PLC课程设计：液体混合装置控制的模拟.doc

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 151101190241 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分配表-43.6电气原理图设计-44PLC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。SB1、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。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OB1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。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“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、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、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搅匀电机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三次计数放液体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。初始程序 主体程序 工作模式一 工作模式二 工作模式三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。5.1.1系统梯形图OB100 初始程序液体混合装置控制初始化程序梯形图在OB100暖启动中，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I0.0，液体阀门A打开，当液面到达SL2时，液体阀门关闭，液体阀门打开，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I0.0，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，液体阀门关闭，搅匀电机运行。混合液体的阀门打开，搅匀电机继续运行，液面达到，停止运行，混合液体们打开，当液面到达，混合液体阀门打开并延迟，回到第一步循环工作。液体混合装置控制工作模式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：按下启动按钮I0.0，液体阀门A、液体阀门依次打开，液面到达，液体阀门、液体阀门依次打开。当液面到达时，液体阀门关闭，搅拌电机运行后，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2，回到第一步，循环工作次后自动停止工作。 液体混合装置控制工作模式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(I0.7),恢复SA2（I1.0）再按下启动按钮SB1，按下、， M（Q0.0）亮秒，再按下SL3，YV3（Q0.3）亮2秒后停止。（3）按下SA2(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)依次亮秒。按下STL2，依次亮秒。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。按v下SL2，液体A阀门和液体B阀门依次打开。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，也让我了解了关于PLC设计原理。有很多设计理念来源于实际，从中找到最合适的设计方法。通过这次设计实践。我学会了PLC的基本编程方法，对PLC的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解，尤其是对于PLC的顺序控制方式和程序段的转换有了深刻的理解。在对理论的运用中，提高了我们的工程素质，在没有做实践设计以前，我们对PLC的掌握都是理论上的，对一些细节不加重视，当我们把自己想出来的程序放到实际PLC应用中的时候，问题出现了，不是不能运行，就是运行的结果和要求的结果不相符合。能过解决一个个在调试中出现的问题，我们对PLC 的理解得到加强，看到了实践与理论的差距。最后我们小组对数据和结果进行了总结，完成了课程设计报告。总的来说，这次的课程设计对我将来的开发与研究有着深远的影响。为我今后的学习，有着显著的帮助。8参考文献刘春生主编.西门子PLC应用与设计教程 机械工业出版社程宪平主编.机电传动与控制.武汉：华中科技大学出版社，2003.邓星钟.机电传动控制. 武汉：华中科技大学出版社.王永华编.现代电气控制及PLC应用技术.北京：北京航空航天出版社，2008殷洪义主编.可编程控制器选择设计与维护.北京：机械工业出版社，2002程子华，PLC原理与实例分析.北京:国防工业出版社，2006高钦和，可编程控制器应用技术及其设计实例.北京:高等教育出版社，20049附录液体混合装置控制系统电气原理图