电控与PLC课程设计报告-多液体混合控制系统

.山东交通学院电控与PLC课程设计报告院(部)别 信息科学与电气工程学院 班 级 电气 学 号 姓 名 指导教师 时 间 2017.12.11-2017.12.22 Word资料.课 程 设 计 任 务 书题 目 多液体混合控制系统 学 院 信息科学与电气工程学院 专 业 电气工程及其自动化 班 级 电气 学生姓名 学 号 12 月 11 日至 12 月 22 日 共 2 周指导教师(签字) 院长(主任) (签字) 2017 年 12月 20 日 Word资料.一、 设计内容及要求1基础题1.1天塔之光1.2PLC控制电机正反转2组合题 PLC 实现多液体自动混合控制2.1总体控制要求：如面板图所示，本装置为三种液体混合模拟装置，由液面传感器SL1、SL2、SL3，液体A、B、C阀门与混合液阀门由电磁阀YV1、YV2、 YV3、YV4，搅匀电机M，加热器H，温度传感器T组成。实现三种液体的混合，搅匀，加热等功能。三相异步电动机与搅拌电机同步运转、停止。 2.2打开“启动”开关，装置投入运行时。首先液体A、B、C阀门关闭，混合液阀门打开10秒将容器放空后关闭。然后液体A阀门打开，液体A流入容器。当液面到达SL3时，SL3接通，关闭液体A阀门，打开液体B阀门。液面到达SL2 时，关闭液体B阀门，打开液体C阀门。液面到达SL1时，关闭液体C阀门。 2.3搅匀电机开始搅匀、加热器开始加热。当混合液体在7秒内达到设定温度，加热器停止加热，搅匀电机工作7秒后停止搅动；当混合液体加热7秒后还没有达到设定温度，加热器继续加热，当混合液达到设定的温度时，加热器停止加热，搅匀电机停止工作。2.4搅匀结束以后，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，再经过N秒，容器放空，混合液阀门关闭，开始下一周期。 2.5关闭“启动”开关，在当前的混合液处理完毕后，停止操作。2.6数码管显示加热器加热时间。2.7PLC 某DA输出端，每个3V，循环输出1V、3V、5V。2.8N 秒由某电压值决定，当电压大于零小于2V时，N=2，当电压值大于2V小于10V时，N=4。2.9TP7OO 同步具有相应的启动、停止、传感器状态、指示灯状态等等2、 设计原始资料S7-1200PLC实验平台、PC机、PLC课程设计指导书、西门子S7-1200编程与应用3、 设计完成后提交的文件和图表硬件示意图；端子分配图；设计程序；设计中遇到的问题，解决方法；实验结果；设计心得。4、 进程安排资料查阅与学习讨论；设计及调试；成果验收及答辩。 5、 主要参考资料1 刘华波、刘丹、赵岩岭、马艳、山炳强，西门子S7-1200PLC编程与应用，机械工业出版社 2015. Word资料.目 录摘 要- 1 -一、基础题- 2 -1. 1天塔之光- 2 -1.1.1设计要求- 2 -1.1.2设计思路- 2 -1.1.3部分程序梯形图- 3 -1.2PLC控制电机正反转- 4 -1.2.1设计要求- 4 -1.2.2设计思路- 4 -1.2.3电路接线图- 5 -1.2.4程序梯形图- 5 -二、组合题 PLC 实现多液体自动混合控制- 6 -2.1设计要求- 6 -2.2设计思路及流程图- 6 -2.3 实验器材- 7 -2.4 I/O分配- 8 -2.5 程序梯形图- 8 -2.6 设计中遇到的问题，解决方法- 12 -2.7实验效果图- 13 -三、课程设计总结- 14 -参 考 文 献- 14 - Word资料.摘 要本课程设计为基于PLC的多种液体混合控制系统，是以控制三种液体的混合装置为例，将三种液体按一定比例混合，在电动机搅拌后并加热到一定的温度才能将混合的液体排出装置，并形成自动循环状态。多种液体混合控制系统的设计考虑到其动作的连续性以及各个被控设备之间的相互关联性，针对不同的工作状态，进行相应的动作控制输出，从而实现多种液体混合控制系统从第一种液体加入到混合完成排出为一个在周期的控制程序。此次课程设计报告以多种液体混合控制系统为中心,对设计要求、设计流程、IO口分配以及梯形图设计等做出了详细的报告。此次设计采用西门子公司的S7-1200系列PLC去实现设计要求。关键词 PLC 多液体混合控制 西门子 Word资料.一、基础题1. 1天塔之光1.1.1设计要求(1) 依据实际生活中对天塔之光的运行控制要求，运用可编程控制器的强大功能，实现模拟控制。 (2) 闭合“启动”开关，指示灯按以下规律循环显L1L2L3L4L5L6L7L8L1L2、L3、L4L5、L6、L7、L8L1L2、L3、L4L5、L6、L7、L8L1L2、L3、L4L5、L6、L7、L8L1L1、L2L1、L3L1、L4L1、L8L1、L7L1、L6L1、L5L1、L2、L8L1、L3、L7L1、L4、L6L1、L2、L3、L4L1、L5、L6、L7、L8L1、L2、L3、L4、L5、L6、L7、L8L1。(3) 关闭“启动”开关，天塔之光控制系统停止运行。 (4) 要求触摸屏画上灯后同步显示。1.1.2设计思路(1) 打开启动开关，启动保持型接通延时定时器，即TONR定时器，将ET端子数据存储在某一区域。(2) 利用比较指令，按题目要求，分别在规定时间段控制各个小灯的亮灭。(3) 达到规定时间，使定时器复位重新计数，从而达到程序循环运行。(4) 绘制跟画面，并为其分别赋予IO变量，使其与实物装置同步显示。1.1.3部分程序梯形图1.2PLC控制电机正反转1.2.1设计要求利用 PLC 实现对电机的正反转控制，要求有启动、停止按钮。系统启动后，可以通过按钮分别控制电机正、反转，并且要延时15S切换。例如系统正转时，按下反转按钮后，电机延时 15S后反转启动。1.2.2设计思路(1) 通过启动开关和几个常闭开关，在打开启动开关后使电机正转输出端子得电从而控制电机正转，并使电机正转自锁。(2) 打开反转按钮，使反转程序接通，并关断正转程序，经5S延时接通定时器，使电机反转输出端子得电，控制电机反转。(3) 关断电机反转按钮，使电机正转输出端子经5s延时接通定时器后得电从而再次控制电机正转。1.2.3电路接线图1.2.4程序梯形图二、组合题 PLC 实现多液体自动混合控制2.1设计要求(1) 总体控制要求：如面板图所示，本装置为三种液体混合模拟装置，由液面传感器SL1、SL2、SL3，液体A、B、C阀门与混合液阀门由电磁阀YV1、YV2、 YV3、YV4，搅匀电机M，加热器H，温度传感器T组成。实现三种液体的混合，搅匀，加热等功能。三相异步电动机与搅拌电机同步运转、停止。 (2) 打开“启动”开关，装置投入运行时。首先液体A、B、C阀门关闭，混合液阀门打开10秒将容器放空后关闭。然后液体A阀门打开，液体A流入容器。当液面到达SL3时，SL3接通，关闭液体A阀门，打开液体B阀门。液面到达SL2 时，关闭液体B阀门，打开液体C阀门。液面到达SL1时，关闭液体C阀门。 (3) 搅匀电机开始搅匀、加热器开始加热。当混合液体在7秒内达到设定温度，加热器停止加热，搅匀电机工作7秒后停止搅动；当混合液体加热7秒后还没有达到设定温度，加热器继续加热，当混合液达到设定的温度时，加热器停止加热，搅匀电机停止工作。(4) 搅匀结束以后，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，再经过N秒，容器放空，混合液阀门关闭，开始下一周期。 (5) 关闭“启动”开关，在当前的混合液处理完毕后，停止操作。(6) 数码管显示加热器加热时间。(7) PLC 某DA输出端，每个3V，循环输出1V、3V、5V。(8) N 秒由某电压值决定，当电压大于零小于2V时，N=2，当电压值大于2V小于10V时，N=4。(9) TP7OO 同步具有相应的启动、停止、传感器状态、指示灯状态等等2.2设计思路及流程图(1) 打开“启动”开关，经10s的接通延时定时器，关闭排液阀，同时打开阀门A通入A液体，再根据液面传感器，利用复位指令依次打开或关闭B阀门和C阀门。(2) 当所有液体流入装置以后达到指定液面，SL1液面传感器得电，关闭C阀门，同时打开电机和加热器进行加热搅拌，由数码管记录加热时间。数码管功能通过给加计数器一个1Hz的脉冲并且由“MOVE”指令移位来实现。(3) 当加热器加热到要求的温度，温度传感器T得电，此时将加热器复位来关闭加热器，同时由7s接通延时定时器控制电机复位停止搅拌并且打开排液阀进行排液。(4) 通过加计数器、“MOVE”指令以及比较指令控制PLC的DA输出端按要求间隔3s循环输出1、3、5V电压。其电压输出值由“MOVE”指令实现。例如当IN端输入值为2765时输出电压为1V。再由此DA端输出电压和比较指令，决定排液阀排液2s后关断还是排液4s后关断。(5) 当排液阀关断，系统自动运行下一个周期。其中，“启动”开关只控制第一个程序段，若中途关闭开关，需要经装置处理完所有液体后系统才会完全停止运行。(6) 最后处理TP700面板，绘制跟画面图，并且赋予各个位置IO变量，设置其动画，使其与装置同步显示。启动排液注入液体ASL3=1?注入液体BSL2=1?注入液体CSL1=1?加热搅拌T=1?排液NYNNNYYY设计流程图2.3 实验器材(1) S7-1200PLC实验台；(2) PC机；(3) 导线；(4) 8P以太网线通讯编程电缆；(5) 万用表。2.4 I/O分配序号PLC地址（PLC端子）电气符号（面板端子）功能说明1I0.1SD启动2I0.2SL3液位传感器SL33I0.3SL2液位传感器SL24I0.4SL1液位传感器SL15I0.5T温度传感器T6Q0.0YV1进液阀门A7Q0.1YV2进液阀门B8Q0.2YV3进液阀门C9Q0.3YV4排液阀门10Q0.4YKM搅拌电机11Q0.5H加热器2.5 程序梯形图2.6 设计中遇到的问题，解决方法(1) 输出口坏了，导致无输出，经重新定义IO变量，更换其它输出口，终正常输出；(2) 程序正常，但实物输出不对，通过万用表检测，是线断了，经更换新线，输出正常；(3) 模拟量无法输出要求电压，经查阅教材，修改程序模数值，最终DA输出端按要求输出电压；(4) 三相电保险管炸裂，更换新的保险管，并且经检测接线无误后再开启三相电源开关。2.7实验效果图多液体混合控制实验效果图1多液体混合控制实验效果图2三、课程设计总结为期两周的PLC课程设计结束了。这次课程设计是对对自己平常课堂所学知识的检阅。通过这两周的时间，使我学到了很多知识，巩固了课堂上所讲的各个要点难点，并且学到了很多扩展知识，使我明白了知识的全面性和重要性。不过程序方面还有很多不足之处，让我感觉到自己的知识有限，还需不断拓展自己的知识面。虽然过程中遇到了许多困难，但经过自己努力查阅资料并且经老师的点拨，最终克服了各个难关，让程序按要求运行。这使我感觉到自己其实有很大的潜力，只要相信自己，一步一个脚印，扎扎实实的去学习工作，一定会完成自己心中的目标！参 考 文 献1 王永华，现代电气控制及PLC应用技术，北京：北京航空航天大学出版，2007；2 王淑英，S7-1200西门子PLC基础教程，北京:人民邮电出版社，2009； 3 连德春. 电气控制与PLC应用技术研究J. 南方农机,2017；4 郁汉琪, 机床电气及可编程控制器实验，北京：高等教育出版社, 2001；5 彭少海. 电气控制与PLC应用技术的分析J. 科技风,2016；6 电控与PLC课程设计指导书，2015。北 京 工 业 大 学PLC 课 程 设 计 说 明 书题 目：多种液体自动混合监控系统的设计及组态 学 院：电子信息与控制工程学院专 业： 自 动 化学 号： 1202姓 名： 指导教师： 张会清 刘红云 成 绩：2015年6月PLC课程设计报告提纲及要求目录一、课程设计题目：多种液体自动混合监控系统的设计及组态 二、课程设计目的：在先修课程现代电气控制技术中可编程控制器部分学习与实验的基础上，通过松下系列PLC对多种液体自动混合监控系统的设计及组态进行控制的编程设计与调试，进一步熟悉并掌握PLC的工作原理，了解控制对象的工艺流程和技术要求, 运用所学知识进行系统设计，初步掌握PLC控制系统设计的基本方法，培养灵活运用专业知识解决工程技术问题的能力。通过使用天工组态软件，掌握组态设计的方法及调试方面的知识。三、课程设计任务：1 设计任务用PLC和组态软件构建多种液体自动混合监控系统，完成系统的组建和调试工作，写出设计说明书。2实验设备TVT-90DT台式可编程序控制器训练装置一套； TVT90HC-7 多种液体自动混合实验板； 天工组态软件一套； 连接导线若干。3动作过程（1）初始状态容器是空的，4个电磁阀和搅拌机均为OFF，3个液面传感器均为OFF。（2）起动按下启动按钮，开始下列操作：电磁阀1和2闭合，开始注入液体A和B，至液面高度为L2，停止注入，同时起动电磁阀3，开始注入液体C，当液面高度为L1时，停止注入。停止液体C注入时，开起搅拌机，搅拌混合时间为10s。停止搅拌后放出混合液体，至液体高度将为L3时，再经5s停止放出。（3）停止按下停止按钮后，在当前操作完毕后，停止操作，回到初始状态。 4控制要求根据动作要求设计I/O接口，画出I/O接线图，编写PLC程序，在PLC实验设备上调试并运行。 5用天工组态软件构建监控系统，并与PLC进行联调。 6设计成果 完成整个系统上位机和下位机程序的编写和调试，写出设计说明书。 7考核方式 平时出勤、查找资料、方案设计、编写程序和最终调试情况、设计说明书的撰写等情况综合考虑，并进行答辩。四、课程设计地点及设备：课程设计地点：综合科技楼708（或709）运动控制实验室实验设备： TVT90DT PLC训练装置（含FPX系列PLC主机）微型电子计算机（PC机）；自制实验板； 天工组态软件5、 课程设计整体方案1.设计方案介绍 系统为多种液体自动混合，需要对各种液体的液面的高度监控，因此，需要运用到传感器进行液面高度的监控。各种液体入池的比例需要应用电磁阀控制，入池后的搅拌，则需要电机控制。对各个控件的控制，需要一个完整的控制流程，运用PLC技术进行编程，可以实现对各个控件的控制。 具体控制方法根据题目要求，按下启动按钮时，A种液体进入容器，当达到一定值时，停止进入，B种液体开始进入，当达到一定值时，停止进入C种液体开始进入，当达到一定深度停止所有液体进入。搅拌机进行搅拌，t1时间后搅拌均匀，停止搅拌，放出液体。经t2s后停止放出，按停止键停止操作。 液体的进入和放出，需要电磁阀的控制，液面的深度需要传感器的控制。对于本课题来说，如果液体混合系统部分是一个较大规模工业控制系统的改造升级，新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，需要从怎样实现各电磁阀的开关以及电动机启动的控制这个角度去考虑，现在就这个问题的如何实现以及选择怎样的方法来确定系统方案。2.松下PLC特点（1）超高速处理基本指令只需0.32s，可快速扫描。小型PLC内，通过高速处理速度0.32sec，也可对应要求高速扫描的用途。（2）充裕的大容量充裕的程序容量达到32k步。注释区域也可以充分保证。2通过超过小型PLC范畴的高程序容量32K步，可对应随着将来设备扩展而产生的范围广泛的各种应用。（3）广泛的扩展性I/O最多300点。可通过功能扩展插件，使扩展范围更进一步扩大。也可控制成本。还有，利用扩展FP0适配器，最多可连3台现有的FP0扩展单元。（4）可靠的安全性通过8位密码和禁止上传功能，有效保护程序。（5）配备USB端口3通过普通USB电缆（AB型），可与计算机实现简便连接。松下公司近几年PLC产品，具有指令系统功能强的特点；有的机型还提供可以用FP-BASIC语言编程的CPU及多种智能模块，为复杂系统的开发提供了软件支持；FP系列各种PLC都配置通信机制，由于它们使用的应用层通信协议具有一致性，这给构成多级PLC网络和开发PLC网络应用程序带来方便。3.松下PLC应用我们所用的是松下FP PLC即FP SIGMA FP型的PLC采用通信模块插件充实通信功能，可以实现最大100KHZ的位置控制，体现免维护性及考虑数据备份的结构，具有高速、丰富的实数运算功能。 FP依照小型PLC的标准在保持机身小巧、使用简便的同时，加载中型PLC的功能。 大幅度充实通信功能、大幅度提升位置控制性能，实现卓越的维护性。考虑到设备组装后的维护问题，采用Flash Rom内置方式。FP可以对数据寄存器区进行完全备份，日历时钟的数据也能由电池后备，配备有2个分辨率为1/1000的模拟量调节旋钮，可以作为模拟量定时器等使用。在16点输出中的12点，采用了带短路保护功能的晶体管。为了防止出厂后的意外改写程序或保护原始程序不被窃取，FP可以设置密码功能。其I/O注释可以与程序一同写入本体，大幅提高了系统保存性。同时，FPPLC实现了PID控制的指令化，可以进行自整定，实现简便、高性能的控制4.松下PLC选择在系统的实现过程中，PLC的编程问题是非常重要的。用户应当对所选择PLC产品的软件功能有所了解。通常情况下，一个系统的软件总是用于处理控制器具备的控制硬件的。但是，有些应用系统也需要控制硬件部件以外的软件功能。例如，一个应用系统可能包括需要复杂数学计算和数据处理操作的特殊控制或数据采集功能。指令集的选择将决定实现软件任务的难易程度。可用的指令集将直接影响实现控制程序所需的时间和程序执行的时间。六、系统设计：（一）实验板的设计及制作实验板用的是实验室自带的TVT90HC-7多种液体自动混合物理模块板。通过液位指示灯来模拟液体上升的液位，液面上也有3个液面传感器L1，L2，L3对应实验板上的S1，S2，S3。物理模块板上通过旋转叶片上的指示灯来模拟液体搅拌过程。（2） PLC硬件接线、控制程序设计与调试这是我们的硬件接线图程序流程图（三）上位机组态软件设计1、 控制要求（1）初始状态容器是空的，4个电磁阀和搅拌机均为OFF，3个液面传感器均为OFF。（2）起动按下启动按钮，开始下列操作：电磁阀1和2闭合，开始注入液体A和B，至液面高度为L2，停止注入，同时起动电磁阀3，开始注入液体C，当液面高度为L1时，停止注入。停止液体C注入时，开起搅拌机，搅拌混合时间为10s。停止搅拌后放出混合液体，至液体高度将为L3时，再经5s停止放出。（3）停止按下停止按钮后，在当前操作完毕后，停止操作，回到初始状态。2、 I/O地址表输入点地址功能输出点地址功能X1SB0启动按钮Y1电磁阀Y1X0SB1停止按钮Y2电磁阀Y2X2L2液位传感器Y3电磁阀Y3X4L3液位传感器Y4搅拌机MX3L1液位传感器Y5电磁阀Y43、 I/O接线图4、 梯形图（此处附完整梯形图）其中y6为小车控制阀，物理模型上并没有小车模块，此处为上位机添加内容，因此与i/o接口连线图相比多了对小车起停的控制。5、 设计说明（此处详细解释每行或每块梯形图的功能，设计说明）x0常开为停止按钮，按下后，当操作完毕后，停止操作，回到初始状态。二行为按下x0常闭按钮后，y1，y2阀工作并自锁，阀1与阀2的液体开始流入液体混合器中。第三行，当液位达到液位传感器L2（s2）位置时，即x2，打开阀3，同时并关闭阀1阀2，此时阀 3的液体开始流入液体混合器中。第四行，当液位达到液位传感器L1（s1）位置时，即x3，阀3关闭，同时电动机y5开始搅拌。第五行为计时器TMY1在液位传感器x3工作时开始计时搅拌时间t1。第六行，搅拌时间结束后，开始打开阀4，放出液体。第七行为，当液位达到液位传感器L3（s3）位置时，即x4，计时器TMY2开始计时放水时间t2。第八行为，当放水结束后，小车开始离开，送往目的地。其中t1，t2可以通过上位机来进行设定。6、 调试过程（此处说明调试过程、调试中出现的问题及解决办法）由于梯形图略为简单，连好i/o接线图后,第一次就能循环,但是停止按钮还不能让有些情况返回初始状态,经过加上互锁,和稍作改善后就能稳定运行。7、 上位机组态软件通信设计、变量字典、组态画面设计、上下位机联调等1.画面设计上图为上位机的画面截图，具体可以看动画演示过程。2.变量词典x0-x4，y1-y6对应于下位机的x0-x4，y1-y6；a1为混合液体的水位，a3小车水平位移距离；b1-b4为计时器的设定时间与剩余时间；c1-c9，d1-d9为模拟的液体上升过程；f是一个外加的判断条件，yanshi1为液位上升过程中液位上升所需的延时。3. 画面程序if (y1=1 and y2=1 and y4=0) then c1=1;endif; if(x4=1) then c2=1;c1=1;endif;if (c2=1 and yanshi1=2) thenc3=1;endif;if (c3=1 and yanshi1=4 and y4=0) thenc4=1;endif;if(x2=1 and y4=0) then c5=1;endif;if (y3=1 and yanshi1=6 and y4=0) then c6=1;endif; if (c6=1 and yanshi1=8 and y4=0) then c7=1;endif; if (c7=1 and yanshi1=