PLC課程設(shè)計(jì)：液體混合裝置控制模擬

1、液體混合裝置控制的模擬（一）上海電機(jī)學(xué)院課 程 設(shè) 計(jì)20152016 學(xué)年第一學(xué)期課程名稱 可編程控制器原理及應(yīng)用 設(shè)計(jì)題目 液體混合裝置控制的模擬（一） 院 (系) 電 氣 學(xué) 院 專 業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化（港口自動(dòng)化方向） 學(xué)生姓名 任 書 洋 學(xué) 號(hào) 151101190241 設(shè)計(jì)時(shí)間 2016年 1月 18日 指導(dǎo)教師 龔 建 芳 提交日期 年 月 日 目 錄1. 簡(jiǎn)介-11.1課題概況-11.2設(shè)計(jì)要求-11.3設(shè)計(jì)內(nèi)容-12. 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)-22.1總體方案選擇說(shuō)明-22.2 控制方式選擇-22.3 操作界面設(shè)計(jì)-23. PLC控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)-33.1 PLC的選型-3

2、3.2 用戶存儲(chǔ)器容量的估計(jì)-33.3 I/O點(diǎn)數(shù)的估算-33.4電源模塊選擇-33.5 I/O分配表-43.6電氣原理圖設(shè)計(jì)-44PLC控制系統(tǒng)系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)-54.1狀態(tài)分配表-54.2 控制程序順序功能圖設(shè)計(jì)-64.3 控制程序設(shè)計(jì)思路-65系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析-135.1 系統(tǒng)調(diào)試及解決的問(wèn)題-135.2 結(jié)果分析-286系統(tǒng)的使用說(shuō)明書-287課程設(shè)計(jì)體會(huì)-298參考文獻(xiàn)-309附錄-30控制系統(tǒng)電氣原理圖-301簡(jiǎn)介1.1 課題概況本裝置為兩種液體混合裝置，SL1、SL2、SL3為液面?zhèn)鞲衅?，液體A、B的閥門與混合液閥門由電磁閥YV1、YV2、YV3控制，M為攪動(dòng)混合電機(jī)。SA1、SA

3、2為工作流程選擇開(kāi)關(guān)，SA3為單次工作和循環(huán)工作的選擇開(kāi)關(guān)。SB1、SB2為啟動(dòng)和停止開(kāi)關(guān)。1.2 設(shè)計(jì)要求（1）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(kāi)5秒,將容器放空后關(guān)閉。 （2）啟動(dòng):按下啟動(dòng)按鈕SB1，裝置就開(kāi)始按工作流程進(jìn)行。（3）停止:按下停止按鈕SB2后，完成本次循環(huán)，并停在原位，恢復(fù)原位狀態(tài)。1.3 設(shè)計(jì)內(nèi)容步驟工作流程1工作流程2工作流程3啟動(dòng)按鈕按下按下按下第一步液體A閥門打開(kāi) 液體A閥門打開(kāi)液體B閥門打開(kāi)液體A閥門、液體B閥門依次打開(kāi)5s第二步液面到達(dá)SL2液體A閥門關(guān)閉液體B閥門打開(kāi)液面到達(dá)SL2液體A閥門關(guān)閉液體B閥門打開(kāi)液面到達(dá)SL2

4、液體A閥門、液體B閥門依次打開(kāi)8s第三步液面到達(dá)SL1液體B閥門關(guān)閉液面達(dá)到SL1液體B閥門關(guān)閉液面達(dá)到SL1液體A、B閥門關(guān)閉第四步攪勻電機(jī)M運(yùn)行6s攪勻電機(jī)M運(yùn)行10s攪勻電機(jī)M運(yùn)行10s第五步放出混合液體閥門打開(kāi)混合液體的閥門打開(kāi)攪勻電機(jī)M繼續(xù)運(yùn)行放出混合液體的閥門打開(kāi)第六步液面到達(dá)SL3混合液體閥門打開(kāi)延時(shí)2s液面到達(dá)SL2M停止運(yùn)行混合液體閥門打開(kāi)液面到達(dá)SL3混合液體閥門打開(kāi)延時(shí)2s第七步停止工作液面到達(dá)SL3液面到達(dá)閥門打開(kāi)延遲2s回到第一步循環(huán)工作3次后自動(dòng)停止工作回到第一步循環(huán)工作2系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)2.1 總體方案選擇說(shuō)明剛開(kāi)始拿到這個(gè)課設(shè)課題時(shí)還不知道如何下手，然后通過(guò)網(wǎng)上

5、查找相關(guān)的資料得出了自己的設(shè)計(jì)思想。 首先根據(jù)課題的要求畫出了大致的順序功能圖，然后根據(jù)課題要求有3個(gè)工作流程，我們就把這3個(gè)工作流程分作對(duì)應(yīng)的3個(gè)工作功能塊。在OB1中通過(guò)開(kāi)關(guān)SA1、SA2開(kāi)關(guān)，來(lái)選擇工作流程方式。當(dāng)SA1接通時(shí)選擇工作流程1；當(dāng)SA2接通時(shí)選擇工作流程2；當(dāng)SA1、SA2同時(shí)接通時(shí)選擇工作流程3。 功能塊FC1為工作流程1。 功能塊FC2為工作流程2。 功能塊FC3為工作流程3。  2.2 控制方式選擇由于PLC控制系統(tǒng)較繼電-接觸器控制系統(tǒng)有許多優(yōu)點(diǎn)，如硬件電路簡(jiǎn)單，修改程序容易，可靠性高等，所以本設(shè)計(jì)選擇PLC控制系統(tǒng)

6、。2.3 操作界面設(shè)計(jì)根據(jù)任務(wù)書的控制要求和總體方案，設(shè)計(jì)如圖所示操作界面。液體混合裝置控制操作面板1、為了便于隨時(shí)觀察系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，每個(gè)閥、泵、攪拌器均裝有運(yùn)行狀態(tài)指示燈，對(duì)應(yīng)于混料罐的高/中/低液位，均裝有位置指示燈。2、用兩個(gè)選擇開(kāi)關(guān)切換系統(tǒng)工作模式“工作流程1”、“工作流程2”、“工作流程3”，并用兩個(gè)指示燈來(lái)指示當(dāng)前所處工作模式。3、根據(jù)控制要求（2）設(shè)置一個(gè)“啟動(dòng)”按鈕和一個(gè)工作指示燈。4、根據(jù)控制要求（3）設(shè)置一個(gè)“停止”按鈕和一個(gè)工作指示燈。3.PLC控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3.1 PLC的選型隨著PLC的推廣普及，PLC產(chǎn)品的種類和數(shù)量越來(lái)越多，而且功能也日趨完善。近年來(lái)，從美國(guó)

7、、日本、德國(guó)等國(guó)引進(jìn)的PLC產(chǎn)品及國(guó)內(nèi)廠家組裝或自行開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品已有幾十個(gè)系列、上百種型號(hào)。PLC的品種繁多，其結(jié)構(gòu)型式、性能、容量、指令系統(tǒng)、編程方法、價(jià)格等各不相同，適用場(chǎng)合也各有側(cè)重。因此，合理選擇PLC，對(duì)于提高PLC在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用起著重要作用。 本次液體混合裝置控制設(shè)計(jì)用的是來(lái)自西門子公司的S7-300可編程控制器。西門子公司的SIMATIC S7-300系列屬于中小型PLC，可用來(lái)代替繼電器的簡(jiǎn)單控制場(chǎng)合，也可用于負(fù)載的自動(dòng)化控制系統(tǒng)。在液體混合裝置控制的模擬這個(gè)課設(shè)主題上，它結(jié)構(gòu)上合理，安裝方便，功能相當(dāng)，滿足相應(yīng)時(shí)間和對(duì)聯(lián)網(wǎng)通信功能等要求。3.2 用戶存儲(chǔ)器容量的估計(jì)通常，一

8、條邏輯指令占存儲(chǔ)器一個(gè)字，計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、移位以及算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送等指令占存儲(chǔ)器兩個(gè)字。在選擇存儲(chǔ)容量時(shí)，一般可按實(shí)際需要的25%30%考慮余量。根據(jù)存儲(chǔ)器的總字節(jié)數(shù)再加上10%25%的備用量即可估算出所需存儲(chǔ)容量。3.3 I/O點(diǎn)數(shù)的估算I/O是PLC的一項(xiàng)重要指標(biāo)。合理選擇I/O點(diǎn)數(shù)的確定以系統(tǒng)實(shí)際的輸入/輸出數(shù)為基礎(chǔ)確定。在確切I/O點(diǎn)數(shù)時(shí)，應(yīng)留有適當(dāng)余量。目前PLC的I/O點(diǎn)價(jià)格還較高，平均每點(diǎn)為100120人民幣。如果備用的I/O點(diǎn)的數(shù)量太多，就會(huì)使成本增加。因此，通常在選擇I/O點(diǎn)數(shù)時(shí)可按實(shí)際需要的10%15考慮余量。3.4 電源模塊選擇一般只需考慮輸出電流。電源模塊的額定輸出電流必

9、須大于處理器模塊、I/O模塊、專用模塊等消耗電流的總和。以下步驟為選擇電源的一般步驟： （1）確定電源的輸入電壓。 （2）將框架中每塊I/O模塊所需的總背板電流相加，計(jì)算出I/O模塊所需的總背板電流值。 （3）I/O模塊所需的總背板電流值再加上以下各電流：框架中帶有處理器時(shí)，則加上處理器的最大電流值；當(dāng)框架中帶有遠(yuǎn)程適配器模塊或擴(kuò)展本地I/O適配器模塊時(shí)，應(yīng)加上適配器模塊或擴(kuò)展本地I/O適配器模塊的最大電流值。 （4） 如果框架中流油 空槽用作將來(lái)擴(kuò)展時(shí)，則做一下處理：列出將來(lái)要擴(kuò)展的I/O模塊所需的背板電流；將所有擴(kuò)展的I/O模塊的總背板電流值與步驟（3）中計(jì)算得出的總背板電流值相加。 （5

10、） 在框架中是否有用于電源的空槽，若沒(méi)有，將電源裝到框架的外面。 （6） 根據(jù)確定好的輸入電壓要求和所需的總背板電流值，從用戶手冊(cè)中選擇合適的電源模塊。3.5 I/O分配表表1 I/O分配表變量名變量符號(hào)SB1啟動(dòng)按鈕I0.0SB2停止按鈕I0.1SA1工作流程1選擇開(kāi)關(guān)I0.7SA2工作流程2選擇開(kāi)關(guān)I1.0SL1液面?zhèn)鞲衅鱏L1I1.3SL2液面?zhèn)鞲衅鱏L2I1.4SL3液面?zhèn)鞲衅鱏L3I1.5YV1液體A閥門Q0.1YV2液體B閥門Q0.2YV3混合液體閥門Q0.3YKM攪勻電機(jī)MQ0.03.6電氣原理圖設(shè)計(jì)(見(jiàn)附錄)4. PLC控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)4.1 狀態(tài)分配表工序名稱狀態(tài)器地址號(hào)功

11、能啟動(dòng)M0.0初始進(jìn)液體M0.1液體B閥門關(guān)閉，液體A閥門打開(kāi)5s進(jìn)液體M0.2液體A閥門關(guān)閉，液體B閥門打開(kāi)5s攪勻M0.3液體A閥門關(guān)閉液體B閥門關(guān)閉，攪勻電機(jī)M運(yùn)行3s計(jì)數(shù)M0.4回到第一步循環(huán)工作三次計(jì)數(shù)放液體M0.5混合液體閥門打開(kāi)放液體M0.6混合液體閥門打開(kāi)延時(shí)2s進(jìn)液體M0.7液體A閥門關(guān)閉，液體B閥門打開(kāi)進(jìn)液體M1.0液體A閥門打開(kāi)，液體B閥門打開(kāi)攪勻M1.1液體A、B閥門關(guān)閉, 攪勻電機(jī)M運(yùn)行10s放液體M1.2放出混合液體的閥門打開(kāi)放液體M1.3混合液體閥門打開(kāi)2s進(jìn)液體M1.4液體A閥門、液體B閥門依次打開(kāi)3s進(jìn)液體M1.5液體A閥門、液體B閥門依次打開(kāi)5s攪勻M1.6

12、液體A、B閥門關(guān)閉, 攪勻電機(jī)M運(yùn)行10s放液體M1.7放出混合液體的閥門打開(kāi)放液體M2.0混合液體閥門打開(kāi)延時(shí)2s計(jì)數(shù)M2.1循環(huán)工作3次計(jì)數(shù)4.2 液體混合裝置控制程序順序功能圖設(shè)計(jì)液體混合裝置控制程序流程圖4.3 控制程序設(shè)計(jì)思路程序的組成液體混合裝置控制程序的組成情況如圖所示。初始程序 主體程序 工作模式一 工作模式二 工作模式三液體混合裝置控制程序的組成5系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析5.1 系統(tǒng)調(diào)試及解決的問(wèn)題程序調(diào)試時(shí)在工作流程三中液面到達(dá)STL2時(shí)，未滿足液體A閥門、液體B閥門依次打開(kāi)5S的控制要求。檢查后發(fā)現(xiàn)，SL2與ST1在程序中的位置設(shè)置錯(cuò)誤，改正后系統(tǒng)正常運(yùn)行。5.1.1系統(tǒng)梯形圖

13、OB100 初始程序液體混合裝置控制初始化程序梯形圖在OB100暖啟動(dòng)中，將各個(gè)狀態(tài)復(fù)位，將M0.0和M5.0置位。M0.0為開(kāi)始運(yùn)行程序做好準(zhǔn)備，M5.0則是為了在主程序中能夠?qū)㈤_(kāi)始運(yùn)行前將混合液閥門打開(kāi)5秒，將容器放空。OB1 主程序液體混合裝置控制主體程序梯形圖先將混料液的閥門打開(kāi)5秒，將容器放空后關(guān)閉。通過(guò)I0.7和I1.0選擇工作模式。只有I0.7按下時(shí)，執(zhí)行工作流程一；只有I1.0按下時(shí)，執(zhí)行工作流程二；I0.7和I1.0都按下時(shí)，執(zhí)行工作流程三FC1程序 工作流程1：按下啟動(dòng)按鈕I0.0，液體閥門A打開(kāi)，當(dāng)液面到達(dá)SL2時(shí)，液體閥門關(guān)閉，液體閥門打開(kāi)，當(dāng)液面達(dá)到SL1，液體B閥門

14、關(guān)閉。攪拌電機(jī)M運(yùn)行6S，放出混合液體的閥門打開(kāi)，液面到達(dá)SL3，混合液體閥門打開(kāi)并延遲2S，然后停止工作。液體混合裝置控制工作模式程序梯形圖液體混合裝置控制工作流程一程序梯形圖FC2 程序工作流程2：按下啟動(dòng)按鈕I0.0，液體閥門A打開(kāi)，液體B閥門打開(kāi)，當(dāng)液面到達(dá)SL2，液體A閥門關(guān)閉，液體B閥門打開(kāi)，液面達(dá)到，液體閥門關(guān)閉，攪勻電機(jī)運(yùn)行?；旌弦后w的閥門打開(kāi)，攪勻電機(jī)繼續(xù)運(yùn)行，液面達(dá)到，停止運(yùn)行，混合液體們打開(kāi)，當(dāng)液面到達(dá)，混合液體閥門打開(kāi)并延遲，回到第一步循環(huán)工作。液體混合裝置控制工作模式程序梯形圖液體混合裝置控制工作流程二程序梯形圖FC3 程序工作流程：按下啟動(dòng)按鈕I0.0，液體閥門A、

15、液體閥門依次打開(kāi)，液面到達(dá)，液體閥門、液體閥門依次打開(kāi)。當(dāng)液面到達(dá)時(shí)，液體閥門關(guān)閉，攪拌電機(jī)運(yùn)行后，放出混合液體的閥門打開(kāi)，液面到達(dá)SL3，混合液體閥門打開(kāi)并延遲2，回到第一步，循環(huán)工作次后自動(dòng)停止工作。 液體混合裝置控制工作模式程序梯形圖液體混合裝置控制工作流程三程序梯形圖5.2 結(jié)果分析（1）系統(tǒng)先將YV3(Q0.3)打開(kāi)5秒。（2）按下SA1(I0.7),恢復(fù)SA2（I1.0）再按下啟動(dòng)按鈕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)，恢復(fù)SA1（I0.7）。按下啟動(dòng)按鈕SB1，按下SL1, M(Q0.0)亮10秒后，按

16、下SL3，YV3（Q0.3）再亮2秒后循環(huán)。（4）同時(shí)按下SA1(I0.7)和SA2（I1.0）。按下啟動(dòng)按鈕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，循環(huán)3次后停止。（5）按下停止按鈕SB2，循環(huán)都變?yōu)?次，完成本次循環(huán)后，立即停止。6系統(tǒng)的使用說(shuō)明書（1）通電后，放出混合液的閥門打開(kāi)5秒鐘。將容器放空后關(guān)閉。（2）利用I0.7和I1.0分別選擇三個(gè)工作流程。按下I0.7,恢復(fù)I1.0,為工作流程一。按下I1.0,恢復(fù)I0.7,為工作流程二。

17、同時(shí)按下I1.0和 I0.7,為工作流程三。（3）按下啟動(dòng)按鈕SB1，啟動(dòng)當(dāng)前工作流程。（4）在工作流程一中，混合液體閥門打開(kāi)后，按下SL3,混合液體閥門打開(kāi)2秒后結(jié)束。（5）在工作流程二中，按下SL2，實(shí)現(xiàn)液體閥門A不工作，液體閥門B工作，按下SL1，使得液體閥門B停止工作，攪勻電動(dòng)機(jī)M工作10秒?；旌弦后w閥門打開(kāi)后，按下SL3,混合液體閥門打開(kāi)2秒。（6）在工作流程三中，按下SL1，液體A閥門和液體B閥門依次打開(kāi)5S。按v下SL2，液體A閥門和液體B閥門依次打開(kāi)。攪勻電動(dòng)機(jī)M工作10秒?；旌弦后w閥門打開(kāi)后，按下SL3,混合液體閥門打開(kāi)2秒。循環(huán)次后自動(dòng)停止工作。（7）按下停止按鈕SB2后，

18、完成本次循環(huán)，并停在原位，恢復(fù)原位狀態(tài)。7課程設(shè)計(jì)體會(huì)這次PLC課程設(shè)計(jì)，我們小組的課題是“液體混合裝置控制的模（一）”，在龔建芳老師的帶指導(dǎo)下，我們先根據(jù)課題要求畫出了大致的順序功能圖然后根據(jù)順序功能圖和查找相關(guān)的資料寫出初步的梯形圖程序，最后通過(guò)調(diào)試與修改，在全組成員的共同努力下，我們成功的完成了這次課程設(shè)計(jì)任務(wù)，實(shí)現(xiàn)了老師期望的結(jié)果。此次設(shè)計(jì)以分組的方式進(jìn)行，每組有一個(gè)題目。由于平時(shí)大家都是學(xué)理論，沒(méi)有過(guò)實(shí)際開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，拿到的時(shí)候都不知道怎么做。但通過(guò)各方面的查資料并學(xué)習(xí)。我們基本學(xué)會(huì)了PLC設(shè)計(jì)的步聚和基本方法。分組工作的方式給了我與同學(xué)合作的機(jī)會(huì)，提高了人與人合作的意識(shí)與能力。最好要不停的改善自己解決問(wèn)題的方法，這樣可以方便自己解決問(wèn)題。第二天的軟件系統(tǒng)調(diào)試，是最麻煩，遇到問(wèn)題最多的地方。我們對(duì)程序修改了多次，才將程序中的錯(cuò)誤全部改正過(guò)來(lái)。又經(jīng)過(guò)了長(zhǎng)時(shí)間的研究，對(duì)軟件進(jìn)行調(diào)整，最終終于得到了需要的數(shù)據(jù)和結(jié)果。通過(guò)這次設(shè)計(jì)實(shí)踐，我們的合作意識(shí)也得到加強(qiáng)，合作能力得到提高。上大學(xué)后，很多同學(xué)都沒(méi)有過(guò)深入的交流，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我們用了分工與合作的方式，每個(gè)人負(fù)責(zé)一定的部分，同時(shí)在一定的階段共同討論，以解決分工中個(gè)人不能解決的問(wèn)題，在交流中大家積極發(fā)言，和提出意見(jiàn)，同時(shí)我們還向別的同學(xué)請(qǐng)教。通過(guò)此次課