三种液体自动混合的PLC控制教材.docx

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三种液体自动混合的PLC控制教材

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

2.3.1I/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

5.3PLC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24VDC；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/60HzDC:

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/60HZDC：

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

2.3.1I/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

输入设备

输入点编号

输出设备

输出点编号

启动按钮

I0.0

电磁阀YV1

Q0.0

SL1液位传感器

I0.1

电磁阀YV2

Q0.1

SL2液位传感器

I0.2

电磁阀YV3

Q0.2

SL3液位传感器

I0.3

电磁阀YV4

Q0.4

SL4液位传感器

I0.4

搅拌机M

Q0.3

停止按钮

I0.5

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