毕业设计论文基于plc控制的电磁阀耐久试验系统设计管理资料.docx
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毕业设计论文基于plc控制的电磁阀耐久试验系统设计管理资料
BY15528611/12/2科14-0801
沈阳化工大学
本科毕业论文
题目:
基于PLC控制的电磁阀耐久试验系统设计
院系:
科亚学院
专业:
电气工程及其自动化
班级:
0801班
学生姓名:
指导教师:
论文提交日期:
2012年6月15日
论文答辩日期:
2012年6月18日
毕业设计(论文)任务书
电气工程及其自动化专业
班级
姓名
毕业设计(论文)题目:
基于PLC控制的电磁阀耐久试验系统设计
毕业设计(论文)内容:
基于PLC搭建控制电路控制电磁阀,完成测试多个电磁阀的最大使用次数,组成的电磁阀耐久试验系统
毕业设计(论文)专题部分:
1PLC选型2周边硬件选型3电气原理图绘制4PLC下位机程序设计5PLC上位机组态程序设计6PLC上下位机联机统调
起止时间:
2012年3月---2012年6月
指导教师:
签字年月日
教研主任:
签字年月日
学院院长:
签字年月日
沈阳化工大学
毕业设计(论文)答辩成绩评定
沈阳化工大学信息工程学院分院毕业设计(论文)答辩委员会于2011年6月18日审查了电气工程及其自动化专业学生的毕业设计(论文)。
设计(论文)题目:
基于PLC控制的电磁阀耐久试验系统计
设计(论文)专题部分:
1:
系统硬件设备选型及系统外部电路设计。
2:
下位机程序设计。
3:
上位机程序设计4:
上下位机联机统调
设计(论文)共41页,设计图纸3张
指导教师:
评阅人:
毕业设计(论文)答辩委员会意见:
成绩:
学院(系)答辩委员会
主任委员签字
年月日
摘要
随着工业控制领域日新月异的发展,自动化技术在工业控制流程中拥有了越来越重要的地位,电磁阀作为自动化仪表的一种执行器以及他的系统简单、价格低廉、动作快、功率小、外形轻巧等优点的深入人心。
电磁阀在工业控制系统中经常使用在调整介质的方向、流量、速度和其他的参数。
电磁阀可以配合不同的电路来实现预期的控制,而控制的精度和灵活性都能够保证。
电磁阀有很多种,不同的电磁阀在控制系统的不同位置发挥作用,最常用的是单向阀、安全阀、方向控制阀、速度调节阀等。
随着电磁阀的种类越来越多,性能越来越安全完善,使得近年来电磁阀的使用率是持续攀升,并受到大家的普遍好评。
但是随着电磁阀的使用领域越来越广泛,电磁阀的各种性能要求也在逐步的增多,逐步的细化,不仅仅在功能上,而且在电磁阀的使用寿命上也同样受到大家的广泛关注。
本课题是针对电磁阀的耐久性测试设计的。
目的是解决电磁阀在耐久性测试的问题。
本文主要讲述了以PLC为控制核心搭建控制电路,对电磁阀使用寿命的检测方法和控制系统的设计过程。
用PLC来控制测试电磁阀耐久性的电路提高了系统的可靠性和自动化程度。
省去了大量的活动元件,减少体积,降低功耗,节约了成本。
本文主要是针对硬件和软件两部分进行设计。
硬件方面主要包括电磁阀耐久性测试平台、监控平台及其相应的配电系统设计。
软件部分包括实现电磁阀耐久性检测的程序、试验状态的实时监控等。
在测试过程中,通过恒压的水流,让电磁阀依次开通一定时间,闭合一定时间,通过规定次数进行耐久性能测试。
并且设计了上位机程序,实现了对系统功能的直观监控。
通过硬件部分和软件部分的巧妙结合,多次的程序改写调试、设计思路的更新和工艺的完善,实现了对电磁阀耐久性能的测试。
综上所述,用PLC控制对电磁阀的使用寿命进行研究有着极其重要的意义。
关键词:
电磁阀;耐久性;PLC;上位机
Abstract
Withtherapiddevelopmentofindustrialcontrolarea,automationtechnologyinindustrialcontrolprocesshasamoreandmoreimportantposition,theelectromagneticvalveasautomationinstrumentofakindofactuatorsandhissystemsimple,inexpensive,actionquick,lesspower,appearanceandtheadvantagesofthoroughpopularfeeling.Electromagneticvalveintheindustrialcontrolsystemoffrequentlyusedintheadjustmentofthemedium,flowrate,andthedirectionoftheparametersofthespeedandother.Electromagneticvalvecancooperatewithdifferentcircuittoachievethedesiredcontrol,andcontrolprecisionandflexibilitytobeabletoguarantee.Electromagneticvalvehasalotofkinds,differentelectromagneticvalvecontrolsystemindifferentpositionsofthework,themostcommonischeckvalve,thereliefvalve,directioncontrolvalves,speedregulator,etc.
Withmoreandmorekindsofelectromagneticvalve,performancemoreandmoresecurityimproved,makinginrecentyearstheutilizationrateofelectromagneticvalveiscontinuetorise,andtheuniversalhighpraisebyeverybody.Butwiththeuseofelectromagneticvalvefieldismoreandmoreextensive,electromagneticvalvevariousperformancerequirementsalsograduallyincreasing,graduallythinning,notonlyonthefunction,andintheelectromagneticvalveontheservicelifeofalsoiseveryone'sattention
Thistopicisforthedurabilityoftheelectromagneticvalvetestdesign.Thepurposeistosolvetheelectromagneticvalveinthedurabilitytestquestions.ThispapermainlyrelatedtoPLCtocontrolthecorebuildingcontrolcircuit,theservicelifeofsolenoidvalvetestingmethodsandthedesignofcontrolsystemprocess.UsePLCtocontrolthedurabilitytestelectromagneticvalvecircuitimprovethereliabilityofsystemandautomation.Savealotofactivitycomponents,reducedsize,lowerpowerconsumptionandsavecost.
Thispaperismainlyintwoparts,hardwareandsoftwaredesign.Hardwaremainlyincludingelectromagneticvalvedurabilitytestingplatform,monitoringplatformanditscorrespondingdistributionsystemdesign.Softwarepartincludesrealizeelectromagneticvalvetestingprocedure,testthedurabilityofthestateofthereal-timemonitoring,etc.Inthetestprocess,throughtheconstantpressureofwater,lettheelectromagneticvalveopeningincertaintime,closingtime,throughtheprovisionsfordurabilitytestnumber.AndthePCprogramdesign,realizethesystemfunctionmonitoringintuitive.Throughthehardwareandsoftwareofthecleverunion,inmanyoftheproceduresrewritedebugging,designthinkingandrenewtheimprovementoftheprocess,realizetheelectromagneticvalvedurabilitytest.Tosumup,withPLCtocontroltheuseofelectromagneticvalveliferesearchhastheextremelyvitalsignificance.
Keywords:
Solenoidvalve;Durability;PLC;Host
第一章绪论
1.1概述
科学技术的发展使得工业生产走向了自动化。
工业生产领域逐步由自动化机械代替人工来完成,而工业生产过程中,要求更多的可控的流体介质来参与作业过程。
因此电磁阀在工业生产中的作用越来越重要,伴随而来的电磁阀耐久性问题就自然而然的成为了使用电磁阀的又一问题。
本课题在以PLC为核心控制部件,在MCGS监控软件的基础上实现对电磁阀耐久性的检测,满足工业控制领域对电磁阀寿命测试的要求。
绪论部分简单介绍了电磁阀的技术特点、本次设计的技术特点以及本次课题的主要内容。
1.2电磁阀的介绍及其研究意义
电磁阀是用电磁控制的工业设备,用在工业控制系统中调整介质的方向、流量、速度和其他的参数。
电磁阀是用电磁的效应进行控制,主要的控制方式由继电器控制电磁阀来完成通断。
这样,电磁阀可以配合不同的电路来实现预期的控制,而控制的精度和灵活性都能够保证。
电磁阀有很多种,不同的控制系统,不同的位置,需要不同的电磁阀发挥作用。
1.2.1课题背景和意义
平时在我们的日长生活中经常用到的全自动洗衣机,在使用的时候,插上电源以后就会自动把水加满,洗完自动把水放掉,然后再自动加水冲洗,洗完再把水放掉,全部动作都是自动完成的,其中很重要的一个因素就是全自动洗衣机含有一个关键的部件—电磁阀。
电磁阀是管道自动控制系统中常用的执行元件,它是以电磁力为动力,来实现管道水流的开启和关闭,由于电磁阀具有耗能小、体积小、性能稳定、维修方便等优点,因此在管道自动控制方面,扮演着重要的角色。
电磁阀不仅仅在全自动洗衣机上有应用,并且广泛应用在那些精度要求高的领域,如汽车领域和航天领域。
随着汽车控制技术的发展,汽车电磁阀的应用数量和种类越来越多,对电磁阀质量也要求越来越高。
在现代汽车制造技术中,汽车的油路、气路通断控制和汽车的制动,无处不见电磁阀的身影。
电磁阀性能的好坏直接关系汽车的操作性能,甚至关系到驾驶人的安全。
因此电磁阀的耐久性检测就显得十分重要了。
自电磁阀大量应用以来,电磁阀的寿命检测方法是采用简易的人工检测,这种检测台操作复杂,对检测人员要求较高,操作人员的劳动强度非常大,耗时也比较长,尤其在检测精度方面,效果不能让人满意。
因此研发具有自动化水平较高的电磁阀性能检测台,对我们提高生产力和自动化程度具有重要的意义。
1.2.2水用电磁阀的发展
近年来电磁阀的销量已超过了调节阀,主要是各种专用电磁阀的需求量剧增。
比如燃气电磁阀、蒸汽电磁阀、水用电磁阀、空调用电磁阀等。
水用电磁阀总被认为是最简单的,实则水就分为自来水、工业纯水、工业废水、灌溉水、海水等多种类别,其腐蚀性能,洁净程度各异,应分别选用不同的电磁阀。
自来水阀虽然最普通,但用途不同对阀门的性能要求却不一样。
例如,消防用电磁阀,动作可靠性至关重要,万一失灵后果不堪设想。
即使普通手动阀门长期不启用,也很难快速打开。
近年高层建筑如雨后春笋,我国消防电磁阀技术也随之成熟。
本文主要就是对水用电磁阀进行耐久性试验测试。
1.3电磁阀耐久性测试设计特点
在工业控制领域,尤其是在军工企业对电磁阀的动作寿命有很高的要求,以满足工业生产的需求,理所当然对于如何能更好的对电磁阀耐久性测试的研究成为了广泛研究的课题。
它与系统的精密程度、人身安全、设备安全、仿真模拟以及PLC与组态的综合应用等技术问题有着密切的关系。
具有理论研究与实践经验密切结合的特点。
它必须全面考虑其经济指标。
随着PLC电子技术的迅速发展和工控质量要求的提高,选择一种有效的设计方法也是很必要的。
1.4本次设计的主要工作及论文结构安排
现在市场上已经存在很多种的阀门测试设备,但普遍存在的问题是:
国外进口测试设备造价太高,销售和售后服务渠道不完善,国产阀门测试设备起步较晚还需完善操作和外观。
一些阀门生产厂家为了保证产品质量,一直采用随机性的人工取样检测方法,这种方法效率低、速度慢,无法保证产品100%的满足要求,不但在技术上落后,而且在经济上也不可行。
随着PLC技术的飞速发展,应用此技术,开发一套高自动化的针对阀门某一重要性能的检测设备,既可以实现快速、高效、自动化检测的工作,又可以适应国内厂家的价格要求,具有重要意义。
第一章主要了解电磁阀的工作原理及研究背景;第二章主要进行对课题的总体方案的论证,与其他控制系统比较后最终采用PLC作为核心控制部件,对总体设计进行了概述;第三章主要叙述了硬件控制系统的设计,对系统中用到的重要设备及元件选型、I/O点的分配,画出硬件结构图和接线图等;第四章讲述了PLC控制功能的程序设计,从流程的分析、程序思路的产生来完成本次设计任务,并对关键环节进行具体的分析;第五章主要讲述MCGS的基础画面组态,数据处理,实时监控;最后通过对系统的联机统调,将隐藏的不足之处加以修正和完善,确保系统能顺利运行。
在设计过程中根据生产和设备要求,充分考虑了系统的成本、可靠性、先进性、可扩展性以及日后的维修方便等诸多因素。
本系统自动化程度很高,节约了人力资源。
工艺人员操作方便,维护及检修方便。
具有很好的经济和社会效益。
第二章总体设计方案及思路
本章节中通过PLC与其他工业控制系统的比较,显示出了他独特的性能价位等方面的优势,最终确定以此为核心控制部件;接下来对于课题的总体设计思路作了介绍。
2.1系统设计要求
在随着工业控制技术的不断发展,继电接触器控制已经不能满足现如今需要经常改变生产工艺以及步骤的需要,而PLC在功能上和性价比上都能满足这些要求,所以在设计中选用PLC来完成控制系统的搭建。
测试实验要求同时进行5个电磁阀做耐久性试验测试;实验进行过程具备可靠的安全保护功能;在测试过程中要能持续保持电磁阀的水压力在O.8Mpa,让电磁阀开通一定时间,闭合一定时间,设定通断次数检测其动作寿命。
其中电磁阀的开闭时间、电磁阀动作次数以及电磁阀所处的压力环境都可以由实际情况而设定的。
2.2控制系统总体方案
电磁阀耐久性控制系统由电源供给系统、现场I/O系统、下位机控制系统、上位机监控系统四个子系统组成,四个系统各自实现各自的功能,且彼此之间相互协调。
现场I/O系统主要完成系统信号的采集功能及处理,各个阀体的控制工作,电源控制系统负责给系统中水泵和电机(220VAC)、电磁阀、PLC、固态继电器(8VDC)进行供电。
其中下位机控制系统PLC选用德国SIEMENS公司的S7-200PLC[5]。
PLC控制程序利用SIEMENS的STEP7MicroWINSP6编译环境编写PLC应用程序,实现自动测控任务。
上位机开发环境选用MCGS组态软件,根据系统要求开发系统检测画面,确定检测条件,实现检测画面的动态显示、远程控制、参数修改、系统报警等功能。
控制系统的原理示意图见图2-1。
图2-1控制系统原理示意图
2.3基本工作过程
该系统见图2-2所示,由水泵供水,在入口安装手动开关阀,控制整个系统的总水源便于在断电、检修等情况使用。
在进水管始端设置了过滤器,以防止水源中的多余杂质流入系统,导致电磁阀及其零部件损坏现象。
在系统末端设置了手动调节阀,保证系统的水压保持在0.8Mpa,其值会在压力传感器中显示。
按下电机启动按钮,打开手动开关阀,并调节手动调节阀,让系统中通过恒压的水流。
当水压稳定后,按下测试按钮,让5个电磁阀按设定的通断时间依次开通、关闭。
系统应用两个计数器计数,以确保能完全记录电磁阀的通断次数,并在上位机程序中显示。
如果水泵不启动电磁阀使无法进行测试的。
当测试次数达到设定次数系统会自动停止测试,水泵也自动停止工作。
如果电路的电流突然增大或者水位过高,系统会立即停止测试,并在上位机上提示报警。
如此来进行电磁阀的耐久性测试。
图2-2电磁阀耐久性测试试验装置系统原理图
第三章控制系统硬件设计
控制系统硬件部分主要指PLC控制部分所用到的元器件及其接线,它在整个系统中起到了连接测试系统和控制系统的作用,是电磁阀耐久性检测的重要组成部分和控制部分发挥作用的基础。
本章通过对系统I/O点的分析,选择出了符合设计要求的元器件,并在此基础上设计出了其接线图,完成了整个系统的硬件设计。
3.1系统元器件选型
3.1.1PLC的选型原则及结果
PLC机型选择的基本原则是:
在功能满足要求的前提下,选择最可靠、维护使用最方便以及性能价格比最优的机型。
通常做法是,在工艺过程比较固定、环境条件较好的场合,建议选用整体式结构的PLC,其它情况则最好选用模块式结构的PLC。
对于开关量控制以及以开关量控制为主、带少量模拟量控制的工程项目中,一般其控制速度无须考虑,因此,选用带A/D转换、D/A转换、加减运算、数据传送功能的低档机就能满足要求,而在控制比较复杂,控制功能要求比较高的工程项目中,可视控制规模及复杂程度来选用中档或高档机[6]。
根据对控制任务的分析,本控制系统主要由5个电磁阀,1个水泵构成。
本系统相对选用PLC型号为西门子的S7-200PLC。
下面对S7-200作以介绍。
3.1.2S7-200PLC的介绍
S7-200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[7]。
(1)S7-200系列PLC的特点
①结构紧凑;②先进的程序结构,扩展性良好;③灵活方便的寻址方法;④功能强大、使用方便的编程软件;⑤简化复杂编程任务的向导功能;⑥强大的通信功能;⑦品种丰富的配套人机界面;⑧有竞争力的价格;⑨完善的网上支持服务;成为当代各种小型控制工程的理想控制器[8]。
(2)S7-200PLC硬件介绍
S7-200系列PLC可提供4种不同的基本单元和6种型号的扩展单元。
其系统构成包括基本单元、扩展单元、编程器、存储卡、文本显示器等[9]。
3.1.3CPU的选型
S7-200系列PLCCPU型号介绍见表3-2
表3-2S7-200系列PLC中CPU22X的基本单元
型号
输入点
输出点
可带扩展模块数
S7-200CPU221
6
4
—
S7-200CPU222
8
6
2个扩展模块78路数字量I/O点或10路模拟量I/O点
S7-200CPU224
14
10
7个扩展模块168路数字量I/O点或35路模拟量I/O点
S7-200CPU226
24
16
2个扩展模块248路数字量I/O点或35路模拟量I/O点
S7-200CPU226XM
24
16
2个扩展模块248路数字量I/O点或35路模拟量I/O点
由统计可知,本控制系统有5个输入量;6个输出量,考虑价格和冗余的情况,选CPU222即可。
CPU222产品简介:
本机集成8输入/6输出共14个数字量I/O点。
可连接2个扩展模块。
6K字节程序和数据存储空间。
4个独立的30kHz高速计数器,2路独立的20kHz高速脉冲输出。
1个RS485通讯/编程口,具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。
非常适合于小点数控制的微型控制器[10]。
3.2控制系统I/O点分配
电磁阀耐久性测试控制系统的I/O信号包括试验系统的水泵电机的控制信号,电磁阀的控制信号、保护装置的控制信号,见表3-1所示为系统的I/O点统计及地址分配情况。
表3-1I/O地址分配表
名称
代码
地址
水泵启动
A
I0.0
水泵停止
B
I0.1
电磁阀开始测试
C
I0.2
电磁阀停止测试
D
I0.3
保护装置
E
I0.4
水泵电机
1
Q0.0
电磁阀1
2
Q0.1
电磁阀2
3
Q0.2
电磁阀3
4
Q0.3
电磁阀4
5
Q0.4
电磁阀5
6
Q0.5
3.3外围元器件介绍
3.3.1固态继电器
根据系统的设计要求,为了实现PLC和负载端的隔离和用PLC驱动水泵电机和电磁阀动作。
在PLC和输出端用固态继电器连接,既能用PLC驱动大负载又能提高系统的安全性。
固态继电器(SolidStateRelay,缩写SSR),是由微电子电路,分立电子器件,电力电子功率器件组成的无触点开关。
用隔离器件实现了控制端与负载端的隔离。
固态继电器的输入端用微小的控制信号,达到直接驱动大电流负载。
(1)固态继电器的优点:
①高寿命,高可靠:
固态继电器没有机械零部件,有固体器件完成触点功能,由于没有运动的零部件,因此能在高冲击,振动的环境下工作,由于组成固态继电器的元器件的固有特性,决定了固态继电器的寿命长,可靠性高。
②灵敏度高,控制功率小,电磁兼容性好:
固态继电器的输入电压范围较宽,驱动功率低,可与大多数逻辑集成电路兼容不需加缓冲器或驱动器。
③快速转换:
固态继电
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