基于PLC的两种液体混合搅拌控制系统设计

物理与电子工程学院

《PLC编程及应用》

课程设计报告书

设计题目：基于PLC的两种液体混合搅拌控制系统设计专业：自动化

班级：XXX

学生姓名:XX

学号:XXXX

指导教师：XXXX

2013年12 月18 日

物理与电子工程学院课程设计任务书专业：自动化班级：XX

摘要

PLC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程序来改变控制功能的计算机。随着微处理器、计算机和通信技术的飞速发展，可编程序控制器PLC已在工业控制中得到广泛应用，而且所占比重在迅速的上升。PLC主要由CPU模块、输入模块、输出模块和编程装置组成。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保障。本文所介绍的多种液体混合的PLC控制程序可进行单周期或连续工作，具有断电记忆功能，复电后可以继续运行。另外，PLC还有通信联网功

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=OFF。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。搅拌完毕后，打开放液阀门C。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C。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1-2-1 I/O地址分配表

1.3 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1-3-1 PLC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。

图1-4-1 主电路连接图

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C。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C。

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C。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

图如下:

启动按钮SB1、停止按钮SB2分别由I1.0和I1.1控制。

图2-1-1 I/O接线图

2.2 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.初始状态开始排放混合液体阀Y4打开延时10S后自动关闭

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：

（1）进液阀Y1打开，A液体流入容器，液位上升。

（2）当液位上升到SL2（I）处时，进液阀Y1关闭，A液体停止流入，同时打开进液阀Y2，B液体开始流入容器。

（3）当液位上升到SL3（H）处，进液阀Y2关闭，B液体停止流入，同时搅拌电动机开始工作。

（4）当搅拌电机定时搅拌20S后制动停止搅拌，同时Y4打开，开始放液，液位开始下降。

（5）当液位下降到SL1（L）处时，开始计时10秒后关闭放液阀Y4，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，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，S L1（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Y1-一关阀门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3-1-1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 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—TIPO DE CPU，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，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S7-200 PLC 之间通讯的实现步骤。PPI协议是

S7-200 CPU默认的通信方式，它通过S7-200 CPU自身的端口（Port 0或Port 1）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串口（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系列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4-2-1和图4-2-2所示。

图4-2-1 梯形图的运行监控调试图

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

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[2]梅丽凤.电气控制与PLC应用技术[M].机械工业出版社,2012.3

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[5]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