三种液体自动混合的PLC控制

本 科 毕 业 设 计

（200*届）

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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。本人所设计的多种液体混合的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，通过组态，可直接对

现场监控、更方便工作和管理。

关键字：混合装置;PLC控制;组态

目录

1 问题的提出 ................................................................ 1

1.1 课题研究的背景及意义 .................................................... 1

1.1.1 课题研究的背景 .................................................... 1

1.1.2 课题研究的意义 .................................................... 1

1.2 课题研究的内容 .......................................................... 1

2 硬件设计 .................................................................. 3

2.1 液体混合装置的结构及控制要求 ............................................ 3

2.2 主电路图 ................................................................ 4

2.2.1液体传感器的选择 .................................................. 4

2.2.2 搅拌电机的选择 .................................................... 5

2.2.3 电磁阀的选择 ...................................................... 5

2.2.4接触器的选择 ...................................................... 6

2.2.5热继电器的选择 .................................................... 6

2.3可编程控制器 ............................................................ 6

2.3.1 I/O分配表 ........................................................ 6

2.3.2可编程控制器 ...................................................... 7

2.3.3可编程控制器的外部接线图 .......................................... 8

3软件设计 .................................................................. 8

3.1 程序框图 ................................................................ 9

3.2 根据控制要求和I/O地址编制的控制梯形图 .................................. 9

3.2.1控制梯形图见附录B所示 ............................................ 9

3.2.2 梯形图执行原理分析 ................................................ 9

3.3 语句表 ................................................................. 10

4 组态监控系统设计 ......................................................... 11

4.1 组态王软件简介 ......................................................... 11

4.2 组态王工程在设计中的应用 ............................................... 11

5 软硬件调试 ............................................................... 20

5.1 连接设置 ............................................................... 20

5.2 运行调试 ............................................................... 21

5.3 PLC程序的模拟调试 ..................................................... 24

5.4 组态通讯调试 ........................................................... 26

6结论 ..................................................................... 27

致谢 ....................................................................... 29

参考文献 ................................................................... 30

附录A 程序框图 ............................................................ 31

附录B 梯形图 .............................................................. 32

附录C 语句表 .............................................................. 33

1 问题的提出

1.1 课题研究的背景及意义

1.1.1 课题研究的背景

液体混合系统部分是一个较大规模工业控制系统的改适升级，控制装置需要根据企业

设备和工艺现况来构成并需尽可能的利用旧系统中的元器件。对于人机交互方式改造后系

统的操作模式应尽量和改造前的相类似，以便于操作人员迅速掌握。从企业的改造要求可

以看出在新控制系统中既需要处理模拟量也需要处理大量的开关量。系统的可靠性要高。

人机交互界面友好，应具备数据储存和分析汇总的能力。

要实现整个液体混合控制系统的设计，需要从怎样实现多个电磁阀的开关以及电动

机启动的控制这个角度去考虑确定系统方案。

1.1.2 课题研究的意义

在工艺加工最初，把多种原料在合适的时间和条件下进行加工得到产品，一直都是在

人监控或操作下进行的，在后来多用继电器系统对顺序或逻辑的操作过程进行自动化操

作，但是现在随着时代的发展，这些方式已经不能满足工业生产的实际需要，实际生产中

需要更精确、更便捷的控制装置。 随着科学技术的日新月异，自动化程度要求越来越高，

原来的液体混合装置远远不能满足当前自动化的需要。可编程控制器液体自动混合系统集

成自动控制技术，计量技术，传感器技术等技术于一体的机电一体化装置。通过本次设计

使我得到了工程知识和工程技能的综合训练，获得应用本课程的知识和技术去解决工程实

际问题的能力。

1.2 课题研究的内容

1.设计液体混合控制系统的PLC外部连线图和软件程序。

2．硬件的研究。用以前所学知识全面系统的对硬件进行设计并设有保护器件。

3.PLC程序编制与调试 。

4．以可编程控制器为核心，熟悉并利用组态王软件对其所应用的程序进行模拟动态画

面显示。

2 硬件设计

2.1 液体混合装置的结构及控制要求

图2-1中设计的液体混合装置主要完成三种液体的自动混合搅拌。此装置需要控制的

元件有： SL1,SL2,SL3,SL4为液面传感器，液面淹没该点时为ON，液体A、B、C、D阀

门是电磁阀，M为搅拌机。另外还有控制电磁阀和电动机的1个交流接触器KM。所有这

些元件的控制都属于数字量控制，可以通过引线与相应的控制系统连接从而达到控制效

果。

图2-1 液体混合灌装机

要求如下：

1．初始状态：当装置投入运行时，容器内为放空状态。

2．起始操作：按下启动按钮SB1，装置开始按规定工作，液体A阀门打开，液体A流

入容器。当液面到达SL2时，关闭液体A阀门，打开B阀门。当液面到达SL3时，关闭液

体B阀门，打开C阀门。当液面到达SL4时，关闭液体C阀门，搅拌电动机开始转动。搅

拌电动机工作1min后，停止搅动，混合液体阀门打开，开始放出混合液体。当液面下降

到SL1时，SL1有接通变为断开，在经过20s后，容器放空，混合液体阀门即液体D阀门

的电磁阀YV4关闭，接着开始下一个循环操作。

3．停止操作：按下停止按钮后，要处理完当前循环周期剩余任务后，系统停止在初

始状态。

2.2 主电路图

主电路图

根据液体混合装置的结构及控制要求，可画出电路图如图2-4

所示。

图2-4 主电路图

2.2.1液体传感器的选择

选用LSF-2.5型液位传感器。 其中“L”表示光电的，“S”表示传感器，“F”表示

防腐蚀的，2.5为最大工作压力。 LSF系列液位开关可提供非常准确、可靠的液位检测。

其原理是依据光的反射折射原理 ，当没有液面时，光被前端的棱镜面或球面反射回来；

有液体覆盖光电探头球面时，光被折射出去，这使得输出发生变化，相应的晶体管或继电

器动作并输出一个开关量。应用此原理可制成单点或多点液位开关。LSF光电液位开关具

有较高的适应环境的能力，在耐腐蚀方面有较好的抵抗能力。 相关元件主要技术参数及

原理如下： 1）工作压力可达2.5Mpa； 2）工作温度上限为125； 3）触点寿命为100万

次； 4）触点容量为70W； 5）开关电压为24V DC； 6）切换电流为0.5A。

2.2.2 搅拌电机的选择

选用EJ15-3型电动机。

相关元件主要技术参数及原理如下： EJ15系列电动机是一般用途的全封闭自扇冷式

鼠笼型三相异步电动机。 1）额定电压为380V，额定频率为50Hz，功率为2.5KW，采用三

角形接法； 2）电动机运行地点的海拔不超过1000m。工作温度-15~40℃/湿度≤90%。

2.2.3 电磁阀的选择

1．入罐液体选用VF4-25型电磁阀。

其中“V”表示电磁阀，“F”表示防腐蚀，4表示设计序号，25表示口径（mm）宽度。

（1）材质：聚四氟乙烯；使用介质：硫酸、盐酸、有机溶剂、化学试剂等酸碱性的

液体；

（2）介质温度≤150℃/环境温度-20~60℃；

（3）使用电压：AC：220V50Hz/60Hz DC: 24V；

（4）功率：AC：2.5KW；

（5）操作方式：常闭：通电打开、断电关闭，动作响应迅速，高频率。

2．出罐液体选用AVF-40型电磁阀。

其中“A”表示可调节流量，“V”表示电磁阀，“F”表示防腐蚀，40为口径（mm）

相关元件主要技术参数及原理如下：

（1） 其最大特点就是能通过设备上的按键设置来控制流量，达到定时排空的效果；

（2）其阀体材料为：聚四氟乙烯，有比较强的抗腐蚀能力；

（3）使用电压：AC：220V50Hz/60HZ DC：24V；

（4）功率：AC：5KW。

2.2.4接触器的选择

选用CJ20-10/CJ20-16型接触器。

其中“C”表示接触器，“J”表示交流，20为设计编号，10/16为主触头额定电流。

相关元件主要技术参数及原理如下：

1．操作频率为1200/h

2．机电寿命为1000万次

3．主触头额定电流为10/16（A）

4．额定电压为380/220（A）

5．功率为2.5KW。

2.2.5 热继电器的选择

选用JR16B-60/3D型热继电器。

其中“J”表示继电器，“D”表示带断相保护。

相关元件主要技术参数及原理如下：

1．额定电流为20（A）；

2．热元件额定电流为32/45（A）。

2.3可编程控制器

2.3.1 I/O分配表

根据控制系统的要求，在本系统中所需要的开关量输入点为6点，开关量输出为5点。

控制系统应具备的输入/输出点数、名称、代码及地址编号如表2-2所示：

表2-2液体混合装置输入/输出地址分配

2.3.2可编程控制器

该控制系统核心部分是以CPU226为主，CPU模块采用整体式结构，它的体积小、价

格低，CPU模块、I/O模块和电源装在一个箱形机壳内，前盖下面有模式选择开关、模拟

量电位器和扩展模块连接器。PLC的输入输出端子均接到相应的接线端子排，输入输出信

号通过这些接线端子排可由其它地方直接引入，这些接线端子排的布置与 PLC的输入输出

端子以及电源端、接地端和公共端的实际位置一一对应。I/O模块接口将输入输出信号引

入到控制台上。PC/PPI编程电缆上标有 PC的 RS一232端连接电脑的RS一232通信接口，

标有 PPI的 RS一485端连接到CPU模块的通信口，并拧紧两边接口的螺丝。PC/PPI编程

电缆通常在试验中下载梯形图程序时使用。这是一个单体控制的小系统，没有特殊的控制

要求，开关量输入点有6个（起动、停止和SL1、SL2、SL3、SL4），开关量输出点有5个

（YV1、YV2、YV3、YV4与M），输入输出点数共为11个。粗估内存容量约为110个地址

单元(11×10=110)即可。据此，可以选用一般中小型控制器（S7-200CPU221～CPU226），

在此选用S7-200的CPU226。

2.3.3可编程控制器的外部接线图

根据输入输出设备及表2-2的液体混合装置输入输出地址的分配表，画出图2-3

所示

的可编程控制器的外部接线图。

图2-3 可编程控制器的外部接线图

3软件设计

3.1 程序框图

PLC采用计算机控制技术，其程序设计同样可遵循软件工程设计方法，PLC程序框图

可见附录A。

3.2 根据控制要求和I/O地址编制的控制梯形图

3.2.1控制梯形图见附录B所示

3.2.2 梯形图执行原理分析

1．第一种液体的进入

当PLC接通电源后，按下启动按钮SB1后，触点I0.0接通，Q0.0得电并自锁，与之

相连的电磁阀YV1接通并保持，液体A开始流入，当液体达到液面传感器SL1的位置时，

SL1动作。

2．第二种液体的进入

当液体达到液位传感器SL2的位置时，SL2动作，I0.2接通使Q0.1得电并自锁，与

之相连的电磁阀YV2接通并保持，液体B开始流入液罐，同时I0.2的动断辅助触点I0.2

断开，液体A停止流入。

3．第三种液体的进入

当液体达到液位传感器SL3的位置时，SL3动作，I0.3接通使Q0.2得电并自锁，与

之相连的电磁阀YV3接通并保持，液体C开始流入液罐，同时I0.3的动断辅助触点I0.3

断开，液体B停止流入。

4．搅拌机工作

当液体达到液位传感器SL4时，SL4动作，I0.4接通使Q0.3得电并自锁，与之相连

的电磁阀接通并保持，同时I0.4的动断辅助触点I0.4断开，液体C停止流入，搅拌机开

始搅拌，同时时间继电器T37得电开始计时。

5．混合液体开始排出

1 min后时间继电器T37计时时间到，其动合辅助触点T37闭合，Q0.4得电并自锁，

与之相连的电磁阀YV4接通并保持，同时Q0.4的动断辅助触点Q0.4断开，断开Q0.0、Q0.1、

Q0.2、Q0.3，液体开始排出。

6．混合液体排完

Q0.4得电的同时带动Q0.5得电，液体排出的同时SL4、SL3、SL2、SL1相继复位，当

液面下降到SL1时，SL1由接通变为断开，其动断辅助触点SL1复位闭合，时间继电器T38

得电开始计时，20s后T38计时时间到，其动断辅助触点T38断开，Q0.4失电停止排放液

体。

7．重复液体混合过程及停止

T38动合辅助触点闭合，Q0.0得电自锁，其动断辅助触点Q0.0断开，T38失电复位，

开始循环，当需要停止时按下停止按钮SB2，I0.5接通，Q0.6得电并自锁，当T38得电时

Q0.7得电，停止循环。

3.3 语句表

根据梯形图写出语句表，语句表见附录C

4 组态监控系统设计

4.1 组态王软件简介

北京亚控科技发展有限公司开发的组态王6.5系列组态软件包括常用的组态王6.50

至组态王6.53 四个版本本设计将运用组态王6.53组态软件对三种液体混合控制系统进

行画面组态。以下是组态王6.53的简单介绍。组态王6.53是亚控科技根据当前的自动化

技术的发展趋势，面向高端自动化市场及应用，以实现企业一体化为目标开发的一套产品。

该产品以搭建战略性工业应用服务平台为目标，集成了对亚控科技自主研发的工业实时数

据库KingHistorian的支持可以为企业提供一个对整个生产流程进行数据汇总、分析及管

理的有效平台，使企业能够及时有效的获取信息，及时的做出反应，以获得最优化的结果。

功能强大、性能稳定且易于使用，组态王6.53保持了组态王早期版本运行稳定、使用方

便的特点。并根据国内众多用户的反馈及意见，对一些功能进行了完善和扩充。该款产品

的历史曲线、温控曲线以及配方功能进行了大幅提升与改进，软件的功能性和可用性有了

很大的提高。

组态王6.53的主要功能特性 

1.可视化操作界面、真彩显示图形、支持渐进色、丰富的图库。

2.无与伦比的动力和灵活性，拥有全面的脚本与图形动画功能。 

3. 画面中的一部分进行保存，以便以后进行分析或打印。

4.2 组态王工程在设计中的应用

根据设计要求需要运用组态王软件对系统的自动运行进行画面组态因此本设计将

运用组态王6.53对三种液体混合控制系统进行画面制作以及画面组态。下面将简单介绍

组态王6.53在本设计中的相关应用

1.建立工程文件

启动“组态王6.53”工程管理器（ProjManager），选择菜单“文件\新建工程”或单

击“新建”按钮，弹出如图4-1 所示。

图4-1 新建工程向导

单击“下一步”并根据弹出对话框完成新工程文件的建立。

2.进入工程文件

将创建的工程设为当前工程后，双击工程并进入组态王“工程浏览器”，如图4-2 所

示为组态王工程浏览器。

图4-2 工程浏览器

3.创建组态画面

选择工程浏览器左侧大纲项“文件\画面”（如图4-2 所示），在工程浏览器右侧用

鼠标左键双击“新建”图标，弹出对话框如图

4-3 所示。

图4-3 新建画面

在图4-3 所示的新画面中输入新画面名称，点击“确定”按钮进入内嵌的组态王画面

开发系统，如图

4-4 所示。

图4-4 开发系统

在开发系统中可根据需要进行画面设计及相关的画面编辑。

4. 定义I/O设备

组态王6.5把那些需要与之交换数据的设备或程序都作为外部设备。外部设备包括：

下位机（PLC、仪表、模块、板卡、变频器等），它们一般通过串行口和上位机交换数据；

其他Windows应用程序，它们之间一般通过DDE交换数据；外部设备还包括网络上的其他

计算机。

只有在定义了外部设备之后，组态王6.5才能通过I/O变量和它们交换数据。为方便

定义外部设备，组态王设计了“设备配置向导”引导用户一步步完成设备的连接。该课题

设计中使用西门子S7-200 PLC和组态王6.5进行通信。S 7-200 PLC可以通过PLC为组态

王提供数据。假设西门子S7-200 PLC连接在计算机的COM1口。定义I/O设备的具体步骤

如下：继续上面的工程。选择工程浏览器左侧大纲项“设备\COM1”，在工程浏览器右侧

用鼠标左键双击“新建”图标，运行“设备配置向导”。在弹出图框中选择“西门子PLC”

的“S7-200系列”的“PPI”项，单击“下一步”，弹出“设备配置向导”， 为外部设备

取一个名称，输入新IO设备，单击“下一步”，弹出“设备配置向导”，为设备选择连

接串口，假设为COM1，单击“下一步”，弹出“设备配置向导”，填写设备地址，假设为

2，单击“下一步”，弹出“设备配置向导”。 在弹出图框中设置通信故障恢复参数(一

般情况下使用系统默认设置即可)，单击“下一步”，弹出“设备配置向导”，请检查各

项设置是否正确，确认无误后，单击“完成”。 设备定义完成后，可以在工程浏览器的

右侧看到新建的外部设备“新IO设备”。在定义数据库变量时，只要把IO变量连结到这

台设备上，它就可以和组态王6.5交换数据了。具体如何进行IO设备的定义、管理等工

作，请参见组态王6.5使用手册正式版“IO设备管理”一章。

5.构造数据库

数据库是“组态王”软件的核心部分，工业现场的生产状况要以动画的形式反映在屏

幕上，操作者在计算机前发布的指令也要迅速送达生产现场，所以这一切都是以实时数据

库为中介环节，所以说数据库是联系上位机和下位机的桥梁。在TouchVew运行时，它含

有全部数据变量的当前值。变量在画面制作系统组态王画面开发系统中定义，定义时要制

定变量名和变量类型，某些类型的变量还需要一些附加信息。数据库中变量的集合形象地

称为“数据词典” ，数据词典记录了所有用户可以使用的数据变量的详细信息。

图4-5 设备配置向导

构造数据库。在工程浏览器左侧大纲项“数据库\数据词典” ，在工程浏览器右侧新

建变量，弹出“变量属性”对话框如图

4-6 所示。

图4-6 定义变量

6.创建动画连接

在开发系统中双击图形对象，可弹出“动画连接”对话框，可对图形对象进行动画设

置，如图

4-7 所示。

图4-7 动画连接对话框

7.画面命令语言

选择“编辑\页面属性”菜单命令或在开发系统画面单击右键选择“页面属性”，单

击“命令语言 ”按钮，弹出画面命令语言对话框。

针对本设计，在命令语言编辑框处输入的命令语言如下：

if(电磁阀YV1==1){水流1=水流1+1;}

else

水流1=0;

if(电磁阀YV2==1){水流2=水流2+1;}

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/aiae.html