PLC课程设计：液体混合装置控制的模拟

上海电机学院

课程设计

2015～2016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------------------------------------------------------------------------------------------1

1.1课题概况-----------------------------------------------------------------------------------1

1.2设计要求-----------------------------------------------------------------------------------1

1.3设计内容----------------------------------------------------------------------------------------------1

2. 系统总体方案设计------------------------------------------------------------------------2

2.1总体方案选择说明-----------------------------------------------------------------------2

2.2 控制方式选择----------------------------------------------------------------------------2

2.3 操作界面设计----------------------------------------------------------------------------2

3. PLC控制系统的硬件设计---------------------------------------------------------------3

3.1 PLC的选型-------------------------------------------------------------------------------3

3.2 用户存储器容量的估计----------------------------------------------------------------3

3.3 I/O点数的估算---------------------------------------------------------------------------3

3.4电源模块选择-----------------------------------------------------------------------------3

3.5 I/O分配表---------------------------------------------------------------------------------4

3.6电气原理图设计--------------------------------------------------------------------------4 4．PLC控制系统系统程序设计-----------------------------------------------------------5

4.1状态分配表---------------------------------------------------------------------------------5

4.2 控制程序顺序功能图设计--------------------------------------------------------------6

4.3 控制程序设计思路-----------------------------------------------------------------------6 5．系统调试及结果分析---------------------------------------------------------------------------13

5.1 系统调试及解决的问题----------------------------------------------------------------13

5.2 结果分析----------------------------------------------------------------------------------28 6．系统的使用说明书-------------------------------------------------------------------------------28 7．课程设计体会--------------------------------------------------------------------------------------29 8．参考文献-----------------------------------------------------------------------------------30 9．附录-----------------------------------------------------------------------------------------30

控制系统电气原理图-----------------------------------------------------------30

1．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

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100~120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

3.6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

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。

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Ａ阀门关闭，液体Ｂ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ＳＬ１，液体Ｂ阀门关闭，搅匀电机Ｍ运行１０Ｓ。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：按下启动按钮I0.0，液体阀门A、液体Ｂ阀门依次打开５Ｓ，液面到达ＳＬ２，液体Ａ阀门、液体Ｂ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