自动化工程项目设计

工业工业自动自动化技术化技术2022-11-28第第3章章 自动化工程项目设计自动化工程项目设计1/28物料灌装自动生产线物料灌装自动生产线物料灌装自动生产线示意图物料灌装自动生产线示意图PROFIBUS工业工业自动自动化技术化技术2022-11-28第第3章章 自动化工程项目设计自动化工程项目设计2/28自动化控制系统设计流程自动化控制系统设计流程 PLC控制方案设计流程图控制方案设计流程图确定系统控制任务与设计要求制定电气控制方案确定控制系统的输入输出信号硬件选型与配置I/O分配、绘制接线图修改程序交付使用制作控制柜输入输出配线编写符号表、设计控制程序现场运行调试项目归档YN程序初步调试安装硬件模块、I/O连线是否满足要求？工业工业自动自动化技术化技术2022-11-28第第3章章 自动化工程项目设计自动化工程项目设计3/28确定系统控制任务与设计要求确定系统控制任务与设计要求 了解机械运动与电气执行元件之间的关系，仔细分析被了解机械运动与电气执行元件之间的关系，仔细分析被控对象的控制过程和控制要求，熟悉工艺流程及设备性能，控对象的控制过程和控制要求，熟悉工艺流程及设备性能，明确各项任务的要求、约束条件及控制方式。明确各项任务的要求、约束条件及控制方式。对于较复杂的控制系统，还可将控制任务分成几个独立对于较复杂的控制系统，还可将控制任务分成几个独立的部分，这样可以化繁为简，有利于编程和调试。的部分，这样可以化繁为简，有利于编程和调试。工业工业自动自动化技术化技术2022-11-28第第3章章 自动化工程项目设计自动化工程项目设计4/28制定电气控制方案制定电气控制方案 根据生产工艺和机械运动的控制要求，确定控制系统的工根据生产工艺和机械运动的控制要求，确定控制系统的工作方式，例如全自动、半自动、手动、单机运行、多机联线运作方式，例如全自动、半自动、手动、单机运行、多机联线运行等。还要确定控制系统应有的其他功能，例如故障诊断与显行等。还要确定控制系统应有的其他功能，例如故障诊断与显示报警、紧急情况的处理、管理功能、网络通信等。示报警、紧急情况的处理、管理功能、网络通信等。工业工业自动自动化技术化技术2022-11-28第第3章章 自动化工程项目设计自动化工程项目设计5/28确定控制系统的输入输出信号确定控制系统的输入输出信号1.控制对象的类型控制对象的类型数字量输出对象数字量输出对象:u继电器继电器u电磁阀电磁阀u电动机起动器电动机起动器u指示灯指示灯u蜂鸣器等蜂鸣器等模拟量输入对象模拟量输入对象:u温度温度u压力压力u流量流量u液位液位u电动机电流等电动机电流等 数字（开关）量型数字（开关）量型 模拟量型模拟量型数字量输入对象数字量输入对象:u按钮按钮u选择开关选择开关u行程开关行程开关u限位开关限位开关u光电开关等光电开关等模拟量输出对象模拟量输出对象:u电动调节阀电动调节阀u变频器等变频器等工业工业自动自动化技术化技术2022-11-28第第3章章 自动化工程项目设计自动化工程项目设计6/28确定控制系统的输入输出信号确定控制系统的输入输出信号外部负载外部负载电压等级电压等级:uDC24/48VuDC48125VuAC120/230V外部输入传感器信外部输入传感器信号的类型号的类型（如电压、（如电压、电流、电阻等）及电流、电阻等）及测量的量程范围测量的量程范围 数字（开关）量型数字（开关）量型 模拟量型模拟量型外部输入信号外部输入信号电压等级电压等级:uDC24VuDC48u125VuAC120/230V外部负载的类型外部负载的类型（如电压或电流）（如电压或电流）及对应的输出值及对应的输出值范围范围2.控制对象的数值范围控制对象的数值范围工业工业自动自动化技术化技术2022-11-28第第3章章 自动化工程项目设计自动化工程项目设计7/28硬件选型与配置硬件选型与配置 PLC选型主要考虑以下几点：选型主要考虑以下几点：I/O信号的点数信号的点数 根据已经确定的根据已经确定的I/O设备，统计所需要的设备，统计所需要的I/O信号的点数，信号的点数，选择是否支持扩展机架的选择是否支持扩展机架的CPU网络通信的模式网络通信的模式 特殊功能需求特殊功能需求根据信号传输方式所需要的网络接口形式，选择支持现根据信号传输方式所需要的网络接口形式，选择支持现场总线网络、工业以太网络或点到点通信的场总线网络、工业以太网络或点到点通信的CPU。如。如果网络有路由要求，则要选择支持路由功能的果网络有路由要求，则要选择支持路由功能的CPU如果现场有高速计数或高速脉冲输出要求，可选择集如果现场有高速计数或高速脉冲输出要求，可选择集成了该功能的成了该功能的CPU。选择硬件模块时要留有适当的余量：选择硬件模块时要留有适当的余量：根据已经确定的根据已经确定的I/O信号的点数和类型，预留信号的点数和类型，预留10%15%的容量。的容量。工业工业自动自动化技术化技术2022-11-28第第3章章 自动化工程项目设计自动化工程项目设计8/28I/O分配分配 通过对输入输出设备的分析、分类和整理，进行相应的通过对输入输出设备的分析、分类和整理，进行相应的I/O地址分配，应尽量将相同类型的信号、相同电压等级的信号地地址分配，应尽量将相同类型的信号、相同电压等级的信号地址安排在一起，以便施工和布线，并绘制址安排在一起，以便施工和布线，并绘制I/O接线图。接线图。工业工业自动自动化技术化技术2022-11-28第第3章章 自动化工程项目设计自动化工程项目设计9/28控制程序设计控制程序设计 按照控制系统的要求进行按照控制系统的要求进行PLC程序设计是工程项目设计的核心。程序设计是工程项目设计的核心。程序设计时应将控制任务进行分解，编写完成不同功能的程序块，包程序设计时应将控制任务进行分解，编写完成不同功能的程序块，包括循环扫描主程序、急停处理子程序、手动运行子程序、自动运行子括循环扫描主程序、急停处理子程序、手动运行子程序、自动运行子程序、故障报警子程序等。程序、故障报警子程序等。编写的程序要在实验室进行模拟运行与调试，检查逻辑及语法错编写的程序要在实验室进行模拟运行与调试，检查逻辑及语法错误，观察在各种可能的情况下各个输入量、输出量之间的变化关系是误，观察在各种可能的情况下各个输入量、输出量之间的变化关系是否符合设计要求，发现问题及时修改设计。否符合设计要求，发现问题及时修改设计。工业工业自动自动化技术化技术2022-11-28第第3章章 自动化工程项目设计自动化工程项目设计10/28现场运行调试现场运行调试 在工业现场所有的设备都安装到位，所有的硬件连接都调在工业现场所有的设备都安装到位，所有的硬件连接都调试好以后，要进行程序的现场运行与调试。在调试过程中，不试好以后，要进行程序的现场运行与调试。在调试过程中，不仅要进行正常控制过程的调试，还要进行故障情况的测试，应仅要进行正常控制过程的调试，还要进行故障情况的测试，应当尽量将可能出现的情况全部加以测试，避免程序存在缺陷，当尽量将可能出现的情况全部加以测试，避免程序存在缺陷，确保控制程序的可靠性。只有经过现场运行的检验，才能证明确保控制程序的可靠性。只有经过现场运行的检验，才能证明设计是否成功。设计是否成功。工业工业自动自动化技术化技术2022-11-28第第3章章 自动化工程项目设计自动化工程项目设计11/28项目归档项目归档 在设计任务完成后，要编制工程项目的技术文件。技术文件在设计任务完成后，要编制工程项目的技术文件。技术文件是用户将来使用、操作和维护的依据，也是这个控制系统档案保是用户将来使用、操作和维护的依据，也是这个控制系统档案保存的重要材料，包括总体说明、电气原理图、电器布置图、硬件存的重要材料，包括总体说明、电气原理图、电器布置图、硬件组态参数、符号表、软件程序清单及使用说明等。组态参数、符号表、软件程序清单及使用说明等。工业工业自动自动化技术化技术2022-11-28第第3章章 自动化工程项目设计自动化工程项目设计12/28物料灌装自动生产线控制要求物料灌装自动生产线控制要求 u 就地就地/远程选择开关远程选择开关 物料灌装自动生产线模型设计了就地和远程两种控制物料灌装自动生产线模型设计了就地和远程两种控制方式。就地控制是用操作面板上的按钮和开关来控制设方式。就地控制是用操作面板上的按钮和开关来控制设备的运行。远程控制是通过网络用备的运行。远程控制是通过网络用HMI的监控系统来控的监控系统来控制设备的运行。制设备的运行。u 手动手动/自动选择开关自动选择开关 物料灌装自动生产线模型设计了手动和自动两种工作物料灌装自动生产线模型设计了手动和自动两种工作模式。手动模式用于设备的调试和系统复位，包括：允模式。手动模式用于设备的调试和系统复位，包括：允许通过点动按钮使传送带正向或反向运行，用来调试设许通过点动按钮使传送带正向或反向运行，用来调试设备；允许按下计数值清零按钮对计数统计值进行复位。备；允许按下计数值清零按钮对计数统计值进行复位。自动模式下允许启动生产线运行。自动模式下允许启动生产线运行。只有在设备停止运行的状态下，才允许切换手动只有在设备停止运行的状态下，才允许切换手动/自自动模式。动模式。控制面板模型控制面板模型启动启动停止停止就地就地远程远程故障故障1故障故障2 故障故障3急停急停正向点动正向点动反向点动反向点动计数值清零计数值清零故障复位故障复位手动手动自动自动工业工业自动自动化技术化技术2022-11-28第第3章章 自动化工程项目设计自动化工程项目设计13/28物料灌装自动生产线控制要求物料灌装自动生产线控制要求u 启动按钮启动按钮 在自动模式下，按下启动按钮，启动生产线运行。在自动模式下，按下启动按钮，启动生产线运行。物料灌装工艺流程为：物料灌装工艺流程为：（1）按下启动按钮，电动机正转，传送带正向运行。）按下启动按钮，电动机正转，传送带正向运行。（2）空瓶子到达灌装位置时电动机停止转动，灌装阀门）空瓶子到达灌装位置时电动机停止转动，灌装阀门打开，开始灌装物料。打开，开始灌装物料。（3）灌装时间到，灌装阀门关闭，电动机正转，传送带）灌装时间到，灌装阀门关闭，电动机正转，传送带继续运行，直到下一个空瓶子到达灌装位置。继续运行，直到下一个空瓶子到达灌装位置。u 停止按钮停止按钮 在自动模式下，按下停止按钮，停止生产线运行，在自动模式下，按下停止按钮，停止生产线运行，电动机停止转动，传送带停止运行，灌装阀门关闭。电动机停止转动，传送带停止运行，灌装阀门关闭。u 急停按钮急停按钮 当设备发生故障时，按下急停按钮停止生产线的一当设备发生故障时，按下急停按钮停止生产线的一切运行。切运行。控制面板模型控制面板模型启动启动停止停止就地就地远程远程故障故障1故障故障2 故障故障3急停急停正向点动正向点动反向点动反向点动计数值清零计数值清零故障复位故障复位手动手动自动自动工业工业自动自动化技术化技术2022-11-28第第3章章 自动化工程项目设计自动化工程项目设计14/28物料灌装自动生产线控制要求物料灌装自动生产线控制要求u 正向点动正向点动/反向点动按钮反向点动按钮 在手动模式下，正向点动在手动模式下，正向点动/反向点动按钮用于调试设反向点动按钮用于调试设备。按下正向点动按钮，传送带正向运行，松手后传送备。按下正向点动按钮，传送带正向运行，松手后传送带停止运行；按下反向点动按钮，传送带反向运行，松带停止运行；按下反向点动按钮，传送带反向运行，松手后传送带停止运行。手后传送带停止运行。u 工件计数统计工件计数统计 要求控制系统可以实现工件的计数统计，包括空瓶要求控制系统可以实现工件的计数统计，包括空瓶数、成品数和废品数。成品数显示在操作面板的数码管数、成品数和废品数。成品数显示在操作面板的数码管上。上。u 模拟量检测模拟量检测 灌装液罐的液位由模拟量液位传感器进行监视。液灌装液罐的液位由模拟量液位传感器进行监视。液位低于下限时要打开进料阀门，液位高于上限时要关闭位低于下限时要打开进料阀门，液位高于上限时要关闭进料阀门。进料阀门。控制面板模型控制面板模型启动启动停止停止就地就地远程远程故障故障1故障故障2 故障故障3急停急停正向点动正向点动反向点动反向点动计数值清零计数值清零故障复位故障复位手动手动自动自动工业工业自动自动化技术化技术2022-11-28第第3章章 自动化工程项目设计自动化工程项目设计15/28物料灌装自动生产线控制要求物料灌装自动生产线控制要求u故障报警故障报警 当设备发生故障时，控制系统能够立即响应，操作当设备发生故障时，控制系统能够立即响应，操作面板上相应的故障报警灯会闪亮。按下故障应答按钮后，面板上相应的故障报警灯会闪亮。按下故障应答按钮后，如果故障已经排除则故障报警灯不亮；如果故障依然存如果故障已经排除则故障报警灯不亮；如果故障依然存在则故障报警灯常亮。在则故障报警灯常亮。u PROFIBUS-DP网络网络 构建现场总线构建现场总线PROFIBUS-DP网络，实现物料灌装自网络，实现物料灌装自动生产线上的动生产线上的I/O信号通过信号通过PROFIBUS-DP网络与控制柜网络与控制柜中的中的CPU进行通信。进行通信。u HMI监控系统监控系统 在计算机组态上位监控系统，能够实时监视与控制在计算机组态上位监控系统，能够实时监视与控制生产线的运行生产线的运行。控制面板模型控制面板模型启动启动停止停止就地就地远程远程故障故障1故障故障2 故障故障3急停急停正向点动正向点动反向点动反向点动计数值清零计数值清零故障复位故障复位手动手动自动自动工业工业自动自动化技术化技术2022-11-28第第3章章 自动化工程项目设计自动化工程项目设计16/28物料灌装自动生产线信号分析物料灌装自动生产线信号分析 序号序号名名 称称1生产线运行指示灯生产线运行指示灯2手动模式指示灯手动模式指示灯3自动模式指示灯自动模式指示灯4就地控制指示灯就地控制指示灯5远程控制指示灯远程控制指示灯6故障故障1报警指示灯报警指示灯7故障故障2报警指示灯报警指示灯8故障故障3报警指示灯报警指示灯9急停指示灯急停指示灯10灌装罐进料阀门灌装罐进料阀门11灌装罐排料阀门灌装罐排料阀门12物料灌装阀门物料灌装阀门13终端指示灯终端指示灯14传送带正向运行传送带正向运行15传送带反向运行传送带反向运行16蜂鸣器蜂鸣器174位数码显示（占位数码显示（占16位）位）序号序号 名名 称称1灌装罐液位传感器灌装罐液位传感器2灌装罐温度传感器灌装罐温度传感器数字量输入信号数字量输入信号 数字量输出信号数字量输出信号 模拟量输入信号模拟量输入信号 序号序号名名 称称1启动按钮启动按钮2停止按钮停止按钮3正向点动按钮正向点动按钮4反向点动按钮反向点动按钮5手动手动/自动模式选择开关自动模式选择开关6就地就地/远程控制选择开关远程控制选择开关7计数值清零按钮计数值清零按钮8故障故障1信号源信号源9故障故障2信号源信号源10故障故障3信号源信号源11故障应答按钮故障应答按钮12急停按钮急停按钮13空瓶位置接近开关空瓶位置接近开关14灌装位置接近开关灌装位置接近开关15成品位置接近开关成品位置接近开关工业工业自动自动化技术化技术2022-11-28第第3章章 自动化工程项目设计自动化工程项目设计17/28工程项目设计报告工程项目设计报告 工业工业自动自动化技术化技术2022-11-28第第3章章 自动化工程项目设计自动化工程项目设计18/28自动化项目设计软件自动化项目设计软件STEP7 或启动启动SIMATIC管理器管理器工业工业自动自动化技术化技术2022-11-28第第3章章 自动化工程项目设计自动化工程项目设计19/28SIMATIC管理器用户自定义选项管理器用户自定义选项定义存盘路径定义存盘路径定义软件和编程的语言定义软件和编程的语言退出退出STEP7重新进入有效重新进入有效工业工业自动自动化技术化技术2022-11-28第第3章章 自动化工程项目设计自动化工程项目设计20/28设置编程器通信接口设置编程器通信接口工业工业自动自动化技术化技术2022-11-28第第3章章 自动化工程项目设计自动化工程项目设计21/28检查通信状态检查通信状态工业工业自动自动化技术化技术2022-11-28第第3章章 自动化工程项目设计自动化工程项目设计22/28STEP 7项目结构项目结构工业工业自动自动化技术化技术2022-11-28第第3章章 自动化工程项目设计自动化工程项目设计23/28输入项目名输入项目名选择存盘路径选择存盘路径确定项目名确定项目名创建创建 S7 项目项目工业工业自动自动化技术化技术2022-11-28第第3章章 自动化工程项目设计自动化工程项目设计24/28在项目中插入站点在项目中插入站点工业工业自动自动化技术化技术2022-11-28第第3章章 自动化工程项目设计自动化工程项目设计25/28设置项目属性设置项目属性工业工业自动自动化技术化技术2022-11-28第第3章章 自动化工程项目设计自动化工程项目设计26/28STEP7的帮助系统的帮助系统 帮助文档帮助文档 工业工业自动自动化技术化技术2022-11-28第第3章章 自动化工程项目设计自动化工程项目设计27/28STEP7的帮助系统的帮助系统F1功能键功能键 在线帮助在线帮助工业工业自动自动化技术化技术2022-11-28第第3章章 自动化工程项目设计自动化工程项目设计28/28任务任务1 新建物料灌装自动生产线项目新建物料灌装自动生产线项目 1启动启动STEP7软件，设置用户自定义选项。软件，设置用户自定义选项。2设置设置PC机与机与CPU通信的接口，检查通信状态。通信的接口，检查通信状态。3新建物料灌装自动生产线项目新建物料灌装自动生产线项目FILL，插入，插入SIMATIC 300站点。站点。