基于PLC多种液体混合系统的设计课程设计

1、烟台南山学院PLC课程设计题目 基于 PLC多种液体混合系统设计姓名 ：林义武所在学院 ：计算机与电气自动化学院所学专业 ：电气工程及其自动化班 级：学 号：指导教师 ：完成时间 ：摘要随着我国经济的高速发展，微电子技术， 计算机技术和自动控制技术也得到了迅速发展，但是我国工业企业的自动化程度普遍较低， PLC产品有很大的应用 空间，如机械行业 80%以上的设备仍采用传统的继电器和接触器进行控制。 因此， PLC在我国的应用潜力远没有得到充分发挥。随着竞争的日益加剧，越来越多的 小型企业将采用经济、 实用的自动化产品对生产过程进行控制， 以提高企业的经 济效益和竞争实力。PLC是一种专门为在工

2、业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它 采用可以编制程序的存储器， 用来在其内部存储执行逻辑运算、 顺序运算、计时、 计数、和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制 各种类型的机械或生产过程。 PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制 系统形成一个整体， 易于扩展其功能的原则而设计。 本监控系统采用 PLC为控制 核心，具备自动混合三种液体的功能， 由传感器检测储藏罐中的液面高度， 按顺 序加入 A、B和 C三种液体，搅拌 5s后，加热，放出混合液体。 在此过程监控上， 我们采用的是西门子 STEP7。西门子 STEP7是用于 SIMATIC S7-300

3、/400 创建可 编程逻辑控制程序的标准软件， 可使用梯形逻辑图、 功能块图和语句表进行编程 操作。关键词 ：自动化产品；数字运算操作；液体自动混合；可编程控制器PLC；西门子 STEP7；16目录第 1 章 绪论 41.1 课程背景及意义 . 41.2 课程研究的意义及目的 . 41.3 课程研究的主要内容 5第 2 章 系统总体设计方案 62.1 总体控制要求 62.2 设计要求 7第 3 章 系统的硬件设计 83.1 液 位 传感器的选择 83.2 温度传感器的选择 83.3 接触器的选择 93.4 PLC 的选择 93.5 系统的 IO 分配图及外部接线图 9第 4 章 系统的软件设计

4、 114.1 软件概述 114.2 系统的程序图 11心得体会 13参考文献 14第 1 章 绪论1.1 课程背景及意义随着科学技术的猛速发展， 自动控制技术在人类活动的各个领域中的应用越 来越广泛，它的水平已成为衡量一个国家生产和科学技术先进与否的一项重要标 志。在炼油、化工、制药等行业中，多种液体混合是必不可少的程序，而且也是 其生产过程中十分重要的组成部分。但由于这些行业中多为易燃易爆、 有毒有腐蚀性的介质， 以致现场工作环境 十分恶劣，不适合人工现场操作。另外，生产要求该系统要具有配料精确、控制 可靠等特点， 这也是人工操作和半自动化控制所难以实现的。 所以为了帮助相关 行业，特别是其

5、中的中小型企业实现多种液体自动混合的目的， 液体自动混合配 料势必就是摆在我们眼前的一大课题。随着计算机技术的发展， 对原有液体混合装置进行技术改造， 提出数据采集、 自动控制、 运行管理等多方面的要求。 设计的多种液体混合装置利用可编程控制 器实现在混合过程中精确控制，提高了液体混合系统的稳定性，自动化程度高， 适合工业生产的需要。PLC一经出现，由于它的自动化程度高、可靠性好、设计周期短、使用和维 护简便等独特优点，备受国内外工程技术人员和工业界厂商的极大关注，生产 PLC的厂家云起。随着大规模集成电路和微处理器在 PLC中的应用，使 PLC的功 能不断得到增强，产品得到飞速发展。1.2

6、课程研究的意义及目的在工艺加工最初， 把多种原料在适合的时间和条件下进行需要的加工以得到 产品一直都是在人监控或操作下进行的， 在后来多用继电器系统对顺序或逻辑的 操作过程进行自动化操作， 但是现在随着时代的发展， 这些方式已经不能满足工 业生产的实际需要。实际生产中需要更精确、更便捷的控制装置。随着科学技术的日新月异， 自动化程度要求越来越高， 原来的液体混合远远 不能够满足当前自动化的需要。 可编程控制器液体自动混合系统集成自动控制技 术，计量技术， 传感器技术等技术与一体的机电一体化装置。 充分吸收了分散式 控制系统中控制系统的优点，采用标准化、模块化、系统化设计，配置灵活，组 态方便。

7、采用基于 PLC的控制系统来取代原来由单片机、 继电器等构成的控制系统， 具有良好的可移植性和可维护性。 对提高企业生产和管理自动水平有很大的帮 助，同时又提高了生产线的效率、使用寿命和质量，减少了企业产品质量的波 动，因此具有广阔的市场前景。用 PLC进行开关量控制的实例很多，在冶金、 机械、纺织、轻工、化工、铁路等行业几乎都需用到它，如灯光照明、机床电 控、自动化仓库、液体混合自动配料系统、生产流水线等方面的逻辑控制，都 广泛应用 PLC来取代传统的继电器控制。1.3 课程研究的主要内容本课题应解决的主要问题是如何使 PLC在液体灌装中实现控制功能， 在相关 的研究文献报道中用 PLC对灌

8、装机进行控制的研究尚不多见， 以致人们难以根据 它的具体情况，正确选用参数进行系统控制， 也就难以满足提高质量和效率、 降 低成本的要求，本设计就是基于以上问题进行的一些探索。然后，讲述了可编程控制器的应用， 通过论述可编程控制器的优点对可编程 控制器对多种液体混合装置的控制有一个总体的认识。 综合多种液体自动混合装 置的控制系统的要求，进行了外部电路的连线和 PLC 程序设计，从部件的选择， 流程的分析，程序顺序控制的设计等方面，完成了本次的设计任务。最后，通过对程序液位控制系统的程序的调试， 检测，再进行对系统的更正， 使控制系统更加完善，确保系统能顺利运行。第 2 章 系统总体设计方案2

9、.1 总体控制要求本题目用 PLC 来模拟并实现多种液体自动混合装置的控制图 2.1 液 体 混 合 灌 装 机 面 板由面板图可知：其中 L1、L2、L3 为液面传感器，液面淹没该点时为 ON。Y1、 Y2、Y3、Y4为电磁阀， M为搅拌电机， T 为温度传感器， H为加热器。另外还有 控制电磁阀和电动机的 1 个交流接触器 KM。所有这些元件的控制都属于数字量 控制，可以通过引线与相应的控制系统连接从而达到控制效果。控制要求如下：1、初始状态装置投入运行时，液体 A、B、C 阀门关闭 ，混合液阀门 打开 20s 将容器 放空后关闭。2、起动操作按下启动按钮 SB1，装置开始按下列给定规律运

10、转。(1) 液体 A阀门打开，液体 A 流入容器。当液面到达 SQ3时，SQ3接通，关 闭液体 A阀门，打开液体 B 阀门。(2) 当液面到达 SQ2时，关闭液体 B 阀门，打开液体 C阀门。(3) 当液面到达 SQ1时关闭阀门 C，搅匀电动机开始搅匀。（4）搅匀电动机工作 1min 后停止搅动，混合液体阀门打开，开始放出混合 液体。（5）当液面下降到 SQ4时， SQ4由接通变断开，再过 20s 后，容器放空，混 合液阀门关闭，开始下一周期。3、停止操作启动、停止、液面传感器、 温度到达开关利用钮子开关来模拟， 液体 A 阀门、 液体 B 阀门、液体 C阀门的打开与关闭以及搅动电机的运行与停

11、转， 加热器的开 停用发光二极管的点亮与熄灭来模拟。2.2 设计要求根据生产设备工作方面及其它方面的需要，本次设计要达到如下设计要求：（1）要求本次设计的控制装置采用 PLC技术实现 ;（2）要能完全满足控制要求；（3）按下停止按钮后，要将当前的混合操作处理完毕后，才停止操作。经过对上述设计要求的深入思考后， 对系统的设计过程有了一定的构架。 具 体的想法有以下几点：经过对上述设计要求的深入思考后， 对系统的设计过程有了一定的构架。 具 体的想法有以下几点：我做的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

12、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 种液体进入溶液，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， 5s 后搅拌 均匀，停止搅拌，开始加热，当加热到一定温度时，放出液体。经 5s 后停止放 出，按停止键停止操作。第 3 章 系统的硬件设计3.1 液位 传感器的选择选用 LSF-2.5 型 液位传感器其中“ L”表示光电的，“ S”表示传感器，

13、“ F”表示防腐蚀的， 2.5 为最 大工作压力。LSF系列液位开关可提供非常准确、可靠的液位检测。其原理是依据光的反 射折射原理，当没有液体时， 光被前端的棱镜面或球面反射回来； 有液体覆盖光 电探头球面时，光被折射出去， 这使得输出发生变化， 相应的晶体管或继电器动 作并输出一个开关量。 应用此原理可制成单点开关。 LSF 光电液位开关具有较高 的适应环境的能力，在耐腐蚀方面有较好的抵抗能力。相关元件主要技术参数及原理如下：（1）工作压力可达 2.5Mpa；（2）工作温度上限为 125C；（ 3）触点寿命为 100万次；（4）触点容量为 70w；（5）开关电压为 24V DC；（6）切换电

14、流为 0.5A。3.2 温度传感器的选择选用KTY81-210A型温度传感器其中“ T” 表示温度KTY系列温度传感器采用进口 Philips 硅电阻元件精心制作而成，具有精度 高，稳定性好， 可靠性强， 产品寿命长等优点 , 该温度传感器已广泛应用于电机 变频调速温度控制，太阳能热水器温度测量领域彩印设备温控，汽车油温测量、 发动机冷却系统、工业控制系统中过热保护、加热控制系统、电源供电保护等。 选用KTY81-210A型温度传感器。相关元件主要技术参数及原理如下：（1）温度系数 TC 为 0.79%/K ；（ 2）精度等级为 0.5% ；（ 3）公称压力为 0.6MPa。3.3 接触器的选

15、择选 用 CJ20-10/CJ20-16 型接触器其中“ C”表示接触器，“ J”表示交流， 20为设计编号， 10/16 为主触头额 定电流相关元件主要技术参数及原理如下：（ 1 ） 操 作 频 率 为 1200/h ；（ 2 ） 机 电 寿 命 为 1000 万 次 ；（ 3 ） 主 触 头 额 定 电 流 为 10/16 （ A）；（ 4 ） 额 定 电 压 为 380/220 （ A）；（ 5 ） 功 率 为 2.5KW 。3.4 PLC 的选择在本控制系统中， 所需的开关量输入为 6点，开关量输出为 7点，考虑到系统 的可扩展性和维修的方便性，选择模块式 PLC。选用 SIMATIC

16、 S7-300/400。主要 考虑 SIMATIC STEP7有以下特点：（1）丰富的指令系统；（2）快速的 CPU处理速度、大程序容量；（3）大的网络通信功能；（4）编程及监控功能强大、维护简单、价格。3.5 系统的 IO 分配图及外部接线图多种液体混合系统的 IO 分配图如表 3.1 ：表 3.1 IO 分配图地址名称功能I0.0启动开关I0.1停止开关I0.2液面传感器低位检测I0.3液面传感器中位检测I0.4液面传感器高位检测I0.5温度传感器温度检测Q0.1电磁阀A进液阀Q0.2电磁阀B进液阀Q0.3电磁阀C进液阀Q0.4电磁阀出液阀Q0.5搅动电机Q0.6加热器多种液体混合系统 P

17、LC系统设计的外部接线图如图 3.1 ：图 3.1 系统外部接线图第4 章 系统的软件设计4.1 西门子软件概述西门子 STEP7是用于 SIMATIC可编程序控制器组态和编程的标准软件包， 其用 户接口是基于当前最高水平的人机控制工程设计，可以轻松方便的使用。 STEP7 编程软件适用于 SIMATIC S7、M7、C7 和基于 PC的 WinAC,是供它们编程、监控 和参数设置的标准工具。STEP7是一个强大的工程工具， 用于整个项目流程的设计。 从项目的计划配置、 实施模块测试、集成测试调试到运行维护阶段，都需要不同功能的工程工具。 STEP7工程工具包括了整个项目流程的各种功能要求：

18、CAD/CAE支持、硬件组态、 网络组态、仿真、过程诊断等。4.2 系统的程序图多种液体混合系统设计的 PLC程序图如下：1) 开始启动， A 液体进料2) B 液体开始进料， A 液体停止3) C 液体开始进料， B液体停止4）开始搅拌， C 液体停止进料，并且启动定时器，定时 10s6）到达设定温度，开始放混合液体5）搅拌 10s,开始加热，停止搅拌（ 7）当混合液体达到低液位 L1 时，启动定时器 T2，定时 5s，放完剩余的液体， 同时进入下一轮循环心得体会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 “多种液 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。电气控制与可编程控制器是一门极其重要的课程， 它综合了计算机技术和自 动控制技术和通讯技术。 在当今由机械化向自动化， 信息化飞速发展的社会， PLC 技术越来越受人们的广泛应用， 前景可观， 因此学会和运用 PLC，将对我们以后 踏上工作岗位有极其重要的帮助，在此次设计中，我们遇到了许多困难， 通过对 自身的查找，我找出几点不足之处： 不能有效的利用身边的资源，有点依赖他人； 学习认真程度不够，学习热情不高，基础相对薄弱。通过这次 PLC课程设计实践。 我学会了 PLC的基本编程方法， 对 PLC的工