毕业设计（论文）-基于PLC控制的电磁阀耐久试验系统设计.doc

tp273.4 by 15 5286 11/12/2 科14-0801沈阳化工大学本科毕业论文题 目：基于plc控制的电磁阀耐久试验系统设计院 系： 科亚学院专 业： 电气工程及其自动化班 级： 0801班学生姓名： 指导教师： 论文提交日期：2012年 6 月 15日论文答辩日期：2012年 6 月 18日毕业设计（论文）任务书电气工程及其自动化专业班级姓名 毕业设计（论文）题目：基于plc控制的电磁阀耐久试验系统设计毕业设计（论文）内容：基于plc搭建控制电路控制电磁阀，完成测试多个电磁阀的最大使用次数，组成的电磁阀耐久试验系统毕业设计（论文）专题部分：1 plc选型 2周边硬件选型3 电气原理图绘制 4 plc下位机程序设计 5 plc 上位机组态程序设计 6 plc上下位机联机统调 起止时间：2012年 3月2012年 6月指导教师： 签字 年 月 日教研主任： 签字 年 月 日学院院长： 签字 年 月 日沈 阳 化 工 大 学毕业设计（论文）答辩成绩评定沈阳化工大学 信息工程学院 分院毕业设计（论文）答辩委员会于2011年 6月 18 日审查了 电气工程及其自动化专业学生 的毕业设计（论文）。 设计（论文）题目： 基于plc控制的电磁阀耐久试验系统计 设计（论文）专题部分：1：系统硬件设备选型及系统外部电路设计。2：下位机程序设计。3：上位机程序设计4：上下位机联机统调 设计（论文）共 41 页，设计图纸 3 张 指导教师： 评 阅 人： 毕业设计（论文）答辩委员会意见：成绩： 学院（系）答辩委员会主任委员 签字年 月 日摘 要随着工业控制领域日新月异的发展，自动化技术在工业控制流程中拥有了越来越重要的地位，电磁阀作为自动化仪表的一种执行器以及他的系统简单、价格低廉、动作快、功率小、外形轻巧等优点的深入人心。电磁阀在工业控制系统中经常使用在调整介质的方向、流量、速度和其他的参数。电磁阀可以配合不同的电路来实现预期的控制，而控制的精度和灵活性都能够保证。电磁阀有很多种，不同的电磁阀在控制系统的不同位置发挥作用，最常用的是单向阀、安全阀、方向控制阀、速度调节阀等。随着电磁阀的种类越来越多，性能越来越安全完善，使得近年来电磁阀的使用率是持续攀升，并受到大家的普遍好评。但是随着电磁阀的使用领域越来越广泛，电磁阀的各种性能要求也在逐步的增多，逐步的细化，不仅仅在功能上，而且在电磁阀的使用寿命上也同样受到大家的广泛关注。本课题是针对电磁阀的耐久性测试设计的。目的是解决电磁阀在耐久性测试的问题。本文主要讲述了以plc为控制核心搭建控制电路，对电磁阀使用寿命的检测方法和控制系统的设计过程。用plc来控制测试电磁阀耐久性的电路提高了系统的可靠性和自动化程度。省去了大量的活动元件，减少体积，降低功耗，节约了成本。本文主要是针对硬件和软件两部分进行设计。硬件方面主要包括电磁阀耐久性测试平台、监控平台及其相应的配电系统设计。软件部分包括实现电磁阀耐久性检测的程序、试验状态的实时监控等。在测试过程中，通过恒压的水流，让电磁阀依次开通一定时间，闭合一定时间，通过规定次数进行耐久性能测试。并且设计了上位机程序，实现了对系统功能的直观监控。通过硬件部分和软件部分的巧妙结合，多次的程序改写调试、设计思路的更新和工艺的完善，实现了对电磁阀耐久性能的测试。综上所述，用plc控制对电磁阀的使用寿命进行研究有着极其重要的意义。关键词： 电磁阀; 耐久性; plc; 上位机abstractwith the rapid development of industrial control area, automation technology in industrial control process has a more and more important position, the electromagnetic valve as automation instrument of a kind of actuators and his system simple, inexpensive, action quick, less power, appearance and the advantages of thorough popular feeling electromagnetic valve in the industrial control system of frequently used in the adjustment of the medium, flow rate, and the direction of the parameters of the speed and otherelectromagnetic valve can cooperate with different circuit to achieve the desired control, and control precision and flexibility to be able to guaranteeelectromagnetic valve has a lot of kinds, different electromagnetic valve control system in different positions of the work, the most common is check valve, the relief valve, direction control valves, speed regulator, etcwith more and more kinds of electromagnetic valve, performance more and more security improved, making in recent years the utilization rate of electromagnetic valve is continue to rise, and the universal high praise by everybodybut with the use of electromagnetic valve field is more and more extensive, electromagnetic valve various performance requirements also gradually increasing, gradually thinning, not only on the function, and in the electromagnetic valve on the service life of also is everyones attention this topic is for the durability of the electromagnetic valve test designthe purpose is to solve the electromagnetic valve in the durability test questionsthis paper mainly related to plc to control the core building control circuit, the service life of solenoid valve testing methods and the design of control system process use plc to control the durability test electromagnetic valve circuit improve the reliability of system and automationsave a lot of activity components, reduced size, lower power consumption and save cost this paper is mainly in two parts, hardware and software designhardware mainly including electromagnetic valve durability testing platform, monitoring platform and its corresponding distribution system designsoftware part includes realize electromagnetic valve testing procedure, test the durability of the state of the realtime monitoring, etcin the test process, through the constant pressure of water, let the electromagnetic valve opening in certain time, closing time, through the provisions for durability test number and the pc program design, realize the system function monitoring intuitive through the hardware and software of the clever union, in many of the procedures rewrite debugging, design thinking and renew the improvement of the process, realize the electromagnetic valve durability test to sum up, with plc to control the use of electromagnetic valve life research has the extremely vital significance key words: solenoid valve; durability; plc; host目 录第一章绪论111概述112 电磁阀的介绍及其研究意义1121 课题背景和意义1122 水用电磁阀的发展213 电磁阀耐久性测试设计特点214 本次设计的主要工作及论文结构安排2第二章总体设计方案及思路42 1 系统设计要求42 2 控制系统总体方案42 3 基本工作过程5第三章控制系统硬件设计631 系统元器件选型6311 plc的选型原则及结果6312 s7200 plc的介绍6313 cpu的选型732 控制系统i/o点分配733 外围元器件介绍8331 固态继电器8332 水泵1134 plc外部接线图11第四章下位机程序设计1341 step 7micro/win软件简介13411 基本功能13412 编程语言1342 plc程序流程图及顺序功能图14421 plc 程序流程图14422 plc 顺序功能图1443 下位机梯形图程序1444 程序调试17第五章上位机组态设计及系统联机统调1851 mcgs组态软件1852 电磁阀耐久性测试系统人机界面设计18521 mcgs组态画面设计18522 建立实时数据库和动画连接19523 组态设备窗口设计2053 系统联机统调21结束语23参考文献24致谢25附录26沈阳化工大学学士学位论文 第一章 绪论第一章 绪论11概述科学技术的发展使得工业生产走向了自动化。工业生产领域逐步由自动化机械代替人工来完成，而工业生产过程中，要求更多的可控的流体介质来参与作业过程。因此电磁阀在工业生产中的作用越来越重要，伴随而来的电磁阀耐久性问题就自然而然的成为了使用电磁阀的又一问题。本课题在以plc为核心控制部件，在mcgs监控软件的基础上实现对电磁阀耐久性的检测，满足工业控制领域对电磁阀寿命测试的要求。绪论部分简单介绍了电磁阀的技术特点、本次设计的技术特点以及本次课题的主要内容。12 电磁阀的介绍及其研究意义电磁阀是用电磁控制的工业设备，用在工业控制系统中调整介质的方向、流量、速度和其他的参数。电磁阀是用电磁的效应进行控制，主要的控制方式由继电器控制电磁阀来完成通断。这样，电磁阀可以配合不同的电路来实现预期的控制，而控制的精度和灵活性都能够保证。电磁阀有很多种，不同的控制系统，不同的位置，需要不同的电磁阀发挥作用。121 课题背景和意义平时在我们的日长生活中经常用到的全自动洗衣机，在使用的时候，插上电源以后就会自动把水加满，洗完自动把水放掉，然后再自动加水冲洗，洗完再把水放掉，全部动作都是自动完成的，其中很重要的一个因素就是全自动洗衣机含有一个关键的部件电磁阀。电磁阀是管道自动控制系统中常用的执行元件，它是以电磁力为动力，来实现管道水流的开启和关闭，由于电磁阀具有耗能小、体积小、性能稳定、维修方便等优点，因此在管道自动控制方面，扮演着重要的角色。电磁阀不仅仅在全自动洗衣机上有应用，并且广泛应用在那些精度要求高的领域，如汽车领域和航天领域。随着汽车控制技术的发展，汽车电磁阀的应用数量和种类越来越多，对电磁阀质量也要求越来越高。在现代汽车制造技术中，汽车的油路、气路通断控制和汽车的制动，无处不见电磁阀的身影。电磁阀性能的好坏直接关系汽车的操作性能，甚至关系到驾驶人的安全。因此电磁阀的耐久性检测就显得十分重要了。自电磁阀大量应用以来，电磁阀的寿命检测方法是采用简易的人工检测，这种检测台操作复杂，对检测人员要求较高，操作人员的劳动强度非常大，耗时也比较长，尤其在检测精度方面，效果不能让人满意。因此研发具有自动化水平较高的电磁阀性能检测台，对我们提高生产力和自动化程度具有重要的意义。122 水用电磁阀的发展近年来电磁阀的销量已超过了调节阀，主要是各种专用电磁阀的需求量剧增。比如燃气电磁阀、蒸汽电磁阀、水用电磁阀、空调用电磁阀等。水用电磁阀总被认为是最简单的，实则水就分为自来水、工业纯水、工业废水、灌溉水、海水等多种类别，其腐蚀性能，洁净程度各异，应分别选用不同的电磁阀。自来水阀虽然最普通，但用途不同对阀门的性能要求却不一样。例如，消防用电磁阀，动作可靠性至关重要，万一失灵后果不堪设想。即使普通手动阀门长期不启用，也很难快速打开。近年高层建筑如雨后春笋，我国消防电磁阀技术也随之成熟。本文主要就是对水用电磁阀进行耐久性试验测试。13 电磁阀耐久性测试设计特点在工业控制领域，尤其是在军工企业对电磁阀的动作寿命有很高的要求，以满足工业生产的需求，理所当然对于如何能更好的对电磁阀耐久性测试的研究成为了广泛研究的课题。它与系统的精密程度、人身安全、设备安全、仿真模拟以及plc与组态的综合应用等技术问题有着密切的关系。具有理论研究与实践经验密切结合的特点。它必须全面考虑其经济指标。随着plc电子技术的迅速发展和工控质量要求的提高，选择一种有效的设计方法也是很必要的。14 本次设计的主要工作及论文结构安排现在市场上已经存在很多种的阀门测试设备，但普遍存在的问题是：国外进口测试设备造价太高，销售和售后服务渠道不完善，国产阀门测试设备起步较晚还需完善操作和外观。一些阀门生产厂家为了保证产品质量，一直采用随机性的人工取样检测方法，这种方法效率低、速度慢，无法保证产品100%的满足要求，不但在技术上落后，而且在经济上也不可行。随着plc技术的飞速发展，应用此技术，开发一套高自动化的针对阀门某一重要性能的检测设备，既可以实现快速、高效、自动化检测的工作，又可以适应国内厂家的价格要求，具有重要意义。 第一章主要了解电磁阀的工作原理及研究背景；第二章主要进行对课题的总体方案的论证，与其他控制系统比较后最终采用plc作为核心控制部件，对总体设计进行了概述；第三章主要叙述了硬件控制系统的设计，对系统中用到的重要设备及元件选型 、i/o点的分配，画出硬件结构图和接线图等；第四章讲述了plc控制功能的程序设计，从流程的分析、程序思路的产生来完成本次设计任务，并对关键环节进行具体的分析；第五章主要讲述mcgs的基础画面组态，数据处理，实时监控；最后通过对系统的联机统调，将隐藏的不足之处加以修正和完善，确保系统能顺利运行。在设计过程中根据生产和设备要求，充分考虑了系统的成本、可靠性、先进性、可扩展性以及日后的维修方便等诸多因素。本系统自动化程度很高，节约了人力资源。工艺人员操作方便，维护及检修方便。具有很好的经济和社会效益。3沈阳化工大学学士学位论文 第二章 总体设计方案及思路第二章 总体设计方案及思路本章节中通过plc与其他工业控制系统的比较，显示出了他独特的性能价位等方面的优势，最终确定以此为核心控制部件；接下来对于课题的总体设计思路作了介绍。2 1 系统设计要求在随着工业控制技术的不断发展，继电接触器控制已经不能满足现如今需要经常改变生产工艺以及步骤的需要，而plc在功能上和性价比上都能满足这些要求，所以在设计中选用plc来完成控制系统的搭建。测试实验要求同时进行5个电磁阀做耐久性试验测试；实验进行过程具备可靠的安全保护功能；在测试过程中要能持续保持电磁阀的水压力在o8mpa，让电磁阀开通一定时间，闭合一定时间，设定通断次数检测其动作寿命。其中电磁阀的开闭时间、电磁阀动作次数以及电磁阀所处的压力环境都可以由实际情况而设定的。2 2 控制系统总体方案 电磁阀耐久性控制系统由电源供给系统、现场i/o系统、下位机控制系统、上位机监控系统四个子系统组成，四个系统各自实现各自的功能，且彼此之间相互协调。 现场i/o系统主要完成系统信号的采集功能及处理，各个阀体的控制工作，电源控制系统负责给系统中水泵和电机（220vac）、电磁阀、plc、固态继电器（8vdc）进行供电。其中下位机控制系统plc选用德国siemens公司的s7200 plc5。plc控制程序利用siemens 的step7 microwinsp6 编译环境编写plc应用程序，实现自动测控任务。上位机开发环境选用mcgs组态软件，根据系统要求开发系统检测画面，确定检测条件，实现检测画面的动态显示、远程控制、参数修改、系统报警等功能。控制系统的原理示意图见图21。水泵控制按钮plc控制系统mcgs电磁阀电气控制系统上位机监控及数据处理系统现场i/o系统图 21 控制系统原理示意图2 3 基本工作过程该系统见图22所示，由水泵供水，在入口安装手动开关阀，控制整个系统的总水源便于在断电、检修等情况使用。在进水管始端设置了过滤器，以防止水源中的多余杂质流入系统，导致电磁阀及其零部件损坏现象。在系统末端设置了手动调节阀，保证系统的水压保持在08mpa，其值会在压力传感器中显示。按下电机启动按钮，打开手动开关阀，并调节手动调节阀，让系统中通过恒压的水流。当水压稳定后，按下测试按钮，让5个电磁阀按设定的通断时间依次开通、关闭。系统应用两个计数器计数，以确保能完全记录电磁阀的通断次数，并在上位机程序中显示。如果水泵不启动电磁阀使无法进行测试的。当测试次数达到设定次数系统会自动停止测试，水泵也自动停止工作。如果电路的电流突然增大或者水位过高，系统会立即停止测试，并在上位机上提示报警。如此来进行电磁阀的耐久性测试。图22 电磁阀耐久性测试试验装置系统原理图35沈阳化工大学学士学位论文 第三章 控制系统硬件设计第三章 控制系统硬件设计控制系统硬件部分主要指plc控制部分所用到的元器件及其接线，它在整个系统中起到了连接测试系统和控制系统的作用，是电磁阀耐久性检测的重要组成部分和控制部分发挥作用的基础。本章通过对系统i/o点的分析，选择出了符合设计要求的元器件，并在此基础上设计出了其接线图，完成了整个系统的硬件设计。31 系统元器件选型311 plc的选型原则及结果plc机型选择的基本原则是：在功能满足要求的前提下，选择最可靠、维护使用最方便以及性能价格比最优的机型。通常做法是，在工艺过程比较固定、环境条件较好的场合，建议选用整体式结构的plc，其它情况则最好选用模块式结构的 plc。对于开关量控制以及以开关量控制为主、带少量模拟量控制的工程项目中，一般其控制速度无须考虑，因此，选用带 a/d转换、d/a转换、加减运算、数据传送功能的低档机就能满足要求，而在控制比较复杂，控制功能要求比较高的工程项目中，可视控制规模及复杂程度来选用中档或高档机6。根据对控制任务的分析，本控制系统主要由5个电磁阀，1个水泵构成。本系统相对选用plc型号为西门子的s7200 plc。下面对s7200 作以介绍。312 s7200 plc的介绍s7200系列在集散自动化系统中充分发挥其强大功能。使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测，自动化控制有关的工业及民用领域，包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等等7。（1） s7200系列plc的特点 结构紧凑； 先进的程序结构，扩展性良好； 灵活方便的寻址方法； 功能强大、使用方便的编程软件； 简化复杂编程任务的向导功能； 强大的通信功能； 品种丰富的配套人机界面； 有竞争力的价格；完善的网上支持服务；成为当代各种小型控制工程的理想控制器8。（2） s7200plc硬件介绍s7200系列plc可提供4种不同的基本单元和6种型号的扩展单元。其系统构成包括基本单元、扩展单元、编程器、存储卡、文本显示器等9。 313 cpu的选型s7200系列plc cpu型号介绍见表32表32 s7200系列plc中cpu22x的基本单元型 号输入点输出点可带扩展模块数s7200cpu22164s7200cpu222862个扩展模块 78路数字量i/o点或10路模拟量i/o点s7200cpu22414107个扩展模块 168路数字量i/o点或35路模拟量i/o点s7200cpu22624162个扩展模块 248路数字量i/o点或35路模拟量i/o点s7200cpu226xm24162个扩展模块 248路数字量i/o点或35路模拟量i/o点由统计可知,本控制系统有5个输入量；6个输出量，考虑价格和冗余的情况，选cpu222即可。cpu222产品简介：本机集成8输入/6输出共14个数字量i/o点。可连接2个扩展模块。6k字节程序和数据存储空间。4个独立的30khz高速计数器，2路独立的20khz高速脉冲输出。1个rs485通讯/编程口，具有ppi通讯协议、mpi通讯协议和自由方式通讯能力。非常适合于小点数控制的微型控制器10。32 控制系统i/o点分配电磁阀耐久性测试控制系统的i/o信号包括试验系统的水泵电机的控制信号，电磁阀的控制信号、保护装置的控制信号，见表31所示为系统的i/o点统计及地址分配情况。表31 i/o地址分配表名称代码地址水泵启动ai00水泵停止bi01电磁阀开始测试ci02电磁阀停止测试di03保护装置ei04水泵电机1q00电磁阀12q01电磁阀23q02电磁阀34q03电磁阀45q04电磁阀56q0533 外围元器件介绍331 固态继电器根据系统的设计要求，为了实现plc和负载端的隔离 和用plc驱动水泵电机和电磁阀动作。在plc和输出端用固态继电器连接，既能用plc驱动大负载又能提高系统的安全性。固态继电器（solid state relay,缩写ssr），是由微电子电路，分立电子器件，电力电子功率器件组成的无触点开关。用隔离器件实现了控制端与负载端的隔离。固态继电器的输入端用微小的控制信号，达到直接驱动大电流负载。（1）固态继电器的优点： 高寿命，高可靠：固态继电器没有机械零部件，有固体器件完成触点功能，由于没有运动的零部件，因此能在高冲击，振动的环境下工作，由于组成固态继电器的元器件的固有特性，决定了固态继电器的寿命长，可靠性高。 灵敏度高，控制功率小，电磁兼容性好:固态继电器的输入电压范围较宽，驱动功率低，可与大多数逻辑集成电路兼容不需加缓冲器或驱动器。 快速转换:固态继电器因为采用固体器件，切换速度可从几毫秒至几微妙。 电磁干扰小:固态继电器没有输入“线圈”，没有触点燃弧和回跳，因而减少了电磁干扰。大多数交流输出固态继电器是一个零电压开关，在零电压处导通，零电流处关断，减少了电流波形的突然中断，从而减少了开关瞬态效应。（2）固态继电器的分类： e系列：直流控制，交流过零导通，过零关断 ae系列：交流控制，交流过零导通，过零关断3e系列：直流控制，三项交流过零导通，过零关断3ae系列：交流控制，三相交流过零导通，过零关断d系列：直流控制 直流输出p系列：直流控制，交流随机导通，过零关断由上可知，系统中选用两种型号的固态继电器，分别是驱动水泵电机的e系列固态继电器和驱动电磁阀的d系列固态继电器。经过系统所需要分析，决定选用沈阳百特公司的两种固态继电器，型号分别是连接电磁阀的d051024u和连接水泵电机的e1042l32g2。（3）d051024u型固态继电器介绍及技术参数：d 系列固态继电器为直流输入，直流输出通断，输入输出采用光电或变压器隔离，阻燃工程材料环氧灌封，随机电压导通，速度快频率高单路常开开关型。可以实现直流电平转换、隔离和控制，能够方便地与计算机和各种数字电路接口。它广泛应用于工业自动化领域中对各种直流供电执行机构的控制，如照明设备、小型直流电动机、直流电源、各种电磁装置及智能仪表等，也可作为各种大功率输出器件的推动级。使用方便，特别适用于腐蚀、潮湿和要求防爆等恶劣场合。长时间工作在额定电流状态时，应安装散热器；环境温度较高时，应降额使用；控制容性负载时，应限制其浪涌电流；控制感性负载时，应限制其瞬时过压。技术参数见表33。表33 d051024u型固态继电器技术参数输入控制参数输入控制电压(vdc)输入控制电流(ma)可靠接通控制电压(vdc)可靠关断控制电压(vdc)3244152810输出控制参数额定输出电压（dc）额定输出电流（adc）开通时间(ms)关断时间(ms)通态压降（adc）断态漏电流（adc）瞬态电压（adc）27050050105001100一般参数介质耐压(vac)绝缘电阻(m)工作温度()10001003080（4）e1042l32g2型固态继电器介绍及技术参数：e 系列固态继电器是直流输入控制，交流过零导通，过零关断输出型无触点继电器，输入输出采用光电隔离，阻燃工程材料环氧灌封，因此，具有di/dt 的比值小，启动性能平稳，对电网辐射干扰小，关断时可降低感性负载的反电动势，对用电器和固态继电器都有一定的保护作用等优点，是控制一般用电器，如电动机、加热器、白炽灯的首选器件。技术参数见表34。表34 e1042l32g2型固态继电器技术参数输入控制参数输入控制电压(vdc)输入控制电流(ma)可靠接通控制电压(vdc)可靠关断控制电压(vdc)332415310输出控制参数额定输出电压（dc）额定输出电流（adc）开通时间(ms)关断时间(ms)通态压降（adc）断态漏电流（adc）瞬态电压（adc）2842010101015004850一般参数介质耐压(vac)绝缘电阻(m)工作温度()频率范围(hz)250010030804570332 水泵水泵是输送液体或使液体增压的机械。它将原动机的机械能或其他外部能量传送给液体，使液体能量增加，主要用来输送液体包括水、油、酸碱液、乳化液、悬乳液和液态金属等，也可输送液体、气体混合物以及含悬浮固体物的液体。衡量水泵性能的技术参数有流量、吸程、扬程、轴功率、水功率、效率等；根据不同的工作原理可分为容积水泵、叶片泵等类型。容积泵是利用其工作室容积的变化来传递能量；叶片泵是利用回转叶片与水的相互作用来传递能量，有离心泵、轴流泵和混流泵等类型。水泵的选型必须满足使用流量和扬程的要求、体积小、重量轻、造价便宜、又具有良好的特性和较高的效率。本测试系统中介质的特性是清水，几乎没有颗粒状物体，对水泵的抗污能力要求不是很高。流量、扬程和压力方面则需要泵体有较高的效率一是为了让电磁阀测试系统保持在足够的水压环境下，二是为了节省能源。所以经过多方面考虑决定选用美国procon高压旋转叶片泵，型号为104b240f2507。高压旋转叶片泵属于容积泵，材质有黄铜或不锈钢各自组成不同系列，单级旋转叶片可达扬程140至170米柱，适用于输送各种清洁、低润滑性能的液体。叶片与泵体无金属接触，不仅经久耐用，而且扭矩小，节约能源，已被广泛用于饮料、纯水、化工行业，尤其是反渗透纯水机设备上，均采用该品牌系列泵为其配套设备。34 plc外部接线图由以上所选元器件，结合本设计的原理，可作出plc的外围电路接线图。（详细的plc的外部电路接线图见附录1)其中sb1是水泵电机启动按钮，sb2是水泵电机停止按钮。由于电磁阀的电流比较大，若与plc的输出端直接相连，则容易损坏plc，他们之间应该用固态继电器加以相连，ssr表示相应的固态继电器。sb3和sb4分别是电磁阀开始测试的启动按钮和停止按钮。sb5和sb6是常闭触点，分别是水泵电机电路中的热继电器和液位继电器的常闭触点。如果电流过大或者液位过高，相应的常闭触点就会断开，为电路起到保护作用。yv1yv5分别是被测电磁阀1电磁阀5。d1d5分别是给电磁阀并联的反向二极管，原因使由于电磁阀是感性负载，电感线圈中电流不能突变，因此感性负载在断电时会出现一个电压很高的感生电动势，并联的二极管就是为了提供一个电流泄放通道，以避免瞬时高压损坏电路中其他元器件。沈阳化工大学学士学位论文 第四章 下位机程序设计第四章 下位机程序设计本节将对plc编程软件及顺序功能图编程语言进行简单介绍，并重点对控制程序中的典型环节进行重点介绍。针对西门子 s7200 plc,我们选择step7micro/win32编程软件作为开发工具。step7micro/win32编程软件是基于windows的应用软件，功能强大，主要用于开发程序，也可用于适时监控用户程序的执行状态。加上汉化后的程序，可在全汉化的界面下进行操作。按照设计要求编写程序，能使plc 完成对现场设备的良好控制11。41 step 7micro/win软件简介411 基本功能step 7micro/win为用户创建程序提供了便捷的工作环境，丰富的编程向导，提高了软件的易用性；同时还有一些工具性的功能，例如用户程序的文档管理和加密等。此外，还可以用软件设置plc的工作方式、参数和运行监控等12。软件功能的实现可以在联机工作方式（在线方式）下进行。此时，有编程软件的计算机与plc连接，允许两者之间直接通信，可针对相连的plc进行操作，如上装和下载用户程序和组态数据等。部分功能的实现也可以在离线工作方式下进行。此时，有编程软件的计算机与plc断开连接，所有的程序和参数存放在硬盘上，等联机后再下载到plc中13。412 编程语言 本设计使用了梯形图编程语言，梯形图是plc使用得最多的图形编程语言，被称为plc的第一编程语言。梯形图与电器控制系统的电路图很相似，具有直观易懂的优点，很容易被工厂电气人员掌握，特别适用于开关量逻辑控制。梯形图常被称为电路或程序，梯形图的设计称为编程14。42 plc程序流程图及顺序功能图421 plc 程序流程图根据控制系统的要求，我们可设计出整个过程的流程见图41：图41 程序流程图422 plc 顺序功能图数字量控制系统梯形图程序设计方法有很多种：梯形图经验设计法、根据继电器电路图设计梯形图方法和顺序控制设计法。根据对本系统的控制系统分析决定选用顺序控制设计法为本次设计方法。（详细顺序流程图请见附录2）43 下位机梯形图程序硬件设计确定之后，系统的控制功能主要通过软件实现。关键环节设计如下：图42 水泵电机启动如图42所示：按下水泵电机启动按钮,i00导通，q00为水泵电机输出，并自锁，i01为水泵电机停止按钮。i04是热继电器和液位继电器的常闭触点串联，如果其中有一个断开水泵就会立即停止工作。图43 按下停止按钮，动作完整个周期如图43所示：m14是用来实现在按下电磁阀停止按钮后不会立即停止工作，在5个电磁阀工作完当前工作周期后 才停止工作。m14是用电磁阀开始测试按钮和停止测试按钮来控制的。i04和上图同理。图44 初始步初始化程序：在顺序功能图中，只有当某一步的前级布是活动步时，该步才能可能变成活动步。如果用没有断电保持功能的变成元件代表各步，进入run状态时，他们均处于0状态，必须用开机时接通一个扫描周期的初始化脉冲sm01的常开触点作为转换条件，将初始步预置为活动步否则没有活动步，系统将无法工作见图44。s指令为置位命令，这条的梯形图的含义就是初始化脉冲把初始位m00置1。图45 电磁阀启动程序见图45：按下电磁阀开始测试按钮,i02导通，位存储器位m01置位，第一个电磁阀开始通电打开，接通延时继电器t37开始计时。并让m00复位。在此串联q00的常开触点是为了和水泵电机输出自锁，如果电机不启动，电磁阀就不能开始测试。如果测试中水泵电机停止。电磁阀测试过程也会被迫停止。图46 一个电磁阀开闭一个动作见图46：当时间继电器t37计时时间到，t37的常开触点导通，m02置位，时间继电器t38开始计时，并使m01复位。此时电磁阀一q01失电闭合，第一个电磁阀动作完成。时间继电器t38计时时间到，其相应的常开触点闭合，m03置位，电磁阀二开始通电闭合，时间继电器t39开始计时。与此同时m02复位。其后的电磁阀都是一样的设计思路，再次不再赘述。图47 计数器启动和复位见图47：本系统设计中使用了两个计数器。原因是一个计数器的最大值满足不了电磁阀耐久性实验的测试效果。因此需要两个计数器串联进行计数。测试效果由两个计数器决定：计数值 = c0 + c1 * co的最大值。 位存储器m12导通后，第五个电磁阀断电闭合，时间继电器t46开始计数，常开触点闭合后m13导通，计数器c0开始计数，当c0的计数当前值达到设定值后，c1就会计数一次。计数器的复位指令是电磁阀开始测试的启动按钮和停止按钮同时按下。图48 循环程序见图48为本次系统的反馈系统：位存储器m13导通后，如果当前计数结果没达到设定值、m14保持on状态而且水泵电机的输出值置1，则m01置位、m13复位，系统就会回到电磁阀一继续动作。当当前计数值达到了系统设定值了，或者按下了电磁阀停止测试按钮致使m14置off，则m13复位，同时m00置位，系统就会回到初始状态m00。(完整的梯形图请见附录3)44 程序调试为了保证系统能够顺利运行，我在试验是通过强制给定plc输入进行了调试，得到了预想的输出。见图49经调试后，证明plc程序无错误，都达到了预期效果，符合工艺要求。图49 仿真调试沈阳化工大学学士学位论文 第五章 上位机组态设计及系统联机统调第五章 上位机组态设计及系统联机统调可编程逻辑控制器在现场进行数据采集、处理和控制，要和上位机进行通讯，以交换系统运行产生的数据。在上位机中，监控软件的首要任务是实现与主控人员之间良好的人机接口，以文字和图形实时地反映了整个系统的运行现状。此外要及时地向下级plc传递系统的设定和操作命令。本系统上位机采用mcgs组态软件来实现相应功能15。51 mcgs组态软件mcgs(monitor and control generated system) 是一套基于windows 平台的，用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统。mcgs 为用户提供了解决实际工程问题的完整方案和开发平台，能够完成现场数据采集、实时和历史数据处理、报警和安全机制、流程控制、动画显示、趋势曲线和报表输出以及企业监控网络等功能16。mcgs 具有操作简便、可视性好、可维护性强、高性能、高可靠性等突出特点，已成功应用于石油化工、钢铁行业、电力系统、水处理、环境监测、机械制造、交通运输、能源原材料、农业自动化、航空航天等领域，经过各种现场的长期实际运行，系统稳定可靠17。 52 电磁阀耐久性测试系统人机界面设计521 mcgs组态画面设计当在用户窗口区创建完新窗口并命名为“电磁阀主程序”，双击进入并开始设计上位机图形画面。应用画面中的工具箱及项目内的图库即可做出本设计的画面。工具箱见图51：图51 工具箱双击图库内的元器件，则此元器件出现在组态界面的左上角。单击边线修改其大小并单击拖动到需要设计的相应位置，据此可做出本设计的组态画面设计见图52。图52 组态画面522 建立实时数据库和动画连接实时数据库是整个系统的核心，构件分布式应用系统的基础。选择实时数据库选项卡，点击新增对象。数据对象分为：开关型数据对象、数值型数据对象、字符型数据对象、事件型数据对象、组对象和内部数据对象。按设计需要对数据对象的属性进行设置。本设计实时数据库建立见图53： 图53 实时数据库建立完实时数据库，回到组态画面设计界面，双击元器件进行元器件和实时数据库的链接，在动画连接选项卡中进行动画连接设置，让画面“动起来”，使图形在画面上随plc数据的变化而活动起来。523 组态设备窗口设计在组态工作台界面中，进入设备组态窗口，在此窗口中通过设备工具箱添加通用串口父设备和西门子s7200ppi两个设备，然后把定义的变量与plc具体的i/o分配连接，完成设备连接，见图54。根据设备通讯要求和连接情况，完成对话框中相关的参数设置。同时完成通道连接和设备调试设置。s7_200plc在梯形图中的输入用i符号表示，但是因为mcgs中i寄存器只能设置为只读，所以要把梯形图中的输入i全部换成m的形式。防止上下位机不能实现通信。(a)(b)(c)图54 设备窗口设置53 系统联机统调首先打开西门子plc编程软件，再确认程序无误后，下载到plc，并使plc进入run状态。然后打开mcgs组态软件，确认设备地址与plc的下位机地址一致后，进入运行环境，经调试运行正常，能监控电磁阀耐久性试验的运行情况，达到控制要求。运行环境见图55：图55 mcgs运行界面沈阳化工大学学士学