PLC课程设计_基于S7-300的三种液体自动混合控制系统设计.doc
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辽宁工业大学课程设计说明书（论文）
辽宁工业大学
电气控制与PLC技术课程设计（论文）
题目：
基于S7-300的三种液体自动混合控制系统设计
院（系）：
专业班级：
学号：
学生姓名：
指导教师：
（签字）
起止时间：
本科生课程设计（论文）
课程设计（论文）任务及评语
院（系）：
教研室：
学号
学生姓名
专业班级
课程设计（论文）题目
基于S7-300PLC的3种液体自动混合控制系统设计
课程设计（论文）任务
课题完成的设计任务及功能、要求、技术参数
实现功能
工艺控制过程为：
3种液体混合控制系统中，Y1、Y2、Y3、Y4分别为A、B、C三种液体的进料阀门和混合液体的出料阀门；当液位为0%、30%、60%、90%时，分别加入3种液体和搅拌混合液体；搅拌5s后放出混合液体；当液位重新达到0%时，延时3s关闭出料阀门。
3种液体的进料、出料、搅拌等由PLC控制。
设计任务及要求
1.分析系统的工艺要求，确定系统设计方案；
2.完成系统的硬件组态以及PLC、电源、输入和输出模块、传感器、电机等关键器件的选型；
3.编写整个系统的符号表，绘制PLC外部接线图；
4.规划程序结构，绘制程序流程图；
5.编写并调试程序。
OB1为主程序，负责调用FB1和FC1、FC2；FB1为3种液体控制程序，其背景数据块分别为DB1~DB3；FC1为搅拌控制；FC2为出料控制。
程序在PLCSIM中仿真调试或者在实验室调试运行。
6.按学校规定的书写格式，撰写、打印设计说明书一份；设计说明书应在4000字以上。
要求认真独立完成所规定的全部内容；所设计的内容要求正确、合理。
技术参数
1.液位变送器输出为0~10V；
2.输入模拟量的精度为12位。
进度计划
1.布置任务，查阅资料，确定系统的方案（2天）
2.完成硬件设计，包括主要元器件选型、硬件组态、硬件电路图（2天）
3.规划程序结构，编写系统程序（3天）
4.模拟仿真，或实验室调试程序（1天）
5.撰写、打印设计说明书（1天）
6.验收及答辩。
（1天）
指导教师评语及成绩
平时：
论文质量：
答辩：
总成绩：
指导教师签字：
年月日
注：
成绩：
平时20%论文质量60%答辩20%以百分制计算
摘要
在化工试剂和制药生产中,经常需要将三种或者更多种溶液按一定的比例进行混合,然后再做相应的后续处理和加工。
在传统的继电器控制系统中,溶液的过程控制系统很难保证对混合中的各种成分的含量进行精确控制。
采用西门子S7-300系列PLC来控制整个溶液混合过程控制系统,大大提高了各种成分含量的控制效率,提高了生产效率,同时自动化程序得到了很大的提高。
本次课程设计的液体混合装置主要完成三种液体的自动混合搅拌。
此装置需要控制三种液体的自动混合搅拌，通过压力变送器检测搅拌机内液位的变化在液位分别为0%、30%、60%、90%时分别加入三种液体并搅拌，达到混合液体自动混合的目的。
3种液体的进料、出料、搅拌等由PLC控制。
经过本次课程设计，可达到多种液体混合的效果，并且能够使液体混合均匀。
若在工业中使用此设计则能够降低经济成本和保证操作人员的安全性。
关键词：
液体混合；PLC；压力变送器
目录
第1章绪论 1
第2章液体自动混合控制系统设计方案 2
2.1概述 2
2.2方案选择 2
2.3总体设计框图 3
第3章液体自动混合控制系统设计硬件设计 4
3.1控制系统电源 4
3.2控制系统CPU 5
3.3控制系统信号模块 5
3.4压力变送器 6
3.5搅拌器 7
3.6电磁阀 7
3.7系统I/O分配表 8
3.8系统外部接线图 9
第4章液体自动混合控制系统软件设计 10
4.1软件介绍 10
4.2系统程序结构图 10
4.3系统流程图 11
4.4S7-300硬件组态 12
4.5系统符号表 13
4.6系统梯形图程序 14
第5章课程设计总结 19
参考文献 20
IV
第1章绪论
在炼油、化工、制药等行业中多种液体混合是必不可少的程序，而且也是其生产过程中十分重要的组成部分。
但由于这些行业中多为易燃易爆、有毒有腐蚀性的介质，以致现场工作环境十分恶劣，不适合人工现场操作。
另外，生产要求该系统要具有配料精确、控制可靠的特点，这也是人工操作和半自动化控制所难实现的。
所以为了帮助相关行业，特别是其中的中小型企业实现多种液体混合的目的，液体自动混合配料势必就是摆在我们眼前的一大课题。
随着计算机技术的发展，对原有液体混合装置进行技术改造，提出数据采集、自动控制、运行管理等多方面的要求。
设计的多种液体混合装置利用可编程控制器是现在混合过程中精确控制，提高了液体混合比例的稳定性、运行稳定、自动化程度高，适合工业生产的需要。
PLC即可编程控制器（Programmable logic Controller），是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。
PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。
它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。
根据多种液体自动混合系统的要求与特点，本次课程设计采用的PLC具有高速度、高性能等特点，可编程逻辑控制器指令丰富，可以接各种输入输出扩展设备，能够方便地联网通信。
通过论述可编程逻辑控制器的优点对基于S7-300三种液体混合装置的控制有了一个总体的认识。
综合本次课程设计要求，进行了外部电路的连线和PLC程序设计，从部件的选择，流程的分析，程序顺序控制的设计方面，完成了本次设计任务。
第2章液体自动混合控制系统设计方案
2.1概述
本次设计主要是综合应用所学知识，设计基于S7-300PLC的3种液体自动混合控制系统设计，并在实践的基本技能方面进行一次系统的训练。
能够较全面地巩固和应用“PLC”课程中所学的基本理论和基本方法，并初步掌握S7-300系统设计的基本方法。
应用场合:
应用于多种液体混合，3种液体混合控制系统由压力变送器、S7-300模块、电磁阀、搅拌电机组成。
通过压力变送器检测到液位的变化传送给PLC，通过模拟量转化为数字量和液位相比较后，使控制阀和电机得到控制。
达到本次课程设计要求。
系统功能介绍:
3种液体混合控制系统实现的的是3种液体通过PLC控制器能过按照一定比例混合。
液体混合装置通过PLC控制器调解输出，实现基本的多种液体混合。
并且达到液位变送器输出为0~10V，输入模拟量的精度为12位。
2.2方案选择
方案一：
使用液位传感器检测液位，检测到液位后传给控制器PLC，通过程序处理后使电磁阀和电机得到控制输出。
方案二：
使用压力变送器检测液位，通过压力变送器检测到液位的变化传送给PLC，通过模拟量转化为数字量和液位相比较后，使控制阀和电机得到控制。
经过比较由于本次课程设计要求液位变送器输出为0~10V，由于液位传感器输出的为数字量而非模拟量，且PLC模拟量输入单元为0-24V所以无法达到课程设计要求。
所以使用方案二实现本次课程设计。
通过分析该液体混合系统的工艺流程，考虑各个被控对象动作的相互关联，决定采用顺序控制方案。
在不同状态下，输出量有不同的输出。
例如进料电磁阀A打开的前提是混料罐中的液位为0%，且进料阀B、C和出料阀关闭。
这就要求系统启动前个输出量必须是初始状态。
因此设计时可考虑采用一些中间状态寄存器来传送状态转换信息，完成系统的各个流程。
2.3总体设计框图
3中液体混合控制系统主要由S7-300控制器、上位机监控、压力变送器电路、流量调节阀、控制开关和搅拌电机等构成。
系统结构图如图2.1所示。
图2.1系统总体框图
控制系统启动后，A经过阀门进入混料罐中，随着进入混料罐中的液体不断增多，混料罐的液位不断增加，然后将这些实时检测到的数据送往主控制器PLC，PLC根据输入控制开关和现场采集到的数据进行多变量的运算，将运算结果输出控制各种输出开关符合要求则启动搅拌电机，搅拌三秒后出料阀打开，重复上述的过程。
第3章液体自动混合控制系统设计硬件设计
3.1控制系统电源
PS307电源模块是用于S7-300/ET200M的负载电源，用于将市电电压转换为所需的24V/DC工作电压输出电流为2A、5A或10A，S7-300模块化微型PLC系统，满足中、小规模的性能要求各种性能的模块可以非常好地满足和适应自动化控制任务简单实用的分布式结构和多界面网络能力，应用十分灵活、方便用户和简易的无风扇设计当控制任务增加时，可自由扩展大量的集成功能使它功能非常强劲S7-300F。
专用机床纺织机械包装机械通用机械工程控制器制造机床楼宇自动化电气与电子工业及相关产业。
一系列具有不同功率范围的CPU，以及具有很多用户友好功能的一系列扩展模块。
故障安全型自动化系统，满足工厂日益增加的安全需求基于S7-300可以连接带有安全相关模块的ET200S和ET200M分布式I/O站；采用PROFIsafe协议通过PROFIBUSDP进行与安全相关的通讯。
此外，还有用于与安全无关应用的标准模块。
根据需要本设计电源模块选择PS307/5A，因为CPU314C-2PN/DP工作时需要24V电压，该电源模块可以把负载电压120/230VAC线路电压转换到所所需的24V工作电压。
还可以为外部的传感器和执行器供电。
如图3.1所示：
图3.1电源模块
3.2控制系统CPU
西门子S7-300系列PLC控制器，SIMATICS7-300是模块化的微型PLC系统，可满足中、低端的性能要求。
模块化、无风扇设计、易于实现分布式结构以及方便的操作,使得SIMATICS7-300成为中、低端应用中各种不同任务的经济、用户友好的解决方案。
SIMATICS7-300的应用领域包括：
特殊机械，纺织机械，包装机械，一般机械设备制造，控制器制造，机床制造，安装系统，电气与电子工业及相关产业。
其中中央控制单元选择CPU314-2PN/DP，西门子CPU314C-2PN/DP是一种紧凑型CPU，用于对处理性能和响应速度要求很高的系统。
通过其扩展工作存储器，该紧凑型CPU也适用于中等规模的应用。
使用集成数字量和模拟量I/O，可实现与过程的直接连接，工作电压为24V。
CPU314C-2PN/DP是S7-300产品系列中最新型的紧凑型CPU。
表3.1CPU314C性能表
指标
CPU314C
工作存储区/KB
24
装载存储器（内部集成RAM）/KB
40
装载存储器（FlashEPROM）/KB
512
DI/DQ
512
AI/AQ
64
本机I/O点
--
程序执行时间/ms
0.3
指标
CPU314
存储器标志位
2048
计数器/定时器
64/128
3.3控制系统信号模块
常称为I/O（输入/输出）模块。
测量输入信号并控制输出设备。
信号模块可用于数字
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