基于PLC200的混合液体控制系统(西门子).doc

1概述可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用了可编程的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数和运算等操作的指令。并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。plc及其有关外部设备，都应该按易于与工业系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。plc与普通微机相区别之处，其需要考虑实际控制的需要，应能排除干扰信号适用于工业现场，输出应放大到工业控制水平，能为实际控制系统方便使用，所以plc采用了典型的计算机控制结构，主要由微处理器（cpu）,存储器（ram/rom）,输入输出接口（i/o）电路，通信接口及电源组成。plc基本结构：图1.1 plc基本结构图plc的存储器分为程序区，系统区，数据区。程序区是用于存放用户程序，存储器为eeprom.系统区用于存放有关plc配置的参数。数据区是s7-200cpu提供的存储器的特定区域。它包括输入映像寄存器，输出映像寄存器，变量存储器，内部标志位存储器，顺序控制继电器存储器，特殊标志位存储器，局部存储器，定时器存储器，计数器存储器，模拟量输入映像寄存器，模拟量输出映像寄存器，累加器，高速计数器。数据空间是用户程序执行过程中的内部工作区域。数据区使cpu的运行更快，更有效。存储器为eeprom和ram。step 7-micro/win32编程软件是基于windows的应用软件，由西门子公司专门为simatic s7-200系列plc设计开发。该软件功能强大，界面友好，并有方便的联机帮助功能。用户可利用该软件开发plc应用程序，同时也可以实时监控用户程序的执行状态。该软件是simatic s7-200用户不可缺少的开发工具。2 系统硬件设计2.1 系统设计控制要求本装置为两种液体混合模拟装置，sl1、sl2、sl3为液面传感器，液体a、b阀门与混合液阀门由电磁阀yv1、yv2、yv3控制，m为搅匀电机，控制要求如下：初始状态:装置投入运行时，液体a、b阀门关闭，混合液阀门打开20秒将容器放空后关闭。启动操作:按下启动按钮sb1，装置就开始按下列约定的规律操作：液体a阀门打开，液体a流入容器。当液面到达sl2时，sl2接通，关闭液体a阀门，打开液体b阀门。液面到达sl1时，关闭液体b阀门，搅匀电机开始搅匀。搅匀电机工作6秒后停止搅动，混合液体阀门打开，开始放出混合液体。当液面下降到sl3时，sl3由接通变为断开，再过2秒后，容器放空，混合液阀门关闭，开始下一周期。停止操作:按下停止按钮sb2后，在当前的混合液操作处理完毕后，才停止操作（停在初始状态上）。液体混合装置控制的模拟实验面板图： 图2.1 液体混合装置控制的模拟实验面板图此面板中，液面传感器用钮子开关来模拟，启动、停止用动合按钮来实现，液体a阀门、液体b阀门、混合液阀门的打开与关闭以及搅匀电机的运行与停转用发光二极管的点亮与熄灭来模拟。2.2 选择plc型号s7-200是一种可编程序逻辑控制器。它能够控制各种设备以满足自动化控制要求。s7-200的用户程序中包括了位逻辑，计数器，定时器，复杂数学运算以及其他智能模块通讯等指令内容，从而使它能够监视输入状态，改变输出状态以达到控制的目的，紧凑的结构，灵活的配置和强大的指令集使s7-200成为各种控制应用的理想解决方案。s7-200 plc主机的型号规格种类很多，以适应不同需要的控制场合，西门子公司推出的s7-200 cpu22x系列产品有：cpu221模块，cpu222模块，cpu224模块，cpu226模块，cpu226xm模块。cpu22x系列产品指令丰富，速度快，具有较强的通信能力。本次课设选择的是cpu226模块。cpu226模块的i/o总数为40点，其中输入点24点，输出点为16点。可带7个扩展模块。用户程序存储器容量为6.6k字，内置高速计数器，具有pid控制器功能。有两个告诉脉冲输出端和2个rs-485通信口。具有ppi通信协议，mpi通信协议和自由口协议的通信能力。运行速度快，功能强，适用与较高的中小型控制系统。下图是s7-200plc cpu226模块的硬件接线图和实物图：（图二.1） 图2.2 s7-200plc cpu226模块的硬件接线图 图2.3 cpu226模块实物图2.3系统设计流程示意图下图为本次“液体混合装置控制系统的模拟”的设计流程图： 初始状态启动按钮按下 n y 液面达到sl2 阀门a打开，液体a流入 n关闭液体阀门a，打开液体阀门b y 液面达到sl1 n 关闭液体b阀门，搅匀电机开始搅匀6mia y 6s定时 n 停止搅动，混合液体阀门打开 y 液面下降sl3 nsl3由接通变为断开,启动2s计时后 y 2秒计时 n 混合液阀门关闭 y停止按钮是否按下 n y 图2.4系统设计流程图2.4系统设计i/o分配表下表为本次“液体混合装置控制系统的模拟”设计的i/o分配表：表2.1 “液体混合装置控制系统的模拟”设计的i/o分配表 输入信号sb1 启动按钮i0.0sb2 停止按钮i0.1sl1 液面传感器1i0.2sl2 液面传感器2i0.3sl3 液面传感器3i0.4 输出信号yv1 液体a阀门q0.0yv2 液体b阀门q0.1yv3 混合液体阀q0.2ykm 电磁阀q0.32.5系统设计i/o接线图下图5是“自己画”的本次“液体混合装置控制系统的模拟”设计的i/o接线图：图2.5 “液体混合装置控制系统的模拟”设计的i/o接线图3系统软件设计3.1 梯形图设计plc的编程语言主要有三种：梯形图，语句表和功能块图。本次系统的软件设计部分主要以梯形图设计为主语句表设计为辅，在设计过程中有已经给出的参考程序和自己设计的程序。（一）已给出的参考程序：图3.1 “液体混合装置控制系统的模拟”参考梯形图(2) 自行设计程序：下面所示的程序是自己根据参考程序以及系统所需的要求而设计的，相对参考程序来说功能更加完善，性能更加优越，容易理解，难易程度适中。能够更好的满足系统的要求。网络1功能是：实现启动，停止，采用的是停止优先设计方法，按i0.0启动系统，按i0.1停止操作。网络2是对vb100清零。网络3是对m0.0置1，网络4是采用移位寄存器对整个操作过程进行循环处理。当启动时，i0.1导通，同时m0.1自锁闭合，移位寄存器采样m0.0的高电平1，使v100.0置1，执行网络5，q0.0导通同时使m0.0复位；i0.3导通移位寄存器采样m0.0的低电平0，进行移位，使v100.0复位，v100.1置1，q0.0复位，执行网络6 q0.1导通；i0.2导通移位寄存器采样m0.0的低电平0，进行移位，使v100.1复位，v100.2置1，q0.1复位，执行网络7，定时器t37开始定时，q0.3导通，t37定时6s到时，q0.3复位，t37导通移位寄存器采样m0.0的低电平0，执行网络8，使q0.2置1;i0.4断开时，移位寄存器采样m0.0的低电平0，进行移位，使v100.2复位，v100.3置1进行移位，使v100.3复位，v100.4置1，执行网络9，启动定时器t38，2s定时。2s定时到后，t38置1，执行网络10，q0.2复位，m0.0和m0.2置1，开始下一周期的循环，如果按停止按钮m0.1复位，则停止在初始状态。图3.2 自行设计“液体混合装置控制系统的模拟”梯形图3.2 指令表设计(一)本次课程设计的软件设计部分的参考语句表设计如下：network 1ld i0.0eu= m10.0network 2ld i0.1eu= m10.1network 3ld i0.2eu= m10.2network4nld i0.3eu= m10.3network 5ldn i0.4an m11.3= m11.2network 6ldn i0.4= m11.3network 7ld m10.0s m20.0, 1network 8ld m20.0a t38o m10.0s q0.0, 1network 9ld m10.3s q0.1, 1network 10ld m10.3o m10.1r q0.0, 1network 11ld m10.2s q0.3, 1network 12ld m10.2o m10.1r q0.1, 1network 13ld t37o m10.1r q0.3, 1network 14ld q0.3ton t37, +60network 15ldn q0.3= m12.4network 16ldn q0.3a m12.4an m11.5= m11.4network 17ldn q0.3a m12.4= m11.5network 18ld m11.4s q0.2, 1network 19ld t38o m10.1r q0.2, 1network 20ld m11.2s m20.1, 1network 21ld t38r m20.1, 1network 22ld m20.1ton t38, +20（2） 自行设计的语句表：network 1ld i0.0o m0.1an i0.1= m0.1network 2ld i0.0a m0.1xorb vb100, vb100network 3ld i0.0s m0.0, 1network 4ld m0.1a i0.0ld m0.2a m0.1oldld i0.3a v100.0oldld i0.2a v100.1oldld t37a v100.2oldld v100.3an i0.4oldshrb m0.0, v100.0, 5 network 5ld v100.0= q0.0r m0.0, 1network 6ld v100.1= q0.1network 7ld v100.2lpsan t37= q0.3lppton t37, +60network 8ld v100.3s q0.2, 1network 9ld v100.4ton t38, +20network 10ld t38r q0.2, 1= m0.2= m0.0 4 调试运行系统的调试包括硬件调试和软件调试，而且两者是密不可分的。我们设计好的硬件电路和软件程序，只有经过联合调试，才能验证其正确性；软硬件的配合情况以及是否达到设计任务的要求，也只有经过调试，才能发现问题并加以解决,完善，最终开发产品。在硬件调试过程中没有出现问题，接线端子设计和分配比较合理，能达到控制要求。软件调试过程有几处错误：（1） 系统启动按钮没法启动系统。错误出在网络3，设计时用的是m0.0置一后无法保持，而系统扫描时间极端为微秒级无法使移位寄存器的data端采样到m0.0的高电平信号好，这样v100.0=0而不是1以就不能使阀a打开，所以无法启动。做出正确的改正后可以满足要求。（2） 系统按下停止按钮时立即停止。处理方法 在移位寄存器的en端加了一，m0.2在系统执行完后一步排空后“置一”而m0.1受启动和停止按钮的控制如果按下停止按钮后m0.1复位，而不影响后面的执行过程，在当前的混合液操作处理完毕后，m0.2置一，但m0.1复位，不会继续执行，以就停在初始位置。（3） 为了使移位寄存器始终只有一个1，在网络3初始化对m0.0置一后，在执行完第一步即（v100.0置一）后网络5对m0.0进行复位处理，这样就始终保证在一次循环中只有一个“1”。每次只执行一步而禁止其他步执行。经过以上的调试找到并改正之后，系统能很好的满足设计要求。5 结束语通过这次课程设计使我懂得了理论与实践相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从实践中得出结论，才是最重要的。通过本次课程设计不仅提高了自己的实际动手能力和独立思考的能力，更学到了很多在书本上所没有的学到过的知识，进一步加深了对可编程序控制器（plc）的了解，掌握可编程序控制器