多种液体混合PLC课程设计.docx
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多种液体混合PLC课程设计
北京工业大学
PLC课程设计说明书
题目：
多种液体自动混合监控系统的设计及组态
学院：
电子信息与控制工程学院
专业：
自动化
学号：
1202
姓名：
指导教师：
张会清刘红云
成绩：
2015年6月
PLC课程设计报告提纲及要求
一、课程设计题目：
多种液体自动混合监控系统的设计及组态
二、课程设计目的：
在先修课程《现代电气控制技术》中可编程控制器部分学习与实验的基础上，通过松下
系列PLC对多种液体自动混合监控系统的设计及组态进行控制的编程设计与调试，进一步熟悉并
掌握PLC的工作原理，了解控制对象的工艺流程和技术要求，运用所学知识进行系统设计，初
步掌握PLC控制系统设计的基本方法，培养灵活运用专业知识解决工程技术问题的能力。
通过使用天工组态软件，掌握组态设计的方法及调试方面的知识。
三、课程设计任务：
1.设计任务
用PLC和组态软件构建多种液体自动混合监控系统，完成系统的组建和调试工作，写出设计说
明书。
2•实验设备
TVT-90DT台式可编程序控制器训练装置一套；
TVT90HC-7多种液体自动混合实验板；
天工组态软件一套；
连接导线若干。
3•动作过程
（1）初始状态
容器是空的，4个电磁阀和搅拌机均为OFF3个液面传感器均为OFF。
（2）起动
按下启动按钮，开始下列操作：
电磁阀1和2闭合，开始注入液体A和B,至液面高度为L2,停止注入，同时起动电磁阀3,
开始注入液体C,当液面高度为L1时，停止注入。
停止液体C注入时，开起搅拌机，搅拌混合时间为10s。
停止搅拌后放出混合液体，至液体高度将为L3时，再经5s停止放出。
（3）停止
按下停止按钮后，在当前操作完毕后，停止操作，回到初始状态。
4•控制要求
根据动作要求设计I/O接口，画出I/O接线图，编写PLC程序，在PLC实验设备上调试并运行。
5.用天工组态软件构建监控系统，并与PLC进行联调。
6•设计成果
完成整个系统上位机和下位机程序的编写和调试，写出设计说明书。
7.考核方式
平时出勤、查找资料、方案设计、编写程序和最终调试情况、设计说明书的撰写等情况综合考虑，并进行答辩。
四、课程设计地点及设备：
课程设计地点：
综合科技楼708（或709）运动控制实验室
实验设备：
TVT—90DTPLC训练装置（含FPX系列PLC主机）
微型电子计算机（PC机）；
自制实验板；
天工组态软件
五、课程设计整体方案
1.设计方案介绍
系统为多种液体自动混合，需要对各种液体的液面的高度监控，因此，需要运用到传感器进行液面高度的监控。
各种液体入池的比例需要应用电磁阀控制，入池后的搅拌，则需要电机控制。
对各个控件的控制，需要一个完整的控制流程，运用PLC技术进行编程，可以实现对各个控件的控
制。
具体控制方法根据题目要求，按下启动按钮时，A种液体进入容器，当达到一定值时，停
止进入，B种液体开始进入，当达到一定值时，停止进入C种液体开始进入，当达到一定深度停止
所有液体进入。
搅拌机进行搅拌，t1时间后搅拌均匀，停止搅拌，放出液体。
经t2s后停止放出,
按停止键停止操作。
液体的进入和放出，需要电磁阀的控制，液面的深度需要传感器的控制。
对于本课题来说，如果液体混合系统部分是一个较大规模工业控制系统的改造升级，新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，需要从怎样实现各电磁阀的开关以及电动机启动的控制这个角度去考虑，现在就这个问题的如何实现以及选择怎样的方法来确定系统方案。
2.松下PLC特点
（1）超高速处理基本指令只需0.32卩s，可快速扫描。
小型PLC内，通过高速处理速度0.32卩sec,⑷“仃二眛曲丸卜捕i勺口毛
（2）充裕的大容量充裕的程序容量达到32k步。
注释区域也可以充分保证。
※2通过超过小型
PLC范畴的高程序容量32K.号，匕小应陆片擀來设罪扩粧市产牛1勺范「；厂泛旳耳种应片:
（3）广泛的扩展性I/O最多300点。
可通过功能扩展插件，使扩展范围更进一步扩大。
也可控
制成本。
还有，利用扩展FPO适配器，最多可连3台现有的FPO扩黒单人，
（4）可靠的安全性通过8弋帝码和桀II■传丄隹.仃效保丁亡内'
（5）配备USB端口※3通过普通USB电缆（AB型）,可与计算机实现简便连接。
松下公司近几年PLC产品，具有指令系统功能强的特点；有的机型还提供可以用FP-BASIC语言
编程的CPU及多种智能模块，为复杂系统的开发提供了软件支持；FP系列各种PLC都配置通信机制，
由于它们使用的应用层通信协议具有一致性，这给构成多级PLC网络和开发PLC网络应用程序带来
方便。
3.松下PLC应用
我们所用的是松下F西PLC即FPSIGMA
FP刀型的PLC采用通信模块插件充实通信功能，可以实现最大100KHZ的位置控制，体现免维
护性及考虑数据备份的结构，具有高速、丰富的实数运算功能。
FP刀依照小型PLC的标准在保持机身小巧、使用简便的同时，加载中型PLC的功能。
大幅度
充实通信功能、大幅度提升位置控制性能，实现卓越的维护性。
考虑到设备组装后的维护问题，采用FlashRom内置方式。
FP刀可以对数据寄存器区进行完全备份，日历时钟的数据也能由电池后备，配备有2个分辨率为1/1000的模拟量调节旋钮，可以作为模拟量定时器等使用。
在16点输出中的
12点，采用了带短路保护功能的晶体管。
为了防止出厂后的意外改写程序或保护原始程序不被窃取，
FP刀可以设置密码功能。
其I/O注释可以与程序一同写入本体，大幅提高了系统保存性。
同时，FP
刀PLC实现了PID控制的指令化，可以进行自整定，实现简便、高性能的控制
4.松下PLC选择
在系统的实现过程中，PLC的编程问题是非常重要的。
用户应当对所选择PLC产品的软件功能
有所了解。
通常情况下，一个系统的软件总是用于处理控制器具备的控制硬件的。
但是，有些应用
系统也需要控制硬件部件以外的软件功能。
例如，一个应用系统可能包括需要复杂数学计算和数据
处理操作的特殊控制或数据采集功能。
指令集的选择将决定实现软件任务的难易程度。
可用的指令
集将直接影响实现控制程序所需的时间和程序执行的时间。
六、系统设计：
（一）实验板的设计及制作
液体A
―LI
―12
―13
实验板用的是实验室自带的TVT90HC-7多种液体自动混合物理模块板。
通过液位指示灯来模拟
液体上升的液位，液面上也有3个液面传感器L1，L2,L3对应实验板上的S1,S2,S3。
物理模块
板上通过旋转叶片上的指示灯来模拟液体搅拌过程。
（二）PLC硬件接线、控制程序设计与调试
这是我们的硬件接线图
程序流程图
（三）上位机组态软件设计
1、控制要求
（1）初始状态
容器是空的，4个电磁阀和搅拌机均为OFF3个液面传感器均为OFF
（2）起动
按下启动按钮，开始下列操作：
电磁阀1和2闭合，开始注入液体A和B,至液面高度为L2,停止注入，同时起动电磁阀3,
开始注入液体C,当液面高度为L1时，停止注入。
停止液体C注入时，开起搅拌机，搅拌混合时间为10s。
停止搅拌后放出混合液体，至液体高度将为L3时，再经5s停止放出。
（3）停止
按下停止按钮后，在当前操作完毕后，停止操作，回到初始状态。
2、I/O地址表
输入点地址
功能
输出点地址
功能
X1
SB0启动按钮
Y1
电磁阀Y1
X0
SB1停止按钮
Y2
电磁阀Y2
X2
L2液位传感器
Y3
电磁阀Y3
X4
L3液位传感器
Y4
搅拌机M
X3
L1液位传感器
Y5
电磁阀Y4
3、I/O接线图
其中y6为小车控制阀，物理模型上并没有小车模块，此处为上位机添加内容，因此与i/o接口
连线图相比多了对小车起停的控制。
5、设计说明（此处详细解释每行或每块梯形图的功能，设计说明）
x0常开为停止按钮，按下后，当操作完毕后，停止操作，回到初始状态。
二行为按下x0常闭按钮后，y1，y2阀工作并自锁，阀1与阀2的液体开始流入液体混合器中。
第三行，当液位达到液位传感器L2（s2）位置时，即x2，打开阀3,同时并关闭阀1阀2，此时阀3的液体开始流入液体混合器中。
第四行，当液位达到液位传感器L1（si）位置时，即x3，阀3关闭，同时电动机y5开始搅拌。
第五行为计时器TMY1在液位传感器x3工作时开始计时搅拌时间t1。
第六行，搅拌时间结束后，开始打开阀4,放出液体。
第七行为，当液位达到液位传感器L3（S3）位置时，即x4，计时器TMY2开始计时放水时间t2。
第八行为，当放水结束后，小车开始离开，送往目的地。
其中t1，t2可以通过上位机来进行设定。
6、调试过程（此处说明调试过程、调试中出现的问题及解决办法）
由于梯形图略为简单，连好i/o接线图后，第一次就能循环，但是停止按钮还不能让有些情况返
回初始状态，经过加上互锁，和稍作改善后就能稳定运行。
7、上位机组态软件通信设计、变量字典、组态画面设计、上下位机联调等
1.画面设计
上图为上位机的画面截图，具体可以看动画演示过程。
2.变量词典
话喝査垦
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液体
ihuA&guui
thUAtflUl
yws-hil
曲曲或应述⑷飙或皿存存40存存胡曲toeo存存存存存再存存再存存再存存存存存样疗111111illh]h]1KWJ&l1111勺勺勺％结勺勺卸勺勺勺勺阳■勺勺勺马b-ppppppphrpppppPli-F卩卩卩卩卩卩卩卩PF卩卩卩卩
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xO-x4,y1-y6对应于下位机的xO-x4,y1-y6;
al为混合液体的水位，a3小车水平位移距离；
b1-b4为计时器的设定时间与剩余时间；
c1-c9，d1-d9为模拟的液体上升过程；
f是一个外加的判断条件，yanshil为液位上升过程中液位上升所需的延时。
3.画面程序
if（y1==1andy2==1andy4==0）thenc1=1;
endif;
if（x4==1）thenc2=1;c仁1;
endif;
if（c2==1andyanshi1<2andy4==0）then
yanshi1=yanshi1+1;
endif;
if（yanshi1>=2）then
c3=1;
endif;
if（c3==1andyanshi1<4andy4==0）then
yanshi1=yanshi1+1;
endif;
if（yanshi1>=4andy4==0）then
c4=1;
endif;
if（x2==1andy4==0）thenc5=1;
endif;
if（y3==1andyanshi1<6andy4==0）then
yanshi1=yanshi1+1;
endif;
if（yanshi1>=6andy4==0）thenc6=1;
endif;
if（c6==1andyanshi1<8andy4==0）then
yanshi1=yanshi1+1;
endif;
if（yanshi1>=8andy4==0）thenc7=1;
endif;
if（c7==1andyanshi1<10andy4==0）then
yanshi1=yanshi1+1;
endif;
if（yanshi1>=10andy4==0）thenc8=1;
endif;
if（x3==1andy4==0）thenc9=1;
endif;
if（y5==1andyanshi1<12）then
yanshi1=yanshi1+1;
endif;
if（y4==1ory6==1oryanshi1>=12）then
c1=0;c2=0;
c3=0;c4=0;
c5=0;c6=0;
c7=0;c8=0;
c9=0;f=1;
endif;
if（f==1andyanshi1<=12）then
a1=100;
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