《可编程控制器》课程设计-脉冲除尘器的PLC控制.doc

设 计 任 务 书可编程控制器课程设计全套设计加扣 3012250582设 计 题 目： 脉冲除尘器的PLC控制 学 院： 机电工程学院 学 号： 专业（方向）年级： 14电气工程及其自动化 学 生 姓 名： 福建农林大学机电工程学院2017年 2 月 20日可编程控制器课程设计任务书（一） 设计题目 脉冲除尘器的PLC控制（二） 情况简介水泥厂在生产中可产生大量的水泥粉尘，不但造成了空气污染，还严重地影响了操作工人的身心健康，改善现场的作业环境，可通过布袋式脉冲除尘器回收水泥粉尘。脉冲除尘器是在袋式除尘器的基础上改进的新型高效脉冲除尘器，综合了分室反吹各种脉冲喷吹除尘器的优点，克服了分室清灰强度不够，进出风分布不均等缺点，扩大了应用范围。脉冲除尘器是当含尘气体由进风口进入除尘器，首先碰到进出风口中间的斜板及挡板，气流便转向流入灰斗，同时气流速度放慢，由于惯性作用，使气体中粗颗粒粉尘直接流入灰斗。起预收尘的作用，进入灰斗的气流随后折而向上通过内部装有金属骨架的滤袋粉尘被捕集在滤袋的外表面，净化后的气体进入滤袋室上部清洁室，汇集到出风口排出。基于PLC的布袋除尘自动控制系统，该系统实现了除尘过程自动化，利用触摸屏可进行人机对话和远程监控，其除尘效率和自动化程度远远高于目前国内的同类除尘设备。（三） 设计要求（1）各个除尘器的电磁阀的控制时序。为使收尘系统阻力变化范围小，一般采用均匀间隔清灰的工作方式，即采用定时控制方式，各个除尘器的电磁阀的控制时序如图1所示：前室提升电磁阀脉冲电磁阀后室提升电磁阀脉冲电磁阀图1t0：脉冲电磁阀的启动延时，一般取2st1：提升电磁阀的工作时间，一般取8st2：脉冲电磁阀的喷吹时间，一般取0.13st3：室间隔时间，一般取17s（2）各个除尘阀的工作顺序。考虑到灰斗里绞刀负荷的均衡性、喷吹的有效性及减少清灰时的排放量，一般采用错开清灰的方式。各个脉冲电磁阀的工作顺序是： 1A3A5A2A4A1B3B5B2B4B1A（3）系统的工作方式。为检修和维护方便，每个电磁阀应有自动/手动两种工作方式，正常工作时采用自动方式：检修和维护时，采用手动方式。（4）在各个电磁阀工作期间，应有指示灯指示。（四） 设计步骤. 查找资料，了解和分析题目所要求具体工程项目控制的过程。. 确定I/O点数，选择PLC 的型号，并根据需要进行硬件系统配置。. 绘制外部I/O接线图及相关的电气原理图。. 编程。. 调试。. 编写设计说明书。（五） 设计说明书要求1. 完整的设计任务书。2. 确定I/O点数，选择PLC 的型号，完成系统组态或硬件配置。3. 正确合理地进行编程元件的地址分配。4. 画出输入/输出接线图及相关电气原理图。5. 设计梯形图控制程序。6. 编制系统的操作说明。7. 编制系统的调试说明及注意事项。8. 设计体会（可选）.9. 参考文献.（六） 列出设计参考资料目录设计时间 2017 年 2 月 20 日至 2017 年 3 月 4 日（2周）指导教师 张 翠 云 设 计 说 明 书可编程控制器课程设计设 计 题 目： 脉冲除尘器的PLC控制 学 院： 机电工程学院 学 号： 3145706037 专业（方向）年级： 14电气工程及其自动化 学 生 姓 名： 叶炳杰 福建农林大学电气工程系2017年 3月 1日目录目录11 引言21.1背景21.2设计内容及目的22 系统总体方案设计42.1 系统硬件配置及组成原理42.1.1系统硬件配置42.1.2 PLC系统的结构组成42.1.3脉冲除尘室组成原理52.2 系统变量定义及分配表52.3 系统接线图设计73控制系统程序设计83.1 控制程序流程图设计83.2 控制系统的设计思路及设计程序84、控制系统的上位机设计114.1 人机界面选择114.2 人机界面设计114.2.1工程创建114.2.2变量设置124.2.3画面组态134.2.4通讯设置145、系统调试及结果分析155.1 PLC程序调试及解决的问题155.2 PLC与上位机联调165.3 结果分析16结束语16参考文献：17附录：18附录一.实际拍摄图18附录二.梯形图程序：191 引言1.1背景 随着经济的发展，高楼大厦和公路的扩建越来越频繁。水泥在建筑中发挥着至关重要的作用，而在水泥生产中，往往会产生大量的粉尘。这些粉尘如果不加以处理，不仅会对环境产生严重的危害，还会对人体产生严重的影响。因此，在水泥生产中的粉尘处理尤为重要。 20世纪90年代初，分室控制技术采用PLC控制电磁阀切换，在聚四氟乙烯覆膜技术的支持下，反吹风大布袋和气箱脉冲技术得到了极大的发展。已可完全取代静电除尘器。2000年开工建设的都江堰拉法基水泥厂已全部采用布袋除尘器，2002年验收监测结果显示，所有收尘器排放浓度控制在20mg/Nm3以下，窑尾废气处理大布袋除尘器的排放浓度控制在10mg/Nm3以下，基本达到概念上的工业零排放程度。近年来由于干式脱硫技术的广泛应用，采用袋式除尘器的越来越多。特别是近年来滤料材质的改进，提高了布袋寿命，也拓宽了袋式除尘器应用范围。1.2设计内容及目的本次的课程设计的主题就是：脉冲除尘器的PLC控制。某水泥厂的球磨车间建有5个除尘室，每个除尘室安装了1台脉冲除尘器，每台脉冲除尘器有两个脉冲电磁阀（A阀和B阀）和1个提升电磁阀。在提升电磁阀工作期间，脉冲电磁阀才能工作。（1）各个除尘器的电磁阀的控制时序。为使收尘系统阻力变化范围小，一般采用均匀间隔清灰的工作方式，即采用定时控制方式，各个除尘器的电磁阀的控制时序如图1所示：前室提升电磁阀脉冲电磁阀后室提升电磁阀脉冲电磁阀 图1t0：脉冲电磁阀的启动延时，一般取2st1：提升电磁阀的工作时间，一般取8st2：脉冲电磁阀的喷吹时间，一般取0.13s（实际过程中为了便于观察，取2s）t3：室间隔时间，一般取17s（2）各个除尘阀的工作顺序。考虑到灰斗里绞刀负荷的均衡性、喷吹的有效性及减少清灰时的排放量，一般采用错开清灰的方式。各个脉冲电磁阀的工作顺序是： 1A3A5A2A4A1B3B5B2B4B1A（3）系统的工作方式。为检修和维护方便，每个电磁阀应有自动/手动两种工作方式，正常工作时采用自动方式：检修和维护时，采用手动方式。（4）在各个电磁阀工作期间，应有指示灯指示。2 系统总体方案设计2.1 系统硬件配置及组成原理2.1.1系统硬件配置（1） 起动，停止为输入变量；手动方式的控制也应为输入变量（2） 各个除尘室的提升阀指示灯，A阀指示灯和B阀指示灯为输出变量（3） 一共有17个输入变量；15个输出变量（4） 由于实验室的CPU型号是CPU224XP，为了调试方便，选择CPU224XP，考虑到输入输出裕量，拓展模块选择EM223（8DI/8DO）2.1.2 PLC系统的结构组成1）PLC由中央处理单元，存储器，输入单元，输出单元，电源五部分组成。其结构框图如图2-1。图2-1 PLC系统的结构框图2）中央处理单元（简称CPU）中央处理单元是PLC的控制中枢，核心部件，其性能决定了PLC的性能。组成：由控制器，运算器和寄存器组成，这些电路都集中在一块芯片上，通过地址总线，数据总线，控制总线，与存储器的输入，输出接口电路相连。3）存储器 存储器是具有记忆功能的半导体电路。4）输入单元 输入单元是PLC与工业生产现场被控设备相连的输入接口，是现场信号进入PLC的桥梁。5）输出单元 输出单元也是PLC与现场设备之间的连接部件，把输出信号送给控制对象的输出接口。6）电源2.1.3脉冲除尘室组成原理某水泥厂的球磨车间建有5个除尘室，每个除尘室安装了1台脉冲除尘器，每台脉冲除尘器有两个脉冲电磁阀（A阀和B阀）和1个提升电磁阀。在提升电磁阀工作期间，脉冲电磁阀才能工作。其操作面板如图2-2所示。图2-2 脉冲除尘室操作面板图2.2 系统变量定义及分配表根据不同控制要求，可以定义不同的变量名来代替外界发来的开关信号，并且合理的分配对应的变量，从而针对性的进行开关信号的转变，使程序的可读性增强，使程序在扩展方面更加方便。在我的设计方案中，I/O分配如表2-1、表2-2所示。表2-1 输入信号的定义及地址分配表控制信号信号名称地址编码元件名称输入信号启动开关I0.0常开开关脉冲电磁阀1AI0.1常开开关脉冲电磁阀3AI0.2常开开关脉冲电磁阀5AI0.3常开开关脉冲电磁阀2AI0.4常开开关脉冲电磁阀4AI0.5常开开关脉冲电磁阀1BI0.6常开开关脉冲电磁阀3BI0.7常开开关脉冲电磁阀5BI1.0常开开关脉冲电磁阀2BI1.1常开开关脉冲电磁阀4BI1.2常开开关提升电磁阀1I1.3常开开关提升电磁阀2I1.4常开开关提升电磁阀3I1.5常开开关提升电磁阀4I2.1常开开关提升电磁阀5I2.2常开开关停止开关I2.0常闭开关表2-2 输出信号的定义及地址分配表控制信号信号名称元件名称地址编码输出信号提升电磁阀1指示灯Q0.0提升电磁阀2Q0.1提升电磁阀3Q0.2提升电磁阀4Q0.3提升电磁阀5Q0.4脉冲电磁阀1AQ0.5脉冲电磁阀3AQ0.6脉冲电磁阀5AQ0.7脉冲电磁阀2AQ1.0脉冲电磁阀4AQ1.1脉冲电磁阀1BQ2.0脉冲电磁阀3BQ2.1脉冲电磁阀5BQ2.2脉冲电磁阀2BQ2.3脉冲电磁阀4BQ2.42.3 系统接线图设计接线图，是根据电气设备和电器元件的实际位置和安装情况绘制的，只用来表示电气设备和电器元件的位置、配线方式和接线方式，而不明显表示电气动作原理。主要用于安装接线、线路的检查维修和故障处理。 根据系统变量定义及分配表可以看出，要实现控制目的要利用PLC中的17个输入继电器和15个输出继电器，由于实验室的PLC型号为CPU224XP，所以本系统可以选用PLC型号为西门子S7200(CPU224XP)，这种机型的I/O点数分别为14/10；扩展模块选用EM223（8DI/8DO）；而输入部分的电压可以采用DC24V的直流电，输出部分的电压则必须采用AC220V的交流电，并且热继电器的辅助常闭触点要接在主线上，这样才能达到保护的目的。此脉冲除尘室控制的接线图可如图2-3所示。图2-3脉冲除尘系统接线图3控制系统程序设计3.1 控制程序流程图设计我设计的脉冲除尘室的各个脉冲电磁阀的工作流程如图3-1所示。在自动模式下，各个脉冲电磁阀应该按图示顺序工作，且能够循环。1AA3A5A2A4A1B3B5B2B4B图3-1 脉冲电磁阀的程序流程图 3.2 控制系统的设计思路及设计程序设计思路：我将整个脉冲除尘器分为两种控制方式：一种自动，一种手动。自动方式下，各个脉冲电磁阀应该按照预定的方式工作；而在手动方式主要是便于维修和检测，因此，当某一电磁阀处于手动方式时，应该使其脱离电路而不影响其他电磁阀的正常工作。因此，选用常闭开关，当手动时使常闭断开，电路不接通，电磁阀不工作。并且只有在提升阀工作时，电磁阀才能工作，其程序设计提醒他如图3-2 图3-2 手动方式程序设计图 自动方式下，各个电磁阀要依次工作，并且脉冲电磁阀必须在提升电磁阀工作的前提下才能工作。各个尘室有工作间隔，因此采用两个定时器，一个用于定时提升电磁阀的工作时间，另一个用于定时尘室的间隔时间。自动方式的工作顺序功能图如图3-3：图3-3 自动方式顺序功能图 当每次提升阀工作后，两秒后脉冲阀开始工作，因此可以只用一个定时器，使用比较指令来控制每次脉冲阀的工作时间。如图3-4 图3-4 比较指令控制程序 根据题意可知，一个提升阀下有两个电磁阀，A室和B室；因此无论是A还是B工作，提升阀都要正常工作才能确保A,B工作，其程序部分如图3-5： 图3-5 提升电磁阀指示灯-4、控制系统的上位机设计4.1 人机界面选择对于人机界面，我选择用组态王6.53软件来制作。4.2 人机界面设计4.2.1工程创建打开组态王6.53软件，点击新建工程，在弹出的窗口中进行设置，如图5-1：输入工程名，选择保存的位置；然后选在HMI型号为777A，通讯口选择COM1，PLC型号选择Siemens西门子，选在224XP PPI，点击下一步。在弹出来的窗口中选择自定义，系统提供几种窗口风格，选择自己喜欢的风格，点击下一步，创建窗口11 图5-1254.2.2变量设置控制信号信号名称地址编码元件名称输入信号启动开关V0.0常开开关脉冲电磁阀1AV0.1常开开关脉冲电磁阀3AV0.2常开开关脉冲电磁阀5AV0.3常开开关脉冲电磁阀2AV0.4常开开关脉冲电磁阀4AV0.5常开开关脉冲电磁阀1BV0.6常开开关脉冲电磁阀3BV0.7常开开关脉冲电磁阀5BV1.0常开开关脉冲电磁阀2BV1.1常开开关脉冲电磁阀4BV1.2常开开关提升电磁阀1V1.3常开开关提升电磁阀2V1.4常开开关提升电磁阀3V1.5常开开关提升电磁阀4V2.1常开开关提升电磁阀5V2.2常开开关停止开关V2.0常闭开关控制信号信号名称元件名称地址编码输出信号提升电磁阀1指示灯Q0.0提升电磁阀2Q0.1提升电磁阀3Q0.2提升电磁阀4Q0.3提升电磁阀5Q0.4脉冲电磁阀1AQ0.5脉冲电磁阀3AQ0.6脉冲电磁阀5AQ0.7脉冲电磁阀2AQ1.0脉冲电磁阀4AQ1.1脉冲电磁阀1BQ2.0脉冲电磁阀3BQ2.1脉冲电磁阀5BQ2.2脉冲电磁阀2BQ2.3脉冲电磁阀4BQ2.4表4-1 上位机输入、输出变量4.2.3画面组态我的人机界面具体分为两个界面：进入程序界面和进入工作界面（如下图）。图4-2 进入程序界面图图4-3 进入工作界面图图4-3为开机显示的主界面图，我设置了15盏指示灯。此页面仅有一个进入工作界面按键，此设计是为了最大可能地减少误触。点击进入工作界面按键后跳转至如图4-3所示工作界面。此界面有一个启动按钮和一个停止按钮，同时也有15盏工作指示灯，用来指示当前工作的除尘室。此界面还有15个手动按钮，可用来将除尘室脱离工作。起动后，可点击返回按钮退回主页面来显示各个除尘室的工作状态，待要停止和切除除尘室再进入工作界面。4.2.4通讯设置将显示屏连电脑后，要进行通讯设置，把文件下载到显示屏。选择USB线，操作如图4-4： 图4-45、系统调试及结果分析5.1 PLC程序调试及解决的问题根据设计思路利用V4.0 STEP7 Micro WIN SP9软件编写程序，经过编译确认无误后，导出程序，接着打开S7-200仿真软件，选择CPU型号为224XP，拓展模块选用EM223(8DI/8DO)，在工具栏程序中装载之前导出程序块和数据块，点击监视器和运行按钮，就可进行仿真模拟。（也可以在实体机上进行通信-下载-运行，利用监控与状态表来判断正误。）PLC程序的调试是我们写程序中相当关键的一步，调试不仅可以帮我们检查程序的正误及如何改进，而且还能提前让我们了解我们所编程序的最终效果。利用S7-200仿真软件调试如下图（图5-1）。图5-1 仿真图调试过程中遇到的问题及解决方法：在仿真软件的调试过程中，一切都进行得很顺利。但是在实际的PLC上调试时，却出现了M0.0和M1.3等多位同时为1的情况，甚至到了后面程序乱掉。原来，在实体机中，M继电器在没有断电的情况下不会主动复位 ，因此，加了一条复位指令如图5-2： 图5-2 添加的指令5.2 PLC与上位机联调上位机我是采用组态王6.53来编写，人机界面中根据下位机PLC的程序新建一些I/O变量，这些变量需要添加进PLC程序中，才能进行PLC与上位机的联调。（添加后的程序见附录）PLC与上位机的联调：首先在实验室将线路接通后，在V4.0 STEP7 Micro WIN SP9中打开程序，进行程序的通信，并下载程序，随后运行程序，关闭V4.0 STEP7 软件。紧接着，打开组态王软件，选择自己的工程，点击VIEW，运行自己创建的人机界面。联调时，第一，点击进入工作界面的按键，在点击启动按键，观察灯是否按照预期的顺序自动点亮；第二，点击屏幕上的手动按