液体混合PLC控制系统设计.doc

学 号： 2011133308课 程 设 计题 目液体混合PLC控制系统设计学 院计算机科学与信息工程学院班 级2011级自动化3班学 号 学生姓名指导教师刘宵惠2014年5月29日液体混合PLC控制系统设计2011级自动化三班 摘要在上世纪60年代末PLC的出现，便以其独特的优点得到迅速地发展和普及，并在冶金、机械、纺织、轻工、化工等众多行业中取代了传统的继电器控制。掌握可编程序控制器的工作原理，具备设计、调试和维护可编程序控制器控制系统的能力，已经成为现代工业对电气技术人员和相关工科学生的基本要求。将PLC用于多种液体混合控制系统，对于学习和在工业上的应用，尤其是在化工工业上的应用显得非常的重要。设计以三种液体混合控制系统为例，根据设计要求对其硬件系统组成、软件系统设计和整个系统的整合调试等有关设计及制作过程做简单的介绍和说明，以阐述PLC在多种液体混合控制系统中应用。同时，设计采用欧姆龙公司的CPM1A系列机型进行了控制系统的PLC程序设计。关键词：多种液体，混合装置，自动控制一、设计目的 通过四种液体混合PLC控制系统设计，使学生进一步熟悉有关PLC电气控制的理论知识，PLC的结构、组成、工作原理，掌握根据控制要求用PLC进行控制系统设计及控制程序设计方法和步骤，培养同学们的工程意识的工程实践能力。二、方案设计 1.方案设计内容及要求 （1）按下启动按钮，电磁阀YV1和YV2同时为ON，液体A和液体B同时注入罐中。当液面高度达到H3时，液体检测传感器H3为ON，电磁阀YV1和YV2同时为OFF，液体A和液体B同时停止注入。 （2）磁阀YV3和YV4同时为ON，液体C和液体D同时注入罐中。当液面高度达到H4时，液体检测传感器H4为ON，电磁阀YV3和YV4同时为OFF，液体C和液体D同时停止注入。 （3）启动搅拌机M，搅拌液体5s后M停止，同时加热器RY通电、温控仪TE通电，N，开始加热液体并进行温度检测，经30s加热器RY和温控仪TE断电；或加热到60C时，温控仪输出控制信号使PLC自动切断加热器电源，发出超温报警信号。此时需由人工停止报警并转入下一工序。 （4）磁阀YV5打开，放出加热后的混合液体，H4先为OFF，再H3为OFF；经6s后罐中液体放空，电磁阀YV5为OFF，TE为OFF。 （5）当磁阀YV5为OFF时，电磁阀YV1和YV2同时为ON，液体A和液体B同时注入罐中，循环上述14的控制过程，用计数器记录循环2次后，停止循环控制。 （6）按下停止按钮，系统停止工作。 （7）应设计出硬件系统接线图。 2.总体设计方案本方案控制对象电动机由按钮完成启停控制。液体混合罐包含四个液位测定，具有四种种液体加液、搅拌、加热、排出、报警功能。液位检测传感器H3、H4，当被液体淹没时接通，四种液体的流入与混合后流出的液体分别由电磁阀YV1、YV2、YV3、YV4、YV5控制，M为搅拌电动机，RY为加热器，TE为温度传感器。液体混合罐控制系统示意图如下图所示液体A YV1 YV3 液体C液体BYV2 YV4液体DH3H4H1H2温度传感器TE加热器RYYV5 搅拌机M 放混合液体启动停止方案采用基本指令定时器指令和保持指令。系统以欧姆龙公司的CPMA系列小型机为对象，程序对应液体混合罐控制的启动、运行、加热、停止等多种状态操作，并设计了控制流程图、梯形图。3、 PLC型号选择 PLC的性能 CPM1A输入输出规格输入单元000009CH输入阻抗：IN0000000002为2K，其它为4.7 K输入电压：DC24V+10%、-15% ON电压：最小 DC14.4V OFF电压:最大 DC5.0V ON及OFF响应时间(IN0000000002作为高速计数器使用时除外):1128m以 下可选,缺省为8 m IN0000000002作为高速计数器使用时响应时间：200左右（可满足高计 数频率单相5KHZ、两相2.5KHZ）的要求 IN0000300006作为中断输入时响应时间为0.3 m以下(从输入ON开始到执行中断处理子程序为止的时间)输入单元是可以把外部输入设备的信号直接取到PLC内部的继电器，当CPU及输入单元装入时，方有输入继电器的动作。输入继电器可以作为程序中的接点或通道数据使用。在程序中继电器号的顺序及常开/常闭接点的使用次数是没有限制的，但要注意：请不要对输入继电器的号数使用输出命令。 输出单元010019CH断电器输出型：最大开关能力AC250V/2A DC24V/2A 公共端4A 最小开关能力DC5V、10mA 继电器寿命：电气寿命：阻性负载30万次 感性负载10万次 机械寿命：2000万次 ON响应时间：15mS以下 OFF响应时间：15 mS以下晶体管输出型：最大开关能力：24VDC+10% -15% 300 mA 最小开关能力：10 mA ON响应时间：0.1 mS以下 OFF响应时间：1 mS以下输出单元可以把PLC内部程序执行结果送到外部。输出点在程序中，可以作为继电器线圈接点及通道数据使用：在程序中输出继电器的号数使用顺序、常开/常闭接点的使用次数均没有限制。在编程过程中注意不要对同一个输出继电器重复使用两次输出命令。 因此CMP1A型号满足设计需求 四、电器元件说明QS：低压隔离器，主要用于电气线路中隔离电源，也可作为不频繁地接通和分断空载电路或小电流电路之用。QF：低压断路器，用于不频繁接通、分断线路正常工作电流，在电路中流过故障电流时（短路、过载）能自动将故障电路或用电设备从电网切除。低压断路器是用于交流电压1200V、直流电压1500V及以下电压范围的断路器，是低压配电系统中的主要配电电器元件。低压断路器主要用于保护交、直流低压电网内用电设备和线路，使之免受过电流、断路、欠电压等不正常情况的危害，同时也可用于不频繁起动的电动机操作或转换电路。FR：热继电器，是一种保护电器，专门用来对过载及电源断相进行保护，以防止电动机因故障导致过热而损坏。FU：低压熔断器，串联于电路中，当过载或短路（主要用于短路）电流通过熔体时，因其自身发热而熔断，从而分断电路。KM：外部辅助接触器，用于辅助PLC对外部设备的控制工作。增加辅助接触器，另考虑到实际生产中便于实现单台PLC同时控制多台混合装置。M：搅拌电动机。YV：电磁阀线圈。五、PLC I/O点分配及外部硬件接线图1. I/O点分配在绘制PLC外部接线图之前，我们需要对要用到的I/O点进行地址分配，以明确PLC芯片I/O接口以及有助于后面要进行的PLC程序设计。根据三种液体混合控制系统的控制要求，我们可以得出控制系统的PLC控制输入量：启动按钮SB2、停止按钮SB3、液面传感器H3、液面传感器H4、温度传感器TE；控制输出量：电动机M、电磁阀YV1、电磁阀YV2、电磁阀YV3、电磁阀YV4、电磁阀YV5。并对它们进行I/O点分配，如下表所示为控制系统I/O点分配表。控制系统I/O点分配表输 入输 出启动按钮SB20000电磁阀YV11000停止按钮SB30001电磁阀YV21001液面传感器H30002电磁阀YV31002液面传感器H40003电磁阀YV41003温度传感器TE0004 电磁阀YV51004转入下一步0005 搅拌机 1005 加热器RY1006报警器10072. PLC外部硬件接线图3. 主电路图六、控制流程图否TV1&TV2按下启动按钮开始液位达到H3 停止A与B液体注入 否TV3&TV4液位达到H4否 停止C与D液体注入打开搅拌机M 定时器工作5S关闭M，RY通电,TE通电RY断电发出报警30s后或30s内达60度60度人工停止报警RY与TE断电 打开YV5H4与H3先后断电定时器工作6SYV1与YV2通电TE与YV5断电计数器加1计数2次停止七、程序梯形图八、程序及操作说明 按下启动按钮SB2，电磁阀YV1和YV2同时为ON，液体A和液体B同时注入罐中。当液面高度达到H3时，液体检测传感器H3为ON，电磁阀YV1和YV2同时为OFF，液体A和液体B同时停止注入。 磁阀YV3和YV4同时为ON，液体C和液体D同时注入罐中。当液面高度达到H4时，液体检测传感器H4为ON，电磁阀YV3和YV4同时为OFF，液体C和液体D同时停止注入。 启动搅拌机M，搅拌液体5s后M停止，同时加热器RY通电、温控仪TE通电，开始加热液体并进行温度检测，经30s加热器RY和温控仪TE断电；或加热到60C时，温控仪输出控制信号使PLC自动切断加热器电源，发出超温报警信号。此时需由人工停止报警并转入下一工序。 磁阀YV5打开，放出加热后的混合液体，H4先为OFF，再H3为OFF；经10s后罐中液体放空，电磁阀YV5为OFF，TE为OFF。 当磁阀YV5为OFF时，电磁阀YV1和YV2同时为ON，液体A和液体B同时注入罐中，循环上述14的控制过程，用计数器记录循环2次后，停止循环控制。按下停止按钮SB3，系统停止工作。参考文献1 倪远平. 现代低压电器及其控制技术. 重庆大学出版社，2013.7 2 邹金慧，陈乐庚，韦寿祺. 可编程控制器及其系统. 重庆大学出版社，2012.11附录1 主要元器件清单序号元器件名型号数量1PLC欧姆龙CPM系列主机CPM1A12PC机13液位传感器SL1-324液位电磁阀YV1-355接触器KM16开/停车按钮SB2-327蜂鸣器LZQ-2724B18PTC加热板200W/220V19Pt100温度传感器-4085110导线若干序号姓名成员任务1卫飞润组长I/O分配表，I/O接线图，实验接线2张喆组员PLC梯形图程序的编写，程序及操作说明3余清军组员主电路图及控制流程图的绘制，电器原件明细表的汇总4吕晨霄组员PLC设计的控制要求的分析、电器原件说明及资料收集，实验报告的汇总附录2 小组成员总任务划分情况实验心得本次PLC课程设计实验，前期准备中我主要负责实验I/O口的分析并对各项输入、输出接口做出具体的分配然后画出I/O口接线图；在实验调试时，我则主要负责实验接线。本次试验是我们大学里继单片机课程设计之后的第二次课程设计，有了上次的设计经验之后，本次设计实验相对就顺畅很多。与上次的蛮目不同，这次我积极地参与进实验，熟读课本，查阅资料，与同学讨论，在实验中贡献了自己的力量。因为是课程设计，熟读课本是必须的。现代低压电器及其控制技术和可编程控制器及其系统中继电器、传感器、电磁阀等器件作为输入输出口。掌握其特性是必须的。实验中液位感应、温度感应用传感器比较合适，液体的输出开关则用电磁阀。在确定了输入输出器件后，I/O口的具体分配就很简单了，实验调试时的接线也就自然没问题了。在这两周的课程设计中，我们大致按照老师给定的进度完成设计。第一阶段完成方案的确定，实验I/O接线图、主电路图实验流程图的的绘制等；第二阶段则完成实验的调试。作为小组组长，在实验中我合理安排大家的工作，在遇到困难时组织大家讨论或者向班级其他同学讨教，共同解决问题。终于在大家的共同努力下，我们完成了实验任务。课程设计是对课本知识和实践能力的综合考察，熟读课本，只能掌握理论知识，在实验中我们还是遇到了很多问题，比如程序梯形图的编写，我们经过好几次调试还是不能和实验要求完全符合，在反复参考平时实验中液体混合搅拌这个实验的程序梯形图后，我们终于把程序修改地完全符合实验要求。