基于PLC的浆液输送管道自动震打系统设计-优快云博客

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摘要

对于浆液输送管道自动震打控制系统来说，该工艺设计主要针对纸浆的浆液输送管道来设计，纸浆在输送过程中由于浓度较高，容易吸附在管道壁，所以需要设计一套震打系统来清理管道壁的残留纸浆，按照此设计要求，系统通过可编程控制器作为控制单元，采用上位机软件作为监控单元，对浆液输送管道自动震打控制系统进行自动化控制设计。

按照系统设计的要求，采用S7-200型号的西门子可编程控制器作为主控单元，通过传感器、按钮等对外部的信号进行采集和输入，存储在输入映像寄存器。在梯形图设计中，按照浆液输送管道自动震打控制系统的流程设计，分为手动控制和自动控制两种方式，对浆液输送管道自动震打控制系统的功能要求通过梯形图进行逻辑实现，将运算的结果寄存在输出映像寄存器中，输出信号控制外部的电动机、指示灯、变频器等设备。在组态王上位机中，主要通过上位机设备和可编程控制器之间进行通讯，对浆液输送管道自动震打控制系统的重要参数以及控制变量进行驱动建立和通讯，在上位机画面实现该系统的实时参数和当前的工作状态，达到系统可视化控制的目的。按照以上的系统设计思路原理，实现了浆液输送管道自动震打控制系统的自动化控制。

关键词：浆液输送管道自动震打；梯形图；系统仿真；组态王

Abstract

For the automatic rapping control system of slurry pipeline, the process design is mainly aimed at the slurry pipeline of pulp. Due to the high concentration of pulp in the transportation process, it is easy to adsorb on the pipe wall, so a set of rapping system is needed to clean up the residual pulp on the pipe wall. According to this design requirement, the system uses PLC as the control unit, and uses PLC as the control unit The upper computer software is used as the monitoring unit to design the automatic control system of slurry pipeline.

According to the requirements of the system design, S7-200 Siemens PLC is used as the main control unit. The external signals are collected and input through sensors, buttons, etc., and stored in the input image register. In the ladder diagram design, according to the flow design of the slurry pipeline automatic rapping control system, it is divided into two ways: manual control and automatic control. The function requirements of the slurry pipeline automatic rapping control system are realized by ladder diagram logic. The calculation results are sent to the output image register, and the output signal controls the external motor, indicator light and frequency converter And other equipment. In Kingview PC, the important parameters and control variables of the slurry pipeline automatic rapping control system are driven and communicated through the communication between PC equipment and PLC. The real-time parameters and current working state of the system are realized on the PC screen to achieve the purpose of visual control of the system. According to the above system design ideas and principles, the automatic control of slurry pipeline automatic rapping control system is realized.

Key words: slurry pipeline automatic rapping; ladder diagram; system simulation; Kingview

摘要 1

Abstract 2

1 绪论 4

1.1 课题研究的目的及意义 4

1.2 课题设计的内容 4

1.3 系统的设计思路 5

2 自动震打系统的总体设计 6

2.1 自动震打的工作要求 6

2.2 系统的方案选择和确定 7

3 自动震打系统的硬件设计 9

3.1 可编程控制器的选型 9

3.2 变频器的选型 10

3.3 电动机的选型 11

3.4 系统的I/O分配设计 11

3.5 主电路的接线设计 12

3.6 PLC电路的接线设计 14

4 自动震打系统的软件设计 15

4.1 系统的功能流程设计 15

4.2 系统的程序设计 16

4.2.1 手动控制程序的设计 16

4.2.2 自动控制程序的设计 18

4.2.3 频率给定程序的设计 22

5 自动震打系统的上位机设计 24

5.1 上位机设计的过程 24

5.2系统的仿真调试 28

结论 30

致谢 31

参考文献 32

1 绪论

1.1 课题研究的目的及意义

在造纸行业，纸浆的管道输送往往由于纸浆的浓度较高，输送管道壁上经常被残留的纸浆吸附，长时间导致管道壁吸附的纸浆越来越多，影响了纸浆的流量，这就需要设计一套自动震打系统，按照规定的延时时间对管道壁的残留纸浆进行震打，疏通管道。自动震打控制系统按照管道容易吸附纸浆的区域进行震打电机的安装，可以安装数台震打电机，进行延时震打控制，达到设计的目的要求。

对于浆液输送管道自动震打控制系统的设计而言，往往需要对该系统进行自动控制设计，提高系统的自动化程度，提高工作效率，完成自动化控制系统的设计要求。对于市场上常见的自动化控制，主要分为基于单片机的自动控制和基于可编程控制器的自动控制。单片机使用功能比较强大，能够实现现场各种功能要求，并针对这些功能，通过编程语言实现预定的控制流程。可编程控制器作为工业现场应用开发的专用控制器，具有很强的抗干扰性能，并且功能强大，模块众多，扩展性能好，系统控制稳定可靠等，受到工业现场的普遍欢迎和应用。可编程控制器具有各种功能模块，主要包含了数字量采集模块、模拟量输入输出模块、通讯模块、以及特殊场合的特殊功能模块等，这些功能模块可以按照系统的需求进行扩展，达到系统设计控制的要求。

对于浆液输送管道自动震打控制系统的设计意义，主要是对浆液输送管道自动震打系统控制进行自动化程度和系统运行稳定性的提高，满足工业现场应用条件，符合系统运行的功能设计，提高系统的竞争性，改善工作环境。通过此次设计，对以往学习知识进行复习，学习系统项目设计的基本流程和方法，提高工作能力，有利于后期的工作实践。

1.2 课题设计的内容

纸浆浆液输送管道长约120米，纸浆浆液管道输送途中有两次直角拐弯的区域。设计一套震打自动控制系统，对输送管道进行延时震打，在该管道中根据位置需要安装四台震打电动机。震打电机从浆液出口到浆液入口分别命名为一号震打电机、二号震打电机、三号震打电机、四号震打电机。当系统启动后，首先延时1小时，当时间到后，浆液出口的一号震打电机先震打，震打5分钟后停止震打；接着二号震打电机动作，震打5分钟后停止；接着三号震打电机动作，震打5分钟后停止；接着四号震打电机动作，震打5分钟后停止。当四个震打电机依次延时震打完毕后，进入下一个定时等待，等待1小时后继续循环进行震打。按照此设计的工艺内容，对系统进行设计，完成系统的方案设计、硬件设计和程序设计。

1.3 系统的设计思路

浆液输送管道自动震打控制系统的设计主要实现一号震打电机到四号震打电机的延时震打控制，按照规定的顺序控制流程，来实现系统的各种动作，根据动作进行功能设计，对于该系统的设计思路是根据设计内容完成总体方案设计、硬件设计和软件设计等。具体的设计思路如下：

（1）对浆液输送管道自动震打控制系统的的基本功能要求进行设计，明确系统的外部输入部分功能和外部输出部分功能。

（2）选择浆液输送管道自动震打控制系统的最佳控制方案，采用基于可编程控制器的控制方案，实现系统的控制方案设计。

（3）对浆液输送管道自动震打控制系统的总体方案框图进行设计，明确系统的输入部分和输出部分控制要求和具体方案。

（4）对浆液输送管道自动震打控制系统的硬件部分进行选型设计，根据选择的具体结果，设计伺服机械手的外部I/O分配表。

（5）采用AUTO CAD绘图软件绘制系统的主电路图和控制电路图，并对PLC接线图进行说明，对输入部分电路，输出部分电路以及电源电路进行分别设计。

（6）绘制浆液输送管道自动震打的功能流程图按照功能流程图的设计，进行梯形图的设计，详细实现浆液输送管道自动震打控制系统的各个功能。

（6）对浆液输送管道自动震打控制系统进行仿真调试，按照设计的要求，对各个部分功能进行调试，达到系统设计的基本要求。

2 自动震打系统的总体设计

2.1 自动震打的工作要求

对于纸浆浆液输送管道自动震打系统，主要工作是针对输送管道中的纸浆浆液流送过程中，对吸附在管道壁的残留浆液进行震打。纸浆浆液输送管道长约120米，纸浆浆液管道输送途中有两次直角拐弯的区域。按照震打工艺要求需要设置四台震打电动机，如下图2-1所示。

图2-1 浆液输送管道自动震打系统示意图

通过以上示意图可知，需要四台震打电动机，从浆液出口到浆液入口的管道路径中，分别安装一号震打电机、二号震打电机、三号震打电机以及四号震打电机。震打电动机采用三相异步电动机驱动，使用变频器调节震打幅度和频次。具体设计的工作要求如下：

（1）当系统启动后，首先延时1小时。当1小时时间到后，一号震打电机先启动，当一号震打电机运行延时5分钟后，一号震打电机停止；接着二号震打电机启动，当二号震打电机运行延时5分钟后，二号震打电机停止；接着三号震打电机启动，当三号震打电机运行延时5分钟后，三号震打电机停止；接着四号震打电机启动，当四号震打电机运行延时5分钟后，四号震打电机停止。此时这四台震打电机工作完毕，进入下一延时等待时间，当延时等待时间1小时到后，进入下一循环工作。

（2）对于震打电机的震打幅度和频次，通过上位机来设置电动机的频率值，四台震打电机采用变频器驱动，实现节能控制和速度调节控制。

（3）对震打电动机进行故障保护输入，当出现故障时，立即停止震打，并进行故障显示输出。

（4）系统设计要采用手动控制方式和自动控制方式两种。手动控制时，通过外部的启停按钮，对相应的震打电动机进行启停控制，频率可以通过上位机来设定；自动控制时，按照规定的延时时间和顺序震打次序进行工作。

2.2 系统的方案选择和确定

对于浆液输送管道自动震打控制系统的设计功能描述，系统的设计主要实现该系统的手动状态和自动状态的自动震打功能，依据该系统的控制功能和系统控制策略，进行系统的控制方式比较和选择。针对目前市场上的自动控制方案，主要应用方式包括继电器-接触器控制方式、基于单片机的控制方式以及基于可编程控制器的控制方式，每个控制方式都应用在特定的工业场合。对于浆液输送管道自动震打系统的控制方案选择原则，一般情况下从以下角度考虑，首先要能够满足浆液输送管道自动震打控制系统的所有功能，包括各个工况下的功能实现；其次要适应浆液输送管道自动震打控制系统的应用环境，确保在该使用环境下，系统稳定可靠，抗干扰能力强；再次要考虑浆液输送管道自动震打控制系统在后期的升级改造是否方便，研发周期是否合适，设计成本是否在预算范围内等。

可编程控制器应用的范围比较广，重点应用在工业环境下的自动化控制系统。特别是近年来计算机应用技术的发展、通信技术的发展、传感器技术的发展等，为可编程控制器的功能丰富全面提供了条件。可编程控制器应用在各种工业领域，解决现场复杂的工艺功能，将现场所有需要控制的执行单元连接在一起，可以实现高精度和高智能的控制。可编程控制器对现场适应性比较强，具有很强的抗干扰性能，并且可靠性高，稳定性好，能够解决各种复杂的控制功能，更好的适应现场需求。

为了满足浆液输送管道自动震打控制系统的可视化管理，需要对浆液输送管道自动震打控制系统的状态进行监控，实现系统的参数修改，查询当前的报警信息等，需要设计浆液输送管道自动震打控制系统的上位机。通过对上位机的人机界面设计，实现浆液输送管道自动震打控制系统的设计要求，将上位机和可编程控制器之间进行通信，实现数据交互。上位机的设计包含了驱动程序的设置、通讯变量的设计、画面的设计和报表设计、动画设计、命令语言的编译等，通过这些设计步骤，可以实现可编程控制器和上位机之间的相互通信和信息显示，反应当前浆液输送管道自动震打控制系统的工况。所以按照系统设计的要求，对浆液输送管道自动震打控制系统的设计，综合考虑采用可编程控制器+上位机的控制方案进行设计。

按照以上的设计方案，选用可编程控制器作为控制单元，选择组态王作为上位机开发，选用变频器进行震打电动机的驱动控制，对于自动震打控制系统来说，设计采用手动控制和自动控制两种方式。系统的外部输入包含手自动选择、系统启停、手动启停、故障输入等；系统的外部输出包含变频器运行输出、变频器运行指示、故障指示等。按照系统的动作要求对系统进行设计，具体设计方案框图如下图2-2所示。

图2-2 系统的设计方案框图

按照以上的自动震打控制系统设计方案框图，对系统进行硬件选型设计和图纸设计，软件梯形图和上位机开发设计，完成系统的功能动作要求。

3 自动震打系统的硬件设计

3.1 可编程控制器的选型

可编程控制器在开发之初，是为了解决工业现场的控制问题，取得很好的控制效果。可编程控制器是基于工业现场开发的智能控制器，可以解决工业现场的各种工况问题，对于现场的工况，主要包含了现场执行机构的逻辑控制和联锁控制问题、对现场模拟量数据进行检测和控制问题、对现场数据进行远程通讯和数据交互问题、对现场的各种复杂问题进行计算和过程控制问题等。面对这些工况问题，通过可编程控制器来实现，可编程控制器是基于现场环境开发，具有可靠性高、稳定性好、抗干扰能力强、扩展性能比较好等优点，在硬件和软件的开发设计过程中，周期可以预算，后期升级方便，成为当前工业社会发展的可信赖的工控产品，也是现代工业智能化、自动化的发展方向。

西门子公司生产的可编程控制器主要包含了小型可编程控制器、中型以及大型可编程控制器，小型可编程控制器主要为S7-200、S7-200SMART、S7-1200；中型可编程控制器主要为S7-300，大型可编程控制器主要为S7-400、S7-1500。对于这些可编程控制器，使用的场合比较多，根据使用场合的复杂程度和具体要求进行选择。S7-200可编程控制器的功能比较多，采用STEP7-MICRO/WIN软件进行程序设计和编译。在硬件中，该可编程控制器可以扩展7个模块，通讯方式为PPI通讯，可以组态USS通讯和MODBUS通讯。通过编程电缆可以实现程序的下载和上传。本设计按照系统控制的要求，选择的可编程控制器为S7-200 CPU226,该可编程控制器具有24个DI端子，16个DO端子，使用的电源为交流AC220V。可以实现系统的逻辑控制和数据计算，可以实现上位机和可编程控制器之间的通讯和数据交互。系统设计采用该可编程控制器可以满足设计的要求。

图3-1 S7-200可编程控制器

3.2 变频器的选型

变频器主要的工作原理是将工业现场的工频交流电源通过整流部分进行整流和滤波，将三相交流电转换为直流电，然后通过控制板控制IGBT逆变模块单元，将直流电转换为电动机使用的电压电流以及频率可调节的交流电，达到对电动机的速度、电流以及频率可控的要求。所以通常情况下，变频器的工作主要经过整流和逆变两个环节，实现对电动机的控制。根据异步电动机的拖动控制原理，异步电动机的输出转速往往和电动机的输出频率、电动机极对数、电动机转差率等有关系。具体的关系如下式描述所示。

（3-1）

对于上式关系中，其中N表示电动机输出的转速，f表示电动机的当前频率值，S表示电动机当前的转差率，P为电动机的极对数。通过该关系式，我们可以知道，在电动机的极对数P不变、转差率S不变的情况下，频率改变后，电动机的转速也发生改变，并且频率的变化和转速的变化为正比例的关系，这样就可以实现电动机的无级调节，也就是说，频率变化多少，转速跟着变化多少。在这个理论的基础上，变频调速器就可以实现电动机的无级调节。变频器按照设定的参数，控制单元给IGBT逆变模块单元发送脉冲，该脉冲可以进行频率和数量控制，脉冲频率和数量控制实现输出频率的改变，从而达到输出转速的改变。

对于市场上的变频器来说，品牌和种类非常多，按照本设计的要求和变频器的型号，选择ABB公司生产的ACS550变频器作为本设计的驱动调速器。ACS550变频器控制的精度比较高，可以实现电动机的速度调节控制，能够根据外部DI端子实现变频器的启动和停止。变频器的安装方式为书本型，安装方便，占用空间小，采用的电源输入电压为三相AC380V，输出到电动机的频率为0-50HZ。采用V/F方式进行电动机控制，通过冷却风扇进行变频器的冷却。壁挂式安装，可以通过模拟量输入或外部控制面板进行频率给定。ACS550变频器应用比较广泛，按照以上的性能描述，该变频器可以实现浆液输送管道自动震打控制系统的电动机调速控制，也实现了系统的节能控制，对电网不造成影响，该变频器完全满足了本设计的要求。变频器的具体示意图如下图所示。

图3-2 ACS550变频器示意图

3.3 电动机的选型

在进行异步电动机的选型时，首先要对负载的大小进行核算，根据负载的类型考虑电动机的大小，比如负载为长时间运行负载、短时间运行负载、重载启动负载、轻载启动负载等，按照负载类型对电动机的额定功率进行外部额定负载的1.2到1.5倍之间的选择。如果是轻载或短时间运行负载，则考虑较小的系数，如果是重载或长时间运行负载，则需要考虑较大的系数。对于异步电动机运转，往往需要配备减速机，来实现转速的调节转换，本设计按照负载情况和转速情况，选择4极异步电动机。选择采用Y系列异步电动机实现负载拖动。Y系列的异步电动机使用性能比较好，可靠稳定，使用寿命好，维修方便可靠。系统选用的四台异步电动机信号为Y80L-4,0.75KW,额定转速为1440r/min。

3.4 系统的I/O分配设计

按照浆液输送管道自动震打系统的控制要求和方案，需要对可编程控制器的输入输出点进行分配设计。通过方案的描述，和可编程控制器的选型，以及充分考虑系统各种信号的采集输入和执行单元的输出功能，按照基本分配的原则，实现系统的输入输出点的分配。输入输出点的分配主要有利于系统的接线图设计，可以按照I/O分配的具体要求，对可编程控制器接线图的输入部分和输出部分进行线路设计，规定每个输入点和输出点的具体功能。系统的输入点分配原则是先进行按钮或旋钮的分配，再进行外部传感器输入分配，再进行系统保护信号分配；系统的输出点分配原则是先进行执行单元的分配，再进行系统指示的分配等。具体的分配如下表3-1所示。

表3-1 系统的I/O分配表

输入点

输入功能

输出点

输出功能

I0.0

手自动选择

Q0.0

一号震打输出

I0.1

自动运行

Q0.1

二号震打输出

I0.2

自动停止

Q0.2

三号震打输出

I0.3

一号震打启动

Q0.3

四号震打输出

I0.4

一号震打停止

Q0.4

一号运行指示

I0.5

二号震打启动

Q0.5

二号运行指示

I0.6

二号震打停止

Q0.6

三号运行指示

I0.7

三号震打启动

Q0.7

四号运行指示

I1.0

三号震打停止

Q1.0

自动指示

I1.1

四号震打启动

Q1.1

故障指示

I1.2

四号震打停止

AQW0

一号速度给定输出

I1.3

一号故障反馈

AQW2

二号速度给定输出

I1.4

二号故障反馈

AQW4

三号速度给定输出

I1.5

三号故障反馈

AQW6

四号速度给定输出

I1.6

四号故障反馈

3.5 主电路的接线设计

变频器的主电路设计根据浆液输送管道自动震打控制系统的要求和方案，主要实现可编程控制器启停变频器、通过外部模拟量实现变频器的速度给定。系统选用的变频器额定输入电压为交流AC380V,频率调节范围为0-50HZ，系统采用V/F控制模式实现变频器的控制。按照以上的设计，变频器的控制要求为通过DI端子的接通和断开实现变频器的运行和停止，DI端子的通断通过可编程控制器来给定信号，对变频器的模拟量输入接线，模拟量输入信号为4-20MA，4MA对应变频器频率给定的0HZ，20MA对应变频器频率给定的50HZ。当模拟量信号变化，变频器的频率给定跟随变化。当变频器产生故障时，在变频器操作面板显示具体故障代码，通过DO端子输出变频器故障信号给可编程控制器，可编程控制器收到故障信号，断开运行输出，并进行故障报警。对变频器的接线设计，按照变频器手册，分为主电路电源输入接线、电动机接线、控制回路接线以及保护接地接线等。如下图3-3所示。

图3-3 变频主电路设计图

对于变频器的参数设置，主要包含了电机铭牌参数设置、变频器启停命令参数设置、变频器速度给定命令参数设置、变频器斜坡加减速时间参数设置、变频器故障输出参数设置以及变频器控制模式参数设置等。按照浆液输送管道自动震打控制系统的要求，电机铭牌参数主要设置额定电压、额定电流、额定频率以及额定转速等。变频器的启停命令选择参数为“从DI端子启动”；变频器通过外部模拟量输入的方式进行变频器的速度给定，所以选择的参数为“外部AI模拟量给定”。变频器的加减速时间设置为30秒，控制方式设置为V/F控制，DO端子的功能设置为“故障输出”。通过以上的参数设置，可以实现变频器的运行，达到系统设计的要求。

3.6 PLC电路的接线设计

在浆液输送管道自动震打控制系统的硬件设计中，可编程控制器的硬件设计为重要部分的设计，也是决定系统是否正常运行的关键部分。根据设备的选型，选用的可编程控制器型号为CPU226，电源输入电压等级为AC220V，输入输出端子为继电器型端子。可编程控制器包含了两个485接口，分别为PPI接口和MODBUS接口，以及各种PLC状态指示灯。根据系统的I/O分配可知外部输入输出包含了外部按钮启停和方式转换、系统保护输入，执行元件线圈输出、指示灯输出等。对于可编程控制器的接线，要严格按照系统的I/O分配进行接线设计，这样做的目的是对每个端子的功能进行确定，以便于后期程序设计方便查询，后期调试方便。具体的接线图如下所示。

PLC的输入输出端口的接线设计，该部分接线设计需要根据I/O分配设计进行端子地址分配，并对每个输入部分进行接线设计，元件符号命名以及触点性质设计等，对每个输出部分的线圈进行设计和命名，不同的执行元件，线圈画法不相同。

图3-4 系统的PLC控制电路图

4 自动震打系统的软件设计

4.1 系统的功能流程设计

对于自动震打控制系统，按照设计的动作要求，功能流程设计如下图所示。

图4-1 系统的功能流程设计图

按照以上的功能流程图设计可知，具体的功能设计如下：

（1）当系统启动后，首先进行手自动的判断，如果当前为手动控制时，按下相应的手动控制启停按钮，相应的震打电动机运行和停止。震打电机的频率设定通过上位机画面进行设置。

（2）如果当前为自动控制时，按下系统运行按钮，首先系统进行1小时的延时，当时间到后，浆液出口的一号震打电机先震打，震打5分钟后停止震打；接着二号震打电机动作，震打5分钟后停止；接着三号震打电机动作，震打5分钟后停止；接着四号震打电机动作，震打5分钟后停止。当四个震打电机依次延时震打完毕后，进入下一个定时等待，等待1小时后继续循环进行震打。按下系统停止按钮后，系统停止动作。

（3）系统设计采用顺序控制功能方法进行梯形图设计，对系统的功能流程进行实现，与上位机之间进行通讯，进行数据交互。

4.2 系统的程序设计

4.2.1 手动控制程序的设计

当外部手自动选择输入时，M0.0得电，表示当前自动位，并显示当前自动指示；在手动状态下，通过一号震打电机启停，手动控制M1.0得电和失电，进行一号震打电机的手动启停；通过二号震打电机启停，手动控制M1.1得电和失电，进行二号震打电机的手动启停；通过三号震打电机启停，手动控制M1.2得电和失电，进行三号震打电机的手动启停；通过四号震打电机启停，手动控制M1.3得电和失电，进行四号震打电机的手动启停。

4.2.2 自动控制程序的设计

在自动状态下，按下外部自动启停按钮，在无故障的条件下，自动使能M2.0得电输出；当自动使能得电输出后，上升沿将M2.2到M2.5复位，将M2.1置位，将计时VW100进行清零；当M2.1置位后，开始进行1小时的延时，T37延时1分钟，当T37延时到后，VW100加1。当VW100大于等于60，表示当前延时1小时时间到，将M2.2置位，将M2.1复位，将VW100清零。

当M2.2置位后，开始一号震打电机自动运行，延时五分钟。T38定时器时间到后，一号震打电机停止；当M2.3置位后，开始二号震打电机自动运行，延时五分钟。T39定时器时间到后，二号震打电机停止；当M2.4置位后，开始三号震打电机自动运行，延时五分钟。T40定时器时间到后，三号震打电机停止；当M2.5置位后，开始四号震打电机自动运行，延时五分钟。T41定时器时间到后，四号震打电机停止，当四号震打电机停止后，开始进入下一循环。

当手动M1.0或自动M2.2常开变常闭后，一号震打电机输出运行，并且指示Q0.4输出；当手动M1.1或自动M2.3常开变常闭后，二号震打电机输出运行，并且指示Q0.5输出；当手动M1.2或自动M2.4常开变常闭后，三号震打电机输出运行，并且指示Q0.6输出；当手动M1.3或自动M2.5常开变常闭后，四号震打电机输出运行，并且指示Q0.7输出；当任何一个震打电机故障反馈，将显示故障指示，Q1.1输出。

4.2.3 频率给定程序的设计

以一号震打电机为例，当一号震打电机运行时，通过频率给定VD0，将VD0的0-50HZ的范围数值进行转换，转换为6400-32000的模拟量输出值，给定到AQW0. 当一号震打电机停止运行时，将0HZ给定到AQW0。0HZ对应6400.

5 自动震打系统的上位机设计

5.1 上位机设计的过程

首先在操作系统中安装好组态王6.55设计软件,该软件由两部分组成,分别为组态环境和运行环境。所谓组态环境，就是对上位机进行编译设计，实现上位机的驱动设置、变量设计、画面和动画设计以及命令语言设计等。所谓运行环境，就是对编译好的上位机程序进行运行，实现在线监控和信息交互的作用。软件安装好后，打开项目的工程管理器,对项目进行创建。如下图5-1所示。

图5-1 工程管理器

在上图的工程管理器中，可以实现项目的创建，对项目的名称进行命名，对项目的储存位置进行定义。对项目进行编译，在项目建立的对话框中，进行项目名称设置，如下图5-2所示。

图5-2 项目建立对话框

当项目名称设置好后，单击“完成”。此时项目就建立好了。项目建立好后，首先进行驱动的设置，对COM2端口进行通讯参数设置，设置波特率为9600，通讯方式为RS232。当这些设置好后，就可以进行驱动添加。如下图5-3所示。

图5-3 串口设置对话框

对串口COM2的相关参数设置好后，就要通过设备配置进行驱动添加，按照本系统设计的要求，采用S7-200可编程控制器作为下位机，通过PPI编程电缆进行通讯，在设备配置向导中进行这些参数的设置，并设置好PLC的地址。如下图5-4所示。

图5-4 驱动程序建立对话框

当驱动组态设计好后，就可以实现对上位机变量添加，在变量定义中，需要命名变量的名称、确定变量的类型为内部变量还是PLC变量，变量的地址设置，以及变量的数据类型，为布尔变量还是实数整数变量等，对变量的初始值、最大值和最小值进行设置，并且设置参数断电保存功能等，确定参数的报警以及记录。对于本设计来说，包含了内部变量添加和PLC变量添加。具体的变量定义对话框图如下图5-5所示。

图5-5 变量设置对话框

按照系统设计的内容和方案，对变量进行添加，考虑变量通讯的具体数据，包括对开关量变量、整数型变量、实数型变量等进行添加。变量表要根据设计的需要进行完善。如下图5-6所示。

图5-6 变量列表图

当变量添加完毕后，就可以进行画面的设计，通过对画面的布局，文字的编译、变量的设置等，就可以实现画面的功能，画面设计美观，操作性好，使用方便。在位图的添加中，可以看到有许多图库符号，包含了各种仪表、电动机、各种阀门、指示灯等，可以通过这些图库，更加形象地反应当前系统的运行状态。对于本设计控制而言，需要添加按钮，并对按钮进行变量设置，需要添加各种指示灯，对指示灯进行命名，对各种参数进行添加，并且设置好参数的变量地址。如下图5-7所示。

图5-7 画面设计图

当画面设计完成后，就可以对画面内部的图形进行动画的设计，所谓动画设计，主要通过变量的状态和数值，通过对话框对这些动画进行设置。对于本设计来说，要对指示灯的颜色变化进行动画设计，还需要对其他的变量进行相应的动画功能要求。对设计画面中的某一对象动画设计框图如下图5-8所示。

图5-8 动画设计对话框

对每个需要动画的对象进行变量设置和添加，可以完成系统上位机的状态显示，更形象地反应当前状态的变化。当动画设计完成后，就完成了整个“开发”的设计。如果需要对某些地方进行命令语言编写，可以通过画面的命令语言选项，进行命令语言设计，完成系统的上位机辅助动作。当开发完毕后，就可以进入运行调试阶段。

5.2系统的仿真调试

在系统仿真调试时，要按照浆液输送管道自动震打控制系统的功能流程要求，对系统进行仿真调试。通过调试的步骤对系统进行接线、下载程序、手自动调试等。通过系统的具体工艺流程进行程序的验证。具体的调试结果如下图所示。

图5-9 手动仿真界面图

图5-10 自动仿真界面图

按照以上的调试方法，进行本系统的调试，经过多次测试和修改，完成了工艺控制的功能，系统测试成功。

结论

对于浆液输送管道自动震打控制系统设计,主要实现的功能是对四台震打电机进行手动控制和自动延时启停控制，通过上位机进行频率给定控制，通过系统控制的方案，采用可编程控制器作为主控制单元，采用变频器作为驱动单元，通过外部的各种传感器来检测系统的实时状态。系统分为手动控制和自动控制两种方式，来实现手动调试和自动生产运行。系统设计分为硬件设计和软件设计，硬件设计中根据I/O分配的设计，对图纸进行了设计。在软件设计中，完成了功能流程图设计和梯形图的设计。在系统调试中，根据功能流程图的要求，实现系统的各种工况调试，完成了自动调试，达到了工艺设计的要求。

致谢

大学时光就要接近尾声，我们通过毕业设计完成了大学最后一个学习实践任务，在毕业设计的过程中，我们掌握了许多以前未接触过的知识，特别是可编程控制器的应用，包括硬件接线和梯形图设计等，对系统调试部分让我们在查找问题和解决问题中感受到快乐和成就。在此我感谢我的指导老师，指导老师对我的论文设计帮助很大，指导我如何分析方案可行性，怎样设计电气原理接线图，梯形图设计的思路和指令的使用方法等，这些知识点非常重要，我如饥食渴地学习掌握，并应用到我的毕业设计中。我也感谢我的室友们，我们朝夕相处，共同学习，共同憧憬未来，相互讨论设计，取长补短，毕业设计是个快乐而又坚持的事情，在他们身上我也学到什么是坚持，什么是细心，特别感谢他们。毕业季的我们对未来憧憬，对校园怀念，我相信自己一定会在技术道路上越走越好。