、梯形图设计、外部连接通信等），以及组态触摸屏监控设计，旨在对其中的设计及制作过程做简单的介绍和说明。REF_Ref168484640\r\h错误！未找到引用源。REF_Ref168484646\h错误！未找到引用源。PAGE13两种液体的混合，具体控制要求如下1.  初始状态装置投入运行时，液体A、B阀门均为关闭状态，混合液阀门打开10s后关闭。2.  起动操作按下启动按钮后，装置开始按下列规律运行：1) 液体A阀门打开，液体A流入容器。当液面到达X2水位时，关闭液体A阀门，打开液体B阀门。2)当液面到达高水位X3时，关闭B阀门，搅匀电动机开始搅匀。3) 搅匀电动机工作20S后停止搅动，混合液体阀门打开，开始放出混合液体。4)  当液面下降到50时，再过5s后，混合液排气阀门关闭，一个周期结束。3．报警当系统发生故障时，报警灯闪烁，停止混合系统运行。具体控制示意图如下图：图1-1两种液体混合控制示意图第2章液体混合装置的控制的硬件设计2.1液体混合装置结构及控制要求下图为混合液体控制装置示意图，X2为A液体高度传感器，X3为加入B液体后混合液体高度传感器，X1为剩余50时液面高度传感器，液体A、B与混合液阀由电磁阀Y1、Y2、Y3控制，排气电磁阀由Y5控制，搅拌电动机由Y4电磁阀控制，报警由电磁阀Y6控制，M为搅匀电动机。图2-1混合液体控制装置示意图2.2硬件选用3S7－200PLC结构 S7-200CPU将一个微处理器、一个集成电源和数字量I/O点集成在一个紧凑的封装中，从而形成了一个功能强大的微型PLC，在下载了程序之后，S7-200将保留所需的逻辑，用于监控应用程序。，下图为PLC控制液体混合的示意图。图2-12PLC控制液体混合的示意图第3章液体混合装置的控制的软件设计3.1控制要求及分析：1.  初始状态装置投入运行时，液体A、B阀门均为关闭状态，混合液阀门打开10s后关闭。2.  起动操作按下启动按钮后，装置开始按下列规律运行：1) 液体A阀门打开，液体A流入容器。当液面到达X2水位时，关闭液体A阀门，打开液体B阀门。对1）的分析，由于A液体电磁阀动作两次，分别表示注入A液体和停止A液体的注入，所以为了便于分析，不用停止注入A液体作为注入B液体的顺序开关。而用初始状态结束作为注入B液体的顺序开关。2)当液面到达高水位X3时，关闭B阀门，搅匀电动机开始搅匀。3) 搅匀电动机工作20S后停止搅动，混合液体阀门打开，开始放出混合液体。对3）的分析：由于初始状态也有混合液体电磁阀的动作，所以用搅拌结束作为第二次混合液体电磁阀的动作的顺序开关。4)  当液面下降到50时，再过5s后，混合液排气阀门关闭，一个周期结束。对4）的分析：对于排气电磁阀，假设是在液面降到50时，排气阀打开，5S之后，混合液体停止排放，排气阀关闭。3．报警当系统发生故障时，报警灯闪烁，停止混合系统运行。对报警的分析：停止混合系统运行可视为，停止液体A和液体B的注入。混合液体排放和排气阀的动作不运行液体混合。下图为两种液体混合装置的流程图：图3-1液体混合程序流程图3.2两种液体混合装置的输入/输出分配在确定了控制对象的控制任务和选择好PLC的机型后，即可安排输入、输出的配置，并对输入、输出进行地址编号。分配I/O地址时要注意以下问题：1、设备I/O地址尽可能连续；2、相邻设备I/O地址尽可能连续；3、输入/输出I/O地址分开；4、每一框架I/O地址不要全部占满，要留有一定的余量，便于系统扩展和工艺流程的改，但不宜保留太多，否则会增加系统成本；5、充分考虑控制柜与控制柜之间、框架与框架之间、模块与模块之间的信号联系，合理地安排I/O地址，减少它们之间的内部连线。因此系统输入输出分配如下：表3-1输入分配表输入地址对应元件对应外部设备I0.0SB1启动按钮M0.0SL0初始状态M0.1SL2A液体注入液位到达状态M0.2SL3B液体注入液位到达状态M0.3SL4搅拌完成状态M0.4SL1混合液体排出至50状态表3-2输出分配表输出地址对应元件对应外部设备Q0.1YV1A液体电磁阀Q0.2YV2B液体电磁阀Q0.3YV3混合液体电磁阀Q0.4YV4搅拌电磁阀Q0.5YV5排气电磁阀Q0.6YV6报警电磁阀表3-3定时器分配表定时器定时时间作用T3710S初始状态排放混合液体T3820S搅拌定时T395S排气定时T502ms报警闪烁闪烁时间定时T513ms报警闪烁停止时间定时3.3两种液体混合装置的输入/输出接线图图3-2两种液体混合装置的输入/输出接线图3.4两种液体混合装置的梯形图图3-3两种液体混合装置的梯形图其工作过程分析：初始状态I0.0为启动按钮Q0.3为混合液体电磁阀T37为初始状态排放混合液体定时器，定时10SM0.0为初始状态运行状态则按下启动按钮，开始排放混合液体，10S后，停止排放。起动操作Q0.1为A液体电磁阀M0.1为A液体注入液位到达状态Q0.2为B液体电磁阀则初始状态完成后，A液体电磁阀打开，注入A液体，到设定液位关闭A液体电磁阀，停止注入A液体，B液体电磁阀打开，开始注入B液体。M0.2为B液体注入液位到达状态Q0.5为搅拌电磁阀T38为搅拌定时器，定时20SM0.3为搅拌完成状态则注入B液体，到设定液位关闭B液体电磁阀，停止注入B液体，搅拌电磁阀打开，开始搅拌混合液体。20S之后，停止搅拌，混合液体电磁阀打开，排放混合液体，搅拌完成。M0.4为混合液体排出至50状态Q0.4排气电磁阀T39为排气定时器，定时5S则混合液体排出至50时，打开排气电磁阀，5S之后，关闭混合液体电磁阀和排气电磁阀，停止排放混合液体和停止排气。3报警SM5.0为I/O口错误监视T51为报警闪烁停止时间定时器，定时3msT50为报警闪烁闪烁时间定时器，定时2msQ0.6为报警电磁阀则运行出错时报警灯闪烁。则运行出错时，关闭A液体电磁阀，或B液体电磁阀，停止注入液体。程序结束。第4章液体混合装置的控制的触摸屏监控设计4.1触摸屏选择台达触摸屏（台达人机界面）4.2触摸屏画面监视设计（触摸屏监控画面）1模拟主画面设计以下画面是利用软件，进行生产车间的模拟画面。图4-1两种液体混合设计模拟画面如上图所示，可显示反应罐A注入的A液体的体积，与反应罐B注入的B液体的体积，以及反应罐混合液体体积。而报警画面可自动跳出。第4章系统常见故障分析及维护4.1系统常见故障分析及维护统故障一般指整个生产控制系统失效的总和，它又可分为PLC内部故障和现场生产控制设备的外部故障两部分。PLC系统包括中央处理器、主机箱、扩展机箱、I/0模块及相关的网络和外部设备。现场生产控制设备包括I/O端口和现场控制 检测 工程第三方检测合同工程防雷检测合同植筋拉拔检测方案传感器技术课后答案检测机构通用要求培训 设备，如继电器、接触器、阀门、电动机等。4.2系统故障分析及处理4.2.1PLC的I/O端口系统故障分析及处理PLC最大的薄弱环节在I/0端口。PLC的技术优势在于其I/O端口，在主机系统的技术水平相差无几的情况下，I/O模块是体现PLC性能的关健部件，因此它也是PLC损坏中的突出环节。要减少I/O模块的故障就要减少外部各种干扰对其影响，首先要按照其使用的要求进行使用，不可随意减少其外部保护设备，其次分析主要的干扰因素，对主要干扰源要进行隔离或处理。4.2.2PLC主机系统内部故障分析及处理目前PLC的主存储器大多采用可擦写ROM，其使用寿命除了主要与制作工艺相关外，还和底板的供电、CPU模块工艺水平有关。而PLC的中央处理器目前都采用高性能的处理芯片，故降率已经大大下降。PLC主机系统容易发生故障的地方一般在电源系统，电源在连续工作，散热中，电压和电流的波动冲击是不可避免的。系统总线的损坏主要由于现在PLC多为插件结构，长期使用插拔模块会适成局部印刷板或底板、接插件接口等处的总线很坏，在空气温度变化，湿度变化的影响下，总线的塑料老化、印刷线路的老化、接触点的氧化等都是系统总线损耗的原因。所以在系统设计和处理系统故障的时候要考虑到空气、尘埃、紫外线等因素对设备的破坏。对于PLC主机系统的内部故障的预防及处理主要是提高集中控制室的管理水平，加装降温描施，定期除尘，使PLC的外部环境符合其安装运行要求；同时在系统维修时，严格按照 操作规程 操作规程下载怎么下载操作规程眼科护理技术滚筒筛操作规程中医护理技术操作规程 进行操作，谨防人为的对主机系统造成损害。4.2.3现场控制设备外部故障分析及处理在整个过程控制系统中最容易发生故障地的地点在现场，现场中最容易出故障的有以下几个方面。1．第1类故障点是在继电器、接触器。PLC控制系统的日常维护中，电气备件消耗量最大的为各类继电器或空气开关。主要原因除产品本身外，就是现场环境比较恶劣，接触器触点易打火或氧化，然后发热变形直至不能使用。所以减少此类故障应尽量选用高性能继电器，改善元器件使用环境，减少更换的频率，以减少其对系统运行的影响。2.第2类故障点是传感器和仪表，这类故障在控制系统中一般反映在信号的不正常。这类设备安装时信号线的屏蔽层应单端可靠接地，并尽量与动力电缆分开敷设，特别是高干扰的变频器输出电缆，而且要在PLC内部进行软件滤波。这类故障的发现及处理也和日常点巡检有关，发现问题应及时处理。3.第3类故障多发生在阀门等设备上。因为这类设备的关键执行部位，利用电动执行机构推拉阀门或闸板的位置转换，机械、电气、液压等各环节稍有不到位就会产生误差或故障。长期使用缺乏维护，机械、电气失灵是故障产生的主要原因，因此在系统运行时要加强对此类设备的巡检，发现问题及时处理。4.3系统抗干扰性的分析和维护由于PLC是专门为工业生产环境设计的装置，因此一般不需要再采取特殊 措施 《全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观软件质量保证措施下载工地伤害及预防措施下载关于贯彻落实的具体措施 就能直接用于工业环境中。但如果工作环境过于恶劣，如干扰特别强烈，可能使PLC引起错误的输入信号；运算出错误的结果；产生出错误的输出信号；造成错误的动作，就不能保证控制系统正常、安全运行。因此为提高控制系统的可靠性，在设计时采取相应有效的抗干扰措施是非常必要的。外界干扰的主要来源有：1.电源的干扰供电电源的波动以及电源电压中高次谐波产生的干扰。2.感应电压的干扰PLC周围邻近的大容量设备启动和停止时，因电磁感应引起的于扰；其它设备或空中强电场通过分布电容串入PLC引起的干扰。3.输入输出信号的干扰输入没备的输入信号线间寄生电容引起的差模干扰和输入信号线与大地间的共模干扰；在感性负载的场合，输出信号由断开一闭合时产生的突变电流和由闭合一断开的反向感应电势以及电磁接触器的接点产生电弧等产生的干扰。4.外部配线干扰因各种电缆选择不合理，信号线绝缘降低，安装，布线不合理等产生的干扰。提高PLC控制系统抗干扰性能的措施：(1)科学选型；(2)选择高性能电源，抑制电网干扰；(3)正确选择接地点，完善接地系统；(4)柜内合理选线配线，降低干扰。为了延长PLC控制系统的寿命，在系统设计和生产使用中要对该系统的没备消耗、元器件设备故障发生点有比较准确的估计，也就是说，要知道整个系统哪些部件最容易出故障，以便采取措施，希望能对PLC过程控制系统的系统设计和维护有所帮助。本次实践实物图：总结为期一周的课程设计实践基本已经落下帷幕了，在本次实践设计的过程中我遇到了很多困难，主要表现在对控制系统的设备和整体运行过程不太熟悉，尤其是对各个控制点的动作情况很难掌握，其次梯形图的编写由于控制过程的复杂而觉得难以下手。通过此次设计，我学到了很多东西，认识到了很多东西。实践设计是我对所学知识理论的检验与总结，能够培养和提高设计者独立分析和解决问题的能力；在不断的努力下我的课程设计终于完成了。在没有做课程设计以前觉得课程设计只是对这几年来所学知识的大概总结，但是真的面对课程设计时发现自己的想法是错误的。通过这次课程设计使我明白了自己原来知识太理论化了，面对单独的课题的是感觉很茫然。自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。通过这次课程设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质通过查找资料和老师的讲解，这些问题还是基本得到了解决。本设计采用PLC对液体混合控制系统进行控制，简化了控制系统的设计和硬件结构，提高了该系统的可靠性、可维护性和安全性。梯形图采用步进指令（STL），这样使程序的条理更加清晰易懂，有操作界面和人机对话操作，这是本设计的优点，但是由于时间，经验和能力的关系，本系统存在很多明显的不足。希望这些缺陷，我能在以后的实际工作中能加以注意。整体来说，这次设计给了我很大的帮助，不仅仅熟悉的PLC的控制系统和各种元器件，并提高了实践的能力，这些都将成为我以后步入社会参加工作的一笔宝贵经验。设计已如期完成，这是一个辛苦却令人感到充实的过程，让我从中学到了不少新的知识。在此，我想对我的组员说，感谢你们的信任和支持，还有大家的合作与相互学习。并感谢在这过程中老师以的指导和帮助，老师以精益求精的态度引领我走过了整个设计过程，对我的成长起到了深刻的影响。最后，我还要感谢在整个设计中帮助我的同学们。我在你们那里学到了不少的东西！谢谢你们。物理与电子工程学院PAGEPAGE21参考文献【1】梁剑雄，邓水先.高可靠性的PLC控制系统的设计.2005.1【2】李兰付.PLC控制技术在铁精粉生产过程中的应用.机电工程.附　录附录1控制方式选择就目前的现状有以下几种控制方式满足系统的要求：继电器控制系统、单片机控制、工业控制计算机控制、可编程序控制器控制。（1）继电器控制系统控制功能是用硬件继电器实现的。继电器串接在控制电路中根据主电路中的电压、电流、转速、时间及温度等参量变化而动作，以实现电力拖动装置的自动控制及保护。系统复杂，在控制过程中，如果某个继电器损坏，都会影响整个系统的正常运行，查找和排除故障往往非常困难，虽然继电器本身价格不太贵，但是控制柜的安装接线工作量大，因此整个控制柜价格非常高，灵活性差，响应速度慢。（2）单片机控制单片机作为一个超大规模的集成电路，机构上包括CPU、存储器、定时器和多种输入/输出接口电路。其低功耗、低电压和很强的控制功能，成为功控领域、尖端武器、日常生活中最广泛的计算机之一。但是，单片机是一片集成电路，不能直接将它与外部I/O信号相连。要将它用于工业控制还要附加一些配套的集成电路和I/O接口电路，硬件设计、制作和程序设计的工作量相当大。（3）工业控制计算机控制工控机采用总线结构，各厂家产品兼容性强，有实时操作系统的支持，在要求快速、实用性强、功能复杂的领域中占优势。但工控机价格较高，将它用于开关量控制有些大材小用。且其外部I/O接线一般都用于多芯扁平电缆和插头、插座，直接从印刷电路板上引出，不如接线端子可靠。（4）可编程序控制器配备各种硬件装置供用户选择，用户不用自己设计和制作硬件装置，只须确定可编程序控制器的硬茧配制和设计外部接线图，同时采用梯形图语言编程，用软件取代继电器电器系统中的触点和接线，通过修改程序适应工艺条件的变化。相对于传统的继电器控制方案来说,PLC在技术角度上大大方便了电控设计人员，其系统的软硬件设计简便，维护方便，在体积、可靠性、耗电量等性能方面都有很大程度的提高，从而带动成本的节约，而且可以通过计算机进行数据的传输和监控，这一系列的优点使PLC很快被人们接受并代替继电器控制方案，广泛应用于工厂自动控制中。相对于单片机来说,PLC本身固有的稳定性和可靠性特点决定了它在自动化行业内不可取代的地位。PLC挤占部分单片机的市场。PLC相比单片机具有高可靠性，易于开发，扩展性好，通讯简单的，这些优点促使很多的设备生产厂家在设计时选用PLC作为设备的控制器。相对于工业控制计算机控制来说，PLC价格低廉，应用简便，接线端子可靠，被简易型控制采用。它在自动化行业内具有不可取代的地位。综上所述，该控制系统的控制方案应选PLC控制方案为宜。附录3PLC选型的基本原则不同型号的PLC，其结构形式、性能、容量、指令系统、编程方式、价格等也各有不同，适用的场合也各有侧重。因此，合理选用PLC，对于提高PLC控制系统的技术经济指标有着重要的意义。在PLC系统设计时，首先应确定控制方案，下一步工作就是PLC工程设计选型。工艺流程的特点和应用要求是设计选型的主要依据。PLC及有关设备应是集成的、标准的，按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则选型，所选用PLC应是在相关工业领域有投运业绩、成熟可靠的系统，PLC的系统硬件、软件配置及功能应与装置规模和控制要求相适应。熟悉可编程序控制器、功能表图及有关的编程语言有利于缩短编程时间，因此，工程设计选型和估算时，应详细分析工艺过程的特点、控制要求，明确控制任务和范围确定所需的操作和动作，然后根据控制要求，估算输入输出点数、所需存储器容量、确定PLC的功能、外部设备特性等，最后选择有较高性能价格比的PLC和设计相应的控制系统。任何一种控制系统都是为了实现被控对象的工艺要求，以提高生产效率和产品质量。因此，在设计PLC控制系统时，应遵循以下基本原则：（1）最大限度地满足被控对象的控制要求（2）保证PLC控制系统安全可靠（3）力求简单、经济、使用及维修方便（4）适应发展的需要综合以上选型原则，本课题选用西门子S7---200系列可编程序控制器作为控制器。附录3硬件选用硬件名称型号个数PLCS7-----2001台电动机Y90S-6/0.75KW1个断路器DZ47-631个传感器LSF-2.53个入罐液体电磁阀VF4-252个出罐液体电磁阀AVF-401个泄压阀YQ980021个附录4软件输入输出分配表1输入分配表输入地址对应元件对应外部设备I0.0SB1启动按钮M0.0SL0初始状态M0.1SL2A液体注入液位到达状态M0.2SL3B液体注入液位到达状态M0.3SL4搅拌完成状态M0.4SL1混合液体排出至50状态表2输出分配表输出地址对应元件对应外部设备Q0.1YV1A液体电磁阀Q0.2YV2B液体电磁阀Q0.3YV3混合液体电磁阀Q0.4YV4搅拌电磁阀Q0.5YV5排气电磁阀Q0.6YV6报警电磁阀表3定时器分配表定时器定时时间作用T3710S初始状态排放混合液体T3820S搅拌定时T395S排气定时T502ms报警闪烁闪烁时间定时T513ms报警闪烁停止时间定时