PLC液体混合装置控制课程设计.docx

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1、课程设计任务书学 院自动化与电气工程学院专 业自动化学生姓名班级学号课程设计题目液体混合装置控制的模拟实践教学要求与任务:1、系统总体方案设计；2、液体混合装置控制系统的硬件设计；3、液体混合装置控制系统的软件设计；4、系统调试与结果分析；5、编写课程设计报告。工作计划与进度安排:第19周：查阅相关资料、了解设计内容，完成硬件设计。第1-2天：1深入了解课程设计内容及任务。2查找文献、资料，确立设计方案。第3-5天: 1通过相关资料，明确完善设计方案。2完成硬件设计，选择PLC型号、设计系统流程图、列出I/O分配表，设计I/O接线图。第20周：完成软件设计，并进行调试第1-2天：完成软件设计，

2、利用STEP7-Micro/WIN进行梯形图或指令表设计。第 3 天：对设计程序进行调试。第 4 天：课程设计结果验收，完成课程设计报告。第 5 天：针对所完成课程设计题目进行答辩。 指导教师： 201 年 月 日专业负责人：201 年 月 日学院教学副院长：201 年 月 日16摘 要PLC是以计算机技术为核心的通用自动控制装置，也可以说它是一种用程序来改变控制功能的计算机。随着微处理器、计算机和通信技术的飞速发展，可编程序控制器PLC已在工业控制中得到广泛应用，而且所占比重在迅速的上升。PLC主要由CPU模块、输入模块、输出模块和编程装置组成。它应用于工业混合搅拌设备，使得搅拌过程实现了自

3、动化控制、并且提升了搅拌设备工作的稳定性，为搅拌机械顺利、有序、准确的工作创造了有力的保障。本文所介绍的多种液体混合的PLC控制程序可进行单周期或连续工作，具有断电记忆功能，复电后可以继续运行。另外，PLC还有通信联网功能，再通过组态，可直接对现场监控、更方便工作和管理。关键词：PLC，液位传感器，定时器目录一 引言1二 系统总体方案设计22.1 系统硬件配置及组成原理22.2系统的整体设计要求22.3系统方案的设计3三 液体混合装置控制系统的硬件设计43.1硬件的选型43.1.1 可编程逻辑控制器PLC的选取43.1.2液位传感器的选择53.1.3搅拌电机的选择63.2 PLC的I/O分配表

4、73.3 PLC的I/O接线图7四 液体混合装置控制系统的软件设计84.1编程软件的介绍84.2程序设计9五 系统调试与结果分析12六 总结15七 参考文献16一 引言随着经济的发展和社会的进步，各种工业自动化的不断升级，对于工人的素质要求也逐渐提高。在生产的第一线有着各种的自动加工系统，其中多种原材料混合在加工，是其中最为常见的一种。在工艺加工最初，把多种原料再合适的时间和条件下进行需要的加工以得到产品一直都是在人监控或操作下进行的，在后来多用继电器系统对顺序或逻辑的操作过程进行自动化操作，但这些方式已经不能满足工业生产的实际需要。实际生产中需要更精确、更便捷的控制装置。在生产过程、科学研究

5、和其他产业领域中，可编程序自动控制技术的应用都是十分广泛的,因此,了解和学习这些重要技术对高校自动化专业的学生来说,已是必不可少。掺混PLC控制系统这个课题具有其重要的意义。本课题掺混PLC控制系统，其目的就是以PLC为核心，配合智能仪表，完成系统功能控制，状态显示，信息检测和报警硬件组建所需要的PLC和传感器等元件的选择，实现对掺混的自动控制以及运行状态的检测功能和显示功能。用PLC对掺混进行控制，系统的硬件结构简单、服务功能增强、系统的可靠性大大提高，且节省了成本，使掺混系统的性能价格比提高。二 系统总体方案设计2.1 系统硬件配置及组成原理液体混合装置控制的模拟实验面板图：图2.1 模拟

6、实验面板图此面板中，液面传感器用钮子开关来模拟，启动、停止用动合按钮来实现，液体A阀门、液体B阀门、混合液阀门的打开与关闭以及搅匀电机的运行与停转用发光二极管的点亮与熄灭来模拟。2.2系统的整体设计要求在该混合液体装置中，需要完成两种液体的进料、混合、卸料的功能，控制要求如下：本装置为两种液体混合模拟装置，SL1、SL2、SL3为液面传感器，液体A、B阀门与混合液阀门由电磁阀YV1、YV2、YV3控制，M为搅匀电机，控制要求如下：初始状态:装置投入运行时，液体A、B阀门关闭，混合液阀门打开20秒将容器放空后关闭。启动操作:按下启动按钮SB1，装置就开始按下列约定的规律操作：液体A阀门打开，液体

7、A流入容器。当液面到达SL2时，SL2接通，关闭液体A阀门，打开液体B阀门。液面到达SL1时，关闭液体B阀门，搅匀电机开始搅匀。搅匀电机工作6秒后停止搅动，混合液体阀门打开，开始放出混合液体。当液面下降到SL3时，SL3由接通变为断开，再过2秒后，容器放空，混合液阀门关闭，开始下一周期。停止操作:按下停止按钮SB2后，在当前的混合液操作处理完毕后，才停止操作（停在初始状态上）。2.3系统方案的设计通过PLC接收液位传感器的信号，然后控制电磁阀的开关，以及电动机对两种溶液的混合搅拌，并一直重复这个过程，实现液体混合装置控制的模拟过程。测量液位传感器信号控制控制液体混合装置PLC液体进出电机电磁阀

8、搅拌液体图2.3系统设计示意图三 液体混合装置控制系统的硬件设计3.1硬件的选型3.1.1 可编程逻辑控制器PLC的选取模拟实验中，最主要选取的是可编程逻辑控制器PLC，本课题选取西门子S7-200PLC。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系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。因此S7-200系列具有极高的性能/价格比。1.CPU单元设计：集成的24V负载电源：可直接连接到传感器和变送器（执行器），CPU221，222具有180mA输出，CPU224，CPU226分别输出280，400mA。可

9、用作负载电源。2.不同的设备类型：CPU221226各有2种类型CPU，具有不同的电源电压和控制电压。3.本机数字量输入/输出点：CPU221具有6个输入点和4个输出点，CPU 222具有8个输入点和6个输出点，CPU 224具有14个输入点和10个输出点。CPU 226具有24个输入点和16个输出点。4.中断输入：允许以极快的速度对过程信号的上升沿作出响应。5.高速计数器（1）CPU 221/222：4个高速计数器（30KHz），可编程并具有复位输入，2个独立的输入端可同时作加、减计数，可连接两个相位差为90的A/B相增量编码器。（2）CPU 224/226：6个高速计数器（30KHz），具

10、有CPU 221/222相同的功能。（3）CPU 222/224/226：可方便地用数字量和模拟量扩展模块进行扩展。可使用仿真器（选件）对本机输入信号进行仿真，用于调试用户程序。（4）模拟电位器：CPU221/222 1个。CPU224/226 2个。（5）脉冲输出：2路高频率脉冲输出（最大20KHz），用于控制步进电机或伺服电机实现定位任务。（6）实时时钟：例如为信息加注时间标记，记录机器运行时间或对过程进行时间控制。（7）EEPROM存储器模块（选件）：可作为修改与拷贝程序的快速工具（无需编程器），并可进行辅助软件归档工作。（8）电池模块：用于长时间数据后备。用户数据（如标志位状态，数据块

11、，定时器，计数器）可通过内部的超级电容存贮大约5天。选用电池模块能延长存贮时间到200天（10年寿命）。电池模块插在存储器模块的卡槽中。3.1.2液位传感器的选择本课题选用LSF-2.5型液位传感器。其中“L”表示光电的，“S”表示传感器，“F”表示防腐蚀的，2.5为最大工作压力。LSF系列液位开关可提供非常准确、可靠的液位检测。其原理是依据光的反射折射原理，当没有液面时，光被前端的棱镜面或球面反射回来；有液体覆盖光电探头球面时，光被折射出去，这使得输出发生变化，相应的晶体管或继电器动作并输出一个开关量。应用此原理可制成单点或多点液位开关。LSF光电液位开关具有较高的适应环境的能力，在耐腐蚀方

12、面有较好的抵抗能力。相关元件主要技术参数及原理如下：1.工作压力可达2.5Mpa；2.工作温度上限为125；3.触点寿命为100万次；4.触点容量为70W；5.开关电压为24V DC；6.切换电流为0.5A。3.1.3搅拌电机的选择选用EJ15-3型电动机。其中“E”表示电动机，“J”表示交流的，15为设计序号，3为最大工作电流。相关元件主要技术参数及原理如下：EJ15系列电动机是一般用途的全封闭自扇冷式鼠笼型三相异步电动机。1.额定电压为220V，额定频率为50Hz，功率为2.5KW，采用三角形接法；2.电动机运行地点的海拔不超过1000m。工作温度-1540/湿度90%；3.EJ15系列电

13、动机效率高、节能、堵转转矩高、噪音低、振动小、运行安全可靠。3.2 PLC的I/O分配表输入/输出接线列表：面板SB1SB2SL1SL2SL3YV1YV2YV3YKMPLCI0.0I0.1I0.2I0.3I0.4Q0.0Q0.1Q0.2Q0.3表3.2 I/O分配表SB13.3 PLC的I/O接线图YV1Q0.0I0.0SB2YV2Q0.1I0.1SL1Q0.2I0.2S7-200YV3Q0.3I0.3CPU226SL2搅拌机MI0.4SL3COMAC220VDC24VCOMCOMDC24V图3.3 PLC外部接线图四 液体混合装置控制系统的软件设计4.1编程软件的介绍STEP7-Micro/

14、WIN32是西门子公司专为SIMATIC S7-200系列可编程序控制器研制开发的编程软件，它是基于Windows的应用软件，功能强大，既可用于开发用户程序，又可实时监控用户程序的执行状态。下面将介绍该软件的安装、基本功能以及如何应用编程软件进行编程、调试和运行监控等内容。基本功能：STEP7-Micro/WIN32编程软件的基本功能是协助用户完成应用软件的开发，其主要实现以下功能。1.在脱机（离线）方式下创建用户程序，修改和编辑原有的用户程序。在脱机方式时，计算机与PLC断开连接，此时能完成大部分的基本功能，如编程、编译、调试和系统组态等，但所有的程序和参数都只能存放在计算机的磁盘上。2.在

15、联机（在线）方式下可以对与计算机建立通信关系的PLC直接进行各种操作，如上载、下载用户程序和组态数据等。3.在编辑程序的过程中进行语法检查，可以避免一些语法错误和数据类型方面的错误。经语法检查后，梯形图中错误处的下方自动加红色波浪线，语句表的错误行前自动画上红色叉，且在错误处加上红色波浪线。4.对用户程序进行文档管理，加密处理等。5.设置PLC的工作方式、参数和运行监控等。4.2程序设计本课题采用可编程控制器梯形图作为编程语言，标准语言梯形图语言也是我们最常用的一种语言，它有以下特点：1.它是一种图形语言，沿用传统控制图中的继电器触点、线圈、串联等术语和一些图形符号构成，左右的竖线称为左右母线

16、。2.梯形图中的接点可以任意串、并联，但线圈只能并联不能串联。 3.内部继电器、计数器、寄存器等均不能直接控制外部负载，只能做中间结果供CPU内部使用。4.PLC是按循环扫描事件，沿梯形图先后顺序执行，在同一扫描周期中的结果留在输出状态暂存器中所以输出点的值在用户程序中可以当做条件使用。功能左边画输入、右边画输出。5.PLC是按循环扫描事件，沿梯形图先后顺序执行，在同一扫描周期中的结果留在输出状态暂存器中所以输出点的值在用户程序中可以当做条件使用。本课题程序如下：SQ 0.31RQ 0.01SQ 0.11SQ 0.0M10.2M10.3M10.3M10.0T38M20.01SM20.0M10.

17、0M11.3I0.4M11.2M11.3I0.4I0.3M10.3PM10.2PI0.2M10.1M10.0PI0.1I0.0 网络1网络2网络3网络4网络5网络6网络7网络8网络9网络10网络111网络12网络13网络14网络15网络16网络17网络18网络19网络20网络21网络22TON100msPT+60+60INT37M11.21RM20.1T381SM20.1M11.21RQ 0.2T381SQ 0.2M11.4M11.5M12.4Q 0.3M11.4M11.5M12.4Q 0.3M12.4Q 0.3100msTONPTINT37Q 0.31RQ 0.3RT371Q 0.1M10.

18、2五 系统调试与结果分析1.调试（1）调试过程：运用调试程序进行系统静调。模拟两种液体混合装置的操作过程，对控制程序作一些改动，使之变成可连续运行的调试程序。具体作法如下：运行STEP7-Micro/WIN32编程软件，使PLC进入运行方式后：按下启动按钮SB1，装置液体A阀门打开，液体A流入容器。当液面到达SL2时，SL2接通，关闭液体A阀门，打开液体B阀门。液面到达SL1时，关闭液体B阀门，搅匀电机开始搅匀。搅匀电机工作6秒后停止搅动，混合液体阀门打开，开始放出混合液体。当液面下降到SL3时，SL3由接通变为断开，再过2秒后，容器放空，混合液阀门关闭，开始下一周期。当按下停止按钮SB2后，

19、在当前的混合液操作处理完毕后，才停止操作（停在初始状态上）。（2）调试结果模拟示意图图5.1启动示意图图5.2液面到达SL2时示意图图5.2液面到达SL1时示意图图5.2放出混合液体时示意图2.结果分析基于以上设计与调试，两种液体混合装置的系统设计基本结束。测试结果满足课题给定要求。结束语此次机plc课程设计是非常难得的一次理论与实践相结合的机会，通过这次对“多种液体自动混合装置的PLC控制”的设计使我摆脱了单纯理论学习的状态和眼高手低的毛病，使我了解到PLC的重要性。在此次计中，我们遇到了许多困难，通过对自身的查找，我找出几点不足之处：1.不会利用查翻资料。在理论课学习过程中，老师曾经给过我

20、们很多关于PLC的参考资料。而我没有去充分利用。在老师的提示下，我才如获至宝。2.学习认真程度不够，基础相对薄弱。通过这次课程设计。我学会了PLC的基本编程方法，对PLC的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。在对理论的运用中，提高了我的科学文化素质，在没有做实践设计以前，我们对知识的撑握都是理论上的，对一些细节不加重视，当我们把自己想出来的程序用到PLC中的时候，问题就出现了。这样，我就只能一个一个问题的去解决，通过查阅资料和询问老师，使得我对PLC 的理解得到加强，看到了实践与理论的差距。最后通过本次课程设计，使我了解了PLC控制技术在工业应用和工业生产中的重要地位。因此，学好这门课程十分

21、重要。参考文献【1】 张文明， 全自动液体灌装机.，机电一体化，2003【2】 张桂香、马全广，电器控制与PLC应用，化学工业出版社，2004 【3】 陈士瑞、王祥群，高精度灌装生产线中的自动化技术应用【J】， 包装与食品机械，2004【4】 朱旦，PLC在纯净水灌装设备中的应用【J】，给水排水，2000 【5】 王东梅、李玉成等，PLC在啤酒灌装压盖机上的应用【J】，包装工程，2000【6】 李国厚，PLC原理及应用设计【M】，北京：化学工业出版社，2005【7】 齐占庆主编，机床电气控制技术【M】，机械工业出版社，1999 【8】 熊光楞，机电一体化系统【M】,武汉：武汉理工大学出版社，1996【9】 田瑞庭，可编程控制器及其应用技术【M】，机械工业出版社，1994【10】 刘美俊，提高PLC控制系统可靠性的措施【J】，电工技术杂志，2001【11】杨存祥，提高PLC控制系统的可靠性设计【J】，机床与液压，2003