PLC课程设计液体混合装置控制的模拟

1、上海电机学院课程设计20152016学年第一学期课程名称可编程控制器原理及应用设计题目液体混合装置控制的模拟（一）院（系）电气学院专 业电气工程及其自动化（港口自动化方向）学生姓名任书洋学 号设计时间 2016 年1月18日指导教师龚建芳提交日期年 月 日目录1. 简介 11.1课题概况 11.2 设计要求 11.3 设计内容 12. 系统总体方案设计 22.1 总体方案选择说明 22.2 控制方式选择 22.3 操作界面设计 23. PLC 控制系统的硬件设计 33.1 PLC 的选型 33.2 用户存储器容量的估计 33.3 I/O 点数的估算 33.4 电源模块选择 33.5 I/O 分

2、配表 43.6 电气原理图设计 44. PLC控制系统系统程序设计 54.1 状态分配表 54.2 控制程序顺序功能图设计 64.3 控制程序设计思路 65. 系统调试及结果分析 135.1 系统调试及解决的问题 135.2 结果分析 286. 系统的使用说明书 287. 课程设计体会 298. 参考文献 309.附录 30控制系统电气原理图 301 .简介1.1 课题概况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的阀门与混合 液阀门由电磁阀YV1、YV2 YV3控制，M为搅动混合电机。SA1 SA2为工作流程选择开关， SA3为单次工作和循环工作的选择开关。S

3、B1、SB2为启动和停止开关。1.2 设计要求（1）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5秒，将容器放 空后关闭。？（2）启动:按下启动按钮SB1,装置就开始按工作流程进行。（3）停止:按下停止按钮SB2后，完成本次循环，并停在原位，恢复原位状态。1.3 设计内容步骤工作流程1工作流程2工作流程3启动按钮按下按下按下第一步液体A阀门打开液体A阀门打开液体B阀门打开液体A阀门、液体B 阀门依次打开5s第二步液面到达SL2 液体A阀门关闭 液体B阀门打开液面到达SL2 液体A阀门关闭 液体B阀门打开液面到达SL2液体A阀门、液体B阀门依次打开8s第三步液面到达SL1 液体B

4、阀门关闭液面达到SL1 液体B阀门关闭液面达到SL1 液体A、B阀门关闭第四步搅匀电机M运行6s搅匀电机M运行10s搅匀电机M运行10s第五步放出混合液体阀门打开混合液体的阀门打开 搅匀电机M继续运行放出混合液体的阀门 打开第六步液面到达SL3 混合液体阀门打开延时2s液面到达SL2M停止运行混合液体阀门打开液面到达SL3 混合液体阀门打开延时2s第七步停止工作液面到达SL3 液面到达阀门打开延迟2s回到第一步循环工作3次后自动停止工作回到第一步循环工作2. 系统总体方案设计2.1总体方案选择说明刚开始拿到这个课设课题时还不知道如何下手， 然后通过网上查找相关的资料得出了自 己的设计思想。 ?

5、首先根据课题的要求画出了大致的顺序功能图， 然后根据课题要求有 3个工作流程， 我 们就把这3个工作流程分作对应的3个工作功能块。在0B1中通过开关SA1、SA2开关，来 选择工作流程方式。当SA1接通时选择工作流程1;当SA2接通时选择工作流程2;当SA1 SA2同时接通时选择工作流程3。?功能块FC1为工作流程1。？功能块FC2为工作流程2。？功能块FC3为工作流程3。？2.2 控制方式选择由于PLC控制系统较继电-接触器控制系统有许多优点，如硬件电路简单，修改程序容 易，可靠性高等，所以本设计选择 PLC控制系统。2.3 操作界面设计根据任务书的控制要求和总体方案，设计如图所示操作界面。

6、液体混合装置控制操作面板1、为了便于随时观察系统的运行状况，每个阀、泵、搅拌器均装有运行状态指示灯， 对应于混料罐的高 /中/低液位，均装有位置指示灯。2、用两个选择开关切换系统工作模式一一“工作流程 1”、“工作流程2”、“工作流 程 3”，并用两个指示灯来指示当前所处工作模式。3、根据控制要求（ 2）设置一个“启动”按钮和一个工作指示灯。4、根据控制要求（ 3）设置一个“停止”按钮和一个工作指示灯。3. PLC 控制系统的硬件设计3.1 PLC 的选型随着PLC的推广普及，PLC产品的种类和数量越来越多，而且功能也日趋完善。近年来， 从美国、日本、德国等国引进的PLC产品及国内厂家组装或自

7、行开发的产品已有几十个系列、 上百种型号。PLC的品种繁多，其结构型式、性能、容量、指令系统、编程方法、价格等各 不相同，适用场合也各有侧重。因此，合理选择 PLC，对于提高PLC在控制系统中的应用起 着重要作用。本次液体混合装置控制设计用的是来自西门子公司的 S7-300可编程控制器。西门 子公司的SIMATIC S7-300系列属于中小型PLC，可用来代替继电器的简单控制场合，也可 用于负载的自动化控制系统。在液体混合装置控制的模拟这个课设主题上，它结构上合理， 安装方便，功能相当，满足相应时间和对联网通信功能等要求。3.2 用户存储器容量的估计通常，一条逻辑指令占存储器一个字，计时、计数

8、、移位以及算术运算、数据传送等指令占存储器两个字。在选择存储容量时，一般可按实际需要的25%30%考虑余量。根据存储 器的总字节数再加上 10%25%的备用量即可估算出所需存储容量。3.3 I/O 点数的估算I/O是PLC的一项重要指标。合理选择I/O点数的确定以系统实际的输入/输出数为基 础确定。在确切I/O点数时，应留有适当余量。目前PLC的I/O点价格还较高，平均每点为 100120人民币。如果备用的 I/O 点的数量太多，就会使成本增加。因此，通常在选择 I/O 点数时可按实际需要的 10%15考虑余量。3.4 电源模块选择一般只需考虑输出电流。电源模块的额定输出电流必须大于处理器模块

9、、 I/O 模块、专 用模块等消耗电流的总和。以下步骤为选择电源的一般步骤：（1）确定电源的输入电压。（2）将框架中每块 I/O 模块所需的总背板电流相加，计算出 I/O 模块所需的总背 板电流值。（3）I/O 模块所需的总背板电流值再加上以下各电流：框架中带有处理器时，则 加上处理器的最大电流值； 当框架中带有远程适配器模块或扩展本地 I/O 适配器模块时， 应 加上适配器模块或扩展本地 I/O 适配器模块的最大电流值。（4）如果框架中流油 空槽用作将来扩展时，则做一下处理：列出将来要扩展的 I/O 模块所需的背板电流；将所有扩展的 I/O 模块的总背板电流值与步骤（ 3）中计算得出 的总背

10、板电流值相加。（5）在框架中是否有用于电源的空槽，若没有，将电源装到框架的外面。（6） 根据确定好的输入电压要求和所需的总背板电流值，从用户手册中选择合适 的电源模块。3.5 I/O 分配表表1 I/O分配表变量名变量符号SB1启动按钮I0.0SB2停止按钮I0.1SA1工作流程1选择开关I0.7SA2工作流程2选择开关I1.0SL1液面传感器SL1I1.3SL2液面传感器SL2I1.4SL3液面传感器SL3I1.5YV1液体A阀门Q0.1YV2液体B阀门Q0.2YV3混合液体阀门Q0.3YKM匀电机MQ0.03.6电气原理图设计（见附录）4. PLC控制系统程序设计4.1状态分配表工序名称状

11、态器地址号功能启动M0.0初始进液体M0.1液体B阀门关闭，液体A阀门打开5s进液体M0.2液体A阀门关闭，液体B阀门打开5s搅匀M0.3液体A阀门关闭液体B阀门关闭，搅匀电机 M运行3s计数M0.4回到第一步循环工作二次计数放液体M0.5混合液体阀门打开放液体M0.6混合液体阀门打开延时2s进液体M0.7液体A阀门关闭，液体B阀门打开进液体M1.0液体A阀门打开，液体B阀门打开搅匀M1.1液体A、B阀门关闭,搅匀电机M运行10s放液体M1.2放出混合液体的阀门打开放液体M1.3混合液体阀门打开2s进液体M1.4液体A阀门、液体B阀门依次打开3s进液体M1.5液体A阀门、液体B阀门依次打开5s

12、搅匀M1.6液体A、B阀门关闭,搅匀电机M运行10s放液体M1.7放出混合液体的阀门打开放液体M2.0混合液体阀门打开延时2s计数M2.1循环工作3次计数4.2液体混合装置控制程序顺序功能图设计液体混合装置控制程序流程图4.3控制程序设计思路程序的组成液体混合装置控制程序的组成情况如图所示液体混合装置控制程序的组成5 .系统调试及结果分析5.1系统调试及解决的问题程序调试时在工作流程三中液面到达 STL2时，未满足液体A阀门、液体B阀门依次打 开5S的控制要求。检查后发现，SL2与ST1在程序中的位置设置错误，改正后系统正常运行。OB100初始程序液体混合装置控制初始化程序梯形图在OB10C暖

13、启动中，将各个状态复位，将 M0.0和M5.0置位。M0.0为开始运行程序做 好准备，M5.0则是为了在主程序中能够将开始运行前将混合液阀门打开5秒，将容器放空。OB1主程序液体混合装置控制主体程序梯形图先将混料液的阀门打开 5秒，将容器放空后关闭。通过 I0.7 和 I1.0 选择工作模式。只 有 I0.7 按下时，执行工作流程一；只有 I1.0 按下时，执行工作流程二； I0.7 和 I1.0 都按 下时，执行工作流程三FC1程序工作流程1:按下启动按钮10.0，液体阀门A打开，当液面到达SL2时，液体A阀门关 闭，液体E阀门打开，当液面达到 SL1,液体B阀门关闭。搅拌电机M运行6S,放

14、出混合液 体的阀门打开，液面到达 SL3,混合液体阀门打开并延迟2S,然后停止工作。液体混合装置控制工作模式1程序梯形图液体混合装置控制工作流程一程序梯形图FC2 程序工作流程2:按下启动按钮10.0 ,液体阀门A打开，液体B阀门打开，当液面到达SL2, 液体A阀门关闭，液体B阀门打开，液面达到SL1，液体E阀门关闭，搅匀电机M运行1 OS。混合液体的阀门打开，搅匀电机M继续运行，液面达到SL2, M停止运行，混合液 体们打开，当液面到达SL3，混合液体阀门打开并延迟2S，回到第一步循环工作。液体混合装置控制工作模式1程序梯形图液体混合装置控制工作流程二程序梯形图FC3 程序工作流程3:按下启

15、动按钮10.0，液体阀门A、液体E阀门依次打开5S,液面到达S L2,液体A阀门、液体E阀门依次打开8S。当液面到达SL1时，液体阀门关闭，搅拌 电机运行10S后，放出混合液体的阀门打开，液面到达SL3,混合液体阀门打开并延迟2S,回到第一步，循环工作3次后自动停止工作。液体混合装置控制工作模式1程序梯形图液体混合装置控制工作流程三程序梯形图5.2 结果分析(1) 系统先将YV3(Q0.3)打开5秒。(2) 按下 SA1(l0.7)，恢复 SA2(l1.0 )再按下启动按钮 SB1,按下 SL2、SL1，M(Q0.0) 亮6秒，再按下SL3, YV3(Q0.3)亮2秒后停止。(3) 按下SA2

16、(I1.0)，恢复SA1 (I0.7 )。按下启动按钮 SB1,按下SL1, M(Q0.0)亮10秒 后，按下SL3, YV3 (Q0.3)再亮2秒后循环。(4) 同时按下 SA1(I0.7)和 SA2(I1.0 )。按下启动按钮 SB1, YV1(Q0.1)和 YV2(Q0.2)依次 亮5秒。按下STL2,依次亮8秒。按下 SL1, YV1(Q0.1)和YV2(Q0.2)不亮，M (Q0.0) 亮，按下SL3后，M(Q0.0)再亮2秒，循环3次后停止。(5) 按下停止按钮SB2,循环都变为0次，完成本次循环后，立即停止。6系统的使用说明书(1) 通电后，放出混合液的阀门打开 5秒钟。将容器放

17、空后关闭。(2) 利用I0.7和I1.0分别选择三个工作流程。按下I0.7,恢复I1.0,为工作流程一。按下 I1.0, 恢复 I0.7, 为工作流程二。同时按下 I1.0 和 I0.7, 为工作流程三。(3) 按下启动按钮SB1，启动当前工作流程。(4) 在工作流程一中，混合液体阀门打开后，按下SL3，混合液体阀门打开2秒后结束。(5) 在工作流程二中，按下 SL2，实现液体阀门A不工作，液体阀门B工作，按下SL1,使得液体阀门B停止工作，搅匀电动机M工作10秒。混合液体阀门打开后，按下SL3, 混合液体阀门打开 2 秒。(6) 在工作流程三中，按下SL1，液体A阀门和液体B阀门依次打开5S

18、。按v下SL2，液 体A阀门和液体B阀门依次打开8S。搅匀电动机 M工作10秒。混合液体阀门打开 后，按下SL3，混合液体阀门打开2秒。循环3次后自动停止工作。(7) 按下停止按钮SB2后，完成本次循环，并停在原位，恢复原位状态7课程设计体会这次 PLC 课程设计，我们小组的课题是“液体混合装置控制的模（一）”，在龚建芳 老师的带指导下， 我们先根据课题要求画出了大致的顺序功能图然后根据顺序功能图和查找 相关的资料写出初步的梯形图程序，最后通过调试与修改，在全组成员的共同努力下，我们 成功的完成了这次课程设计任务，实现了老师期望的结果。此次设计以分组的方式进行，每组有一个题目。由于平时大家都是

19、学理论，没有过实际 开发设计的经验，拿到的时候都不知道怎么做。但通过各方面的查资料并学习。我们基本学 会了 PLC 设计的步聚和基本方法。分组工作的方式给了我与同学合作的机会，提高了人与 人合作的意识与能力。最好要不停的改善自己解决问题的方法， 这样可以方便自己解决问题。 第二天的软件系 统调试，是最麻烦，遇到问题最多的地方。我们对程序修改了多次，才将程序中的错误全部 改正过来。又经过了长时间的研究，对软件进行调整，最终终于得到了需要的数据和结果。 通过这次设计实践，我们的合作意识也得到加强，合作能力得到提高。上大学后，很多同学 都没有过深入的交流，在设计的过程中，我们用了分工与合作的方式，每个人负责一定的部 分，同时在一定的阶段共同讨论，以解决分工中个人不能解决的问题，在交流中大家积极发 言，和提出意见，同时我们还向别的同学请教。通过此次课设，让我对于 PLC 梯形图、指令图、顺序功能图有了更好的了解，也