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机械滑台工艺流程控制系统设计

34
2020年5月29日
文档仅供参考

电气与自动化工程学院实训评分表
课程名称: PLC控制技术实训
实训题目: 机械滑台工艺流程控制系统设计
班级: 电气101
学号:
姓名: 陆敬博
项目
评分比例
得分
实训平时表现
30%

实训答辩
50%

实训报告
20%

实训总成绩

指导老师: 许仙珍

年 7 月 4 日

常 熟 理 工 学 院

电气与自动化工程学院

<PLC控制技术实训>

题目: 机械滑台工艺流程控制系统设计

姓 名: 陆敬博
学 号:
班 级: 电气101
指导教师: 许仙珍

起止日期: .6.24---- .7.2

目 录
1.设计任务书 …………………………………………………………1
1.1 设计任务
1.2 设计目的及要求
1.3 设计内容及报告要求
2基础实训项目一:………………………………………………2
2.1 I/O地址分配表
2.2 程序
3基础实训项目二:………………………………………………5
3.1 I/O地址分配表
3.2 程序
4．综合型自主实训项目………………………………………………10
1.总体设计方案
1.1 方案的确定
1.2 设计方案
2. I/O地址分配表
2.1 I/O模块的地址分配
3.顺序功能图,梯形图及指令表
3.1 顺序功能图
3.2 梯形图
3.3 程序说明
4.程序的调试运行及其结果
4.1 手动控制的调试运行及结果
4.2 单步控制的调试运行及结果
4.3 自动循环控制的调试运行及结果
5.个人小结………………………………………………29
6.参考文献 ……………………………………………30

一． 任务书
<PLC控制技术>实训任务书

题目:机械滑台工艺流程控制系统设计(三)
实训学生需要完成2个基础实训项目和1个综合型自主实训项目的训练。
一、基础实训项目一: 霓虹灯的PLC控制系统的设计
一)实训目的
1、进一步巩固掌握PLC基本指令功能的及其运用方法;
2、根据实训设备,熟练掌握PLC的外围I/O设备接线方法
3、初步掌握PLC程序设计方法,养成良好的设计习惯,培养基本的设计能力;
二)实训设备:
三相交流电源模块3082 、直流电源模块30824001、PLC主机单元模块30864002、数字量输入模块30824003、霓虹灯显示模块18504003、个人计算机 PC、PC/MPI 编程电缆。
三)工艺控制要求:
按下启动按钮,灯A亮1秒,接着灯B,C,D,E,F,G,H,I亮1秒,之后灯J1,J2,K1,K2,L1,L2,M1,M2,
N1,N2,O1,O2也被点亮。1秒后,灯J1,J2,K1,K2,L1,L2,M1,M2,N1,N2,O1,O2熄灭,再过1秒,灯B,C,D,E,F,G,H,I熄灭,同样再过1秒后,灯A熄灭。紧接着过1秒灯A再次被点亮,重复以上过程,循环往复。按下停止按钮后,所有灯都熄灭。
四)实训内容:
1、进行PLC的I/O地址分配,并画出霓虹灯的PLC控制系统的接线图。
2、设计由PLC 控制的霓虹灯梯形图程序。
3、输入自编程序,上机调试、运行直至符合动作要求。
二、基础实训项目二:模拟量采集与数据处理的综合应用
一) 实训目的
1、掌握PLC中模拟量输入、输出的基本工作原理。
2、掌握数据处理指令的运用方法。
3、掌握功能、功能块的应用,中断组织块OB35用法。
4、掌握DB块建立与数据访问方法。
二)实训设备:
三相交流电源模块3082 、直流电源模块30824001、PLC主机单元模块30864002、数字量输入模块30824003、模拟量输入模块、模拟量输出模块、个人计算机 PC、PC/MPI 编程电缆。

三)实训项目原理与要求
1、用模拟量输入模块3081400模拟温度测量变送器,假设当温度是0℃时,对应电位器输出0V电压,假设当温度是100℃时,对应电位器输出电压10V电压。用PLC模拟量输入模块采集电位器电压,使用OB35实现采集温度数据,数据采集频率是1次/秒,进行标度变换,数据存储在共享数据块DB2相应的存储单元中,并在触摸屏上显示出温度值。
2、用模拟量输出模块模拟电动执行器,电压为0V时,执行器开度为0%,电压为10V时执行器开度为100%。用PLC模拟量输出模块控制执行器,控制量数据输出频率是1次/秒,用OB35块的方法控制执行器。控制量多少采用触摸屏输入。
四)实训项目的步骤:
1、根据项目要求拟定I/O地址分配表,画出外部接线图,并进行接线图线路连接。
输 入 设 备
输 出 设 备
序 号
名 称
代 号
地 址
序 号
名 称
代 号
地 址
1
开关
S1
I0.0
1
电压表
M1或M2
QW272
2
电位器
10KΩ
IW272
2

3

3

接线图

2、设计梯形图程序,调试并记录数据。

输 入
输 出
电压
PIW
温度值

执行器开度
PQW
电压V

0V

0

4V

40%

6V

60%

8V

80%

10V

100%

3、思考题:
1)整理出运行调试后的梯形图程序及注释说明,写出实验中的问题及分析。
2)S7-300的PLC模拟量模块的测量信号类型有几种?测量范围如何设定?
3)S7-300的PLC模拟量模块的模拟值用什么表示?
三、综合型自主实训项目:机械滑台工艺流程控制系统设计(二)
一)实训项目工艺要求:采用S7-300设计机械滑台工艺流程控制系统,具体要求是:
采用S7-300系列PLC和五层电梯模型完成控制任务。用电梯模型中的桥厢来模拟机械滑台的工作台,工作台由三相异步电机拖动,电机转速和正反转运行由变频器控制。楼层接近限位开关用于工作台的位置控制。工作台的工艺流程由任课老师指定。
控制要求:工作台运行状态分为三种方式:手动、单步和自动循环三种控制方式。其中,运行方式由开关S1、S2确定:S1断开—手动,S1合上—自动;在自动方式下,S2断开—单步运行,S2合上—自动循环控制方式。运行方式切换时,滑台立即停止运行。
手动控制:(点动)手动控制指示灯A亮,按住SB▲(二层),工作台前进(电梯上升);按住SB▼(二层),工作台后退(电梯下降)。(松开按钮立即停止)
单步运行:单步运行指示灯G亮,滑台位于初始原点(1层),按一下启动按钮SB▲(二层),系统转换到下一步,完成该步的任务后,自动停止工作并停留在该步,再按一下启动按钮SB▲(二层),又往前走一步。按停止按钮SB▼(五层),立即停止运行。
自动循环控制:自动循环灯D亮,滑台位于初始原点,按动启动按钮SB▲(二层),按工艺流程自动循环运行,运行一周后回到原点后暂停6秒后再接着运行,按停止按钮SB▼(五层),立即停止运行。
工艺流程中暂停延时需要用指示灯(报警灯)以1HZ的频率闪烁指示。
二)目的
经过本次实训使学生掌握:1)Step7编程软件的使用方法和梯形图、SFC图编程语言的运用;2)实际程序的设计及实现方法;3)程序的调试和运行操作技术。从而提高学生对PLC控制系统的设计和调试能力。
三)内容与要求
1、完成硬件选型、硬件接线图。
2、滑台工艺流程控制系统设计。
3、程序设计方法采用状态转移图SFC图进行设计或经验设计法。
4、程序实现采用基于M的SFC转化梯形图实现或梯形图实现。
5、程序清单。
6、工艺流程为: (此处放置指导老师指定的工艺流程)

四、实训报告要求
报告应采用统一的报告纸书写,应包括评分表、封面、目录、正文、收获、参考文献(并按此顺序装订)。报告中提供如下内容:
1、目录
2、正文
(1)实训任务书;
(2)实训内容,三个任务分别写
a、每个实训任务的总体设计方案(应有PLC的选型及依据)
b、I/O分配表,PLC外部接线图,程序中使用的元件及功能表;
c、程序控制的SFC图、梯形图或指令表清单,注释说明;
d、调试、运行及其结果;
3、收获、体会
4、参考文献
(注意实训报告原则上手写,允许打印,但雷同者的零分处理)

五、实训进度安排
周次
工作日
工作内容
第
一
周
1
布置实训任务,查找相关资料,熟悉实验台。
2
完成两个基础实训项目。
3
根据综合型实训任务,完成总体设计方案(硬件选型、分配IO点等)
4
完成硬件接线,编写程序并调试
5
编写程序并调试
第
二
周
1
编写程序并调试
2
编写程序并调试
3
编写程序并调试及准备实训报告
4
完成报告并于下午两点之前上交
5
答辩
本实训共需两周时间
六、实训考核办法
本实训满分为100分,其中实训平时表现(含2个基础实训项目完成情况)30%、综合型实训项目答辩50%,实训报告20%。

2．基础实训项目一
总体设计方案(应有PLC的选型及依据)
要点亮16盏灯,即用到16个输出端口,分别为Q0.0—Q1.7.按键要用到启动和停止,两个输入端口,为I0.0,I0.1。总计18个IO端口。此端口数属于中小型,因此选用西门子的S7-300系类。模块要用数字量输入模块,数字量输出模块。因为要定时导通,要用到定时器,因为要定时6s,即六个定时器。
IO分配
输入设备
输出设备
启动
I0.0
A
Q1.0
停止
I0.1
B--I
Q1.1—Q1.7

J--02
Q0.0—Q0.7
IO接线图

顺序功能图

T3

T4

I0.0

M0.1

M0.2

M0.3
M0.4
M0.0

M0.7
Q0.0
Q0.1 T1

Q0.0
T0

Q0.0
Q0.2

Q0.0 Q0.1
Q0.2 T2

T0

T1

I0.5*I0.0

T1

M0.5
Q0.0
T4
M0.6
T5
T2
I0.2

Q0.0 Q0.1
T3
T5

元件及功能表:
M0.0:通电保持状态标志位。
T0—T5:接通延时定时器,常开触点由断开变为接通时计时,时间到时,该线圈通电。
程序
注释:按下I0.0启动程序,M0.0为通电状态保持位置

注释:按下I0.0启动程序,灯全灭。

注释:各定时器分别定时,T5用于循环。

注释:点亮A灯

注释:点亮A,B—I灯

注释:点亮A,B—I灯,J—02灯。

注释:点亮A,B—I灯,熄灭J—02灯。

注释:点亮A,熄灭B—I灯,J—02灯。

注释:熄灭A,B—I灯,J—02灯。

调试、运行及其结果:
各灯按照指定运行,先灯A亮1秒,接着灯B,C,D,E,F,G,H,I亮1秒,之后灯J1,J2,K1,K2,L1,L2,M1,M2,N1,N2,O1,O2也被点亮。1秒后,灯J1,J2,K1,K2,L1,L2,M1,M2,N1,N2,O1,O2熄灭,再过1秒,灯B,C,D,E,F,G,H,I熄灭,同样再过1秒后,灯A熄灭。紧接着过1秒灯A再次被点亮,重复以上过程,循环往复。

3．基础实训项目
总体设计方案(应有PLC的选型及依据)
因为显示温度时间,采集的是模拟信号,因此用到模拟量输入模块。用到一个IO输入端口。
在输出电压时,要用到模拟量输出模块,占用一个模拟量输出端口,共计两个IO端口,属于中小型可编程控制器,选用S7-300.
因为要在上位机上显示出来,还要用到触摸屏,在显示温度时,要将温度记录,用到数据块,数据块分为两个,一个为采集数据块,用于调用显示温度。一个用于显示屏的记录输入数据,用于调用后在电压表上显示电压。
触摸屏因为编的程序较小,选用MC1162。
通信模式为:TCP/PI协议
PLC300经过模拟量输入模块采集模拟信号,此时IW288输入的是经过换算的数字信号,经过cpu的程序的处理,即调用FC1功能,经过上位机显示出温度。
在上位机上,手动输入数字,经过调用FB1功能块,再经过数字量输入模块30824003,在电压表上显示出来。
途中要经过OB35进行一秒的信号的采集。
开关用到一个,即S1,在OB1里激活OB35。

IO分配:
输 入 设 备
输 出 设 备
序 号
名 称
代 号
地 址
序 号
名 称
代 号
地 址
1
开关
S1
I0.0
1
电压表
M1或M2
QW288
2
电位器
10KΩ
IW288
2

3

3

元件及功能表
MD26:用于存储FC1输出的温度数据。
MD40:用于存储FB1输出的电压值。
LD30,LD40:局部数据区,用于FB1,FC1中的临时数据存储。
流程图

程序:
注释:在OB1里激活OB35。
OB1

OB35
注释:IW288将信号输入FC1中,进行调用。

注释:将FC1中的结果存贮在DB2模块中。

注释:将DB3中的数据经过调用FB1,存贮在MD40中,在截取低8位输出。

FB1
注释:将DB3中的的数字量转换成双整型,再乘以27648,再除以100,进行输出,

FC1
注释:将IW288的数字量转换成双整型,再转换为浮点型。

注释:将浮点型数据先乘100,再除27648。

DB2

DB3

调试、运行及其结果:
在上位机的温度显示中,经过调节电位器,显示出温度的变化,精确到小数点后两位。
在显示器的开度一栏里,输入数字(0--100),在电压表里显示出0—10v的电压。

4．综合型自主实训项目
4.1总体设计方案(应有PLC的选型及依据)
采用电梯模型中的轿厢来模拟机械滑台,工作台由三相异步电动机拖动,电机转速和正反转运行由变频器控制。正反转,及快速,慢速,用到共计四个IO输出口
工作台的位置由楼层的限位开关控制,要用到四个IO输入端口。
滑台运行状态分为三种方式:手动方式、单步方式和自动循环三种控制方式。其中,运行方式是由外部开关S1、S2确定的,S1断开时为手动方式,S1合上时为自动方式;S2断开为单步运行方式,S2合上为自动循环控制方式。此处为两个IO输入口。运行切换时,滑台立即停止运行。还有四个指示灯,综上,共计19个IO端口,属于中小型可编程控制器,因此选用S7-300系类的PLC和四层电梯实现控制任务。
4.2设计方案:
主电路设计方案工艺流程图如下图1所示:
暂停5秒

快进

SQ4
SQ3
SQ2
SQ1
暂停6秒

图1 工艺流程图
工作台的快进由电机的正转和快速来控制,后退由电机反转和高速来控制,工进由电机的正转和低速来控制。手动控制时用外部LED的A灯来指示,单步控制时用外部LED的G灯来指示,自动循环控制时用外部LED的D灯来指示。工作台启动按钮由二层上呼按钮SB2▲来控制,后退按钮由二层下呼按钮SB2▼控制,停止按钮由五层下呼按钮SB5▼控制。最后经过PLC程序代码来实现工艺流程的顺序控制。

I/O模块的地址分配
输入设备
输出设备
序号
名称
代号
地址
序号
名称
代号
地址
1
转换开关1
S1
I1.0
1
电机正转
DIN1
Q0.0
2
转换开关2
S2
I1.1
2
电机反转
DIN2
Q0.1
3
二层定位传感器
SQ1
I0.0
3
电机低速
DIN3
Q0.2
4
三层定位传感器
SQ2
I0.1
4
电机高速
DIN4
Q0.3
5
四层定位传感器
SQ3
I0.2
5
蜂鸣器
P
Q0.4
6
五层定位传感器
SQ4
I0.3
6
手动指示灯
A
Q0.5
7
二层上呼按钮
SB2▲
I0.4
7
单步指示灯
G
Q0.6
8
二层下呼按钮
SB2▼
I0.5
8
循环指示灯
D
Q0.7
9
五层下呼(停止)按钮
SB5▼
I0.6
9

（2） 工作方式开关的切换对照表
S1(I1.0)
S2(I1.1)
工作方式
0
x
手动
1
0
单步
1
1
自动循环
I/O接线

元件及功能表
M0.0为FC2的激活位置,M1.为FC3激活位置。其余M全为活动步。
T为SD定时器: 接通延时定时器,常开触点由断开变为接通时计时,时间到时,该线圈通电。
T0在SQ2处延时6S,T1为在原点处定时5S。
图3单步运行顺序功能图 图4单周期运行顺序功能图

M0.0

I0.0*I0.4
Q0.0 Q0.3
M0.1

I0.2
M0.2

I0.2*I0.4
Q0.1 Q0.3
M0.3

I0.0
M0.4

I0.4 I0.0*I0.4
M0.5

Q0.0 Q0.2

I0.3
M0.6

M0.7

I0.3*I0.4
Q0.1 Q0.2

M2.0

I0.1
I0.1*I0.4
Q0.0 Q0.3
M2.1

I0.2
M2.2

I0.4
T0 6S
M3.4

Q0.1 Q0.2

M2.3
I0.4*I0.2

M2.4
I0.0
T1 5S

I0.4
M3.5

M2.5

图3
M1.0

I0.0*I0.4
Q0.0 Q0.3
M1.1

I0.2
Q0.1 Q0.3

M1.2

Q0.0 Q0.2

M1.3

I0.0

I0.3
Q0.1 Q0.2

M1.4

I0.1
Q0.0 Q0.3

M1.5

T1

T0
M1.6

I0.2

T0
Q0.1 Q0.2

M1.7

T1
M3.0

I0.0

图4
OB1:注释:松开I1.0,消除各模块中的M位的记忆。

注释:按下I1.0,松开I1.1,使各模块中的M位复位,而且使M0.0置位。

注释:按下I1.0和I1.1,使各模块中的M位复位,而且使M1.0置位。

注释:松开I1.0,调用FC1模块。A灯亮。

注释:按下I1.0,松开I1.1,调用FC2模块。G灯亮。

注释:按下I1.0 和I1.1调用FC3模块。D灯亮。

FC1
注释:按下I0.4前进。

注释:按I0.5下后退。

FC2

注释:到达第二层后再按下I0.4开始启动延时闪烁

注释:到达第二层后再按下I0.4开始启动延时闪烁

注释:停止

注释:输出

注释:报警 闪烁

FC3

注释:按下停止按钮停止,M1.0置位

注释:输出

注释:报警 闪烁

4.3 程序说明
(1)主程序的OB1
在主程序的OB1中,经过调用功能(FC)的方式来实现各种工作方式的切换。工作方式的选择开关是由S1,S2的拨动开关选择,同时只能选择一种工作方式。选择手动工作方式时断开S1,合上S2,手动指示灯A灯亮,调用手动程序FC1;选择单步工作方式时合上S1,断开S2,单步指示灯G灯亮,调用程序FC1,选择自动循环工作方式时合上S1、S2,循环指示灯D灯亮,调用程序FC3。
(2)手动程序FC1
手动操作时,用I0.4和I0.5对应的2个按钮SB2▲、SB2▼控制滑台的上升与下降,为了保证系统的安全运行,在手动程序中设置了一些必要的联锁:用一楼和四楼的定位传感器I0.0和I0.3的常闭触点限制滑台运动的上下极限位置。
(3)单步控制程序FC2
单步运行时,I1.1为1状态,I1.2为0状态,即S1闭合,S2断开。根据顺序功能图先使工作台回到原点,然后每按下一次按钮SB2▲,执行一步,在按下停止按钮SB5▼时,立即停止运行。
(4)自动循环工作程序FC3
循环工作方式时,I1.1 和I1.2为1状态,即S1、S2均闭合,在初始状态按下启动按钮I1.1,M1.0变为1状态,滑台根据设计的工艺流程运行,当滑台在步M3.0返回M1.1原点时,I1.1为1状态,系统将自动循环的工作下去。

4.4.程序的调试运行及其结果
4.4.1 手动控制的调试运行及结果
手动控制(点动):手动控制指示灯A灯亮,按住二层上呼按钮时(I0.4),滑台上升,当在任意位置(不超过四层)松开按钮时,滑台停止上升,当按住二层下呼按钮时(I0.5),滑台下降,当在任意位置(不低于一层)松开按钮时,滑台立即停止下降。为了安全考虑因此设计了两个极限位置,当到达四层时,四层限位传感器(I0.3)检测到信号,立即停止滑台上升,当达到一层时,一层限位传感器(I0.0)检测到信号,立即停止滑台下降。所设计的程序能够完成控制的手动控制。
4.4.2 单步控制的调试运行及结果
单步运行:单步控制指示灯G灯亮,滑台需位于原点(1层),按动启动按钮SB2▲(2层),滑台立即高速上升到3楼,第二次按动启动按钮SB2▲(2层),低速回到1楼,第三次按SB2▲(2层)之后滑台低速上升到4楼,第四次按SB2▲(2层)后高速下降到2楼,第五次按动启动按钮SB2▲(2层)后低速上升到3楼,第六次按SB2▲(2层)报警闪烁6秒,第七次按动SB2▲(2层)滑台高速下降回到1楼,最后一次按动SB2▲(2层)报警闪烁5秒,检测每一层是否到达是经过每一层的定位传感器来实现的。
4.4.3 自动循环控制的调试运行及结果
自动循环控制:循环控制指示灯D灯亮,滑台需位于原点(1层),按动启动按钮SB2▲(2层),滑台立即高速上升到3楼,然后低速回到1楼,滑台再以低速上升到4楼,之后滑台高速下降到2楼,以低速进到3楼并报警延时6秒,最后高速下降到1楼原点处,报警延时5秒后接着第一步继续循环运行。

5． 收获、体会
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,此次设计以分组的方式进行,每组有一个题目。我们做的是机械滑台的plc控制系统。由于平时大家都是学理论,没有过实际开发设计的经验,拿到的时候都不知道怎么做。但经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。分组工作的方式给了我与同学合作的机会,提高了与人合作的意识与能力。
经过这次设计实践。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,提高了我们的工程素质,在没有做实践设计以前,我们对知道的撑握都是思想上的,对一些细节不加重视,当我们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,我们对plc 的理解得到加强,看到了实践与理论的差 距实践出真知,经过亲自动手制作,使我懂得纸上得来终觉浅的道理。
实训让我更加了解了plc梯形图、指令表、外部接线图有了更好的了解,也让我更加了解了关于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。本次实训脱离不了集体的力量,遇到问题和同学互相讨论交流。多和同学讨论。我们在做实训项目的过程中要不停的讨论问题,这样,我们组员能够尽可能的统一思想,这样就不会使在做的过程中没有方向,而且这样也是为了方便最后设计和在一起。讨论不但是一些思想的问题,还能够深入的讨论一些技术上的问题,这样能够使自己的处理问题要快一些,少走弯路。多改变自己设计的方法,在设计的过程中最好要不停的改进自己解决问题的方法,这样能够方便自己解决问题
在设计的过程中我们还得到了老师的帮助与意见。在学习的过程中,不是每一个问题都能自己解决,向老师请教或向同学讨论是一个很好的方法,不是有句话叫做思而不学者殆。做事要学思结合。

6．参考文献
[1] 廖常初.S7-300/400 PLC 应用教程 ——北京:机械工业出版社, .6
[2] 吴作明 <PLC开发与应用实例详解> 北京:北京航空航天大学出版社, .11