机电课程设计.docx
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机电课程设计
襄樊学院
《机电传动控制课程设计》报告
题目
液体混合机PLC控制
专业
机械设计制造及其自动化
班级
机制0711
姓名
邓平凡
学号
07116113
指导教师
职称
吴何畏副教授
2010年11月22日
课题十八：
液体混合装置PLC控制
1.动作特性
某液体混合装置如图所示，
1.控制要求
按动启动按钮SB1后，电磁阀YV1通电打开，液体A流入容器。
当液位高度达到I时，液位传感器I接通，此时电磁阀YV1断电关闭，而电磁阀YV2通电打开，液体B流入容器。
当液位达到H时，液位传感器H接通，这时电磁阀YV2断电关闭，同时启动电动机M搅拌。
1分钟后电动机M停止搅拌，这时电磁阀YV3通电打开，放出混合液去下道工序。
当液位高度下降到L后，再延时2s使电磁阀YV3断电关闭，并自动开始新的周期。
2.时间安排
第1天：
根据设计任务查阅相关文献；
第2~3天：
选择一种合适的设计方法，制定详细的设计方案，设计出满足要求的电器控制系统并验证其正确性；
第4天：
编写课程设计报告；绘制相关电气图纸。
第5天：
提交课程设计报告；进行课程设计答辩。
3.所需提交的材料
1）编写输入输出对照表。
包括信号名称、外部元件号、内部继电器号
2）绘制PLC外部接线图
3）绘制功能流程图
4）编写、调试梯形图或语句表程序
襄樊学院机械与汽车工程学院课程设计成绩评定表
课程名称
机电传动控制课程设计
课程编号
ZX09127
专业
机械设计制造及其自动化
班级
机制0711
姓名
邓平凡
项目
评分标准
评分等级
得分
折合分
平时成绩（占20％）
1、态度端正，设计认真，能积极动脑思考，学习纪律好。
优秀
2、态度较好，较认真，能积极动脑思考，学习纪律较好。
良好
3、态度一般，较认真，能动脑思考，学习纪律尚可。
中等
4、态度较差，不够认真，不善于动脑思考，纪律较差。
及格
5、态度差，不认真，不动脑思考，纪律差。
不及格
图纸质量成绩（占40％）
1、绘图规范，标注准确，结构合理，图纸质量高。
优秀
2、绘图较规范、准确，结构基本合理，图纸质量较好。
良好
3、绘图基本规范、准确，结构基本合理，图纸质量一般。
中等
4、绘图不够规范、准确，结构不太合理，图纸质量较差。
及格
5、绘图不规范、准确，结构不合理，图纸质量差。
不及格
设计报告成绩（占40％）
1、撰写规范，设计思路清晰，知识运用熟练，设计详尽细致，按要求完成设计。
优秀
2、撰写较规范，设计思路基本清晰，知识运用较熟练，设计基本详尽细致，能按要求完成设计。
良好
3、撰写基本规范，设计思路基本清晰，知识运用尚可，设计基本详尽细致，能按要求完成设计。
中等
4、撰写不够规范，设计思路不太清晰，知识运用一般，设计不够详尽细致，基本完成设计。
及格
5、撰写不规范，设计思路不够清晰，知识运用不熟练，设计不够详尽细致，没有按要求完成设计。
不及格
总评成绩
指导教师：
年月日
注：
1、该成绩评定表每位学生一份，并装订在设计说明书的最后；
2、指导教师按课程设计大纲的要求评定成绩，并给出总评成绩；
3、折合分：
优秀≥90分,良好80-89分,中等70-79分,及格60-69分,不及格<60分。
摘要：
本论文首先介绍PLC的产生和发展及应用，以及它的基本功能和特点。
然后鉴于PLC的原理及其优越性，应用PLC控制多种液体的自动混合，该程序可进行单周期或连续工作，具有断电记忆功能，复电后可以断电步进继续运行。
正常工作时，至少完成一个周期，成品与传送带配合分装，该程序具有一定的防止误动作能力。
关键词：
可编程控制器 液体混合装置 传感器
目录
第一章前言1
1.1液体混合机简介1
1.2液体混合机进行PLC改造的目的及意义1
第二章PLC及液体混合机的PLC控制2
2.1PLC的由来及定义2
2.2PLC的发展历程3
2.3PLC的特点3
2.4在液体混合机中应用PLC的优越性4
第三章液体混合机模型的设计与组装5
3.1驱动部分设计5
3.2传动部分设计5
3.3组装模型5
3.4控制器及接线盒5
第四章PLC控制程序的设计6
4.1I/O分析6
4.2PLC的选择6
4.3FX2N系列编程器介绍6
4.4确定各元件的编号，分配I/O地址7
第五章基本指令系统和编程方法8
5.1基本指令系统特点8
5.2编程语言的形式8
5.3梯形图编程规则9
5.4编程软件介绍9
5.4.1基本概况10
5.4.2此软件编写梯形图的方法11
5.5液体混合机PLC控制原理12
第六章总结13
参考文献：
14
附录15
第一章前言
1.1液体混合机简介
液体混合机,顾名思义,用于液体混合机的机器。
通常,我们也有称呼为:
立式搅拌机,电动搅拌机等.选择合适的搅拌机,不仅能节约成本,而且能使自己的搅拌目的更好的满足。
搅拌机选型要注意以下几个方面:
1.提供给我们搅拌目的
2.槽体种类
3.槽底形状
4.安装方式
5.桶槽尺寸
6.搅拌量
7.是否防爆
这几个参数有助于选择适合自己的搅拌机。
1.2液体混合机进行PLC改造的目的及意义
物料的混合操作是一些工厂关键的或不可或缺的一环，对物料混合装置的要求是设备对物料的混合质量高、生产效率和自动化程度高、适应范围广、抗恶劣工作环境等。
采用PLC对物料混合装置进行控制恰恰能满足这些要求，因此多种物料混合的PLC控制具有广泛的应用。
多种液体按一定比例的混合是物料混合的一种典型形式。
本设计以两种液体的混合装置为例，说明PLC在其中的应用。
第二章PLC及液体混合机的PLC控制
2.1PLC的由来及定义
20世纪60年代末，美国最大的汽车制造商通用汽车公司（GM），为了适应汽车型号不断更新的需要，想寻找一种方法，尽可能重新设计继电接触器控制系统和接线的工作量，降低成本，缩短周期，于是设想把计算机功能完备、灵活性、通用性好等优点和继电接触器控制系统简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来，制造一种新型的工业控制装置。
为此，1968年美国通用汽车公司公开招标，要制造商为其装配线提供一种新型的通用控制器，提出了十项招标指标：
1）编程简单，可在现场修改和调程序；
2）维护方便，各部件最好采用插件方式；
3）设备体积要小于继电器控制柜；
4）可靠性高于继电接触器控制系统；
5）数据可以直接送给管理计算机；
6）成本可与继电接触器控制系统相竞争；
7）输入量是115V交流电压；
8）输出量为115V交流电压，输出电流在2A以上能直接驱动电磁阀
9）系统扩展时，原系统只需做很小的变动
10）用户程序存储器容量能扩展到4KB。
美国数字设备公司（DEC）中标，于1969年研制成功一台符合要求的控制器，在通用汽车公司（GM）的汽车装配线上试验获得成功。
由于这种控制器适于工业环境，便于安装，可以重复使用，通过编程来改变控制规律，完全可以取代继电接触器控制系统，因此在短时间内该控制器的用运用很快就扩展到其他工业领域。
美国电气制造商协会（NationalElectricalManufacturersAssociation,NEMA）于1980年把这种控制器正式命名为可编程序控制器（PLC）.为使这一新型的工业控制装置的生产和发展规范化,国际电工委员会（IEC）制定了了PLC的标准,给出PLC的定义如下:
可编程序控制是一种数字运算操作的电子系统,专为在工业环境下运用而设计的.他采用可编程的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、记数和算术运算等操作指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出、控制各种类型的机械或生产过程。
可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一整体，易于扩展其功能的原则设计。
2.2PLC的发展历程
从1969年出现的第一台PLC，经过几十年的发展，PLC已经发展到了第四代。
其发展过程大致如下：
第一代在1969-1972年。
这个时期是PLC发展的初期，该时期的产品，CPU由中小规模集成电路组成，存储器为磁芯存储器。
其功能也比较单一，仅能实现逻辑运算、定时、记数和顺序控制等功能，可能性比以前的顺序控制器有较大的提高，灵活性也有所增加。
第二代在1973-1975年。
该时期是PLC的发展中期，随着微处理器的出现，该时期的产品已开始使用微处理器作为CPU，存储器采用半导体存储器。
其功能上进一步发展和完善，能够实现数字运算、传送、比较、PID调节、通信等功能，并初步具备自诊断功能，可能性有了一定的提高，但扫描速度不太理想。
第三代在1976-1983年。
PLC进入大发展阶段，这个时期的产品已采用8位和16位微处理器作为CPU, 部分的产品还采用了多微处理器结构。
其功能显著增强,速度大大提高,并能进行多种复杂的数字运算,具备完善的通信功能和较强的远程I/O能力,具有较强的自诊断功能并采用了容错技术.在规模上向两极发展,即向小型、超小型和大型发展。
第四代为1983年到现在。
这个时期的产品除采用16位以上的微处理器作为CPU外,内存容量更大,有的以达到数兆字节；可以将多台PLC链接起来，实现资源共享；可以直接用于一些规模较大的复杂控制系统；编程语言除了可使用传统的梯形图、流程图等外，还可以使用高级语言；外设多样化，可以配置CRT和打印机等。
2.3PLC的特点
1）编程、操作简单方便、编程修改灵活
目前PLC的编程可采用与继电接触器电极为相似的梯形图语言，直观易懂，只要熟悉继电接触器线路都能极快地进行编程、操作和程序修改，深受现场技术人员的欢迎。
近几年发展起来的其他编程语言（如功能图语言和BASIC等计算机通用语言）也都使编程更加方便，并且适合于不同的人员。
2）体积小、功耗低
由于PLC是将微电子技术运用于工业控制设备的新型产品，因此PLC的结构紧凑、坚固、体积小、重量轻、耗低低。
3）抗干扰能力强、稳定可靠
由于PLC采用大规模集成电路，器件数量大大减少、故障率低、可靠性高，而且PLC本身配有完善的自诊断功能，可迅速判断故障，从而进一步提高可靠性。
PLC通过设置光耦合电路、滤波电路和故障检测与诊断程序第一系列硬件和软件的抗抗干扰措施，有效的屏蔽了一些干扰信号对系统的影响，极大的提高了系统的可靠性。
4）采用模块化结构，扩充、安装方便，组合灵活
由于PLC以实现了产品系列化、标准化和通用化，用PLC组成控制系统在设计、安装、调试和维护等方面，表现了明显的优越性。
由于PLC按模块化结构和标准单元结构进行设计、用户可以灵活的扩充、缩小或更换模块数量、规格及连接方式。
根据需要可在极短的时间内设计和实现一个工业控制系统，大大缩短了设计时间调试周期。
5）通用性好、使用方便
由于PLC中继电器是“软元件”，其接线也是程序实现的软接线，可以根据需要灵活组合。
一旦控制系统的硬件配置确定以后，用户可以通过修改运用程序来适应生产工艺的变化，实现不同的控制。
6）修改时间短、维护方便、输入输出是接口功率大
由于PLC采用插件结构，当PLC的某一部分发生故障时，只要把该模块更换下来，就可以继续工作。
平均修复时间为10min左右。
一般PLC平均无故障率为3-5年，使用寿命在10年以上。
输入输出模块可直接与AC220V、110V和DC24V、48V输入输出信号相连接，输出可直接驱动2A以下的负载。
而且PLC也有TTL和CMOS电平输入输出模块，驱动TTL或CMOS设备。
2.4在液体混合机中应用PLC的优越性
物料的混合操作是一些工厂关键的或不可或缺的一环，对物料混合装置的要求是设备对物料的混合质量高、生产效率和自动化程度高、适应范围广、抗恶劣工作环境等。
采用PLC对物料混合装置进行控制恰恰能满足这些要求，因此多种物料混合的PLC控制具有广泛的应用。
第三章液体混合装置PLC控制模型的设计与组装
3.1驱动部分设计
液体混合装置的主要动作是启动、进液、混合、流出。
3.2传动部分设计
由PLC直接控制开关
3.3组装模型
3.4控制器及接线盒
控制器采用的是日本三菱公司（MITSUBISHI）的（MELSECFX2N－32MR）型号
第四章PLC控制程序的设计
4.1I/O分析
经过对控制过程和要求的详细分析，我明确了具体的控制任务就是起吊、行走和放下等主要任务。
确定了起重机这些必须完成的动作后，再确定动作的顺序：
纵向电机正转，电磁铁由上向下移动，电磁铁吸合物体，纵向电机反转，由下向上移动，横向电机正转，由左向右移动，纵向电机正转，电磁铁由上向下移动，电磁铁释放物体，如此就完成一次吊运，动作教简单，顺序表如上所述。
其工艺流程图如图4-1：
图4-1液压混合装置I/O分配表
再考虑到两个电机的通断和电磁铁的通断以及左、右两个限位，所以共需要输入点4个，输出点为5个。
4.2PLC的选择
输入与输出点数较少，故可选择三菱公司的FX2N-32M型PLC.
4.3FX2N系列编程器介绍
FX2N系列是FX系列PLC家族中最先进的系列。
由于FX2n系列具备如下特点：
最大范围的包容了标准特点、程式执行更快、全面补充了通信功能、适合世界各国不同的电源以及满足单个需要的大量特殊功能模块.
4.4确定各元件的编号，分配I/O地址
输入信号
输出信号
名称
代号
输入点编号
名称
代号
输出点编号
启动按钮
SB1
X0
电磁阀
YV1
Y0
停止按钮
SB2
X1
电磁阀
YV2
Y1
高液位传感器
ST1
X2
电磁阀
YV3
Y2
中液位传感器
ST2
X3
电动机控制接触器
KM
Y3
低液位传感器
ST3
X4
第五章基本指令系统和编程方法
5.1基本指令系统特点
1.编程原件的分类与编号。
代表功能的字母。
如输入继电器用“X”表示、输出继电器用“Y”表示。
数字，数字为该类器件的序号。
FX2N系列PLC中输入、输出继电器的序号为八进制，其余为十进制。
2.编程原件的基本特征。
编程元件和继电接触器的元件类似、具有线圈和常开常闭触点。
当线圈披选中（通电）时，常开触点闭合，常闭触点断开，当线圈失去选中件时，常闭接通，常开断开。
3．编程原件的功能和作用。
1）定时器和计数器的设定值（K常数）2）辅助继电器（M）、定时器（T）、计数器（C）、状态器等的编号（软元件编号）。
3）指定应用指令操作数中的数值与指令动作（K常数）。
BCD码：
用于数字式开关或七段码的显示器控制等。
5.2编程语言的形式
LD、LDI指令分别用于将常开、常闭触点连接到母线上.OUT指令是对输出继电器、辅助继电器、状态器、定时器、计数器的线圈驱动指令。
AND、ANI指令分别用于单个常开、常闭触点的串联，串联触点的数量不受限制，该指令可以连续多次使用。
OR、ORI指令分别用于单个常开、常闭触点的并联，并联触点的数量不受限制，该指令可以连续多次使用。
若有多个串联回路块按顺序与前面的回路并联时，对每个回路块使用ORB指令，则对并联的回路个数没有限制。
若成批使用ORB指令并联连接多个串联回路块时，由于LD、LDI指令的重复次数限制在8次以下，因此这种情况下并联的回路个数限制在8个以下
若有多个并联回路块按顺序与前面的回路串联时，对每个回路块使用ANB指令，则对串联的回路个数没有限制。
若成批使用ANB指令串联连接多个并联回路块时，由于LD、LDI指令的重复次数限制在8次以下，因此这种情况下串联的回路个数限制8个以下。
MC为主控指令，用于公共串联触点的连接,MCR为主控复位指令，即MC的复位指令。
SET为置位指令，使操作保持；
RST为复位指令，使操作保持复位。
5.3梯形图编程规则
梯形图的各种符号，要以左母线为起点，右母线为终点自上而下依次写。
触点应画在水平线上，不能画在垂直分支线上。
几个串联回路并联时，应该将串联触点多的回路写在上方。
几个并联回路串联时，应该将并联触点多的回路写在左方。
对不可编程的电路，必须对电路进行重新安排，便于正确使用PLC基本指令进行编程。
输出线圈及运算处理框，必须写在一行的最右面，它们右边不能再有任何触点存在。
利用PLC基本指令对梯形图编程时，务必按从左到右、自上而下的原则进行。
在处理较复杂的触点结构时，如触点块的串联、并联或与堆栈相关指令，指令表的表达顺序为：
先写出参与因素的内容，再表达参与因素间的关系。
5.4PLC液体混合控制程序的语句表与梯形图
经过以上对PLC吊车控制系统硬件和软件部分的仔细考虑和分析，结合三菱FX2N编程器件的知识，以及对三菱WINDOWS的SW3D5-GPPW-E软件的学习，我编写出以下的以梯形图表示的PLC程序。
由于SWOPC-FXGP/WIN-C软件不支持直接粘贴，故截图于下方：
图5.4.1液体混合机PLC控制指令表
图5.4.2液体混合机PLC控制梯形图
5.5液体混合机PLC控制原理
液体混合机PLC控制原理：
按下启动按钮SB1，输入继电器X0接通,M0闭合一个扫描周期,M5置位接通，M5常开触点闭合，为接通Y0做准备；同时Y0置位接通,电磁阀YV1通电打开,液体Ａ开始注入容器中。
（1）当液体面到达低液面L时,X4闭合,M4输出后沿微分脉冲。
（2）当液体面到达中液面M时,X3闭合,使输出一个扫描周期宽的脉冲.M3常开触点闭合,Y0复位,停止注入液体A；同时Y1置位,电磁阀YV2通电打开,液体B开始注入容器中。
（3）当液体面到达高液面H时,X2闭合,使M2输出一个扫描周期宽的脉冲。
M2常开触点闭合,Y1复位，停止注入液体B，同时Y3置位,接触器KM通电闭合,电动机E启动运转,带动搅拌机工作.Y3常开触点闭合T0接通开始计数,经过60s后T0动作,T0常开触点闭合,Y3复位,搅拌机停止搅拌.M6输出一个扫描周期宽的脉冲,常开触点闭合一个扫描周期,使Y2置位,电磁阀YV3通电打开,开始从容器中放出液体。
（4）当液体降到低液面L时,M4闭合一个扫描周期,M4常开触点接通一个扫描周期,使M置位,继而M常开触点闭合,T1开始计数.经过8ｓ后,T1动作,T1常开触点闭合,Y2复位,M复位,电磁阀Y关闭,容器中液体放完.T1常开触点闭合,使Y0置位,重复以上过程.按下停止按钮SB2，输入继电器X1闭合,M1闭合一个扫描周期,M5复位,切断Y0循环接通的通路,使得容器中液体放完后电磁阀YV3关闭，T1常开触点闭合,Y0也不能接通。
第六章总结
从得到课题到完成这项课程设计所用的时间可谓是前所未有，不过的确花了功夫出成效啊！
暑期刚拿到设计题目的时候，仔细一看，好像蛮简单的——就是设计一个液体混合机的PLC控制么，但大脑里却有点模模糊糊，不知道如何做开始。
只好先查阅一些相关的论文和资料，学习别人是如何做的，整个设计都需要进行哪些步骤，格式是什么样的，让自己有设计这方的认识，尽量做到按标准的步骤来进行。
查阅了大量相关资料：
工控网TVhttp:
//www.gongkong.tv/detail/5058.htm（图解PLC控制系统梯形图及指令表[课件]）、PLC之家优酷视频（液体混合装置设计）等等；在之后，我终于对这次设计有了整体的了解，接下来就是一步一步的去完成了。
因为水平有限，整个设计中仍有不尽如人意的地方。
通过本次设计，我熟悉了PLC课程设计的基本方法和步骤，理清了基本的设计思路，为以后的课程设计和毕业设计奠定了良好的基础。
同时很好的锻炼了我理论联系实际，既让我学会了了怎样把理论应用于实际，又让我们懂得了在实践中遇到的问题怎样用理论去解决，更让我了解到了网络是取之不尽的资源之库，以后再遇到什么问题一下要先问问XX和google,只要功夫深，没有不能办到的事！
参考文献：
［1］邓星钟.机电传动控制（第三版）[M].武汉：
华中科技大学出版社.2001.
［2］陈远龄.机床电气自动控制[M].重庆：
重庆大学出版社，2004.
［3］廖常初.PLC的编程方法与工程应用[M]．重庆：
重庆大学出版社，2001．
［4］贺哲荣.流行PLC实用程序及设计[M]．西安：
西安电子科技大学出版社，2006.
附录
吊车控制程序的指令表
吊车控制程序的梯形图
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