基于plc200的电磁阀耐久试验系统设计（我的毕业设计） - 图文

沈阳化工大学学士学位论文 摘要

摘要

本设计的目的是实现PLC对于电磁阀耐久性试验的全自动化控制，包括检测电磁阀开关动作次数和检测电磁阀漏气两个过程。为解决这一问题，本文从改进工艺流程出发，先后进行了硬件的选型，电气连接图的绘制，下位机（PLC）程序的设计编写和调试，上位机（MCGS）监控画面的编制。最后在实验室进行了上位机和下位机的联机统调，并完成了仿真试验。

本设计对以往电磁阀耐久检测试验的工艺流程进行了改进。以往的试验流程分为两步，先是检测次数环节，然后是人工检测漏气（目测法）环节。本设计在硬件上增加了漏气检测部分，从而在工艺上把两个环节合为一起，自动实现了检测次数和检测漏气两个过程。同时也加入了PID算法控制的恒压供水环节，以保证试验水压的恒定。

本设计的下位机程序设计采用的是顺序控制法，使得程序结构紧跟工艺流程，因此相比经验设计法设计出来的程序，程序可读性强，为以后系统的升级提供方便。上位机采用MCGS组态软件建立的组态画面，可以实现参数设定，工艺流程监视，检测次数实时查看，仿真调试和报警的功能。

关键字：电磁阀耐久试验； PLC; 顺序控制；PID；MCGS

沈阳化工大学学士学位论文 Abstract

Abstract

The purpose of this design is to realize the electromagnetic valve endurance test PLC control, including the calculation of electromagnetic valve movement times and electromagnetic valve leakage detection. In order to solve the problem, this paper has the hardware selection, electrical connections drawing and PLC program design to write and debugging, PC (MCGS) monitoring menu of government. Finally for the PC and lower place machine online unit adjustment, and finished the simulation test in the laboratory.

This design is improved the used electromagnetic valve durability test process flow. Previous test process is divided into two steps, first testing number link, and then is the artificial leak detection (visual method) link. This design in hardware increased the leak detection part, thus in the process the two links on combined together, realize the automatic testing number and testing leak two process. At the same time also joined the PID control algorithm of constant pressure water supply link, to ensure the tests of constant water pressure.

The design of the program design of the PLC control is in order, making the program structure follows process, the program readable. PC can realize the parameters set, process monitoring, testing number real-time view, the simulation test and alarm function.

Keywords: electromagnetic valve durability test; PLC; sequence control; PID;

MCGS

沈阳化工大学学士学位论文 目录

目 录

引言 ........................................................................................................... 1 第一章 控制系统的工艺要求及其分析..................................................... 2 1.1电磁阀耐久性试验控制系统的工艺 ................................................ 2 1.1.1 电磁阀耐久性试验基本原理 .................................................. 2 1.1.2 电磁阀检测试验详细流程...................................................... 2 1.2电磁阀耐久性试验控制系统的工艺分析 ......................................... 3 1.2.1 电磁阀耐久性试验控制系统设计主体思路 ........................... 3 1.2.2 电磁阀耐久性试验控制系统设计分部分析 ........................... 4 第二章 控制系统硬件设计 ....................................................................... 5 2.1硬件设计联接图 .............................................................................. 5 2.2 PLC、变频器、其他硬件的选型 ................................................. 6 2.3 I/O分配表 .................................................................................... 7 2.4 硬件接线图 ................................................................................... 8 2.4.1主接线图及其控制接线图 ...................................................... 8 2.4.2 PLC接口接线图..................................................................... 9 第三章 控制系统下位机程序设计 .......................................................... 10 3.1顺序功能图.................................................................................... 10 3.2 梯形图设计................................................................................... 12

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沈阳化工大学学士学位论文 目录

3.2.1符号表 .................................................................................. 12 3.3.2主要程序详解 ....................................................................... 12 3.3模拟量闭环控制 ............................................................................ 15 3.3.1模拟量量化 ........................................................................... 15 3.3.2 PID设计 ............................................................................... 16 3.3.3 模拟量量化和PID程序设计 ............................................... 16 第四章 控制系统上位机程序设计 .......................................................... 17 4.1 上位机实时数据库的建立 ............................................................ 17 4.2设备的选择和通道的连接 ............................................................. 17 4.3主画面的绘制、连接..................................................................... 18 4.4上位机和下位机联机调试 ............................................................. 20 结束语 ..................................................................................................... 21 参考文献 ................................................................................................. 22 致谢 ......................................................................................................... 23 附录 ......................................................................................................... 24

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沈阳化工大学学士学位论文 引言

引言

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。

PLC的全称是可编程逻辑控制器，是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置，它具有很强的抗干扰能力，广泛的适应能力和应用范围。由于微处理器芯片及有关元件的价格大幅下降，使得PLC的成本下降，另外伴随着PLC功能的不断完善，PLC的应用领域越来越广。

MCGS是一套用于快速构造和生成计算机监控系统的组态软件，它充分利用了windows图形功能完备、界面一致性好、易学易用的特点，比以往使用专用机开发的工业控制系统更具有通用性，在自动化领域中有着更广泛的应用。

电磁阀的耐久性是电磁阀的重要参数之一，基于PLC来设计电磁阀的耐久性试验系统，改进了以往采用继电器控制性能不可靠，使用不方便，功能单一，噪声大，耗能高的缺点。应用MCGS进行上位机的组态，使试验系统的操作更加简单、方便。

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沈阳化工大学学士学位论文 第一章 控制系统的工艺要求及其分析

第一章 控制系统的工艺要求及其分析

1.1电磁阀耐久性试验控制系统的工艺流程

1.1.1 电磁阀耐久性试验基本原理

电磁阀耐久性是衡量电磁阀性能的一个重要参数，对于耐久性检测的主要方法是不断的给与开关信号，同时记录次数。当测试次数达到一定次数时，需要对电磁阀进行一次漏气检测，以判定电磁阀是否已经损坏。检测次数分为两种，一是最大耐久性，即电磁阀所能正常工作的最长寿命；另一种是合格次数，即电磁阀能否达到设计的要求次数。在现行的工艺中，当电磁阀测试达到一定次数时需要试验人员取下电磁阀，接到气源上进行加气压测试以观察电磁阀是否漏气。本设计对现行工艺进行改进，集成了两个环节，加入了漏气检测器。

1.1.2 电磁阀检测试验详细流程

电磁阀耐久性试验控制系统的工艺流程见图1。此工艺流程可分为四个部分分别为：准备工作，开始测试次数，开始检测漏气，结束报警。 （1）准备工作

首先启动电动机带动水泵把水从水箱里抽到连接着待测电磁阀的管道中，并调节水压使之达到预定的水压，然后打开待测电磁阀门的供水。 （2）开始测试耐久性

PLC不断的给电磁阀送入开启，关断的信号，使电磁阀不断的动作，同时记录相应的次数。

（3）开始检测漏气

电磁阀测试到一定的次数后，就应该有一次漏气的检测，以判断电磁阀是否合格，从而辨别是否要进行下一步的试验 （4）结束报警

当测试次数达到设定的次数，或是电磁阀已经漏气时，系统给出报警信号，同时给出测试的次数。

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沈阳化工大学学士学位论文 第一章 控制系统的工艺要求及其分析

图1 工艺流程图

1.2电磁阀耐久性试验控制系统的工艺分析

通过对工艺流程的分析研究来确定PLC要完成的控制任务，从而设计PLC程序和MCGS组态画面。

1.2.1 电磁阀耐久性试验控制系统设计主体思路

（1）下位机程序设计主体思路

下位机程序设计可以采用顺序设计法，从试验工艺出发，完成试验次数和检测漏气的过程。应用PID控制算法控制水压恒定。程序中还应该包括报警程序，以实现系统的安全稳定。

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沈阳化工大学学士学位论文 第一章 控制系统的工艺要求及其分析

（2）上位机监控画面设计思路

上位机采用MCGS组态软件，对主要工艺流程进行组态。同时对应下位机程序应该包括以下几个画面：数据给定，警示信号，操作帮助，仿真实验等。

1.2.2 电磁阀耐久性试验控制系统设计分部分析

根据系统的流程，可知整个系统分为四个部分，即：准备工作，测试次数，测试漏气，结束报警四个部分。

（1）准备工作分析

因其要求供应的水压为一稳定的数值，所以使用变频器控制电机，同时在上位机

程序中使用PID算法控制（见图2），从而保证待测电磁阀的供水压力是恒定的。供水阀门则选用一般的开关电磁阀，使用开关量对其控制。

图2 水压恒定PID调节结构图

（2）测试工作分析

待测阀门需要一组一定数量的开关信号，需要在下位机程序中采用循环程序，次给每个电磁阀以控制信号，同时设计累加器记录测试次数。 （3）测试漏气分

在程序中设计一个计数器，在开始测试前设定好漏气检测的周期，利用计数器关闭测试耐久性程序，同时触发漏气检测。如果漏气则结束检测，并报警。如果不漏气则返回重新测试周期。 （4）结束报警分析

当所有的待测电磁阀都漏气时，则关掉水泵电机，关闭所有的阀门，并报警提示测试完毕。

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沈阳化工大学学士学位论文 第二章 控制系统硬件设计

第二章 控制系统硬件设计

2.1硬件设计联接图

硬件设计联接如图3. 图中所示的为单一工件的图示，实际硬件可以三个工件同时测试。气压外供，试验时把通气管道和空气压缩机连接起来，调好所需要的气压。

图3 硬件连接示意图

其中漏气检测器为本次设计新增的硬件其内部结构及其工作原理如图4. 原理：当测试漏气时，回水 管内全部充满液体，待测电 磁阀为关闭状态，所以回水 管内的水在大气压下不会流 出，给电磁阀门加气压，如 果电磁阀不漏气，激光灯的

图4 漏气检测器原理图 光线会因水的折射射到标号

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沈阳化工大学学士学位论文 第二章 控制系统硬件设计

为1的位置。当电磁阀漏气时，由于气泡的比重小，气泡会聚集在导气管，从而激光器的光线会射在2的位置上，感光器检测到光线，给出信号。测试完毕气体由导气管导出。

2.2 PLC、变频器、其他硬件的选型

（1）PLC选型

由工艺流程可以看出，电磁阀耐久性试验系统共有6个开关量输入接口，16个开关量输出接口，1个模拟量输入接口，1个模拟量输出接口。由此可知选用CPU226就能满足开关量的需要，但是CPU226没有模拟量输入输出接口，因此需要再扩展一个模拟量输入模块和一个模拟量输出模块。根据CPU226的参数要求可知，这样选型是符合设计要求的。PLC模块选择及其主要参数如表1。

表1 PLC模块选型及其主要参数

型号 CPU226 CN EM231 CN EM232 CN 总计 本机数字I 24 0 0 24 本机数字O 16 0 0 16 本机模拟I 0 4 0 4 本机模拟O 0 0 2 2 扩展模块数量 7 0 0 7 （2）变频器选型

本设计还用到了变频器以实现对水泵电动机的变频控制，从而使供给待测电磁阀的水压恒定，本设计选用MICROMASTER 420通用型变频器，MICROMASTER420 是用于控制三相交流电动机速度的变频器系列。此系列有多种型号，从单相电源电压，额定功率120W 到三相电源电压，额定功率11KW 可供用户选用。本变频器由微处理器控制，并采用具有现代先进技术水平的绝缘栅双极型晶体管（IGBT）作为功率输出器件。因此，它们具有很高的运行可靠性和功能的多样性。其脉冲宽度调制的开关频率是可选的，因而降低了电动机运行的噪声。全面而完善的保护功能为变频器和电动机提供了良好的保护。本设计选用此系列中的三相、交流200-240V、±10%（带A级过滤器）型号为6SE6420- 2AC23-0CA0。具体见表2.

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