plc液體混合裝置控制課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　課程設(shè)計(jì)任務(wù)書</b></p><p>　學(xué) 院自動(dòng)化與電氣工程學(xué)院專 業(yè)自動(dòng)化</p><p>　學(xué)生姓名班級(jí)學(xué)號(hào)</p><p>　課程設(shè)計(jì)題目液體混合裝置控制的模擬</p><p>　實(shí)踐教學(xué)要求與任務(wù):1、系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)；2、液體混合裝置控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)；3、液體混合裝置控制系

2、統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)；4、系統(tǒng)調(diào)試與結(jié)果分析；5、編寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告。工作計(jì)劃與進(jìn)度安排:第19周：查閱相關(guān)資料、了解設(shè)計(jì)內(nèi)容，完成硬件設(shè)計(jì)。第1-2天：1深入了解課程設(shè)計(jì)內(nèi)容及任務(wù)。2查找文獻(xiàn)、資料，確立設(shè)計(jì)方案。第3-5天: 1通過相關(guān)資料，明確完善設(shè)計(jì)方案。2完成硬件設(shè)計(jì)，選擇PLC型號(hào)、設(shè)計(jì)系統(tǒng)流程圖、列出I/O分配表，設(shè)計(jì)I/O接線圖。第20周：完成軟件設(shè)計(jì)，并進(jìn)行調(diào)試第1-2天：完成軟件設(shè)計(jì)，利用STEP7-Micro/WIN進(jìn)行梯形

3、圖或指令表設(shè)計(jì)。第 3 天：對(duì)設(shè)計(jì)程序進(jìn)行調(diào)試。第 4 天：課程設(shè)計(jì)結(jié)果驗(yàn)收，完成課程設(shè)計(jì)報(bào)告。第 5 天：針對(duì)所完成課程設(shè)計(jì)題目進(jìn)行答辯。</p><p>　指導(dǎo)教師：201 年 月 日專業(yè)負(fù)責(zé)人：201 年 月 日學(xué)院教學(xué)副院長(zhǎng)：201 年 月 日</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　

4、PLC是以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心的通用自動(dòng)控制裝置，也可以說它是一種用程序來改變控制功能的計(jì)算機(jī)。隨著微處理器、計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)的飛速發(fā)展，可編程序控制器PLC已在工業(yè)控制中得到廣泛應(yīng)用，而且所占比重在迅速的上升。PLC主要由CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊和編程裝置組成。它應(yīng)用于工業(yè)混合攪拌設(shè)備，使得攪拌過程實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化控制、并且提升了攪拌設(shè)備工作的穩(wěn)定性，為攪拌機(jī)械順利、有序、準(zhǔn)確的工作創(chuàng)造了有力的保障。本文所介紹的多種液體混合的PLC控制

5、程序可進(jìn)行單周期或連續(xù)工作，具有斷電記憶功能，復(fù)電后可以繼續(xù)運(yùn)行。另外，PLC還有通信聯(lián)網(wǎng)功能，再通過組態(tài)，可直接對(duì)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控、更方便工作和管理。</p><p>　　關(guān)鍵詞：PLC，液位傳感器，定時(shí)器</p><p><b>　　一 引言</b></p><p>　　隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，各種工業(yè)自動(dòng)化的不斷升級(jí)，對(duì)于工人的素質(zhì)要求也逐漸

6、提高。在生產(chǎn)的第一線有著各種的自動(dòng)加工系統(tǒng)，其中多種原材料混合在加工，是其中最為常見的一種。</p><p>　　在工藝加工最初，把多種原料再合適的時(shí)間和條件下進(jìn)行需要的加工以得到產(chǎn)品一直都是在人監(jiān)控或操作下進(jìn)行的，在后來多用繼電器系統(tǒng)對(duì)順序或邏輯的操作過程進(jìn)行自動(dòng)化操作，但這些方式已經(jīng)不能滿足工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際需要。實(shí)際生產(chǎn)中需要更精確、更便捷的控制裝置。</p><p>　　在生產(chǎn)過程、科

7、學(xué)研究和其他產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域中，可編程序自動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用都是十分廣泛的,因此,了解和學(xué)習(xí)這些重要技術(shù)對(duì)高校自動(dòng)化專業(yè)的學(xué)生來說,已是必不可少。</p><p>　　摻混PLC控制系統(tǒng)這個(gè)課題具有其重要的意義。本課題摻混PLC控制系統(tǒng)，其目的就是以PLC為核心，配合智能儀表，完成系統(tǒng)功能控制，狀態(tài)顯示，信息檢測(cè)和報(bào)警硬件組建所需要的PLC和傳感器等元件的選擇，實(shí)現(xiàn)對(duì)摻混的自動(dòng)控制以及運(yùn)行狀態(tài)的檢測(cè)功能和顯示功能。用PLC

8、對(duì)摻混進(jìn)行控制，系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、服務(wù)功能增強(qiáng)、系統(tǒng)的可靠性大大提高，且節(jié)省了成本，使摻混系統(tǒng)的性能價(jià)格比提高。</p><p>　　二 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1 系統(tǒng)硬件配置及組成原理</p><p>　　液體混合裝置控制的模擬實(shí)驗(yàn)面板圖：</p><p>　　圖2.1 模擬實(shí)驗(yàn)面板圖</p><p

9、>　　此面板中，液面?zhèn)鞲衅饔免o子開關(guān)來模擬，啟動(dòng)、停止用動(dòng)合按鈕來實(shí)現(xiàn)，液體A閥門、液體B閥門、混合液閥門的打開與關(guān)閉以及攪勻電機(jī)的運(yùn)行與停轉(zhuǎn)用發(fā)光二極管的點(diǎn)亮與熄滅來模擬。</p><p>　　2.2系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)要求</p><p>　　在該混合液體裝置中，需要完成兩種液體的進(jìn)料、混合、卸料的功能，控制要求如下：</p><p>　　本裝置為兩種液體混合模

10、擬裝置，SL1、SL2、SL3為液面?zhèn)鞲衅?，液體A、B閥門與混合液閥門由電磁閥YV1、YV2、YV3控制，M為攪勻電機(jī)，控制要求如下：</p><p>　　初始狀態(tài):裝置投入運(yùn)行時(shí)，液體A、B閥門關(guān)閉，混合液閥門打開20秒將容器放空后關(guān)閉。</p><p>　　啟動(dòng)操作:按下啟動(dòng)按鈕SB1，裝置就開始按下列約定的規(guī)律操作：</p><p>　　液體A閥門打開，液體A

11、流入容器。當(dāng)液面到達(dá)SL2時(shí)，SL2接通，關(guān)閉液體A閥門，打開液體B閥門。液面到達(dá)SL1時(shí)，關(guān)閉液體B閥門，攪勻電機(jī)開始攪勻。攪勻電機(jī)工作6秒后停止攪動(dòng)，混合液體閥門打開，開始放出混合液體。當(dāng)液面下降到SL3時(shí)，SL3由接通變?yōu)閿嚅_，再過2秒后，容器放空，混合液閥門關(guān)閉，開始下一周期。</p><p>　　停止操作:按下停止按鈕SB2后，在當(dāng)前的混合液操作處理完畢后，才停止操作（停在初始狀態(tài)上）。</p&g

12、t;<p>　　2.3系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)</p><p>　　通過PLC接收液位傳感器的信號(hào)，然后控制電磁閥的開關(guān)，以及電動(dòng)機(jī)對(duì)兩種溶液的混合攪拌，并一直重復(fù)這個(gè)過程，實(shí)現(xiàn)液體混合裝置控制的模擬過程。</p><p>　　圖2.3系統(tǒng)設(shè)計(jì)示意圖</p><p>　　三 液體混合裝置控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)</p><p><b>

13、;　　3.1硬件的選型</b></p><p>　　3.1.1 可編程邏輯控制器PLC的選取</p><p>　　模擬實(shí)驗(yàn)中，最主要選取的是可編程邏輯控制器PLC，本課題選取西門子S7-200PLC。</p><p>　　SIMATIC S7-200系列PLC適用于各行各業(yè)，各種場(chǎng)合中的檢測(cè)、監(jiān)測(cè)及控制的自動(dòng)化。S7-200系列的強(qiáng)大功能使其無論在獨(dú)立運(yùn)

14、行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能。因此S7-200系列具有極高的性能/價(jià)格比。</p><p>　　1.CPU單元設(shè)計(jì)：集成的24V負(fù)載電源：可直接連接到傳感器和變送器（執(zhí)行器），CPU 221，222具有180mA輸出，CPU 224，CPU 226分別輸出280，400mA?？捎米髫?fù)載電源。</p><p>　　2.不同的設(shè)備類型：CPU 

15、221~226各有2種類型CPU，具有不同的電源電壓和控制電壓。</p><p>　　3.本機(jī)數(shù)字量輸入/輸出點(diǎn)：CPU 221具有6個(gè)輸入點(diǎn)和4個(gè)輸出點(diǎn)，CPU 222具有8個(gè)輸入點(diǎn)和6個(gè)輸出點(diǎn)，CPU 224具有14個(gè)輸入點(diǎn)和10個(gè)輸出點(diǎn)。CPU 226具有24個(gè)輸入點(diǎn)和16個(gè)輸出點(diǎn)。</p><p>　　4.中斷輸入：允許以極快的速度對(duì)過程信號(hào)的上升沿作出響應(yīng)。</p

16、><p><b>　　5.高速計(jì)數(shù)器</b></p><p>　?。?）CPU 221/222：4個(gè)高速計(jì)數(shù)器（30KHz），可編程并具有復(fù)位輸入，2個(gè)獨(dú)立的輸入端可同時(shí)作加、減計(jì)數(shù)，可連接兩個(gè)相位差為90°的A/B相增量編碼器。</p><p>　　（2）CPU 224/226：6個(gè)高速計(jì)數(shù)器（30KHz），具有CPU 221/222相

17、同的功能。</p><p>　?。?）CPU 222/224/226：可方便地用數(shù)字量和模擬量擴(kuò)展模塊進(jìn)行擴(kuò)展?？墒褂梅抡嫫鳎ㄟx件）對(duì)本機(jī)輸入信號(hào)進(jìn)行仿真，用于調(diào)試用戶程序。</p><p>　?。?）模擬電位器：CPU221/222 1個(gè)。CPU224/226 2個(gè)。</p><p>　?。?）脈沖輸出：2路高頻率脈沖輸出（最大20KHz），用于控制步進(jìn)電機(jī)或伺服

18、電機(jī)實(shí)現(xiàn)定位任務(wù)。</p><p>　　（6）實(shí)時(shí)時(shí)鐘：例如為信息加注時(shí)間標(biāo)記，記錄機(jī)器運(yùn)行時(shí)間或?qū)^程進(jìn)行時(shí)間控制。</p><p>　?。?）EEPROM存儲(chǔ)器模塊（選件）：可作為修改與拷貝程序的快速工具（無需編程器），并可進(jìn)行輔助軟件歸檔工作。</p><p>　　（8）電池模塊：用于長(zhǎng)時(shí)間數(shù)據(jù)后備。用戶數(shù)據(jù)（如標(biāo)志位狀態(tài)，數(shù)據(jù)塊，定時(shí)器，計(jì)數(shù)器）可通過內(nèi)部的

19、超級(jí)電容存貯大約5天。選用電池模塊能延長(zhǎng)存貯時(shí)間到200天（10年壽命）。電池模塊插在存儲(chǔ)器模塊的卡槽中。</p><p>　　3.1.2液位傳感器的選擇</p><p>　　本課題選用LSF-2.5型液位傳感器。</p><p>　　其中“L”表示光電的，“S”表示傳感器，“F”表示防腐蝕的，2.5為最大工作壓力。LSF系列液位開關(guān)可提供非常準(zhǔn)確、可靠的液位檢測(cè)。

20、其原理是依據(jù)光的反射折射原理，當(dāng)沒有液面時(shí)，光被前端的棱鏡面或球面反射回來；有液體覆蓋光電探頭球面時(shí)，光被折射出去，這使得輸出發(fā)生變化，相應(yīng)的晶體管或繼電器動(dòng)作并輸出一個(gè)開關(guān)量。應(yīng)用此原理可制成單點(diǎn)或多點(diǎn)液位開關(guān)。LSF光電液位開關(guān)具有較高的適應(yīng)環(huán)境的能力，在耐腐蝕方面有較好的抵抗能力。</p><p>　　相關(guān)元件主要技術(shù)參數(shù)及原理如下：</p><p>　　1.工作壓力可達(dá)2.5Mpa

21、；</p><p>　　2.工作溫度上限為125；</p><p>　　3.觸點(diǎn)壽命為100萬次℃；</p><p>　　4.觸點(diǎn)容量為70W；</p><p>　　5.開關(guān)電壓為24V DC；</p><p>　　6.切換電流為0.5A。</p><p>　　3.1.3攪拌電機(jī)的選擇</

22、p><p>　　選用EJ15-3型電動(dòng)機(jī)。</p><p>　　其中“E”表示電動(dòng)機(jī)，“J”表示交流的，15為設(shè)計(jì)序號(hào)，3為最大工作電流。</p><p>　　相關(guān)元件主要技術(shù)參數(shù)及原理如下：</p><p>　　EJ15系列電動(dòng)機(jī)是一般用途的全封閉自扇冷式鼠籠型三相異步電動(dòng)機(jī)。</p><p>　　1.額定電壓為220V

23、，額定頻率為50Hz，功率為2.5KW，采用三角形接法； </p><p>　　2.電動(dòng)機(jī)運(yùn)行地點(diǎn)的海拔不超過1000m。工作溫度-15~40℃/濕度≤90%；</p><p>　　3.EJ15系列電動(dòng)機(jī)效率高、節(jié)能、堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩高、噪音低、振動(dòng)小、運(yùn)行安全可靠。</p><p>　　3.2 PLC的I/O分配表</p><p>　　輸

24、入/輸出接線列表：</p><p>　　表3.2 I/O分配表</p><p>　　3.3 PLC的I/O接線圖</p><p><b>　　S7-200</b></p><p><b>　　CPU226</b></p><p>　　圖3.3 PLC外部接線圖</p&g

25、t;<p>　　四 液體混合裝置控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1編程軟件的介紹</p><p>　　STEP7-Micro/WIN32是西門子公司專為SIMATIC S7-200系列可編程序控制器研制開發(fā)的編程軟件，它是基于Windows的應(yīng)用軟件，功能強(qiáng)大，既可用于開發(fā)用戶程序，又可實(shí)時(shí)監(jiān)控用戶程序的執(zhí)行狀態(tài)。下面將介紹該軟件的安裝、基本功能以及如何應(yīng)用編程軟

26、件進(jìn)行編程、調(diào)試和運(yùn)行監(jiān)控等內(nèi)容。</p><p><b>　　基本功能：</b></p><p>　　STEP7-Micro/WIN32編程軟件的基本功能是協(xié)助用戶完成應(yīng)用軟件的開發(fā)，其主要實(shí)現(xiàn)以下功能。</p><p>　　1.在脫機(jī)（離線）方式下創(chuàng)建用戶程序，修改和編輯原有的用戶程序。在脫機(jī)方式時(shí)，計(jì)算機(jī)與PLC斷開連接，此時(shí)能完成大部分

27、的基本功能，如編程、編譯、調(diào)試和系統(tǒng)組態(tài)等，但所有的程序和參數(shù)都只能存放在計(jì)算機(jī)的磁盤上。</p><p>　　2.在聯(lián)機(jī)（在線）方式下可以對(duì)與計(jì)算機(jī)建立通信關(guān)系的PLC直接進(jìn)行各種操作，如上載、下載用戶程序和組態(tài)數(shù)據(jù)等。 </p><p>　　3.在編輯程序的過程中進(jìn)行語(yǔ)法檢查，可以避免一些語(yǔ)法錯(cuò)誤和數(shù)據(jù)類型方面的錯(cuò)誤。經(jīng)語(yǔ)法檢查后，梯形圖中錯(cuò)誤處的下方自動(dòng)加紅色波浪線，語(yǔ)句表

28、的錯(cuò)誤行前自動(dòng)畫上紅色叉，且在錯(cuò)誤處加上紅色波浪線。</p><p>　　4.對(duì)用戶程序進(jìn)行文檔管理，加密處理等。</p><p>　　5.設(shè)置PLC的工作方式、參數(shù)和運(yùn)行監(jiān)控等。</p><p><b>　　4.2程序設(shè)計(jì)</b></p><p>　　本課題采用可編程控制器梯形圖作為編程語(yǔ)言，標(biāo)準(zhǔn)語(yǔ)言梯形圖語(yǔ)言也是我們

29、最常用的一種語(yǔ)言，它有以下特點(diǎn)：</p><p>　　1.它是一種圖形語(yǔ)言，沿用傳統(tǒng)控制圖中的繼電器觸點(diǎn)、線圈、串聯(lián)等術(shù)語(yǔ)和一些圖形符號(hào)構(gòu)成，左右的豎線稱為左右母線。</p><p>　　2.梯形圖中的接點(diǎn)可以任意串、并聯(lián)，但線圈只能并聯(lián)不能串聯(lián)。 </p><p>　　3.內(nèi)部繼電器、計(jì)數(shù)器、寄存器等均不能直接控制外部負(fù)載，只能做中間結(jié)果供CPU內(nèi)部使用。<

30、/p><p>　　4.PLC是按循環(huán)掃描事件，沿梯形圖先后順序執(zhí)行，在同一掃描周期中的結(jié)果留在輸出狀態(tài)暫存器中所以輸出點(diǎn)的值在用戶程序中可以當(dāng)做條件使用。功能左邊畫輸入、右邊畫輸出。</p><p>　　5.PLC是按循環(huán)掃描事件，沿梯形圖先后順序執(zhí)行，在同一掃描周期中的結(jié)果留在輸出狀態(tài)暫存器中所以輸出點(diǎn)的值在用戶程序中可以當(dāng)做條件使用。</p><p><b&g

31、t;　　本課題程序如下：</b></p><p>　　五 系統(tǒng)調(diào)試與結(jié)果分析</p><p><b>　　1.調(diào)試</b></p><p><b>　　（1）調(diào)試過程：</b></p><p>　　運(yùn)用調(diào)試程序進(jìn)行系統(tǒng)靜調(diào)。模擬兩種液體混合裝置的操作過程，對(duì)控制程序作一些改動(dòng)，使之變成可

32、連續(xù)運(yùn)行的調(diào)試程序。具體作法如下：</p><p>　　運(yùn)行STEP7-Micro/WIN32編程軟件，使PLC進(jìn)入運(yùn)行方式后：</p><p>　　按下啟動(dòng)按鈕SB1，裝置液體A閥門打開，液體A流入容器。當(dāng)液面到達(dá)SL2時(shí)，SL2接通，關(guān)閉液體A閥門，打開液體B閥門。液面到達(dá)SL1時(shí)，關(guān)閉液體B閥門，攪勻電機(jī)開始攪勻。攪勻電機(jī)工作6秒后停止攪動(dòng)，混合液體閥門打開，開始放出混合液體。當(dāng)液面

33、下降到SL3時(shí)，SL3由接通變?yōu)閿嚅_，再過2秒后，容器放空，混合液閥門關(guān)閉，開始下一周期。</p><p>　　當(dāng)按下停止按鈕SB2后，在當(dāng)前的混合液操作處理完畢后，才停止操作（停在初始狀態(tài)上）。</p><p>　?。?）調(diào)試結(jié)果模擬示意圖</p><p><b>　　圖5.1啟動(dòng)示意圖</b></p><p>　　圖

34、5.2液面到達(dá)SL2時(shí)示意圖</p><p>　　圖5.2液面到達(dá)SL1時(shí)示意圖</p><p>　　圖5.2放出混合液體時(shí)示意圖</p><p><b>　　2.結(jié)果分析</b></p><p>　　基于以上設(shè)計(jì)與調(diào)試，兩種液體混合裝置的系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本結(jié)束。測(cè)試結(jié)果滿足課題給定要求。</p><p&g

35、t;<b>　　結(jié)束語(yǔ)</b></p><p>　　此次機(jī)plc課程設(shè)計(jì)是非常難得的一次理論與實(shí)踐相結(jié)合的機(jī)會(huì)，通過這次對(duì)“多種液體自動(dòng)混合裝置的PLC控制”的設(shè)計(jì)使我擺脫了單純理論學(xué)習(xí)的狀態(tài)和眼高手低的毛病，使我了解到PLC的重要性。</p><p>　　在此次計(jì)中，我們遇到了許多困難，通過對(duì)自身的查找，我找出幾點(diǎn)不足之處：</p><p>

36、　　1.不會(huì)利用查翻資料。在理論課學(xué)習(xí)過程中，老師曾經(jīng)給過我們很多關(guān)于PLC的參考資料。而我沒有去充分利用。在老師的提示下，我才如獲至寶。</p><p>　　2.學(xué)習(xí)認(rèn)真程度不夠，基礎(chǔ)相對(duì)薄弱。通過這次課程設(shè)計(jì)。我學(xué)會(huì)了PLC的基本編程方法，對(duì)PLC的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。在對(duì)理論的運(yùn)用中，提高了我的科學(xué)文化素質(zhì)，在沒有做實(shí)踐設(shè)計(jì)以前，我們對(duì)知識(shí)的撐握都是理論上的，對(duì)一些細(xì)節(jié)不加重視，當(dāng)我們把自

37、己想出來的程序用到PLC中的時(shí)候，問題就出現(xiàn)了。這樣，我就只能一個(gè)一個(gè)問題的去解決，通過查閱資料和詢問老師，使得我對(duì)PLC 的理解得到加強(qiáng)，看到了實(shí)踐與理論的差距。</p><p>　　最后通過本次課程設(shè)計(jì)，使我了解了PLC控制技術(shù)在工業(yè)應(yīng)用和工業(yè)生產(chǎn)中的重要地位。因此，學(xué)好這門課程十分重要。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><

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