用顺序控制指令实现搅拌控制系统设计

天津城建大学电气控制技术课程设计―设计说明书（题目）用顺序控制指令实现搅拌控制系统设计起止日期：2018年6月11日至2018年6月15日学生姓名班 级成 绩指导教师（签字）控制与机械工程学院2018年6月15日天津城建大学

课程设计任务书

2017—2018学年第2学期控制与机械工程学院电气工程及其自动化专业—班级课程设计名称：现代电气控制及PLC应用技术课程设计题目：用顺序控制指令实现搅拌控制系统设计完成期限：自2018年6月丄日至2018年6月15日共1周设计依据、要求及主要内容：一．课程设计的目的（1） 能够根据功能要求选择PLC的类型及其根据I/O点的要求选择该类PLC的型号。（2） 根据所选的PLC的类型，掌握该PLC的编程软件并能够利用该软件绘制设计课题的梯形图。（3） 根据I/O点的定义，绘制PLC外部电气接线图。二．课程设计的基本要求1、说明与控制要求如图所示为一搅拌控制系统，由3个开关量液位传感器，分别检测液位的高，中和低。现要求对A,B两种液体原料按等比例混合，请编写控制程序。要求：按下启动按钮后系统自动运行，首先打开进料泵1,开始加入液体A—中液位传感器动作后，则关闭进料泵1，打开进料泵2,开始加入液料B—高液位传感器动作后，关闭进料泵2,启动搅拌器一搅拌10s后，关闭搅拌器，开启放料泵一当低液位传感器动作后，延时5s后关闭放料泵。按下停止按钮，系统立即停止运行。2、 画出顺序功能图3、 设计外部输入/输出点（1/0）4、 画出PLC外部接线图5、 请设计完整的梯形图三、设计报告课程设计报告要做到层次清晰，论述清楚，图表正确，书写工整；详见“课程设计报告写作要求”四．参考资料王阿根.电气可编程序控制原理与应用.清华大学出版社.2010何有华.可编程序控制器及常用控制电路.冶金工业出版社.2002郭纯生.可编程序控制器编程实战与提高.电子工业出版社.2006谢克明夏路易.可编程控制器.电子工业出版社.2003指导教师（签字）： 系（教研室）主任（签字）： 批准日期：目录TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"一、绪论 1二、总体方案的设计 1\o"CurrentDocument"方案的目的与意义 1\o"CurrentDocument"总体方案设计原则 1总体方案设计要求： 1\o"CurrentDocument"总体方案设计思想： 2三、 硬件设计 3\o"CurrentDocument"硬件选择 3PLC机型选择 3PLC容量选择 3I/O模块选择 4\o"CurrentDocument"3.2PLCI/O点分配 4四软件设计 54.1程序设计流程图 5\o"CurrentDocument"4.2顺序功能图的设计 6\o"CurrentDocument"设计完整的梯形图 7\o"CurrentDocument"五、总结 10\o"CurrentDocument"六、参考资料 10一、绪论鉴于混合设备的广泛应用,近年来随着工业技术的发展,流体混合技术在上世纪60~80年代发展迅速。重点研究了传统搅拌器在低粘度、高粘度、非牛顿均相体系、固液悬浮液和气液分散体系中的搅拌功率和搅拌情况。采用宏观量进行了实验研究。长期以来,虽然大量的设计经验关联可用于混合系统的分析和预测,但将混合反应器直接从实验室规模扩大到工业规模仍然是非常危险的。为了实现搅拌设备所需的传质、传热和混合,还需要对其进行放大。因此,从更为微观、更本质的观点出发,利用先进的试验方法,建立合理的数学模型,得到搅拌槽内的速度场、温度场和浓度场。它不仅对新拌和设备的发展具有重要的经济意义,而且对混合设备的优化和放大和混合的基础研究具有重要的经济意义、具有现实的理论意义。对于搅拌设备的研究,除了动力之外,搅拌流体力学的研究也具有重要意义。在这方面做了很多工作,但需要扩大和深化。在液体中进行搅拌时,搅拌器的作用不仅引起液体的整体运动,而且会产生液体的波动,波动程度与搅拌器的旋转现象密切相关,搅拌器的旋转现象使液体旋转。随着科学技术的发展,设备有大规模发展的趋势,同时也需要大型的搅拌设备。使用大型聚合釜可大大减少操作维护人员,有助于自动化,减少投资,提高成活率,稳定产品质量。随着罐容积的增大,釜逐渐向细长型呈细长型,底搅拌法得到越来越广泛的应用。三叶扫掠式搅拌器是目前大型聚合釜中使用的一种较好的搅拌器。由于其大的排放能力,釜中的液相充分循环,达到每分钟5-10次,并且釜中的反应是均匀的。由此可见,科学技术的发展导致了混合应用领域的扩大,混合技术的发展使混合设备更大。为了提高混合的自动化和稳定性能,需要一种更强大和更好的性能系统。本设计是基于可编程逻辑控制器(PLC)的设计方案，实现对液体混合和搅拌的控制。可编程控制器?S7-200是主控制器。根据混合设备的功能特点和操作顺序,在设计中采用电磁阀和时间继电器来实现液体的流入和延时，以满足控制要求。二、总体方案的设计方案的目的与意义在生产的许多领域中，经常需要对水箱、储罐和储罐的液位进行监控，以便采用传统的继电器触点控制、使用硬连接的电器、可靠性差和自动化程度低。目前，许多企业采用先进的控制器改造传统的接触控制，大大提高了控制水平。系统的可靠性和控制水平为企业提供了更可靠的生产保证。本文介绍了一种用PLC监测液位的方法。其电路结构简单投资少(可由原有设施改造)。该监控系统不仅自动化程度髙而且具有在线修改功能,具有灵活性,适用于多级液位监控。采用PLC作为主控制器，设计了液体混合控制系统，完成了两种液体的混合和混合过程。通过本课程的设计,我们可以提高我们的综合素质和实践能力,我们可以真正发现自己的问题,分析问题和解决问题。通过本课程的设计,掌握了PLC软硬件结构的基本方法、工作原理、指令系统和梯形图编程,以及开发PLC控制生产过程的基本方法。它使我们能够开发、设计和理解PLC和PC机之间的网络通信控制,用于生产过程或设备的PLC控制系统，为毕业后工业过程的自动化打下良好的基础。总体方案设计原则设计过程根据设备的工艺流程、安装、运行和维护服务进行设计。根据国家电气设备在电气自动化工程设计中常用的基本图形符号和其他相关标准和规范进行编程。设计原则主要包括:工作条件:由工程提供的具体数据到电气控制线路。在保证安全性、可靠性、稳定性和速度的前提下,该系统可以尽量做到经济合理、组合使用,降低设备成本。在选择备选方案和选择部件时,应考虑新技术和新产品。从手动控制到自动控制,从模拟控制到微机控制,使功能从一个到多个实现越来越完善。对于这个课题,液体混合系统是大规模工业控制系统的升级和升级。控制装置需要由企业设备和技术的状态组成,尽可能多地利用旧系统的组成部分。为了实现整个液体混合控制系统的设计,必须考虑如何实现多个电磁阀的开关和电机的起动控制。如何实现这一问题,以及如何选择系统方案的确定方法。2.3总体方案设计要求：本设计是为两种液体混合和混合控制而设计的。需要完成两种液体的进料、混合、卸料的功能。其元件、要求如下：该系统有三个液面传感器：L1为高液面传感器，L2为中液面传感器，L3为低液面传感器。当液面到达某个传感器的位置时，该传感器就会发出ON信号，若低于传感器的位置时，传感器就会变成OFF状态。该系统有三个电磁阀:Y1是一个液体材料，一个输入电磁阀,Y2是液体材料B输入电磁阀,Y4是混合液体材料C输出电磁阀。当电磁阀处于开启状态时,阀打开，阀处于关闭状态时关闭。阀门开启和关闭以实现液体的流入和流出。M是搅拌电机，当M=ON运行时，搅拌电机将在M=OFF运行时停止。初始状态:在启动搅拌器之前，容器是空的，阀门是关闭的,传感器L1=L2=L3=OFF,搅拌电动机M=OFF操作工艺:搅拌机开始工作时，首先按下启动按钮，阀门Y1打开，液体材料A被放入仓中。当液面到达传感器L3时丄3=ON、A液料继续注入，直到液面达到L2时丄2=ON,使得Y1=OFF、Y2=ON,关闭阀Y1,停止液体进料A,打开阀Y2,启动注入液B;当液位达到L1时，关闭Y2,启动搅拌电机M,电机开始搅拌10秒，液体均匀，停止搅拌,n=OFF,打开阀Y4,释放混合液。当液位低于L3时,5秒后,容器内的所有混合物被排空，关闭阀Y4并自动启动下一个操作周期。若在工作中按下停止按钮，搅拌器不会立即停止工作，只有当混合搅拌操作结束后才能停止工作，即停在初始状态2.4总体方案设计思想：1.可靠性高，抗干扰能力强可靠性是指PLC平均无故障工作时间。由于PLC已经采取了一系列的硬件和软件的抗干扰措施，它具有很强的抗干扰能力,平均故障时间达到数万小时,可以直接用于工业生产现场,具有较强的干扰性。PLC已被广大用户公认为最可靠的工业控制设备之一。主要有以下几个方面:(1)输入输出均采用光电隔离,提高抗干扰能力；(2)主机电源与输出功率可相互独立，减少电源之间的干扰；⑶采用圆形S;⑷内部使用“监控器”电路，具有良好的自诊断功能,保证了CPU的可靠工作；(5)密封外壳和抗震外壳的封装和内部结构,能适应恶劣环境;(6)在软件中便于故障检测和程序诊断等措施。2．控制功能强一个小型PLC有数百个编程组件供用户实现非常复杂的控制功能。与具有相同功能的中继系统相比其具有较高的性价比。PLC可以联网实现分散控制和集中管理。3．用户使用方便PLC产品已标准化、系列化、模块化,配备有多种硬件设备供用户选择?使用时,用户可以灵活方便地进行系统配置,组成不同的功能,不同的系统规模。PLC的安装和接线也非常方便,具有很强的负载能力。它可以直接驱动普通电磁阀和交流接触器。在确定硬件配置后,可以在线修改,灵活性好。通过修改用户程序,方便快捷地适应工艺条件的变化。4．编程方便、简单梯形图是PLC中应用最广泛的程序设计语言。它的电路符号和表达式类似于继电器电路的示意图。梯形图语言形象、直观、简单易学,熟悉继电器电路图的电气技术人员能熟练掌握梯形图语言几天,并用它编写用户程序。5.设计、安装、调试周期短PLC采用软件功能取代继电器控制系统中大量的继电器、时间继电器、计数器等设备大大减少了控制柜的设计、安装和接线工作,缩短了工期。PLC的用户程序可以在实验室进行模拟和调试，然后在生产现场安装和连接PLC控制系统。通过对程序的修改，解决了现场调试过程中发现的问题,大大缩短了设计和交付周期。6．易于实现机电一体化PLC体积小,重量轻,功耗低,振动和防潮和耐热性强。使其易于安装在机械设备内部,制造机电一体化产品。目前，以PLC为控制器的计算机数控装置（CNC）设备和机器人装置已成为典型的［11］。三、 硬件设计3.1硬件选择PLC机型选择模型选择的基本原则是在满足控制功能要求的前提下,保证系统的可靠性、维护的方便性和最佳的性能和价格比。要考虑的具体因素如下：（1）结构合理在工艺相对固定、环境较好、维护量小的情况下，选择了整体结构的PLC。另外,PLC的模块化结构设计和材料混合控制系统的设计将能够满足PLC整体结构的要求。（2） 功能强、弱适当对于具有开关量控制的工程项目，如果控制速度不高，则应选用低等级PLC、西门子S7-200系列或欧姆龙公司COM1。（3） 同一机型PLC的结构分为两大类:整体结构和模块化结构。该集成结构将PLCI/L和CPU放在同一块印刷电路板上,封装在外壳中，消除了堵塞环节,体积小，价格便宜。然而，由于单片结构的PLC功能有限，仅适用于控制要求相对较简单的系统。一般来说，大型控制系统采用模块化结构，易于扩展和灵活。当大型企业选择PLC时，尝试实现相同的模型。由于同一型号的PLC,其模块可用于备件的采购和管理。此外，功能和编程方法是统一的，有利于技术人员的培训，其外部设备的通用性也有利于资源共享。如果配备了上位机，多个PLC的各个独立系统可以连接到多级分布式控制，相互通信，并进行集中协调的管理。物料混合控制系统的控制要求相对简单，可选择具有整体结构的PLC。（4） 是否在线编程PLC的一个特点是它是柔性的。当被控设备的过程发生变化时，只有程序员需要修改程序以满足新的控制要求，给生产带来极大的便利。PLC编程可分为离线编程和在线编程两部分。离线编程PLC由上位机和程序编制器组成，物料控制系统离线编程。（5） PLC的环境适应由于PLC是一种直接用于工业控制的工业控制器，制造商已经设计了它在恶劣的环境条件下可靠地工作。尽管如此，每个PLC都有其自身的环境技术条件。当用户被选择时,特别是当控制系统被设计时，需要充分考虑环境。通用PLC及其外部电路（I/O模块、辅助电源等）可在下列环境条件下可靠工作：温度工作温度0-55°C,最高为60°C储存温度 -40°C—+80°C 湿度 相对湿度5%-95%（无凝结霜）振动和冲级满足国际电工委员会标准电源交流200V,允许变化范围-15%—+15%,频率47-53HZ,瞬间停电保持10ms环境 周围空气不能混有可燃性、爆炸性和腐蚀性气体对于需要应用在特殊环境下的PLC,要根据具体的情况进行合理的选择。PLC容量选择PLC的容量包括两个方面:一是I/O点数，而是用户存储容量（字数）。PLC容量的选择不仅要满足控制要求,而且要提供足够的储备裕量。根据经验,在选择存储容量时,一般根据实际的10%—25%考虑余量。对于开关控制系统，存储器字的数目乘以开关量的&而对于具有模拟控制的plc,所需的存储器字的数目乘以模拟存储器单元的数目乘以100。通常,逻辑指令的特殊记忆是一个单词。定时、计数、移位和算术运算、数据传输和其他指令占用两个内存字。各种指令占用内存字的数量并参考PLC产品手册。I/O点的数量也应留有足够的余量。由于目前PLC的价格随着I/O点的增加也越来越高，如果备用I/O点的数量过大,成本会增加。根据被控对象的输入信号和输出信号的总点数,并考虑未来的调整和扩展,通常根据10%—15%的实际需要考虑I/O点的数量。I/O模块选择PLC是一种工业控制系统。其控制对象是工业生产设备或工业生产过程。其工业生产环境是工业生产场所。通过I/O接口模块实现了与工业生产的连接。通过I/O接口模块可以检测出受控的生产过程的参数,这些现场数据被用作控制器控制受控对象的基础。同时，控制器还通过I/O接口模块将控制器的处理结果发送给工业生产过程中的受控设备，并驱动各种执行器进行控制。外部设备或生产过程中的信号电平是各种信息,各种组织所要求的信息也多种多样，而PLCCPU处理的信息仅仅是标准级，所以I/O接口模块需要实现这种CON。版本。PLC从现场采集的信息和外部设备的输出信号处于一定的距离。为了保证这些信息的准确性,PLC的I/O接口模块具有较好的抗干扰能力。根据实际需要,PLC有多种I/O接口模块,包括开关输入模块、开关输出模块、模拟输入模块和模拟输出模块。可以根据实际需要选择和使用（1） 确定I/O点数I/O点数的确定要充分的考虑到裕量,功能扩展方便。对于控制对象,由于不同的控制方法或编程级别,1/0点的数量可能不同。（2） 开关量I/O标准I/O接口用于传感器和开关（如按钮、限位开关等）和控制（开/关）设备（如指示灯、报警装置、电机起动器等）的数据传输。典型的交流I/O信号为24-240V（AC）,直流信号为5-24V（DC）。（3） 从以下两个方面选择开关输入模块:首先，根据现场输入信号与PLC输入模块之间的距离，选择开关的电平;一般低于24V是低电平,其传输距离不应太远。例如,12V电压模块一般不超过10m,而远离设备的更高电压模块更可靠。这两种是高密度输入模块,如32点输入模块,并且允许同时切换的点数取决于输入电压和环境温度。通常同时连接的点的数量不得超过输入点总数的60%。（4） 在选择开关输出模块时,应考虑输出模式的选择,输出模块有3种输出模式:继电器输出、晶闸管输出和晶体管输出。其中,继电器输出便宜,电压范围宽,导通电压降小,耐受瞬时过电压和过电流的能力强,具有隔离功能。然而，继电器具有触点,寿命短，响应速度慢，适用于不频繁的AC/DC负载。在驱动感性负载时，最大开闭频率不应超过1Hz。晶闸管输出（AC）和晶体管输出（DC）都是非接触式开关输出，适用于频繁中断的感性负载。感应负载在断开时会产生较高的反向电压,必须采取抑制措施。二是选择输出电流,模块的输出电流必须大于负载电流的额定值。如果负载电流较大,则当输出模块不直接驱动时,中间放大器应增加。对于电容负载和热敏电阻负载,考虑连接时的冲击电流,应该有足够的余量。三是同时允许的输出点的数目。当选择输出点的数量时,不仅要检查输出点的驱动容量,还要检查整个输出模块的满负荷负载能力,即输出模块的总电流值不能超过最大输出量。模块中指定的可用电流值。3.2PLCI/O点分配（1）I/O分配表

表一输入输出分配表输入点输出点地址作用地址作用10.