自动称量混料系统的plc课程设计概要.docx
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自动称量混料系统的plc课程设计概要
等级：
课程设计
课程名称
电气控制与PLC课程设计
课题名称
自动称量混料控制系统设计
专业
自动化
班级
1301
学号
201301020129
姓名
黄奎伦
指导老师
谭梅，刘星平，赖指南，沈细群
2016年7月1日
电气信息学院
课程设计任务书
课题名称
自动称重混料系统的PLC控制设计
姓名
黄奎伦
专业
自动化
班级
1301
学号
29
指导老师
刘星平、赖指南等
课程设计时间
2016年6月20日-2016年07月1日（17、18周）
教研室意见
意见：
同意审核人：
汪超林国汉
一.任务及要求
设计任务：
以PLC为核心，设计一个自动称重混料系统的PLC控制系统，为此要求完成以下设计任务：
1.根据系统的基本结构、工艺过程和控制要求，确定控制方案。
2.配置电器元件，选择PLC型号。
3.绘制PLC控制系统线路原理图和PLCI/O接线图。
设计PLC梯形图程序，列出指令程序清单。
4.上机调试程序。
5.上位机组态监控的设计（可选项）
6.编写设计说明书。
设计要求
（1）所选控制方案应合理，所设计的控制系统应能够满足控制对象的工艺要求，并且技术先进，安全可靠，操作方便。
（2）所绘制的设计图纸符合国家标准局颁布的GB4728－84《电气图用图形符号》、GB6988－87《电气制图》和GB7159－87《电气技术中的文字符号制定通则》的有关规定。
（3）所编写的设计说明书应语句通顺，用词准确，层次清楚，条理分明，重点突出。
二.进度安排
1.第一周星期一：
布置课程设计任务，讲解设计思路和要求，查阅设计资料。
2.第一周星期二～星期四：
详细了解控制系统的基本组成结构、工艺过程和控制要求。
确定控制方案。
配置电器元件，选择PLC型号。
绘制控制系统的控制线路原理图和控制系统的PLCI/O接线图。
设计PLC梯形图程序，列出指令程序清单。
4.第一周星期五：
上机调试程序。
5.第二周星期二～星期四：
编写设计说明书。
6.第二周星期五：
答辩。
三.参考资料
[1]刘星平.PLC原理及工程应用[M].北京：
中国电力出版社，2014年。
[2]廖常初.S7-200PLC编程及应用[M].北京：
机械工业出版社，2014年。
[3]王阿根.西门子S7-200PLC编程实例精解[M].北京：
电子工业出版社，2013年。
[4]赖指南.PLC原理与应用补充教材（内部使用），本校自编教材，2010年。
四．原始资料
1、控制要求
自动称重混料装置可对多种原料按质量进行准确配料和混合，在工业生产中有着广泛应用。
如图为自动称重混料控制装置示意图，混料罐自重200kg，每次混料的最大质量为600kg。
混料过程如下：
1按下启动按钮，打开进料阀YV1向罐内加入原料A，达到250kg后关闭YV1，停止进A料；
2YV1关闭的同时打开进料阀YV2，向罐内加入原料B，达到450kg后关闭YV2，停止进B料；
3YV2关闭的同时启动搅拌机，并打开进料阀YV3，向罐内加入原料C，达到500kg后关闭YV3，停止进C料；
4搅拌机继续工作5min后，打开放料电磁阀YV4开始放料，当混合料全部放完后，关闭放料阀YV4并停止搅拌电动机。
目录
第1章概述1
1.1引言1
1.2自动称量混料系统的概况及控制要求1
第2章总体设计方案2
第3章硬件电路设计3
3.1PLC类型选择3
3.2PLCI/O口分配3
3.3系统硬件接线图3
第4章软件设计5
4.1程序流程图5
4.2标度变换6
4.3梯形图6
第5章实验调试与分析11
附录A梯形图13
附录B语句表15
第1章概述
1.1引言
制药、食品、农药和化工生产等等都离不开固体混料装置。
固体混料比例的精确性和均匀性是产品质量的关键,同样也是产品品质一致性的保障。
传统的固体混料装置常采用继电接触器控制,使用硬连接电器多,可靠性差,自动化程度不高[1],无论在配料、混料等阶段都存在诸多不确定因素,产品质量无法保证。
目前已有许多企业采用PLC对原继电接触器控制系统做改造,大大提高了系统的可靠性和自控程度。
改造后的PLC控制系统不仅电路简单,投资少,而且灵活性好,有利于系统在线升级,对产品质量和生产效率提供了很好的保障。
西门子S7-200系列PLC具有许多优点[2],如,
（1）可靠性高,抗干扰能力强,适于恶劣环境;
（2）体积小,功耗低;（3）编程简单,可在线调试;（4）通信能力强等等。
这些优势使得它适用于各行各业、各种场合中的检测及自动化控制的需要。
其强大功能不仅表现在对数字量的灵活控制,利用其扩展模块也可以实现对模拟量的简单控制。
本文提出一种新型的固体混料装置控制系统设计,该方案采用西门子S7-200PLC+称重模块为系统核心控制器实现固体的混料称重设计,为继电接触器系统改造提供了思路。
1.2自动称量混料系统的概况及控制要求
本方案主要是用称重模块将生产现场的质量信号变换成标准信号（4~20mA直流信号）,然后将该信号送入模拟量输入模块EM231的一个模拟输入端,转换成数字信号交给PLC的CPU处理,实现进出料口电磁阀切换控制和搅拌电动机工作,控制整个系统自动混料生产。
第2章总体设计方案
要实现混料机的自动称量混料功能，其自动控制控制系统主要包括：
称量系统、进料系统、搅拌系统以及出料系统。
1.称量系统：
称量系统采用称重模块将模拟量转化为数字量，然后通过A/D转换后的数值来控制进料系统的电磁阀开关。
2.进料系统：
称量完后由于混料罐的原始重量为200kg，所以当按下启动按钮时，由称重模块控制的原料A进料的电磁阀YV1也随之被打开，向混料罐内加入原料A。
当原料A的重量到达250kg时，进料系统的电磁阀YV1关闭的同时，打开电磁阀YV2，向混料罐内加入原料B。
当总重量达到650kg时，关闭电磁阀YV2，停止原料B的进料。
同时打开电磁阀YV3，向罐内加入原料C，罐内原料的质量达到500kg后关闭YV3，停止进C料。
3.搅拌系统：
当原料B加入完后系统就开始进行搅拌操作，搅拌时间为5分钟。
4.出料系统：
搅拌时间完成后，系统就会自动打开放料阀YV4，直至混合料全部放完，然后触发称重模块的模拟量6400，也就是搅拌罐总重量降到200kg时，放料阀会自动关闭。
第3章硬件电路设计
3.1PLC类型选择
本系统控制方案是具有理想性价比的控制方案。
该系统选择西门子S7-200系列CPU222AC/DC/继电器+模拟量输入模块EM231为主控制器,还包括称重模块一个、电磁阀四个、按钮两个（启动按钮、停止按钮各一个）、搅拌用直流电动机一台等构成。
3.2PLCI/O口分配
表3.2I/O口分配表
符号
地址
符号
地址
启动SB2
I0.0
搅拌机
Q0.3
停止SB1
I0.1
称重200KG
Q1.0
进料阀YV1
Q0.0
称重450kg
Q1.1
进料阀YV2
Q0.1
称重650kg
Q1.2
进料阀YV3
Q0.2
称重700kg
Q1.3
放料阀YV4
Q0.4
3.3系统硬件接线图
根据所选PLC类型，以及设定好的I/O点分配情况，可设计出PLC的外部硬件接线图，如图所示:
图3.3PLC硬件设计图
第4章软件设计
4.1程序流程图
自动称重混料搅拌控制系统的工作过程主要包括：
随着称重模块的模拟量逐渐增加而进行向混料罐加入原料，等到称重模块到达一定值时，搅拌五分钟后打开放料阀YV4放混合料。
根据上述过程可画出饮料自动售货机的流程图如图4.1所示：
图4.1程序流程图
4.2标度变换
模拟量输入信号通过A/D转换变成PLC可识别人数字信号。
在PLC的程序设计中,为了实现控制需要,模拟量通过手工计算转换为数字量[3],公式如下:
Dm~Am经A/D转换得到的数值;D0~A0经A/D转换得到的数值;
A~模拟量信号值;D~A经A/D转换得到的数值。
该混料罐一次混料的总质量为500kg,考虑到罐自重200kg。
使用比较指令实现对各个质量的准确控制,要得到对应200kg、450kg、650kg和700kg时模拟量输入寄存器AIW0的数值D200、D450、D650、D700。
已知S7-200的模拟量输入模块加入标准电信号为4~20mA,对应输入200kg~800kg（A0~Am）,经A/D转换后数值为6400~32000（D0~Dm）。
根据公式
（1）得到：
在PC机上安装运行STEP7MicroWinV4.0软件,编写系统的梯形图程序,经过调试的程序梯形图所示。
急停按钮的设置是为了应付突发事件时,能够使设备迅速停止工作,避免事故的发生。
4.3梯形图
LDNSM0.0
MOVWAIW0,VW0
称重模块将质量信号变换成标准信号（4~20mA直流信号）
LDW<=AIW0,6400
=Q1.0
放料停止输出
LDW<=AIW0,12800
=Q1.1
原料A进料停止
LDW<=AIW0,12800
=Q1.2
原料B进料停止
LDW<=AIW0,25600
=Q1.3
原料C进料停止
LDI0.0
OQ0.0
ANI0.1
ANQ1.1
=Q0.0
原料A进料
LDNQ0.4
AQ1.1
OQ0.1
ANI0.1
ANQ1.2
=Q0.1
原料B进料
LDNQ0.4
AQ1.2
OQ0.2
ANI0.1
ANQ1.3
=Q0.2
原料C进料
LDQ0.2
ANI0.1
=Q0.3
LDNQ0.4
AQ1.3
ANI0.1
ANT37
ANQ0.4
=Q0.3
LDQ1.3
TONT37,3000
搅拌机进行搅拌5min
LDNQ0.0
ANQ0.1
ANQ1.3
ANQ0.2
ANQ0.3
OQ0.4
ANI0.1
ANQ1.0
=Q0.4
当搅拌时间到达5min时，打开放料阀YV4，进行放混合料，直至搅拌罐里混合料全部放完。
第5章实验调试与分析
经过一段时间的设计，考虑各种情况的调试，体会了系统设计的不易，其中要在明确其基本功能的基础上预防各种有意或无意的设计漏洞，此时需要严密地思考和设计，通过种种特定条件的考验查找其中的漏洞。
比如调试中还出现原料A一旦排出无法停止的情况，查找原因得知相应定时器启动部分受到别的闪烁工作元件的影响一直被刷新，定时器刚走几步又退回来了，起不到延时后切断排物料A通路的目的。
由于实验室没有相应的实物控制模型，在调试系统控制程序时，所有的输入信号均用开关信号来代替，所有的输出均用指示灯来表示。
程序调试时，首先将PLC控制程序写入到PLC机器中，再选择监控状态，使PLC处于“RUN”状态，然后逐一按按钮，观察输出指示灯是否按预计效果闪灭，并通过监控状态观察程序的运行过程及输入输出信号、内部描述实际出现的问题及解决方案。
要对照设计控制要求，逐一检验设计功能是否能有效的实现，并对程序进行改进和完善。
此次设计中用到了不少PLC常用指令，通过学习对它们更熟悉了，当然对它们的灵活的运用还需进一步提高，与此同时参照部分西门子系列的PLC了解了其一些用法，拓宽了视野，通过借阅参考书和网上查找知道可以用PLC实现许多小系统设计，真的感受到自己所知甚少，还有许多知识要学要了解以增长见识提高水平。
它极大地激励了我们去自学、去创新。
参考文献
[1]刘星平.PLC原理及工程应用[M].北京：
中国电力出版社，2014年。
[2]廖常初.S7-200PLC编程及应用[M].北京：
机械工业出版社，2014年。
[3]王阿根.西门子S7-200PLC编程实例精解[M].北京：
电子工业出版社，2013年。
[4]赖指南.PLC原理与应用补充教材（内部使用），本校自编教材，2010年。
附录A梯形图
附录B语句表
Network1
LDNSM0.0
MOVWAIW0,VW0
Network2
LDW<=AIW0,6400
=Q1.0
Network3
LDW<=AIW0,12800
=Q1.1
Network4
LDW<=AIW0,12800
=Q1.2
Network5
LDW<=AIW0,25600
=Q1.3
Network6
LDI0.0
OQ0.0
ANI0.1
ANQ1.1
=Q0.0
Network7
LDNQ0.4
AQ1.1
OQ0.1
ANI0.1
ANQ1.2
=Q0.1
Network8
LDNQ0.4
AQ1.2
OQ0.2
ANI0.1
ANQ1.3
=Q0.2
Network9
LDQ0.2
ANI0.1
=Q0.3
Network10
LDNQ0.4
AQ1.3
ANI0.1
ANT37
ANQ0.4
=Q0.3
Network11
LDQ1.3
TONT37,3000
Network12
LDNQ0.0
ANQ0.1
ANQ1.3
ANQ0.2
ANQ0.3
OQ0.4
ANI0.1
ANQ1.0
=Q0.4
电气信息学院课程设计评分标准
环节
项目
评价
优
良
中
及格
差
实践环节（70%）
1.设计方案合理性与创造性
2.主电路及控制电路的设计、计算、选型完成情况
3.控制程序的设计分析
4.仿真或实验调试结果*
5.解决问题能力及答辩情况
6.纪律和出勤情况
设计报告（30%）
1.设计报告内容完整、规范，
2.图纸正确、清晰，
3.设计步骤规范、正确，
4.设计结果可行
综合评分
课程设计成绩评定为：
□优□良□中□及格□不及格
指导老师签名：
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日期：
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