基于PLC的两种液体混合搅拌控制系统设计

1、物理与电子工程学院编程及应用PLC课程设计报告书设计题目：PLC的两种液体混合搅拌控制系统设计基于业:专自动化级：班XXX学生姓名：XX:号学XXXX:指导教师XXXX18日年12月2013课程设计任务书物理与电子工程学院班级：XX自动化专业：学生姓名XX学号XX课程名称PLC原理与应用设计题目基于PLC的两种液体混合搅拌控制系统设计目计设要主的、参容内（方法）数、及要求设计目的：PLC控制系统的设计流程。功能指令的用法。2、掌握1、掌握PLC设计主要内容及要求：1、设个两种液体混合搅拌的控制程序，具体要求如下XHo有三个电磁阀，对应的液面检测传感器为I和（1）后两种液体A和B为搅拌电机。X3

2、输出电磁阀。MA输入电磁阀，X2液体B输入电磁阀，液体）按下起动按钮：（2到搅拌器。X1,输入液体A打开电磁阀。开始输入液体BX2,液体A停止，I当A液位达到时，关闭电磁阀X1,打开，MB停止输入，起动搅拌电动机H时，关闭电磁阀X2,液体当B液位达到X3,输出混合液体。搅拌时间到，停止搅拌电动机定时20SM,打开电磁阀2、画出实现程序流程图。列出输入、输出端口。写出梯形图程序。、调试程序，直至符合设计要求。3工作量42学时周时间，每天3学时，共计2进度安排1天：明确课程设计的目的和意义，根据课程设计要求查找相关资料第相关知识，根据课程设计的要求画出程序流程天：学习课程设计中PLC第2-5图分配

3、表，写出梯形图程序，并对程序进行注释6-8天：列出I/O第的编程软件，并在该软件中编写梯形图程序9-10天：学习西门子S7-200第在试验箱上进行运行和调试。第11-12天：学习仿真软件，进行程序仿真和调试。天：撰写课程设计报告。第13-14考要参主资料,2013.8:机械工业出版社编程及应用M.北京1廖常初.S7-200PLC,2012,3机械工业出版社PLC应用技术M.2梅丽凤.电气控制与，2006.1机械工业出版社可编程序控制器选择设计与维护M.3殷洪义.指师导教签字教研室主任签字要摘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PLC程序来改变控制功能的计算机。随着微处理器

4、、计算机和通信技术的飞速发已在工业控制中得到广泛应用，而且所占比重在迅PLC展，可编程序控制器模块、输入模块、输出模块和编程装置组成。CPU主要由速的上升。PLC它应用于工业混合搅拌设备，使得搅拌过程实现了自动化控制、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控制程序可进行单周期或连续工保障。本文所介绍的多种液体混合的PLC还有通信联网功作，具有断电记忆功能，复电后可以继续运行。另外，PLC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；梯形图目录1液体自动混合系统方案设计错误！未定义书签。1.1 控制要求错误！未定义书

5、签。1.2 编程软件地址分配表错误！未定义书签。1.3 PLC外部电路接线图错误！未定义书签。1.4 主电路连接图错误！未定义书签。1.5 控制程序错误！未定义书签。2液体自动混合系统的硬件设计错误！未定义书签2.1 硬件选型错误！未定义书签。2.2 主电路的设计错误！未定义书签。2.3 液体混合控制系统示意错误！未定义书签。3液体自动混合系统的软件设计错误！未定义书签3.1 PLC控制的相关流程图错误！未定义书签3.2 可编程控制器梯形图错误！未定义书签4.1 系统模拟调试错误！未定义书签4.2 系统联机调试错误！未定义书签5心得体会错误！未定义书签参考文献错误！未定义书签1液体自动混合系统

6、方案设计1.1 控制要求本课程设计是基于PLC的液体自动混合搅拌系统设计，H、I、L是液面传感器，SL1=H,SL2=L,SL3=I,该传感器被液面淹没时接通。两种液体的流入由阀门A和阀门B控制，混合液的流出由放液阀C控制。搅拌电动机用于驱动桨叶将液体混合均匀。本系统的工作原理如图1-1-1所示。该液体自动混合搅拌系统的动作为：启动系统之前，容器是空的，各阀门关闭，传感器H=I=L=OFF,搅拌电动机M=OFFo首先，按下启动按钮，自动打开阀门A使液体A流入。当液面到达传感器I的位置时，关闭阀门A,同时打开阀门B使液体B流入。当液面到达传感器H位置时，关闭阀门B,同时启动搅拌电动机搅拌1min

7、。搅拌完毕后，打开放液阀门Co当液面到达传感器L的位置时，再继续放液10s后关闭放液阀门Co随后再将阀门A打开，如此循环下去。在工作中如果按下停止按钮，搅拌机不立即停止工作，只有当前混合操作处理完毕，才停止工作，即停在初始状态。图1-1-1液体自动混合搅拌系统1.2 编程软件地址分配表I/O地址分配表表1-2-1所示，根据设计要求，应该有6个输入信号，4个输出信号。表1-2-1I/O地址分配表输入信号输出信号名称功能端口地址名称功能端口地址SB1启动按钮I0.0YV1电磁阀A阀门Q4.0SL11液位传感器I0.1YV2电磁阀B阀门Q4.1SL22液位传感器I0.2M搅拌机Q4.2SL33液位传

8、感器I0.3YV3C阀门电磁阀Q4.3SB2停止按钮I0.4FR过载保护I0.51.3 PLC外部电路接线图液体自动混合搅拌系统的PLC外部接线图如图1-3-1所示。图1-3-1PLC外部接线图1.4 主电路连接图液体自动混合搅拌系统的主电路连接图如图1-4-1所示。主电路连接图1-4-1图1.5 控制程序网络1:按下启动按钮，阀门A电磁阀打开，液体A流入容器。网络2:当液位达到I时，即SL3=SL2=ON时，关闭阀门A,同时阀门B电磁阀打开，液体B流入容器。网络3:当液位达到H时，即SL1=SL3=SL2=ON时，关闭阀门B,同时启动搅拌电动机搅拌1min。网络4：。搅拌完毕后，打开放液阀门

9、Co当液面到达传感器L的位置时，再继续放液10s后关闭放液阀门Co网络5:当液面到达传感器L的位置时，再继续放液10s后关闭放液阀门Co随后再将阀门A打开，如此循环下去。网络6:在工作中如果按下停止按钮，搅拌机不立即停止工作，只有当前混合操作处理完毕，才停止工作，即停在初始状态。2液体自动混合系统的硬件设计2.1硬件选型通过分析控制任务，如不考虑产量显示，则共需要5个数字量输入和7个数字量输出，CPU型号可以选择S7-200PLC的CPU224(本机上有14个数字量输入和10个数字量输出)。由于系统需要显示灌装的灌数，产量上限为1600,可以使用4个带译码电路的BCD数码显示管显示灌装产量，这

10、样就另外需要16点数字量输出。可以使用2个数字量输出扩展模块EM22(DC24V)或使用一个数字量输入/输出混合扩展模块EM233(DI16/DO16*DC24V)。SL1(L)、SL2(I)、SL3(H)为3个液位传感器，液体淹没时接通。进液阀QO.1、QO.2分别控制A液体和B液体进液，出液阀Q0.3控制混合液体出液。该系统所使用的输入输出设备的I/O分配如表2-1-1所示。表2-1-1输入和输出设备I/O分配表1输入输出I1.0启动按钮SB1Q0.1Y1电磁阀液体AI1.1停止按钮SB2Q0.2Y2电磁阀液体BI1.2低液面传感器SL1Q0.3Y4混合液电磁阀I1.3中液面传感器SL2Q

11、0.0搅动电动机接触器I1.4SL3高液面传感器主要接线2-1-1I/OI/O点分配表画出图根据表2-1-1输入和输出设备及图如下:I1.1控制。分别由、停止按钮SB2I1.0和启动按钮SB12-1-1I/O接线图图2.2主电路的设计系列小型断路器、型接触器、DZ47-63根据以上所选的CJX1-9,220V的电动机可画出其硬件电型热继电器和型号为Y90S-6/0.75KWJR16B-60/3D2-2-1所示。气原理图如图M启动。其中本次设计中的混合液体搅拌由电动机熔断器来实现保护功能，FU带有短路保护、过载保护等，短路保护由热继电器来实现其保护功能。过载保护由FR主电路图2-2-1液体混合控

12、制系统示意2.3本设计为两种液体混合搅拌控制，具元件、要求如下：后自动关闭打开延时10S开始排放混合液体阀Y41.初始状态SB1,液体装置开始按以下顺序工作：启动操作按下启动按钮2.A液体流入容器，液位上升。1)进液阀Y1打开，(液体停止流入，同时A)处时，进液阀Y1关闭，SL2(2)当液位上升到(I液体开始流入容器。，B打开进液阀Y2液体停止流入，同时关闭，B(H)处，进液阀Y2)当液位上升到(3SL3搅拌电动机开始工作。打开，开始放液，Y420S后制动停止搅拌，同时4()当搅拌电机定时搅拌液位开始下降。，自动秒后关闭放液阀)处时，开始计时()当液位下降到(5SL1L10Y4开始下一个循环。

13、3.停止操作工作中，若按下停止按钮SB2,装置不会立即停止，而是完成当前工作循环后再停止。如图2-4-1所示，SL1(L)、SL2(I)、SL3(H)为3个液位传感器，液体淹没时接通。进液阀Y1、Y2分别控制液体A和液体B进液，出液阀Y4控制混合液体出液。图2-4-1搅拌系统示意图3液体自动混合系统的软件设计3.1 PLC控制的相关流程图液体自动混合的控制是比较复杂的，要满足控制的要求，要不断处理各种定时信号。液体混合动作的循环过程为：开阀门Y1-关阀门Y1-开阀门Y2-关阀门Y2-搅拌一定时一放液体一定时一关阀门Y4-停止一个循环。同时在程序设计过程中应遵循定时原则。软件流程图，如图3-1-

14、1所示。图3-1-1程序流程图3.2 可编程控制器梯形图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。2 .梯形图中接点(触点)只有常开和常闭，接点可以是PLC输入点接的开关也可以是PLC内部继电器的接点或内部寄存器、计数器等的状态。3 .梯形图中的接点可以任意用、并联，但线圈只能并联不能用联。4 .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。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

15、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。根据流程图，分析画出梯形图如3-2-1所示。图3-2-1梯形图梯形图分析：1.初始状态当装置投入运行时，进液阀QO.1、QO.2关闭，出液阀QO.3打开10秒将容器中的残存液体放空后关闭。2 .启动操作按下启动按钮SB1,液体装置开始按以下顺序工作：进液阀QO.1打开，A液体流入容器，液位上升。当液位上升到SL2(I)处时，进液阀QO.1关闭，A液体停止流入，同时打开进液阀QO.2,B液体开始流入容器。当液位上升到SL3(H)处，进液阀QO.2关闭，B液体停止流入，同时搅拌电动机开始工作。当搅拌电机定时搅拌10S后制动

16、停止搅拌，同时QO.3打开，开始放液，液位开始下降。当液位不能下降到SL1(L)处时，开始计时10秒后关闭放液阀QO.3,自动开始下一个循环。3 .停止操作工作中，若按下停止按钮SB2,待整个循环进行到结束，即待灌内液体排完，切断Y4,不再接通Y1,停止Y1,停止工作。4系统调试4.1系统模拟调试根据所设计的关于搅拌控制的梯形图，选用PLC的S7_200的仿真软件进行仿真。具体步骤如下：1 .首先把仿真软件的CPU更改为CPU226(点CONFIGURACION-TIPODECPU,然后点Accepter)2 .导入梯形图3 .点击运行4 .进行调试观察仿真软件上的灯是否按照程序要求依次点亮，

17、延时是否准确。是就说明程序正确，不是就说明程序还存在问题。4.2系统联机调试PLC与上位计算机的通讯可以利用高级语言编程来实现，但是用户必须熟悉互连的PLC及PLC网络采用的通信协议，严格的按照通信协议规定为计算机编写通信程序，其对用户要求较高，而采用工控组态软件实现PLC与上位计算机之间的通讯，则相对简单，因为工控组态软件中一般都提供了相关设备的通讯驱动程序，西门子公司的S7系列PLC与工控组态软件、组态王之间可进行连接实现PLC与上位计算机之间的通讯。下面介绍组态王6.5与S7-200PLC之间通讯的实现步骤。PPI协议是S7-200CPU默认的通信方式，它通过S7-200CPU自身的端口

18、(Port0或Port1)即可完成。1 .设备连接利用PLC与计算机专用的PC/PPI电缆，将PLC通过编程口与上位计算机用口(COM口)连接，进行串行通讯。串行通讯方式使用“组态王计算机”的串口,I/O设备通过PC/PPI通讯电缆连接到“组态王计算机”的串口。2 .通讯设备参数设置在组态王工程浏览器的工程目录显示区，点击“设备”大纲项下PLC与上位计算机所连串口（COM口），进行参数设置。S7-200系歹PLC编程口的通讯COM口参数设置：在组态王浏览器目录内容显示区内双击所设COM口对应的“新建”图标，会弹出“设备配置向导”对话框。在此对话框中完成与组态王通讯的设备的设置。利用设备配置向导

19、就可以完成串行通讯方式的I/O设备安装，安装过程简单、方便。在配置过程中，用户需选择I/O设备的生产厂家、设备型号、连接方式，为设备指定一个逻辑设备名，设定设备地址。3 .构造数据库数据库是“组态王”软件的核心部分，在工程管理器中，选择“数据库数据词典”，双击“新建图标”，弹出“变量属性”对话框，创建仿真电梯各个变量数据，这些变量与PLC内部变量一一对应，PLC的输入输出完全由组态王内部变量代替。这样，PLC的实际输入输出状态都反映在组态监控界面上，借助PLC的CPU通信功能，系统的运行就可以实现真正的仿真。4 .设计图形界面并建立动画连接在组态王“画面”上创建液体自动混合的控制示意图，建立各

20、个按钮及位图，并将各个控制按钮、指示灯及位图与所建立相应变量关联，对相关单元进行动画连接。5 .系统运行启动组态王运行系统TOUCHVIEW,运行液体自动混合的控制系统。将PLC开关指向“RUN”状态，按照控制的要求，观察运行状态，记录运行结果。实验结果表明，系统运行正常，动画效果良好。本次设计的梯形图运行状态监控调试图如图42-1和图42-2所示。图4-2-1梯形图的运行监控调试图"J'lrJhfcfraFM2rsar庙.际1:-1袅f2F十rli'Hl,M-"不".1111/p-:.在rr/l-IE".一;J+»*I+，-*-TI-i*IT，*01j,1-11Ml耳下工7-3W4：n-iar-11LJAdC.31IItil<-上#0r.ri«葡春*.*<Tl-«图4-2-2梯形图的运行监控调试图5心得体会本设计主要阐述两种液体混合搅拌的自动控制，实现液体混料全过程：即进料、混料、出料的自动控制。其系统结构简单，运行稳定可靠。使用了西门子S7-200型号PLC,设计了控制程序。尽管课程设计内容繁多，过程繁琐但我的收获却更加丰富。各种系统的适用条件，各种设备的选用标