PLC的两种液体混合控制系统设计.doc

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 1
1.1 控制要求 1
1.2 编程软件地址分配表 1
1.3 PLC外部电路接线图 2
1.4 主电路连接图 2
1.5 控制程序 3
1.6 顺序功能图 3
2 液体自动混合系统的硬件设计 4
2.1 硬件选型 4
2.2 主电路的设计 5
2.3 液体混合控制系统示意 6
3 液体自动混合系统的软件设计 7
3.1 PLC控制的相关流程图 7
3.2 可编程控制器梯形图 7
4 心得体会 12
参考文献 13

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，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。

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：Q0.4
L3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
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Y1
I0.4
停止按钮SB2
Q0.1
液体B电磁阀Y2
I0.1
低液面传感器L1
Q0.2
放液电磁阀Y3
I0.2
中液面传感器L2
Q0.3
搅动电动机接触器
I0.3
高液面传感器L3

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. 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 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
[1]廖常初.S7-200 PLC编程及应用[M].北京:机械工业出版社,2013.8
[2]梅丽凤.电气控制与PLC应用技术[M].机械工业出版社,2012.3
[3]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,2006.1
[4]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,2004
[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

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