液体混合装置PLC控制系统.docx

1、液体混合装置液体混合装置 PLC 控制系统控制系统 电气与自动化工程学院实训评分表 课程名称：PLC 控制技术实训 实训题目：液体混合装置 PLC 控制系统 班级：学号：项目 评分比例 得分 实训平时表现 30%实训答辩 50%实训报告 20%实训总成绩 指导老师：年 月 日 常 熟 理 工 学 院 电气与自动化工程学院 PLC 控制技术实训 题目：液体混合装置 PLC 控制系统 姓 名：学 号：班 级：指导教师：起止日期：PLC 控制技术实训任务书控制技术实训任务书 题目：液体混合装置 PLC 控制系统（一）实训学生需要完成 2个基础实训项目和 1个综合型自主实训项目的训练。一、基础实训项目

2、一：变频器对电机的运行控制一、基础实训项目一：变频器对电机的运行控制 一）实训目的 1、进一步巩固掌握 PLC 基本指令功能的及其运用方法；2、根据实训设备，熟练掌握 PLC 的外围 I/O 设备接线方法；3、掌握异步电动机变频调速原理，熟悉变频器的用法。二)实训设备 PLC 主机单元模块、电位器、MM440(或 MM420)变频器、个人计算机 PC、PC/PPI 编程电缆。三)工艺控制要求 使用变频器实现异步电动机的可逆调速控制，即可以电动机可正反向运行、调速和点动功能。参考电气原理图见教材 p85，速度控制有两种方式：（1）由外接的电位器控制，（2）由 PLC 的模拟量输出通道控制。四)实

3、训步骤 1、进行 PLC 的 I/O 地址分配，并画出变频器对电机控制的 PLC 控制系统的接线图。2、设计由 PLC 控制的梯形图程序。3、输入自编程序，上机调试、运行直至符合动作要求。二、基础实训项目二：模拟量采集与数据处理的综合应用二、基础实训项目二：模拟量采集与数据处理的综合应用 一）实训目的 1、掌握 PLC 中模拟量输入、输出的基本工作原理；2、掌握数据处理指令的运用方法；3、熟悉组态王与 PLC 的连接使用。二）实训设备 PLC 主机单元模块、电位器、万用表、个人计算机 PC、PC/PPI 编程电缆。三）实训项目原理与要求 1、用扩展模块中的电位器模拟温度测量变送器，假设当温度是

4、 0时，对应电位器输出 0V电压，假设当温度是 100时，对应电位器输出电压 10V。用 CPU 224XP的模拟量输入通道采集电位器电压，进行标度变换，将转换后的温度值存储在变量存储器中，并在组态界面上显示出具体温度。2、用 PLC 模拟量输出通道控制电动执行器，执行器开度设置为 0%时，输出电压为 0V，执行器开度为 100%时，输出电压 10V。执行器开度控制量的多少采用组态王软件输入，观察模拟量输出的数值，并用万用表测量输出电压值。四）实训项目的步骤 1、根据项目要求拟定 I/O 地址分配表，画出外部接线图，并进行接线图线路连接。2、设计梯形图程序，调试并记录数据。输 入 输 出 电压

5、 AIW 温度值（）执行器开度 AQW 电压（V）0V 0 4V 40%6V 60%8V 80%10V 100%三、综合型自主实训项目：液体混合装置三、综合型自主实训项目：液体混合装置 PLC 控制系统控制系统 一）实训项目工艺要求：本课题要求设计一个自动售货机的 PLC 控制系统，具体要：1）在初始状态时，容器是空的，各阀门均关闭，低、中、高液位传感器为开关量，分别按动三个按钮来模拟液位情况。初始时所有传感器为 OFF 状态。当液面淹没时接通并保持闭合状态，相对应的指示灯 H、I、J 点亮。2）系统有手动和自动两种工作方式。当进入手动方式时，手动指示灯点亮，液体A阀门、液体 B阀门、混料泵

6、M、报警灯等均可以通过按动组各自的测试按钮进行点动调试。3）进入自动方式时，自动指示灯点亮，按下启动按钮，系统进入工作状态，系统电源指示灯点亮。5S 后开始工作，液体 A阀门 X1先打开，液体 A 流入容器，液位开始升高，当中液位传感器报警后，A阀门 X1 关闭，打开液体 B阀门 X2，液体 B流入容器；当高液位传感器报警后，关 B阀门，混料泵电机 M 得电；搅拌 20S 后，混料泵关闭，出料泵开，混合液流出容器；低液位传感器报警后，出料泵继续开 10S，液体排空，此时报警灯按亮 2S、灭 1S 的规律闪烁 5 次，一个循环结束。在此过程中，若没有按动停止按钮，则 A 阀门再次打开，开始新一轮

7、的循环。任何时候按下停止按钮，在当前工作周期结束后，才停止操作，电源指示灯熄灭。二）目的 通过本次实训使学生掌握：1）Step7Micro/Win32 编程软件的使用方法和梯形图、SFC 图编程语言的运用；2）实际程序的设计及实现方法；3）程序的调试和运行操作技术。从而提高学生对 PLC 控制系统的设计和调试能力。三）容与要求 1、通过基本简单实验熟悉与本设计相关的实验台模块；2、液体混合装置 PLC 控制系统设计；3、硬件接线图、程序清单；4、采用状态转移图 SFC 图或经验设计法进行设计；5、设计组态王上位机监控画面，对工作过程进行显示。四、实训报告要求 报告应采用统一的报告纸书写，应包括

8、评分表、封面、目录、正文、收获、参考文献（并按此顺序装订）。报告中提供如下容：1、目录 2、正文（1）实训任务书；（2）实训容，三个任务分别写 a、每个实训任务的总体设计方案（应有 PLC 的选型及依据）b、I/O分配表，PLC 外部接线图，程序中使用的元件及功能表；c、程序控制的 SFC 图、梯形图或指令表清单，注释说明；d、调试、运行及其结果；3、收获、体会 4、参考文献（注意实训报告原则上手写，允许打印，但雷同者的零分处理）五、实训进度安排 周次 工作日 工作容 第 一 周 1 布置实训任务，查找相关资料，熟悉实验台。2 完成两个基础实训项目。3 根据综合型实训任务，完成总体设计方案（硬

9、件选型、分配 IO点等）4 完成硬件接线，编写程序并调试 5 编写程序并调试 第 二 周 1 编写程序并调试 2 编写程序并调试 3 编写程序并调试及准备实训报告 4 完成报告并于下午两点之前上交 5 答辩 本实训共需两周时间 六、实训考核办法 本实训满分为 100 分，其中实训平时表现（含 2个基础实训项目完成情况）30%、综合型实训项目答辩 50%，实训报告 20%。一基础实训项目一一基础实训项目一 1.1 任务任务 1 变频器的面板操作与运行变频器的面板操作与运行 1.1.1 I/O 接线接线 无多余的接线，只需要给变频器加上 AC220V 电源，检查电路正确无误后，合上主电源开关 QS

10、 即可。1.1.2 I/O 接线图接线图 1.1.3 参数设置参数设置（1）设定 P001030和 P09701，按下 P键，开始复位，复位过程大约 3min，这样就可保证变频器的参数回复到工厂默认值。（2）设置电动机参数，为了使电动机与变频器相匹配，需要设置电动机参数。电动机参数设定完成后，设 P0010=0，变频器当前处于准备状态，可正常运行。（3）设置面板操作控制参数 参数号 出厂值 设置值 说明 P0003 1 1 设用户访问级为标准级 P0010 0 0 正确地进行运行命令的初始化 P0004 0 7 命令和数字 I/O P0700 2 1 由键盘输入设定值（选择命令源）P0003

11、1 1 设用户访问级为标准级 P0004 0 10 设定值通道和斜坡函数发生器 P1000 2 1 由键盘（电动电位计）输入设定值 P1080 0 0 电动机运行的最低频率(Hz)P1082 50 50 电动机运行的最高频率(Hz)P0003 1 2 设用户访问级为扩展级 P0004 0 10 设定值通道和斜坡函数发生器 P1040 5 20 设定键盘控制的频率值(Hz)P1058 5 10 正向点动频率(Hz)P1059 5 10 反向点动频率(Hz)P1060 10 5 点动斜坡上升时间（s）P1061 10 5 点动斜坡下降时间（s）面板基本操作控制参数 1.2 任务任务 2 变频器的外

12、部运行操作变频器的外部运行操作 1.2.1I/O 接线接线 输入 输出 正转 I0.0 正传指示灯 Q0.0 反转 I0.1 反转指示灯 Q0.1 正向点动 I0.2 正向点动指示灯 Q0.2 停止 I0.3 1.2.2 变频器外部运行操作接线图变频器外部运行操作接线图 外部运行操作接线图 1.2.3 I/O 图图 1.2.4 梯形图程序梯形图程序 1.2.5 参数设置参数设置 接通断路器 QS，在变频器在通电的情况下，完成相关参数设置，具体设置见表。参数号 出厂值 设置值 说明 P0003 1 1 设用户访问级为标准级 P0004 0 7 命令和数字 I/O P0700 2 2 命令源选择“

13、由端子排输入”P0003 1 2 设用户访问级为扩展级 P0004 0 7 命令和数字 I/O*P0701 1 1 ON接通正转，OFF停止*P0702 1 2 ON接通反转，OFF停止*P0703 9 10 正向点动*P0704 9 11 反向点动 P0003 1 1 设用户访问级为标准级 P0004 0 10 设定值通道和斜坡函数发生器 P1000 2 1 由键盘（电动电位计）输入设定值*P1080 0 0 电动机运行的最低频率(Hz)*P1082 50 50 电动机运行的最高频率(Hz)*P1120 10 5 斜坡上升时间（s）*P1121 10 5 斜坡下降时间（s）P0003 1 2

14、 设用户访问级为扩展级 P0004 0 10 设定值通道和斜坡函数发生器*P1040 5 20 设定键盘控制的频率值 *P1058 5 10 正向点动频率(Hz)*P1059 5 10 反向点动频率(Hz)*P1060 10 5 点动斜坡上升时间（s）*P1061 10 5 点动斜坡下降时间（s）变频器参数设置 1.2.6 变频器运行操作变频器运行操作（1）变频器启动：在变频器的前操作面板上按运行键，变频器将驱动电动机升速，并运行在由 P1040 所设定的 20Hz 频率对应的560rmin 的转速上。（2）正反转及加减速运行：电动机的转速（运行频率）及旋转方向可直接通过按前操作面板上的键减少

15、键（/）来改变。（3）点动运行：按下变频器前操作面板上的点动键，则变频器驱动电动机升速，并运行在由 P1058 所设置的正向点动 10Hz 频率值上。当松开变频器前错做面板上的点动键，则变频器将驱动电动机降速至零。这时，如果按下一变频器前操作面板上的换向键，在重复上述的点动运行操作，电动机可在变频器的驱动下反向点动运行。（4）电动机停车：在变频器的前操作面板上按停止键，则变频器将驱动电动机降速至零。1.3 任务任务 3 变频器的模拟信号操作控制变频器的模拟信号操作控制 1.3.1 I/O 接线接线 输入 输出 正转 I0.0 正传指示灯 Q0.0 反转 I0.1 反转指示灯 Q0.1 正向点动

16、 I0.2 正向点动指示灯 Q0.2 1.3.2 变频器模拟信号控制接线图变频器模拟信号控制接线图 MM440 变频器模拟信号控制接线图 1.3.3 I/O 接线图接线图 1.3.4 梯形图程序梯形图程序 1.3.5 参数设置参数设置 设置模拟信号操作控制参数，模拟信号操作控制参数设置。参数号 出厂值 设置值 说明 P0003 1 1 设用户访问级为标准级 P0004 0 7 命令和数字 I/O P0700 2 2 命令源选择由端子排输入 P0003 1 2 设用户访问级为扩展级 P0004 0 7 命令和数字 I/O P0701 1 1 ON接通正转，OFF停止 P0702 1 2 ON接通

17、反转，OFF停止 P0003 1 1 设用户访问级为标准级 P0004 0 10 设定值通道和斜坡函数发生器 P1000 2 2 频率设定值选择为模拟输入 P1080 0 0 电动机运行的最低频率（HZ）P1082 50 50 电动机运行的最高频率（HZ）模拟信号操作控制参数模拟信号操作控制参数 1.3.6 变频器运行操作变频器运行操作（1）电动机正转与调速 按下电动机正转自锁按钮 SB1,数字输入端口 DINI为”ON”,电动机正转运行,转速由外接电位器 RP1 来控制,模拟电压信号在 010V之间变化，对应变频器的频率在050Hz 之间变化。当松开带锁按钮 SB1 时，电动机停止运转。（2

18、）电动机反转与调速 按下电动机反转自锁按钮 SB2，,数字输入端口 DIN2为”ON”,电动机反转运行,与电动机正转相同，反转转速的大小仍由外接电位器来调节。当松开带锁按钮 SB2 时，电动机停止运转。4.变频器速度由 PLC 的模拟量输出通道控制 将变频器上的 AIN+、AIN-端与 PLC 模拟量输出通道的 V和 AQM 端相连，用MOVW 指令将 032000 的数字量送入 AQW0，相当于在 AIN+、AIN-之间所加的模拟电压信号在 010V之间变化，从而控制变频器的频率在 050Hz 之间变化。二基础实训项目二二基础实训项目二 2.1 模拟量采集与数据处理的综合应用模拟量采集与数据

19、处理的综合应用 用扩展模块中的电位器模拟温度测量变送器，假设当温度是 0时，对应电位器输出 0V电压，假设当温度是 100时，对应电位器输出电压 10V。用 CPU 224XP 的模拟量输入通道采集电位器电压，进行标度变换，将转换后的温度值存储在变量存储器中，并在组态界面上显示出具体温度。2.1.1 IO 分配分配 输入 输出 A 温度 2.1.2 接线图接线图 2.1.3 梯形图程序梯形图程序 3.1.4 工作流程工作流程 2.1.5 调试结果调试结果 电压 AWI 温度值（）0V 0 0 4V 12864 39 6V 19248 60 8V 25648 80 10V 31728 99 2.

20、2 模拟量输出通道控制点动执行器模拟量输出通道控制点动执行器 用 PLC 模拟量输出通道控制电动执行器，执行器开度设置为 0%时，输出电压为0V，执行器开度为 100%时，输出电压 10V。执行器开度控制量的多少采用组态王软件输入，观察模拟量输出的数值，并用万用表测量输出电压值。2.2.1 接线图接线图 2.2.2 流程图流程图 2.2.3 组态王显示 2.2.4 调试步骤与结果调试步骤与结果 执行器开度 AQW 电压 0 0 0V 40%12800 4.027V 60%19200 6.024V 80%25600 8.023V 100%32000 10.016V 三综合型自主实训项目三综合型自

21、主实训项目 3.1 具体要求具体要求 1）在初始状态时，容器是空的，各阀门均关闭，低、中、高液位传感器为开关量，分别按动三个按钮来模拟液位情况。初始时所有传感器为 OFF 状态。当液面淹没时接通并保持闭合状态，相对应的指示灯 H、I、J 点亮。2）系统有手动和自动两种工作方式。当进入手动方式时，手动指示灯点亮，液体A阀门、液体 B阀门、混料泵 M、报警灯等均可以通过按动组各自的测试按钮进行点动调试。3）进入自动方式时，自动指示灯点亮，按下启动按钮，系统进入工作状态，系统电源指示灯点亮。5S 后开始工作，液体 A阀门 X1先打开，液体 A 流入容器，液位开始升高，当中液位传感器报警后，A阀门 X

22、1 关闭，打开液体 B阀门 X2，液体 B流入容器；当高液位传感器报警后，关 B阀门，混料泵电机 M 得电；搅拌 20S 后，混料泵关闭，出料泵开，混合液流出容器；低液位传感器报警后，出料泵继续开 10S，液体排空，此时报警灯按亮 2S、灭 1S 的规律闪烁 5 次，一个循环结束。在此过程中，若没有按动停止按钮，则 A 阀门再次打开，开始新一轮的循环。任何时候按下停止按钮，在当前工作周期结束后，才停止操作，电源指示灯熄灭。需要完成的容有：编写输入输出对照表,包括信号名称、外部元件号、部继电器号；绘制 PLC 外部接线图；绘制功能流程图；编写、调试梯形图或语序表。3.2控制要求 该溶液混合装置的

23、结构简图如图 3-1所示，该装置有三个液位传感器：J 为低液位传感器，I为中液位传感器，H为高液位传感器。当液位到达某传感器的位置时，该传感器就会发出 ON信号，若低于传感器位置时，传感器就变为 OFF 状态。该系统有三个电磁阀：Y1为注入 A液体电磁阀，Y2 为注入 B液体电磁阀，Y3为混合液体输出电磁阀，当电磁阀为 ON状态时，阀门打开；为 OFF 状态时，阀门就关闭，通过阀门的开和闭来实现液体的流入和流出。M 为搅拌电动机，当继电器线圈得电时，搅拌电动机运行；当继电器线圈失电时，搅拌电动机停止工作。该系统的初始状态为：起动搅拌器之前，容器是空的，各阀门关闭，液位传感器L、液位传感器 I、

24、液位传感器 H均为 OFF状态，搅拌电动机 M 也处于 OFF状态。3.3 I/O 接线接线 I/O接线是进行施工接线的主要参考，它决定了 PLC 各个接口的作用与接口的位置，好的 I/O分配能够使接线更加的简便。操作更加简洁。如图所示为该溶液混合装置控制系统的 I/O接线图。输 入 设 备 输 出 设 备 序 号 名 称 地 址 序 号 名 称 地 址 1 开始按钮 I0.0 1 X1 Q0.6 2 手动按钮 I0.1 2 X2 Q0.7 3 自动按钮 I0.2 3 H Q0.4 4 停止 I0.3 4 I Q0.3 5 J I0.4 5 J Q0.2 6 I I0.5 6 M Q2.1 7

25、 H I0.6 7 X3 Q1.1 8 X1(A)I0.7 8 报警灯 Q2.0 9 X2(B)I1.0 9 电源 Q0.5 10 M I1.1 11 X3 I1.2 12 报警 I1.3 13 电源 I1.4 14 启动 I1.5 I/O地址分配 3.4 I/O 接线图接线图 3.5 流程图流程图 3.6 PLC 编程编程 PLC 的编程有三种方法：经验法、图解法、顺序控制设计法。在本系统中，采用的是顺序控制设计法。所谓顺序控制设计法就是针对顺序控制系统的一种专门的设计方法。这种设计方法很容易被初学者接受，对于有经验的工程师，也会提高设计的效率，程序的调试、修改和阅读也很方便。PLC 的设计

26、者们为顺序控制系统的程序编制提供了大量通用和专用的编程元件，开发了专门供编制顺序控制程序用的功能表图，使这种先进的设计方法成为当前 PLC 程序设计的主要方法。对那些按动作的先后顺序进行控制的系统，非常适合使用顺序控制设计法进行编程。顺序控制法规律性很强，虽然编程相当长，但程序结构清晰、可读性。在用顺序控制设计法编程时，功能图是很重要的工具。功能图能够清楚地表现出系统各工作步的功能、步与步之间的转换顺序及其转换条件。3.6.1 复位环节复位环节 S0.1 对系统进行复位，I0.1 和 I0.2分别对应了手动模式和自动模式，只需要按下其中一个便可以切换到相应的模式。3.6.2 手动环节手动环节

27、S0.2 为手动模式，在此模式下 A阀门、B阀门、M 搅拌机、电源、报警等开关对应其显示灯点动触发，后面的停止键切换到 S0.1，手动按键切换至 S0.3。3.6.3 启动环节启动环节 按下启动按键 I1.5 运行程序。延迟 5s 后进入自动模式。3.6.4 自动程序自动程序 自动程序中的各个步骤在程序中表明了，其中的报警等闪烁使用了加法计数器。A阀门打开，中液位按下按钮，中液位亮。B阀门打开，A阀门关闭，高液位按钮按下后进入下一个步骤。B阀门关闭，搅拌机 M 工作 20s。搅拌机 M 关闭，X3 开始出混合液，低液位按钮按下进入下一个步骤。等待 10S 时间。报警等亮，并且闪烁 5次，并且如

28、果没按下停止，则回到以前自动状态开始下一个循环。3.6.5 停止环节停止环节 按下 I0.3回到复位步骤。3.7 调试步骤也结果调试步骤也结果 3.7.1 开始开始 按下开始按钮 I0.0，进入复位后，开始运行程。3.7.2 手动手动 按下手动按钮，手动指示灯 D1 亮，此刻各显示灯都是点动触发的，我们可以按下报警灯 I1.3不放，此时报警灯亮。3.7.3 自动自动 我按各步骤排列我按各步骤排列 按下自动按钮后再按下启动，电源灯亮，5s 后开始工作，此时 A阀门打开。按下 I按钮，到达中液位，A阀门关闭，B阀门打开。按下 H按钮，到达高液位，B阀门关闭，搅拌机 M 开始运行，运行 20s。搅拌

29、机 M 关闭，出液口 X3打开。按下 J 后，X3继续亮，10s 后熄灭。报警灯亮 2s，灭 1s，闪烁 5次后完成一个循环。按下停止按钮则进入复位，所有灯熄灭。3.8 组态王组态王 3.8.1 组态王的建立组态王的建立 打开组态王，建立工程，起名字液态混合。打开 COM1选用 P7-200系列的 USB，使得 PLC 与组态王建立联系。打开数据词典，建立 14个开关输入，和 9 个灯输出，其中开关要使用 MXX的模式，所以要建立 14个继电器。由于开关只有开与关闭 2个状态，灯也只有亮和灭两个状态，都可以用 1和 0 来表示，所以用 I/O离散。创建面板，将所有输入输出分开，并进行各自的捆绑

30、对应。3.8.2 手动模式图手动模式图 3.8.3 自动模式图自动模式图 四收获、体会四收获、体会 该控制系统的突出优点是在溶液混合装置工作的过程中，按下停止按钮后，该装置不会立即停止工作，必须待完成一个完整的循环后才能停车。这样的设计可以保证容器中两种液体严格按照确定的比例进行混合，为下道工序提供高质量的混合溶液。虽然在 PLC 的选型及应用程序的编制方面已充分考虑了系统工作的可靠性，以确保系统可以长期稳定高效率地工作。但在实际的设计过程中，由于缺乏实际工作的经验，可能没有完全预测到在实际生产过程中可能出现的突发情况，所以该系统的梯形图的编制还要根据实际的工况进行调整和完善。通过这次实践，我

31、对机电传动与控制这门课程有了更深层次的理解。为了高质量的完成这次课程设计，我认真的复习了课本中的电动机结构、类型与工作原理以及继电器接触器控制和 PLC 控制这些容。掌握了一些常用的继电器接触器控制电路，更深层次的了解了 PLC 的循环扫描工作方式：输入采样、程序执行、输出刷新。PLC在现代自动化控制领域中所占的比重越来越大，这次的设计过程与经验为自己以后独立进行相似自动化控制工程提供了依据，也将帮助自己在以后的设计过程中少走弯路。我觉得没有什么是唾手可得的，只有经历辛勤的汗水，才能让知识绽放出美丽的花朵。王老师的指导当然也是一个不可忽视的方面，让我明白了自己的不足，并马上改正，也让我能更好的独自完成自己的设计。此次机电传动控制课程设计是非常难得的一次理论与实践相结合的机会，通过这次对两种液体自动混合装置的 PLC 控制的设计使我摆脱了单纯理论学习的状态，和眼高手低的毛病。通过本次 PLC 的课程设计，使我了解到 PLC 的重要性，所以我会继续学习 PLC，使得自己更加有能力。五参考文献五参考文献 1 王宗才.机电传动与控制.：电子工业，2011.6 2 邓星钟.机电传动控制.：华中科技大学，2007 3 周宏甫.机电传动控制.：化学工业，2006 4 王永华.现代电气控制及 PLC 应用技术.第四版.航空航天大学.2016.8.