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1、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
2、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
3、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
4、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。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（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，
5、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） 按下停止按钮后，要将当前的混合操作处理完毕
6、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
7、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
8、。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30kHz高速计数器，2路独立的20kHz高速脉冲输出，具有PID控制
9、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SF1I0.0启动按钮SF2I0.1停止按钮BG3I0.2液位传感器L3BG2I0.3液位传感器L2BG1I0.4液位传感器L1BTI0.5温度传感器T输出信号代码地址编号说明MB1Q0.0电磁阀Y1的接触器线圈MB2Q0.1电磁阀Y2的接触器线圈MB3Q0.2电磁阀Y3的接触器线圈KM1Q0.4控制电动机M的交流接触器KM2Q0.5控制加热器H的交流接触器MB4Q0.
10、3电磁阀Y4的接触器线圈PG1Q1.0工作指示灯PG1PG2Q1.1提示停止指示灯PG23.其他元器件的选择名称代码型号数量按钮开关SFLA18-11K22液位传感器BGLSF-2.53电磁阀MBVF4-254螺旋式熔断器FURL1-60256交流接触器KMCGTX1-9220V4LED指示灯PGR-3528-A1-R1032加热器HSRY1温度传感器BTDS18B201搅拌电动机MAY160M1-21（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
11、有机溶剂、化学试剂等酸碱液体，介质温度：150，环境温度：-2060，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
12、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：0.5KW100KW，工作温度：0-500，工作电压：200V400V，绝缘电阻：500欧姆，抗电强度：1500。（5）温度
13、传感器相关原件及主要参数如下：型号：DS18B20，工作电压：DC35.5V，测量范围：-55-125，测量精度：0.5，最小分辨率：0.0625。（二）硬件电路设计1.主电路设计2.PLC实际接线图（三）软件程序设计1 程序流程图液面是否到达L2打开电磁阀Y2关闭电磁阀Y1YESNO液面是否到L3NOYES关闭电磁阀Y2打开电磁阀Y3液面是否到达L1YESNO按下启动按钮SF1工作指示灯亮打开电磁阀Y1关闭电磁阀Y3关闭搅拌机M开启加热器H是否达到指定温度NOYES关闭加热器H打开Y4放出混合液体液体高度是否降到L3延时5S关闭Y4停止放出液体YESNO定时10S是否按下停止按钮YESNO停
14、止开启搅拌机M2 详细程序见附录五.程序调试软件在调试过程中还是比较成功的，没有遇到太大的问题。但是出现了电磁阀Y4在液面传感器L3下降沿触发后立刻关断的情况，与设计要求的触发后5s关断不相符，分析程序之后进行修改也得到了预期的效果。另外，在实际的调试中，我们发现设备的运行和停止没有明确提示，工作人员并不能准确的判断此时系统是否工作、何时停止。于是根据这种情况，我们及时的在程序中加入了工作指示灯和提示停止指示灯，以此来表示系统的正常工作和即将停止这两种不同的情况，并在硬件中进行相应的体现以达到预期效果。然而实验设计还是非常简单，电路图的设计还不是很完美，用的器件很少，所以并不能达到最理想的结果
15、。但是总而言之，调试过程还是比较顺利的。程序仿真如下图所示按下启动按钮I0.0，Q0.0置1，电磁阀Y1打开，进液体A 液位到L3时，I0.2置1，Q0.0置0，电磁阀Y1关，Q0.1置1，电磁阀Y2开，进液体B液位到L2时，I0.3置1，Q0.1置0，电磁阀Y2关， Q0.2置1，电磁阀Y3开，进液体C 液位到L1时，I0.4置1，Q0.2置0，电磁阀Y3关， Q0.4置1，电动机M开,搅拌10s后，Q0.4置0，M停止， Q0.5置1，加热器H启动加热器H加热到某值时，I0.5置1，Q0.5置0停止加热， Q0.3置1，电磁阀Y4开，液面下降到L3时，T38开始延时5s，Q0.3置0电磁阀
16、Y4关，Y1再次开启进入循环流程分别按下启动按钮SF1，停止按钮SF2工作指示灯PG1与系统即将停止指示灯PG2工作的不同情况六总结本设计主要阐述液体混合的自动控制。系统结构简单，运行稳定可靠。使用了西门子S7-200型号PLC，设计了控制程序。尽管课程设计内容繁多，过程繁琐但我的收获却更加丰富。各种系统的适用条件，各种设备的选用标准，各种继电器的安装方式，我都是随着设计的不断深入而不断熟悉并学会应用的。与老师的交流沟通也使我从各种角度对设计有了新的认识，同时也对自己提出了新的要求在老师的指导下，我们先总体设计，写出控制要求，元器件计算及选型，再硬件电路设计、画出硬件原理图,最后做出程序。并且
17、我们还要画出PLC接线图。虽然由于本课题比较简单，我们没有设计故障报警程序，但是我们根据实际的程序调试设计了工作指示灯和即将停止指示灯。通过此课程设计.我深刻地认识到了PLC可编程逻辑控制器的强大，又进一步加深了对西门子S7-200型号PLC的认识，同时我也了解了PLC控制技术在工业应用和工业生产中的重要地位；使我更深刻的理解了PLC的编程思想，也能更好的将所学知识应用到实践中去；使我更加扎实的掌握了有关PLC应用方面的知识，在设计过程中尤其是自己动手编制程序时，遇到了很多困难.也暴露出了前期我在这方面的知识的欠缺和经验不足。黄老师的指导是一个非常重要的方面，让我在明白了自己的不足之后改正，让
18、我能更好的独自完成自己的设计。本课程设计是在同学的讨论下和查阅各种资料下完成的，我深刻的认识到了团队力量是多么的强大。课程设计不仅仅是一门专业课，使我学到很多专业知识以及提升了专业技能，同时又是一门提升自我综合能力的课程，给了我莫大的发展空间，不仅培养了独立思考、动手操作的能力；更重要的是在课程设计中，我们学会了很多，面对社会的挑战只，有不断的学习，实践才能在最大程度上发掘自己。这对于我们的将来也有很大的帮助。参考文献1陈立定，吴玉香等.电气控制与可编程控制器.华南理工大学出版社，20012吉顺平，孙承志，路名等.西门子PLC与工业网络技术.机械工业出版社,20083魏克兴.自动化综合应用技术
19、.机械工业出版社出版，20074西门子公司.S7-200中文系统手册，20025西门子公司.S7-200中文选型手册，20026何献忠.可编程控制器应用技术.清华大学出版社，2007. 7徐铁,贾铮.电气控制与PLC实训.中国电力出版社，2012.附录一.梯形图程序设计二语句表程序设计Network 1 / 系统工作区间/ 网络注释LD I0.0O M0.0AN I0.1= M0.0Network 2 / Y1关断Y2开启脉冲M0.1（L3）LD I0.2EU= M0.1Network 3 / Y2关断Y3开启脉冲M0.2（L2）LD I0.3EU= M0.2Network 4 / Y3关断M
20、开启脉冲M0.3（L1）LD I0.4EU= M0.3Network 5 / M关断H开启脉冲T37/ T37定时10秒LD M0.3O M0.4AN T37= M0.4TON T37, 100Network 6 / H关断冲M0.5LD I0.5EU= M0.5Network 7 / Y4关断冲M0.6LD I0.2ED= M0.6Network 8 / Y4关断Y1开启脉冲T38/ T38定时5秒LD M0.6O M0.7AN T38= M0.7TON T38, 50Network 9 / Y1控制逻辑LD M0.0A T38O I0.0O Q0.0AN M0.1= Q0.0Network
21、 10 / Y2控制逻辑LD M0.1O Q0.1AN M0.2= Q0.1Network 11 / Y3控制逻辑LD M0.2O Q0.2AN M0.3= Q0.2Network 12 / 搅拌机M控制逻辑LD M0.3O Q0.4AN T37= Q0.4Network 13 / 加热器H控制逻辑LD T37O Q0.5AN M0.5= Q0.5Network 14 / Y4控制逻辑LD M0.5O Q0.3AN T38= Q0.3Network 15 / 工作指示灯PG1LD M0.0O Q1.0AN T38= Q1.0Network 16 / 系统即将停止指示灯PG2LD I0.1O Q1.1AN T38= Q1.1
