1、PLC 课程设计报告液体混合的模拟控制2016 年 5 月 25 日摘 要PLC 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、轻工等诸多领域取代了传统的继电接触器控制。掌握可编程控制器的工作原理、具备设计、调试可编程控制器系统的能力，已成为现代工业对电气技术人员的基本要求。将 PLC 应用于液体混合装置的控制，对于学习和工业上的应用显得尤为重要。本设计以两种液体的混合控制为例，要求是将两种液体按一定比例混合，在搅匀电机搅匀后将混合液体输出容器。并自动开始下一周期，形成一个循环状态。在按下停止按钮后所有工序停止操作。同时，该设计采用西门子公司的 S7-200 系列机型进行控制系统的
2、 PLC 程序设计，利用模拟装置对两种液体混合的工业流程进行模拟。关键词：两种液体、混合装置、自动控制目录1 液体自动混合系统方案设计 .11.1 控制要求 11.2 编程软件地址分配表 11.3 PLC 外部电路接线图 .21.4 主电路连接图 21.5 控制程序 31.6 顺序功能图 32 液体自动混合系统的硬件设计 .42.1 硬件选型 42.2 主电路的设计 52.3 液体混合控制系统示意 63 液体自动混合系统的软件设计 .73.1 PLC 控制的相关流程图 .73.2 可编程控制器梯形图 74 心得体会 .12参考文献 131 液体自动混合系统方案设计1.1 控制要求本课程设计是基
3、于 PLC 的液体自动混合搅拌系统设计，L1 、L2、L3 是液面传感器。两种液体的流入由电磁阀 Y1 和 Y2 控制，混合液的流出由电磁阀 Y3 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。按下起动按钮，电磁阀 Y1 闭合，开始注入液体 A,按 L2 表示液体到了 L2 的高度，停止注入液体 A。同时电磁阀 Y2 闭合，注入液体 B，按 L1 表示液体到了L1 的高度，停止注入液体 B，开启搅拌机 M，搅拌 4s，停止搅拌。同时 Y3 为ON，开始放出液体至液体高度为 L3，再经 2s 停止放出液体。同时液体 A 注入。开始循环。按停止按扭，所有操作都
4、停止，须重新启动。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 地址分配根据设计要求，应该有 5 个输入信号，4 个输出信号。MY3Y2LB1输入 输出起动按钮：I0.0 Y1：Q0.1 停止按钮：I0.4 Y2：Q0.2 L1 按钮： I0.1 Y3：Q0.3 L2 按钮： I0.2 M：Q0.4L3 按钮： I0.3 1.3 PLC 外部电路接线图液体混合模拟控制系统的 PLC 外部接线图如图 1-3-1 所示。图 1-3-1 PLC 外部接线图1.4 主电路连接图液体混合模拟控制系统的主电路连接图如图 1-4-1 所示。图 1-4-1 主电路连接图1.5 控制程序
5、1:按下启动按钮,电磁阀 Y1 打开，液体 A 流入容器。2：当液位达到 L2 时，电磁阀 Y1 关闭，同时电磁阀 Y2 打开，液体 B 流入容器。3：当液位达到 L1 时，电磁阀 Y2 关闭，同时启动搅拌电动机搅拌 4S。4：搅拌完毕后，打开电磁阀 Y3 放出混合液体。当液面到达传感器 L3 的位置时，再继续放液 2s 后关闭放液电磁阀 Y3，同时打开电磁阀 Y1，放入液体 A，开始循环。5：在工作中如果按下停止按钮，所有操作立即停止工作，需重新启动。1.6 顺序功能图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 4 个数字量
6、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） 。L1、L2、L3 为 3 个液位传感器，液体淹没时接通。进液阀 Y1、Y2 分别控制 A 液体和 B 液体进液，出液阀 Y.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 分配表输入 输出I0.0 启动按钮 SB1 Q0.0 液体 A 电磁阀 Y1I0.4 停止按钮 SB2 Q0.1 液体 B 电磁阀 Y2I0.1 低液面传感器 L1 Q0.2 放液电磁阀 Y3I0.2 中液面传感器 L2 Q0
7、.3 搅动电动机接触器I0.3 高液面传感器 L32.2 主电路的设计根据以上所选的 CJX1-9，220V 型接触器、DZ47-63 系列小型断路器、JR16B-60/3D 型热继电器和型号为 Y90S-6/0.75KW 的电动机可画出其硬件电气原理图如图 2-2-1 所示。其中本次设计中的混合液体搅拌由电动机 M 启动。带有短路保护、过载保护等，短路保护由 FU 熔断器来实现保护功能，过载保护由 FR 热继电器来实现其保护功能。图 2-2-1 主电路2.3 液体混合控制系统示意本设计为两种液体混合搅拌控制，其元件、要求如下：1. 启动操作 按下启动按钮 SB1，液体装置开始按以下顺序工作：
8、（1）进液电磁阀 Y1 打开，A 液体流入容器，液位上升。（2）当液位上升到 L2 处时，进液电磁阀 Y1 关闭，A 液体停止流入，同时打开进液电磁阀 Y2，B 液体开始流入容器。（3）当液位上升到 L1 处，进液电磁阀 Y2 关闭，B 液体停止流入，同时搅拌电动机 M 开始工作。（4）当搅拌电机定时搅拌 4S 后制动停止搅拌，同时 Y3 打开，开始放出混合液体，液位开始下降。（5）当液位下降到 L3 处时，开始计时 2 秒后关闭放液阀 Y3，自动开始下一个循环。2.停止操作 工作中，若按下停止按钮 SB2，装置立即停止。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
9、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：开电磁阀 Y1关电磁阀 Y1开电磁阀 Y2关电磁阀 Y2搅拌 4S放液体一定时 关阀门 Y3开电磁阀 Y1循环停止。软件流程图 ，如图 3-1-1 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
10、状态。3. 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。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
11、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
12、 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，各种设备的选用标准，各种继电器的安装方式，我都是随着设计的不断深入而不断熟悉并学会应用的。与老师的交流沟通也使我从各种角度对设计有了新的认识也对自己提出了新的要求。由于客观条件的限制，在本设计中没有将指令程序通过编程器送入 PLC，并且还进行系统模拟调试和完善程序。至于后面的硬件系统的安装、对整个系统进行现场调试和安装运行都无法完成。若以
13、后条件允许，可以对以上设计进行进一步完善。我完成这篇课程设计，得到了许多人的帮助。首先，我要特别感谢我的指导老师成燕平老师。在我撰写课程设计的过程中，成老师付出了大量的心血和汗水，无论是在课程的选题、构思和资料的收集方面，还是在设计的研究方法以及成文定稿方面，我都得到了成老师细心、耐心地辅导和热情的帮助，她指导我课程设计一定要严格按照论文格式去写，并且要有自己的观点和看法。他广博的学识、严谨的治学精神和一丝不苟的工作作风深深影响了我，使我终身受益。在此我表示真诚地感谢.同时，在课程设计的写作过程中，也得到了许多同学的宝贵建议，在此一并致以诚挚的谢意。最后，我向在百忙中抽出时间对本文进行评审并提出宝贵意见的各位老师表示衷心地感谢！参考文献1廖常初.S7-200 PLC 编程及应用M.北京:机械工业出版社,2013.82梅丽凤.电气控制与 PLC 应用技术M.机械工业出版社 ,2012.33殷洪义.可编程序控制器选择设计与维护M. 机械工业出版社 ,2006.14张进秋等.可编程控制器原理及应用实例M. 北京: 机械工业出版社,20045严盈富等.监控组态软件与 PLC 入门M.北京:人民邮电出版社,2006.6马国华.监控组态软件及其应用M. 北京: 清华大学出版社,2001
