PLC控制化工工艺流程课程设计Word文件下载.docx

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课题的来源：

在国内的许多化工厂，水泥厂，钢厂，尤其是国有老厂，其控制系统还在使用过时的模拟控制，甚至是全人工控制。

人工控制由于人员过多效益过低，生产的产品不够精确，安全隐患大增加了系统故障的可能性，还有就是工厂的试验设备和生产设备存在一定的相差度，以致影响了产品质量和生产效益。

而随着产品性能的提高，对自动控制系统的要求也越来越高，传统控制已达不到系统要求。

随着大规模及超大规模集成电路的发展以及计算机的出现，控制系统开始由传统控制向自动（数字）控制方向发展。

1.2研究的意义及目的

以可编程序控制器为主要控制装置所构成的控制系统为可编程序控制系统或PLC控制统。

可编程控制器（PLC）控制系统以其运行可靠、易学易用、抗干扰性强等特点,在工业控制中得到广泛的应用。

目前，国外的可编程自动控制设备技术顺应时代潮流，与计算机技术同步发展，向着通用化、模块化、智能化、标准化、数字化、网络化方向迅猛发展。

国内的发展从全盘引进、仿制到自行研究，取得了举世瞩目的成绩，但从整体上看，我们在技术性能、制造工艺等方面与国际先进水平还存在很大差距。

众所周知，我国的生产力水平还不是很高，特别是80年代以前的国有大中型企业，出于人才和经济因素的考虑，还有很多的厂矿企业正在使用着原有的落后设备和技术。

因此，改变原有的落后设备和技术，设计以可编程序器与计算机结合的自动控制系统，提高工业自动化的程度，对加速我国尽早成为现代化工业强国意义重大。

2可编程控制器基本应用和发展方向

2.1PLC的基本应用

可编程控制器是一种专门用于工业生产过程控制的现场设备。

由于它能满足设备使用环境的要求和控制的复杂、可靠性,在现代的工业控制系统中大量应用,前景非常广阔。

最初，PLC主要用于开关量的逻辑控制。

随着PLC技术的进步，它的应用如今，PLC不仅用于开关量控制，还用于模拟量及数字量的控制，可采集与存储数据，还可对控制系统进行监控；

还可联网、通讯，实现大范围、跨地域的控制用PLC进行开关量控制实例是很多的，冶金、机械、轻工、化工、纺织等等，几乎所有工业行业都需要用到它。

PLC具有稳定可靠、价格便宜、功能齐全、应用灵活方便、操作维护方便的优点，这是它能持久的占有市场的根本原因。

2.2PLC发展方向

由于工业生产对自动控制系统需求的多样性，PLC的发展方向有两个：

1、朝着小型、简易、价格低廉方向发展。

近年来，单片机的出现，促进了PLC向紧凑型发展，体积减小，价格降低，可靠性不断提高。

这种PLC可以广泛取代继电器控制系统，应用于单机控制和规模比较小的自动线控制，如日本立石公司的C20P\C40P\C60P\C20H\C40H等。

2、朝着大型、高速、多功能方向发展。

大型的PLC一般为多处理器系统，由字处理器、位处理器和浮点处理器等组成，有较大的存储能力和功能很强的输入输出接口。

通过丰富的智能外围接口，可以独立完成位置控制、闭环调节等特殊功能；

通过网络接口，可级连不同类型的PLC和计算机，从而组成控制范围很大的局部网络，适用于大型自动化控制系统，如霍尼韦尔的9000系列等。

从PLC的发展趋势看，PLC控制技术将成为今后工业自动化的主要手段。

在未来的工业生产中，PLC技术、机器人技术和CAD/CAM技术将成为实现工业生产自动化的三大支柱。

3本课题的主要任务和基本参数

3.1装置及工艺过程简介

图3-1是一个化学反应装置的示意图，由四个容器组成，容器之间用泵和管道连接，每个容器装有两个监测高低液位的传感器，1号、2号容器分别用泵P1和P2将碱液和聚合物灌满，达到各自的高位P1、P2关闭。

然后2号容器加热，当温度达到60℃时温度传感器发出信号，加热器关闭。

P3、P4泵分别将1号、2号容器中的溶液输送到反应器3号池中并发动容器中的搅拌泵，搅拌60S后泵P5启动将混合液抽如产品池4号容器。

当4号池满或3号池空就起动泵P6排出产品溶液直至4号池空，至此完成一个循环。

图3-1

3.2控制要求

控制系统采用半自动工作方式，即系统没完成一次工作循环回复到初始状态，停止工作等待起动信号再开始新的自动循环。

根据工艺过程要求，系统工作的状态流程如图3-2所示。

图3-2

3.3设计要求

1）选择PLC机型及其I/O端口所需的电器元件，绘制I/O端口接线电气原理图。

2）设计控制面板示意图。

3）设计用户程序。

4）编写设计报告。

4控制系统的方案选择

4.1系统方案的选择

系统方案选择的原则是在满足生产机械工艺要求确保产品质量的前提下，力求投资少，效益高和操作方便。

根据课题的要求，本课题的控制系统方案有几种方案可供选择：

继电器控制方案、单片机控制方案、PLC控制方案等。

4.1.1继电器控制方案

由于继电器在控制电路中有独特的电气、物理特性，其断态的高绝缘电阻和通态的低导通电阻，使得其它任何电子元器件无法与其相比，加上继电器标准化程度高、通用性好、可简化电路等优点，所以继电器仍得以广泛应用。

随着科技的飞速发展，继电器在程控通信设备中的使用量还在进一步增加。

但是由于使用继电器控制方案接线多而复杂，体积大，功耗大，一旦系统构成后，想再改变或增加功能都很困难。

另外，继电器触点数目有限，每只只有4～8对触点，因此灵活性和扩展性很差。

继电器控制逻辑使用了大量的机械触点，连线也多。

触点开闭时会受到电弧的损坏，并有机械磨损，寿命短，可靠性和可维护性差。

再加上使用继电器控制方案将大大增加成本，因此，该控制系统不适合使用继电器控制方案。

4.1.2单片机控制方案

单片机是将计算机的基本部件微型化并集成到一块芯片上的微型计算机，通常片内都含有CPU、ROM、RAM、并行I/O、串行I/O、定时器/计数器、中断控制、系统时钟及系统总线等。

单片机是随着超大规模集成电路技术的发展而诞生的。

随着技术的发展，单片机片内集成的功能越来越强大，并朝着SOC（片上系统）方向发展。

单片机有着体积小、功耗低、功能强、性能价格比高、易于推广应用等显著优点，所以广泛应用于电子仪表、家用电器、节能装置、机器人、工业控制等诸多领域，使产品小型化、智能化，既提高了产品的功能和质量，又降低了成本，简化了设计。

但是单片机对环境要求较高，一般要在干扰小的场地使用，指令集复杂，对编程能力要求较高，可读性差，实时控制相对于PLC较差。

4.1.3PLC控制方案

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储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，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，都应按易于使工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。

同时可编程序控制器具有可靠性高、抗干扰能力强，适应性强、应用灵活，编程方便、易于使用，控制系统设计、安装、调试方便，维修方便、维修工作量小，功能完善等特点。

4.2系统方案的确定

相对于传统的继电器控制方案来说,PLC在技术角度上大大方便了电控设计人员，其系统的软硬件设计简便，维护方便，在体积、可靠性、耗电量等性能方面都有很大程度的提高，从而带动成本的节约，而且可以通过计算机进行数据的传输和监控，这一系列的优点使PLC很快被人们接受并代替继电器控制方案，广泛应用于工厂自动控制中。

相对于单片机来说,PLC本身固有的稳定性和可靠性特点决定了它在自动化行业内不可取代的地位。

PLC挤占部分单片机的市场。

PLC相比单片机具有高可靠性，易于开发，扩展性好，通讯简单的，这些优点促使很多的设备生产厂家在设计时选用PLC作为设备的控制器。

总之，现代的工业自动化生产线中,多数产家都采用PLC作为自动化生产线的控制。

在未来的工业生产中，PLC仍然能够引导自动化行业的发展，随着电子技术的飞速发展，PLC将在各个领域更加适应不同客户的要求。

众所周知，目前我国仍有许多生产机械设备，都是采用继电器控制，除了可靠性差外，设计程序也很繁杂。

从方案的确立到技术条件的设计以及施工的设计，图面的工作量很大，这势必造成设计周期长。

而采用PLC控制可以大大缩短设计周期，甚至有些文件资料也不必绘制成图。

设计人员完全可以利用编程器上屏幕显示来输入，或修改程序使得梯形图能准确无误地反映生产要求。

编程人员也可根据新产品对生产提出的新工艺要求，重新编写程序并把它存储在EEPROM模块中去，需要加工哪个产品的程序，操作人员可以随时调用，这既方便、简单又可保密。

开发这种软件对优化生产过程，提高产品数量和质量，提高劳动生产率，非常具有实际意义。

仅此一点也深受生产及设计者的欢迎。

综上所述，该控制系统的控制方案应选PLC控制方案为宜。

4.3PLC控制方案的优点

PLC控制方案有以下几个优点

（1）编程方法简单易学

（2）功能强，性能价格比高

（3）硬件配套齐全，用户使用方便

（4）无触点免配线，可靠性高，抗干扰能力强

（5）系统的设计、安装、调试量少

（6）维修工作量少，维修方便

（7）体积小，能耗低

控制系统PLC与元器件选型

4.4PLC选型的基本原则

产品的种类也越来越多。

不同型号的PLC，其结构形式、性能、容量、指令系统、编程方式、价格等也各有不同，适用的场合也各有侧重。

因此，合理选用PLC，对于提高PLC控制系统的技术经济指标有着重要意义。

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。

任何一种控制系统都是为了实现被控对象的工艺要求，以提高生产效率和产品质量。

因此，在设计PLC控制系统时，应遵循以下基本原则：

（1）最大限度地满足被控对象的控制要求

（2）保证PLC控制系统安全可靠

（3）力求简单、经济、使用及维修方便

（4）适应发展的需要

5PLC的I/O模块及软件设计

5.1输出元件的点数统计和配置

在确定了控制对象的控制任务和选择好PLC的机型后，即可安排输入、输出的配置，并对输入、输出进行地址编号。

分配I/O地址时要注意以下问题：

1、设备I/O地址尽可能连续；

2、相邻设备I/O地址尽可能连续；

3、输入/输出I/O地址分开；

4、每一框架I/O地址不要全部占满，要留有一定的余量，便于系统扩展和工艺流程的改，但不宜保留太多，否则会增加系统成本；

5、充分考虑控制柜与控制柜之间、框架与框架之间、模块与模块之间的信号联系，合理地安排I/O地址，减少它们之间的内部连线。

因此系统输入输出分配如下：

名称

输入

输出

启动

I0.0

泵P1

Q0.0

停止

I0.1

泵P2

Q0.1

1号高水位

I0.2

泵P3

Q0.2

1号低水位

I0.3

泵P4

Q0.3

2号高水位

I0.4

泵P5

Q0.4

2号低水位

I0.5

泵P6

Q0.5

3号高水位

I0.6

搅拌泵

Q0.6

3号低水位

I0.7

加热器

Q0.7

4号高水位

I1.0

4号低水位

I1.1

5.2I/O端口接线电气原理图

5.3梯形图

总结

通过这次的课程设计，我学到了很多东西，在做设计的过程中对工作的细心得到了提高，认识到自己在这方面的不足。

并且，对本设计的内容有了更好的了解，比如加深了解了有关可编程控制器的功能，和学别的学科一样，在学完PLC理论课程后我们做了课程设计，我做的是PLC控制化工工艺过程。

由于平时都是学理论，没有过实际开发设计的经验，拿到的时候都不知道怎么做。

但通过各方面的查资料并学习。

我们基本学会了PLC设计的步聚和基本方法。

通过这次设计实践。

我学会了PLC的基本编程方法，对PLC的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。

在对理论的运用中，提高了我的工程素质，在没有做实践设计以前，我对知道的撑握都是思想上的，对一些细节不加重视，当我把自己想出来的程序与到PLC中的时候，问题出现了，不是不能运行，就是运行的结果和要求的结果不相符合。

能过解决一个个在调试中出现的问题，我对PLC的理解得到加强，看到了实践与理论的差距。

通过此次课设，让我了解了PLC梯形图、指令表、顺序功能图有了更好的了解，也让我了解了关于PLC设计原理。

有很多设计理念来源于实际，从中找出最适合的设计方法。

我们在做课程设计的过程中要不停的讨论问题，虚心听取同学的建议，这样就不会使自己在做的过程中没有方向，并且这样也是为了方便最后设计和在一起。

参考文献

[1]方承远，张振国.工厂电气控制技术（第3版）[M].北京：

机械工业出版社.2006.7

[2]张振国,方承远.工厂电气与PLC控制技术（第4版）[M].北京：

机械工业出版社.2011.8

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化学工业出版社.2006.7

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