plc課程設(shè)計(jì)-- 液體混合裝置的plc控制

1、<p>　　PLC 課 程 設(shè) 計(jì)</p><p>　　題 目 ： 液體混合裝置的PLC控制 </p><p>　　學(xué) 號 ： </p><p>　　姓 名 ： </p><p>　　專業(yè)

2、班級 ： 09級電氣工程及其自動(dòng)化3班 </p><p>　　學(xué) 院 ： 電氣工程學(xué)院 </p><p>　　指導(dǎo)教師 ： </p><p>　　液體混合裝置的PLC控制 </p><p>　　摘 要：PLC是以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心的

3、通用自動(dòng)控制裝置，也可以說它是一種用程序來改變控制功能的計(jì)算機(jī)。隨著微處理器、計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)的飛速發(fā)展，可編程序控制器PLC已在工業(yè)控制中得到廣泛應(yīng)用，而且所占比重在迅速的上升。PLC主要由CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊和編程裝置組成。它應(yīng)用于工業(yè)混合攪拌設(shè)備，使得攪拌過程實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化控制、并且提升了攪拌設(shè)備工作的穩(wěn)定性，為攪拌機(jī)械順利、有序、準(zhǔn)確的工作創(chuàng)造了有力的保障。本文詳細(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

4、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。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)簡單, 移植性好的優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：PLC，液位傳感器，液體混合裝置，定時(shí)器</p><p><b>　　1概述</b>&l

5、t;/p><p>　　1.1 PLC簡介 </p><p>　　可編程控制器是60年代末在美國首先出現(xiàn)的，當(dāng)時(shí)叫可編程邏輯控制器PLC，目的是用來取代繼電器。以執(zhí)行邏輯判斷、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)等順序控制功能。提出PLC概念的是美國通用汽車公司。PLC的基本設(shè)計(jì)思想是把計(jì)算機(jī)功能完善、靈活、通用等優(yōu)點(diǎn)和繼電器控制系統(tǒng)的簡單易懂、操作方便、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，控制器的硬件是標(biāo)準(zhǔn)的、通用的。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用

6、對象，將控制內(nèi)容編成軟件寫入控制器的用戶程序存儲器內(nèi),使控制器和被控對象連接方便。70年代中期以后，PLC已廣泛地使用微處理器作為中央處理器，輸入輸出模塊和外圍電路也都采用了中、大規(guī)模甚至超大規(guī)模的集成電路，這時(shí)的PLC已不再是僅有邏輯(Logic)判斷功能，還同時(shí)具有數(shù)據(jù)處理、PID調(diào)節(jié)和數(shù)據(jù)通信功能。國際電工委員會(huì)(IEC)頒布的可編程控制器標(biāo)準(zhǔn)草案中對可編程控制器作了如下的定義：可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)

7、環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用了可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)外圍設(shè)備，易于與工業(yè)控制系</p><p>　　可編程控制器是面向用戶的專用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，具有許多明顯的特點(diǎn)。 ①可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)； ②編程直觀、簡單； ③適應(yīng)性好； ④功能完善，接口功能強(qiáng)。</p&

8、gt;<p>　　1.2 PLC基本工作原理 </p><p>　　PLC工作過程一般分為三個(gè)階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段，完成上述三個(gè)階段稱作一個(gè)掃描周期。采用“順序掃描，不斷循環(huán)”的工作方式，在整個(gè)運(yùn)行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段。 </p><p>　　(一) 輸入采樣階段 </p><p>　　

9、在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)得單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個(gè)階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會(huì)改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。 </p><p>　　(二) 用戶程序執(zhí)行階段 </p&g

10、t;<p>　　在用戶程序執(zhí)行階段，PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時(shí)，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點(diǎn)構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。即，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸

11、入點(diǎn)在I/O映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會(huì)發(fā)生變化，而其他輸出點(diǎn)和軟設(shè)備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會(huì)對排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個(gè)掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。</p><p>　　(三) 輸出刷新階段 </p><p>　　當(dāng)掃

12、描用戶程序結(jié)束后，PLC就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的外設(shè)。這時(shí)，才是PLC的真正輸出。</p><p><b>　　2 本設(shè)計(jì)主要內(nèi)容</b></p><p><b>　　2.1 設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　?。?）控制要求：本

13、設(shè)計(jì)裝置需要控制的元件有：其中SL1、SL2、SL3為液面?zhèn)鞲衅?，液面到達(dá)該位置是傳感器接通；YV1、YV2、YV3、YV4為電磁閥，M為攪拌機(jī)。</p><p>　?。?）初始狀態(tài)：裝置投入運(yùn)行時(shí) ，液體A、B閥門關(guān)閉，混合液打開20秒將容器放空后關(guān)閉。</p><p>　　（3）啟動(dòng)操作：按下啟動(dòng)按鈕SB1，液體裝置開始按以下順序工作：</p><p>　　a：

14、液體A閥門YV1通電打開，A液體流入容器，液位上升。</p><p>　　b：當(dāng)液位高度到達(dá)SL2時(shí)，液位傳感器SL2接通，此時(shí)電磁閥YV1斷電關(guān)閉,而電磁閥YV2通電打開，液體B流入容器，電動(dòng)機(jī)開始攪拌。</p><p>　　c: 攪拌1min后，電動(dòng)機(jī)M停止攪拌，這時(shí)電磁閥YV3自動(dòng)打開，放出混合后的液體。</p><p>　　d: 當(dāng)液位高度下降到SL3后，S

15、L3由接通變?yōu)閿嚅_，再延時(shí)20s，容器放空，電磁閥YV3斷電關(guān)閉，并自動(dòng)開始新的工作周期。</p><p>　　此外，該液體混合裝置在按下停機(jī)按鈕SB2時(shí)，要求不要立即停止而是將停機(jī)信號記憶下來，直到完成一個(gè)工作循環(huán)才停止工作。</p><p>　　特殊情況：如果在電動(dòng)機(jī)開始攪拌計(jì)時(shí)1min內(nèi)液面高度達(dá)到SL1的位置，電動(dòng)機(jī)停止攪拌并發(fā)出警報(bào)和蜂鳴聲，廢液閥門YV4通電打開放出廢液，等待人

16、工操作后才能重新啟動(dòng)。</p><p><b>　　2.2設(shè)計(jì)思路</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)裝置需要控制元件有：液面?zhèn)鞲衅?，電磁閥，攪拌機(jī)。其中液面?zhèn)鞲衅饔免o子開關(guān)模擬，當(dāng)按下按鈕時(shí)表示對應(yīng)液位傳感器接通，表示容器液位已經(jīng)到達(dá)該位置。啟動(dòng)和停止按鈕用動(dòng)合開關(guān)模擬，液體A閥門、液體B閥門和混合液體的閥門的開關(guān)與閉合以及攪拌電機(jī)的運(yùn)行與停轉(zhuǎn)用發(fā)光二極管的點(diǎn)亮與熄

17、滅來模擬。當(dāng)需要啟動(dòng)該裝置時(shí)，必須要按啟動(dòng)按鈕SB1，從而該裝置會(huì)循環(huán)工作，當(dāng)需要停止時(shí)，按下停止按鈕SB2。</p><p>　　3 基于PLC液體混合裝置的硬件設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1 液體混合器總體結(jié)構(gòu)</p><p>　　圖3-1是液體混合裝置的工作示意圖，用于將兩種液體按一定的比例進(jìn)行充分混合。</p><p>　　圖3-1

18、 液體混合裝置的工作示意圖</p><p>　　本設(shè)計(jì)裝置需要控制的元件有：其中SL1、SL2、SL3為液面?zhèn)鞲衅?，液面到達(dá)該位置是傳感器接通；YV1、YV2、YV3、YV4為電磁閥，M為攪拌機(jī)。在該混合液體裝置中，需要完成兩種液體的進(jìn)料、混合、卸料的功能。YV1控制液體A在容器中的注入量，YV2控制液體2在容器中的注入量。YV3的作用是在液體A，B在容器內(nèi)攪拌完畢后導(dǎo)出，使之進(jìn)入下一個(gè)環(huán)節(jié)操作。液面?zhèn)鞲衅鞣謩e為

19、SL1，SL2，SL3用于測量加入的液體的量。整個(gè)系統(tǒng)根據(jù)工藝流程的特點(diǎn)和環(huán)保的要求，液體從裝置的上方按順序流入，可循環(huán)進(jìn)行。</p><p>　　3.2 液體混合器PLC接線圖</p><p>　　圖3-2 PLC的接線圖</p><p>　　如圖3-2所示，PLC外部接線圖左邊一排為輸入，其中X0，X1，X2，X3，X5分別與SL1，SB1，SL2，SL3，SB

20、2相連,右邊一排為輸出，其中Y0，Y1，Y2，Y3,Y4,Y5分別與YV1，YV2，KM,YV3,YV4,和LH（報(bào)警燈)，F(xiàn)M(蜂鳴器)相連。起停按鈕SB1、SB2分別與主機(jī)的X1、X5相連，液面?zhèn)鞲衅鱏L1,SL2, SL3分別與主機(jī)的輸入點(diǎn)X0、X2、X3相接，液體A閥門、液體B閥門、攪拌機(jī),混合液體閥門YV1、YV2、KM、YV3，分別與主機(jī)的輸出點(diǎn)Y0、Y1、Y2、Y3相連。</p><p>　　具體工

21、作過程如下：按下啟動(dòng)按鈕SB1，液體A閥門打開，A指示燈Y0亮，液體A流入容器。當(dāng)液面到達(dá)SL2時(shí)，SL2接通，關(guān)閉液體A閥門，打開液體B閥門，按下操作面板上的鈕子開關(guān)SL2時(shí)，A指示燈Y0滅，B指示燈Y1亮，同時(shí)混合閥指示燈Y2亮。此時(shí)攪勻電機(jī)開始攪勻。攪拌1分鐘后，電動(dòng)機(jī)M停止攪拌，這時(shí)混合液體閥打開，混合液體閥指示燈Y3亮。當(dāng)液位高度下降到SL3時(shí)，SL3由接通變?yōu)閿嚅_，再延時(shí)20s，電磁閥YV3斷電關(guān)閉，容器放空，混合液閥門關(guān)閉

22、，并自動(dòng)開始新的工作周期。按下停止按鈕SB2，在當(dāng)前的混合液體操作完成后，才停止工作（停在初始狀態(tài)上）。如果在電動(dòng)機(jī)開始攪拌計(jì)時(shí)1min內(nèi)液面高度已經(jīng)達(dá)到了SL1的位置，電動(dòng)機(jī)停止攪拌并發(fā)出警報(bào)和蜂鳴聲，此時(shí)Y4、Y5指示燈亮。</p><p>　　3.3液體混合器I/O地址分配表</p><p>　　表3-3輸入/輸出地址分配表</p><p>　　4 基于PLC

23、可編程器的程序設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1液體混合器系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移流程圖</p><p>　　液體混合器系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移流程圖如圖4-1所示：</p><p>　　圖4-1液體混合器系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移流程圖</p><p>　　4.2液體混合器的梯形圖</p><p>　　圖4-2系統(tǒng)控制梯形圖</p><

24、p><b>　　梯形圖分析：</b></p><p>　　1.初始狀態(tài) 當(dāng)裝置投入運(yùn)行時(shí)，進(jìn)液閥YV1、YV2關(guān)閉，混液閥YV3 打開20秒后將容器中的液體放空后關(guān)閉。</p><p>　　2.啟動(dòng)操作 按下啟動(dòng)按鈕SB1，液體裝置開始按以下順序工作：</p><p>　　電磁閥YV1通電打開，液體A流入容器；液位到達(dá)SL2時(shí)，液位

25、傳感器SL2接通，此時(shí)電磁閥YV1斷電關(guān)閉，而電磁閥YV2通電打開，液體B流入容器，同時(shí)啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)M攪拌1min；</p><p>　　攪拌1min后，電磁閥YV2關(guān)閉，同時(shí)電動(dòng)機(jī)M停止攪拌，這時(shí)電磁閥YV3自動(dòng)打開，放出混合。液位下降到SL1后，再延時(shí)20s，電磁閥YV3斷電關(guān)閉，并自動(dòng)開始新的工作周期。此外，該液體混合裝置在按下停機(jī)按鈕SB2時(shí)，在當(dāng)前的混合液操作完畢后，才停止操作（停在初始狀態(tài)上）；<

26、/p><p>　　當(dāng)加入液體B時(shí)液位已經(jīng)到達(dá)SL1，此時(shí)為不正常運(yùn)行狀態(tài)，廢棄液電磁閥YV4打開，同時(shí)報(bào)警燈點(diǎn)亮、蜂鳴器發(fā)出報(bào)警信號，提醒工作人員檢修，此時(shí)按下SB2可停止運(yùn)行。</p><p><b>　　五 總結(jié)</b></p><p>　　本文根據(jù)液體混合裝置的PLC控制要求，結(jié)合PLC的工作原理詳細(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)

27、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。闡述了液體混料罐的自動(dòng)控制，不僅實(shí)現(xiàn)了液體進(jìn)料、混料、出料的自動(dòng)控制的基本要求，而且在基本要求的基礎(chǔ)上還設(shè)計(jì)了當(dāng)液體的液位高度不滿足要求時(shí)需要做的處理。比如當(dāng)攪拌機(jī)攪拌之前液體已經(jīng)達(dá)到了SL1位置甚至超過此液位，在此液位攪拌機(jī)攪拌液體是不適合的，因此設(shè)計(jì)了出液閥YV4，當(dāng)排出一定量的單一液之后再進(jìn)行攪拌，還設(shè)置了報(bào)警燈和蜂鳴器來顯示

28、此時(shí)的狀態(tài)。</p><p>　　本設(shè)計(jì)是對PLC課程書上理論知識的實(shí)踐和運(yùn)用，通過這次課程設(shè)計(jì)我更好的掌握了PLC的一些基本知識和設(shè)計(jì)思路，對書上的知識有了進(jìn)一步的了解，比如各種系統(tǒng)的適用條件，各種設(shè)備的選用標(biāo)準(zhǔn)，各種繼電器的安裝方式，都是我隨著設(shè)計(jì)的不斷深入而不斷熟悉并學(xué)會(huì)應(yīng)用的。雖然本設(shè)計(jì)內(nèi)容比較簡單，但是在調(diào)試過程中也出現(xiàn)過一些問題，比如開始時(shí)顯示電磁閥YV2開通狀態(tài)的指示燈Y1總是保持亮的狀態(tài)，最后通過

29、修改指令、多次調(diào)試之后終于可以正常顯示了，同時(shí)與同組同學(xué)的交流溝通合作也使我從各種角度對PLC設(shè)計(jì)有了新的認(rèn)識。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 常曉玲.電氣控制系統(tǒng)與可編程控制器.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.</p><p>　　[2] 廖常初. 可編程序控制器應(yīng)用技術(shù)[M ]. 重慶: 重慶大學(xué)