液体混合搅拌装置的自动控制.docx
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液体混合搅拌装置的自动控制
PLC技术及应用课程设计（论文）
题目：
制药厂液体混合搅拌装置的自动控制
院（系）：
电气工程学院
专业班级：
学号：
学生姓名：
指导教师：
（签字）
起止时间：
课程设计（论文）任务及评语
院（系）：
电气工程学院教研室：
自动化
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指导教师评语及成绩
日
月
年辩
:
旅时成平总
注：
成绩：
平时20%论文质量60%答辩20%以百分制计算
摘要
随着现代工业技术的快速发展，液体混合的应用更加广泛。
对于液体混合控制技术的研究有着广泛的经济价值。
针对这一问题本课程设计重点研究了基于PLC控制的液体混合实时监控系统。
该系统就是一个简单的集散控制系统。
借助现代计算机技术，实现对搅拌器的集中控制，分散管理。
本设计通过对两种液体的混合搅拌器控制为例，将两种液体按一定比例混
合，在电动机搅拌后要达均匀状态将混合的液体输出容器并形成循环状态。
液体
混合系统的控制设计考虑到其动作的连续性以及各个被控设备动作之间的相互关联性，针对不同的工作状态，进行相应的动作控制输出，从而实现液体混合系统从第一种液体加入到混合完成输出的这样一个周期控制工作的程序实现。
本设计以液体混合的结构和工艺流程的系统为中心，确定了合理的系统控
制方案。
选用西门子公司的S7-200PLC作为现场控制器，利用step7进行液体混合运作程序编写，同时采用与之配套的WinCC组态软件进行组态工作，建立一个人机交换界面，并实现PLC和组态软件之间通讯。
通过使用远程计算机，实现对现场液体混合运行情况的实时监控。
关键词：
S7-200PLC电动机
第1章绪论1
第2章系统设计方案2
2.1概述2
2.2系统组成总体结构2
第3章硬件设计4
3.1.系统输入输出信号分析4
3.2PLC输人、输出口分配4
3.3PLC的各模块编址5
3.4液体混合装置输人/输出接线5
3.5液体混合装置的顺序功能图7
3.6电气接线8
第4章软件设计9
4.1控制流程图设计9
4.2梯形图设计10
第5课实验模拟调试及分析14
第6章程设计总结16
参考文献17
第1章绪论
为了提高产品质量，缩短生产周期，适应产品迅速更新换代的要求，产品生产正在向缩短生产周期、降低成本、提高生产质量等方向发展。
在炼油、化工、制药等行业中，多种液体混合是必不可少的工序，而且也是其生产过程中十分重要的组成部分。
但由于这些行业中多为易燃易爆、有毒有腐蚀性的介质，以致现场工作环境十分恶劣，不适合人工现场操作。
另外，生产要求该系统要具有混合精确、控制可靠等特点，这也是人工操作和半自动化控制所难以实现的。
所以为
了帮助相关行业，特别是其中的中小型企业实现多种液体混合的自动控制，从
而达到液体混合的目的，液体混合自动配料势必就是摆在我们眼前的一大课题。
借助实验室设备熟悉工业生产中PLC的应用，了解不同公司的可编程控制器的型号和原理，熟悉其编程方式，而多种液体混合装置的控制更常见于工业生产中，适合大中型饮料生产厂家，尤其见于化学化工业中，便于学以致用。
采用基于PLC的控制系统来取代原来由单片机、继电器等构成的控制系统，采用模块化结构，具有良好的可移植性和可维护性。
对提高企业生产和管理自动水平有很大的帮助，同时又提高了生产线的效率、使用寿命和质量，减少了企业产品质量的波动，因此具有广阔的市场前景。
用PLC进行开关量控制的实例很多，在冶金、机械、纺织、轻工、化工、铁路等行业几乎都需用到它，如灯光照明、机床电控、食品加工、印刷机械、电梯、自动化仓库、液体混合自动配料系统、生产流水线等方面的逻辑控制，都广泛应用PLC来取代传统的继电器控制。
本次设计是将PLC用于多种液体混合灌装设置的控制，对学习与实用是很好的结合。
第2章系统设计方案
2.1概述
本设计的主要研究范围及要求达到的技术参数有使液体搅拌器能够实现安全、高效的搅拌；满足搅拌器的各项技术要求；
（1）系统从初始状态开始工作，按启动按钮SB1后，电磁阀YV1通电打开,液体A流入容器中。
（2）当液位高度到达I处时，液位传感器SL2接通，YV1阀断电关闭，同时YV2通电打开，液体B流入容器。
（3）当液位高度到达H处时，液位传感器SL1接通，YV2阀断电关闭，停止液体流入。
（4）加热器FH开始工作，对液体进行加热，当液体达到指定温度时，温度继电器KTP动作，停止加热，同时启动搅拌电动机M搅拌。
（5）1min后，电动机停止搅拌，电磁阀YV3通电打开，将加热并混合好的液体放出到下一道工序。
（6）当液位高度下降到低于L时，再延时10s,电磁阀YV3断电关闭。
此时容器内液体已放空，电磁阀YV1通电打开，液体A流入容器，自动开始下一周期循环。
（7）按下停止按钮SB2时，要求不要立即停止工作，而是将停机信号记忆下来，直到完成一个工作循环后才停止工作，返到到初始状态。
2.2系统组成总体结构
本课题应解决的主要问题是如何使PLC在液体搅拌器中实现控制功能，在
相关的研究文献报道中用PLC对液体搅拌器进行控制的研究尚不多见，以致人们难以根据它的具体情况，正确选用参数进行系统控制，也就难以满足提高质量和效率、降低成本的要求，本设计就是基于以上问题进行的一些探索。
从图2.1中可知设计的液体混合装置主要完成二种液体的自动混合搅拌，
此装置需要控制的元件有：
其中SL1、SL2、SL3为液面传感器，液面淹没该点时为ON丫1、丫2、Y3为电磁阀，M为搅拌电机。
所有这些元件的控制都属于数字
量控制，可以通过引线与相应的控制系统连接从而达到控制效果
电动机
图2.1液体混合搅拌器
第3章硬件设计
3.1.系统输入输出信号分析
系统的输入信号有：
启动、止按钮各一个，液位传感器3个，温度继电器开关1个，共六个输入信号；系统的输出信号有：
电磁阀3个，搅拌电动机接触器1个，加热器接触器1个，共5输出信号，考虑到留有15%的备用点，选用S7—200CPU224可以满足要求。
3.2PLC输人、输出口分配
I/O分配采用自动分配方式，模块上的输入端子对应的输入地址和输出端子对应的输出地址如表1所示。
表3.1液体混合装置输入/输出地址分配
输入
输出
名称
符号
地址编号
名称
符号
地址编号
启动按钮
SB1
I0.0
电动机接触器
KM1
Q0.0
停止按钮
SB2
I0.1
A液体电磁阀
YV1
Q0.1
H处液位传感器
SL1
I0.2
B液体电磁阀
YV2
Q0.2
I处液位传感器
SL2
I0.3
混合液体电磁阀
YV3
Q0.3
L处液位传感器
SL3
I0.4
加热器接触器
KM2
Q0.4
温度继电器开关
KTP
I0.5
3.3PLC的各模块编址
表3.2各模块编址
主机CPU224I/O
I0.0
Q0.0
I0.1
Q0.1
I0.2
Q0.2
I0.3
Q0.3
I0.4
Q0.4
I0.5
Q0.5
I0.6
Q0.6
I0.7
Q0.7
I1.0
Q1.0
I1.1
Q1.1
I1.2
Q1.2
I1.3
Q1.3
I1.4
Q1.4
I1.5
Q1.5
I1.6
Q1.6
I1.7
Q1.7
3.4液体混合装置输人/输出接线
（1）两种液体的进人
当PLC接通电源后，按下启动按钮SB1后，触点I0.0接通，使该路只接通一扫描周期，通过保持指令KP使YV输出继电器线圈得电并保持，分别与之相接的YV电磁阀带电接通，流进液体A。
（2）第二种液体的进人
当液体达到L2液位传感器的位置时，I0.2输人继电器接通使YV1关闭，同时YV2电磁阀得电接通，第2种液体流进液罐。
图3.1液体混合装置的PLC外部接线图
3.5液体混合装置的顺序功能图
图3.2顺序功能图
3.3o
3.6电气接线
额定电压为380V,额定频率为50Hz,所以硬件接线如图
图3.3电气接线
4.1控制流程图设计
第4章软件设计
开始
YV1开，到液位I
YV1闭，YV2通，到液位H
YV2闭，开始加热，KTP动作
停加热，开始搅拌，定时1min
停止搅拌，YV3通，低于液位L
YV3继续通，定时10s
图4.1程序框图
4.2梯形图设计
依据控制流程图编写梯形图
Network2
SM0.1SOO
—IIC£）
1
Network3
SD.O
SCR
NetworkB
103S02
—II1卩I£CRT）
Network9
SCRE）
Network10
S0.2
SCR~
Network11
SO.3
0CRT）
Network12
10.2
Network13
―SCRIE）
Network14
S03
SCR
Network15
SMOO
图4.3主程序梯形图2
105
Network16
S04
（SCRT）
Network11
Network18
SO.4
SCR
Network13
SM0.D
Network19
SMD.O
IN
TON
PT
T37
■+600-
Network20
T37
Network21
图4.4主程序梯形图3
Nelwoik22
Nelwoik23
SM0.0Q0.3
TI——（）
Nelwoik24
SO.G
（sort）
10.4
Network25
Network2G
S06
SCR"-
Network27
SM0.0
T3S
pNTON
+10-PT
Network2S
T3S
S0.7
^scrt）
图4.5主程序梯形图4
第5课实验模拟调试及分析
在实验室以试验台为基础模拟设计结果模拟中输入点对应的实际意义：
10.0:
启动按钮
10.1:
停止按钮
I0.2：
H液位传感器
10.3:
I液位传感器
I0.4：
L液位传感器
I0.5：
温度继电器开关
模拟中输出点对应的实际意义：
Q0.0：
电动机接触器
Q0.1：
A液体电磁阀
Q0.2：
B液体电磁阀
Q0.3:
混合液体电磁阀
Q0.4:
加热器接触器
按照上述进行连线，如下图5.1.
图5.1模拟调试连线图
按照程序设计中的梯形图进行程序设计，进行模拟调试，调试结果满足液体混合搅拌要求。
图5.2为液体搅拌器的模拟结果。
图5.2液体搅拌器结果
第6章程设计总结
实践证明，本设计所采用德国西门子公司生产的S7-200型可编程控制器的
硬件配置和程序设计是完全可行的，在实际控制中，由于PLC产品自身具有可靠性高、灵活性强、对工作环境无要求和抗干扰性能好等诸多优点，使之完全可以
将操作人员从恶劣的现场环境中解放出来，因而深受用户欢迎。
同时采用PLC控制液体混合装置，还能容易地随时修改可编程控制器程序，以改变液体混合装置的工作时间和工作状况，满足不同液体混合的需要。
该控制系统可用较少的资金投入，达到很高的控制精度。
本设计已通过模拟仿真检验，有很好的推广价值。
任何设计的控制系统都是要经过实践和时间的考验方能不断的完善。
就如同
我们做毕业设计，这毕业设计是对我们所学知识的考验，也是对我们对知识综合运用能力的考验。
更是对我们做一件事情态度考研。
经过设计我们应该学会认真、专心、更有毅力的做一件事情，这样我们在以后的工作和生活中才能经得起实践和时间的考验，我们才能走得更远！
自己所学的知识的机会。
从到图书馆、网络中查找资料到软件的设计，都对我们以前所学过的知识进行了一次检验。
对于软件的设计，自己有一定的编程功底，一开始认为没有什么太大的问题。
但当自己真的动手才发现实际的控制应用和单纯的编程还是有区别的。
要想设计
一个好的实用程序必须对电路各部件熟悉了解。
自己积极查阅各种资料，上网搜
索，最终才解决了问题。
总体来说，这次实习我受益匪浅。
在摸索该如何设计一个系统使之实现所需功能的过程中，特别有趣，培养了我们的设计思维，增加了实际操作能力。
参考文献
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机械工业出版社，2011.12
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华南理工大学出版社，2001
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化学工业出版社，2004
⑹杨振兴，陈登顺.可编程序控制器原理和应用.长沙：
中南工业大学出版社，1993
[7]TVT—99系列教学实物模型使用说明书.天津：
天津职业技术师范学院源发展有限公司
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机械工业出版社，2010.14-16.
[10]《S7-200PLC可编程控制器系统手册》[M].西门子公司，2004:
160-162.
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