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1、长春汽车工业高等专科学校毕业设计（论文）摘 要本设计针对化工厂生产的现状和设计要求，将可编程序控制器（PLC）应用于防冻液生产线，以触摸屏为人机界面，通过串行总线读取反应罐的重量数据，根据设置，控制设备完成防冻液的生产过程的控制。通过合理的选择和设计，不但提高了生产效率、可维护性以及灵活性，并且提高了控制水平，使防冻液生产达到较为理想的控制效果。本文设计的控制系统与传统的继电器控制系统相比，简化了复杂的继电器控制电路、操作具有较高的灵活性，操作员可根据要求设计工作表，生产不同配方的防冻液，并且中间过程中无需人工操作，实现自动生产。在介绍防冻液生产线的基本结构基础上，分析了研究的工作原理，阐述了
2、PLC的优点及特点，分析称重仪的通信协议，设计了PLC与仪表数据通讯程序，设计控制系统的硬件接线图、PLC程序、和触摸屏人机界面。研究提出了基于PLC防冻液生产线的控制系统设计的实现方案。关键词：可编程控制器；自动生产；防冻液The reaction tank automatic feed system design based on PLCAbstractIn view of the situation of chemical production, the design of programmable controller (PLC) was applied to antifreeze p
3、roduction line, with touch screen as human-computer interface, reading the weight data of the reaction tank through serial bus. System controls the equipments to complete the production process according the parameters set on the HMI. By reasonable selection and design, it not only improves the prod
4、uction efficiency, maintainability and flexibility, and improve the control level, the production of antifreeze achieve ideal control effect. In this paper, design of control system is compared with the traditional relay control system, simplify the complicated relay control circuit, the operation h
5、as high flexibility, the operator can design according to the working table, antifreeze manufacture different formula, and the middle process without manual operation, realizing automatic production. Antifreeze production line is introduced, based on the basic structure of the analysis of the resear
6、ch work, this paper expounds the advantages and characteristics of PLC, analyzes the communication protocol of the weighing instrument, design the PLC and the instrument data communication program, designed the hardware wiring diagram of the control system, PLC program, and touch screen man-machine
7、interface. Research and put forward the antifreeze production line based on PLC control system design scheme.Keywords: Programmable controller; Automatic production；Antifreeze目 录第一章 绪论11.1 发展现状11.2 可编程序控制器11.3 研究的主要内容3第二章 方案论证42.1 系统的设计要求42.2 系统的解决方案42.3 控制系统技术方案62.3.1系统构成62.3.2系统工作方式6第三章 硬件设计73.1 控
8、制器S7-20073.2 EM235模拟量模块93.3 电动机频率控制123.4 QDI-01C称重显示仪133.5 HMI人机界面133.6 控制回路与供电主回路143.7 进料阀153.8 PLC接线及点位分配16第四章 触摸屏设计184.1 触摸屏技术184.2 WinCCflexible184.3 组态画面简介20第五章 PLC软件设计245.1 STEP7-Micro/WIN32245.2 PLC通讯245.3 称重仪数据解析275.4 模拟量转化（变频器频率控制）转化原理295.5 自动控制32总 结35致 谢36参考文献39附录 系统接线图41III第一章 绪论1.1 发展现状现
9、在的防冻液生产线主要依靠人工操作，操作员根据配方的要求，依次打开手动阀放进原料，观察称重仪显示的重量，控制各种原料的目标重量；当各种原料达到目标要求后，打开循环泵，进行固定时间的搅拌。这种方式耗时、耗力，生产效率低。对操作员的控制有较高的要求，避免影响防冻液的品质。随着科学技术的进步和迅猛发展，可编程序控制器技术广泛应用于各行业自动化控制领域，已经在现代工业企业的生产、加工与制造过程中起到十分重要的作用1.高钦和.可编程序控制器应用技术与实例M.北京：中国邮电出版社，2004。这种单靠人工的操作已经不能满足于目前的生产制造业前景，也无法保证更高质量的要求和高新技术企业的形象，为了提高生产效率、
10、企业形象，迫使生产线进行改造。1.2 可编程序控制器可编程控制器最先出现在美国，1968年，美国的通用汽车公司(GM)提出研制一种新型控制器的要求，并从用户角度出发提出新一代控制器应具备以下条件：（1）编程简单，可以在现场修改程序；（2）维护方便，最好是插件式；（3）可靠性高于继电器控制柜；（4）体积小于继电器控制柜；（5）可将数据直接送入管理计算机；（6）在成本上可与继电器控制柜竞争；（7）输入可以是交流115V（即用美国的电网电压）；（8）输出为交流115V、2A以上，能直接驱动电磁阀；（9）在扩展时，原有系统只需要很小的变更；（10）用户程序存储器容量至少能扩展到4KB。当时条件提出后，
11、立即引起了开发热潮。1969年，美国数字设备公司（DEC）研制出了世界上第一台可编程序控制器，并将其应用于通用汽车公司的生产线上。目的是用来取代继电器，执行逻辑判断、计时、计数等顺序控制功能。可编程序控制器是基于自动控制技术、微计算机技术和通讯技术发展起来的新一代工业控制装置，目前已经被广泛应用于各个领域。早期的可编程序控制器被称为可编程序逻辑控制器（Programmable Logic Controller）简称PLC，由于当时的可编程序控制器只能用来进行计算、定时以及开关量的逻辑控制。后来，可编程序控制器采用微处理器为作为其控制核心，它的功能已经远远超过逻辑控制的范畴，于是人们将其称为Pr
12、ogrammable Controller，简称PC，所以为了避免混淆，可编程序控制器仍被称为PLC。1987年，国际电工委员会（IEC）在可编程序控制器国际标准草案第三稿中，对可编程序控制器进行如下定义：可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境下应用而设计，采用可编程序的存储器，用来在内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过模拟式、数字式的输入和输出控制各种机械或生产过程。与可编程序控制器有关外部扩展设备，都可以与工业控制系统联成一个整体。易于扩充其功能的原则设计PLC是生产力发展的必然方向。20世纪60年代初，竞争激烈的美国的汽车制造业，产品
13、更新换代的周期越来越短，生产线也必须随之频繁的变更，传统的继电器控制已经很不适应频繁变动的生产线，人们也随之对控制装置提出了更高的要求，即经济、可靠、通用、易变、易修2.张万中.可编程序控制器应用实例M.北京：中国电力出版社，2005。自从1969年美国数字设备公司(DEC)研制出了世界上的第一台PLC，并在美国GM公司的汽车自动装配生产线上获得试用成功以来，由于PLC优越的性能，自动控制技术得到了飞跃的发展。1971年，日本从美国引进了这项新技术，很快研制成了日本第一台可编程控制器。1973年，西欧国家也研制出他们的第一台可编程控制器。20世纪70年代初出现了微处理器。人们很快将其与可编程逻
14、辑控制器相结合，使可编程逻辑控制器增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。此时的可编程逻辑控制器为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。在个人计算机发展起来后，为了方便和反映可编程控制器的功能特点。20世纪70年代中末期，可编程逻辑控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。20世纪80年代初，可编程逻辑控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。这标志着可编
15、程控制器已步入成熟阶段。20世纪80年代至90年代中期，是可编程逻辑控制器发展最快的时期，年增长率一直保持为3040%。在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，可编程逻辑控制器逐渐进入过程控制领域，PLC几乎完全计算机化，其速度更快，功能更强，PLC的各种智能化模块不断被开发出来，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。为了推广PLC的应用，一些厂家还推出了PLC的计算机辅助编程软件。 20世纪末期，可编程逻辑控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。这个时期发展了大型机和超小型机、诞生了各种各样的特殊功能单元、生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程逻辑控制器的工业控制设备的配套更加容易。现在，PLC不仅能进行逻辑控制，还在模拟量的闭环控制，数字量的智能控制，数据采集、监控、通信联网及集散控制等方面得到了广泛的应用。如今大中型，甚至小型PLC都配有A/D、D/A 转换及算数功能，有的还有PID功能，这些功能使PLC的应用具有了硬件基础。另外还具有较强的通讯功能，可与计算机或其它智能装置进行通讯和联网，从而方便的实现集散控制。目前，世界上一些著名的电器生产厂家几乎都在生产PLC，产品功能日趋完善，换代周期越来越短，为了进一步扩大PLC在工业自动化领域的应用范围，适应大、中、小型
