PLC卷烟厂风力送丝设备控制系统设计.docx

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PLC卷烟厂风力送丝设备控制系统设计

前言……………………………………………………………3

摘要……………………………………………………………5

第一部分课程设计的目的和任务

PLC概述………………………………………………………7

设计任务书……………………………………………………12

第二部分总体设计

装料机中元器件选择…………………………………………14

端子分配图……………………………………………………16

端子接线图……………………………………………………17

流程图…………………………………………………………18

功能图…………………………………………………………19

梯形图…………………………………………………………20

控制程序编程…………………………………………………27

总结……………………………………………………………29

参考文献………………………………………………………30

前言

上世纪九十年代走向实用化的现场总线控制系统，正以迅猛的势头快速发展，是目前世界上最新型的控制系统。

现场总线控制系统是目前自动化技术中的一个热点，正受到国内外自动化设备制造商与用户越来越强烈的关注。

现场总线控制系统的出现，将给自动化领域带来又一次革命，其深度和广度将超过历史的任何一次，从而开创自动化的新纪元。

自动控制技术的研究有利于将人类从复杂、危险、繁琐的劳动环境中解放出来并大大提高控制效率。

自动控制是工程科学的一个分支。

它涉及利用反馈原理的对动态系统的自动影响，以使得输出值接近我们想要的值。

从方法的角度看，它以数学的系统理论为基础。

我们今天称作自动控制的是二十世纪中叶产生的控制论的一个分支。

自动控制领域的发展过程

150多年前第一代过程控制体系是基于5－13psi的气动信号标准（气动控制系统PCS，PneumaticControlSystem）。

简单的就地操作模式，控制理论初步形成，尚未有控制室的概念。

第二代过程控制体系（模拟式或ACS,AnalogControlSystem）是基于0－10mA或4－20mA的电流模拟信号，这一明显的进步，在整整25年内牢牢地统治了整个自动控制领域。

它表征了电气自动控制时代的到来。

控制理论有了重大发展，三大控制论的确立奠定了现代控制的基础；控制室的设立，控制功能分离的模式一直沿用至今。

第三代过程控制体系（CCS，ComputerControlSystem）.70年代开始了数字计算机的应用，产生了巨大的技术优势，人们在测量，模拟和逻辑控制领域率先使用，从而产生了第三代过程控制体系（CCS，ComputerControlSystem）。

这个被称为第三代过程控制体系是自动控制领域的一次革命，它充分发挥了计算机的特长，于是人们普遍认为计算机能做好一切事情，自然而然地产生了被称为“集中控制”的中央控制计算机系统，需要指出的是系统的信号传输系统依然是大部分沿用4－20mA的模拟信号，但是时隔不久人们发现，随着控制的集中和可靠性方面的问题，失控的危险也集中了，稍有不慎就会使整个系统瘫痪。

所以它很快被发展成分布式控制系统（DCS）。

第四代过程控制体系（DCS，DistributedControlSystem分布式控制系统）：

随着半导体制造技术的飞速发展，微处理器的普遍使用，计算机技术可靠性的大幅度增加，目前普遍使用的是第四代过程控制体系（DCS，或分布式数字控制系统），它主要特点是整个控制系统不再是仅仅具有一台计算机，而是由几台计算机和一些智能仪表和智能部件构成一个了控制系统。

于是分散控制成了最主要的特征。

除外另一个重要的发展是它们之间的信号传递也不仅仅依赖于4－20mA的模拟信号，而逐渐地以数字信号来取代模拟信号。

第五代过程控制体系（FCS，FieldbusControlSystem现场总线控制系统）：

FCS是从DCS发展而来，就象DCS从CCS发展过来一样，有了质的飞跃。

“分散控制”发展到“现场控制”；数据的传输采用“总线”方式。

但是FCS与DCS的真正的区别在于FCS有更广阔的发展空间。

由于传统的DCS的技术水平虽然在不断提高，但通信网络最低端只达到现场控制站一级，现场控制站与现场检测仪表、执行器之间的联系仍采用一对一传输的4-20mA模拟信号，成本高，效率低，维护困难，无法发挥现场仪表智能化的潜力，实现对现场设备工作状态的全面监控和深层次管理。

所谓现场总线就是连接智能测量与控制设备的全数字式、双向传输、具有多节点分支结构的通信链路。

简单地说传统的控制是一条回路，而FCS技术是各个模块如控制器、执行器、检测器等挂在一条总线上来实现通信，当然传输的也就是数字信号。

主要的总线有Profibus，LonWorks等。

摘要

随着经济的快速发展,技术改造在企业中备受重视,作为PLC可编程序控制器在技术改造中发挥着不可替代的作用,而且以其投资少,控制可靠、维护、故障率低、程序修改方便等优点受到越来越多的人们的喜爱和推崇。

本设计是为焦作坚固水泥有限公司在利用超细粉煤灰添加到成品水泥中生产出低价的复合水泥而进行的技术改造。

整个设计利用编程器进行自动化控制,设计清晰、具体,选型科学合理,具有广阔的应用前景。

　　可编程控制器（PLC）是一种新型的通用自动化控制装置，它将传统的继电器控制技术、计算机技术和通讯技术融为一体，具有控制功能强，可*性高，使用灵活方便，易于扩展等优点而应用越来越广泛。

但在使用时由于工业生产现场的工作环境恶劣，干扰源众多，如大功率用电设备的起动或停止引起电网电压的波动形成低频干扰，电焊机、电火花加工机床、电机的电刷等通过电磁耦合产生的工频干扰等，都会影响PLC的正常工作。

尽管PLC是专门在现场使用的控制装置，在设计制造时已采取了很多措施，使它对工业环境比较适应，但是为了确保整个系统稳定可靠，还是应当尽量使PLC有良好的工作环境条件，并采取必要的抗干扰措施。

2PLC在安装和维护时应注意的问题

2.1PLC的安装

PLC适用于大多数工业现场，但它对使用场合、环境温度等还是有一定要求。

控制PLC的工作环境，可以有效地提高它的工作效率和寿命。

在安装PLC时，要避开下列场所：

（1）环境温度超过0~50℃的范围；

（2）相对湿度超过85%或者存在露水凝聚（由温度突变或其他因素所引起的）；

（3）太阳光直接照射；

（4）有腐蚀和易燃的气体，例如氯化氢、硫化氢等；

（5）有打量铁屑及灰尘；

（6）频繁或连续的振动，振动频率为10~55Hz、幅度为0.5mm（峰-峰）；

（7）超过10g（重力加速度）的冲击。

小型可编程控制器外壳的4个角上，均有安装孔。

有两种安装方法，一是用螺钉固定，不同的单元有不同的安装尺寸；另一种是DIN（德国共和标准）轨道固定。

DIN轨道配套使用的安装夹板，左右各一对。

在轨道上，先装好左右夹板，装上PLC，然后拧紧螺钉。

为了使控制系统工作可*，通常把可编程控制器安装在有保护外壳的控制柜中，以防止灰尘、油污、水溅。

为了保证可编程控制器在工作状态下其温度保持在规定环境温度范围内，安装机器应有足够的通风空间，基本单元和扩展单元之间要有30mm以上间隔。

如果周围环境超过55C，要安装电风扇，强迫通风。

为了避免其他外围设备的电干扰，可编程控制器应尽可能远离高压电源线和高压设备，可编程控制器与高压设备和电源线之间应留出至少200mm的距离。

当可编程控制器垂直安装时，要严防导线头、铁屑等从通风窗掉入可编程控制器内部，造成印刷电路板短路，使其不能正常工作甚至永久损坏。

可编程控制器对用户来说，是一种无触点设备，改变程序即可改变生产工艺，因此可在初步设计阶段选用可编程控制器，在实施阶段再确定工艺过程。

另一方面，从制造生产可编程控制器的厂商角度看，在制造阶段不需要根据用户的订货要求专门设计控制器，适合批量生产。

由于这些特点，可编程控制器问世以后很快受到工业控制界的欢迎，并得到迅速的发展。

目前，可编程控制器已成为工厂自动化的强有力工具，得到了广泛的应用。

可编程控制器的结构多种多样，但其组成的一般原理基本相同，都是以微处理器为核心的结构。

通常由中央处理单元（CPU）、存储器（RAM、ROM）、输入输出单元（I/O）、电源和编程器等几个部分组成。

第一部分PLC概述

PLC可编程序控制器：

PLC英文全称ProgrammableLogicController,中文全称为可编程逻辑控制器，定义是:

一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。

它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。

DCS集散系统:

DCS英文全称DISTRIBUTEDCONTROLSYSTEM,中文全称为集散型控制系统。

DCS可以解释为在模拟量回路控制较多的行业中广泛使用的，尽量将控制所造成的危险性分散,而将管理和显示功能集中的一种自动化高技术产品。

DCS一般由五部份组成：

1：

控制器2：

I/O板3：

操作站4：

通讯网络5：

图形及遍程软件。

一．PLC的发展历程

在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。

传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。

1968年美国GM（通用汽车）公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称ProgrammableController（PC）。

个人计算机（简称PC）发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为ProgrammableLogicController（PLC），现在，仍常常将PLC简称PC。

　　PLC的定义有许多种。

国际电工委员会（IEC）对PLC的定义是：

可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。

它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

可编程序控制器及其有关设备，都应按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设计。

　　上世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为30~40%。

在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。

　　PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。

PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。

二.PLC的构成

　　从结构上分，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。

固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。

模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。

三.CPU的构成

　　CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每套PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。

进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。

　　CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。

内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。

　　在使用者看来，不必要详细分析CPU的内部电路，但对各部分的工作机制还是应有足够的理解。

CPU的控制器控制CPU工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。

但工作节奏由震荡信号控制。

运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。

寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。

　　CPU速度和内存容量是PLC的重要参数，它们决定着PLC的工作速度，IO数量及软件容量等，因此限制着控制规模。

四.I/O模块

　　PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。

I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。

输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。

I/O分为开关量输入（DI），开关量输出（DO），模拟量输入（AI），模拟量输出（AO）等模块。

　　开关量是指只有开和关（或1和0）两种状态的信号，模拟量是指连续变化的量。

常用的I/O分类如下：

　　开关量：

按电压水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。

　　模拟量：

按信号类型分，有电流型（4-20mA,0-20mA）、电压型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。

　　除了上述通用IO外，还有特殊IO模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。

　　按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。

五.电源模块

　　PLC电源用于为PLC各模块的集成电路提供工作电源。

同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源。

电源输入类型有：

交流电源（220VAC或110VAC），直流电源（常用的为24VAC）。

六.底板或机架

　　大多数模块式PLC使用底板或机架，其作用是：

电气上，实现各模块间的联系，使CPU能访问底板上的所有模块，机械上，实现各模块间的连接，使各模块构成一个整体。

七.PLC系统的其它设备

　　1、编程设备：

编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，用于编程、对系统作一些设定、监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况，但它不直接参与现场控制运行。

小编程器PLC一般有手持型编程器，目前一般由计算机（运行编程软件）充当编程器。

　　2、人机界面：

最简单的人机界面是指示灯和按钮，目前液晶屏（或触摸屏）式的一体式操作员终端应用越来越广泛，由计算机（运行组态软件）充当人机界面非常普及。

　　3、输入输出设备：

用于永久性地存储用户数据，如EPROM、EEPROM写入器、条码阅读器，输入模拟量的电位器，打印机等。

八.PLC的通信联网

　　依靠先进的工业网络技术可以迅速有效地收集、传送生产和管理数据。

因此，网络在自动化系统集成工程中的重要性越来越显著，甚至有人提出"网络就是控制器"的观点说法。

　　PLC具有通信联网的功能，它使PLC与PLC之间、PLC与上位计算机以及其他智能设备之间能够交换信息，形成一个统一的整体，实现分散集中控制。

多数PLC具有RS-232接口，还有一些内置有支持各自通信协议的接口。

　　PLC的通信，还未实现互操作性，IEC规定了多种现场总线标准，PLC各厂家均有采用。

对于一个自动化工程（特别是中大规模控制系统）来讲，选择网络非常重要的。

首先，网络必须是开放的，以方便不同设备的集成及未来系统规模的扩展；其次，针对不同网络层次的传输性能要求，选择网络的形式，这必须在较深入地了解该网络标准的协议、机制的前提下进行；再次综合考虑系统成本、设备兼容性、现场环境适用性等具体问题，确定不同层次所使用的网络标准。

九.PLC技术发展呈现新的动向

1：

产品规模向大、小两个方向发展大：

I/O点数达14336点、32位为微处理器、多CPU并行工作、大容量存储器、扫描速度高速化。

小：

由整体结构向小型模块化结构发展，增加了配置的灵活性，降低了成本。

2：

PLC在闭环过程控制中应用日益广泛

3：

不断加强通讯功能

4：

.新器件和模块不断推出高档的PLC除了主要采用CPU以提高处理速度外，还有带处理器的EPROM或RAM的智能I/O模块、高速计数模块、远程I/O模块等专用化模块。

5：

编程工具丰富多样，功能不断提高，编程语言趋向标准化有各种简单或复杂的编程器及编程软件，采用梯形图、功能图、语句表等编程语言，亦有高档的PLC指令系统

6：

发展容错技术采用热备用或并行工作、多数表决的工作方式。

7：

追求软硬件的标准化。

PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。

它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

PLC已经广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，它具有高可靠性、抗干扰能力强、功能强大、灵活，易学易用、体积小，重量轻，价格便宜的特点。

设计任务书

一.课程设计题目:

卷烟厂风力送丝设备控制系统设计

二.控制过程及要求:

1.初始状态

风机通电开始，给烟丝管道送风，KM线圈通电。

2.进料及送料过程

按下启动按钮SB1，装料机按以下规律循环工作：

a.1#装料机下落料器光电开关SQ2接通，1#装料机回风电磁阀YV1用于装料机的1打开，1#装料机开始进料，当料位达到上落料器光电开关SQ1位置时，1#装料机回风电磁阀YV1关闭。

b.2#装料机下落料器光电开关SQ6接通，2#装料机回风电磁阀YV3打开，2#装料机开始进料，当料位达到上落料器光电开关SQ5位置时，2#装料机回风电磁阀YV3关闭。

c.1#装料机下料仓光电开关SQ4接通时，1#装料机翻板门电磁阀YV2打开，1#装料机料仓进料，当料仓料位达到上料仓光电开关SQ3位置时1#装料机翻板门电磁阀YV2关闭。

d.2#装料机下料仓光电开关SQ8接通时，2#装料机翻板门电磁阀YV4打开，2#装料机料仓进料，当料仓料位达到上料仓光电开关SQ7位置时1#装料机翻板门电磁阀YV4关闭。

3.复位

按动复位按钮SB8，分别将1#装料机和2#装料机落料器中的烟丝送入料仓中。

4.停止

按下停止按钮SB2，须在完成本次循环后才停止工作（停在初始状态）。

第二部分

一.装料机中元器件选择

1.PLC主机：

选择西门子S7-200系列PLC作为此装料机装料过程控制系统的控制主机。

2.光电开关（SQ1.SQ2.SQ3.SQ4.SQ5.SQ6.SQ7.SQ8）:

用于判断落料器和料仓中的料位高度。

3.启动按钮SB1：

用于装料机的初始上电工作；

停止按钮SB2：

用于装料机的整个工作的结束。

4.主风机KM：

用于控制风力的供给与否；

1#装料机回风电磁阀YV1：

用于控制1#装料机落料器的进给与否；

1#装料机翻板门电磁阀YV2：

用于控制1#装料机料仓的进给与否；

2#装料机回风电磁阀YV3：

用于控制2#装料机落料器的进给与否；

2#装料机翻板门电磁阀YV4：

用于控制1#装料机料仓的进给与否。

二.端子分配图

输入

输出

功能

名称地址

功能

名称地址

启动

I0.0（SB1）

风机

Q0.0（KM）

停止

I0.1（SB2）

1上落料器光电开关

I0.2（SQ1）

1下落料器光电开关

I0.3（SQ2）

1回风电磁阀

Q0.1（YV1）

1上料仓光电开光

I0.4（SQ3）

1下料仓光电开光

I0.5（SQ4）

2上落料器光电开关

I0.6（SQ5）

1翻板门电磁阀

Q0.2（YV2）

2下落料器光电开关

I0.7（SQ6）

2上料仓光电开光

I1.0（SQ7）

2下料仓光电开光

I1.1（SQ8）

2回风电磁阀

Q0.3（YV3）

手动风机

I1.2（SB3）

1手动回风电磁阀

I1.3（SB4）

1翻板门电磁阀

I1.4（SB5）

2手动回风电磁阀

I1.5（SB6）

2翻板门电磁阀

Q0.4（YV4）

2翻板门电磁阀

I1.6（SB7）

手动挡

I1.7（HK）

单调挡

I2.0（HK）

连续挡

I2.1（HK）

清空落料仓按钮

I2.2（SB8）

三.端子接线图

四.流程图

五.功能图

六.梯形图

七.控制程序编程

LDI1.7

LPS

AI1.2

=Q0.0

LRD

AI1.3

ANM2.4

=M2.3

LRD

AI1.4

ANM2.3

=M2.4

LRD

AI1.5

ANM2.6

=M2.5

LPP

AI1.6

AM2.5

=M2.6

LDI2.0

OI2.1

EU

=M2.7

LDI2.1

AI0.0

OM3.0

ANI0.1

=M3.0

LDI2.2

OM3.1

ANI0.1

=M3.1

LDM1.4

OM1.5

OM1.7

OM2.1

AM3.1

OM3.2

ANT38

=M3.2

OLD

LDM1.7

AM3.0

ANM3.1

OLD

LDM2.1

AM3.0

ANM3.1

OLD

OM0.1

ANM0.2

ANM0.5

ANM0.6

ANM1.0

=M0.1

SQ0.0,1

LDM0.1

ANI0.3

ANI0.7

OM0.2

ANM0.3

=M0.2

LDM0.2

AI0.2

OM0.3

ANM0.4

=M0.3

LDM0.3

AI0.6

OM0.4

ANM1.2

ANM1.5

ANM1.6

ANM1.7

=M0.4

LDM0.1

AI0.3

AI0.7

OM0.5

ANM1.2

ANM1.5

ANM1.6

ANM1.7

=M0.5

LDM0.1

ANI0.3

OM0.6

AI0.7

ANM0.7

=M0.6

LDM0.6

AI0.2

OM0.7

ANM1.2

ANM1.5

ANM1.6

ANM1.7

=M0.7

LDM0.1

AI0.3

ANI0.7

OM1.0

ANM1.1

=M1.0

LDM1.0

AI0.6

OM1.1

ANM1.2

ANM1.5

ANM1.6

ANM1.7

=M1.1

LDM0.4

ANI0.5

ANI1.1

LDM0.5

ANI0.5

ANI1.1

OLD

LDM0.7

ANI0.5

ANI1.1

OLD

LDM1.1

ANI0.5

ANI1.1

OLD

LDM1.4

AM3.1

OLD

LDM1.5

AM3.1

OLD

LDM1.7

AM3.1

OLD

LDM2.1

AM3.1

OLD

OM1.2

ANM1.3

=M1.2

LDI0.4

OT37

AM1.2

OM1.3

ANM1.4

=M1.3

LDI1.0

OT38

AM1.3

OM1.4

AN