数字阀门的PLC控制【优秀毕业设计答辩论文】

　　　一、题目及专题：
　　　1、题目　　基于PLC的数字阀门的控制  　                  　
　　　2、专题　                                              　
　　　二、课题来源及选题依据
   随着科技的越来越发展，在机械类方面越来越向自动化方面靠拢，各种各种各样的技术如雨后春笋般冒出，而PLC就应运而生。就全世界自动化市场的过去、现在和可以预见的未来而言，PLC仍然处于一种核心地位。由此可见PLC的重要性，以及对其研究意义的肯定。                                                    
   PLC是一种专门在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业 。                                      
　　　
　　　三、本设计（论文或其他）应达到的要求：
　　　① 通过毕业设计培养学生综合运用所学的基础理论、基础知识、基本技能进行分析和解决实际问题的能力；                    
　　　②学会使用PLC系统开发的综合训练，达到能够进行PLC系统设计和实施的目的；                                        
　　　③ 熟练掌握步进电机的工作方式及其电路分析；            
　　　④ 掌握PLC的工作原理及其基本构造；                                    
　　　⑤ 能够熟练编制梯形图编制；                                        
　　　⑥ 熟练使用西门子S7系列提供的step7工具。              
　　
摘  要
　　　我们在各种场合看到了继电接触器控制，那个时代已经过去了，如今的继电器只能作为低端的基层控制模块或者简单的设备中使用，而PLC的出现也就成了划时代的主题，通过比较稳定的硬件和灵活的软件控制使得自动化走向了新的高潮。尤其是如今的互联网大潮下，可编程控制器和其它工业控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向。目前的计算机集散控制系统DCS（Distributed Control System）。中已有大量的可编程控制器应用。伴随着计算机网络的发展，可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用。  本次毕业设计通过西门子S7-200（CPU　221）型PLC控制步进电机完成对阀门系统控制。根据数字阀门系统的电磁阀的动作要求和技术参数确定PLC的输入口和输出口的分配以及电气元件的选型，主电路和控制电路的设计。根据输入输出口和电磁阀的动作表利用西门子S7-200编译器V4.0 STEP 7 MicroWIN设计出控制系统主程序，自动运行和手动运行两个子程序的梯形图。最后根据控制系统的组成完成系统走线图和电气柜设计。
　　　
关键字：西门子PLC ；步进电机；STEP 7；梯形图
　　　
　　　
　　　
　　　　ABSTRACT
　　We saw the relay contactor control on various occasions. The time has passed, the relay can only use today as a low-end of the primary control module or a simple device. And the emergence of PLC has become the epoch theme, through a comparative stable hardware and flexible software control automation to a new climax. Especially in today's Internet tide, programmable controller and other industrial control computer network composed of large control system is the development direction of the programmable controller technology. DCS computer control system at present (Distributed Control System). Application of programmable controller in the already large number of. Along with the development of computer network, the programmable controller is an important part of automation and control network and international network, will be many outside the industry and industry play a more and more important role. The graduation design through the Siemens S7-200 (CPU 221) PLC to control the stepper motor to complete the valve control system. To determine the distribution of PLC input port and the output port and the selection of electrical components according to the movement requirements of digital valve solenoid valve system design and technical parameters, main circuit and control circuit. According to the input and output port and the electromagnetic valve action table by Siemens S7-200 compiler V4.0 STEP 7 MicroWIN to design the main program control system, ladder diagram of automatic and manual operation two subroutine. Finally, according to the control system to complete the system wiring diagram and electrical cabinet design.
　　　
Keywords: Siemens PLC; step motor; STEP 7; ladder diagram
　　　　　
　　　
目录
摘  要 III
ABSTRACT IV
　　1绪论 1
　　　1.1 数字阀门的PLC控制研究内容和意义 1
　　　1.1.1 背景介绍 1
　　　1.1.2 研究内容和意义 1
　　1.2 国内外发展概况 1
　　　1.2.2 国外发展 2
　　　1.2.1 国内发展 3
　　　1.2.3 本课题应达到的要求 4
2数字阀门PLC控制的元件选择及其特点 5
　　2.1普通阀门电动装置的结构与功能特点 5
　　2.2 PLC阀门控制器总体设计方案 6
　　　2.2.1 调节型阀门控制器设计要求 6
　　　2.2.2 调节型阀门控制器功能分析 7
　　　2.2.3 PLC阀门控制器基本原理 7
　　2.3调节型阀门控制器中央处理单元 10
　　　2.3.1 PLC控制器的选择 10
　　　2.3.2 S7-200的优点 10
　　　2.3.3 硬件系统 11
　　　2.3.4 软元件 12
　　2.4步进电机的特点及其选择 12
　　　2.4.1 步进电机的特点 12
　　　2.4.2 步进电机的分类 13
　　　2.4.3 步进电机的选择 13
3 PLC步进电机工作方式的控制 15
　　3.1 常见的步进电机的工作方式 15
　　　3.1.1 常见的步进电机的工作方式有以下三种： 15
　　3.2 步进电机控制原理 16
　　　3.2.1 控制步进电机换向顺序 16
　　　3.2.2 控制步进电机的转向 16
　　　3.2.3 控制步进电机的速度 16
　　3.3 PLC控制步进电机的方法 16
　　　3.4 PLC控制步进电机的设计思路 17
　　　3.4.1 步进电机控制方式 17
　　　3.4.2 西门子PLC控制步进电机 19
　　　3.5 步进电机驱动电路设计 19
　　　3.5.1驱动器的选择 19
　　3.6控制原理和接线图 20
4 S7-200控制步进电机软件设计 21
　　4.1 STEP 7概述 21
　　　4.1.1 STEP 7的硬件接口 21
　　　4.1.2 STEP 7的编程功能 21
　　　4.1.3 STEP 7的诊断功能与硬件组态 22
　　4.2 程序的编写 22
　　4.3电机正反转接线图 24
　　4.4 梯形图程序设计 25
　　　4.4.1 CPU的选择 25
　　　4.4.3 PLC控制电机正反转I/O分配及硬件接线 25
　　　4.4.3 状态真值表 26
　　4.5 梯形图程序 26
5 总结 34
　　5.1 全文总结 34
　　5.2 不足之处及展望 34
致  谢 35
参考文献 36
　　　
　　　
　　　
　　　
　

1绪论
1.1 数字阀门的PLC控制研究内容和意义
　　1.1.1 背景介绍
　　　可编程控制器ProgrammableController是计算机家族中的一员是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器                        （ProgrammableLogicController）简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。
　　　但是为了避免与个人计算机（PersonalComputer）的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC。
　　1.1.2 研究内容和意义
　　　本课题是在充分了解国内外调节型阀门电动执行机构技术现状和发展趋势的基础上，认真研究了其优点和不足之处，并结合国内用户的需求及应用环境而提出的。在国内现有的同类产品基础上，将单片机技术、电子技术、传感器技术应用在电动执行器中，开发了集执行机构、驱动单元、调节控制单元、现场显示仪表等为一体的机、电、仪一体化的调节型执行器。以西门子S7-200为中心对阀门电动执行装置进行控制。通过开关式控制机构在行程到位、过转矩或故障发生时直接切断该机构在电气控制回路中的对应常闭触点来断开电机电源的方式。由电机来带动阀门的开闭及整个过程。
　　　本课题由故障检测和开度控制两部分组成，故障检测包括相序检测及自动调整环节、断相检测环节、电机过热检测环节及极限位置检测等，开度控制包括控制电机正反转环节和开度显示环节等，主要功能包括本地控制和远程控制两个方面，本地控制使用旋钮控制电动执行器开度，远程控制使用4-20mA标准信号控制执行器开度，输出需要显示电机开度，同时使用指示灯显示电机状态。
　　　通过传感器实现行程和转矩控制机构实时采集行程和转矩信息并以电信号的形式传至西门子S7-200并分析处理，西门子S7-200根据处理结果实时刷新开度指示模块的开度显示，并通过电机驱动模块控制电机的正转、反转和停止；状态检测模块在系统上电后即对电机电源的相序正反、是否缺相、电机温度过热等状态实时监控，异常时向西门子S7-200发出相应的故障信号，西门子S7-200及时做出故障处理（如通过电机驱动模块使电机停止等），并通过开度指示模块显示故障报警信息。
1.2 国内外发展概况
　　　执行器是工业自动化系统中的执行单元，也是自动化系统中最重要的组成部分之一，电动执行器一般是以电动机作为动力源的阀门电动装置,其作用是将控制信号转换成相应的动作来控制阀内截流件的位置或其它调节装置。
　　1.2.2 国外发展
自1929年LIMITORQUE公司制造出了世界上第一台电动执行机构以来，国际上电动执行器技术水平发展迅速。20世纪80年代起，国外相继推出了符合各种现场总线标准的调节型执行器，在工业现场取得了较好的应用效果。由于高新技术的迅猛发展，目前国外己开发出新一代调节型化电动执行机构产品，电子计算机技术、微机控制技术己在阀门设计中得到广泛应用。这些调节型化电动执行器功能强大、简单可