./專業(yè)資料摘要S7-200是一種小型的可編程序控制器,適用于各行各業(yè),各種場(chǎng)合中的檢測(cè)、監(jiān)測(cè)及控制的自動(dòng)化。S7-200系列的強(qiáng)大功能使其無論在獨(dú)立運(yùn)行中,或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能。因此S7-200系列具有極高的性能價(jià)格比。本系統(tǒng)使用S7-200PLC實(shí)現(xiàn)了對(duì)液體混合裝置的自動(dòng)控制要求。同時(shí)控制系統(tǒng)利用仿真設(shè)備不僅能滿足兩種液體混合的功能,而且可以擴(kuò)展其功能滿足多種液體混合系統(tǒng)的功能。提出了一種基于PLC的多種液體混合控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路,提高了液體混合生產(chǎn)線的自動(dòng)化程度和生產(chǎn)效率。文中詳細(xì)介紹了系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)。其中硬件設(shè)計(jì)包液體混合裝置的電路框圖、輸入/輸出的分配表及外部接線；軟件設(shè)計(jì)包括系統(tǒng)控制的梯形圖、指令表及工作過程。在本裝置設(shè)計(jì)中,液面?zhèn)鞲衅骱碗婇y門以及攪動(dòng)電機(jī)采用相應(yīng)的鈕子開關(guān)和發(fā)光二極管來模擬,另外還借助外圍元件來完成本裝置。整個(gè)程序采用結(jié)構(gòu)化的設(shè)計(jì)方法,具有調(diào)試方便,維護(hù)簡(jiǎn)單,移植性好的優(yōu)點(diǎn).關(guān)鍵詞：PLC；液體混合裝置；程序目錄TOC\o"1-2"\h\z\u1液體混合裝置控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)21.1課程設(shè)計(jì)的目的21.2設(shè)計(jì)內(nèi)容及要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)22系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)32.1系統(tǒng)硬件配置及組成原理32.2系統(tǒng)接線圖設(shè)計(jì)33控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)43.1估算43.2硬件電路設(shè)計(jì)43.3選型63.4分配表設(shè)計(jì)63.5外部接線圖設(shè)計(jì)73.6控制程序流程圖設(shè)計(jì)83.7控制程序設(shè)計(jì)83.8創(chuàng)新設(shè)計(jì)內(nèi)容104系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析114.1系統(tǒng)調(diào)試114.2結(jié)果分析11總結(jié)12致謝13參考文獻(xiàn)141液體混合裝置控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)1.1課程設(shè)計(jì)的目的在工藝加工最初,把多種原料再合適的時(shí)間和條件下進(jìn)行需要的加工以得到產(chǎn)品一直都是在人監(jiān)控或操作下進(jìn)行的,在后來多用繼電器系統(tǒng)對(duì)順序或邏輯的操作過程進(jìn)行自動(dòng)化操作,但是現(xiàn)在隨著時(shí)代的發(fā)展,這些方式已經(jīng)不能滿足工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際需要。實(shí)際生產(chǎn)中需要更精確、更便捷的控制裝置。隨著科學(xué)技術(shù)的日新月異,自動(dòng)化程度要求越來越高,原來的液體混合遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足當(dāng)前自動(dòng)化的需要。可編程控制器液體自動(dòng)混合系統(tǒng)集成自動(dòng)控制技術(shù),計(jì)量技術(shù),傳感器技術(shù)等技術(shù)與一體的機(jī)電一體化裝置。充分吸收了分散式控制系統(tǒng)和集中控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn),采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、系統(tǒng)化設(shè)計(jì),配置靈活、組態(tài)方便?？删幊炭刂破鞫喾N液體自動(dòng)混合控制系統(tǒng)的特點(diǎn)：系統(tǒng)自動(dòng)工作；控制的單周期運(yùn)行方式；由傳感器送入設(shè)定的參數(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制；啟動(dòng)后就能自動(dòng)完成一個(gè)周期的工作,并循環(huán)。本系統(tǒng)采用PLC是基于以下兩個(gè)原因：PLC具有很高的可靠性,通常的平均無故障時(shí)間都在30萬小時(shí)以上；編程能力強(qiáng),可以將模糊化、模糊決策和解模糊都方便地用軟件來實(shí)現(xiàn)。根據(jù)多種液體自動(dòng)混合系統(tǒng)的要求與特點(diǎn),我們采用的PLC具有小型化、高速度、高性能等特點(diǎn),可編程控制器指令豐富,可以接各種輸出、輸入擴(kuò)充設(shè)備,有豐富的特殊擴(kuò)展設(shè)備,其中的模擬輸入設(shè)備和通信設(shè)備是系統(tǒng)所必需的,能夠方便地聯(lián)網(wǎng)通信。1.2設(shè)計(jì)內(nèi)容及要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)利用西門子PLC的S7-200系列設(shè)計(jì)兩種液體混合裝置控制系統(tǒng)。在實(shí)驗(yàn)之前將容器中的液體放空,按動(dòng)啟動(dòng)按鈕SB1后,電磁閥A通電打開,液體A流入容器。當(dāng)液位高度達(dá)到中限位時(shí),液位傳感器I0.0接通,此時(shí)電磁閥A斷電關(guān)閉,而電磁閥B通電打開,液體B流入容器。當(dāng)液位達(dá)到上限位時(shí),液位傳感器I0.1接通,這時(shí)電磁閥B斷電關(guān)閉,同時(shí)啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)M攪拌。60分鐘后電動(dòng)機(jī)M停止攪拌,這時(shí)電磁閥C通電打開,放出混合液去下道工序。當(dāng)液位高度下降到下限位后,再延時(shí)5s電磁閥C斷電關(guān)閉,并同時(shí)開始新的周期。圖1.1兩種液體混合裝置2系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)要求,本系統(tǒng)為兩種液體自動(dòng)混合,需要對(duì)各種液體的液面的高度監(jiān)控,因此,需要運(yùn)用到傳感器進(jìn)行液面高度的監(jiān)控。各種液體入池的比例需要應(yīng)用電磁閥控制,入池后的攪拌,則需要電機(jī)控制。對(duì)各個(gè)控件的控制,需要一個(gè)完整的控制流程,運(yùn)用PLC技術(shù)進(jìn)行編程,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)控件的控制。具體控制方法根據(jù)題目要求,按下啟動(dòng)按鈕時(shí),A種液體進(jìn)入容器,當(dāng)達(dá)到一定值時(shí),停止進(jìn)入,B種液體開始進(jìn)入,當(dāng)達(dá)到一定值時(shí),停止進(jìn)入。攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌,一分鐘后攪拌均勻,停止攪拌,放出液體。液體放出達(dá)到一定值時(shí)停止放出。液體的進(jìn)入和放出,需要電磁閥的控制,液面的深度需要傳感器的控制。2.1系統(tǒng)硬件配置及組成原理在煉油、化工、制藥、飲料等行業(yè)中,多種液體混合是必不可少的程序,而且也是其生產(chǎn)過程中十分重要的組成部分。我準(zhǔn)備設(shè)計(jì)一個(gè)可以將兩種食用液體自動(dòng)混合成飲料的控制裝置,兩種飲料分別命名為液體A和液體B。基本的設(shè)計(jì)硬件如下表所示：表2.1設(shè)計(jì)硬件選擇名稱型號(hào)數(shù)量微型計(jì)算機(jī)專用計(jì)算機(jī)1臺(tái)PLC主機(jī)單元西門子S7-200系列1臺(tái)兩種液體自動(dòng)混合單元配套1臺(tái)通信電纜配套若干圖液體混合控制裝置控制的模擬實(shí)驗(yàn)面板圖如圖2.1所示,此面板中,液面?zhèn)鞲衅饔免o子開關(guān)來模擬,啟動(dòng)、停止用動(dòng)合按鈕來實(shí)現(xiàn),液體A閥門、液體B閥門、混合液閥門的打開與關(guān)閉以及攪勻電機(jī)的運(yùn)行與停轉(zhuǎn)用發(fā)光二極管的點(diǎn)亮與熄滅來模擬。圖2.1液體混合控制裝置控制的模擬實(shí)驗(yàn)面板圖2.2系統(tǒng)接線圖設(shè)計(jì)表2.2輸入/輸出接線列表面板SB1SB2HILY1Y2Y3KMPLCI0.3I0.4I0.1I0.0I0.2Q0.3Q0.0Q0.1Q0.23控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1估算首先統(tǒng)計(jì)被控設(shè)備對(duì)輸入、輸出點(diǎn)的總需求量,把被控設(shè)備的信號(hào)源一一列出,認(rèn)真分析輸入、輸出點(diǎn)的信號(hào)類型。在初始狀態(tài)時(shí),根據(jù)要求要實(shí)現(xiàn)液體的自動(dòng)混合導(dǎo)出控制,在開始操作之前,各閥門必須為關(guān)閉狀態(tài),容器為空。此時(shí)液體控制電磁閥Y1=Y2=Y3=OFF狀態(tài)；傳感器L1=L2=L3=OFF狀態(tài)；電動(dòng)機(jī)M為關(guān)閉狀態(tài)。在啟動(dòng)操作中,當(dāng)裝置和液體的都準(zhǔn)備好之后,按下啟動(dòng)按鈕,開始下列操作:Y1=ON,液體A流入容器;當(dāng)液面到達(dá)L2時(shí),Y1=OFF,Y2=ON;液體B流入,液面達(dá)到L1時(shí),Y2=OFF,M=ON,電動(dòng)機(jī)開始進(jìn)行液體的充分混合攪拌;當(dāng)混合液體攪拌均勻后<設(shè)時(shí)間為60s>,M=OFF,Y3=ON,開始放出混合液體;當(dāng)液體下降到L3時(shí),L3從ON變?yōu)镺FF,把時(shí)間控制為再過5s后容器放空,關(guān)閉Y3,Y3=OFF完成一個(gè)操作周期;在只要沒有按停止按鈕的狀態(tài)下,則自動(dòng)進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)操作周期。在停止操作中,當(dāng)工作完成之后需要關(guān)閉系統(tǒng),按一下停止按鈕,則在當(dāng)前混合操作周期結(jié)束后,才停止操作。從而使系統(tǒng)停止在開始狀態(tài),以便下次啟動(dòng)系統(tǒng)時(shí)能夠順利的開始系統(tǒng)的循環(huán)。3.2硬件電路設(shè)計(jì)液位傳感器的選擇選用LSF-2.5型液位傳感器其中"L"表示光電的,"S"表示傳感器,"F"表示防腐蝕的,2.5為最大工作壓力。LSF系列液位開關(guān)可提供非常準(zhǔn)確、可靠的液位檢測(cè)。其原理是依據(jù)光的反射折射原理,當(dāng)沒有液體時(shí),光被前端的棱鏡面或球面反射回來；有液體覆蓋光電探頭球面時(shí),光被折射出去,這使得輸出發(fā)生變化,相應(yīng)的晶體管或繼電器動(dòng)作并輸出一個(gè)開關(guān)量。應(yīng)用此原理可制成單點(diǎn)或多點(diǎn)液位開關(guān)。LSF光電液位開關(guān)具有較高的適應(yīng)環(huán)境的能力,在耐腐蝕方面有較好的抵抗能力。相關(guān)元件主要技術(shù)參數(shù)及原理如下：〔1工作壓力可達(dá)2.5Mpa〔2工作溫度上限為125°C〔3觸點(diǎn)壽命為100萬次〔4觸點(diǎn)容量為70w〔5開關(guān)電壓為24VDC

〔6切換電流為0.5A攪拌電機(jī)的選擇選用EJ15-3型電動(dòng)機(jī)其中"E"表示電動(dòng)機(jī),"J"表示交流的,15為設(shè)計(jì)序號(hào),3為最大工作電流相關(guān)元件主要技術(shù)參數(shù)及原理如下：EJ15系列電動(dòng)機(jī)是一般用途的全封閉自扇冷式鼠籠型三相異步電動(dòng)機(jī)。〔1額定電壓為220V,額定頻率為50Hz,功率為2.5KW,采用三角形接法?！?電動(dòng)機(jī)運(yùn)行地點(diǎn)的海拔不超過1000m。工作溫度-15～40°C/濕度≤90%?！?EJ15系列電動(dòng)機(jī)效率高、節(jié)能、堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩高、噪音低、振動(dòng)小、運(yùn)行安全可靠。其硬件接線如圖3.1。圖圖3.1硬件接線電磁閥的選擇〔1入罐液體選用VF4-25型電磁閥其中"V"表示電磁閥,"F"表示防腐蝕,4表示設(shè)計(jì)序號(hào),25表示口徑〔mm寬度。相關(guān)元件主要技術(shù)參數(shù)及原理如下：1材質(zhì)：聚四氟乙烯。使用介質(zhì)：硫酸、鹽酸、有機(jī)溶劑、化學(xué)試劑等酸堿性的液體。2介質(zhì)溫度≤150℃/環(huán)境溫度-20～60°C。3使用電壓：AC：220V50Hz/60Hz

DC：24V。4功率：AC：2.5KW。5操作方式：常閉：通電打開、斷電關(guān)閉,動(dòng)作響應(yīng)迅速,高頻率?！?出罐液體選用AVF-40型電磁閥其中"A"表示可調(diào)節(jié)流量,"V"表示電磁閥,"F"表示防腐蝕,40為口徑<mm>相關(guān)元件主要技術(shù)參數(shù)及原理如下：1其最大特點(diǎn)就是能通過設(shè)備上的按鍵設(shè)置來控制流量,達(dá)到定時(shí)排空的效果。2其閥體材料為：聚四氟乙烯,有比較強(qiáng)的抗腐蝕能力。3使用電壓：AC：220V50Hz/60Hz

DC：24V。4功率：AC：5KW。3.2.4接觸器選用CJ20-10/CJ20-16型接觸器。其中"C"表示接觸器,"J"表示交流,20為設(shè)計(jì)編號(hào),10/16為主觸頭額定電流。相關(guān)元件主要技術(shù)參數(shù)及原理如下：〔1操作頻率為1200/h〔2機(jī)電壽命為1000萬次〔3主觸頭額定電流為10/16〔A〔4額定電壓為380/220〔A〔5功率為2.5KW3.3選型PLC的型號(hào)、規(guī)格繁多,根據(jù)前面3.1的I/O估算,再查閱《西門子PLC編程手冊(cè)》中的相關(guān)表格,確定PLC選型。根據(jù)以上分析,對(duì)PLC來說,需要提供5個(gè)輸入點(diǎn)和4個(gè)輸出點(diǎn)。除了以上的輸入輸出點(diǎn)意外,PLC與計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、CRT顯示器等設(shè)備連接,需要用專用接口,也應(yīng)計(jì)算在內(nèi)。考慮到在實(shí)際安裝、調(diào)試和應(yīng)用中,還有可能發(fā)現(xiàn)一些估算中未預(yù)見到的因素,要根據(jù)實(shí)際情況增加一些輸入、輸出信號(hào)。因此,要按估計(jì)數(shù)再增加15%―20%的輸入、輸出點(diǎn)數(shù),以備將來調(diào)整、擴(kuò)充使用。綜上所述,I/O估算為：輸入點(diǎn)點(diǎn)數(shù)為8,輸出點(diǎn)點(diǎn)數(shù)為7。綜上所述,點(diǎn)數(shù)在30以內(nèi),為方便擴(kuò)展,選擇S7-200系列CPU224型。3.4分配表設(shè)計(jì)在了解了系統(tǒng)工藝要求和控制要求后,接著要做的就是將I/O通道分配給PLC的指定I/O端子,具體如表3.1所示。表3.1I/O分配表分類元件端子號(hào)作用輸入SB1I0.3起動(dòng)按鈕SB2I0.4停止按鈕L1I0.1液面高位傳感器L2I0.0液面中位傳感器L3I0.2液面低位傳感器輸出MQ0.2攪拌電動(dòng)機(jī)Y1Q0.0液體A流入電磁閥Y2Q0.1液體B流入電磁閥Y3Q0.3放出混合液體電磁閥3.5外部接線圖設(shè)計(jì)圖3.2PLC外部接線圖圖3.3裝置操作面板如圖3.2所示,PLC外部接線圖左邊一排為輸入,其中I0.3,I0.1,I0.3,I0.2,I0.4分別與SB1,SB2,L1,L2,L3相連;右邊一排為輸出,其中Q0.2,Q0.0,Q0.1,Q0.3分別與Y1,Y2,Y3,KM相連。如圖3.3所示起停按鈕P1,P2分別與主機(jī)的I0.3,I0.4相連,液面?zhèn)鞲衅鱌3,P4,P5分別與主機(jī)的輸入點(diǎn)I0.1,I0.3,I0.2相接,液體A閥門,液體B閥門,混合液體閥門和攪拌機(jī)P6,P7,P8,P9分別與主機(jī)的輸出點(diǎn)Q0.0,Q0.1,Q0.3,Q0.2相連。3.6控制程序流程圖設(shè)計(jì)圖3.4控制程序流程圖3.7控制程序設(shè)計(jì)根據(jù)系統(tǒng)的要求及I/O通道分配,寫出繼電器梯形圖,如圖3.5所示。具體設(shè)計(jì)思路如下：起始操作：在按啟動(dòng)按鈕I0.3之后,使Q0.0得電,打開電磁閥A,從而使液體A流入容器。當(dāng)液位上升到中限位時(shí)：當(dāng)液面上升到中限位時(shí),I0.0由OFF變?yōu)镺N,使Q0.0斷電,關(guān)閉電磁閥A。同時(shí)使Q0.1得電,打開電磁閥B,從而使液體B流入容器。3>當(dāng)液位上升到上限位時(shí)：當(dāng)液面上升到上限位時(shí),I0.1由OFF狀態(tài)變?yōu)镺N狀態(tài),使Q0.1斷電,關(guān)閉電磁閥B。同時(shí)使Q0.2得電,啟動(dòng)攪拌機(jī)M。此時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器T37,60s后T37動(dòng)作,使Q0.2失電。4>攪拌均勻后放出混合液體：在Q0.2的下降沿通過后沿微分指令DIFD使Q0.3置位,打開電磁閥C,開始放出混合液體。5>當(dāng)液位下降到下限位時(shí)：當(dāng)液位下降到下限位時(shí),啟動(dòng)定時(shí)器T38,5s后使Q0.3失電,關(guān)閉電磁閥C,此時(shí)液體已放空。6>自動(dòng)循環(huán)工作：在沒有按停止按鈕I0.4的情況下,系統(tǒng)將在T38的記時(shí)時(shí)間到了時(shí),使Q0.0置位,自動(dòng)進(jìn)入下一操作周期。從而實(shí)現(xiàn)混合液體PLC自動(dòng)控制的循環(huán)工作。7>停止操作：當(dāng)按下停止按鈕時(shí),停止按鈕I0.4為ON狀態(tài),不能使電磁閥A、B、C斷開,系統(tǒng)執(zhí)行完本周期的操作后,將自動(dòng)停留在初始狀態(tài)。使用S7-200西門子簡(jiǎn)易編程器編入梯形圖,如下所示。圖3.5梯形圖3.8創(chuàng)新設(shè)計(jì)內(nèi)容此次設(shè)計(jì)過程中,我有一些自己的想法。攪拌桶內(nèi)的液位傳感器的可靠性不強(qiáng),可以試著改為靈敏性強(qiáng)、可靠性高的檢測(cè)儀器。避免因?yàn)檩斎胍后w時(shí),飛濺的液體觸碰到液位傳感器而導(dǎo)致發(fā)出錯(cuò)誤信號(hào)。在電路中提供一個(gè)備用電源,這樣做的目的就是保證掉電之后也能使系統(tǒng)完成該周期的工作,從而保證系統(tǒng)在完成當(dāng)前周期的操作時(shí),停止在初始狀態(tài),使容器為空。以便在恢復(fù)電源后能順利的從第一步開始進(jìn)行循環(huán)。這樣就避免了在混合某些化學(xué)物質(zhì),比如具有腐蝕性的物質(zhì)時(shí)。因?yàn)榈綦?長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)存在容器中,從而造成對(duì)裝置的腐蝕或損壞；也避免了引起環(huán)境污染的可能。同時(shí)取代了掉電保持這樣一個(gè)麻煩和考慮不周的過程。4系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析4.1系統(tǒng)調(diào)試運(yùn)用調(diào)試程序進(jìn)行系統(tǒng)靜調(diào)。模擬兩種液體混合裝置的操作過程,對(duì)控制程序作一些改動(dòng),使之變成可連續(xù)運(yùn)行的調(diào)試程序。具體作法如下：設(shè)PLC進(jìn)入運(yùn)行方式后：經(jīng)過一定的準(zhǔn)備時(shí)間,模擬按下啟動(dòng)按鈕,Q0.0的指示燈亮；一段時(shí)間后,液面上升到L2位置,Q0.0的指示燈滅,Q0.1的指示燈亮；一段時(shí)間后,液面上升到L1位置,Q0.1的指示燈滅,Q0.2的指示燈亮；一段時(shí)間后,Q0.2的指示燈滅,Q0.3的指示燈亮；一段時(shí)間后,液面低于L3位置,Q0.1的指示燈滅,Q0.0的指示燈亮,當(dāng)前操作周期結(jié)束,自動(dòng)進(jìn)入下一個(gè)操作周期。在系統(tǒng)運(yùn)行過程中,模擬按下停止按鈕,所有運(yùn)行立即結(jié)束。調(diào)試結(jié)束。4.2結(jié)果分析基于以上設(shè)計(jì)與調(diào)試,兩種液體混合裝置的系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本結(jié)束。測(cè)試結(jié)果滿足課題給定要求。總結(jié)這次課程設(shè)計(jì)是非常難得的一次理論與實(shí)踐相結(jié)合的機(jī)會(huì),通過這次這次對(duì)"液體自動(dòng)混合裝置的PLC控制"的設(shè)計(jì)使我擺脫了單純理論學(xué)習(xí)的狀態(tài),和眼高手低的毛病,通過本次PLC的課程設(shè)計(jì),使我了解到PLC的重要性。電氣控制與可編程控制器是一門極其重要的課程,他綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)和通訊技術(shù)。在當(dāng)今由機(jī)械化向自動(dòng)化,信息化飛速發(fā)展的社會(huì),PLC技術(shù)越來越受人們廣泛應(yīng)用,前景可觀,因此學(xué)會(huì)和運(yùn)用PLC,將對(duì)我們以后踏上工作崗位有極其重要的幫助,在此次設(shè)計(jì)中,我們遇到了許多困難,通過對(duì)自身的查找,我找出幾點(diǎn)不足之處：1,不太會(huì)利用查翻資料。遇到困難,首先不先查看資料,過多依賴同學(xué)和老師的幫助,相對(duì)不獨(dú)立。2,學(xué)習(xí)認(rèn)真程度不夠,學(xué)習(xí)熱情不高,基礎(chǔ)相對(duì)薄弱,掌握知識(shí)太少。3,設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)時(shí)間合理安排上欠妥。但正是這次設(shè)計(jì),讓我認(rèn)識(shí)到自己的不足,為以后以后的工作學(xué)習(xí)找到了方向和前進(jìn)的動(dòng)力。通過這次PLC課程設(shè)計(jì)實(shí)踐。我學(xué)會(huì)了PLC的基本編程方法,對(duì)PLC的工作原理和