PLC液料混合自動控制修改

1、學(xué)號陜西科技大學(xué)電氣控制與PLC課 程 設(shè) 計（ 2010級專科）題 目： 液料自動混合裝置控制系統(tǒng)設(shè)計 系（部）院： 職教學(xué)院 專 業(yè)： 機電一體化技術(shù) 作者姓名： 徐宏星 指導(dǎo)教師： 張靜 職稱： 副教授 完成日期： 2012 年 12 月 30 日論 文 題 目液料自動混合裝置控制系統(tǒng)設(shè)計作 者 姓 名姚旭東所屬系專業(yè)年級電氣工程及其自動化專業(yè)08級1班指導(dǎo)教師姓名、職稱王宗剛 講師任務(wù)下達(dá)日期2011年12月19日設(shè)計的主要內(nèi)容1、 設(shè)計內(nèi)容：某一液料自動混合裝置如下，用于將3種液體按一定的容積比例進行混合。 液料自動混合裝置工作示意圖 1.初始狀態(tài)，液灌為空，電磁閥YV1-4、電動機

2、M均為失電狀態(tài)，液位傳感器SQ1-4均為不動作狀態(tài)。 2.物料自動混合控制 按下啟動按鈕SB1，電磁閥YV1得電，正式注入液料1。當(dāng)液料1的液位達(dá)到液位傳感器SQ3時，YV1關(guān)，YV2閥開，L3亮。注入液料2。當(dāng)液位達(dá)到液位傳感器SQ2時，YV2閥關(guān)，YV3閥開，注入液料3，L2亮，L3滅。當(dāng)液位達(dá)到液位傳感器SQ1時，YV3閥關(guān)，L1亮，L2滅，攪拌電動機M起動，L5亮。攪拌20秒后停止。L1滅，放液電磁閥YV4動作，L5滅。當(dāng)液位下降到液位傳感器SQ4以下時，L4亮，在經(jīng)過5 秒鐘（放掉剩余液料)后，YV4閥關(guān)閉，L4滅。之后，自動循環(huán)上述過程。3.停止操作。 按下停止按鈕SB2，當(dāng)完成一

3、個循環(huán)過程，即液灌液體放空后再全部停止。 按下急停按鈕SB3，所有輸出立即停止。二、設(shè)計報告要求 1.可編程程序控制器輸入輸出接線圖。 2.控制面板元件布置圖。 3.電動機主電路圖。 4.控制梯形圖和程序。 5.列出所選設(shè)備型號、規(guī)格和數(shù)量等。 6.完成設(shè)計說明書，（包括封面，目錄，設(shè)計任務(wù)書，硬件設(shè)計思路，硬件原理圖，軟件設(shè)計思路，梯形圖，所有器件型號，總結(jié)體會，參考文獻(xiàn)）三、設(shè)計進度第一周星期一、二 熟悉課題，初步設(shè)計 星期三、四 PLC輸入輸出接線圖，初步設(shè)計 星期五 梯形圖，控制面板圖初步設(shè)計 第二周星期一、二 PLC輸入輸出接線圖，梯形圖，控制面板圖的修改及完善 星期三、四 繪圖，寫

4、說明書及操作使用說明 星期五 答辯 指導(dǎo)教師簽字：摘 要以三種液體的混合灌裝控制為例，將三種液體按一定比例混合，在電動機攪拌后要達(dá)到一定的溫度才能將混合的液體輸出容器。并形成循環(huán)狀態(tài)。液體混合系統(tǒng)的控制設(shè)計考慮到其動作的連續(xù)性以及各個被控設(shè)備動作之間的相互關(guān)聯(lián)性，針對不同的工作狀態(tài)，進行相應(yīng)的動作控制輸出，從而實現(xiàn)液體混合系統(tǒng)從第一種液體加入到混合完成輸出的這樣一個周期控制工作的程序?qū)崿F(xiàn)。設(shè)計以液體混合控制系統(tǒng)為中心,從控制系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)組成、軟件選用到系統(tǒng)的設(shè)計過程（包括設(shè)計方案、設(shè)計流程、設(shè)計要求、梯形圖設(shè)計、外部連接通信等）,旨在對其中的設(shè)計及制作過程做簡單的介紹和說明。設(shè)計采用西門子公

5、司的S7-200系列PLC去實現(xiàn)設(shè)計要求。 關(guān)鍵詞：多種液體，混合裝置，自動控制 目 錄一、設(shè)計目的及意義1二、設(shè)計任務(wù)要求1三、液料自動混合控制系統(tǒng)方案設(shè)計1四、液料自動混合控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計44.1總體結(jié)構(gòu)44.2元器件的選擇54.3液位傳感器的選擇54.4 攪拌電機的選擇64.5電磁閥的選擇64.6 PLC的選擇74.7 PLC輸入輸出口分配84.8控制面板元件布置圖。94.9 PLC輸入/輸出接線設(shè)計10五、軟件系統(tǒng)115.1 程序流程圖115.2 梯形圖程序的總體結(jié)構(gòu)圖設(shè)計125.3 語句表程序設(shè)計14六、程序調(diào)試16小 結(jié)18參考文獻(xiàn)19電氣控制與PLC技術(shù)課程設(shè)計成績評定表20一

6、、設(shè)計目的及意義在工藝加工最初，把多種原料在合適的時間和條件下進行加工得到產(chǎn)品，一直都是在人監(jiān)控或操作下進行的，在后來多用繼電器系統(tǒng)對順序或邏輯的操作過程進行自動化操作，但是現(xiàn)在隨著時代的發(fā)展，這些方式已經(jīng)不能滿足工業(yè)生產(chǎn)的實際需要，實際生產(chǎn)中需要更精確、更便捷的控制裝置。 隨著科學(xué)技術(shù)的日新月異，自動化程度要求越來越高，原來的液體混合裝置遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足當(dāng)前自動化的需要?？删幊炭刂破饕后w自動混合系統(tǒng)集成自動控制技術(shù)，計量技術(shù)，傳感器技術(shù)等技術(shù)與一體的機電一體化裝置。充分吸收了分散式控制系統(tǒng)和集中控制系統(tǒng)的優(yōu)點，采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、系統(tǒng)化設(shè)計，配置靈活、組態(tài)方便。 可編程控制器多種液體自動混合控制

7、系統(tǒng)的特點：系統(tǒng)自動工作；控制的單周期運行方式；由傳感器送入設(shè)定的參數(shù)實現(xiàn)自動控制；啟動后就能自動完成一個周期的工作，并循環(huán)。二、設(shè)計任務(wù)要求 1.可編程程序控制器輸入輸出接線圖。 2.控制面板元件布置圖。 3.電動機主電路圖。 4.控制梯形圖和程序。 5.列出所選設(shè)備型號、規(guī)格和數(shù)量等。 6.完成設(shè)計說明書，（包括封面，目錄，設(shè)計任務(wù)書，硬件設(shè)計思路，硬件原理圖，軟件設(shè)計思路，梯形圖，所有器件型號，總結(jié)體會，參考文獻(xiàn)）三、液料自動混合控制系統(tǒng)方案設(shè)計 目前常用的控制系統(tǒng)有以下幾種：繼電器控制系統(tǒng)、單片機控制、工業(yè)控制計算機和可編程控制器控制?，F(xiàn)在將這幾種控制系統(tǒng)相比較，并結(jié)合本設(shè)計的實際確定

8、控制方案。(1)繼電器控制系統(tǒng)PLC與繼電器均可用于開關(guān)量邏輯控制。PLC的梯形圖與繼電器電路圖都是用線圈和觸點來表示邏輯關(guān)系。繼電器控制系統(tǒng)的控制功能是用硬件繼電器(或稱物理繼電器)和硬件接線來實現(xiàn)的，PLC的控制功能主要是用軟件(即程序)來實現(xiàn)的。PLC采用的計算機技術(shù)、順序控制、定時、計數(shù)、運動控制、數(shù)據(jù)處理、閉環(huán)控制和通信聯(lián)網(wǎng)等功能，比繼電器控制系統(tǒng)的功能強大的多。繼電器系統(tǒng)的可靠性差，診斷復(fù)雜的繼電器系統(tǒng)的故障非常困難。梯形圖程序中的輸出繼電器是一種“軟繼電器”，它們的功能是用軟件來實現(xiàn)的，因此沒有硬件繼電器那樣的觸點易于出現(xiàn)接觸不良的現(xiàn)象。PLC的可靠性高，故障率極低，并且很容易診

9、斷和排除故障。繼電器的控制功能被固定在線路中，其功能單一，不易修改，靈活性差。PLC的控制方式靈活，有很強的柔性，僅需修改梯形圖就可以改變控制功能。至今還沒有一套通用的容易掌握的繼電器電路設(shè)計方法，設(shè)計復(fù)雜的繼電器電路既困難又費時，設(shè)計出的電路也很難閱讀理解。PLC有大量用軟件實現(xiàn)的輔助繼電器，定時器和計數(shù)器等編程元件供梯形圖的設(shè)計者使用。用先進的順序控制設(shè)計法來設(shè)計梯形圖，比設(shè)計相同功能的繼電器電路花費的時間要少得多。繼電器要在硬件安裝，接線全部完成后才能進行調(diào)試，發(fā)現(xiàn)問題后修改電路花的時間也很多。PLC控制系統(tǒng)的開關(guān)柜制作，現(xiàn)場施工和梯形圖設(shè)計可以同時進行，梯形圖可以在實驗室模擬調(diào)試，發(fā)現(xiàn)

10、問題后修改起來非常方便。（2）單片機控制單片機又稱單片微控制器，將CPU、并行輸入/輸出接口、定時器/計數(shù)器、存儲器和通信接口集成在一個芯片中，最便宜的8位單片機銷售僅為幾元，其功能強，響應(yīng)速度快，性能價格比極高。但是除了單片機芯片外，單片機還需要設(shè)計硬件電路圖和印制電路板。單片機一般用匯編語言或C語言編程，編程時需要了解單片機內(nèi)部的硬件結(jié)構(gòu)。將單片機用于工業(yè)控制，對開發(fā)人員的硬件設(shè)計水平和軟件設(shè)計水平的要求都很高。此外，用單片機設(shè)計測控產(chǎn)品需要采用大量的硬件，軟件方面的抗干擾措施，才能保證長期穩(wěn)定可靠的運行。有的專業(yè)公司開發(fā)的單片機產(chǎn)品的可靠性都難達(dá)到PLC的水平。使用單機機的專用測控裝置都

11、由專業(yè)廠家來開發(fā)，現(xiàn)在很少有最終用戶開發(fā)單件或小批量的單片機測控裝置。(3) 工業(yè)控制計算機控制控制用的個人計算機(PC)稱為工業(yè)控制計算機，簡稱為工控機。工控機是在個人計算機的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，采用總線結(jié)構(gòu)，硬件的兼容性較強。IPC有各種各樣的輸入/輸出板卡供用戶選用，有很強的高速浮點去處、圖像運算、通信和人機交互等功能，容易實現(xiàn)管理控制網(wǎng)絡(luò)的一體化。PLC的體積小巧緊湊，硬件和操作系統(tǒng)的可靠性總體上比工控機高。工控機則來源于個人計算機，主要用于過程控制或控制系統(tǒng)中的上位機和人機接口。在高端應(yīng)用方面，很難區(qū)分PLC和工業(yè)PC之間的差異，因主兩者均采用同樣的微機處理器和內(nèi)存芯片。PLC與PC相

12、比有以下優(yōu)點：1) 對低端應(yīng)用，PLC具有極大的性能價格比優(yōu)勢。工控機的價格比較高，將它用于小型開關(guān)量控制系統(tǒng)以取代繼電器控制，無論在體積和價格上都很難接受，可靠性也遠(yuǎn)不如PLC。2) PLC的可靠性無可比擬，故障停機時間最少。3) PLC是專門為工廠現(xiàn)場應(yīng)用環(huán)境設(shè)計的，結(jié)構(gòu)上采用整體密封或插件組合型，對印制板，電源，機架，插座的制造和密閉，均采用了嚴(yán)密的措施。4) PLC使用專門為工控設(shè)計的各種編程語言，這些語言簡單易學(xué)。與PC機發(fā)展太快相比，PLC產(chǎn)品可以長期供貨，并提供長期的技術(shù)支持。5) PLC有龐大的有經(jīng)驗的設(shè)計人員，維護人員和技術(shù)支持系統(tǒng)。（4）可編程程序控制器控制PLC是一種專門

13、為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設(shè)計。有以下主要特點： 1）使用靈活、通用性強；2）可靠性高、抗干擾能力強；3）接口簡單、維護方便；4）體積小、功耗小、性價比高；5）編程簡單、容易掌握；6）設(shè)計、施工、調(diào)試周期短?？删幊炭刂破鞯陌l(fā)展特點是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需要。從控制規(guī)模上來說，這個時期發(fā)展了大型機和超小型機；從控制能力上來

14、說，誕生了各種各樣的特殊功能單元，用于壓力、溫度、轉(zhuǎn)速、位移等各式各樣的控制場合；從產(chǎn)品的配套能力來說，生產(chǎn)了各種人機界面單元、通信單元，使應(yīng)用可編程控制器的工業(yè)控制設(shè)備的配套更加容易。目前，可編程控制器在機械制造、石油化工、冶金鋼鐵、汽車、輕工業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用都得到了長足的發(fā)展。通過以上幾種控制方案的比較，選用PLC來實現(xiàn)對液體混合過程的控制。 本設(shè)計以三種液體的混合控制，其要求是將三種液體按一定比例混合，在電動機攪拌后將混合的液體輸出容器。并形成循環(huán)狀態(tài)，在按停止按扭后依然要完成本次混合才能結(jié)束。液體混合系統(tǒng)的控制設(shè)計考慮到其動作的連續(xù)性以及各個被控設(shè)備動作之間的相互關(guān)聯(lián)性，針對不同的工作狀

15、態(tài)，進行相應(yīng)的動作控制輸出，從而實現(xiàn)液體混合系統(tǒng)從第一種液體加入到混合完成輸出的這樣一個周期控制工作的程序?qū)崿F(xiàn)。 設(shè)計以液體混合控制系統(tǒng)為中心,從控制系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)組成、軟件選用到系統(tǒng)的設(shè)計過程（包括設(shè)計方案、設(shè)計流程、設(shè)計要求、梯形圖設(shè)計、外部連接通信等）,旨在對其中的設(shè)計及制作過程做簡單的介紹和說明。 設(shè)計采用西門子公司的S7-200型（S7-200型號所用CPU單元為 CPU 224 DC/DC/DC，14 點輸入，10點輸出）PLC去實現(xiàn)設(shè)計要求。四、液料自動混合控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計4.1總體結(jié)構(gòu) 某一液料自動混合裝置如圖1所示，用于將3種液體按一定的容積比例進行混合。 圖1 液料自動混

16、合裝置工作示意圖 1.初始狀態(tài)，液灌為空，電磁閥YV1-4、電動機M均為失電狀態(tài)，液位傳感器SQ1-4均為不動作狀態(tài)。 2.物料自動混合控制 按下啟動按鈕SB1，電磁閥YV1得電，正式注入液料1，當(dāng)液料1的液位達(dá)到液位傳感器SQ3時，YV1關(guān)，YV2閥開，L3亮。注入液料2，當(dāng)液位達(dá)到液位傳感器SQ2時，YV2閥關(guān)，YV3閥開，注入液料3，L2亮，L3滅。當(dāng)液位達(dá)到液位傳感器SQ1時，YV3閥關(guān)，L1亮，L2滅。攪拌電動機M起動，L5亮。攪拌20秒后停止。L1滅，放液電磁閥YV4動作，L5滅。當(dāng)液位下降到液位傳感器SQ4以下時，L4滅，再經(jīng)過5秒鐘(放掉剩余液料)后，SQ4閥關(guān)閉，之后，自動循

17、環(huán)上述過程。3.停止操作。 按下停止按鈕SB2，當(dāng)完成一個循環(huán)過程，即液灌液體放空后再全部停止。 按下急停按鈕SB3，所有輸出立即停止。4.2元器件的選擇表1 元器件明細(xì)表名稱型號數(shù)量備注按鈕開關(guān)KH-22043個液位傳感器LSF-2.54個攪拌電動機EJ15-31個電磁閥（入液罐）VF4-253個電磁閥（出液罐）AVF-401個接觸器CJX1-9/220V4個LED指示燈R-3528-A1-R1035個4.3液位傳感器的選擇選用LSF-2.5型液位傳感器其中“L”表示光電的，“S”表示傳感器，“F”表示防腐蝕的，2.5為最大工作壓力。LSF系列液位開關(guān)可提供非常準(zhǔn)確、可靠的液位檢測。其原理是

18、依據(jù)光的反射折射原理，當(dāng)沒有液體時，光被前端的棱鏡面或球面反射回來；有液體覆蓋光電探頭球面時，光被折射出去，這使得輸出發(fā)生變化，相應(yīng)的晶體管或繼電器動作并輸出一個開關(guān)量。應(yīng)用此原理可制成單點或多點液位開關(guān)。LSF 光電液位開關(guān)具有較高的適應(yīng)環(huán)境的能力，在耐腐蝕方面有較好的抵抗能力。相關(guān)元件主要技術(shù)參數(shù)及原理如下：（1）工作壓力可達(dá)2.5Mpa （2）工作溫度上限為125°C （3）觸點壽命為100萬次 （4）觸點容量為70w （5）開關(guān)電壓為24V DC （6）切換電流為0.5A 3.34.4 攪拌電機的選擇選用EJ15-3型電動機其中“E”表示電動機，“J”表示交流的，15為設(shè)計序

19、號，3為最大工作電流 相關(guān)元件主要技術(shù)參數(shù)及原理如下： EJ15系列電動機是一般用途的全封閉自扇冷式鼠籠型三相異步電動機。 (1)額定電壓為220V，額定頻率為50Hz，功率為2.5KW，采用三角形接法。 （2）電動機運行地點的海拔不超過1000m。工作溫度-1540°C /濕度90%。 （3）EJ15系列電動機效率高、節(jié)能、堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩高、噪音低、振動小、運行安全可靠。其硬件接線如圖2所示。4.5電磁閥的選擇 （1）入罐液體選用VF4-25型電磁閥 其中“V”表示電磁閥，“F”表示防腐蝕，4表示設(shè)計序號，25表示口徑（mm） 寬度。相關(guān)元件主要技術(shù)參數(shù)及原理如下： 1） 材質(zhì)：聚四氟乙

20、烯。使用介質(zhì)：硫酸、鹽酸、有機溶劑、化學(xué)試劑等酸堿性的液體。2）介質(zhì)溫度150/環(huán)境溫度-2060°C。 3）使用電壓：AC：220 V50Hz/60Hz DC：24V。 4）功率：AC：2.5KW。 5）操作方式：常閉：通電打開、斷電關(guān)閉，動作響應(yīng)迅速，高頻率。（2）出罐液體選用AVF-40型電磁閥 其中“A”表示可調(diào)節(jié)流量，“V”表示電磁閥，“F”表示防腐蝕，40為口徑(mm) 相 關(guān)元件主要技術(shù)參數(shù)及原理如下： 圖2 攪拌機的硬件接線圖 1）其最大特點就是能通過設(shè)備上的按鍵設(shè)置來控制流量，達(dá)到定時排空的效果。 2）其閥體材料為：聚四氟乙烯，有比較強的抗腐蝕能力。 3）使用電壓：

21、AC：220 V50Hz/60Hz DC：24V。 4）功率：AC：5KW。 4.6 PLC的選擇 PLC的一般結(jié)構(gòu)如圖3所示，由圖可見主要有6個部分組成，包括CPU(中央處理器)、存儲器、輸入輸出接口電路、電源、外設(shè)接口、I/O擴展接口。（1）中央處理單元（CPU）與通用計算機中的CPU一樣。PLC中的CPU也是整個系統(tǒng)的核心部件，主要有運算器、控制器、寄存器及實現(xiàn)它們之間聯(lián)系的地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線構(gòu)成，此外還有外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。CPU在很大程度上決定了PLC的整體性能，如整個系統(tǒng)的控制規(guī)模、工作速度和內(nèi)存容量等。（2）存儲器存儲器存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器。

22、存放應(yīng)用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器。PLC常用的存儲器類型有RAM、EPROM、 EEPROM等。（3）I/O模塊輸入模塊和輸出模塊通常稱為I/O模塊或I/O單元。PLC的對外功能主要是通過各種I/O接口模塊與外界聯(lián)系而實現(xiàn)的。輸入模塊和輸出模塊是PLC與現(xiàn)場I/O裝置或設(shè)備之間的連接部件，起著PLC與外部設(shè)備之間傳遞信息的作用。通常I/O模塊上還有狀態(tài)顯示和I/O接線端子排，以便于連接和監(jiān)視。 圖3 PLC結(jié)構(gòu)圖（4）電源模塊輸入、輸出接口電路是PLC與現(xiàn)場I/O設(shè)備相連接的部件。它的作用是將輸入信號轉(zhuǎn)換為PLC能夠接收和處理的信號，將CPU送來的弱電信號轉(zhuǎn)換為外部設(shè)備所需要的強電信號。

23、4.7 PLC輸入輸出口分配輸入點地址功能輸出點地址功能I0.0 SB1啟動按鈕Q0.1 YV1電磁閥I0.1SQ1液位傳感器1Q0.2 YV2電磁閥I0.2SQ2液位傳感器2Q0.3 YV3電磁閥I0.3SQ3液位傳感器3Q0.4 YV4電磁閥I0.4SQ4液位傳感器4Q0.5 L1指示燈I0.5 SB2停止按鈕Q0.6 L2指示燈I0.6 SB3急停按鈕Q0.7 L3指示燈Q1.1 L4指示燈Q1.2L5指示燈Q1.0M電動機4.8控制面板元件布置圖。 圖4控制面板元件布置圖4.9 PLC輸入/輸出接線設(shè)計 圖5 PLC輸入輸出接線設(shè)計圖五、軟件系統(tǒng)5.1 程序流程圖 程序流程圖5.2 梯

24、形圖程序的總體結(jié)構(gòu)圖設(shè)計5.3 語句表程序設(shè)計Network 1 LD I0.0AN M0.0LDN I0.5A T38OLD= Q0.1Network 2 LD I0.3LPSAN M0.1= Q0.2LRD= M0.0LPPAN M0.2= Q0.7Network 3 LD I0.2LPS= M0.1AN M0.2= Q0.3LRDAN M0.3= Q0.6LPP= M0.2Network 4 LD I0.1LPS= M0.2AN M0.5= Q0.5LRD= M0.3LRDAN M0.4= Q1.0LRDAN M0.5= Q1.2LPPTON T37, +200Network 5 LD

25、T37= M0.4= M0.5AN M0.6= Q0.4Network 6 LD I0.4LPSAN T38= Q1.1LRDTON T38, +50LPP= M0.6Network 7 LD I0.6MOVB 0, QB06、 程序調(diào)試 這個課題在調(diào)試當(dāng)中還是比較成功的，沒有遇到太大的問題。有小的問題也在同學(xué)和老師的幫助下迅速的弄好。另外，由于實驗設(shè)計比較簡單，電路圖設(shè)計的并不是非常完美，用的器件少，因而，并不能很好的保證所要的理想結(jié)果?？偠灾?，調(diào)試的結(jié)果還是比較順利。程序仿真如下圖所示： 按下啟動按鈕，電磁閥1打開，進液料1. 液位到SQ3時，電磁閥2開，電磁閥1關(guān)閉，進液料2，L3亮。 液位到SQ2時，YV2關(guān)，YV