天津城建大學電氣控制技術課程設計―設計說明書（題目）用順序控制指令實現攪拌控制系統設計起止日期：2018年6月11日至2018年6月15日學生姓名班 級成 績指導教師（簽字）控制與機械工程學院2018年6月15日天津城建大學

課程設計任務書

2017—2018學年第2學期控制與機械工程學院電氣工程及其自動化專業—班級課程設計名稱：現代電氣控制及PLC應用技術課程設計題目：用順序控制指令實現攪拌控制系統設計完成期限：自2018年6月丄日至2018年6月15日共1周設計依據、要求及主要內容：一．課程設計的目的（1） 能夠根據功能要求選擇PLC的類型及其根據I/O點的要求選擇該類PLC的型號。（2） 根據所選的PLC的類型，掌握該PLC的編程軟件并能夠利用該軟件繪制設計課題的梯形圖。（3） 根據I/O點的定義，繪制PLC外部電氣接線圖。二．課程設計的基本要求1、說明與控制要求如圖所示為一攪拌控制系統，由3個開關量液位傳感器，分別檢測液位的高，中和低。現要求對A,B兩種液體原料按等比例混合，請編寫控制程序。要求：按下啟動按鈕后系統自動運行，首先打開進料泵1,開始加入液體A—中液位傳感器動作后，則關閉進料泵1，打開進料泵2,開始加入液料B—高液位傳感器動作后，關閉進料泵2,啟動攪拌器一攪拌10s后，關閉攪拌器，開啟放料泵一當低液位傳感器動作后，延時5s后關閉放料泵。按下停止按鈕，系統立即停止運行。2、 畫出順序功能圖3、 設計外部輸入/輸出點（1/0）4、 畫出PLC外部接線圖5、 請設計完整的梯形圖三、設計報告課程設計報告要做到層次清晰，論述清楚，圖表正確，書寫工整；詳見“課程設計報告寫作要求”四．參考資料王阿根.電氣可編程序控制原理與應用.清華大學出版社.2010何有華.可編程序控制器及常用控制電路.冶金工業出版社.2002郭純生.可編程序控制器編程實戰與提高.電子工業出版社.2006謝克明夏路易.可編程控制器.電子工業出版社.2003指導教師（簽字）： 系（教研室）主任（簽字）： 批準日期：目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"一、緒論 1二、總體方案的設計 1\o"CurrentDocument"方案的目的與意義 1\o"CurrentDocument"總體方案設計原則 1總體方案設計要求： 1\o"CurrentDocument"總體方案設計思想： 2三、 硬件設計 3\o"CurrentDocument"硬件選擇 3PLC機型選擇 3PLC容量選擇 3I/O模塊選擇 4\o"CurrentDocument"3.2PLCI/O點分配 4四軟件設計 54.1程序設計流程圖 5\o"CurrentDocument"4.2順序功能圖的設計 6\o"CurrentDocument"設計完整的梯形圖 7\o"CurrentDocument"五、總結 10\o"CurrentDocument"六、參考資料 10一、緒論鑒于混合設備的廣泛應用,近年來隨著工業技術的發展,流體混合技術在上世紀60~80年代發展迅速。重點研究了傳統攪拌器在低粘度、高粘度、非牛頓均相體系、固液懸浮液和氣液分散體系中的攪拌功率和攪拌情況。采用宏觀量進行了實驗研究。長期以來,雖然大量的設計經驗關聯可用于混合系統的分析和預測,但將混合反應器直接從實驗室規模擴大到工業規模仍然是非常危險的。為了實現攪拌設備所需的傳質、傳熱和混合,還需要對其進行放大。因此,從更為微觀、更本質的觀點出發,利用先進的試驗方法,建立合理的數學模型,得到攪拌槽內的速度場、溫度場和濃度場。它不僅對新拌和設備的發展具有重要的經濟意義,而且對混合設備的優化和放大和混合的基礎研究具有重要的經濟意義、具有現實的理論意義。對于攪拌設備的研究,除了動力之外,攪拌流體力學的研究也具有重要意義。在這方面做了很多工作,但需要擴大和深化。在液體中進行攪拌時,攪拌器的作用不僅引起液體的整體運動,而且會產生液體的波動,波動程度與攪拌器的旋轉現象密切相關,攪拌器的旋轉現象使液體旋轉。隨著科學技術的發展,設備有大規模發展的趨勢,同時也需要大型的攪拌設備。使用大型聚合釜可大大減少操作維護人員,有助于自動化,減少投資,提高成活率,穩定產品質量。隨著罐容積的增大,釜逐漸向細長型呈細長型,底攪拌法得到越來越廣泛的應用。三葉掃掠式攪拌器是目前大型聚合釜中使用的一種較好的攪拌器。由于其大的排放能力,釜中的液相充分循環,達到每分鐘5-10次,并且釜中的反應是均勻的。由此可見,科學技術的發展導致了混合應用領域的擴大,混合技術的發展使混合設備更大。為了提高混合的自動化和穩定性能,需要一種更強大和更好的性能系統。本設計是基于可編程邏輯控制器(PLC)的設計方案，實現對液體混合和攪拌的控制。可編程控制器?S7-200是主控制器。根據混合設備的功能特點和操作順序,在設計中采用電磁閥和時間繼電器來實現液體的流入和延時，以滿足控制要求。二、總體方案的設計方案的目的與意義在生產的許多領域中，經常需要對水箱、儲罐和儲罐的液位進行監控，以便采用傳統的繼電器觸點控制、使用硬連接的電器、可靠性差和自動化程度低。目前，許多企業采用先進的控制器改造傳統的接觸控制，大大提高了控制水平。系統的可靠性和控制水平為企業提供了更可靠的生產保證。本文介紹了一種用PLC監測液位的方法。其電路結構簡單投資少(可由原有設施改造)。該監控系統不僅自動化程度髙而且具有在線修改功能,具有靈活性,適用于多級液位監控。采用PLC作為主控制器，設計了液體混合控制系統，完成了兩種液體的混合和混合過程。通過本課程的設計,我們可以提高我們的綜合素質和實踐能力,我們可以真正發現自己的問題,分析問題和解決問題。通過本課程的設計,掌握了PLC軟硬件結構的基本方法、工作原理、指令系統和梯形圖編程,以及開發PLC控制生產過程的基本方法。它使我們能夠開發、設計和理解PLC和PC機之間的網絡通信控制,用于生產過程或設備的PLC控制系統，為畢業后工業過程的自動化打下良好的基礎。總體方案設計原則設計過程根據設備的工藝流程、安裝、運行和維護服務進行設計。根據國家電氣設備在電氣自動化工程設計中常用的基本圖形符號和其他相關標準和規范進行編程。設計原則主要包括:工作條件:由工程提供的具體數據到電氣控制線路。在保證安全性、可靠性、穩定性和速度的前提下,該系統可以盡量做到經濟合理、組合使用,降低設備成本。在選擇備選方案和選擇部件時,應考慮新技術和新產品。從手動控制到自動控制,從模擬控制到微機控制,使功能從一個到多個實現越來越完善。對于這個課題,液體混合系統是大規模工業控制系統的升級和升級。控制裝置需要由企業設備和技術的狀態組成,盡可能多地利用舊系統的組成部分。為了實現整個液體混合控制系統的設計,必須考慮如何實現多個電磁閥的開關和電機的起動控制。如何實現這一問題,以及如何選擇系統方案的確定方法。2.3總體方案設計要求：本設計是為兩種液體混合和混合控制而設計的。需要完成兩種液體的進料、混合、卸料的功能。其元件、要求如下：該系統有三個液面傳感器：L1為高液面傳感器，L2為中液面傳感器，L3為低液面傳感器。當液面到達某個傳感器的位置時，該傳感器就會發出ON信號，若低于傳感器的位置時，傳感器就會變成OFF狀態。該系統有三個電磁閥:Y1是一個液體材料，一個輸入電磁閥,Y2是液體材料B輸入電磁閥,Y4是混合液體材料C輸出電磁閥。當電磁閥處于開啟狀態時,閥打開，閥處于關閉狀態時關閉。閥門開啟和關閉以實現液體的流入和流出。M是攪拌電機，當M=ON運行時，攪拌電機將在M=OFF運行時停止。初始狀態:在啟動攪拌器之前，容器是空的，閥門是關閉的,傳感器L1=L2=L3=OFF,攪拌電動機M=OFF操作工藝:攪拌機開始工作時，首先按下啟動按鈕，閥門Y1打開，液體材料A被放入倉中。當液面到達傳感器L3時丄3=ON、A液料繼續注入，直到液面達到L2時丄2=ON,使得Y1=OFF、Y2=ON,關閉閥Y1,停止液體進料A,打開閥Y2,啟動注入液B;當液位達到L1時，關閉Y2,啟動攪拌電機M,電機開始攪拌10秒，液體均勻，停止攪拌,n=OFF,打開閥Y4,釋放混合液。當液位低于L3時,5秒后,容器內的所有混合物被排空，關閉閥Y4并自動啟動下一個操作周期。若在工作中按下停止按鈕，攪拌器不會立即停止工作，只有當混合攪拌操作結束后才能停止工作，即停在初始狀態2.4總體方案設計思想：1.可靠性高，抗干擾能力強可靠性是指PLC平均無故障工作時間。由于PLC已經采取了一系列的硬件和軟件的抗干擾措施，它具有很強的抗干擾能力,平均故障時間達到數萬小時,可以直接用于工業生產現場,具有較強的干擾性。PLC已被廣大用戶公認為最可靠的工業控制設備之一。主要有以下幾個方面:(1)輸入輸出均采用光電隔離,提高抗干擾能力；(2)主機電源與輸出功率可相互獨立，減少電源之間的干擾；⑶采用圓形S;⑷內部使用“監控器”電路，具有良好的自診斷功能,保證了CPU的可靠工作；(5)密封外殼和抗震外殼的封裝和內部結構,能適應惡劣環境;(6)在軟件中便于故障檢測和程序診斷等措施。2．控制功能強一個小型PLC有數百個編程組件供用戶實現非常復雜的控制功能。與具有相同功能的中繼系統相比其具有較高的性價比。PLC可以聯網實現分散控制和集中管理。3．用戶使用方便PLC產品已標準化、系列化、模塊化,配備有多種硬件設備供用戶選擇?使用時,用戶可以靈活方便地進行系統配置,組成不同的功能,不同的系統規模。PLC的安裝和接線也非常方便,具有很強的負載能力。它可以直接驅動普通電磁閥和交流接觸器。在確定硬件配置后,可以在線修改,靈活性好。通過修改用戶程序,方便快捷地適應工藝條件的變化。4．編程方便、簡單梯形圖是PLC中應用最廣泛的程序設計語言。它的電路符號和表達式類似于繼電器電路的示意圖。梯形圖語言形象、直觀、簡單易學,熟悉繼電器電路圖的電氣技術人員能熟練掌握梯形圖語言幾天,并用它編寫用戶程序。5.設計、安裝、調試周期短PLC采用軟件功能取代繼電器控制系統中大量的繼電器、時間繼電器、計數器等設備大大減少了控制柜的設計、安裝和接線工作,縮短了工期。PLC的用戶程序可以在實驗室進行模擬和調試，然后在生產現場安裝和連接PLC控制系統。通過對程序的修改，解決了現場調試過程中發現的問題,大大縮短了設計和交付周期。6．易于實現機電一體化PLC體積小,重量輕,功耗低,振動和防潮和耐熱性強。使其易于安裝在機械設備內部,制造機電一體化產品。目前，以PLC為控制器的計算機數控裝置（CNC）設備和機器人裝置已成為典型的［11］。三、 硬件設計3.1硬件選擇PLC機型選擇模型選擇的基本原則是在滿足控制功能要求的前提下,保證系統的可靠性、維護的方便性和最佳的性能和價格比。要考慮的具體因素如下：（1）結構合理在工藝相對固定、環境較好、維護量小的情況下，選擇了整體結構的PLC。另外,PLC的模塊化結構設計和材料混合控制系統的設計將能夠滿足PLC整體結構的要求。（2） 功能強、弱適當對于具有開關量控制的工程項目，如果控制速度不高，則應選用低等級PLC、西門子S7-200系列或歐姆龍公司COM1。（3） 同一機型PLC的結構分為兩大類:整體結構和模塊化結構。該集成結構將PLCI/L和CPU放在同一塊印刷電路板上,封裝在外殼中，消除了堵塞環節,體積小，價格便宜。然而，由于單片結構的PLC功能有限，僅適用于控制要求相對較簡單的系統。一般來說，大型控制系統采用模塊化結構，易于擴展和靈活。當大型企業選擇PLC時，嘗試實現相同的模型。由于同一型號的PLC,其模塊可用于備件的采購和管理。此外，功能和編程方法是統一的，有利于技術人員的培訓，其外部設備的通用性也有利于資源共享。如果配備了上位機，多個PLC的各個獨立系統可以連接到多級分布式控制，相互通信，并進行集中協調的管理。物料混合控制系統的控制要求相對簡單，可選擇具有整體結構的PLC。（4） 是否在線編程PLC的一個特點是它是柔性的。當被控設備的過程發生變化時，只有程序員需要修改程序以滿足新的控制要求，給生產帶來極大的便利。PLC編程可分為離線編程和在線編程兩部分。離線編程PLC由上位機和程序編制器組成，物料控制系統離線編程。（5） PLC的環境適應由于PLC是一種直接用于工業控制的工業控制器，制造商已經設計了它在惡劣的環境條件下可靠地工作。盡管如此，每個PLC都有其自身的環境技術條件。當用戶被選擇時,特別是當控制系統被設計時，需要充分考慮環境。通用PLC及其外部電路（I/O模塊、輔助電源等）可在下列環境條件下可靠工作：溫度工作溫度0-55°C,最高為60°C儲存溫度 -40°C—+80°C 濕度 相對濕度5%-95%（無凝結霜）振動和沖級滿足國際電工委員會標準電源交流200V,允許變化范圍-15%—+15%,頻率47-53HZ,瞬間停電保持10ms環境 周圍空氣不能混有可燃性、爆炸性和腐蝕性氣體對于需要應用在特殊環境下的PLC,要根據具體的情況進行合理的選擇。PLC容量選擇PLC的容量包括兩個方面:一是I/O點數，而是用戶存儲容量（字數）。PLC容量的選擇不僅要滿足控制要求,而且要提供足夠的儲備裕量。根據經驗,在選擇存儲容量時,一般根據實際的10%—25%考慮余量。對于開關控制系統，存儲器字的數目乘以開關量的&而對于具有模擬控制的plc,所需的存儲器字的數目乘以模擬存儲器單元的數目乘以100。通常,邏輯指令的特殊記憶是一個單詞。定時、計數、移位和算術運算、數據傳輸和其他指令占用兩個內存字。各種指令占用內存字的數量并參考PLC產品手冊。I/O點的數量也應留有足夠的余量。由于目前PLC的價格隨著I/O點的增加也越來越高，如果備用I/O點的數量過大,成本會增加。根據被控對象的輸入信號和輸出信號的總點數,并考慮未來的調整和擴展,通常根據10%—15%的實際需要考慮I/O點的數量。I/O模塊選擇PLC是一種工業控制系統。其控制對象是工業生產設備或工業生產過程。其工業生產環境是工業生產場所。通過I/O接口模塊實現了與工業生產的連接。通過I/O接口模塊可以檢測出受控的生產過程的參數,這些現場數據被用作控制器控制受控對象的基礎。同時，控制器還通過I/O接口模塊將控制器的處理結果發送給工業生產過程中的受控設備，并驅動各種執行器進行控制。外部設備或生產過程中的信號電平是各種信息,各種組織所要求的信息也多種多樣，而PLCCPU處理的信息僅僅是標準級，所以I/O接口模塊需要實現這種CON。版本。PLC從現場采集的信息和外部設備的輸出信號處于一定的距離。為了保證這些信息的準確性,PLC的I/O接口模塊具有較好的抗干擾能力。根據實際需要,PLC有多種I/O接口模塊,包括開關輸入模塊、開關輸出模塊、模擬輸入模塊和模擬輸出模塊。可以根據實際需要選擇和使用（1） 確定I/O點數I/O點數的確定要充分的考慮到裕量,功能擴展方便。對于控制對象,由于不同的控制方法或編程級別,1/0點的數量可能不同。（2） 開關量I/O標準I/O接口用于傳感器和開關（如按鈕、限位開關等）和控制（開/關）設備（如指示燈、報警裝置、電機起動器等）的數據傳輸。典型的交流I/O信號為24-240V（AC）,直流信號為5-24V（DC）。（3） 從以下兩個方面選擇開關輸入模塊:首先，根據現場輸入信號與PLC輸入模塊之間的距離，選擇開關的電平;一般低于24V是低電平,其傳輸距離不應太遠。例如,12V電壓模塊一般不超過10m,而遠離設備的更高電壓模塊更可靠。這兩種是高密度輸入模塊,如32點輸入模塊,并且允許同時切換的點數取決于輸入電壓和環境溫度。通常同時連接的點的數量不得超過輸入點總數的60%。（4） 在選擇開關輸出模塊時,應考慮輸出模式的選擇,輸出模塊有3種輸出模式:繼電器輸出、晶閘管輸出和晶體管輸出。其中,繼電器輸出便宜,電壓范圍寬,導通電壓降小,耐受瞬時過電壓和過電流的能力強,具有隔離功能。然而，繼電器具有觸點,壽命短，響應速度慢，適用于不頻繁的AC/DC負載。在驅動感性負載時，最大開閉頻率不應超過1Hz。晶閘管輸出（AC）和晶體管輸出（DC）都是非接觸式開關輸出，適用于頻繁中斷的感性負載。感應負載在斷開時會產生較高的反向電壓,必須采取抑制措施。二是選擇輸出電流,模塊的輸出電流必須大于負載電流的額定值。如果負載電流較大,則當輸出模塊不直接驅動時,中間放大器應增加。對于電容負載和熱敏電阻負載,考慮連接時的沖擊電流,應該有足夠的余量。三是同時允許的輸出點的數目。當選擇輸出點的數量時,不僅要檢查輸出點的驅動容量,還要檢查整個輸出模塊的滿負荷負載能力,即輸出模塊的總電流值不能超過最大輸出量。模塊中指定的可用電流值。3.2PLCI/O點分配（1）I/O分配表

表一輸入輸出分配表輸入點輸出點地址作用地址作用10.