优秀毕业设计精品]基于s7-300plc的造纸中段废水处理dcs控制系统设计

优秀毕业设计精品]基于s7-300plc的造纸中段废水处理dcs控制系统设计内容摘要：

因此， PLC 控制系统的基本内容包括如下几点： (a)选择用户输入设备（按钮、操作开关、限位开关和传感器等、输出设备（继电器、接触器、信号灯等执行元件）以及输出设备驱动的控制对象（电动机、电磁阀等）。 这些设备属于一般的电气元件，自选择方法请参考其他 有关资料。 (b) PLC 的选择。 PLC 是 PLC 控制系统的核心部件，对于保证整个控制系统的技术经济性能指标起着重要作用。 选择 PLC，应包括机型、容量、 I/O 点数（模块）、电源模块以及特殊功能模块的选择等。 (c) 分配 I/O 点，绘制电气连接接口图，并考虑必要的安全保护措施。 (d) 设计控制程序。 梯形图、语句表（可由编程软件自动转换或直接编写）、控制系统流程图等。 控制程序是控制整个系统工作的软件，是保证系统工作正常、安全可靠的关键，因此控制程序的设计必须经过反复调试、修改，直到满足为止。 (e) 必要时还 需设计控制台（柜）。 (f) 编制系统的技术文件。 包括说明书、电气图及电气元件明细表等。 传统的电气图，一般包括电气原理图、电器布置图及电气安装图。 在 PLC 控制系统中，这些图可统称为“硬件图”。 它在传统的电气图的基础上增加了 PLC 部分，所以，还应增加 PLC 的 I/O 输入、输出电气连接图（即 I/O 硬件接线图）。 计算机控制技术课程设计 10 分 析 控 制 要 求确 定 用 户 的 I / O 设 备选 择 P L C分 配 I / O ， 设 计 I / O 连 接 图绘 制 流 程 图设 计 梯 形 图编 制 程 序 清 单调 试输 入 程 序 并 检 查联 机 调 试满 足 要 求。 设 计 控 制 台现 场 连 接Y e s满 足 要 求。 编 制 技 术 软 件N oNoP L C 程 序 设 计No修 改交 付 PLC 控制系统流程 控制总体要求 按照工艺运行及使用维护等方面的要求，设计时对控制系统总体要求如下： 1） 系统可以进行自动手 动两种运行方式。 应能按照工艺要求编辑程序并可实时整定参数。 2） 系统要有相应的软件，硬件保护措施以及足够的报警信息显示。 3） 控制装置选用 PLC 作为系统的控制核心，根据工艺要求合理选配 PLC 机型和计算机控制技术课程设计 11 I/O 接口。 4） PLC 自身配有 24V 直流电源，外接负载时考虑其供电容量。 PLC 接地端采用第三种接地方式，提高抗干扰能力。 5） 控制系统当一组电机运行停止时另一台将自动运行。 6）采用指令表形式来编写程序并编写 PLC 的 I/O 接口功能表。 PLC 选型及传感器的连接 1) CPU 的选型 CPU314：内置 40KB RAM,最大可扩展 512KB FLASHEPROM 存储器卡，随机存储器 24KB，最大数字量 I/O 点数： 512，最大模拟量 I/O 通道数： 64，最大配置： 4个机架， 32 块模块，时钟：硬件时钟，定时器： 128，计数器： 64，位存储器： 2048，可调用块：组织块 OB(13 个 )、功能块 FB(128 个 )、功能调用 FC(128 个 )、数据块 DB(127个 )、系统数据块 SDB(9 个 )、系统功能块 SFC(34 个 )、系统功能块 SFB(0 个 )。 所以 CPU314 的各项指标能够满足控制系统的要求且保留一定的裕量。 存储器容量估 算值 ： PLC 的 I/O 点数估算值 大 小，很大程度上反映了 PLC 系统的功能要求，因此可以在 I/O 点数估算值的基础上计算对 PLC 存储容量的要求。 目前大多用统计经验公式进行存储器容量估算，这种方法是以 PLC 处理每个信息量所需存储器数的统计平均经验值为依据，乘以信息量数再考虑一定的裕量，计算得到存储器需要容量。 作为一般应用 ,通常使用如下的 经验公式 计算 所需存储容量 ： M(KB)=(～ )(DI10+DO5+AI/O100)/1024 (31) 其中： DI 为数字量输入点数 ； DO 为数字量输出点数 ； AI/O 为模拟量 I/O 输入输出 总 点 数 ； 根据上面式 (31)的经验公式得到的存储器容量估算值只具有参考价值，但在明确 了PLC 要求容量时，还应依据其 它 因素对其修正。 需要考虑的因素有：经验公式仅对一般应用系统 ， 而且主要针对设备的直接控制功能而言的，特殊的应用或功能可能需要更大的存储器容量，不同型号的 PLC 对存储器的使用规模与管理方式的差。 本系统所需的存储容量为： *(175*10+89*5+87*100)/1024=24(KB) 故 CPU314 的随机存储器是足够的 ，所以选择 CPU314 是合适的。 其中的 B 柜以及C 柜需要的 DI， DO 及 A I,AO 数均比 A 柜小 ,故 B,C 控制柜的 CPU 选用 CPU314 合适 2) I/O 模块的选型 a) 模拟量输入模块的选择 模拟量输入模块 SM331 有两种规格型号。 一种是8*12 位模块 ,另一种是 2*12 位模块。 前者是 8 通道的输入模块 ,后者是 2 通道的输入模计算机控制技术课程设计 12 块。 本系统采用 8 通道的输入模块。 下面我们就对其做简要介绍 : SM331 模入模块主要由 A/D 转换部件、模拟 切换开关、补偿电路、恒流源、光电隔离部件、逻辑电路等组成。 A/D 转换部件是模块的核心， 其转换原理采用积分方法，积分时间直接影响到 A/D 转换时间和 A/D 转换的精度。 SM331 的 8 个模拟量输入通道共用一个积分式 A/D 转换部件，既通过模拟切换开关，各输入通道按顺序一个接一个的转换。 某一通道从开始转换模拟量输入值起，一直待续到再次开始转换的时间称模入模块的循环时间，他是模块中所有活动的模拟量的转换时间的总和。 实际上，循环时间是对外部模拟量信号的采样间隔。 为了缩短循环时间，应该使用 STEP7 组太工具屏蔽掉不用的模拟量通道，使其不占用循环时间。 对于一个积分时间设定为 20ms， 8 个输入通道都接有外部信号 且都需断线监视的SM331 模块 ,其循环时间为 (22+10)*8=256ms。 此循环时间满足该控制系统的要求，故选择 8 通道的模拟量输入模块是合理的。 模拟量输入模块与传感器的连接图 模拟量输出部分图 b) 模拟量输出模块的选择 模拟量输出模块 SM332 也有多种规格型号，在这里我们采用有 4 通道的 4*12 型输出模块以下对 4*12 位 SM332 作简要介绍 : 计算机控制技术课程设计 13 模出模块的转换时间包括内部存储器传送数字化输出值的时间和数模转换的时间。 模拟量输出各通道的转换是顺序进行的。 模块的循环时间是所有活动的模拟量输出通道的 转换时间的总和。 模出的响应时间是一个比较重要的指标，响应时间就是在内部存储器中出现数字量输出值开始到模拟输出达到规定值所用时间的总和。 它和负载特性有关。 负载不同 (容性、阻性和感性负载 )，响应时间也不一样。 SM332 4*12 位模块上有 4 个通道，每个通道都可单独编程为电压输出或电流输出，输出精度 12 位，模块对 CPU 背板总线和负载电压都有光电隔离。 使用 STEP7 组态 工具或 SFC 系统功能调用，可以设定诊断中断允许、输出诊断、输出类型、输出范围及 L+掉电或模块故障后的替代值等参数。 输出模块的一个中断组即一个通 道。 如果模块中的一个通道不使用，则可以通过设定输出类型，撤消该通道，并让输出保持开路。 c) 数字量输 信号电平 输入信号进入模块后，一般都经过光电隔离和滤波，然后送入输入缓冲器等待 CPU 采样，采样时信号经过背板总线进入到输入映像区。 入模块的选择 数字量输入模块 SM321,数字输入模 块是将现场送来的数字信号电平转换成 S7300 内部可识别信号。 以下为数字量输入模块选择的一般原则 : 根据现场 检 测 元件与模板之间的距离来选择电压的等级。 一般 1 24V 属低压，其传输距离不 易 太远。 距离较远的设备选用较高电压的 模板比较可靠，以免信号衰减后造成误差。 根据分散各处信号的多少和信号动作的时间选择模板的密度。 集中在一处的输入信号尽可能集中在一块或几块模板上，以便于电缆安装和系统调试。 对于高密度模板，如32 点或 64 点，一般来讲，同时接通点数最好不超过模板总点数的 70%。 为了提高系统的可靠性，必须考虑门坎电平的大小，门坎电平值越大抗干扰能力越强传输也就越远。 根据系统抗干扰性能的要求，选择光电隔离或不带光电隔离的输入模板。 根据被控设备与可编程序控制器 CPU 所安装位置之间的距离来设计本地输入模板还是远程输入模板。 备用输 入点的设计。 在设计总输入点数时要留有一定的裕量，这些备用点的分配应分别考虑到每块输入模板上，最好分配到每组输入点上。 例如 ： 以具有 32 点输入的模板。 他们每 8 点一组，在设计时每 8 点留一个备用点，一旦其余 7 点有一个发生故障，只要把接线从故障点改接到备用点，相应地址再一修改，系统就可恢复正常。 SM321 数字量输入模块是用来将现场送过来的数字信号电平转化成 S7300 内部信号电平。 它有四种型号可以选择，即直流 16 点输入、直流 32 点输入、交流 16 点输入、交流 8 点输入。 其中 SM321 DI 3224VDC 它具有 32 个输入点，带隔离、 16 点为一组。 额定输入计算机控制技术课程设计 14 电压为 24VDC，适用于开关和 2/3/4 线 BERO(接近开关 )，可接非屏蔽电缆长度最长为600m，屏蔽电缆长度为 1000m，通道与背板之间以及每组通道之间有光电隔离，从背板总线输出最大 15mA 电流。 SM321 DI 1624VDC它是 16点输入，带隔离 ， 16点为一组，额定输入电压为 24VDC,适用于开关和 2/3/4 线 BERO(接近开关 )， 通道与背板总线之间有光隔。 SM321 DI 1624VDC 带硬件和诊断中断，它是 16 点输入，带隔离， 16 点为一组，额定输入电 压为 24VDC， 适用于开关和 2/3/4 线 BERO(接近开关 )，对传感器可使用外部冗余电源 ， 组故障 LED， 可编程的诊断，可编程的诊断中断，可组态的硬件中断，可编程的输入延迟。 这是几种常用的模块。 他们的主要参数 见 表 44。 表 44 M321数字输入模块主要参数 SM321 数字输入模块 直流 16 点输入模块 直流 32 点输入模块 输入点数 16 32 额定负载电压 L+ 24VDC 24VDC 负载电压范围 ～ ～ V 额定输入电压 24VDC 24VDC 输入电压 “1”范 围 13～ 30V 13～ 30V 输入电压 “0”范围 3～ +5V 3～ +5V 隔离（与背板总线） 光耦 光耦 在这里我们考虑到模块的性价比和控制系统的具体要求，故使用 32 点输入 24VDC 的SM321。 d) 数字量输出模块的选择 数字量输出模块 SM322，数字输出模块是将 S7300 内部信号电平转换成过程所要求的外部信号电平，可直接驱动电磁阀、接触器、小型 电动机、灯和电动机启动器等。 以下为数字量输出模块选择的一般原则 : 对一般的负荷，选择何种输出方式都可以，对开闭频繁的，电感性、 电 功率因数 大的 负荷，建议使用晶体管和晶闸管元件的开关量输出模板。 对于电压范围变化较大，且计算机控制技术课程设计 15 各种电压等级集中在一块模板上，则使用继电器输出模板更加方便。 输出功率的选择，在选择模板时要注意手册上给出的输出功率要大于实际负荷所需的功率。 如果负荷要求的功率很大，开关量输出模板已不能满足需要，此时采用中间继电器，开关量输出驱动中间继电器的线圈 ， 中间继电器驱动负荷这种方法也可用于多个负荷的并联驱动。 针对负荷要注意 ： 对象为电磁阀这类负荷，虽然电磁负荷很小，但匝数多，断电瞬间其反向电压很高。 有时会使输出模板的输出三极管击穿，此时要在负 荷两端并接电容和电阻抑制反向电压。 对于灯负荷一般启动电流 为 额定电流的十倍。 S7 系列的 PLC 所具有的数字量输出模块中 SM322 DO3224VDC/ 此模块为 32点输出带隔离， 8 点为一组输出 电流，。