食品厂除尘室的PLC控制课程设计.docx

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食品厂除尘室的PLC控制课程设计

辽宁工业大学

电气控制与PLC技术课程设计（论文）

题目：

食品厂除尘室的PLC控制设计

院（系）：

电气工程学院

专业班级：

学号：

学生姓名：

指导教师：

（签字）

起止时间：

2014.6.30~2014.7.11

课程设计（论文）任务及评语

院（系）：

电气工程学院教研室：

自动化

学号

学生姓名

专业班级

课程设计（论文）题目

食品厂除尘室的PLC控制设计

课程设计（论文）任务

实现功能

在制药、食品生产等一些对除尘要求比较严格的车间，都设置有除尘室，人或货物进入车间之前，首先需要在除尘室进行除尘处理，为了保证除尘操作的严格进行，避免人为因素对除尘要求的影响，采用PLC对除尘室进行自动控制。

控制要求：

1、人进入车间时必须先经过第一道自动门进入除尘室，第一道自动门关上后，电磁锁将第二道门锁上，风机开始吹风并定时2分钟；

2、如果在2分钟内，又有人进入除尘室，则重新开始定时2分钟；

3、时间到，风机停止、电磁锁自动打开，经第二道自动门进入车间；

4、人从车间出来时，不需要除尘，风机、电磁锁均不动作。

5、正常情况下，系统循环显示日期：

月　日。

设计任务及要求

1、根据系统功能，确定总体控制方案（包括设计系统组成框图，分析各部分的作用）

2、分析系统的功能与任务，确定输入输出信号和类型，选择PLC型号和扩展模块。

2、建立I/O分配表，完成PLC与输入/输出信号的的外部接线；

3、按系统的控制要求，用梯形图设计程序；

4、上机调试、完善程序；

5、按学校规定格式，撰写、打印设计说明书一份；设计说明书应在4000字以上。

技术参数

自动门打开留给人进入时间为5s。

进度计划

1、布置任务，查阅资料，确定系统的组成（1天）

2、建立I/O分配，完成外部接线和电机主电路设计（2天）

3、按系统的控制要求，完成梯形图设计（2天）

4、上机调试、修改程序（2天）

5、撰写、打印设计说明书（2天）

6、答辩（1天）

指导教师评语及成绩

平时：

论文质量：

答辩：

总成绩：

指导教师签字：

年月日

注：

成绩：

平时20%论文质量60%答辩20%以百分制计算

摘要

随着电子技术的飞快发展，PLC控制及技术也应用的越来越广泛，基于智能仪器的设计技术不断的成熟，PLC近年来被广泛的应用于各种控制。

本文介绍了在制药、食品生产等一些对除尘要求比较严格的车间设有除尘室采用PLC对除尘室进行自动控制的技术设计。

PLC由于具有结构简单、编程方便、功能完善、可靠性高、体积小、维护方便等特点。

文中确定了CPU主机模块及其扩展模块的选择，完成了I/O分配、梯形图的逻辑编程。

能够达到课程设计中所要求的用PLC完成除尘室内各个器件的动作，可以应用于实际生产中去。

关键词：

控制；除尘室；梯形图；模块

第1章绪论

在制药、食品生产等一些对除尘要求比较严格的车间，人或货物进入车间之前，首先需要在除尘室进行除尘处理，为了保护除尘操作的严格进行，避免人为因素对除尘要求的影响，需设计一套自动化系统来完善此项操作，为了能更好的保证出厂产品的质量本文采用西门子200PLC即S7-200对除尘室内的除尘进行自动控制。

S7-200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。

如：

冲压机床、磨床、印刷机械、橡胶化工机械、中央空调、电梯控制、运动系统。

文中除尘室的PLC控制主要需要完成的控制操作有：

人进入车间时必须先经过第一道自动门进入除尘室，第一道自动门关上后，电磁锁将第二道门锁上，风机开始吹风并定时2分钟；如果在2分钟内，又有人进入除尘室，则重新开始定时2分钟；时间到，风机停止、电磁锁自动打开，经第二道自动门进入车间；人从车间出来时，不需要除尘，风机、电磁锁均不动作。

PLC一直在飞速发展中，因此到目前为止，还未能对其下一个十分确切的定义。

20世纪90年代后PLC被广泛的在流程工业自动化系统中使用，一直到现在的现场总线控制系统，PLC更是其中主角，其应用面越来越广。

PLC之所以被广泛使用，其主要原因是：

价格越来越低；功能越来越强和与时俱进地发展等。

综上所述为了保证除尘操作的严格进行，避免人为因素对除尘要求的影响，应该使用PLC对除尘室门进，并且随着技术的发展PLC的功能更强大，对除尘室控制的精确度会更上一个台阶。

第2章课程设计的方案

概述

本次设计主要是综合应用所学知识，设计除尘室的PLC控制。

此设计应用在制药、食品生产等一些对除尘要求比较严格的车间，人或货物进入车间之前，首先需要在除尘室进行定时除尘处理，为了保证除尘操作的严格进行，避免人为因素对除尘要求的影响，采用PLC对除尘室进行自动控制。

系统主要需要完成的控制操作有：

人进入车间时必须先经过第一道自动门进入除尘室，第一道自动门关上后，电磁锁将第二道门锁上，风机开始吹风并定时2分钟；如果在2分钟内，又有人进入除尘室，则重新开始定时2分钟；时间到，风机停止、电磁锁自动打开，经第二道自动门进入车间；人从车间出来时，不需要除尘，风机、电磁锁均不动作。

系统组成总体结构

除尘室的PLC控制总体结构图下图所示。

有两个电动门进门出门时都需要传感器给PLC一个启动信号，故一共需要使用四个微波雷达传感器，当有信号传入时PLC根据逻辑控制编程，使相应的电动机、电磁锁动作。

所得总体结构图如下所示：

图2.1总体结构图

第3章硬件设计

信号分析

S7-200主机模块即CPU模块包括一个中央处理单元、电源以及I/O点，这些都被集成在一个紧凑、独立设备中。

CPU负责执行程序，输入部分从现场设备中采集信号，输出部分则输出控制信号，驱动外部负载。

最新一代的CPU模块按I/O点数多少不同而有五种不同结构配置的品种，即CPU221、CPU222、CPU224、CPU224X、和CPU226，每个品种里又有两种类型：

一种是DC24V供电/晶体管输出；一种是AC220V供电/继电器输出。

本文的输入输出信号均为数字量，且共需要8个输入信号和40个输出信号。

故CPU选择DC24V供电/晶体管输出型的CPU224且需接4个EM222DO8输出扩展模块。

第一道门的进门打开传感器设为I0.0，出门打开传感器设为I0.3，开门到位传感器设为I0.4，关门到位传感器设为I0.5,；与之相对应第二道门的进门打开传感器设为I0.1，出门打开传感器设为I0.2，开门到位传感器设为I0.6，关门到位传感器设为I0.7；吹风机设为Q0.0;电磁锁设为Q0.2；第一道门电动机的总开关，正传/反转分别设为Q0.6,Q0.1，Q0.4；第二道门电动机的总开关，正转/反转分别设为Q0.7，Q0.3，Q0.5.

经过分析后确定完成本次设计除了主机模块外还需要连接扩展模块，CPU226主机模块与其四个扩展模块EM222的连接图如下所示：

图3.1模块连接方式图

模块编制

CPU226I/O点数为24输入/16输出，具有两个通讯口和多种模块，适用于点数多、要求高的小型或者中型控制系统。

输出扩展模块EM222为8输出，表3.1所列为CPU226主机模块与其扩展模块EM222连接所对应各模块的编址情况。

表3.1各模块编址

主机I/O

模块1I/O

模块2I/O

模块3I/O

模块4I/O

I0.0Q0.0

I0.1Q0.1

I0.2Q0.2

I0.3Q0.3

I0.4Q0.4

I0.5Q0.5

I0.6Q0.6

I0.7Q0.7

Q1.0

Q1.1

Q1.2

Q1.3

Q1.4

Q1.5

Q1.6

Q1.7

Q2.0

Q2.1

Q2.2

Q2.3

Q2.4

Q2.5

Q2.6

Q2.7

Q3.0

Q3.1

Q3.2

Q3.3

Q3.4

Q3.5

Q3.6

Q3.7

Q4.0

Q4.1

Q4.2

Q4.3

Q4.4

Q4.5

Q4.6

Q4.7

I/O分配表

结合各个模块编址以及在逻辑中所使用的输入输出的具体控制写出的具体的I/O分配表如表3.2所示。

表3.2I/O分配表

I0.0

进门时第一道门开门传感器

Q0.0

吹风机

I0.1

进门时第二门开门传感器

Q0.1

第一道门电动机正转即开门

I0.2

出时第二门开门传感器

Q0.2

电磁锁

I0.3

出时第一门开门传感器

Q0.3

第二道门电动机正转

I0.4

第一道门开门到位传感器

Q0.4

第一道门电动机反转

I0.5

第一道门关门到位传感器

Q0.5

第二道门电动机反转

I0.6

第二道门开门到位传感器

Q0.6

第一道门电动机总开关继电器

I0.7

第二道门关门到位传感器

Q0.7

第二道门电动机总开关继电器

PLC外部接线

本设计中的PLC控制单元由图3.1各基本个模块组成，通过与外部设备连接，构成一个完整的控制系统。

根据I/O地址分配表，进行PLC与输入/输出信号的外部接线，PLC与外设连接示意图如图3.2所示：

图3.2PLC与外设连接示意图

系统示意图

与PLC相连的器件有八个传感器，两台自动门的电动机和一台吹风机。

本节为了使说明更易于理解，画有系统示意图和硬件连接图如下所示。

图3.3系统示意图

PLC连接器件的选择

除尘吹风机的选型

除尘室中主要是靠吹风机吹出的风对进入房间中的如货物进行除尘，一次对其的功率选型对除尘的效果非常重要。

本文采用了轴流式除尘风机，其工作原理是，含尘空气经风机动力压入除尘器，通过振弦过滤器时，在来流方向上设置的水雾器向振弦过滤板上喷雾，附有水幕的纤维使粉尘湿润增重或凝并或滞留，同时由于通过的含尘气体使纤维在气流冲击下产生振动，强化了水雾雾滴与含有气体中粉尘冲突，提高了对微细粉尘的捕获，由于振弦过滤器纤维的自净能力及水雾器不断向过滤器喷雾，使经过过滤器的含尘气体变成湿润含尘气流，含尘气流通过旋流器叶片行成高速旋转的液气流，在离心力的作用下，将含尘水雾抛向脱水筒内壁形成污水流，通过脱水环下排污口流出机外或者进入循环过滤水箱，重新经喷雾泵站循环使用。

PLC输出需接入接触器后才能与吹风机相连接。

电动门的电动机选型

市场上自动门技术已经非常成熟，除尘室可购买成品自动门，本文需要把电动门的电机单独提出来。

自动门中所使用的电动机为了达到很好的控制效果采用交流电动机，其连接图如下所示：

图3.4电机主电路

传感器的选型

自动门的开门信号是触电信号，微波雷达和红外传感器是常用的两种信号源。

微波雷达是对物体的位移反应，因而反应速度快，适用于行走速度正常的工作人员通过的场所，它的特点是一旦在门附近的人员不想出门而静止不动后，雷达便不再反应，自动门就会关闭，对门机有一定的保护作用。

红外线传感器对物体存在进行反应，不管人员移动与否，只要处于传感器的扫描范围内，它都会反应即传出触电信号。

缺点是红外线传感器的反应速度较慢，适应于有行动迟缓的人员出入的场所。

经过对比本文设计中检测进出门采用的传感器都采用的是微波雷达传感器超短型接近开关2mm.本文也采用了关门到位传感器和开门到位传感器。

第4章软件设计

主程序流程图

人或物进入生产车间前经过除尘室由PLC控制的程序流程图如下所示。

能够完成进入车间时经过第一道门进入除尘室，第一道自动门关上后，电磁锁将第二道门锁上，风机开始吹风并定时2分钟，时间到，风机停止、电磁锁自动打开，经过二道自动门进入车间。

图4.1主程序流程图

控制程序设计

根据要求编制相应的控制程序，除尘室控制系统梯形图程序如下所示。

图4.2控制程序梯形图

第5章课程设计总结

两周的课程设计结束了，我设计的课题是食品厂除尘室PLC控制。

PLC具有很多的优点，具有接线少、体积小、灵活性高、扩展性好等优点。

本文介绍了设计方案的选择，软件设计，硬件设计方案的过程。

硬件方案包括软件编址，I/O分配表、PLC连接图等过程。

软件方案包括程序主流程图、控制系统的设计的过程。

系统设计完成之后，现场施工和控制逻辑的设计同时进行，调试和修改都很方便。

能够完全达到除尘室的控制要求。

即人进入车间时必须先经过第一道自动门进入除尘室，第一道自动门关上后，电磁锁将第二道门锁上，风机开始吹风并定时2分钟；如果在2分钟内，又有人进入除尘室，则重新开始定时2分钟；时间到，风机停止、电磁锁自动打开，经第二道自动门进入车间；人从车间出来时，不需要除尘，风机、电磁锁均不动作。

随着科技的进步，PLC和所用到的器件都在不断的完善，结合本文的除尘室设计效果会更加的好，也会更加节能环保。

在这次设计过程中，体现出自己单独设计的能力以及综合知识运用的能力，体会了学以致用。

突出自己劳动成果的喜悦心情，从中发现自己平时学习的不足和薄弱环节，从而加以弥补。

感谢我们专业课的老师，老师严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作学习的榜样；老师训训教导和不拘一格的思路给与我无尽的启迪；这次课设每一个细节都离不开老师您的细心教导。

而您开朗的个性和宽容的态度，帮助我能够顺利的完成了这次课程设计。

同时感谢对我帮助过的同学们，谢谢你们对我的帮助和支持，让我感受到同学的友谊。

由于本人的设计能力有限，在设计过程中难免出现错误，恳请老师多多指导，我十分乐意您的批评指正，本人将万分感谢。

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