【《多种液体自动混合系统的硬件和软件设计案例》4400字】

多种液体自动混合系统的硬件和软件设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u452多种液体自动混合系统的硬件和软件设计案例 110497第1章多种液体自动混合系统的硬件设计 1193111.1硬件结构简图 1319131.2硬件选型分析 2155141.2.1PLC选型 2272261.2.2变频器选型分析 379551.2.4液位传感器的选型分析 4294171.2.5温度传感器的选型分析 4239551.2.6触摸屏的选择 6303371.3本次系统设计的主要硬件清单 6160371.4PLC的外部接线图 75217第2章多种液体自动混合系统的软件设计 750912.1程序编程介绍 7127182.2PLC的I/O表地址分配 9266332.3绘制控制流程图 9101652.4PLC控制系统梯形图的编写 11191152.5程序在线仿真 16238822.5.1程序调试要求 1637322.5.2程序的在线模拟调试 16276982.6组态画面设计 17第1章多种液体自动混合系统的硬件设计1.1硬件结构简图本次设计的多种液体自动混合系统硬件主要由以下部分组成：输入端：按钮开关、液位开关、温度传感器、触摸屏等；控制端：可编程序逻辑控制器、变频器、；输出端：指示灯、电机等、加热器、电磁阀；本次系统设计的系统结构简图如下图所示：图1.1多种液体自动混合控制系统硬件简图1.2硬件选型分析1.2.1PLC选型在PLC的选用中具有代表性的两个品牌主要有德国的西门子和日本的三菱两个品牌。其在梯形图的绘制过程中指令以及编程方式有一定区别，西门子因其指令模块化，其中包含了诸多的子程序库，在编写程序时简洁明了，利于相关设计人员进行编写检查，而三菱的PLC相对西门子的PLC其指令虽然简单容易理解，但是在程序很大时，难以直观的简单的阅读程序的思路内容。综合比较两种可编程逻辑控制器，西门子的PLC在模拟量的方面由于三菱的PLC，而在步进电机伺服电机进行控制时，三菱的指令相对简单，优于西门子。本次设计的多种液体自动混合系统主要是控制剥线轮的运动和裁切机构的裁切，较为简单，所以本次选择使用质量较为间接的西门子PLC。常用的西门的系列的PLC主要是S7-200、S7-300系列的PLC，S7-300偏向于中大型的工程设计，本次设计的多种液体自动混合系统相对较小，兼顾成本需要，S7-200小型PLC完全满足要求。所以本次设计采用的可编程序逻辑控制器采用S7-200系列的PLC。在此系列的PLC中其型号有222、224、226等常用CPU型号，其主要区别是I/O点的不同和个别指令功能的不同。其中在选择PLC的输入输出点时要留有一点裕量，经过分析本次设计需要的输入点6、输出点8。经分析本次选择PLC型号为S7-200224CPU，其中输入点的个数为14个、输出点的个数为10个。满足设计要求。本次设计的PLC外观图如下所示。图1.2S7-200CPU224PLC外观图1.2.2变频器选型分析1、变频器的控制原理简述变频器的工作原理是通过对控制电力半导体的通断，将工频的电源转化为另一频率的电源，其控制方式是采用交流-直流-交流的方式实现的，先通过整流器将交流电源转换为直流电源，在通过逆变把直流电源转化了可以调节的电压或者频率来控制电动机。其经过了整流-中间直流-逆变-控制等过程。整流部分为三相桥式不可控整流器，逆变部分为IGBT三相桥式逆变器，且输出为PWM波形[16]。如图1.2所示。图1.3变频器的基本组成2、变频器的选择本次变频器主要是控制搅拌电机的速度，对变频器要求不高，实现搅拌电机的加减速、变速即可，本此选择西门子变频器M440，该款变频器适合对电机的速度和转矩控制，控制方式下功率范围为120W~200KW，使用范围广。本次设置使用的端子接口为P1001、P1002、P1003，实现电机的多段速控制。图1.4M440外观图1.2.4液位传感器的选型分析液位传感器是一种对水进行检测，并通过水介质的变化产生并传送一定的信号，如电信号或者模拟信号，用以控制相应的负载进行动作执行。本次设计的水利闸门控制系统采用开关量信号的液位传感器，这种传感器根据水位的变化实现电信号的通断，实现对水位的确定，本次使用型号为MIK-P260具有50ms快速相应，并且结构小巧，寿命较高，更换较为简单。其外观图如下所示。图1.5液位传感器外观图1.2.5温度传感器的选型分析温度传感器是一种较为常用的温度检测元件，主要是对中低温区内温度的测量，其运行原理是通过金属的特性实现的，即金属电阻值随着温度的升高而增加，进而实现对温度的测量。其主要金属材料有铜和铂两种金属材料，其中铂的测量精度较高，适合较为精密的温度测量。在温度传感器温度传感器的接线中主要有三种：两线制、三线制、四线制。其中两线制讲就是在温度传感器的两端连接两根线，通过对电路的连接实现对温度的测量，这种方式由于两线制存在电阻误差较大，线越长误差越大，这主要受到连接线的长度和材质有关，所以此种温度传感器主要用于温度精度较低的环境中测量。三线制实在热电子传感器的一侧引出两根线，组成三线制的方式，这种方式有些的避免了引线电阻的干扰，使用较为广泛。四线制是在温度传感器两端各输出两根线组成四线，其中两根线加上电流，通过电阻转化为电压，将电压再引入控制器中，这样完全消除了引线对电阻阻值的影响。通过对上文分析以及资料的查阅，选择本次的温度传感器温度传感器型号为：WZP-PT100温度传感器。测量范围：-200-600摄氏度；引线材质：不锈钢内玻璃线，2层高温保护四线制；优势：采用高精度不锈钢耐火纤维线，可以在4-500摄氏度温度下长时间运行，适用于各种中高温度下的测量。图1.6温度传感器外观图1.2.6触摸屏的选择在上文对PLC的介绍中介绍了可编程序逻辑控制器的外接接口单元，其中就可以连接上位机触摸屏部分，触摸屏在目前工业控制过程中使用越来越广泛，其可以代替输入接口信号输入诸如按钮开关的，使其使用PLC内部的中间继电器代替输入端子，减轻后期复杂的接线环节，使其集中在一个屏幕中操作，并增加了其美观程度和简洁性。触摸屏还可以实现目前状态参数的显示，并且可以动画连接PLC实现目前工作流程的动态读取，对报警、检测内容的存取可显示，其使用程度越来越广泛。目前经常使用的触摸屏有昆仑通泰的和威纶的触摸屏，其性价比较高，在我过工业控制行业中使用较为广泛。由于本次多种液体自动混合系统不大，选择性价比较高的7寸屏作为本次设计的触摸屏完全满足要求。选择威纶的型号为TK6071IQ作为本次设计的触摸屏。其外观图如下所示：图1.8触摸屏外观图1.3本次系统设计的主要硬件清单表1.2主要电气设备清单名称型号规格PLCS7-200224按钮开关LA8-11D/2094,DC24V触摸屏TK6071IQ液位传感器MIK-P260温度传感器WZP-PT100变频器M4401.4PLC的外部接线图外部接线图的绘制的目的主要是方便以后对系统的外部线路的接线，后期维修维护的惨老记录，在上属合理配置I/O表后，外部接线图更深一层的展现各输出输出端的输入元件和输出负载的情况，其控制线路的连接方式，是在系统设计过程中必不可少的部分，不仅可以在实际工作中指导工作方法，而且是设备后期存档的必要文件。本次使用CAD软件对外部接线图进行绘制，绘制的外部接线图如下所示，详查源文件。图1.10PLC外部接线图（详见源文件）第2章多种液体自动混合系统的软件设计2.1程序编程介绍基于西门子PLC开发的专用程序设计软件STEP7-Micro/Win经历了多个版本的更替，程序设计能力原来越强大，可以实现对程序的编写，程序运行的实时监控，程序的上载与下载，实现用户的信息交流。通过PC/PPI通讯电缆可以实现电脑与可编程序逻辑控制器的通信。编程软件的主界面主要包括一下几个方面：用户窗口、指令树、工具条、输出窗口、状态条、信息栏等部分。在S7-200系列PLC支持的指令集有SIMATIC和IEC1131-3两种方式，其中使用SIMATIC指令集编写程序时简单方便快捷，可以使用LAD、STL、FBD三种方式供设计者选择。目前可编程序逻辑控制器在工业控制中应用十分广泛，它的出现在一定程度上取代了继电器的控制方式，将工业控制变得更加简单、高效、智能。可编程逻辑控制器内部集成了诸多中间继电器、时间继电器、计时器并包含诸多的指令，设计人员就是在此基础上通过对梯形图的编写，使用不同的指令将若干内部继电器串联起来从而形成特定的逻辑关系，负载改变负载端的输出状态，使其满足运行要求。其中输入端和负载段可以实现与多种不同电气元件的连接，比如温度传感器、形成开关、光电开关等可以与输入端连接对环境温度进行检测并将特定的信号传入控制器，经过控制器编写的逻辑命令关系控制负载端的输出，在负载段可以与指示灯、接触器、继电器、步进电机控制器、温控器等原件进行连接，实现对相应动作的执行，实现对工业设备以及流水线的控制。图2.1编程软件窗口图2.2PLC的I/O表地址分配在对程序编写前，需要对输入端和输出端合理分配，合理分配I/O表不仅可以使得程序编写、修改清晰方便，而且可以防止在程序编写时漏编，并能防止在编写程序时出现多线圈的错误，是程序编写的重要步骤，可以提高程序编写的质量，本次设计留有一定输入端和输出端的设计裕量，经过对程序运行步骤的分析，从而进行以下I/O表的分配，并绘制以下表格。表2.1I/O分配表输入信号输出信号名称代号输入点编号名称代号输出点编号程序启动SB1I0.0搅拌电机正转变频器端子Din2YA1Q0.0液位开关L1SA1I0.1液体A电磁阀YV1Q0.1液位开关L2SA2I0.2液体B电磁阀YV2Q0.2液位开关L3SA3I0.3液体C电磁阀YV3Q0.3程序停止SB2I0.4液体D电磁阀YV4Q0.4温度开关SAI0.5加热棒YV5Q0.5变频器段速1Din3YA2Q0.6变频器段速2Din4YA3Q0.72.3绘制控制流程图系统控制流程图的绘制其主要作用是用图表的形式将控制流程通过箭头指向展现出来，表明其动作先后顺序和包含关系等，可以明确程序设计的思路，是程序设计的先头兵，十分关键。一个程序的好坏跟系统控制流程图的设计十分关键，一个好的程序流程设计不仅可以简化后期程序，而且可以避免后期编写程序时不必要的错误，使程序的编写事半功倍。绘制本次程序流程图如下图所示。图2.2控制流程图2.4PLC控制系统梯形图的编写经过编写程序前对控制流程图、I/O表分配、硬件设备确定以及选型后，根据以上选择选择适合本次硬件、程序流程的指令对程序进行编写，本次编写的梯形图如下图所示。图2.3程序梯形图2.5程序在线仿真2.5.1程序调试要求在程序编写完成后需要进行程序的调试，程序的调试分为模拟调试和现场调试两部分。在对程序调试前有诸多要求，比如环境的要求，调试方法的要求等。在对调试的环境方面选择接近现场工况的环境，避免电磁干扰，如实际环境电磁干扰强烈，使用一定的手段对干扰进行屏蔽，比如进行防护套的使用或者使用屏蔽线。因为在实际的控制过程中一些脉冲信号等在收到电磁干扰后会出现丢失的现象，比如我们在控制步进电机伺服电机时，如果脉冲信号收到电磁干扰，就会出现丢步的现象发生，使得位置控制十分不准确。调试时避免线缆过长，从而收到干扰的能力减弱。在程序调试时，应分块、分功能对程序进行调试，在每一部分程序调试通过后，在整体进行调试，有助于对程序的检查和发现程序不足的地方，必须要遵循先分后总的原则。2.5.2程序的在线模拟调试本次使用在线模拟调试软件，S7-200仿真器进行仿真，其主要的步骤是打开软件，选择相应的型号、模块，然后载入程序，在装载程序完成后，其仿真方式方法和实际