等级: 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测控技术班级学号姓名指导老师刘星平，赖指南，谭梅，沈细群2016年6月17日电气信息学院课程设计任务书课题名称盐碱分离控制系统设计姓名专业测控技术班级学号指导老师谭梅课程设计时间2016年6月6日～2016年6月17日（第15～16周）教研室意见同意开题。

审核人：汪超林国汉一.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PLC I/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GB4728－84《电气图用图形符号》、GB6988－87《电气制图》和GB7159－87《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PLC I/O接线图和梯形图，写出指令程序清单。

选择电器元件，列出电器元件明细表。

4. 第一周星期四、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.S7-200 PLC编程及应用[M].北京：机械工业出版社，2014年。

[3] 王阿根.西门子S7-200 PLC 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YV1—YV6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1-1所示，各电磁阀的状态如表1-1所示。

图1-1 盐碱分离离心机系统工作流程图表1-1 盐碱分离离心机电磁阀状态表目录第1章概述 (1)1.1盐碱分离离心机概况 (1)1.2控制要求 (2)第2章控制方案论证 (3)2.1 PLC控制电路与继电器控制电路的比较 (3)2.2 PLC控制电路与单片机控制电路的比较 (3)2.3 PLC控制系统优点 (3)2.3.1实时性 (3)2.3.2高可靠性 (3)2.3.3系统配置简单灵活 (4)2.3.4.丰富的I/O卡件 (4)2.3.6.价格优势 (4)2.3.7.安装简单，维修方便 (4)第3章系统硬件设计 (5)3.1 输入输出端口地址分配 (5)3.2 PLC的选型 (5)3.3 外部硬件接线图 (6)第4章软件设计思路 (8)4.1 设计总体思路 (8)4.2 顺序功能图 (8)4.3 梯形图网络块设计 (9)第5章调试过程 (13)第6章心得体会 (14)第7章参考文献 (14)附录A： (15)附录B： (18)第1章概述1.1 盐碱分离离心机概况系统工作原理：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、间歇和清洗，靠6个电磁阀YV1—YV6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1-1盐碱分离离心机系统工作流程图表1-1 盐碱分离离心机电磁阀状态表1.2 控制要求1. 设计和绘制电气控制原理图或PC I/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。

第2章控制方案论证2.1 PLC控制电路与继电器控制电路的比较1、从控制方式上看：继电器控制硬接线，逻辑一旦确定，要改变逻辑或增加功能会有很大困难；而PLC软接线，只需改变控制程序便可轻易改变逻辑或增加功能。

2、从工作方式上看：继电器控制并行工作，而PLC串行工作，不受制约。

3、从控制速度上看：继电器控制速度慢，触点易抖动；而PLC通过半导体来控制，速度很快，无触点，故不存在易抖动的问题。

4、从定时、记数上看：继电器控制定时精度不高，容易受环境温度变化的影响，且无记数功能；而PLC时钟脉冲由晶振产生，精度高，不易受环境温度变化的影响，定时范围宽；且有记数功能。

5、从可靠性、可维护性上看：继电器控制触点多，会产生机械磨损和电弧烧伤，接线也多，可靠性、可维护性差；PLC无触点，寿命长，且有自我诊断功能，对程序执行的可监控功能，现场调试和维护方便。

2.2PLC控制电路与单片机控制电路的比较用单片机制作的主控板易受制板工艺、布局结构、器件质量等因素的影响，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，因此不宜选择单片机控制。

而PLC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。

故对于大型工业生产，一般选择PLC而非单片机。

2.3PLC控制系统的优点2.3.1 实时性1、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。

2、基于信号处理和程序运行的速度，PLC经常用于处理工业控制装置的安全联锁保护。

2.3.2高可靠性1、采用性能优良的开关电源。

2、对采用的元器件进行严格的筛选。

2.3.3 系统配置简单灵活1、控制器产品种类繁多，规模多样。

2、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。

在满足控制工程需要前提下，I/O卡件可灵活组合。

2.3.4 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，有相应的I/O模块与工业现场的器件或设备直接连接。

2.3.5 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。

控制器的各个部件均采用模块化设计，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。

2.3.6 价格优势质优价廉，性价比高。

2.3.7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。

综上所述，PLC控制相对于继电器控制和单片机控制有更大的优势，所以此次设计采用了PLC的启-保-停的顺序控制梯形图进行编程。

第3章系统硬件设计3.1 输入输出端口地址分配根据盐碱分离离心机系统示意图，PLC控制系统的输入信号分别为启动、停止，2个均为开关量。

PLC控制系统的输出信号有6个电磁阀接触器，即：进料阀（YV1）、洗盐阀（YV2）、化盐阀（YV3）、升刀阀（YV4）、母液阀（YV5）和熟盐水阀（YV6）。

经过分析，盐碱分离离心机工作的输入输出端口分配如下表3-1所示。

表3-1 输入输出端口地址分配表3.2 PLC的选型SIMATIC S7-200系列PLC适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。

S7-200系列在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。

S7-200系列的强大功能使其无论在独立运行中，还是相连成网络，皆能实现复杂控制功能。

因此S7-200系列具有极高的性价比。

S7-200系列的PLC可提供5个不同的基本型号的8种CPU供使用。

（S7-200的技术指标如下表3-2所示）。

由于实验室PLC的型号为CPU 224XP，所以最终选择此型号进行设计。

3.3 外部硬件接线图外部硬件接线图如下图3-1所示：图3-1 外部硬件接线图第4章软件设计思路4.1 设计总体思路软件程序设计采用启-保-停的设计思想进行设计，通过PLC内部辅助继电器的作用构建各个动作间的循环运行，最后通过辅助继电器驱动相应的输出点，从而启动接触器驱动电磁阀工作。

启-保-停设计思想在实际工程有很好的运用，能够很方便的进行循环设计，各个动作能准确无误的实现。

4.2 顺序功能图按加工工艺的要求共分6个工步：进料、甩料、洗盐、升刀、间歇、清洗。

6个工步的实现靠6个电磁阀的通电配合来完成，而电磁阀又必须由辅助继电器M0.0-M0.6的驱动才能正常工作。

从示意图可知，只有前5步工作做连续循环8次后方可进人清洗工步，待清洗完毕后停止运行。

其中进料工步由进料阀YV1和母液阀YV5通电，甩料工步由母液阀YV5通电，洗盐工步由洗盐阀YV2和母液阀YV5通电，升刀工步由化盐阀YV3、升刀阀YV4、母液阀YV5通电，间歇工步由母液阀YV5通电，清洗工步由洗盐阀YV2和熟盐水阀YV6通电。

盐碱分离离心机的分离过程是一顺序循环的工作过程，其顺序功能图如下图4-1所示。

SSM0.0I0.0T37 T38 T39T39T40C0 T41 C0M1.0 T42 M1.0图4-1 顺序功能图4.3 梯形图网络块设计网络1（初始化）：此网络为初始化步骤，使系统初始化。

M0.0 M0.1M0.2 M0.3 M0.6 M0.4 M0.5 T37 Q0.1 Q0.5 T38 Q0.5T39 Q0.2 Q0.5 T40 Q0.3 Q0.4 Q0.5T41 Q0.5 C0T42 Q0.2 Q0.6网络2（进料）：此网络为进料工步，当按下启动按钮SB1时，I0.0得电，输出M0.1，并同时自锁。

M0.2用于断开进料阀YV1；T37计时5S，5S之后工序进入甩料工步，此步中仅母液阀YV5得电，所以要断开进料阀YV1。

I0.1为停止按钮，当系统要停止时即可启动，系统将运行完一周期后停止。