大学毕业论文plc电气控制技术混合液体设计课程.docx

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大学毕业论文plc电气控制技术混合液体设计课程

工程技术学院

课程设计

题目：

PLC电气控制技术

专业：

热能与动力

目录

第一篇课程任务书

课程任务书…………………………………………………………………3

第一章：

课题介绍……………………………………………………………………………5

第二篇设计（计算）说明书

第二章：

设计内容及要求……………………………………………………………………8

2.1控制要求…………………………………………………………….....................9

2.2设计要求…………………………………………………………………………...10

2.3控制原理介绍……………………………………………………………………..11

第三章：

硬件设计…………………………………………………………….......................11

3.1元器件选择及参数………………………………………………………………....11

3.2元器件明细表………………………………………………………………………11

3.3硬件控制原理图………………………………………………………...................12

第四章：

软件设计…………………………………………………………..……………….12

4.1设计思想及程序框图………………………………………………….………….12

4.2I/O地址表………………………………………………………………,………….13

4.3梯形图…………………………………………………………………………….14

4.４指令表…………………………………………………………………………….15

第五章：

系统调试……………………………………………………………………………17

5.1调试时注意事项……………………………………………………………………17

5.2程序调试……………………………………………………………………………17

5.3软件调试……………………………………………………………………………18

第六章：

系统常规的故障分析及维护………………………………………………………18

6.1系统故障分析及处理…………………………………………………………………18

6.2系统干扰性的维护……………………………………………………………………18

6.3现场控制设备…………………………………………………………………………19

第七章说明书………………………………………………………………………19

第八章：

小结………………………………………………………………………..20

第三篇参考文献

参考文献………………………………………………………………………………………21

《可编程控制器》

课程设计任务书

一、设计题目：

液体混合的PLC控制系统设计

二、设计目的

本课程设计是本门课程课堂教学的延伸和发展，是理论知识与工程实践之间的衔接。

课程设计的主要目的是通过某一生产设备的电气控制装置的设计实践，了解一般电气控制系统设计过程、设计要求、应完成的工作内容和具体设计方法。

通过设计也有助于复习、巩固以往所学的知识，达到灵活应用的目的。

设计必须满足生产设备和生产工艺的要求，因此，设计之前必须了解设备的用途、结构、操作要求和工艺过程，在此过程中培养从事设计工作的整体观念。

课程设计应强调能力培养为主，在独立完成设计任务的同时，还要注意其他几方面能力的培养与提高，如独立工作能力与创造力；综合运用专业及基础知识的能力，解决实际工程技术问题的能力；查阅图书资料、产品手册和各种工具书的能力；工程绘图的能力；书写技术报告和编制技术资料的能力。

在专业知识与研究方法方面为日后的毕业设计乃至毕业后的工作奠定良好的基础。

三、设计要求

（1）在接受设计任务后，应根据设计要求和应完成的设计内容进度计划，确定各阶段应完成的工作量，妥善安排时间。

（2）在方案确定过程中应主动提出问题，广泛讨论，依据充分。

在具体设计过程中要多思考，尤其是主要参数，要经过计算论证。

（3）要求电气原理图设计可行，基本能够实现课题要求的功能。

程序流程框图绘制规范。

（4）本设计全班同学分小组完成，每小组6－8名学生，要求所有学生都参与设计过程，每位学生承担一部分任务。

（5）设计完成后，每组学生要求提交一份设计报告。

报告内容包括：

1.设计原理

2.设计内容：

包括设计系统功能、选用器件及器件相关功能介绍、设计系统原理图（电阻、电容等要标明参数）、所编写的相关程序以及程序流程图、设计心得体会、参考文献。

3.程序流程图

4.程序清单

5.设计总结（体会）

四、设计过程

1、液体混合的PLC控制系统设计

2、设计内容

题目三：

液体混合的PLC控制系统设计

一、课题内容及控制要求

液体自动混合原理图如图1所示。

从图中可知，本混合装置用来将两种液体进行混合。

S1、S2、S3是液面传感器，液体A、B的阀门和混合液的阀门由电磁阀V1、V2和V3进行控制，M为搅拌电机。

它们的控制要求如下：

1、装置投入运行前，要将液体A、B的阀门关闭，混合液的阀门打开30s，将容器内的液体排空后关闭。

2、按下启动按钮SBl，液体A的阀门打开，液体A流入容器；当液体A的液面到达L2时，S2会接通，从而关闭液体A的阀门，打开液体B的阀门。

当液面达到L1时，液体B的阀门会关闭，搅拌电机则开始运转，将液体A和B的混合液体进行搅匀。

搅拌电机运转60s后停止，然后混合液体的阀门打开，开始将搅拌均匀的混合液体排出。

当容器内的液面下降到L3时，S3由接通变为断开。

再过10s，容器内的液体排空，混合液的阀门关闭。

3、按下停止按钮SB2后，回到开机初始化状态，混合液的阀门打开30s后关闭，等待按下启动按钮，开始下一周期的操作。

此外，要求设置手动、连续运行2种工作方式。

图1液体自动混合原理图

二、设计任务

1、根据控制要求，进行电气控制系统硬件电路设计，包括PLC硬件配置电路。

2、根据控制要求，编制液体混合PLC控制程序。

3、编写设计说明书，内容包括：

①设计过程和有关说明。

②基于PLC的液体混合电气控制电路图。

③PLC控制程序（梯形图）。

④PLC选择及I/O及其它PLC元器件分配。

⑤电气设备明细表。

⑥参考资料、参考书及参考手册。

⑦其他需要说明的问题，例如操作说明书、程序的调试过程、遇到的问题及解决方法、对课程设计的认识和建议等。

3.步骤

（1）根据要求拟定设计任务。

（2）系统总体方案的确定

（3）PLC选择及I/O及其它PLC元器件分配

（4）程序框图和梯形图设计

（5）总体检查、修改、补充及完善。

主要内容包括：

（6）撰写设计报告

五、成绩评定

成绩考核分为优、良、中、及格、不及格五个等级，各等级具体要求如下：

优：

设计思路清晰，设计系统功能完整，电路设计合理，选用外围器件功能适用并且参数正确，各功能模块划分完善，程序及流程图正确，设计报告能完整阐述设计过程。

良：

设计思路清晰，设计系统功能完整，电路设计基本合理，选用外围器件功能适用，各功能模块有适当划分，程序及流程图有少许错误，设计报告能清楚阐述设计过程，无明显设计错误。

中：

设计思路基本清晰，设计系统功能基本达到设计要求，电路设计合理无严重错误，选用外围器件功能适用，能编写核心部分程序及流程图，设计报告能阐述设计过程，无较多设计错误。

及格：

设计思路基本清晰，设计系统功能不太完整，电路设计有一定缺陷，能够选用部分外围器件配合单片机工作，能编写核心部分程序，设计报告能阐述设计过程，无较多设计错误。

不及格：

设计系统功能不能达到设计要求，电路设计有较明显缺陷，选用外围器件不适用，程序设计有较严重错误，设计报告未能阐述设计过程。

或抄袭行为严重。

设计指导教师（签字）：

第一章前言

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，产品生产正想缩短生产周期，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难以实现的，所以为了相关行业，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，液体混合自动配料是比就是摆在我们面前的一大课题。

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当中，适合大中型饮料生产厂家，尤其见于化学化工工业中。

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。

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。

第二章设计内容及要求要求

液体的混合装置分为液体输送、液体混合及混合液流出三部分，液体输送由两只输液管及控制阀门组成，输液管A、B负责将两种不同液体依次送入容器，搅拌结束后出液管负责将混合液送入下方，均由控制阀门来控制管路开闭；数据监测部分由三只液位传感器组成，液位传感器检测三个不同液位信号，搅拌机进行搅拌，设计内容包括

2.1控制要求

液体自动混合原理图如图1所示。

从图中可知，本混合装置用来将两种液体进行混合。

S1、S2、S3是液面传感器，液体A、B的阀门和混合液的阀门由电磁阀V1、V2和V3进行控制，

M为搅电机。

它们的控制要求如下：

1、装置投入运行前，要将液体A、B的阀门关闭，混合液的阀门打开30s，将容器内

的液体排空后关闭。

2、按下启动按钮SBl，液体A的阀门打开，液体A流入容器；当液体A的液面到达

L2时，S2会接通，从而关闭液体A的阀门，打开液体B的阀门。

当液面达到L1时，液体

B的阀门会关闭，搅拌电机则开始运转，将液体A和B的混合液体进行搅匀。

搅拌电机运

转60s后停止，然后混合液体的阀门打开，开始将搅拌均匀的混合液体排出。

当容器内的

液面下降到L3时，S3由接通变为断开。

再过10s，容器内的液体排空，混合液的阀门关闭。

3、按下停止按钮SB2后，回到开机初始化状态，混合液的阀门打开30s后关闭，等待按下

启动按钮，开始

2.2设计要求

将两种液体按一定比例混合，在电动机搅拌后将混合的液体输出容器。

并自动开始新的周期

并形成循环状态，在按停止按钮后依然要完成本次混合次才能结束。

1.设计和绘制电气原理，功能表和梯形图，编写指令程序清单。

2.要完全满足控制要求。

3.按下停止按钮后，要将当前的混合操作处理完毕后，才停止操作。

4.选择电器元件，编制电气元件明细表。

2.3控制原理介绍

系统为液体混合装置控制，需要对两种液体的液面的液面进行监控，因此，需要运用到液面

传感器。

液体进入容器后搅拌，要用到电机控制。

按下启动按钮时，A种液体进入容器，到达一定值时，停止进入，B种液体开始进入，当

到一定值时，停止进入，搅拌机进行搅拌，60s后搅拌均匀，混合液体阀门打开，经10s后

排空。

按停止键停止操作。

第三章硬件设计

3.1元器件的选择

液位传感器、搅拌机、电磁阀、电动机、热继电器。

3.2元器件明细表

名称

型号

数量

备注

按钮开关

KH-2204

2个

液位传感器

LSF-2.5

3个

搅拌电动机

EJ15-3

1个

电磁阀（入液罐）

VF4-25

1个

电磁阀（出液罐）

AVF-40

1个

接触器

CJX1-9/220V

4个

3.3硬件控制原理图

第四章软件设计

4.1设计思想及程序框图

4.2I/Ｏ地址表

　完成该控制任务需要7个输入点和5个输出点，具体分配如表2-1所示。

表2-1输入/输出地址分配表

输入点

输出点

地址

作用

地址

作用

Ｘ０

启动按钮ＳＢ１

Ｙ０　

液体Ａ的电磁阀Ｖ１

Ｘ１

停止按钮ＳＢ２

Ｙ１　

液体Ｂ的电磁阀Ｖ２

Ｘ２

液面传感器Ｓ１

Ｘ３

液面传感器Ｓ２

Ｙ２

混合的电磁阀Ｖ３

Ｘ４

液面传感器Ｓ３

Ｙ３

搅拌电机接触器ＫＭ

Ｘ５

手动部分

４．３梯形图

４．４指令表

指令表如下

　　　　　０　　　　ＬＤ　　　　　　Ｘ００３

　　　　　　１　　　　ＯＲ　　　　　　ＭＯ

　　　　　　２　　　　ＬＤＩ　　　　　Ｍ１

　　　　　　３　　　　ＯＲＩ　　　　　　Ｔ０

　　　　　　４　　　　ＡＮＢ

　　　　　　５　　　　ＯＵＴ　　　　　　ＭＯ

　　　　　　６　　　　ＬＤ　　　　　　　Ｘ００４

　　　　　　７　　　　ＯＲ　　　　　　　Ｍ１

　　　　　　８　　　　ＡＮＤ　　　　　　Ｍ０

　　　　　　９　　　　ＯＵＴ　　　　　　Ｍ１

　　　　　　１０　　　ＬＤ　　　　　　　Ｘ００４

　　　　　　１１　　　ＡＮＩ　　　　　　Ｘ０００

　　　　　　１２　　　ＡＮＩ　　　　　　Ｙ００３

　　　　　　１３　　　ＯＵＴ　　　　　　Ｙ０００

　　　　　　１４　　　ＬＤ　　　　　　　Ｍ０

　　　　　　１５　　　ＡＮＤ　　　　　　Ｘ０００

　　　　　　１６　　　ＡＮＩ　　　　　　Ｘ００１　

　　　　　　１７　　　ＡＮＩ　　　　　　Ｙ００３

　　　　　　１８　　　ＯＵＴ　　　　　　Ｙ００１

　　　　　　１９　　　ＬＤ　　　　　　　Ｍ０

　　　　　　２０　　　ＡＮＤ　　　　　　Ｘ００１

　　　　　　２１　　　ＡＮＩ　　　　　　Ｔ０　

　　　　　　２２　　　ＯＵＴ　　　　　　Ｙ００２

　　　　　　２３　　　ＬＤ　　　　　　　Ｙ００２

　　　　　　２４　　　ＯＲ　　　　　　　Ｍ２

　　　　　　２５　　　　ＡＮＤ　　　　　　Ｍ０

　　　　　　２６　　　　ＡＮＩ　　　　　　Ｔ１

　　　　　　２７　　　　ＯＵＴ　　　　　　Ｍ２

　　　　　　２８　　　　ＬＤ　　　　　　　Ｍ０

　　　　　　２９　　　　ＡＮＤ　　　　　　Ｍ２

　　　　　　３０　　　　ＯＵＴ　　　　　　Ｔ０　　Ｋ６００

　　　　　　３３　　　　ＬＤ　　　　　　　ＭＯ

　　　　　　３４　　　　ＡＮＤ　　　　　　Ｔ０

　　　　　　３５　　　　ＯＵＴ　　　　　　Ｙ００３

　　　　　　３６　　　　ＬＤ　　　　　　　Ｍ０

　　　　　　３７　　　　ＡＮＩ　　　　　　Ｘ００２

　　　　　　３８　　　　ＡＮＤ　　　　　　Ｙ００３

　　　　　　３９　　　　ＯＵＴ　　　　　　Ｔ１　　　Ｋ１００

　　　　　　４２　　　　ＥＮＤ

第五章系统调试

５．１系统调试是的注意事项

　　　（１）注意输入，输出信号线一定不要按错或接反，以免增加调试工作量

　　　（２）认真检查输入程序。

　５．２程序调试

　　　（１）Ｉ／Ｏ模块选择与地址设定

　　　　（２）梯形图程序的编写与系统配线

　　　　（３）系统测试与实际工作。

　　　　（４）程序注释和归档。

　５．３软件调试

　　　　　（１）选择ｐｌｃ读取、写入、ｐｌｃ校验可以对ｐｌｃ进行程序上传、下载。

比较操作。

　　　　　（２）选择不同数据可以对不同文件进行操作。

　　　　　（３）选择监视选项可以去对ｐｌｃ状态实行实时监视。

第六章：

系统常规的故障分析及维护

　６．１系统故障分析及处理

　　　　系统故障一般至整个生产控制系统失效的总和，它又可分为ｐｌｃ和现场生产控制设两

部分。

ｐｌｃ系统包括中央处理器、主机箱、扩展机箱、Ｉ／Ｏ模块机相关的网络和外部设备。

现场上产控制设备包括ＩＯ端口和现场控制检测设备，如继电器、接触器、阀门、电动机。

对

于plc主机系统的故障的预防及处理住傲视提高集中控制室的管理水平，加装降温措施，定期除

尘，同时，严格按照操作进行操作，谨防对主机系统造成损害。

6.2系统干扰性的维护。

（1）电源的干扰，

（2）感应电压的干扰。

（3）输入输出信号的干扰。

（4）外部喷显得干扰。

6.3现场控制设备

第一类故障是继电器、接触器。

Plc控制系统电气备件消耗量最大的为各类继电器或空气开关，主要原因除产品本身外，就是现场环境恶劣，接触器触点易打火或氧化然后发热变形直至不能使用。

第二类故障多发生在阀门上，因为这类设备的关键执行部位是利用电动执行部位推拉阀门或闸板的位置转换，机械、电气。

液压等环节稍有不到位就会产生误差或故障。

第三类故障是传感器和仪表，这类故障在控制系统中一般反应信号不正常。

第七章，产品说明书

1.产品概况

液体混合装置使用三菱公司的plc设计而成，其中包括容器、继电器、开关阀门、液面感

应器以及搅拌电机组成，该装置广泛应用于化工、制药、食品、酒品或应料行业中，该装

置实现了两种液体按一定比例很合，得到均匀的混合液体，最后流出。

2.混合装置的性能和特点

该混合装置可按照生产工艺要求，较好地完成各项技术指标的控制其性能稳定、灵活混合

精确控制可靠等特点，比人工操作和半自动化更先进。

其液体混合配料比容易控制。

3.混合装置的使用方法

首先，装置投入运行前，要将液体A、B的阀门关闭，混合液的阀门打开30s，将容器内的

液体排空后关闭。

其次，按下启动按钮SBl，液体A的阀门打开，液体A流入容器；当液

体A的液面到达L2时，S2会接通，从而关闭液体A的阀门，打开液体B的阀门

再者，当液面达到L1时，液体B的阀门会关闭，搅拌电机则开始运转，将液体A和B的混合液体进行搅匀，搅拌电机运转60s后停止。

最后，混合液体的阀门打开容器内的液体排空，混合液的阀门关闭

4.其他事项，注意装置内部干净，阀门不能堵塞。

指导老师签字：

第八章小结

是通过本次实验还是最后很清晰的弄懂了其中的原理设计方法，熟悉了在PLC控制系统中所要注意的事项。

在实训过程中，我们遇到了我们在设计时没有想到的问题。

比如在我们在设计其在等待后再启动才进入循环，但是我们的没切断它就自动循环了，结果是恰好运行顺序反过来了，但最后通过老师的指导还好解决了。

除了这种软件问题还有理论与实际操作的不同带来的问题，还有些粗心操作、线路松动、器件损坏等等问题，通过对这些问题的分析和解决，我们从中学到了在书本上不可能学到的经验。

我觉得这样的实习是一个非常有效率的教学方法，我很喜欢这类型的实习，我们从中学到了不少知识，弄懂了以前不懂的问题，并且积累不少实际操作经验！

是通过对这个系的设计熟悉了PLC控制统系统的一般设计步骤。

巩固了PLC的知识

这次的课程设计对我来说获益匪浅，他让我充分认识了plc课程，也让我知道了课程设计方面的要求，课程设计是对我所学知识的考验，也是对我知识综合运用能力的考验，经过设计我觉得我应该学会认真地学习。

参考文献

【1】三菱公司，FX2N可编程控制器系统手册

【2】吴东海，电气控制与plc应用，化学工业出版社，2005

【3】常晓玲，电气控制系统与可编程控制器，北京，机械工业出版社，2006

【4】肖青，王中锋，西门子plc课程设计指导书2009

【5】张进秋等，可编程控制器原理及应用实例，北京，机械工业出版社，2004

【6】林春方，可编程控制器及应用，上海，上海交通大学出版社2

序号

评审项目

评审指标

评价

比例

实际

得分

1

工作量、

工作态度

工作量完成情况，论文（设计）难易程度，有体现本专业基本训练的内容；工作纪律、作风是否严谨。

20%

2

调查论证

独立查阅文献、调研情况；开题报告完成情况；综合归纳、收集和正确利用各种信息的能力。

15%

3

实验、设计方案与实验技能

实验、设计方案合理、可行；独立操作实验，数据采集、计算、处理的能力；结构设计、工艺、推导正确或程序运行是否可靠。

20%

4

分析与解决问题的能力

运用所学知识和技能及获取新知识去发现与解决实际问题的能力；对课题进行理论分析的能力，得出结论情况。

20%

5

设计（计算）

说明书质量

立论正确，论据充分，结论严谨合理；实验正确，分析、处理问题科学；结构格式符合论文（设计）要求；文理、技术用语正确规范；图表完成情况。

20%

6

创新

工作有创新意识；对前人工作有改进、突破，或有独特见解及应用价值情况。

5%

评定成绩：

100%

指导老师签字：