多种液体混合控制系统设计

目录

1题目背景与意义.................................................

1.1课题背景................................................

1.2课题意义................................................

2设计题目简介...................................................

2.1设计目的................................................

2.2设计内容及规定..........................................

3系统设计方案...................................................

3.1PLC输入输出地址分派....................................

3.2整体控制流程图..........................................

4系统硬件设计...................................................

4.1S7-300组态.............................................

4.1.1S7-300特点.......................................

4.1.2S7-300工作过程...................................

4.2S7-300构成部件........................................

4.3S7-300硬件组态环节....................................

5系统软件设计...................................................

6系统仿真调试...................................................

6.1WinUC组态...............................................

6.2触摸屏连接..............................................

6.3变量定义................................................

6.4显示界面设置............................................

6.5管理画面设置............................................

6.6报警画面设置............................................

设置超限报警值为ICO,详细操作如图6-9。....................

6.7配方画面设置............................................

6.8趋势图画面设置..........................................

/心得体会.......................................................

8参照文献.......................................................

附录.............................................................

1题目背景与意义

1.1课题背景

在众多生产领域中，常常需要对贮槽、贮罐、水池等容器中的液位进行监控,

以往常采用老式日勺继电器接触控制，这种控制方式自动化程度不高，使用的硬件

设备多，不易连接，可靠性差。目前已经有许多企业采用先进控制器对老式控制

器进行改造，大大提高了控制系统的可靠性和自控程度，为企业提供了更可靠的

生产保障。

1.2课题意义

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，并且也是

其生产过程中十分重要日勺构成部分。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。此外，生产规

定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。所认为了协助有关行业，尤其是其中日勺中小型企业实现多种液体自

动混合日勺目日勺,液体自动混合配料日勺自动控制程序就显得尤为重要。

对于本课题来说，液体混合控制部分是一种较大规模工业控制系统日勺改造升

级，控制装置需要根据企业和设备现况来构成并需尽量用此前系统中日勺元器件。

对于人机交互方式变化后系统的操作模式应尽量和改造前日勺相似，以便于操作人

员迅速掌握。从企业的改造规定可以看出在新控制系统中既需要处理模拟量也需

要处理大量日勺开关量。系统的可靠性要高，人机界面友好，应具有数据储存和分

析汇总日勺能力。

2设计题目简介

2.1设计目日勺

PLC课程设计是学习电厂开关量控制技术的篁要实践环节，其目的是通过课

程设计H勺实践，使学生巩固和深化对有关专业理论知识的理解；培养学生运用所

学知识和技能，配合有关技术资料的查阅，独立分析和处理生产实际中有关工业

控制实际问题的I能力；深入提高学生对PLC控制系统分析、设计日勺能力。规定学

生理解可编程控制器的原理、硬件构造；掌握基本的编程语言；掌握系统硬件配

置的措施与环节；掌握PLC软件编程与调试的操作措施与环节。

2.2设计内容及规定

运用西门子S7-300PLC,组态软件WinceFlexible,触摸屏，互换机及

外围的有关低压电器，构成控制系统，根据项目规定，编写有关程序，完毕对应

的功能，组态人机界面，可以进行模拟仿真。详细规定：

(1)制作画面模板，在模板画面中显示“多和液体混合控制系统”和日期时

钟。

(2)先组态两个画面，一种为主画面，一种为系统画面。两画面之间能进行

切换。

(3)在系统画面中作出两种液体混合的系统图。

(4)A液体与B液体的数值可在0-99进行设置。液体总量为A与B液体的

总和，为计算成果。

(5)通过HMI可对模拟液体混合实现手动和自动控制。手动控制时，按下A

阀就进A液体，松开就停止；B阀与出料阀类似。设定A液体设定值、B液体设

定值，若容器为空，匕进行自动控制。如A液体设定值为15,B液体设定值为

27,切换到自动控制时则先打开A阀进A液体到15停止，再接着进27日勺B液体;

当容器中总液体数量抵达42时，B液体停止流入，打开出料阀开始流出到空后

再循环。

(6)容器中的液体可动画显示，并通过棒图刻度标识目前数值。

(7)为了显示流畅口勺液位动画，可通过PLC编写每秒加1或减1的程序，然

后把PLC与flexible做好连接(模拟显示)。

(8)组态若容器中日勺液位超过100时产生一种液位偏高日勺报警。

(9)组态报警画而，并能实现系统画面之间的切换。

(10)组态一种顾客组“班组长”和一种顾客名“user—,“userl”属于

“班组长”顾客组，“userl”的密码为“000”<>“班组长”顾客组的权限为操

作和“输入A设定值”。然后在系统画面中日勺A液体设定值设定安全权限。即一

般顾客不能进行A液体设定值的设定，顾客"userl”可以进行设定。

(11)组态一种顾客视图画面，规定该顾客名作登录按钮与注销按钮，能显示

目前顾客名。能与系统画面进行切换。

(12)组态趋势视图画面，能显示容器中液体总量的数据趋势加线。能与系统

画面进行切换。

(13)建立配方，能实现液体A设定值、液体B设定值日勺各个配方。并建立配

方画面运行。能与系统画面进行切换。

3系统设计方案

3.1PLC输入输出地址分派

表3T输入输出地址分派表

输入元件输入地址输出元件输出地址

开始按钮SB110.0电动机驱动Q0.0

停止按钮SB210.1电磁阀Y1打开Q0.1

液位L110.2电磁阀Y2打开Q0.2

液位L210.3电磁阀Y3打开Q0.3

液位L310.4

3.2整体控制流程图

本设计是通过外围H勺开关及信号H勺操作，模拟两种液体混合控制系统在进液

混合过程中各个阀门及搅拌机的状态，以液位高度为对象编写程序，程序顺控为:

按下启动按钮，控制A液体进料H勺阀门Y1打开，开始注入液体A；当液位高度

抵达设定值L2时，阀门Y1关闭，停止注入A液体；同步，控制B液体进料日勺阀

门Y2打开，开始注入液体B；当液位高度抵达设定值L1时，阀门Y2关闭，停

止注入B液体；同步，启动搅拌机M,搅拌60秒，搅拌结束后，控制混合液体

排出的阀门Y3打开，开始排出混合液体，当液位高度抵达L3时，延时2秒后阀

门Y3关闭，混合液体排放完毕。同步A液体注入，开始循环。按下停止按钮，

所有操作都停止，须重新启动。

图3-3总体流程图

4系统硬件设计

4.1S7-300组态

S7-300是德国西匚子企业生产口勺可编程序控制器(PLC)系列产品之一。其模

块化构造、易于实现分布式的配置以及性价比高、电磁兼容性强、抗震动冲击性

能好，使其在广泛欧I工业控制领域中，成为一种既经济又切合实际的处理方案。

4.1.1S7-300特点

（1）循环周期短、处理速度高

（2）指令集功能强大（包括35（）多条指令），可用于复杂功能

（3）产品设计紧凑，可用于空间有限日勺场所

（4）模块化构造，设计愈加灵活

（5）有不同样性能档次的JCPU模块可供选用

（6）功能模块和I/O模块可选择

（7）有可在露天恶劣条件下使用日勺模块类型

4.1.2S7-300工作过程

（DPLC采用循环执行顾客程序H勺方式。OB1是用于循环处理的组织块（主

程序），它可以调用别H勺逻辑块，或被中断程序（组织块）中断。

（2）在起动完毕后，不停地循环调用OB1,在OB1中可以调用其他逻辑块

（FB,SFB,FC或SFC）o

（3）循环程序处理过程可以被某些事件中断。

（4）在循环程序处理过程中，CPU并不直接访问I/O模块中的输入地址区

和输出地址区，而是访问CPU内部欧I输入/输出过程映像区（在CPU日勺系统存

储区）。

4.2S7-300构成部件

S7-300单机架硬件组态最多配置8个扩展模块：

(1)导轨(Rail)

S7-300的模块机架(起物理支撑作用，无背板总线)

(2)电源模块(PS)

将市电电压(AC120/230V)转换为DC24V,为CPU和24V直流负载电路

(信号模块、传感器、执行器等)提供直流电源。输出电流有2A、5A>10A三

种。

正常：绿色LED灯亮

过载：绿色LED灯闪

短路：绿色LED灯暗(电压跌落，短路消失后自动恢复)

(3)CPU模块

多种CPU有不同样口勺性能，例如有日勺CPU集成有数字量和模拟最输入/输

出点，有的CPU集成有PROFIBUS-DP等通信接口。CPU前面板上有状态故

障指示灯、模式开关、24V电源端子、电池盒与存储器模块盒(有口勺CPU没有)

(4)信号模块(SM)

数字量输入模块：24VDC,120/230VAC

数字量输出模块：24VDC,继电器

模拟量输入模块：电压，电流，电阻，热电偶

模拟量输出模块：电压，电流

(5)功能模块(FM)

功能模块重要用于对时间规定苛刻、存储器容量规定较大的过程信号处理任

务。

(6)接口模块(IM)

接口模块用于多机架配置时连接主机架（CR）和扩展机架（ER）。S7-300

通过度布式的主机架和3个扩展机架，最多可以配置32个信号模块、功能模块和

通信处理器。

（7）通讯处理器（CP）

扩展中央处理单元日勺通讯任务，提供的连网能力。

本次课程设计我所做的硬件组态口勺参数如图表4-1所示：

表4-1硬件组态

序号名称型号序列号

1PSPS3075A307-1EA01-0AAD

2CPU315F-2PNIDP315-2FJ14-OABO

3

4DI/DODI16/DO16x24v/0.5A323-IBLOO-OAAO

5AI/AOAI4/AO2x8/8Bil334-OCEOl-OAAO

4.3S7-300硬件组态环节

打开SIMATTCManager软件后创立一-种新建项目，然后再在STEP7向导里面

添加0B1。在新建好的工程中添加SIMATIC300站点，如图4-1所示:

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图4-1SIMATIC300站点的建立

建立好S1MATIC300站点后在硬件里面开始添加机架，为添加硬件组态做

准备，完毕机架的添加后，就进入本次设计西门子S7-300硬件组态，选用的与

外部设备型号相对应的电源模块（PS）、CPU模块、信号模块（SM）、功能模块（FM）、

接口模块（IM）、通讯处理器（CP）,如图4-2所示。

ISIAATICM0(l)(C«nfaCara«><m)m»7>l

口81、0%•通，AAW

图4-2西门子S7-300硬件组态

设置完毕后来双击0B1进入工程里，进行程序的编写即可。

5系统软件设计

运用S7-300编程，在0B1里面编写梯形图程序。（详见附录）

6系统仿真调试

6.1WinCC组态

打开wince组态软件，新建一种空项目，选择合适的I显示屏，设置完毕后如

图6-1所示。

图6-1工程配置图

6.2触摸屏连接

创立工程后来，还要建立仿真软件与显示屏之间的联络，可以点击连接属性,

找到触摸屏n勺IP地址，然后进行有关的设置，圳图6-2所示。

牛叉I中，入R'KEl▼.

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图6-2触摸屏连接图

6.3变量定义

仿真之前，需要定义变量和地址，以便添加插件日勺时候调用，然后实既有关

的功能，把定义的变量与按钮进行连接，实既有关功能的显示，如图6-3所示。

图6-3定义变量

6.4显示界面设置

根据设计规定，制作画面模板，在模板画面中显示“多种液体混合控制系统”

和时钟日期（如图6-4）；再创立两个画面，一•种为主画面（如图6-5）,一种为

系统画面（如图6-6）。两画面之间能进行切换。

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SIEMENSSIMATICPANEL

亶

多重液体混合

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图6-4模板画面

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SIEMENSSIvtATICPANEL

图6-5主画面

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SIEMENSSIMATICPANEL

多重液体混合装置

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A设定佰报警画面

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主板定值000配方面面

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图6-6系统画面

6.5管理画面设置