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课 程 设 计（报告） 设计(报告)题目： 液体混合装置的PLC控制系统设计 学生姓名： 指导教师： 高 峰 二级学院： 专业：电气工程及其自动化 班级： 学号： 金陵科技学院课程设计报告 目录目 录摘 要01 绪 论11.2.1可编程控制器多种液体自动混合控制系统的特点11.2.2本系统采用PLC是基于以下两个原因： 12 系统总体方案设计22.1 实验目的22.2 实验设备22.3 PLC的系统选型22.4 液体自动混合系统的控制要求33 液体混合装置的控制的软件设计43.1 液体混合程序流程图43.2 两种液体混合装置的输入/输出分配53.2.1控制系统的I/O点分配53.2.2 PLC的I/O接线图53.3液体混合装置的结构示意图53.4程序设计梯形图63.4.1程序图63.4.2过程叙述分析94系统调试及结果分析94.1系统调试94.2结果分析105系统常见故障分析及维护105.1PLC的IO端口系统故障分析及处理105.2PLC主机系统内部故障分析及处理106结论117参考文献111金陵科技学院课程设计报告 摘要液体混合装置的PLC控制系统设计摘 要可编程控制器简称PLC，是近年来一种发展极为迅速。应用极为广泛的工作控制装置。它是一种专为工业环境应用而设计的数字运行的电子系统，它采用可编程的存储器，用来存储用户指令，通过数字或模拟的输入/输出完成确定的逻辑顺序、定时、记数、运算和一些确定的功能来控制各种类型的机械或生产过程。由于PLC的性能优越，兼具计算机的功能完备，灵活性强，通用性好喝继电接触器控制简单易懂，维修方便等优点，形成以微电脑为核心的电子控制设备。可编程控制技术在世界上已广泛应用，成为自动化系统中的基本电控装置。PLC在现代工业生产和实际生活中有着广泛的应用，由于可编程控制器（PLC）具有编程梯形图语言易学易懂、控制灵活方便、抗干扰能力强、运行稳定可靠等特点，在现代的工业自动化生产控制多采用可编程控制器来实现。本文首先介绍PLC的产生和发展及应用，以及它的基本功能和特点。然后鉴于PLC的原理及其优越性，应用PLC控制液体的自动混合，该程序可进行单周期或连续工作，正常工作时，至少完成一个周期，该程序具有一定的防止误动作能力。本论文从硬件设计、软件设计等多方面进行分析，对西门子S7-200的应用有一定的指导意义。关键词：可编程控制器PLC；液体混合装置；DesignofliquidmixingcontrolsystembasedonPLCABSTRACTProgrammablelogiccontrolleriscalledPLCforshort.Itdevelopsfastly,andhasawideuseasindustricialcontrollingdevice.Itisaelectronicsystemwhichoporatesdigitally,anditisdesignedforindustrialenviromentapplication.Thememoryitadoptsisprogrammable,anditstoresuserinstruction.Throughthedigitaloranologinput/output,PLCcanwokbysetlogicsequence,cantime,cancount,canoperate,andcancompleteotherelsefunctions.Soitcancontrolallkindsofmechanicalprocejuresandproductionprocejures.Becauseofitshighperformance,mutiplefunctionslikeacomputer,highflexibility,goodcommonality,simpleandpellucidrelay-contactorcontrolling,easymantainaceandotherelsemerits,peoplebegintotakemicrocomputeasthecorecontrolletocontroltheelectronicequipment.PLCwaswidelyusedallaroundtheworld.Owingtoitseasy-to-learnandeasy-to-undersdandladderdiagramprogrammablelanguge,flexibleandconvenientcontrollingmethods,goodcapacityofresistingdisturbance,reliableoperaionandsoonfeatures,PLCisextensivelyusedinindustricialautomaticproduction.Thispassagefirstlyintroducestheproduction,thedevelopmentofProgrammableLogicController(CalledPLCforshort),anditsbasicfunctionandcharacteristics.Accordingtoitsmainprincipleandexcellentquality,wecanusePLCtocontrolthemixingoftwokindsofliquid.Thiscontrollingprosesscanmakeasinglecircleorcircleinsuccession,Atworktime,itcanfinishonecircleatleast.Thisprocedurealsohastheabilityofpreventingbadmoving.Thispassageintroducesthedesignofhardware,thedesignofsoftwareandthedesignofsupervisorycontrolusingthekingofconfiguration.ThiswillbehelpfulforthestudyingofthesimensS7-200.KEYWORDS:PLC,Liquidmixingdevice金陵科技学院课程设计报告 绪论1 绪 论1.1课题背景随着科技的发展，PLC的开发与应用把各国的工业推向自动化、智能化。强大的抗干扰能力使它在工业方面取代了微型计算机，方便的软件编程使他代替了继电器的繁杂连线，灵活、方便，效率高。可编程控制器（PLC）是采用微机技术的通用工业自动化装置，近几年来，在国内已得到迅速推广普及。PLC正改变着工厂自动控制的面貌，对传统产业的技术改造、发展新型工业具有重大的实际意义。但PLC发展很快，国外PLC产品更新换代更是如此。可编程控制器的结构多种多样，但其组成的一般原理基本相同，都是以微处理器位核心的结构，其功能的实现不仅基于硬件的作用，更要靠软件支持，实际上可编程控制器就是一种新型的工业控制计算机HITECH。本次设计主要是对两种液体混合搅拌机PLC控制系统的设计，在设计中针对控制对象：三个传感器监视容器液位，设三电磁阀控制液体A、B输入与混合液体输出液位，设搅拌电机M。搅拌机是一种将两种或多种以上材料搅拌混合的系统，对搅拌机的控制，关系到产品的质量。本设计采用德国西门子S7系列S7-200PLC以液体混料控制系统为中心，从控制系统的硬件系统组成，软件选用到系统的设计过程（包括设计方案、设计流程、设计要求、梯形图设计、外部连接通信等），以及组态王监控设计，旨在对其中的设计及制作过程做简单的介绍和说明1.2PLC的特点及优点1.2.1可编程控制器多种液体自动混合控制系统的特点：1）系统自动工作；2）控制的单周期运行方式；3）由传感器送入设定的参数实现自动控制；4）启动后就能自动完成一个周期的工作，并循环。1.2.2本系统采用PLC是基于以下两个原因：1）PLC具有很高的可靠性，通常的平均无故障时间都在30万小时以上；2）编程能力强，可以将模糊化、模糊决策和解模糊都方便地用软件来实现。根据多种液体自动混合系统的要求与特点，我们采用的PLC具有小型化、高速度、高性能等特点，可编程控制器指令丰富，可以接各种输出、输入扩充设备，有丰富的特殊扩展设备，其中的模拟输入设备和通信设备是系统所必需的，能够方便地联网通信。11金陵科技学院课程设计报告 2 系统总体方案设计2.1 实验目的（1）结合多种液体自动混合系统，应用PLC技术对化工生产过程实施控制；（2）学会熟练使用PLC解决生产实际问题。2.2 实验设备（1）计算机（编程器）1台；（2）实验装置（含S7-20024点CPU）1台；（3）多种液体自动混合实验模板1块；（4）连接导线若干2.3 PLC的系统选型S7-200系列在集散自动化系统中充分发挥其强大功能。使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测，自动化控制有关的工业及民用领域，包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等等。如：冲压机机床，磨床，印刷机械，橡胶化工机械，中央空调，电梯控制，运动系统。S7-200系列PLC可提供4个不同的基本型号的8种CPU供您使用。（1）CPU单元设计 集成的24V负载电源：可直接连接到传感器和变送器（执行器），CPU 221，222具有180mA输出， CPU 224，CPU 224XP，CPU 226分别输出280，400mA。可用作负载电源。（2）不同的设备类型。CPU 221226各有2种类型CPU，具有不同的电源电压和控制电压。（3）本机数字量输入/输出点。CPU 221具有6个输入点和4个输出点，CPU 222具有8个输入点和6个输出点，CPU 224具有14个输入点和10个输出点，CPU 224XP具有14个输入点和10个输出点，CPU 226具有24个输入点和16个输出点。（4）本机模拟量输入/输出点。CPU 224XP具有2个输入点，1个输出点。（5）中断输入。允许以极快的速度对过程信号的上升沿作出响应。（6）高速计数器。CPU 221/222 4个高速计数器（30KHz），可编程并具有复位输入，2个独立的输入端可同时作加、减计数，可连接两个相位差为90的A/B相增量编码器。CPU224/224XP/226。6个高速计数器（30KHz），具有CPU221/222相同的功能。CPU 222/224/224XP/226。2.4 液体自动混合系统的控制要求由实验面板图可知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阀门与混合液阀门由电磁阀YV1、YV2、YV3控制，M为搅动电机，控制要求如下：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20秒将容器放空后关闭。启动操作:按下启动按钮SB1，装置就开始按下列约定的规律操作：液体A阀门打开，液体A流入容器。当液面到达SL2时，SL2接通，关闭液体A阀门，打开液体B阀门。液面到达SL1时，关闭液体B阀门，搅动电机开始搅动。搅动电机工作6秒后停止搅动，混合液体阀门打开，开始放出混合液体。当液面下降到SL3时，SL3由接通变为断开，再过2秒后，容器放空，混合液阀门关闭，开始下一周期。停止操作:按下停止按钮SB2后，在当前的混合液操作处理完毕后，才停止操作（停在初始状态上）。实验面板图金陵科技学院课程设计报告 3 液体混合装置的控制的软件设计3.1 液体混合程序流程图3.2 两种液体混合装置的输入/输出分配3.2.1控制系统的I/O点分配输入SB1SL3SL2SL1I0.1I0.2I0.3I0.4输出YV1YV2YKMYV3Q0.1Q0.2Q0.3Q0.43.2.2 PLC的I/O接线图3.3液体混合装置的结构示意图3.4程序设计梯形图3.4.1程序图主程序： INT0：INT1：INT2：3.4.2过程叙述分析在上述原理说明的基础上，通过PLC的自由口通信模式对其实现了自启动自运行及复位的功能。设置时将启动按钮SB1输入给VB101.1;M0.2为低液位传感器，M0.3为中液位传感器，M0.4为高液位传感器，他们都传送给VB102；将输出量送入VB201；设置每次接收到的数据为一个字节。启动时在串口中输入02 00 0A，首先 Q0.4亮对装置先进行清空处理，串口传送回来的数据为01并在放水过程中不断的回发该数据给控制人员传送信息。我们设定这个时间为三秒。三秒到后，放水阀关闭自动跳转到Q0.1放入A液体，此时回收到的数据会发生变化为02，进水的时间由传感器进行控制，当A液体的高度达到中位传感器SL2时，SL2传感器会作用关闭A液体，开始打开B液体Q0.2的电磁阀。此时串口上传来的数据变为04一直在不断的刷新。当液体高度达到SL1高位时，传感器继续监测关闭B进水阀，打开搅拌机Q0.4，此时串口传回来的数据为1C。给搅拌机定时，当定时时间到，搅拌机停止工作，混合液放水阀Q0.3打开，此时串口上传回来的数据为0C。当装置内的液体下降到SL3低位传感器时，再定时5S时间将装置内的液体放完。然后又继续开始的工作，如此重复循环。应当注意的是：在自由口模式下对混合液体装置进行操作时，我们只需送出一个启动数据来控制操作的开始，此后的每一步操作都是由装置内传感器和定时器进行监测控制工作过程。并且在操作时，串口上传送过来的数据是在一直不断进行刷新的，以便于操作人员清楚任一时间时的工作状态，随时进行控制。4系统调试及结果分析4.1系统调试运用调试程序进行系统静调。模拟两种液体混合装置的操作过程，对控制程序作一些改动，使之变成可连续运行的调试程序。具体作法如下：设PLC进入运行方式后：准备完善后，输入启动数值启动装置，Q0.3的指示灯亮，混合液放水阀门打开，串口上传送回来的数值为08；放水完毕后，自动打开A阀门，Q0.4灭，Q0.1亮，串口输出为02；一段时间后，液面上升到位置SL2，Q0.1的指示灯灭，Q0.2的指示灯亮放B液体，串口输出为04；一段时间后，液面上升到SL1位置，Q0.2的指示灯灭，Q0.4的指示灯亮进行搅拌串口输出为10；一段时间后，Q0.4的指示灯灭，Q0.3的指示灯亮放出混合液，串口输出为08；一段时间后，液面低于SL3位置，在经过6S时间后，当前操作周期结束，自动进入下一个操作周期。在系统运行过程中，输入一个复位信号00 00 0A时，所有运行立即结束。调试结束。4.2结果分析基于以上设计与调试，两种液体混合装置的系统设计基本结束。测试结果满足课题给定要求。5系统常见故障分析及维护统故障一般指整个生产控制系统失效的总和，它又可分为PLC内部故障和现场生产控制设备的外部故障两部分。PLC系统包括中央处理器、主机箱、扩展机箱、I/0模块及相关的网络和外部设备。5.1PLC的IO端口系统故障分析及处理PLC最大的薄弱环节在I/0端口。PLC的技术优势在于其I/O端口，在主机系统的技术水平相差无几的情况下，I/O模块是体现PLC性能的关健部件，因此它也是PLC损坏中的突出环节。要减少I/O模块的故障就要减少外部各种干扰对其影响，首先要按照其使用的要求进行使用，不可随意减少其外部保护设备，其次分析主要的干扰因素，对主要干扰源要进行隔离或处理。5.2PLC主机系统内部故障分析及处理目前PLC的主存储器大多采用可擦写ROM，其使用寿命除了主要与制作工艺相关外，还和底板的供电、CPU模块工艺水平有关。而PLC的中央处理器目前都采用高性能的处理芯片，故降率已经大大下降。PLC主机系统容易发生故障的地方一般在电源系统，电源在连续工作，散热中，电压和电流的波动冲击是不可避免的。系统总线的损坏主要由于现在PLC多为插件结构，长期使用插拔模块会适成局部印刷板或底板、接插件接口等处的总线很坏，在空气温度变化，湿度变化的影响下，总线的塑料老化、印刷线路的老化、接触点的氧化等都是系统总线损耗的原因。所以在系统设计和处理系统故障的时候要考虑到空气、尘埃、紫外线等因素对设备的破坏。对于PLC主机系统的内部故障的预防及处理主要是提高集中控制室的管理水平，加装降温描施，定期除尘，使PLC的外部环境符合其安装运行要求；同时在系统维修时，严格按照操作规程进行操作，