PLC课程设计：液体混合装置控制的模拟

上海电机学院 课 程 设 计

2015～2016 学年第一学期

课程名称 可编程控制器原理及应用 设计题目 液体混合装置控制的模拟（一）

院 (系) 电 气 学 院 专 业 电气工程及其自动化（港口自动化方向） 学生姓名 任 书 洋 学 号 151101190241 设计时间 2016年 1月 18日

指导教师 龚 建 芳

提交日期 年 月 日

液体混合装置控制的模拟（一）

目 录

1. 简介------------------------------------------------------------------------------------------1

1.1课题概况-----------------------------------------------------------------------------------1 1.2设计要求-----------------------------------------------------------------------------------1

1.3设计内容----------------------------------------------------------------------------------------------1

2. 系统总体方案设计------------------------------------------------------------------------2

2.1总体方案选择说明-----------------------------------------------------------------------2 2.2 控制方式选择----------------------------------------------------------------------------2 2.3 操作界面设计----------------------------------------------------------------------------2

3. PLC控制系统的硬件设计---------------------------------------------------------------3

3.1 PLC的选型-------------------------------------------------------------------------------3 3.2 用户存储器容量的估计----------------------------------------------------------------3 3.3 I/O点数的估算---------------------------------------------------------------------------3 3.4电源模块选择-----------------------------------------------------------------------------3 3.5 I/O分配表---------------------------------------------------------------------------------4 3.6电气原理图设计--------------------------------------------------------------------------4

4．PLC控制系统系统程序设计-----------------------------------------------------------5

4.1状态分配表---------------------------------------------------------------------------------5 4.2 控制程序顺序功能图设计--------------------------------------------------------------6 4.3 控制程序设计思路-----------------------------------------------------------------------6

5．系统调试及结果分析---------------------------------------------------------------------------13

5.1 系统调试及解决的问题----------------------------------------------------------------13 5.2 结果分析----------------------------------------------------------------------------------28

6．系统的使用说明书-------------------------------------------------------------------------------28 7．课程设计体会--------------------------------------------------------------------------------------29 8．参考文献-----------------------------------------------------------------------------------30 9．附录-----------------------------------------------------------------------------------------30

控制系统电气原理图-----------------------------------------------------------30

1

液体混合装置控制的模拟（一）

1．简介

1.1 课题概况

本装置为两种液体混合装置，SL1、SL2、SL3为液面传感器，液体A、B的阀门与混合液阀门由电磁阀YV1、YV2、YV3控制，M为搅动混合电机。SA1、SA2为工作流程选择开关，SA3为单次工作和循环工作的选择开关。SB1、SB2为启动和停止开关。

1.2 设计要求

（1）初始状态:装置投入运行时，液体A、B阀门关闭，混合液阀门打开5秒,将容器放空后关闭。

（2）启动:按下启动按钮SB1，装置就开始按工作流程进行。

（3）停止:按下停止按钮SB2后，完成本次循环，并停在原位，恢复原位状态。

1.3 设计内容

步骤 启动按钮 第一步 第二步 工作流程1 按下 工作流程2 按下 液体B阀门打开 液面到达SL2 液体A阀门关闭 液体B阀门打开 第三步 第四步 第五步 第六步 液面到达SL1 液体B阀门关闭 液面到达SL2 液体A阀门关闭 液体B阀门打开 液面达到SL1 液体B阀门关闭 工作流程3 按下 液体A阀门、液体B阀门依次打开5s 液面到达SL2 液体A阀门、液体B阀门依次打开8s 液面达到SL1 液体A、B阀门关闭 搅匀电机M运行10s 放出混合液体的阀门打开 液面到达SL3 混合液体阀门打开 延时2s 回到第一步 循环工作3次后自动停止工作 液体A阀门打开 液体A阀门打开 搅匀电机M运行6s 搅匀电机M运行10s 放出混合液体阀门混合液体的阀门打开 打开 液面到达SL3 延时2s 搅匀电机M继续运行 液面到达SL2 混合液体阀门打开 液面到达SL3 液面到达阀门打开 延迟2s 混合液体阀门打开 M停止运行 第七步 停止工作 回到第一步循环工作 2

液体混合装置控制的模拟（一）

2．系统总体方案设计

2.1 总体方案选择说明

刚开始拿到这个课设课题时还不知道如何下手，然后通过网上查找相关的资料得出了自己的设计思想。

首先根据课题的要求画出了大致的顺序功能图，然后根据课题要求有3个工作流程，我们就把这3个工作流程分作对应的3个工作功能块。在OB1中通过开关SA1、SA2开关，来选择工作流程方式。当SA1接通时选择工作流程1；当SA2接通时选择工作流程2；当SA1、SA2同时接通时选择工作流程3。

功能块FC1为工作流程1。 功能块FC2为工作流程2。 功能块FC3为工作流程3。

2.2 控制方式选择

由于PLC控制系统较继电-接触器控制系统有许多优点，如硬件电路简单，修改程序容易，可靠性高等，所以本设计选择PLC控制系统。

2.3 操作界面设计

根据任务书的控制要求和总体方案，设计如图所示操作界面。

3

液体混合装置控制的模拟（一）

液体混合装置控制操作面板

1、为了便于随时观察系统的运行状况，每个阀、泵、搅拌器均装有运行状态指示灯，对应于混料罐的高/中/低液位，均装有位置指示灯。

2、用两个选择开关切换系统工作模式――“工作流程1”、“工作流程2”、“工作流程3”，并用两个指示灯来指示当前所处工作模式。

3、根据控制要求（2）设置一个“启动”按钮和一个工作指示灯。 4、根据控制要求（3）设置一个“停止”按钮和一个工作指示灯。

3.PLC控制系统的硬件设计

3.1 PLC的选型

随着PLC的推广普及，PLC产品的种类和数量越来越多，而且功能也日趋完善。近年来，从美国、日本、德国等国引进的PLC产品及国内厂家组装或自行开发的产品已有几十个系列、上百种型号。PLC的品种繁多，其结构型式、性能、容量、指令系统、编程方法、价格等各不相同，适用场合也各有侧重。因此，合理选择PLC，对于提高PLC在控制系统中的应用起着重要作用。

4

液体混合装置控制的模拟（一）

本次液体混合装置控制设计用的是来自西门子公司的S7-300可编程控制器。西门子公司的SIMATIC S7-300系列属于中小型PLC，可用来代替继电器的简单控制场合，也可用于负载的自动化控制系统。在液体混合装置控制的模拟这个课设主题上，它结构上合理，安装方便，功能相当，满足相应时间和对联网通信功能等要求。

3.2 用户存储器容量的估计

通常，一条逻辑指令占存储器一个字，计时、计数、移位以及算术运算、数据传送等指令占存储器两个字。在选择存储容量时，一般可按实际需要的25%~30%考虑余量。根据存储器的总字节数再加上10%~25%的备用量即可估算出所需存储容量。

3.3 I/O点数的估算

I/O是PLC的一项重要指标。合理选择I/O点数的确定以系统实际的输入/输出数为基础确定。在确切I/O点数时，应留有适当余量。目前PLC的I/O点价格还较高，平均每点为100~120人民币。如果备用的I/O点的数量太多，就会使成本增加。因此，通常在选择I/O点数时可按实际需要的10%~15考虑余量。

3.4 电源模块选择

一般只需考虑输出电流。电源模块的额定输出电流必须大于处理器模块、I/O模块、专用模块等消耗电流的总和。以下步骤为选择电源的一般步骤： （1）确定电源的输入电压。

（2）将框架中每块I/O模块所需的总背板电流相加，计算出I/O模块所需的总背板电流值。

（3）I/O模块所需的总背板电流值再加上以下各电流：框架中带有处理器时，则加上处理器的最大电流值；当框架中带有远程适配器模块或扩展本地I/O适配器模块时，应加上适配器模块或扩展本地I/O适配器模块的最大电流值。 （4） 如果框架中流油 空槽用作将来扩展时，则做一下处理：列出将来要扩展的I/O模块所需的背板电流；将所有扩展的I/O模块的总背板电流值与步骤（3）中计算得出的总背板电流值相加。

（5） 在框架中是否有用于电源的空槽，若没有，将电源装到框架的外面。 （6） 根据确定好的输入电压要求和所需的总背板电流值，从用户手册中选择合适的电源模块。

5

液体混合装置控制的模拟（一）

3.5 I/O分配表

表1 I/O分配表 变量名 SB1启动按钮 SB2停止按钮 SA1工作流程1选择开关 SA2工作流程2选择开关 SL1液面传感器SL1 SL2液面传感器SL2 SL3液面传感器SL3 YV1液体A阀门 YV2液体B阀门 YV3混合液体阀门 YKM搅匀电机M 变量符号 I0.0 I0.1 I0.7 I1.0 I1.3 I1.4 I1.5 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.0 3.6电气原理图设计(见附录)

4. PLC控制系统程序设计

4.1 状态分配表

工序名称 启动 进液体 进液体 搅匀 计数 放液体 放液体 进液体 进液体 搅匀 放液体 放液体 号 M0.0 M0.1 M0.2 M0.3 M0.4 M0.5 M0.6 M0.7 M1.0 M1.1 M1.2 M1.3 状态器地址功 能 初始 液体B阀门关闭，液体A阀门打开5s 液体A阀门关闭，液体B阀门打开5s 液体A阀门关闭液体B阀门关闭，搅匀电机M运行3s 回到第一步循环工作三次计数 混合液体阀门打开 混合液体阀门打开延时2s 液体A阀门关闭，液体B阀门打开 液体A阀门打开，液体B阀门打开 液体A、B阀门关闭, 搅匀电机M运行10s 放出混合液体的阀门打开 混合液体阀门打开2s 6

液体混合装置控制的模拟（一）

进液体 进液体 搅匀 放液体 放液体 计数 M1.4 M1.5 M1.6 M1.7 M2.0 M2.1 液体A阀门、液体B阀门依次打开3s 液体A阀门、液体B阀门依次打开5s 液体A、B阀门关闭, 搅匀电机M运行10s 放出混合液体的阀门打开 混合液体阀门打开延时2s 循环工作3次计数 4.2 液体混合装置控制程序顺序功能图设计

液体混合装置控制程序流程图

4.3 控制程序设计思路

程序的组成

液体混合装置控制程序的组成情况如图所示。

7

液体混合装置控制的模拟（一）

●初始程序 ● 主体程序 ● 工作模式一 ● 工作模式二 ● 工作模式三 液体混合装置控制程序的组成

5．系统调试及结果分析

5.1 系统调试及解决的问题

程序调试时在工作流程三中液面到达STL2时，未满足液体A阀门、液体B阀门依次打开5S的控制要求。

检查后发现，SL2与ST1在程序中的位置设置错误，改正后系统正常运行。

5.1.1系统梯形图 OB100 初始程序

液体混合装置控制初始化程序梯形图

8

液体混合装置控制的模拟（一）

在OB100暖启动中，将各个状态复位，将M0.0和M5.0置位。M0.0为开始运行程序做好准备，M5.0则是为了在主程序中能够将开始运行前将混合液阀门打开5秒，将容器放空。

OB1 主程序

9

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/lq26.html