1、学 号： 2011133308课 程 设 计题 目 液体混合 PLC 控制系统设计学 院 计算机科学与信息工程学院班 级 2011 级自动化 3 班学 号 学生姓名指导教师 刘宵惠2014 年 5 月 29 日第 0 页 共 10 页液体混合 PLC 控制系统设计2011 级自动化三班 摘要在上世纪 60 年代末 PLC 的出现，便以其独特的优点得到迅速地发展和普及，并在冶金、机械、纺织、轻工、化工等众多行业中取代了传统的继电器控制。掌握可编程序控制器的工作原理，具备设计、调试和维护可编程序控制器控制系统的能力，已经成为现代工业对电气技术人员和相关工科学生的基本要求。将 PLC 用于多种液体混
2、合控制系统，对于学习和在工业上的应用，尤其是在化工工业上的应用显得非常的重要。设计以三种液体混合控制系统为例，根据设计要求对其硬件系统组成、软件系统设计和整个系统的整合调试等有关设计及制作过程做简单的介绍和说明，以阐述 PLC 在多种液体混合控制系统中应用。同时，设计采用欧姆龙公司的 CPM1A 系列机型进行了控制系统的 PLC 程序设计。关键词：多种液体，混合装置，自动控制一、设计目的通过四种液体混合 PLC 控制系统设计，使学生进一步熟悉有关 PLC 电气控制的理论知识，PLC 的结构、组成、工作原理，掌握根据控制要求用 PLC 进行控制系统设计及控制程序设计方法和步骤，培养同学们的工程意
3、识的工程实践能力。二、方案设计1.方案设计内容及要求（1）按下启动按钮，电磁阀 YV1 和 YV2 同时为 ON，液体 A 和液体 B 同时注入罐中。当液面高度达到 H3 时，液体检测传感器 H3 为 ON，电磁阀 YV1 和 YV2 同时为 OFF，液体A 和液体 B 同时停止注入。（2）磁阀 YV3 和 YV4 同时为 ON，液体 C 和液体 D 同时注入罐中。当液面高度达到 H4时，液体检测传感器 H4 为 ON，电磁阀 YV3 和 YV4 同时为 OFF，液体 C 和液体 D 同时停止注入。（3）启动搅拌机 M，搅拌液体 5s 后 M 停止，同时加热器 RY 通电、温控仪 TE 通电，
4、N，开始加热液体并进行温度检测，经 30s 加热器 RY 和温控仪 TE 断电；或加热到 60C时，温控仪输出控制信号使 PLC 自动切断加热器电源，发出超温报警信号。此时需由人工停止报警并转入下一工序。（4）磁阀 YV5 打开，放出加热后的混合液体，H4 先为 OFF，再 H3 为 OFF；经 6s 后罐中液体放空，电磁阀 YV5 为 OFF，TE 为 OFF。（5）当磁阀 YV5 为 OFF 时，电磁阀 YV1 和 YV2 同时为 ON，液体 A 和液体 B 同时注入罐中，循环上述 14 的控制过程，用计数器记录循环 2 次后，停止循环控制。（6）按下停止按钮，系统停止工作。（7）应设计出
5、硬件系统接线图。第 1 页 共 10 页2.总体设计方案本方案控制对象电动机由按钮完成启停控制。液体混合罐包含四个液位测定，具有四种种液体加液、搅拌、加热、排出、报警功能。液位检测传感器 H3、H4，当被液体淹没时接通，四种液体的流入与混合后流出的液体分别由电磁阀YV1、YV2、YV3、YV4、YV5 控制，M 为搅拌电动机，RY 为加热器，TE 为温度传感器。液体混合罐控制系统示意图如下图所示液体 A YV1 YV3 液体 C液体 BYV2 YV4 液体 DH3 H4H1 H2温度传感器 TE 加热器 RYYV5搅拌机 M 放混合液体启动 停止方案采用基本指令定时器指令和保持指令。系统以欧姆
6、龙公司的 CPMA 系列小型机为对象，程序对应液体混合罐控制的启动、运行、加热、停止等多种状态操作，并设计了控制流程图、梯形图。3、PLC 型号选择PLC 的性能CPM1A 输入输出规格输入单元 000009CH输入阻抗：IN0000000002 为 2K，其它为 4.7 K输入电压：DC24V+10%、-15%ON 电压：最小 DC14.4VOFF 电压:最大 DC5.0VON 及 OFF 响应时间(IN0000000002 作为高速计数器使用时除外):1128m以下可选,缺省为 8 m第 2 页 共 10 页IN0000000002 作为高速计数器使用时响应时间：200左右（可满足高计 数
7、频率单相 5KHZ、两相 2.5KHZ）的要求IN0000300006 作为中断输入时响应时间为 0.3 m以下(从输入 ON 开始到执行中断处理子程序为止的时间)输入单元是可以把外部输入设备的信号直接取到 PLC 内部的继电器，当 CPU 及输入单元装入时，方有输入继电器的动作。输入继电器可以作为程序中的接点或通道数据使用。在程序中继电器号的顺序及常开/常闭接点的使用次数是没有限制的，但要注意：请不要对输入继电器的号数使用输出命令。输出单元 010019CH断电器输出型：最大开关能力 AC250V/2A DC24V/2A 公共端 4A最小开关能力 DC5V、10mA继电器寿命：电气寿命：阻性
8、负载 30 万次感性负载 10 万次机械寿命：2000 万次ON 响应时间：15mS 以下OFF 响应时间：15 mS 以下晶体管输出型：最大开关能力：24VDC+10% -15% 300 mA最小开关能力：10 mAON 响应时间：0.1 mS 以下OFF 响应时间：1 mS 以下输出单元可以把 PLC 内部程序执行结果送到外部。输出点在程序中，可以作为继电器线圈接点及通道数据使用：在程序中输出继电器的号数使用顺序、常开/常闭接点的使用次数均没有限制。在编程过程中注意不要对同一个输出继电器重复使用两次输出命令。因此 CMP1A 型号满足设计需求四、电器元件说明QS：低压隔离器，主要用于电气线
9、路中隔离电源，也可作为不频繁地接通和分断空载电路或小电流电路之用。QF：低压断路器，用于不频繁接通、分断线路正常工作电流，在电路中流过故障电流时（短路、过载）能自动将故障电路或用电设备从电网切除。低压断路器是用于交流电压 1200V、直流电压 1500V 及以下电压范围的断路器，是低压配电系统中的主要配电电器元件。低压断路器主要用于保护交、直流低压电网内用电设备和线路，使之免受过电流、断路、欠电压等不正常情况的危害，同时也可用于不频繁起动的电动机操作或转换电路。第 3 页 共 10 页FR：热继电器，是一种保护电器，专门用来对过载及电源断相进行保护，以防止电动机因故障导致过热而损坏。FU：低压
10、熔断器，串联于电路中，当过载或短路（主要用于短路）电流通过熔体时，因其自身发热而熔断，从而分断电路。KM：外部辅助接触器，用于辅助 PLC 对外部设备的控制工作。增加辅助接触器，另考虑到实际生产中便于实现单台 PLC 同时控制多台混合装置。M：搅拌电动机。YV：电磁阀线圈。五、PLC I/O 点分配及外部硬件接线图1. I/O 点分配在绘制 PLC 外部接线图之前，我们需要对要用到的 I/O 点进行地址分配，以明确PLC 芯片 I/O 接口以及有助于后面要进行的 PLC 程序设计。根据三种液体混合控制系统的控制要求，我们可以得出控制系统的 PLC 控制输入量：启动按钮 SB2、停止按钮 SB3
11、、液面传感器 H3、液面传感器 H4、温度传感器 TE；控制输出量：电动机 M、电磁阀 YV1、电磁阀 YV2、电磁阀 YV3、电磁阀 YV4、电磁阀 YV5。并对它们进行 I/O 点分配，如下表所示为控制系统 I/O 点分配表。控制系统 I/O 点分配表输 入 输 出启动按钮 SB2 0000 电磁阀 YV1 1000停止按钮 SB3 0001 电磁阀 YV2 1001液面传感器 H3 0002 电磁阀 YV3 1002液面传感器 H4 0003 电磁阀 YV4 1003温度传感器 TE 0004 电磁阀 YV5 1004转入下一步 0005 搅拌机 1005 加热器 RY 1006报警器
12、10072. PLC 外部硬件接线图第 4 页 共 10 页液面传感器 H 3液面传感器 H 4温度传感器 T E转入下一步0 0 0 00 0 0 10 0 0 30 0 0 20 0 0 40 0 0 5电磁阀 Y V 1电磁阀 Y V 2电磁阀 Y V 3电磁阀 Y V 4电磁阀 Y V 5加热器 R Y报警器1 0 0 01 0 0 11 0 0 21 0 0 31 0 0 41 0 0 51 0 0 61 0 0 7CPM1ACPU40启动按钮 S B 2停止按钮 S B 3搅拌机 S B 13.主电路图六、控制流程图否开始按下启动按钮TV1&TV2第 5 页 共 10 页否否60
13、度停止 C 与 D 液体注入打开搅拌机 M定时器工作 5S关闭 M，RY 通电,TE 通电30s 后或 30s 内达 60 度RY 断电发出报警液位达到 H3停止 A 与 B 液体注入TV3&TV4液位达到 H4人工停止报警YV1 与 YV2 通电H4 与 H3 先后断电RY 与 TE 断电打开 YV5TE 与 YV5 断电定时器工作 6S计数器加1计数 2 次停止第 6 页 共 10 页七、程序梯形图八、程序及操作说明按下启动按钮 SB2，电磁阀 YV1 和 YV2 同时为 ON，液体 A 和液体 B 同时注入罐中。当液面高度达到 H3 时，液体检测传感器 H3 为 ON，电磁阀 YV1 和
14、 YV2 同时为 OFF，液体A 和液体 B 同时停止注入。磁阀 YV3 和 YV4 同时为 ON，液体 C 和液体 D 同时注入罐中。当液面高度达到 H4 时，液体检测传感器 H4 为 ON，电磁阀 YV3 和 YV4 同时为 OFF，液体 C 和液体 D 同时停止注入。启动搅拌机 M，搅拌液体 5s 后 M 停止，同时加热器 RY 通电、温控仪 TE 通电，开始第 7 页 共 10 页加热液体并进行温度检测，经 30s 加热器 RY 和温控仪 TE 断电；或加热到 60C 时，温控仪输出控制信号使 PLC 自动切断加热器电源，发出超温报警信号。此时需由人工停止报警并转入下一工序。磁阀 YV
15、5 打开，放出加热后的混合液体，H4 先为 OFF，再 H3 为 OFF；经 10s 后罐中液体放空，电磁阀 YV5 为 OFF，TE 为 OFF。当磁阀 YV5 为 OFF 时，电磁阀 YV1 和 YV2 同时为 ON，液体 A 和液体 B 同时注入罐中，循环上述 14 的控制过程，用计数器记录循环 2 次后，停止循环控制。按下停止按钮 SB3，系统停止工作。参考文献1 倪远平. 现代低压电器及其控制技术. 重庆大学出版社，2013.7 2 邹金慧，陈乐庚，韦寿祺. 可编程控制器及其系统. 重庆大学出版社，2012.11第 8 页 共 10 页附录 1 主要元器件清单序号 元器件名 型号 数
16、量1 PLC 欧姆龙 CPM 系列主机 CPM1A 12 PC 机 13 液位传感器 SL1-3 24 液位电磁阀 YV1-3 55 接触器 KM 16 开/停车按钮 SB2-3 27 蜂鸣器 LZQ-2724B 18 PTC 加热板 200W/220V 19 Pt100 温度传感器 -4085 110 导线 若干第 9 页 共 10 页附录 2 小组成员总任务划分情况实验心得本次 PLC 课程设计实验，前期准备中我主要负责实验 I/O 口的分析并对各项输入、输出接口做出具体的分配然后画出 I/O 口接线图；在实验调试时，我则主要负责实验接线。本次试验是我们大学里继单片机课程设计之后的第二次课
17、程设计，有了上次的设计经验之后，本次设计实验相对就顺畅很多。与上次的蛮目不同，这次我积极地参与进实验，熟读课本，查阅资料，与同学讨论，在实验中贡献了自己的力量。因为是课程设计，熟读课本是必须的。 现代低压电器及其控制技术和可编程控制器及其系统中继电器、传感器、电磁阀等器件作为输入输出口。掌握其特性是必须的。实验中液位感应、温度感应用传感器比较合适，液体的输出开关则用电磁阀。在确定了输入输出器件后，I/O 口的具体分配就很简单了，实验调试时的接线也就自然没问题了。在这两周的课程设计中，我们大致按照老师给定的进度完成设计。第一阶段完成方案的确定，实验 I/O 接线图、主电路图实验流程图的的绘制等；
18、第二阶段则完成实验的调试。作为小组组长，在实验中我合理安排大家的工作，在遇到困难时组织大家讨论或者向班级其他同学讨教，共同解决问题。终于在大家的共同努力下，我们完成了实验任务。课程设计是对课本知识和实践能力的综合考察，熟读课本，只能掌握理论知识，在实验中我们还是遇到了很多问题，比如程序梯形图的编写，我们经过好几次调试还是不序号 姓名 成员 任务1 卫飞润 组长 I/O 分配表，I/O 接线图，实验接线2 张喆 组员 PLC 梯形图程序的编写，程序及操作说明3 余清军 组员 主电路图及控制流程图的绘制， 电器原件明细表的汇总4 吕晨霄 组员PLC 设计的控制要求的分析、电器原件说明及资料收集，实
19、验报告的汇总第 10 页 共 10 页能和实验要求完全符合，在反复参考平时实验中液体混合搅拌这个实验的程序梯形图后，我们终于把程序修改地完全符合实验要求。此次实验的完成是团队合作的结果，实验中作为组长，我尽量合理地安排了大家的工作，在团队遇到问题时我也能鼓励大家不要畏惧，从基础知识开始，一点点地化解困难，起到了很好的领导作用。同时，在实验中各种工作对知识和能力的考察有区别，但可喜的是大家的能力也各有偏向，对理论知识精通的则设计程序梯形图，实践能力比较强的同学则调试实验等。由此我看到了团队的力量看到了合作的重要性。此次课程设计是对我基础知识的巩固和对实践能力的提升，同时我也再一次在团队活动中完成任务，体会到团队的力量。
