PLC课程设计完整版DOC.docx

1、PLC课程设计完整版DOC一、课程设计目的和任务1.1设计目的PLC课程设计A教学的主要任务是在学生修完可编程序控制器 A理论课 程后，进行的实践教学。 通过课程设计既能验证所学的基本理论知识， 同时也可 以培养学生的基本操作技能与设计能力， 使课堂上所学理论知识得以在实践中运 用，做到“学以致用”的教学目标。主要做到以下几点：1） 掌握可编程序控制器在本专业上具体应用的设计过程和实现方法；2） 加深对可编程序控制器原理、应用、编程的进一步理解；3） 结合对有关顺序控制系统和保护控制系统的可编程序控制器的实现过程加深对PLC控制系统的理解与掌握；4） 拓展可编程序控制器及其在相关行业中应用的相

2、关知识。1.2 设计任务 本次设计的主要任务是在研究喷雾干燥塔系统的工艺流程的基础上，基于M340 PLC 对喷雾干燥塔控制系统硬件设计，编写喷雾干燥塔控制系统下位机软 件，并对控制系统进行调试。 本课程设计为后续实践课程 计算机控制系统课程 设计的下位机部分，并与计算机控制系统课程设计的上位机程序设计组成 一套完整的计算机控制系统实践环节体系。二、控制对象喷雾干燥塔的分析2.1喷雾干燥塔背景描述 喷雾干燥塔将液态的料浆经喷枪雾化后喷入干燥塔内， 干燥塔利用燃料燃烧 的能量将鼓风机送入的空气进行加热 ; 热空气在干燥塔内将雾化的料浆干燥为超 细颗粒粉态成品。 粉状成品在塔内利用旋风分离原理从热

3、空气中分离出来， 有塔 的底部翻版阀定期排入收集袋中的合格原料。 热空气则通过布袋除尘器除尘后排 除。喷雾干燥塔控制系统主要由燃烧、干燥、投料、除尘等几个主要部分组成。 主要用于把液态原料制备成固体粉末原料的设备。 它被广泛得使用于化工、 食品、 陶瓷等诸多行业， 作为原料或成品加工的设备， 该设备一般都作为一套相对独立 的系统进行成套供应。2.2 喷雾干燥塔工艺流程简介喷雾干燥塔P&ID图如图1-1所示。按工艺流程，喷雾干燥塔控制系1-1喷雾干燥塔 P&ID图2.3燃烧系统燃烧系统的主要设备有供油泵、增压泵、溢油阀、油包、截止阀、调节阀、 点火变压器、火检探头、助燃风机等。当系统启动后，供油

4、泵运转，燃油通过溢油阀在回路中运行，这样第一可以 加快点火时候的系统响应速度，第二可以检测回路的工作是否正常。 按下点火按 钮后，助燃风机启动，进行五分钟的吹扫（吹扫风量定为额定风量的 35%-50%过程在吹扫的同时点火，可以把残留的可燃物燃烧掉，防止在点火的时候由于可 燃物过多，导致爆炸事故。吹扫结束后开增压泵开始投油，投油负荷定为额定负 荷的45%投油30s后断点火变压器，此时火检，若火检输入信号为 1则说明点火成功，继续投油保持燃烧，然后再升负荷。若火检信号为 0,则说明点火不成功，立即停止投油，助燃风机进行吹扫五分钟，为下一次的点火做好准备。主油 回路采用双电磁阀串联的目的为保持截止的

5、可靠性， 燃料调节阀和助燃风机调节 阀联动，使风和燃料的按比例变化。2.4干燥系统干燥系统的主要设备有鼓风机、干燥塔、除尘器、排风机。在干燥系统中， 鼓风机将空气送入换热器中加热， 热空气进入干燥塔干燥所 需物质，接着干燥塔出口的热空气进入除尘器进行除尘， 最终通过排风机排入大 气。系统启动的时候运行鼓风机和排风机， 因为提前开不影响系统的安全性， 同 使在点火的初期还有保护加热器的作用。 同样在停止系统的时候最后停风机， 同 样使保护作用。在干燥系统中， 涉及到空气温度和干燥塔内负压控制。 温度的控制包括热空 气进口温度、 烟气出口温度、 干燥塔出口温度， 其中热空气进口温度是调节燃油 量（

6、即燃油调节阀的开度）的主要依据。干燥塔的负压是改变排风机转速（主要 通过变频器实现） 的主要依据， 干燥塔的出口温度是给料多少的主要依据， 当排 烟温度超过一定温度的时候声光报警，等待运行人员确认。2.5投料系统投料系统的主要设备有料浆灌、溢流阀、电磁阀、料浆泵、喷雾装置。投料系统在点火成功后， 温度满足一定数值的时候， 启动料浆泵 ，经过雾化， 喷入干燥塔， 物料经干燥后从下面的排出合格产品。 同时，根据控制目标自动增 / 减料枪，保证干燥效果。投料系统的主要控制信号为料浆出口压力， 根据干燥内负压和温度控制料浆 出口压力在一定范围内，以确保料浆的雾化效果。2.6除尘系统除尘器属于喷雾干燥塔

7、的外围设备， 除尘器外壁布置了三只 气锤，内部设置 八个除尘布袋 实现对出塔空气的过滤除尘。除尘系统为达到除尘效果要求气锤按固定的时间间隔对塔外壁进行振打， 同 时 8 只布袋按固定的时间间隔进行反吹。 除尘器布置在干燥塔旁， 在负压控制中 可以考虑到除尘器的反吹会造成干燥塔塔内负压的明显波动。 此时应该禁止负压 检测信号的信号输出，在反吹过后回复正常以后，再解除信号的输出指令。三、 控制系统的硬件设计3.1喷雾干燥塔控制功能描述良好的控制系统的主要指标是安全和经济， 本次课程设计控制对象喷雾干燥 塔的控制目标是在安全的前提下确保对象的工艺参数稳定， 并以安全作为优化目 标。针对该喷雾干燥塔所

8、提出的控制要求主要有以下方面的考虑： 顺序启动功能、 安全停机功能、自动点火功能、熄火保护功能、系统安全保护功能、状态监测和 自动报警功能、 自动投入油枪和撤除油枪功能、 自动温控功能、 设备离线强制启 停功能、指示灯测试功能、 模拟量控制功能等。 喷雾干燥塔控制系统需要实现的 主要功能如下：（1）、自动顺序启动功能 系统可实现顺序启动。 程序能够实现排风机，鼓风机，助燃风机，供油泵， 增压泵的顺序启动。（2）、安全停机功能可以自动按供油泵， 电磁阀， 助燃风机的顺序停止系统。 停机过程中提供自 动吹扫和系统自动复位功能。（3）、 自动点火功能 实现系统安全点火。点火条件成立时有灯指示，此时按

9、下“点火”按钮并保 持 2 秒钟以上，可自动实现安全点火； 不具备点火条件时， 没有灯指示， 操作“点 火”按钮，系统不予响应。（4）、熄火自动保护功能点火过程和正常运行中因出现熄火信号， 系统能自动保护设备安全， 并恢复 到点火准备状态。（5）、系统安全保护功能 系统出口超温保护。出口温度超过规定的故障限值 5 秒，打开“紧急排放阀”； 出口温度超过故障限值 1 分钟，执行“自动停机”以保证系统安全。（6）、状态检测和自动警报功能 系统进口温度，出口温度，排烟温度，塔内塔内负压，料浆压力异常时提供 光字牌提示和声音报警，并具有报警保持，等待确认功能（7）、自动投入喷枪和撤除喷枪功能。 在“自

10、动模式”下，当投料温度升高时增加燃烧量，温度升高到一定值，自 动增加一根喷枪； 当投料温度降低时减少燃烧量， 温度降低到一定值时自动减少 一根喷枪。(8)、指示灯测试功能在任何情况下，系统都可以检测指示灯是否能够正常使用，按下“灯测试” 按钮，所有指示灯点亮，取消“灯测试”按钮，所有指示灯回复原状态。(9)、点火之后系统进入手动控制，当满足一定条件后系统自动切换到自动 控制。3.2控制网络拓扑图3.3控制系统的I/O清单(1)、离散量输入名称 注释 -地址 1值类型 FYZCJHt乐1卜结m. 1.00EBOOL小火位置KI0 1.01EBOOL D删大火位置%I0.1 02EBDOL YYZ

11、C油压正窜KIO. 1.03EBOOL* KOT火焰伏态KIO 1.04EBOOL UIDG料浆压力高%I0.1 05EBDOL LJYLD料将压力低监 0 1.06EBOOL JTZL急停指令灿imEBOOL KFFJ开排凤机%I0.1 0TEBDQL DHZL点火指令KJO 1 OBEBOOL BJQR报髻确认OO 1.09EBOOL KGFJ开戢凤机ao. i 09EBOOL SZB手自动%I0.1.10EBOOL KS开始00 1. 11EBOOL JT急停HO. 1 12EBDOL兀解除%I0.1. 13EBOOL QR 确认00 1 14EBOOL DCS(2)、模拟量输入灯测试粗

12、a i isEBDOL名称 1注釋 -;地址佰类型 im阳气温度%IY0. 3.00INTa mn进口溫度OTO 3.01INT* FY负压mo 3.02IHT PFWD排风漏度mo. 3.03IHT(3)、离散量输出注釋地址值类型 CKWBYC出口温度异常m.z.ooEBOOL RLZYB嬢料増压泵SQ0.2 01EBOOL JCTDYC进口温度异常VQO.2,02BBOOL* GZTFTYC干燥塔负压异常m.2.03EBOOL* FYWDG排烟温度高58QO.2 04EBOOL熄火报書W.2.05EEOOL DHXK点火许可W.2.06EBOOL CSJXZ吹扫进行中m.2.07EBOOL

13、 XTZEWB系纸確备完毕W.2. 08EBOOL BTSY报警声音W.2. 09EBOOL ZRJJ肋燃凤机W-2. 10EBOOL RLDCF燃料电昭阀TO. 2. 11EBOOL.RLB燃料泵Q0-2. 12EBOOL BHEYQ点火喪压器W-2. 13BBCOL JJTFFW.2. 14EBOOL* UB聊浆泵58QO.2 ISEBOOL FQA喷枪AW ?. 16EBOOL PQB喷枪BW.2. 17EBOOL FQC喷枪CQ0.2 16EBOOL QCA气謹人%Q0.2. 19EEOOL QCB气褲BW.2 0EBOOL QCC气锤GSQO-2. 21EBOOL FFJ排风机W.2

14、. 22EBOOL GFJ鼓凤机W.2. 23EBOOL BDZT1布袋状态1XQO-2.24EBOOL BDZT2布揍状态仝W.2. 24EBOOL BDZT3布袋执态3KQ0.2 26EBCOL BDZT4布袋状态4W Z. 26EBOOL SDFFT手动排风机W.2. 2SEBOOL SDGFJ手动哉凤机1SQ0.2. 29EBCOL(4)、模拟量输出名称 |注釋 |地址佰类型 GFJTflMSC鼓凤机模拟输出mo. 4.oiINT KSTJ燃烧调节5CQY0. 4.00IHT3.4 PLC的选型报告在PLC系统设计时，首先应确定控制方案，下一步工作就是PLC工程设计选型。工艺流程的特点

15、和应用要求是设计选型的主要依据。 PLC及有关设备应是集成的、标准的，按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则 选型所选用PLC应是在相关工业领域有投运业绩、成熟可靠的系统，PLC的系统 硬件、软件配置及功能应与装置规模和控制要求相适应。熟悉可编程序控制器、 功能表图及有关的编程语言有利于缩短编程时间， 因此，工程设计选型和估算时，应详细分析工艺过程的特点、控制要求，明确控制任务和范围确定所需的操作和 动作，然后根据控制要求，估算输入输出点数、所需存储器容量、确定 PLC的功 能、外部设备特性等，最后选择有较高性能价格比的 PLC和设计相应的控制系统。1 输入输出（ I/O ）

16、点数的估算I/O 点数估算时应考虑适当的余量，通常根据统计的输入输出点数，再增加10%- 20%勺可扩展余量后，作为输入输出点数估算数据。通过分析本控制系统包 含 13 个开关量输入端口， 28 个开关量输出端口， 4 个模拟量输入端口。所以本 控制系统选择 16个开关量输入端口， 32 个开关量输出端口， 4 个模拟量输入端 口的 PLC。2.存储器容量的估算存储器容量是可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小， 程序容量是 存储器中用户应用项目使用的存储单元的大小，因此程序容量小于存储器容量。 设计阶段，由于用户应用程序还未编制，因此，程序容量在设计阶段是未知的， 需在程序调试之后才知道

17、。 为了设计选型时能对程序容量有一定估算， 通常采用 存储器容量的估算来替代。存储器内存容量的估算没有固定的公式，许多文献资料中给出了不同公式， 大体上都是按数字量 I/O 点数的 10 -15倍，加上模拟 I/O 点数的 100倍，以此 数为内存的总字数（ 16位为一个字），另外再按此数的 25%考虑余量。3.控制功能的选择该选择包括运算功能、控制功能、通信功能、编程功能、诊断功能和处理速 度等特性的选择。（1） 运算功能此控制系统PLC的运算功能包括逻辑运算、计时、计数功能、比较等运算功 能，同时还有模拟量的运算和处理功能。（2） 控制功能本控制系统的控制功能主要为PLC顺序逻辑控制和模拟

18、量的控制。（3） 通信功能本控制系统的PLC应支持多种现场总线和标准通信协议（如 TCP/IP）,需要 时应能与工厂管理网（TCP/IP）相连接。通信协议应符合ISO/IEEE通信标准， 应是开放的通信网络。PLC系统的通信接口应包括串行和并行通信接口 （ RS2232C/422A/423/485） RIO通信口、工业以太网、常用 DCS接口等；大中型PLC通信总线（含接口设备 和电缆）应 1：1 冗余配置，通信总线应符合国际标准，通信距离应满足装置实 际要求。本控制系统的PLC通信接口选择以太网。（ 4）编程功能PLC的编程有离线编程和在线编程两种，设计时应根据应用要求合理选用。离线编程方式

19、：PLC和编程器公用一个CPU编程器在编程模式时，CPU只为 编程器提供服务， 不对现场设备进行控制。 完成编程后， 编程器切换到运行模式， CPU寸现场设备进行控制，不能进行编程。离线编程方式可降低系统成本，但使 用和调试不方便。在线编程方式：CPU和编程器有各自的CPU主机CPU负责现 场控制，并在一个扫描周期内与编程器进行数据交换， 编程器把在线编制的程序 或数据发送到主机， 下一扫描周期， 主机就根据新收到的程序运行。 这种方式成 本较高，但系统调试和操作方便，本控制系统的 PLC常采用此编程功能。同时应具有五种标准化编程语言：顺序功能图（ SFQ、梯形图（LD）、功能 模块图（FBD

20、三种图形化语言和语句表（IL ）、结构文本（ST）两种文本语言。（ 5）诊断功能PLC的诊断功能包括硬件和软件的诊断。硬件诊断通过硬件的逻辑判断确定硬件 的故障位置，软件诊断分内诊断和外诊断。通过软件对PLC内部的性能和功能进 行诊断是内诊断，通过软件对PLC的CPU与外部输入输出等部件信息交换功能进 行诊断是外诊断。PLC的诊断功能的强弱，直接影响对操作和维护人员技术能力的要求，并影 响平均维修时间。（ 6）处理速度PLC采用扫描方式工作。从实时性要求来看，处理速度应越快越好，如果信 号持续时间小于扫描时间，则 PLC将扫描不到该信号，造成信号数据的丢失。处理速度与用户程序的长度、CPU处理

21、速度、软件质量等有关。目前， PLC 接点的响应快、速度高，每条二进制指令执行时间约 0.20.4LS，因此能适应控制要求高、相应要求快的应用需要。扫描周期（处理器扫描周期）应满足：小 型PLC的扫描时间不大于0.5ms/K;大中型PLC的扫描时间不大于0.2ms/K。4. 机型的选择(1) PLC的类型PLC按结构分为整体型和组合型两类，按应用环境分为现场安装和控制室安 装两类；按CPU字长分为1位、4位、8位、16位、32位、64位等。从应用角 度出发，通常可按控制功能或输入输出点数选型。整体型PLC的I/O点数固定，因此用户选择的余地较小，用于小型控制系统； 组合型PLC提供多种I/O卡

22、件或插卡，因此用户可较合理地选择和配置控制系统 的 I/O 点数，功能扩展方便灵活，一般用于大中型控制系统。本控制系统的PLC机型选择组合型。( 2)输入输出模块的选择输入输出模块的选择应考虑与应用要求的统一。对输入模块，应考虑信号电 平、信号传输距离、信号隔离、信号供电方式等应用要求。对输出模块，应考虑 选用的输出模块类型， 通常继电器输出模块具有价格低、 使用电压范围广、 寿命 短、响应时间较长等特点； 可控硅输出模块适用于开关频繁， 电感性低功率因数 负荷场合，但价格较贵，过载能力较差。输出模块还有直流输出、交流输出和模 拟量输出等，与应用要求应一致。可根据应用要求，合理选用智能型输入输

23、出模块，以便提高控制水平和降低 应用成本。 同时考虑是否需要扩展机架或远程 I/O 机架等。( 3)电源的选择PLC的供电电源，除了引进设备时同时引进PLC应根据产品说明书要求设计和选 用外，一般PLC的供电电源应设计选用220VAC电源，与国内电网电压一致。重 要的应用场合，应采用不间断电源或稳压电源供电。(4)存储器的选择 由于计算机集成芯片技术的发展， 存储器的价格已下降， 因此， 为保证应用项目 的正常投运，一般要求PLC的存储器容量，按256个I/O点至少选8K存储器选 择。需要复杂控制功能时，应选择容量更大，档次更高的存储器。( 5)冗余功能的选择a.控制单元的冗余 b . I/O

24、接口单元的冗余( 6)经济性的考虑选择PLC时，应考虑性能价格比。考虑经济性时，应同时考虑应用的可扩展 性、可操作性、投入产出比等因素，进行比较和兼顾，最终选出较满意的产品。输入输出点数对价格有直接影响。每增加一块输入输出卡件就需增加一定的 费用。当点数增加到某一数值后，相应的存储器容量、机架、母板等也要相应增 加,因此，点数的增加对CPU选用、存储器容量、控制功能范围等选择都有影响， 同时，在估算和选用时应充分考虑，使整个控制系统有较合理的性能价格比。综合以上条件，我们选择M340PLC配置清单如图所示序 号名称型号规格单位数量模块说明1机架BMXXBP0600块16槽机架，电源不占槽位2电

25、源模块BMXCPS3500块1高功率电源模块，36W,100-240V AC 输入3CPU莫块BMXP342020块1BMXP34高性能CPU内置USB 口，Modbus Ethernet TCP/IP4开关量输入模 块BMXDDI1602块1离散量DC俞入模块，16点输 入 24VDC 漏型，IEC3 类，20 点端子块5开关量输出模 块BMXDDO3202K:块1离散量DC俞出模块，32点输 出24VDC晶体管，0.1A源型， 通道间诊断和保护，1X FCN41 点端子块6模拟量输入模 块BMXAMI0410块1隔离模拟量输入模块，高功能 快速输入，4通道，多量程（电 压/电流），高速，高

26、精度： 16位，通道间隔离7模拟量输出模 块BMXAMO0210块1隔离模拟量输出模块，2通 道，多量程（电压/电流）， 高速，高精度：16位，通道 间隔离M340配置清单四、控制系统的软件设计4.1软件说明书1、 软件名称：基于施耐德 M340的喷雾干燥塔自动控制系统2、 软件用途：本软件主要致力于实现喷雾干燥塔工艺流程的自动控制，使 系统能够使用最少的人力资源更加方便、快捷、精确地完成规定的任务，减少工 作强度，降低误操作率， 提高工作效率， 降低异常情况造成设备和人身安全的危 害。3、软件功能特性描述：（1）、自动顺序启动功能 系统可实现顺序启动。程序能够实现排风机，鼓风机，助燃风机，供

27、油泵， 增压泵的顺序启动。（2）、安全停机功能 可以自动按供油泵， 电磁阀， 助燃风机的顺序停止系统。 停机过程中提供自 动吹扫和系统自动复位功能。（3）、 自动点火功能 实现系统安全点火。点火条件成立时有灯指示，此时按下“点火”按钮并保 持 2 秒钟以上，可自动实现安全点火； 不具备点火条件时， 没有灯指示， 操作“点 火”按钮，系统不予响应。（4）、熄火自动保护功能 点火过程和正常运行中因出现熄火信号， 系统能自动保护设备安全， 并恢复 到点火准备状态。（5）、系统安全保护功能 系统出口超温保护。出口温度超过规定的故障限值 5 秒，打开“紧急排放阀”； 出口温度超过故障限值 1 分钟，执行

28、“自动停机”以保证系统安全。（6）、状态检测和自动警报功能 系统进口温度，出口温度，排烟温度，塔内塔内负压，料浆压力异常时提供 光字牌提示和声音报警，并具有报警保持，等待确认功能（7）、自动投入喷枪和撤除喷枪功能。 在“自动模式”下，当投料温度升高时增加燃烧量，温度升高到一定值，自 动增加一根喷枪； 当投料温度降低时减少燃烧量， 温度降低到一定值时自动减少 一根喷枪。（8）、指示灯测试功能 在任何情况下，系统都可以检测指示灯是否能够正常使用，按下“灯测试”按钮，所有指示灯点亮，取消“灯测试”按钮，所有指示灯回复原状态。（9）、自动负压调整 系统正常运行中下，可以调节鼓风机的控制电压，来控制干燥

29、塔内负压。 在点火与系统异常时屏蔽手动信号， 系统按顺序启停各设备， 在点火后， 可 以切换到手动控制，以便于人工调节系统。（10）、自动手动切换 点火之后系统进入手动控制，当满足一定条件后系统自动切到自动控制。4、软件操作说明：前期准备：按照接线端子图及I/O清单正确连线，接通电源，对PLC机架通 电，并将软件上传到PLC中。正常启动操作步骤如下：a.按下“灯测试”按钮：报警指示灯及工作指示灯全亮。b.灯测试正常后，长按“开始”按钮 2s后，自动启动排风机、鼓风机后对 系统进行连续吹扫 5 分钟，若在吹到过程中某个开启的排、 鼓风机停止， 则重新 吹扫。吹扫过程中，吹扫进行中指示灯亮，吹扫结束后，指示灯灭。c.吹扫成功后在燃料供油泵不漏油的情况下， 依次自动开启助燃风机、 供油 泵、燃料电磁阀、燃料调节阀、点火变压器。以上均正常投入时，点火许可，同 时点火许可灯亮。d.长按点火指令两秒， 若十秒后火焰正常， 则点火成功， 在无急停指令和停 止指令的情况下，系统准备完毕，系统准备完毕指示灯亮，等待投料，同时