1、成绩优良中及格不及格课程设计课程名称电气控制与PLC课程设计课题名称盐碱分离离心机电气控制系统设计专业班级学号姓名指导老师赖指南、刘星平、谭梅、余小霏、沈细群2015年6月19日电气信息学院课程设计任务书课题名称盐碱分离离心机电气控制系统设计姓名专业班级学号指导老师谭梅课程设计时间2015年6月8日2015年6月19日一任务及要求设计任务以PLC为核心，设计盐碱分离离心机电气控制系统，为此要求完成以下设计任务1根据盐碱分离离心机的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上机调试程序。5编写设
2、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GB472884电气图用图形符号、GB698887电气制图和GB715987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第一周星期一上午课题内容介绍2第一周星期一下午仔细阅读设计任务书，明确设计任务与要求，收集设计资料，准备设计工具。3第一周星期二第一周星期三确定控制方案。绘制盐碱分离离心机电气控制系统的电气原理图、控制系统的PLCI/O接线图和梯
3、形图，写出指令程序清单。选择电器元件，列出电器元件明细表。4第二周星期四、五试验调试5第二周星期二第二周星期五编写设计说明书、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S7200PLC编程及应用M北京机械工业出版社，2014年。3王阿根西门子S7200PLC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。原始资料课题盐碱分离离心机电气控制系统设计盐碱分离离心机概况及控制要求在氯碱生产中，碱液的蒸发、浓缩过程往往伴有盐的结晶，因此需要采取措施对盐、碱进行分离，目前大部分厂家均采用以离
4、心机为主体的分离系统。分离过程是一顺序循环的工作过程，共分6个工步进料、甩料、选盐、升刀、间歇和清洗，靠6个电磁阀YV1YV6完成上述工作，并要求5步工作连续循环8次之后方可进入清洗工步，待清洗完毕再进入下一次大循环。分离过程的工作流程图如图1所示，各电磁阀的状态如表1所示。图1盐碱分离离心机系统工作流程图表1盐碱分离离心机电磁阀状态表目录第一章概述111盐碱分离离心机概况及控制要求112设计任务3第二章控制方案论证421基于PLC控制系统优点422PLC控制电路相对于继电器控制电路的优点523PLC控制电路相对以单片机控制电路的优点6第三章硬件设计731I/O口统计732PLC的选型733I
5、/O接线图10第四章控制系统的软件设计11第五章调试13附录161梯形图162指令程序清单201第一章概述11盐碱分离离心机概况及控制要求盐碱分离离心机的原理当含有细小颗粒的悬浮液静置不动时，由于重力场的作用使得悬浮的颗粒逐渐下沉。粒子越重，下沉越快，反之密度比液体小的粒子就会上浮。微粒在重力场下移动的速度与微粒的大小、形态和密度有关，并且又与重力场的强度及液体的粘度有关。象红血球大小的颗粒，直径为数微米，就可以在通常重力作用下观察到它们的沉降过程。此外，物质在介质中沉降时还伴随有扩散现象。扩散是无条件的绝对的。扩散与物质的质量成反比，颗粒越小扩散越严重。而沉降是相对的，有条件的，要受到外力才
6、能运动。沉降与物体重量成正比，颗粒越大沉降越快。对小于几微米的微粒如病毒或蛋白质等，它们在溶液中成胶体或半胶体状态，仅仅利用重力是不可能观察到沉降过程的。因为颗粒越小沉降越慢，而扩散现象则越严重。所以需要利用离心机产生强大的离心力，才能迫使这些微粒克服扩散产生沉降运动。离心就是利用离心机转子高速旋转产生的强大的离心力，加快液体中颗粒的沉降速度，把样品中不同沉降系数和浮力密度的物质分离开。系统工作原理在氯碱的生产中，碱液的蒸发、浓缩过程往往伴着盐的结晶。因此需要对盐、碱进行分离，目前大部分厂家采用以离心机作为主体的分离系统。分离过程是一顺序循环的工作过程，共分6个工步进料、甩料、选盐、升刀、间歇
7、和清洗，靠6个电磁阀YV1YV6完成上述工作，并要求5步工作连续循环8次之后方可进入清洗工步，待清洗完毕再进入下一次大循环。分离过程的工作流程图如图1所示，各电磁阀的状态如表1所示。2图11盐碱分离离心机系统工作流程图表11盐碱分离离心机电磁阀状态表312设计任务1设计和绘制电气控制原理图或PCI/O接线图、功能表图和梯形图，编写指令程序清单。2选择电气元件，编制电气元件明细表。3设计操作面板电器元件布置图。4上机调试程序5编写设计说明书。4第二章控制方案论证21基于PLC控制系统优点1实时性由于控制器产品设计和开发是基于控制为前提，信号处理时间短，速度快。基于信号处理和程序运行的速度，PLC
8、经常用于处理工业控制装置的安全联锁保护。更能满足各个领域大、中、小型工业控制项目。2高可靠性所有的I/O输入输出信号均采用光电隔离，使工业现场的外电路与控制器内部电路之间电气上隔离。各输入端均采用RC滤波器，其滤波时间常数一般为1020MS。各模块均采用屏蔽措施，以防止噪声干扰。采用性能优良的开关电源。对采用的元器件进行严格的筛选。良好的自诊断功能，一旦电源或其他软，硬件发生异常情况，CPU立即采取有效措施，以防止故障扩大。大型控制器还可以采用由双CPU构成冗余系统或有三CPU构成表决系统,以及实现电源模块冗余、IO模块冗余，使可靠性更进一步提高。3系统配置简单灵活控制器产品种类繁多，规模可分
9、大、中、小等。I/O卡件种类丰富，可根据自控工程实现功能要求不同，而进行不同的配置。满足控制工程需要前提下，I/O卡件可灵活组合。4丰富的I/O卡件控制器针对不同的工业自控工程的现场信号，如交流或直流；开关量或模拟量；电压或电流；脉冲或电位；强电或弱电等,有相应的I/O模块与工业现场的器件或设备，如按钮、行程开关、接近开关、传感器及变送器、电磁线圈、控制阀等直接连接。另外为了提高操作性能，它还有多种人机对话的接口模块为了组成工业局部网络，它还有多种通讯联网的接口模块，等等。55控制系统采用模块化结构为了适应各种工业控制需要，除了单元式的小型控制器以外，绝大多数控制器均采用模块化结构。控制器的各
10、个部件，包括CPU，电源，I/O等均采用模块化设计，由机架及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。6价格优势质优价廉，性价比高。7安装简单，维修方便可以在各种工业环境下直接运行。使用时只需将现场的各种设备与PLC相应的I/O端相连接，即可投入运行。各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障。由于采用模块化结构，因此一旦某模块发生故障，用户可以通过更换模块的方法，使系统迅速恢复运行。8控制器实现的功能逻辑控制定时控制计数控制顺序控制PID控制数据计算通讯和联网其它还有许多特殊功能模块，适用于各种特殊控制的要求，如定位控制模块，CRT模块。22PLC
11、控制电路相对于继电器控制电路的优点1、控制方式上看电器控制硬接线，逻辑一旦确定，要改变逻辑或增加功能很是困难；而PLC软接线，只需改变控制程序就可轻易改变逻辑或增加功能。2、工作方式上看电器控制并行工作，而PLC串行工作，不受制约。3、控制速度上看电器控制速度慢，触点易抖动；而PLC通过半导体来控制，速度很快，无触点，顾而无抖动一说。4、定时、记数看电器控制定时精度不高，容易受环境温度变化影响，且无记数功能；PLC时钟脉冲由晶振产生，精度高，定时范围宽；有记数功能。5、可靠、维护看电器控制触点多，会产生机械磨损和电弧烧伤，接线也多，可靠、6维护性能差；PLC无触点，寿命长，且有自我诊断功能，对
12、程序执行的监控功能，现场调试和维护方便。23PLC控制电路相对以单片机控制电路的优点1、单片机控制优点，经济实惠，成本相对较低；缺点，用单片机制作的主控板受制版工艺、布局结构、器件质量等因素的影响导致抗干扰能力差，故障率高，不易扩展，对环境依赖性强,开发周期长，而且，此次设计为盐碱分离，有很强的腐蚀性，所以不应选择单片机控制。2、PLC是经过几十年实际应用中检验过的控制器，其抗干扰能力强，故障率低，易于设备的扩展，便于维护，开发周期短。对于大型工业生产，一般选择PLC而非单片机。总之，由于PLC控制相对于继电器控制有更大的优势，所以最终方案确定为PLC控制技术，由于系统控制规律是顺序控制，后一
13、工步的工作条件是以前一工步的完成为前提的，所以此次设计采用了PLC的复位置位的顺序控制梯形图编程。7第三章硬件设计31I/O口统计根据盐碱分离离心机系统示意图，PLC控制系统的输入信号有启动、停止2个均为开关量，两者均为单操作开关（占两个输入点）。PLC控制系统的输出、输入信号有6个其均用于驱动电磁阀接触器即进料阀（YV1）、洗盐阀（YV2）、化盐阀（YV3）、升刀阀（YV4）、母液阀（YV5）、熟盐水阀（YV6）。即输入用了2个点，输出用了6个点。经过分析得到盐碱分离离心机工作的I/O端口分配如表2所示。表31I/O统计表32PLC的选型SIMATICS7200系列PLC适用于各行各业，各种
14、场合中的检测、监测及控制的自动化。S7200系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。因此S7200系列具有极高的性能/价格比。S7200系列出色表现在以下几个方面A极高的可靠性B极丰富的指令集C易于掌握输入输出启动（I00）进料阀接触器（Q01）停止（I01）洗盐阀接触器（Q02）化盐阀接触器（Q03）升刀阀接触器（Q04）母液阀接触器（Q05）熟盐水阀接触器（Q06）8D便捷的操作E丰富的内置集成功能F实时特性G强劲的通讯能力H丰富的扩展模块S7200系列在集散自动化系统中充分发挥其强大功能。使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。应用领域极为
15、广泛，覆盖所有与自动检测，自动化控制有关的工业及民用领域，包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等等。如冲压机床，磨床，印刷机械，橡胶化工机械，中央空调，电梯控制，运动系统。S7200系列PLC可提供5个不同的基本型号的8种CPU供使用。表32S7200的技术指标特性CPU221CPU222CPU224CPU224XPCPU226本机I/O数字量模拟量6入/4出8入/6出14入/10出14入/10出2入/1出24入/16出最大扩展模块数量0个模块2个模块7个模块7个模块7个模块数据存储区2048字节2048字节8192字节10240字节10240字节掉电保持时间50小时50小时1
16、00小时100小时100小时程序存储器可在运行模式下编辑不可在运行模式下编辑4096字节4096字节4096字节4096字节8192字节12288字节12288字节16384字节16384字节24576字节高速计数器单相4路30KHZ4路30KHZ6路30KHZ4路30KHZ2路200KHZ6路30KHZ9双相2路20KHZ2路20KHZ4路20KHZ3路20KHZ1路100KHZ4路20KHZ脉冲输出（DC）2路20KHZ2路20KHZ2路20KHZ2路100KHZ2路20KHZ模拟电位器11222实时时钟配时钟卡配时钟卡内置内置内置通讯口1RS4851RS4851RS4852RS4852R
17、S485浮点数运算有有有有有I/O映象区256128入/128出256128入/128出256128入/128出256128入/128出256128入/128出布尔指令执行速度022S/指令022S/指令022S/指令022S/指令022S/指令外形尺寸（MM）9080629080621205806214080621908062由于实验室PLC的型号为CPU224XP，所以最终选择此型号进行设计。1033I/O接线图接线图如下所示图31接线图11第四章控制系统的软件设计依据分离过程是一顺序循环的工作过程，共分6个工步进料、甩料、选盐、升刀、间歇和清洗，靠6个电磁阀YV1YV6完成上述工作，并要
18、求5步工作连续循环8次之后方可进入清洗工步，待清洗完毕再进入下一次大循环，所以设计为上图所示的梯形图，该步骤的功能是按下启动按钮I00，开始进料，延时5秒，同时Q01和Q05亮；甩料，延时5秒，同时Q05亮；洗盐，延时5秒，同时Q02和Q05亮；升刀，延时512秒，同时Q03，Q04和Q05亮；间歇，延时05秒，同时Q05亮，并且计数器C3开始计数；达到8次以后，开始清洗，Q02和Q06亮，按下停止按钮I01，延时20秒后，回到初始步。13第五章调试当按下启动按钮I00，即Q00得电启动，程序顺序启动运行，循环往复。当按下停止按钮I01时，在第一工步中加入I01，将不会停止整个程序的运行，除非
19、是很巧合的状态。所以将每个控制线圈都加上I01，确保断开时所有控制阀都断开，所有程序步骤回到初始状态。程序的仿真与调试采用6个指示灯L0，L1，L2，L3，L4，L5分别代表6个电磁阀，通过指示灯的亮与灭来显示电磁阀的动作情况。调试过程如下按下启动按钮I00,代表Q00（进料阀）、Q04（母液阀）接通的指示灯L0,L4亮T37计时器同时开始计时。T37计时到，L0灭。T38计时器同时开始计时，指示灯L4亮。T38计时到，代表Q01（洗盐阀）指示灯L1亮，此时的L4一直还处于亮的状态即Q04（母液阀）还是打开的状态，T39计时器同时开始计时。T39计时到，L1灭,代表Q02（化盐阀）、Q03（升
20、刀阀）的指示灯L2,L3亮，T40计时器同时开始计时。T40计时到，L2，L3亮,T41计时器同时开始5S间歇计时间。T41计时到，给计数器C3计数一次，由于没有达到设计要求8次，所以重复进行进料、甩料、洗盐、升刀、间歇工序。当第8次循环结束后，T41记时时间到，计数器使得L1和代表Q05（熟盐水阀）的指示灯L5亮，开始洗盐。同时T42开始计时，20S后又进入下一次大循环。从运行情况来看，该套控制系统方案设计完全满足盐碱分离中分离机处理工艺的要求。通过仿真图可看出程序是正确的，可以达到系统控制的要求。也就是说本次的设计比较成功。14结束语经过了为期二周的努力和学习，我终于完成了盐碱分离离心机的
21、PLC控制系统的课程设计，从一开始的茫然、毫无头绪到最后课程设计说明书的完成，每一步对我来说都是新的尝试，这算是我第一份独立完成的开放式作业，心里十分自豪。虽然这份课程设计还很稚嫩，存在着很多的不足，但在我却在设计过程中不断地得到成长。首先是课题的选择，资料的查找，运用图书和网络，从各类信息中找出对自己有用的信息并进行编辑完善，这些基本的工作让我感觉基础知识扎实的必要性。但是我也深深的感觉到自己的不足之处，有时候对应用指令不熟悉，以致不能很好准确的编程，使得工作的效率降低，因此在以后还须多加锻炼。在学习过程中也有不能想通的问题，通过和同学的讨论，以及在PLC仿真软件的调试，问题终于得以解决。在
22、这次的设计中，我发现PLC在工业控制中的作用确实很重要，它能使人的控制转变成微机的控制，大大地降低了产品的成本，减少劳动力的投入，更好的提高生产效率。在设计图形时，一个输入错误或是基本指令的混淆都会导致最后梯形图的转换失败，然后再一步步查找错误，浪费时间和精力，非得耐心一遍遍重头再来。这让我认识到设计工作一定要认真细心，容不得马虎。编程的过程中是这样，在生活中更是如此。要仔细检查自己的程序。考虑到那些可能犯错误，并及时解决。只有这样才能得到提高。看着自己的课程设计一步步完善，心中洋溢着一股自豪感，这也为以后的学习和工作打下了基础，一分耕耘一分收获，要想真正做好一件事，还是需要定定心，脚踏实地，
23、用心努力才行啊，希望这次经历能激励自己在以后的路上走好。通过这次的课程，我收益良多，无论是技能方面还是思想方面。在此，我衷心的感谢老师耐心指导跟同学的帮助。15参考文献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S7200PLC编程及应用M北京机械工业出版社，2014年。3王阿根西门子S7200PLC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。16附录1梯形图网络1初始化网络2启动网络3进料网络4甩料17网络5洗盐网络6升刀网络7计数器计数网络8间歇网络9循环8次18网络10清洗，返回初始步网路
24、11清洗，返回启动步网络12T37延时5秒，M01闭合，进料阀通电网络13T40延时5秒，M04闭合，化盐阀通电网络14M03，M04闭合，洗盐阀通电19网络15T38延时5秒网络16T39延时5秒网络17T41延时5秒网络18T42延时20秒，M06接通，热盐水阀通电网络19M01，M02，M03，M04，M05接通，母液阀通电20网络20M04接通，升刀阀通电网络21停止2指令程序清单网络1初始化LDSM01SM00,1RM01,6网络2启动LDM00AI00SM01,1RM00,1网络3进料LDM01AT37SM02,1RM01,1网络4甩料LDM02AT38SM03,1RM02,1网络
25、5洗盐LDM0321AT39SM04,1RM03,1网络6升刀LDM04AT40SM05,1RM04,1网络7间歇LDM05AT41AC3SM06,1RM05,1网络8循环LDM05AT41ANC3SM01,1RM05,1网络9清洗，返回初始步LDM06AT42AM10SM00,1RM06,1网络10清洗，返回启动步LDM06AT42ANM10SM01,1RM06,122网络11循环8次LDM05LDM06CTUC3,8网络12进料阀通电，T37延时5秒LDM01Q01TONT37,50网络13化盐阀通电，T40延时5秒LDM04Q03TONT40,50网络14洗盐阀通电LDM03OM06Q0
26、2网络15T38延时5秒LDM02TONT38,50网络16T39延时5秒LDM03TONT39,50网络17T41延时5秒LDM05TONT41,50网络18热盐水阀通电，T42延时20秒LDM06Q06TONT42,200网络19化盐阀通电LDM01OM0223OM03OM04OM05Q05网络20升刀阀通电LDM04Q04网络21停止LDI01OM10ANM00M10电气控制与PLC课程设计评分表项目评价优良中及格差设计方案合的理性（10）控制系统硬件设计完成情况（10）控制系统程序设计完成情况（20）控制系统程序调试结果10设计说明书质量20答辩情况10独立工作能力10出勤情况10综合评分
