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毕业设计 多种液体混合PLC控制系统设计报告

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一．设计概述

（一）课程设计的背景

随着科学技术的猛速发展，自动控制技术在人类活动的各个领域中应用越来越广泛。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，而且也是其生产过程中十分重要的组成部分。设计的多种液体混合装置利用可编程控制器可以实现在混合过程中进行精确控制，提高了液体混合比例的稳定性、运行稳定、自动化程度高，适合工业生产的需要。

（二）课程设计的目的及意义

在工艺加工最初，把多种原料在合适的时间和条件下进行所需要的加工以得到产品一直都是在人监控或操作下进行的，在后来多用继电器系统对顺序或逻辑的操作过程进行自动化操作，但是随着时代的发展，这些方式已经不能满足工业生产的实际需要。实际生产中需要更精确、更便捷的控制装置。

随着科学技术的日新月异，自动化程度要求越来越高，原来的液体混合装置远远不能满足当前自动化的需要。可编程控制器液体自动混合系统集成自动控制技术，计量技术，传感器技术与机电一体化装置。充分吸收了分散式控制系统和集中控制系统的优点。采用标准化、模块化、系统化设计，配置灵活、组态方便。

PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。他采用可以编制程序的储存器用来在其内部储存执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算数运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出控制各种类型的机械或生产过程。有以下主要特点：

1）使用灵活，通用性强

2）可靠性高，抗干扰能力强

3）接口简单、维护方便

4）体积小、功耗少、性价比高

5）编程简单容易掌握

6）设计施工调试周期短

所以根据多种液体自动混合系统的要求与特点，我们采用PLC作为我们的控制系统。可编程控制器指令丰富，可以接各种输出、输入扩充设备，有丰富的特殊扩展设备，其中的模拟输入设备和通信设备是系统所必需的，能够方便地联网通信。本系统就是应用可编程序控制器PLC对多种液体自动混合实现控制。

（三）课程设计的内容

实现基于S7-200多种液体混合控制系统设计。进行多种液体自动混合控制系统研究和分析；进行PLC应用研究和分析；进行多种液体自动混合PLC系统硬件设计，PLC软件编程设计，对程序进行调试，其中，搅拌机电机为三相交流异步机，功率为10千瓦，额定电压为380V,额定电流为20A。 2

二．设计原理

（一）实物总体结构设计图

本题目用PLC来模拟并实现多种液体自动混合装置的控制。液体自动混合装置如图一所示来将三种液体按一定比例进行混合

工作指示灯PG1提示停止指示灯PG2启动按钮SF1停止按钮SF2电磁阀Y1电磁阀Y2电磁阀Y3液体A液体B液体C液位传感器L1L2L3加热器H电磁阀Y4混合液体搅拌电动机M温度传感器T

（二）系统控制要求

1.初始状态

容器是空的，电磁阀Y1、Y2、Y3和电动机M均为关闭，液位传感器L1、L2、L3、L4均为断开。

2.启动操作

按下启动按钮，开始下列操作：电磁阀Y1先打开，开始注入液体A，当液面升至L3时，L3触发上升沿，停止注入液体A，关闭Y1的同时开启电磁阀Y2，注入液体B，当液面升至L2时，L2为触发上升沿，停止注入液体B，关闭Y2的同时开启电磁阀Y3，注入液体C，当液面升至L1时，L1触发上升沿，停止注入液体C，关闭Y3，同时开启搅拌机M，搅拌时间为预先设定为10s，10s后M关断，搅拌停止。开启加热器H，开始加热，待加热到温度传感器设定值时，温度传感器关闭，加热器H关断，加热过程结束。Y4打开放出混合液，至液体高度降为L3后，再经5s延时（以利于液体全部放出）停止放出。

3.停止操作

按下停止按钮SF2，在当前的操作处理完毕后，停止操作，回到初始状态。

（三）设计要求

根据生产设备工作方面及其它方面的需要，本次设计要达到如下设计要求：

（1）要求本次设计的控制装置采用PLC技术实现；

（2）要能完全满足控制要求； 3

（3） 按下停止按钮后，要将当前的混合操作处理完毕后，才停止操作。

三、课程设计方案分析

在对设计要求进行分析之后，对系统的设计过程有了一定理解：

当PLC接通电源，按下启动按钮SB1后，此时需要电磁阀控制液体A开始注入，并且当液体A到达L3时液体A停止注入，液体B开始注入，根据此要求需要一个液位传感器来使其实现，在程序设计时要注意互锁的插入与使用，并且还要特别注意此时触发的是液位传感器的上升沿。

当液体达到L2时，液体B停止注入，液体C开始注入根据此要求需要一个另一个液位传感器来使其实现，在程序设计时要注意互锁的插入与使用，并且还要特别注意此时触发的是液位传感器的上升沿。

当液体到达L1位置时，液体C停止注入，同时搅拌机的输出继电器KM1应当接通，此时便需要一个电动机控制电路来体现硬件结构。搅拌机通过KM1的输出信号得电并开始搅拌工作，计时1Os。此时应当注意在程序中需要一定时器来进行程序控制。10s到后，搅拌机M停止并使加热器的输出继电器KM2得电，与之相连的加热器也接通电源，开始加热液体。

当液体温度达到预定温度时，加热器失电，从而使加热器H关闭，此时需要一个温度传感器计量温度，达到指定温度后给出信号，同时使打开另一电磁阀，排出搅拌均匀后的混合液体。

当液体低于L3的位置时，这样就会给出一个下降沿给液位传感器，之后大约5s后液体排完。所以需要另一个定时器进行程序控制。在5S后电磁阀停止,进行下一循环，此时需要在程序里作出可以循环的梯形图。

在按下停止开关SB2后，应当在所有循环完成后再停止，此时便需要在最开始加入系统工作区间来统一控制。

四、软硬件具体设计

（一）元器件的选择

1.CPU选型

因为实验室提供的CPU就是226型中央处理器，并且根据已知的输入输出端口，整体决定采用具有更多的输入/输出点，更强的模块扩展能力.更快的运行速度和功能更强的内部集成特殊功能的SIMATIC CPU226型中央处理器。它集成24输入/16输出共40个数字最I/O点。可连接7个扩展模块.最大扩展至248路数字量I/O点或35路模拟量I/0点。13K字节程序和数据存储空间.6个独立的4

30kHz高速计数器，2路独立的20kHz高速脉冲输出，具有PID控制器。2个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议，MPI通讯协议和白由方式通讯能力，I/O端子可以很容易地进行整体拆卸。用于较高要求的控制系统，可完全适应于一些复杂的中小型控制系统。

2.I/O接口分配图

输入信号

代码 地址编号 说明

SF1 I0.0 启动按钮

SF2 I0.1 停止按钮

BG3 I0.2 液位传感器L3

BG2 I0.3 液位传感器L2

BG1 I0.4 液位传感器L1

BT I0.5 温度传感器T

输出信号

代码 地址编号 说明

MB1 Q0.0 电磁阀Y1的接触器线圈

MB2 Q0.1 电磁阀Y2的接触器线圈

MB3 Q0.2 电磁阀Y3的接触器线圈

KM1 Q0.4 控制电动机M的交流接触器

KM2 Q0.5 控制加热器H的交流接触器

MB4 Q0.3 电磁阀Y4的接触器线圈

PG1 Q1.0 工作指示灯PG1

PG2 Q1.1 提示停止指示灯PG2

3.其他元器件的选择

名称 代码 型号 数量

按钮开关 SF LA18-11K2 2

液位传感器 BG LSF-2.5 3

电磁阀 MB VF4-25 4

螺旋式熔断器 FU RL1-60\25 6

交流接触器 KM CGTX1-9\220V 4

LED指示灯 PG R-3528-A1-R103 2

加热器 H SRY 1

温度传感器 BT DS18B20 1

搅拌电动机 MA Y160M1-2 1 5

（1）电磁阀的选择

液体选用VF4-25型电磁阀，其中“V”表示电磁阀，“F”表示防腐蚀，“4”表示设计序号。“25”表示口径（mm）。

相关元件及主要参数如下：

材质：聚四氟乙烯，使用介质：硫酸盐酸有机溶剂、化学试剂等酸碱液体，介质温度：≤150℃，环境温度：-20℃~60℃，使用电压：AC：220V 50Hz ，DC：24V，功率：AC:2.5KW，操作方式：常闭：通电打开，断电关闭，动作响应迅速。

（2）液面传感器的选择

选用LSF-2.5型液位传感器，其中“L”表示光电的，“S”表示传感器，“F”表示防腐蚀的，“2.5”表示最大工作压力。

LSF光电液位开关具有较高的适应环境的能力，在耐腐蚀方面也有很好的抵抗能力。

相关元件及主要参数如下：

工作压力可达2.5Mpa，工作温度上限为125℃，触电寿命为一百万次，触电容量为70W，开关电压为24V，切换电流为0.5A。

（3）搅拌电动机的选择

根据课程设计的要求可知，搅拌电动机的型号应为Y160M1-2。适用与一切场所和无特殊要求的机械，如金属切削机床、泵、风机、运输机械、搅拌机、农业机械、食品机械等。在海拔不超过1000m的条件下使用，环境温度随季节变化但最高不超过40℃，最低不低于-15℃。

相关原件及主要参数如下：

产品类型：三相异步电动机，极数：两极，额定功率：11KW，额定电压：380V，额定电流：21.8A，额定转速：2930（r/min），效率：87.2%。

（4）加热器的选择

相关原件及主要参数如下：

型号：SRY ，功率：0.5KW—100KW，工作温度：0℃--500℃，工作电压：200V—400V，绝缘电阻：500欧姆，抗电强度：1500。

（5）温度传感器

相关原件及主要参数如下：

型号：DS18B20，工作电压：DC3—5.5V，测量范围：-55℃--125℃，测量精度：±0.5℃，最小分辨率：0.0625℃。 6

（二）硬件电路设计

1.主电路设计

M~L1L2L3QF1FUKM1BB1HQF2FUKM2

7

2.PLC实际接线图

CPU226Q0.0Q0.1Q0.2Q0.3Q0.5Q0.4Q1.0Q1.11L2L3LI0.0I0.1I0.2I0.3I0.4I0.51M2M~24VMB1MB2MB3MB4KM1KM2PG1FU220VSF1SF2BG3BG2BG1BTPG2

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毕业设计 多种液体混合PLC控制系统设计报告

毕业设计 多种液体混合PLC控制系统设计报告

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一．设计概述

（一）课程设计的背景

随着科学技术的猛速发展，自动控制技术在人类活动的各个领域中应用越来越广泛。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，而且也是其生产过程中十分重要的组成部分。设计的多种液体混合装置利用可编程控制器可以实现在混合过程中进行精确控制，提高了液体混合比例的稳定性、运行稳定、自动化程度高，适合工业生产的需要。

（二）课程设计的目的及意义

在工艺加工最初，把多种原料在合适的时间和条件下进行所需要的加工以得到产品一直都是在人监控或操作下进行的，在后来多用继电器系统对顺序或逻辑的操作过程进行自动化操作，但是随着时代的发展，这些方式已经不能满足工业生产的实际需要。实际生产中需要更精确、更便捷的控制装置。

随着科学技术的日新月异，自动化程度要求越来越高，原来的液体混合装置远远不能满足当前自动化的需要。可编程控制器液体自动混合系统集成自动控制技术，计量技术，传感器技术与机电一体化装置。充分吸收了分散式控制系统和集中控制系统的优点。采用标准化、模块化、系统化设计，配置灵活、组态方便。

PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。他采用可以编制程序的储存器用来在其内部储存执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算数运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出控制各种类型的机械或生产过程。有以下主要特点：

1）使用灵活，通用性强

2）可靠性高，抗干扰能力强

3）接口简单、维护方便

4）体积小、功耗少、性价比高

5）编程简单容易掌握

6）设计施工调试周期短

所以根据多种液体自动混合系统的要求与特点，我们采用PLC作为我们的控制系统。可编程控制器指令丰富，可以接各种输出、输入扩充设备，有丰富的特殊扩展设备，其中的模拟输入设备和通信设备是系统所必需的，能够方便地联网通信。本系统就是应用可编程序控制器PLC对多种液体自动混合实现控制。

（三）课程设计的内容

基于PLC多种液体混合控制系统

基于PLC多种液体混合控制系统

I 目 录

摘 要 ················································································ II

ABSTRACT ······································································· III

第一章 概 述 ······································································ 1

1.1 课题内容 ·································································· 1

1.1.1 选题的目的 ························································ 1

1.1.2 课题设计的意义 ·················································· 1

1.1.3 课题设计方案 ····················································· 1

1.2 PLC的简介 ······························································· 1

1.2.1 PLC的特点 ······················································· 2

1.2.2 西门子S7-200 PLC ············································· 2

第二章 系统硬件设计 ···························································· 3

基于PLC的液位控制系统的设计开题报告

基于PLC的液位控制系统的设计开题报告

百度文库 - 让每个人平等地提升自我

1 四川理工学院

毕业设计 (论文)开题报告

学 院： 机械工程学院

专 业：机械设计与制造及自动化（机电）

班 级： 07级3班

课题名称： 基于PLC的液位控制系统

学生姓名： 任科举 学号: 002

指导教师： 孙 祥 国

报告日期： 二〇一一年三月十三日

百度文库 - 让每个人平等地提升自我

2

1、 文献综述

“过程控制”是一门与工业生产过程联系十分密切的科目。随着科学技术的

飞速发展，过程控制也在日新月异的发展。它不仅在传统工业改造中，起到了提高质量，节约原材料和能源，减少环境污染等十分重要的作用，而且正在成为新建的规模大，结构复杂的工业生产过程中不可缺少的组成部分(1)

在工业生产过程中,液位变量是一个常见而广泛的过程参数之一。液位控制装置具有非线性、滞后、耦合等特点,难以对其进行精确控制.在众多的控制算法中,模糊控制是行之有效的控制方法之一。但在模糊控制系统的设计过程中,存在大量繁琐的工作,如控制器结构的确定,隶属函数的选取、各种规则的获取,参数的调整等.本文利用PID模糊控制。信号处理是过程控制中的重要组成部分。

步入21世纪之后,社会进入数字化的时代,而数字信号处理器(digital signal

processor)正是这场数字化革命的核心。数字信号处理是利用专用或通用数字信号处理芯片,通过数字计算的方法对信号进行处理"与模拟信号处理相比数字信号处理具有精确,灵活,抗干扰能力强,可靠性好和易于大规模集成等特点。

目前，集成电路的设计由于电流模式电路技术的发展和应用而获得了新的生长点，模拟VLSI的最新进展使得开发和实现电流模式信号处理成为可能.电流模式技术和方法对于诸如放大器、变换器、A/D和D/A、采样数据和连续时间滤波器、自校正系统，编程系统、ANN(人工神经网络)和神经计算机等许多问题提供了最有吸引力的途径，并将对微电子学与信息科学、计算机科学与AI,控制与机器人等领域的发展产生重要的影响。

两种液体的混合装置PLC控制系统设计

两种液体的混合装置PLC控制系统设计

两种液体的混合装置PLC控制系统设计

设有两种液体A和B在容器内按照一定比例进行混合搅拌，装置结构如图10-1所示。其中SL1、SL2、SL3为液面传感器，当液面淹没时分别输出信号。YV1、YV2、YV3为电磁阀，M为搅拌用电动机。

图10-1 两种液体混合装置示意图

1．控制要求

(1)初始状态

此时各阀门关闭，容器是空的。

YV1=YV2=YV3=OFF

SL1=SL2=SL3=OFF

M=OFF

(2)启动操作

合上起动开关，开始下列操作：

①YVl=ON，液体A流入容器，当液面到达SL3时，YV1=OFF, YV2=ON;

②液体B流入，液面达到SL1时，YV2=OFF，M=ON，开始搅拌（设时间为16 s）。在搅拌期间，为了搅拌的均匀，缩短搅拌时间，要求：正、反转搅拌；

③混合液体搅拌均匀后，M=OFF，YV3=ON，放出混合液体。

④当液体下降到SL2时，SL2从ON变为OFF，再过20 s后容器放空，关闭YV3。(YV3=OFF)完成一个操作周期；

⑤只要没断开开关，则自动进入下一操作周期。

(3)停止操作

当断开起停开关，待当前混合操作周期结束后，才停止操作，使系统停止于初始状态。

(4)拖动情况

搅拌机由一台三相异步电动机拖动，要求电动机可正、反转，直接起动，自由停机。

2．设计要求

(1)完成控制要求中的控制过程。

(2)搅拌液体时，要求：正、反搅拌交替进行。

(3)在发生突发事件后（如突然停电）整个控制系统能继续突发事件前工作状态工作，也能通过手动使系统回到原始（循环工作前）状态。

(4)作出I/O分配表、PLC的I/O接线图。设计流程图、梯形图、指令表、调试操作板布置图。

(5)编制设计使用说明书。