PLC课程设计液体混合.doc
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沈阳理工大学课程设计论文
摘要
今天，我们的生活环境和工作环境有越来越多称之为可编程控制器的小电脑在为我们服务，可编程控制器的应用非常广泛，它在工业控制，尖端武器，通信设备，信息处理，家用电器等各测、控制领域都发挥着举足轻重的作用。
作为自动化专业的大学生必须掌握好可编程控制器方面的知识。
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。
它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，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。
PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。
本监控系统采用PLC为控制核心，具备自动混合两种液体的功能，由传感器检测储藏罐中的液面高度，按顺序加入A和B两种液体，搅拌1min后放出混合液体。
过程监控上，我们采用的是MCGS组态软件，这是我国自主研发的组态软件，适用于各品牌的PLC。
关键词：
液体自动混合；可编程控制器PLC；MCGS组态软件
目录
概述································································1
1硬件设计·································································2
1.1控制要求····························································2
1.2选择PLC型号························································3
1.3I/O分配表···························································3
2软件设计································································4
2.1梯形图·······························································4
2.2工作过程分析·························································6
3液体混合人机界面设计····················································7
3.1绘制液体混合界面····················································7
3.2液体自动混合画面中构件的属性设置····································9
3.3设备窗口属性设置···················································14
4心得体会·······························································18
参考文献·································································19
概述
MCGS全中文工业自动化控制组态软件（以下简称MCGS工控组态软件或MCGS）为用户建立全新的过程测控系统提供了一整套解决方案。
MCGS工控组态软件是一套32位工控组态软件，可稳定运行于Windows95/98/NT操作系统，集动画显示、流程控制、数据采集、设备控制与输出、网络数据传输、双机热备、工程报表、数据与曲线等诸多强大功能于一身，并支持国内外众多数据采集与输出设备，广泛应用于石油、电力、化工、钢铁、矿山、冶金、机械、纺织、航天、建筑、材料、制冷、交通、通讯、食品、制造与加工业、水处理、环保、实验室等多种工程领域。
本组课题是对液体自动混合装置的模拟控制，实现液体混合装置的自动添加液体、自动混合等自动控制功能。
在本设计的梯形图设计中是大量运用计时器和顺序控制继电器指令来完成的。
1硬件设计
1.1控制要求
如图1.1所示，为两种液体的混合装置结构图。
SL1、SL2、SL3为液面传感器，液体A、B阀门与混合液阀门由电磁阀YV1、YV2、YV3控制，M为搅拌电机，控制要求如下：
初始状态:
装置投入运行时，液体A、B阀门关闭，混合液阀门打开20秒将容器放空后关闭。
启动操作:
按下启动按钮SB1，装置就开始按下列给定的规定动作工作：
液体A阀门打开，液体A流入容器。
当液面到达SL2时，SL2触点接通，关闭液体A阀门，同时打开液体B阀门。
当液面到达SL1时，SL1触点接通，关闭液体B阀门，此时搅拌电机工作，1min后停止，混合液体阀门打开，开始放出混合液体。
当液面下降到SL3时，SL3触点由接通变为断开，再过20秒后，容器放空，混合液阀门关闭，开始下一周期操作。
停止操作:
按下停止按钮SB2后，在当前的混合液操作处理完毕后，才停止操作（停在初始状态上）。
图1.1液体混合装置结构图
图1.2为液体混合装置控制的模拟实验面板图，图中，YV1、YV2、YV3分别代表液体A电磁阀、液体B电磁阀和混合液体电磁阀，SL1、SL2、SL3分别表示三个液面传感器，KM表示搅拌电机接触器。
图1.2液体混合装置控制的模拟实验面板图
1.2选择PLC型号
本设计选用西门子公司的S7-200PLC，它是一种叠装式结构的小型PLC。
它指令丰富，功能强大，可靠性高，适应性好，结构紧凑，便于扩展，性价比高。
主机型号选择CPU22X系列中的CPU226模块，该模块的I/O总数为40点，其中输入点24点，输出点16点。
可带7个扩展模块。
用户程序存储器容量为6.6K字。
内置高速计数器，具有PID控制器功能。
有2个高速脉冲输出端和2个RS-485通信口。
运行速度快，功能强，适用于要求较高的中小型控制系统。
1.3I/O分配表
完成该控制任务需要5个输入点和4个输出点，具体分配如表1所示。
表1.1输入/输出地址分配表
输入点
输出点
地址
作用
地址
作用
I0.0
液面传感器SL1
Q0.0
液体A电磁阀VY1
I0.1
液面传感器SL2
Q0.1
液体B电磁阀VY2
I0.2
液面传感器SL3
Q0.2
混合液体电磁阀VY3
I0.4
启动按钮SB1
Q0.3
搅拌电机接触器KM
I0.5
启动按钮SB2
2软件设计
2.1程序梯形图
2.2工作过程分析
（1）启动操作
按下启动按钮SB1,I0.4的常开触点闭合，M0.0、T37同时得电并通过M0.0敞开触点自锁，M0.0敞开触点闭合，使Q0.2接通排放剩余混合液体，经T37延时20s后Q0.2断电，即关闭混合液体阀门。
同时液体A电磁阀VY1打开，液体A流入容器。
（2）液面上升到SL2
当液面上升到SL3时，虽然I0.2敞开触点接通，单没有引起输出动作。
当液面上升到SL2时，SL2触点接通，即I0.1接通，M0.3置位，其常闭触点打开，使Q0.0断电，YV1电磁阀关闭，液体A停止流入；同时M0.2常开触点接通，使输出Q0.1接通，液体B电磁阀YV2打开，液体B流入。
（3）液面上升到SL1
当液面上升到SL1时，SL1触点接通，即I0.0接通，M0.3置位，其常闭打开，使Q0.1断开，YV2电磁阀关闭，液体B停止注入，同时Q0.3和T38接通，搅拌电动机开始工作。
（4）搅匀后放混合液
搅拌电机工作时，T38计时，60s后Q0.3断开，搅拌电机停止工作。
同时T38触点控制Q0.2接通，混合液电磁阀YV3打开，开始放混合液体。
（5）液面下降到SL3
当液面传感器SL3（I0.2）由接通变为断开时，M0.4置位，其常开触点接通，T39开始工作，20s后混合液体放完，T39常开触点闭合，复位所用的内部继电器M，使Q0.2断开，电磁阀YV3关闭，同时T39常开使M1.0得电Q0.0接通，YV1打开，液体A流入，开始进入下一个循环。
（6）停止操作
按下停止按钮SB2，I0.5接通，M1.1得电，其常闭触点断开，切断循环信号。
在当前的操作处理完毕后，使Q0.0不能再接通，即停止操作。
3液体混合人机界面设计
3.1绘制液体混合界面
MCGS组态软件安装在计算机中，双击桌面“组态环境”图标，进入MCGS组态环境，如图3.1所示。
图3.1MCGS组态环境
单击“用户窗口”|“新建窗口”后，在用户窗口中新建一个“窗口0”，并选中它，单击“窗口属性”按钮，进入窗口属性设置界面，如图3.2所示。
图3.2窗口属性设置
将“窗口名称”和“窗口标题”选项中的内容改为“液体自动混合”，按“确认”按钮确认。
按“动画组态”按钮进入画面编辑窗口（例如对流动块的属性设置）如图3.3所示。
在此窗口中利用工具箱中的绘图工具，完成液体混合画面设计，效果图如图3.4所示。
图3.3构件属性设置
图3.4液体自动混合画面效果
3.2液体自动混合画面中构件的属性设置
液体自动混合的动作过程如下：
开始排放混合液体阀门打开延时20s后自动关闭，主要防止混合罐内有残留的混合液体。
此时A液体阀门打开，注入A液体。
当液面上升到SL2时，关闭A液体阀门；同时B液体阀门打开，注入B液体。
当液面上升到SL3时，关闭B液体阀门并开始定时搅拌，搅拌1min后停止。
停止搅拌后自动混合液体，当混合液体的液面下降到SL3时，开始计时到20s后关闭排放阀门，并重复上述过程，按停止按钮后，待本循环结束后停止。
根据PLC控制系统的I/O表，对液体自动混合画面中的各个相关构件进行属性设置。
定义数据变量，在实时数据库中定义，如图7所示。
在液体自动混合画面中可以看出，需要定义的数据变量有：
控制A液体阀门和相应的流动块，控制B液体阀门和相应的流动块，排放混合液体的阀门和相应的流动块。
加热搅拌指示，三个液位检测开关指示。
液体自动混合画面中，各构件的属性设置如图3.5～3.14所示。
图3.5变量定义窗口
图3.6液体A流动块属性设置
图3.7液体A阀门属性设置
图3.8液体B流动块属性设置
图3.9液体B阀门属性设置
图3.10混合液体流动块属性设置
图3.11混合液体阀门属性设置
3.12液位SL1属性设置
3.13液位SL2属性设置
3.14液位SL3属性设置
3.3设备窗口属性设置
在组态工作台界面中，用鼠标单击“设备窗口”选项，出现设备窗口图标并双击进入设备组态窗口；在此窗口中通过设备工具箱，完成设备组态。
设备组态完成后，双击“通用串口父设备0”，进入“通用串口设备属性编辑”对话框，根据设备通讯要求和连接情况，完成对话框中相关的参数设置，具体设置如图3.15所示，按“确认”键完成设置。
返回设备组态窗口，双击“设备0—[西门子S7—200PPI]”进入“设备属性设置”对话框，在此窗口中有“基本属性”、“通道连接”、“设备调试”、“数据处理”选项卡，在液体自动混合控制中，不涉及“数据处理”。
其余三项设置如图3.16～图3.18所示。
在“设备调试”选项卡中，如果“通讯状态标志”栏中，显示“0”则表示通讯正常，若显示“-1”则表示通讯不正常。
图3.15通用串口父设备属性编辑窗口
图3.16设备属性设置
图3.17通道连接设置
图3.18设备调试设置
通过设备调试，使MCGS与PLC通讯正常，即设备调试窗口中“通讯状态标志”显示为“0”，按确认即可。
回到工作台界面，选择主控窗口并单击界面右侧的“系统属性”按钮，弹出“主控窗口属性设置”对话框，在此窗口中选择“启动属性”选项卡，在“用户窗口列表”中选中“液体自动混合”，按“增加”按钮，则“液体自动混合”移入“自动运行”窗口，如图所示，按“确认”键即可。
单击主菜单中的“进入运行环境”钮，即可进入监控运行界面，实时监控系统的工作情况，如图3.19所示。
图3.19主控窗口属性设置
4心得体会
通过这次PLC课程设计，让我更加深刻理解了课本的知识，并使我熟悉和掌握了PLC基本指令的使用，掌握了PLC的I/O分配、程序调试等。
编写程序首先必须把I/O分配表写好。
弄清楚哪些信号作为输入，哪些信号作为输出，该用什么继电器，还有什么情况下要用定时器/计数器。
通过调试找出问题的所在，相应的修改程序。
在编程过程中难免会有不足之处，因此通过调试，再修改程序可以更好实现相应的功能。
这次设计，提高了我的动手和动脑能力，更让我们体会到了理论与实践相结合的重要性，使我得到了一次用专业知识、专业技能分析和解决问题全面系统的锻炼。
使我在PLC的基本原理以及编程设计思路技巧的掌握方面都能向前迈了一大步
参考文献
[1]吴中俊.主编可编程控制器原理及应用.北京：
机械工业出版社
[2]孙振强.主编可编程控制器原理及应用教程.北京：
清华大学出版社
[3]阮友德.主编电气控制与PLC实训教程.北京：
人民邮电出版社
[4]吴作明.主编工控组态软件与PLC应用技术.北京：
北京航空航天大学出版社
[5]MCGS参考手册北京昆仑通态自动化软件科技有限公司
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