畢業(yè)設(shè)計(jì)-兩種液體混合系統(tǒng)設(shè)計(jì)課件

1、陜西航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)摘 要可編程序控制器簡稱PLC，是近年來一種發(fā)展極為迅速，應(yīng)用極為廣泛的工業(yè)控制裝置。它是一種專為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)行的電子系統(tǒng)，它采用可編程程序的存儲器，用來存儲用戶指令，通過數(shù)字或模擬的輸入/輸出完成確定的邏輯順序、定時、記數(shù)、運(yùn)算和一些確定的功能來控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。由于PLC的性能優(yōu)越，兼具計(jì)算機(jī)的功能完備，靈活性強(qiáng)，通用性好和繼電接觸器控制簡單易懂，維修方便等優(yōu)點(diǎn)，形成以微電腦為核心的電子控制設(shè)備?？删幊绦蚩刂破骷夹g(shù)在世界上己廣泛應(yīng)用，成為自動化系統(tǒng)中的基本電控裝置PLC在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)和實(shí)際生活中有著廣泛的應(yīng)用，由于可編程控制器（PLC）

2、具有編程梯形圖語言易學(xué)易懂、控制靈活方便、抗干擾能力強(qiáng)、運(yùn)行穩(wěn)定可靠等特點(diǎn)，現(xiàn)在的工業(yè)自動化生產(chǎn)控制多采用可編程控制器來實(shí)現(xiàn)。本論文首先介紹PLC的產(chǎn)生和發(fā)展及應(yīng)用，以及它的基本功能和特點(diǎn)。然后鑒于PLC的原理及其優(yōu)越性，應(yīng)用PLC控制液體的自動混合，該程序可進(jìn)行單周期或連續(xù)工作，正常工作時，至少完成一個周期，該程序具有一定的防止誤動作能力。本論文從硬件設(shè)計(jì)，軟件設(shè)計(jì)，組態(tài)王監(jiān)控設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行分析，對西門子S7-200的應(yīng)用有一定的指導(dǎo)意義。關(guān)鍵詞：可編程控制器； 液體混合裝置；傳感器ABSTRACTProgrammable logic controller is called PLC for

3、 short.It develops fastly,and has a wide use as industricial controlling device.It is a electronic system which oporates digitally,and it is designed for industrial enviroment application. The memory it adopts is programmable,and it stores user instruction.Through the digital or anolog input/output,

4、PLC can wok by set logic sequence,can time ,can count,can operate, and can complete other else functions.So it can control all kinds of mechanical procejures and production procejures. Because of its high performance ,mutiple functions like a computer,high flexibility,good commonality,simple and pel

5、lucid relay-contactor controlling,easy mantainace and other else merits, people begin to take microcompute as the core controlle to control the electronic equipment . PLC was widely used all around the world.Owing to its easy-to-learn and easy-to-undersdand ladder diagram programmable languge,flexib

6、le and convenient controlling methods,good capacity of resisting disturbance,reliable operaion and so on features , PLC is extensively used in industricial automatic production.This passage firstly introduces the production,the development of Programmable Logic Controller( Called PLC for short), and

7、 its basic function and characteristics.According to its main principle and excellent quality,we can use PLC to control the mixing of two kindsof liquid. This controlling prosess can make a singlecircleor circle insuccession, At work time, it can finish one circle atleast.This procedure alsohas the

8、ability of preventing bad moving.This passage introduces the design of hardware,the design of software and the design of supervisory control using the king of configuration.This will be helpful for the studying of the simens S7-200.KEY WORDS: PLC； Liquid mixing device；Sensors5目錄摘 要1ABSTRACT2目錄30緒論51

9、液體混合的現(xiàn)狀與發(fā)展61.1 課題背景61.2研究意義61.3研究內(nèi)容71.3.1 初始狀態(tài)71.3.2起動操作71.3.3 報(bào)警82. 液體混合裝置的控制的硬件設(shè)計(jì)92.1液體混合裝置結(jié)構(gòu)及控制要求92.2 硬件選用92.2.1選擇接觸器92.2.2用途102.2.3工作條件102.2.4.結(jié)構(gòu)特征102.2.5選擇攪拌電機(jī)112.2.6連續(xù)運(yùn)行電動機(jī)功率與短時電動機(jī)功率112.2.7選擇小型三極斷路器122.2.8選擇液位傳感器132.2.9選擇電磁閥142.2.6 出罐液體的選用152.2.7選擇泄壓閥162.3 S7-200的CPU的選擇162.3.1編程器的選擇162.3.2 S7-

10、200系列PLC概述173. 液體混合裝置的控制的軟件設(shè)計(jì)193.1控制要求及分析：193.1.1 初始狀態(tài)193.1.2起動操作193.1.3 報(bào)警193.2兩種液體混合裝置的輸入/輸出分配213.3兩種液體混合裝置的輸入/輸出接線圖223.4兩種液體混合裝置的梯形圖233.4.1混合裝置的梯形圖233.4.2初始狀態(tài)243.4.3起動操作253.3.4 報(bào)警裝置264 系統(tǒng)常見故障分析及維護(hù)274.1 系統(tǒng)常見故障分析及維護(hù)274.2 系統(tǒng)故障分析及處理274.2.1 PLC的I/O端口系統(tǒng)故障分析及處理274.2.2 PLC主機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部故障分析及處理284.2.3 現(xiàn)場控制設(shè)備外部故障分

11、析及處理284.3 系統(tǒng)抗干擾性的分析和維護(hù)294.3.1外界干擾的主要來源294.3.2 PLC控制系統(tǒng)抗干擾性能29結(jié)束語31謝 辭32參考文獻(xiàn)33附錄340緒論隨著科技的發(fā)展，PLC的開發(fā)與應(yīng)用把各國的工業(yè)推向自動化、智能化。強(qiáng)大的抗干擾能力使它在工業(yè)方面取代了微型計(jì)算機(jī)，方便的軟件編程使他代替了繼電器的繁雜連線，靈活、方便，效率高。本次設(shè)計(jì)主要是對兩種液體混合攪拌機(jī)PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)中針對控制對象：三個傳感器監(jiān)視容器液位，設(shè)三電磁閥控制液體A、B輸入與混合液體輸出液位，設(shè)攪拌電機(jī)M。攪拌機(jī)是一種將兩種或多種以上材料攪拌混合的系統(tǒng)，對攪拌機(jī)的控制，關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量。工藝流程是：

12、啟動后開閥放出混合液體，10S后關(guān)閥，放入液體A至X2液位，關(guān)A，放液體B至X3液位，關(guān)B，啟動攪拌電機(jī)M，攪20S后停，開閥放出混合液體，至X1液位后，打開排氣閥，延時5S 放后關(guān)兩閥。運(yùn)行出錯是報(bào)警，并停止運(yùn)行。本設(shè)計(jì)采用德國西門子S7系列S7-200PLC以液體混料控制系統(tǒng)為中心，從控制系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)組成，軟件選用到系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程（包括設(shè)計(jì)方案、設(shè)計(jì)流程、設(shè)計(jì)要求、梯形圖設(shè)計(jì)、外部連接通信等），以及組態(tài)王監(jiān)控設(shè)計(jì)，旨在對其中的設(shè)計(jì)及制作過程做簡單的介紹和說明。1液體混合的現(xiàn)狀與發(fā)展1.1 課題背景隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會的進(jìn)步，各種工業(yè)自動化的不斷升級，對于工人的素質(zhì)要求也逐漸提高。其中在生

13、產(chǎn)的第一線有著各種各樣的自動加工系統(tǒng)，其中液體混合加工，是其中最為常見的一種。在工藝加工最初，把多種原料在合適的時間和條件下進(jìn)行順序加工，以得到產(chǎn)品一直都是在人監(jiān)控或操作下進(jìn)行的，到后來多用繼電器系統(tǒng)，對順序或邏輯的操作過程進(jìn)行自動化操作。但是現(xiàn)在隨著時代的發(fā)展，plc這種新型的控制工具進(jìn)入了人們的視野，它體積比一般繼電器要小、輕,并能代替了以往傳統(tǒng)的控制方式，并且還具有如加工程序改變方便、使用電源在安全電壓以下等優(yōu)點(diǎn)，由此大受青睞?？删幊炭刂破鳎?P L C ）是采用微機(jī)技術(shù)的通用工業(yè)自動化裝置，近幾年來，在國內(nèi)已得到迅速推廣普及。P L C正改變著工廠自動控制的面貌，對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)改造、

14、發(fā)展新型工業(yè)具有重大的實(shí)際意義。但P L C發(fā)展很快，國外P L C產(chǎn)品更新?lián)Q代更是如此?？删幊炭刂破鞯慕Y(jié)構(gòu)多種多樣，但其組成的一般原理基本相同，都是以微處理器位核心的結(jié)構(gòu)，其功能的實(shí)現(xiàn)不僅基于硬件的作用，更要靠軟件支持，實(shí)際上可編程控制器就是一種新型的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)HITECH。1.2研究意義在國內(nèi)的許多化工廠，水泥廠，鋼廠，尤其是國有老廠，其控制系統(tǒng)還在使用過時的模擬控制，甚至是全人工控制。人工控制由于人員過多效益過低，生產(chǎn)的產(chǎn)品不夠精確，安全隱患大增加了系統(tǒng)故障的可能性，還有就是工廠的試驗(yàn)設(shè)備和生產(chǎn)設(shè)備存在一定的相差度，以致影響了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效益。而隨著產(chǎn)品性能的提高，對自動控制系統(tǒng)的

15、要求也越來越高，傳統(tǒng)控制已達(dá)不到系統(tǒng)要求。隨著大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路的發(fā)展以及計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，控制系統(tǒng)開始由傳統(tǒng)控制向自動（數(shù)字）控制方向發(fā)展。在生產(chǎn)過程、科學(xué)研究和其他產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域中，可編程序自動控制技術(shù)的應(yīng)用都是十分廣泛的,在自動控制的設(shè)備中, 可編程序自動控制亦比其它的控制方法使用得更普遍。隨著科學(xué)技術(shù)日新月異的發(fā)展,特別是大規(guī)模集成電路的問世和微處理機(jī)技術(shù)的應(yīng)用,使可編程序自動控制技術(shù)進(jìn)入了一個嶄新的階段，因此,了解和學(xué)習(xí)這些重要技術(shù)已是必不可少。隨著30多年來微電子技術(shù)的不斷發(fā)展，PLC也通過不斷的升級換代大大增強(qiáng)了其功能?，F(xiàn)在PLC已經(jīng)發(fā)展成為不但具有邏輯控制功能、還具有過程控制功能、

16、運(yùn)動控制功能和數(shù)據(jù)處理功能、連網(wǎng)通訊功能等多種性能，是名符其實(shí)的多功能控制器。由PLC為主構(gòu)成的控制系統(tǒng)具有可靠性高、控制功能強(qiáng)大、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)，是目前工業(yè)自動化的首選控制裝置。目前我國仍有許多生產(chǎn)機(jī)械設(shè)備，都是采用繼電器控制，除了可靠性差外，設(shè)計(jì)程序也很繁雜。從方案的確立到技術(shù)條件的設(shè)計(jì)以及施工的設(shè)計(jì)，圖面的工作量很大，這勢必造成設(shè)計(jì)周期長。而采用PLC控制可以大大縮短設(shè)計(jì)周期，甚至有些文件資料不必繪制成圖。設(shè)計(jì)人員完全可以利用編程器上屏幕顯示來輸入，或修改程序使得梯形圖能準(zhǔn)確無誤地反映生產(chǎn)要求。編程人員也可根據(jù)新產(chǎn)品對生產(chǎn)提出的新工藝要求，重新編寫程序并把它存儲在EEPROM模塊中，需要

17、加工哪個產(chǎn)品的程序，操作人員可以隨時調(diào)用，這既方便、簡單又可保密。開發(fā)這種軟件對優(yōu)化生產(chǎn)過程，提高產(chǎn)品數(shù)量和質(zhì)量，提高勞動生產(chǎn)率，非常具有實(shí)際意義?？傊?，現(xiàn)代的工業(yè)自動化生產(chǎn)線中,多數(shù)產(chǎn)家都采用PLC作為自動化生產(chǎn)線的控制。在未來的工業(yè)生產(chǎn)中，PLC仍然能夠引導(dǎo)自動化行業(yè)的發(fā)展，隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，PLC將在各個領(lǐng)域更加適應(yīng)不同客戶的要求。1.3研究內(nèi)容本論文研究的是兩種液體的混合，具體控制要求如下1.3.1 初始狀態(tài)裝置投入運(yùn)行時，液體A、B閥門均為關(guān)閉狀態(tài)，混合液閥門打開10s后關(guān)閉。1.3.2起動操作按下啟動按鈕后，裝置開始按下列規(guī)律運(yùn)行：1.液體A閥門打開，液體A流入容器。當(dāng)液面到

18、達(dá)X2水位時，關(guān)閉液體A閥門，打開液體B閥門。2. 當(dāng)液面到達(dá)高水位X3時，關(guān)閉B閥門，攪勻電動機(jī)開始攪勻。3. 攪勻電動機(jī)工作20S后停止攪動，混合液體閥門打開，開始放出混合液體。4.當(dāng)液面下降到50時，再過5s后，混合液排氣閥門關(guān)閉，一個周期結(jié)束。1.3.3 報(bào)警當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時，報(bào)警燈閃爍，停止混合系統(tǒng)運(yùn)行。具體控制示意圖如圖1所示：圖 1 兩種液體混合控制示意圖2. 液體混合裝置的控制的硬件設(shè)計(jì)2.1液體混合裝置結(jié)構(gòu)及控制要求如圖2-1所示 為混合液體控制裝置示意圖，X2為A液體高度傳感器，X3為加入B液體后混合液體高度傳感器，X1為剩余50時液面高度傳感器，液體A、B與混合液閥由電磁

19、閥Y1、Y2、Y3控制，排氣電磁閥由 Y5控制，攪拌電動機(jī)由Y4電磁閥控制，報(bào)警由電磁閥Y6控制，M為攪勻電動機(jī)。圖2-1混合液體控制裝置示意圖2.2 硬件選用2.2.1選擇接觸器.選用CJX1-9，220V型接觸器，如圖2-2所示： 圖2-2 CJX1-9，220V型交流接觸器其中“C”表示接觸器，“J”表示交流，20為設(shè)計(jì)編號，10/16為主觸頭額定電流2.2.2用途CJX1系列交流接觸器(以下簡稱接觸器)適用于交流50Hz 或 60Hz，壓至660V，額定絕緣電壓至660V；電流9475A（380V、AC-3使用類別）的電力線路中供遠(yuǎn)距離接通或分?jǐn)嚯娐分?，可頻繁地起動及控制交流電動機(jī)。

20、適用于控制交流電動機(jī)的起動、停止及反轉(zhuǎn)。2.2.3工作條件 海拔高度不超過2000米；周圍環(huán)境溫度：-25+40；空氣相對濕度：在40時不超過50%，低溫時允許有較大的相對濕度；大氣條件：沒有會引起爆炸危險(xiǎn)的介質(zhì)，也沒有會腐蝕金屬和破壞絕緣的氣體和導(dǎo)電塵埃 。安裝位置：安裝面與垂直面的傾斜度不超過5；在無顯著搖動和沖擊的地方；在沒有雨雪侵襲的地方；控制電壓允許變動范圍：85%110%US。2.2.4.結(jié)構(gòu)特征 總體結(jié)構(gòu)：接觸器為E字形鐵芯，雙斷點(diǎn)觸頭的直動式運(yùn)動結(jié)構(gòu)。z觸器動作機(jī)構(gòu)靈活，手動檢查方便，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)緊湊，可防止外界雜物及灰塵落入接觸器活動部位。接線端有罩蓋，人手不會直接接觸帶電部位，

21、可確保使用安全。接觸器外形尺寸小巧，安裝面積小。安裝方式可用螺釘堅(jiān)固，938A也可扣裝在35毫米寬的標(biāo)準(zhǔn)安裝導(dǎo)軌上，裝卸迅速、方便。觸頭系統(tǒng)：主觸頭、輔助觸頭均為橋式雙斷點(diǎn)結(jié)構(gòu)，觸頭材料由導(dǎo)電性能優(yōu)越的銀合金制成，具有使用壽命長及良好的接觸可靠性，滅弧室成封閉型，并由阻燃性材料阻擋電弧向外噴濺，保證人身及鄰近電器的安全。磁系統(tǒng)：938A接觸器的磁系統(tǒng)是通用的，電磁鐵工作可靠、損耗小、具有很高的機(jī)械強(qiáng)度，線圈的接線端裝有電壓規(guī)格的標(biāo)志牌，標(biāo)志牌按電壓等級著有特定的顏色，清晰醒目，接線方便，可避免因接錯電壓規(guī)格而導(dǎo)致線圈燒毀。2.2.5選擇攪拌電機(jī)合理選擇電動機(jī)的功率是運(yùn)行安全和經(jīng)濟(jì)保證。電動機(jī)的

22、功率是由生產(chǎn)機(jī)械所需的功率確定的。 本次設(shè)計(jì)選用電動機(jī)型號如圖2-3所示 2.2.6連續(xù)運(yùn)行電動機(jī)功率與短時電動機(jī)功率 原則：對于連續(xù)運(yùn)行的電動機(jī)，若負(fù)載是恒定負(fù)載，先算出生產(chǎn)機(jī)械的功率，所選電動機(jī)的額 定功率稍大于或等于生產(chǎn)機(jī)械功率（即若負(fù)載是變化的，計(jì)算比較復(fù)雜，通常根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械負(fù)載的變化規(guī)律求出等效的恒定負(fù)載，然后選擇電動機(jī)）。 原則：通常是根據(jù)過載系數(shù)來選擇短時運(yùn)行電動機(jī)的功率。 （原因由于發(fā)熱慣性，在短時運(yùn)行時可以容許過載。工作時間愈短，過載可以愈大。但電動機(jī)的過載是受限制的）。電動機(jī)的額定功率是生產(chǎn)機(jī)械所要求功率的1/。種類選擇原則：主要從交流或直流、機(jī)械特性、調(diào)速與起動性能、維護(hù)

23、及價(jià)格等方面來考慮。 結(jié)構(gòu)型式選擇原則：根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的周圍環(huán)境條件來確定。 電動機(jī)常用的結(jié)構(gòu)型式有：開啟式、防護(hù)式、封閉式、防爆式。電壓等級選擇原則：要根據(jù)電動機(jī)類型、功率以及使用地點(diǎn)的電源電壓來決定。Y系列籠型電動機(jī)的額定電壓只有380V一個等級；大功率異步電動機(jī)才采用3000V、6000V的電壓等級。 轉(zhuǎn)速選擇原則：根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的要求而選定。本次設(shè)計(jì)選用電動機(jī)型號如圖2-3所示圖2-3 電動機(jī)型號為Y90S-6/0.75KWY系列三相異步電動機(jī)是一般用途低壓三相鼠籠型異步電動機(jī)基本系列。該系列可以滿足國內(nèi)外一般用途的需要，機(jī)座范圍80-315，是全國統(tǒng)一設(shè)計(jì)的系列產(chǎn)品。Y系列電動機(jī)具有高效

24、、節(jié)能、性能好、振動小、噪聲低、壽命長、可靠性高、維護(hù)方便、起動轉(zhuǎn)矩大等優(yōu)點(diǎn)。安裝尺寸和功率等級完全符合IEC標(biāo)準(zhǔn)。采用B級絕緣、外殼防護(hù)等級為IP44，冷卻方式IC418. 2.2.7選擇小型三極斷路器選用DZ47-63系列三級斷路器如圖2-4所示圖2-4 DZ47-63系列小型斷路器適用范圍：交流50Hz額定工作電壓至380V額定電流至63A額定短路分?jǐn)嗄芰Σ怀^6000A的配電線路中作為過載和短路保護(hù)之用，亦可作為線路不頻繁通斷操作與轉(zhuǎn)換之用，斷路器符合GB10963.1標(biāo)準(zhǔn)。2.2.8選擇液位傳感器選用LSF-2.5型液位傳感器（圖2-5） 圖 2-5 LSF-2.5型液位傳感器其中“

25、L”表示光電的，“S”表示傳感器，”F“表示防腐蝕的，2.5為最大工作壓力。LSF系列液位開關(guān)可提非常準(zhǔn)確、可靠的液位檢測，其原理是依據(jù)光的反射折射原理，當(dāng)沒有液體時，光被前端的棱鏡面或球面反射回來；有液體覆蓋光電探頭球面時，光被折射出去，這使得輸出發(fā)生變化，相應(yīng)的晶體管或繼電器動作并輸出一個開關(guān)量。應(yīng)用此原理可制成單點(diǎn)或多點(diǎn)液位開關(guān)。LSF光電液位開關(guān)具有較高的適應(yīng)環(huán)境的能力，在耐腐蝕方面有較好的抵抗能力。相關(guān)元件主要技術(shù)參數(shù)及原理如下：（1）工作壓力可達(dá)2.5Mpa；（2）工作溫度上限為125；（3）觸點(diǎn)壽命為100萬次；（4）觸點(diǎn)容易為70W；（5）開關(guān)電壓為24VDC；（6）切換電流為

26、0.5A。2.2.9選擇電磁閥入罐液體的選用VF4-25型電磁閥，如圖2-6所示： 圖2-6 VF4-25型電磁閥其中“v”表示電磁閥，“F”表示防腐蝕，4表示設(shè)計(jì)序號，25表示口徑（mm)寬度。 相關(guān)元件主要技術(shù)參數(shù)及原理如下： 1.材質(zhì)：聚四氟乙烯。使用介質(zhì)：硫酸、鹽酸、有機(jī)溶劑、化學(xué)試劑等酸性的液體； 2. 介質(zhì)溫度150環(huán)境溫度-20一60； 3.使用電壓：AC:220V50HZ/60HZ DC:24V； 4. 功率：AC:2.5KW； 5.操作方式：常閉：通電打開，斷電關(guān)閉，動作響應(yīng)迅速，高頻率。2.2.6 出罐液體的選用本次設(shè)計(jì)電磁閥采用-AVF-40型電磁閥 如圖2-7所示：出罐

27、液體的選用AVF-40型電磁閥，如圖2-8所示：圖2-7 -AVF-40型電磁閥其中“A”表示可調(diào)節(jié)流量， “V”表示電磁閥，“F”表示防腐蝕，40為口徑（mm）相關(guān)元件主要技術(shù)參數(shù)及原理如下：1.其最大特點(diǎn)就是能通過設(shè)備上的按健設(shè)置來控制流量，達(dá)到定時排空的效果；2. 其閥體材料為：ABS，有比較強(qiáng)的抗腐蝕能力；3. 使用電壓：AC:220V 50HZ/60HZ DC:24V；4.功率：AC:5KW。2.2.7選擇泄壓閥由控制系統(tǒng)中的要求，泄壓閥選用浙江三正閥門有限公司生產(chǎn)的YQ98002型過濾活塞式安全泄壓閥，其主要特點(diǎn)如下：1、設(shè)定壓力準(zhǔn)確，能長期穩(wěn)定，一旦超壓能迅速泄壓。2、彈性軟密封

28、，確?？煽?，滴水不陋。3、Y形寬體腔筏，流阻小、抗汽蝕性強(qiáng)，無噪音。4、活塞傳動，平穩(wěn)可靠。5、可任何角度安裝。圖2-8 YQ98002型過濾活塞式安全泄壓閥2.3 S7-200的CPU的選擇2.3.1編程器的選擇西門子STEP 7-Micro/WIN32編程軟件是西門子公司專為SIMATIC系列S7-200可編程控制器研制開發(fā)的編程軟件，它可以使用個人計(jì)算機(jī)作為圖形編程器，用于在線（聯(lián)機(jī)）或者（脫機(jī)）開發(fā)用戶程序，并可在線實(shí)時監(jiān)控用戶程序的執(zhí)行狀態(tài)，是西門子S7-200用戶不可缺少的開發(fā)工具。具有簡單，易學(xué)，高效，節(jié)省編程時間，能夠解決復(fù)雜的自動化任務(wù)；它具有強(qiáng)大的拓展功能，現(xiàn)在漢化程序后，

29、可在漢化的界面下進(jìn)行操作，使用起來更加方便。S7-200PLC結(jié)構(gòu)如下圖：圖2-9 S7200 PLC結(jié)構(gòu) 2.3.2 S7-200系列PLC概述西門子S7系列可編程控制器分為S7-400、S7-300、S7-200三個系列，分別為S7系列的大、中、小型可編程控制器系統(tǒng)。S7-200系列可編程控制器有CPU21X系列，CPU22X系列，22版與21版相比，硬件、軟件都有改進(jìn)。22版向下兼容21版的功能。 22版與21的主要區(qū)別是： 21版CPU的自由口通訊速率300、600被22版的57600、115200所取代，22版不再支持300和600波特率，22版不再有智能模塊位置的限制其中CPU22

30、X型可編程控制器提供了4個不同的基本型號，常見的有CPU221，CPU222，CPU224和CPU226四種基本型號。 1.集成的24V電源 可直接連接到傳感器和變送器執(zhí)行器，CPU 221和CPU222具有180mA 輸出。CPU224輸出280mA，CPU 226、CPU 226XM輸出400mA 可用作負(fù)載電源。 2.高速脈沖輸出 具有2 路高速脈沖輸出端，輸出脈沖頻率可達(dá)20KHz，用于控制步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)，實(shí)現(xiàn)定位任務(wù) 3.通信口 CPU 221、CPU222和CPU224具有1個RS-485通信口。CPU 226、CPU 226XM具有2個RS-485通信口。支持PPI、MPI通

31、信協(xié)議，有自由口通信能力。 4.模擬電位器 CPU221/222有1個模擬電位器，CPU224/226/226XM有2個模擬電位器。模擬電位器用來改變特殊寄存器（SMB28，SMB29）中的數(shù)值，以改變程序運(yùn)行時的參數(shù)。如定時器、計(jì)數(shù)器的預(yù)置值，過程量的控制參數(shù)。 5.中斷輸入允許以極快的速度對過程信號的上升沿作出響應(yīng)。 6.EEPROM 存儲器模塊 可作為修改與拷貝程序的快速工具，無需編程器并可進(jìn)行輔助軟件歸檔工作。 7.電池模塊 用戶數(shù)據(jù)（如標(biāo)志位狀態(tài)、數(shù)據(jù)塊、定時器、計(jì)數(shù)器）可通過內(nèi)部的超級電容存儲大約5 天。選用電池模塊能延長存儲時間到200天（10年壽命）。電池模塊插在存儲器模塊的卡

32、槽中。 8.不同的設(shè)備類型 CPU 221226 各有2種類型CPU，具有不同的電源電壓和控制電壓。3. 液體混合裝置的控制的軟件設(shè)計(jì)3.1控制要求及分析：3.1.1 初始狀態(tài)裝置投入運(yùn)行時，液體A、B閥門均為關(guān)閉狀態(tài)，混合液閥門打開10s后關(guān)閉。3.1.2起動操作按下啟動按鈕后，裝置開始按下列規(guī)律運(yùn)行：1.液體A閥門打開，液體A流入容器。當(dāng)液面到達(dá)X2水位時，關(guān)閉液體A閥門，打開液體B閥門。由于A液體電磁閥動作兩次，分別表示注入A液體和停止A液體的注入，所以為了便于分析，不用停止注入A液體作為注入B液體的順序開關(guān)。而用初始狀態(tài)結(jié)束作為注入B液體的順序開關(guān)。2.當(dāng)液面到達(dá)高水位X3時，關(guān)閉B閥

33、門，攪勻電動機(jī)開始攪勻。3.攪勻電動機(jī)工作20S后停止攪動，混合液體閥門打開，開始放出混合液體。由于初始狀態(tài)也有混合液體電磁閥的動作，所以用攪拌結(jié)束作為第二次混合液體電磁閥的動作的順序開關(guān)。4.當(dāng)液面下降到50時，再過5s后，混合液排氣閥門關(guān)閉，一個周期結(jié)束。對于排氣電磁閥，假設(shè)是在液面降到50時，排氣閥打開，5S之后，混合液體停止排放，排氣閥關(guān)閉。3.1.3 報(bào)警當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時，報(bào)警燈閃爍，停止混合系統(tǒng)運(yùn)行。對報(bào)警的分析：停止混合系統(tǒng)運(yùn)行可視為，停止液體A和液體B的注入?；旌弦后w排放和排氣閥的動作不運(yùn)行液體混合。兩種液體混合裝置的流程圖如圖3-1所示：圖 3-1 液體混合程序流程圖3.2兩

34、種液體混合裝置的輸入/輸出分配在確定了控制對象的控制任務(wù)和選擇好PLC的機(jī)型后，即可安排輸入、輸出的配置，并對輸入、輸出進(jìn)行地址編號。分配I/O地址時要注意以下問題：1.設(shè)備I/O地址盡可能連續(xù)；2.相鄰設(shè)備I/O地址盡可能連續(xù)；3.輸入/輸出I/O地址分開；4.每一框架I/O地址不要全部占滿，要留有一定的余量，便于系統(tǒng)擴(kuò)展和工藝流程的改，但不宜保留太多，否則會增加系統(tǒng)成本；5.充分考慮控制柜與控制柜之間、框架與框架之間、模塊與模塊之間的信號聯(lián)系，合理地安排I/O地址，減少它們之間的內(nèi)部連線。因此系統(tǒng)輸入輸出分配如下：表3-1 輸入分配表輸入地址對應(yīng)元件對應(yīng)外部設(shè)備I0.0SB1啟動按鈕M0.

35、0SL0初始狀態(tài)M0.1SL2A液體注入液位到達(dá)狀態(tài)M0.2SL3B液體注入液位到達(dá)狀態(tài)M0.3SL4攪拌完成狀態(tài)M0.4SL1混合液體排出至50狀態(tài)表3-2 輸出分配表輸出地址對應(yīng)元件對應(yīng)外部設(shè)備Q0.1YV1A液體電磁閥Q0.2YV2B液體電磁閥Q0.3YV3混合液體電磁閥Q0.4YV4攪拌電磁閥Q0.5YV5排氣電磁閥Q0.6YV6報(bào)警電磁閥表3-3 定時器分配表定時器定時時間作用T3710S初始狀態(tài)排放混合液體T3820S攪拌定時T395S排氣定時T502ms報(bào)警閃爍閃爍時間定時T513ms報(bào)警閃爍停止時間定時3.3兩種液體混合裝置的輸入/輸出接線圖兩種液體混合裝置的輸入輸出如3-2所

36、示：圖3-2 兩種液體混合裝置的輸入/輸出接線圖3.4兩種液體混合裝置的梯形圖3.4.1混合裝置的梯形圖 圖3-3 兩種液體混合裝置的梯形圖3.4.2初始狀態(tài)I0.0為啟動按鈕Q0.3為混合液體電磁閥T37為初始狀態(tài)排放混合液體定時器，定時10SM0.0為初始狀態(tài)運(yùn)行狀態(tài)則按下啟動按鈕，開始排放混合液體，10S后，停止排放。3.4.3起動操作Q0.1為A液體電磁閥 M0.1為A液體注入液位到達(dá)狀態(tài)Q0.2為B液體電磁閥則初始狀態(tài)完成后，A液體電磁閥打開，注入A液體，到設(shè)定液位關(guān)閉A液體電磁閥，停止注入A液體，B液體電磁閥打開，開始注入B液體。M0.2為B液體注入液位到達(dá)狀態(tài) Q0.5為攪拌電磁

37、閥T38為攪拌定時器，定時20S M0.3為攪拌完成狀態(tài)則注入B液體，到設(shè)定液位關(guān)閉B液體電磁閥，停止注入B液體，攪拌電磁閥打開，開始攪拌混合液體。20S之后，停止攪拌，混合液體電磁閥打開，排放混合液體，攪拌完成。M0.4為混合液體排出至50狀態(tài) Q0.4排氣電磁閥T39為排氣定時器，定時5S則混合液體排出至50時，打開排氣電磁閥，5S之后，關(guān)閉混合液體電磁閥和排氣電磁閥，停止排放混合液體和停止排氣。3.3.4 報(bào)警裝置SM5.0為I/O口錯誤監(jiān)視T51為報(bào)警閃爍停止時間定時器，定時3msT50為報(bào)警閃爍閃爍時間定時器，定時2msQ0.6為報(bào)警電磁閥則運(yùn)行出錯時報(bào)警燈閃爍。則運(yùn)行出錯時，關(guān)閉A

38、液體電磁閥，或B液體電磁閥，停止注入液體。程序結(jié)束。4 系統(tǒng)常見故障分析及維護(hù) 4.1 系統(tǒng)常見故障分析及維護(hù)統(tǒng)故障一般指整個生產(chǎn)控制系統(tǒng)失效的總和，它又可分為PLC內(nèi)部故障和現(xiàn)場生產(chǎn)控制設(shè)備的外部故障兩部分。PLC系統(tǒng)包括中央處理器、主機(jī)箱、擴(kuò)展機(jī)箱、I/0模塊及相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)和外部設(shè)備。現(xiàn)場生產(chǎn)控制設(shè)備包括I/O端口和現(xiàn)場控制檢測設(shè)備，如繼電器、接觸器、閥門、電動機(jī)等。個部分發(fā)生故障比例分布圖4-1所示： 圖4-1 PLC故障比例分布圖4.2 系統(tǒng)故障分析及處理4.2.1 PLC的I/O端口系統(tǒng)故障分析及處理PLC最大的薄弱環(huán)節(jié)在I/0端口。PLC的技術(shù)優(yōu)勢在于其I/O端口，在主機(jī)系統(tǒng)的技術(shù)水

39、平相差無幾的情況下，I/O模塊是體現(xiàn)PLC性能的關(guān)健部件，因此它也是PLC損壞中的突出環(huán)節(jié)。要減少I/O模塊的故障就要減少外部各種干擾對其影響，首先要按照其使用的要求進(jìn)行使用，不可隨意減少其外部保護(hù)設(shè)備，其次分析主要的干擾因素，對主要干擾源要進(jìn)行隔離或處理。4.2.2 PLC主機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部故障分析及處理目前PLC的主存儲器大多采用可擦寫ROM，其使用壽命除了主要與制作工藝相關(guān)外，還和底板的供電、CPU模塊工藝水平有關(guān)。而PLC的中央處理器目前都采用高性能的處理芯片，故降率已經(jīng)大大下降。PLC主機(jī)系統(tǒng)容易發(fā)生故障的地方一般在電源系統(tǒng)，電源在連續(xù)工作，散熱中，電壓和電流的波動沖擊是不可避免的。系統(tǒng)總

40、線的損壞主要由于現(xiàn)在PLC多為插件結(jié)構(gòu)，長期使用插拔模塊會適成局部印刷板或底板、接插件接口等處的總線很壞，在空氣溫度變化，濕度變化的影響下，總線的塑料老化、印刷線路的老化、接觸點(diǎn)的氧化等都是系統(tǒng)總線損耗的原因。所以在系統(tǒng)設(shè)計(jì)和處理系統(tǒng)故障的時候要考慮到空氣、塵埃、紫外線等因素對設(shè)備的破壞。對于PLC主機(jī)系統(tǒng)的內(nèi)部故障的預(yù)防及處理主要是提高集中控制室的管理水平，加裝降溫描施，定期除塵，使PLC的外部環(huán)境符合其安裝運(yùn)行要求；同時在系統(tǒng)維修時，嚴(yán)格按照操作規(guī)程進(jìn)行操作，謹(jǐn)防人為的對主機(jī)系統(tǒng)造成損害。4.2.3 現(xiàn)場控制設(shè)備外部故障分析及處理在整個過程控制系統(tǒng)中最容易發(fā)生故障地的地點(diǎn)在現(xiàn)場，現(xiàn)場中最容

41、易出故障的有以下幾個方面。1.第1類故障點(diǎn)是在繼電器、接觸器。PLC控制系統(tǒng)的日常維護(hù)中，電氣備件消耗量最大的為各類繼電器或空氣開關(guān)。主要原因除產(chǎn)品本身外，就是現(xiàn)場環(huán)境比較惡劣，接觸器觸點(diǎn)易打火或氧化，然后發(fā)熱變形直至不能使用。所以減少此類故障應(yīng)盡量選用高性能繼電器，改善元器件使用環(huán)境，減少更換的頻率，以減少其對系統(tǒng)運(yùn)行的影響。2.第2類故障點(diǎn)是傳感器和儀表，這類故障在控制系統(tǒng)中一般反映在信號的不正常。這類設(shè)備安裝時信號線的屏蔽層應(yīng)單端可靠接地，并盡量與動力電纜分開敷設(shè)，特別是高干擾的變頻器輸出電纜，而且要在PLC內(nèi)部進(jìn)行軟件濾波。這類故障的發(fā)現(xiàn)及處理也和日常點(diǎn)巡檢有關(guān)，發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)及時處理。3

42、.第3類故障多發(fā)生在閥門等設(shè)備上。因?yàn)檫@類設(shè)備的關(guān)鍵執(zhí)行部位，利用電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)推拉閥門或閘板的位置轉(zhuǎn)換，機(jī)械、電氣、液壓等各環(huán)節(jié)稍有不到位就會產(chǎn)生誤差或故障。長期使用缺乏維護(hù)，機(jī)械、電氣失靈是故障產(chǎn)生的主要原因，因此在系統(tǒng)運(yùn)行時要加強(qiáng)對此類設(shè)備的巡檢，發(fā)現(xiàn)問題及時處理。4.3 系統(tǒng)抗干擾性的分析和維護(hù)4.3.1外界干擾的主要來源1.電源的干擾供電電源的波動以及電源電壓中高次諧波產(chǎn)生的干擾。2.感應(yīng)電壓的干擾PLC周圍鄰近的大容量設(shè)備啟動和停止時，因電磁感應(yīng)引起的于擾；其它設(shè)備或空中強(qiáng)電場通過分布電容串入PLC引起的干擾。3.輸入輸出信號的干擾輸入沒備的輸入信號線間寄生電容引起的差模干擾和輸入信號線與大地間的共模干擾；在感性負(fù)載的場合，輸出信號由斷開一閉合時產(chǎn)生的突變電流和由閉合一斷開的反向感應(yīng)電勢以及電磁接觸器的接點(diǎn)產(chǎn)生電弧等產(chǎn)生的干擾。4.外部配線干擾因各種電纜選擇不合理，信號線絕緣降低，安裝，布線不合理等產(chǎn)生的干擾。4.3.2 PLC控制系統(tǒng)抗干擾性能1.科學(xué)選型；2.選擇高