液体混合装置PLC控制系统

电气与自动化工程学院实训评分表课程名称：PLC控制技术实训
实训题目：液体混合装置PLC控制系统
班级：学号：某：
指导老师：
年月日
常熟理工学院电气与自动化工程学院
《PLC控制技术实训》
题目：液体混合装置PLC控制系统
姓名：\
学号：
班级：
指导教师：
起止日期：
目录
《PLC控制技术》实训任务书1
一、基础实训项目一：变频器对电机的运行控制1
二、基础实训项目二：模拟量采集与数据处理的综合应用1
三、综合型自主实训项目：液体混合装置PLC控制系统2一．基础实训项目一4
1.1任务1 变频器的面板操作与运行4
1.1.1 I/O接线4
1.1.2 I/O接线图4
1.1.3 参数设置4
1.2任务2 变频器的外部运行操作5
1.2.1．I/O接线5
1.2.2变频器外部运行操作接线图6
1.2.3 I/O图6
1.2.4 梯形图程序7
1.2.5 参数设置7
1.2.6 变频器运行操作8
1.3任务3 变频器的模拟信号操作控制8
1.3.1 I/O接线8
1.3.2变频器模拟信号控制接线图9
1.3.3 I/O接线图9
1.3.4 梯形图程序10
1.3.5 参数设置10
1.3.6 变频器运行操作10
二．基础实训项目二12
2.1模拟量采集与数据处理的综合应用12
2.1.1 IO分配12
2.1.2 接线图12
2.1.3 梯形图程序13
3.1.4工作流程13
2.1.5调试结果14
2.2模拟量输出通道控制点动执行器14
2.2.1接线图14
2.2.2 流程图15
2.2.3 组态王显示15
2.2.4 调试步骤与结果16 三．综合型自主实训项目17
3.1具体要求17
3.2控制要求17
3.3 I/O接线18
3.4 I/O接线图19
3.5流程图20
3.6 PLC编程21
3.6.1 复位环节21
3.6.2 手动环节22
3.6.3 启动环节23
3.6.4 自动程序24
3.6.5 停止环节27
3.7调试步骤也结果28
3.7.1开始28
3.7.2手动28
3.7.3自动29
3.8组态王32
3.8.1组态王的建立32
3.8.2手动模式图34
3.8.3 自动模式图35
四．收获、体会36
五．参考文献37
《PLC控制技术》实训任务书
题目：液体混合装置PLC控制系统（一）
实训学生需要完成2个基础实训项目和1个综合型自主实训项目的训练。

一、基础实训项目一：变频器对电机的运行控制
一）实训目的
1、进一步巩固掌握PLC基本指令功能的及其运用方法；
2、根据实训设备，熟练掌握PLC的外围I/O设备接线方法；
3、掌握异步电动机变频调速原理，熟悉变频器的用法。

二)实训设备
PLC主机单元模块、电位器、MM440(或MM420)变频器、个人计算机 PC、PC/PPI 编程电缆。

三)工艺控制要求
使用变频器实现异步电动机的可逆调速控制，即可以电动机可正反向运行、调速和点动功能。

参考电气原理图见教材p85，速度控制有两种方式：（1）由外接的电位器控制，（2）由PLC的模拟量输出通道控制。

四)实训步骤
1、进行PLC的I/O地址分配，并画出变频器对电机控制的PLC控制系统的接线图。

2、设计由PLC 控制的梯形图程序。

3、输入自编程序，上机调试、运行直至符合动作要求。

二、基础实训项目二：模拟量采集与数据处理的综合应用
一）实训目的
1、掌握PLC中模拟量输入、输出的基本工作原理；
2、掌握数据处理指令的运用方法；
3、熟悉组态王与PLC的连接使用。

二）实训设备
PLC主机单元模块、电位器、万用表、个人计算机 PC、PC/PPI 编程电缆。

三）实训项目原理与要求
1、用扩展模块中的电位器模拟温度测量变送器，假设当温度是0℃时，对应电位器输出0V电压，假设当温度是100℃时，对应电位器输出电压10V。

用CPU 224XP的模拟量输入通道采集电位器电压，进行标度变换，将转换后的温度值存储在变量存储器中，并在组态界面上显示出具体温度。

2、用PLC模拟量输出通道控制电动执行器，执行器开度设置为0%时，输出电压为0V，执行器开度为100%时，输出电压10V。

执行器开度控制量的多少采用组态王软件输入，观察模拟量输出的数值，并用万用表测量输出电压值。

四）实训项目的步骤
1、根据项目要求拟定I/O地址分配表，画出外部接线图，并进行接线图线路连接。

2、设计梯形图程序，调试并记录数据。

三、综合型自主实训项目：液体混合装置PLC控制系统
一）实训项目工艺要求：本课题要求设计一个自动售货机的PLC控制系统，具体要求是：1）在初始状态时，容器是空的，各阀门均关闭，低、中、高液位传感器为开关量，分别按动三个按钮来模拟液位情况。

初始时所有传感器为OFF状态。

当液面淹没时接通并保持闭合状态，相对应的指示灯H、I、J点亮。

2）系统有手动和自动两种工作方式。

当进入手动方式时，手动指示灯点亮，液体A阀门、液体B阀门、混料泵M、报警灯等均可以通过按动组各自的测试按钮进行点动调试。

3）进入自动方式时，自动指示灯点亮，按下启动按钮，系统进入工作状态，系统电源指示灯点亮。

5S后开始工作，液体A阀门X1先打开，液体A流入容器，液位开始升高，当中液位传感器报警后，A 阀门X1关闭，打开液体B阀门X2，液体B流入容器；当高液位传感器报警后，关B阀门，混料泵电机M得电；搅拌20S后，混料泵关闭，出料泵开，混合液流出容器；低液位传感器报警后，出料泵继续开10S，液体排空，此时报警灯按亮2S、灭1S的规律闪烁5次，一个循环结束。

在此过程中，若没有按动停止按钮，则A阀门再次打开，开始新一轮的循环。

任何时候按下停止按钮，在当前工作周期结束后，才停止操作，电源指示灯熄灭。

二）目的
通过本次实训使学生掌握：1）Step7－Micro/Win32编程软件的使用方法和梯形图、SFC图编程语言的运用；2）实际程序的设计及实现方法；3）程序的调试和运行操作技术。

从而提高学生对PLC控制系统的设计和调试能力。

三）内容与要求
1、通过基本简单实验熟悉与本设计相关的实验台模块；
2、液体混合装置PLC控制系统设计；
3、硬件接线图、程序清单；
4、采用状态转移图SFC图或经验设计法进行设计；
5、设计组态王上位机监控画面，对工作过程进行显示。

四、实训报告要求
报告应采用统一的报告纸书写，应包括评分表、封面、目录、正文、收获、参考文献（并按此顺序装订）。

报告中提供如下内容：
1、目录
2、正文
（1）实训任务书；
（2）实训内容，三个任务分别写
a、每个实训任务的总体设计方案（应有PLC的选型及依据）
b、I/O分配表，PLC外部接线图，程序中使用的元件及功能表；
c、程序控制的SFC图、梯形图或指令表清单，注释说明；
d、调试、运行及其结果；
3、收获、体会
4、参考文献
（注意实训报告原则上手写，允许打印，但雷同者的零分处理）
五、实训进度安排
六、实训考核办法
本实训满分为100分，其中实训平时表现（含2个基础实训项目完成情况）30%、综合型实训项目答辩50%，实训报告20%。

一．基础实训项目一
1.1任务1 变频器的面板操作与运行
1.1.1 I/O接线
无多余的接线，只需要给变频器加上AC220V电源，检查电路正确无误后，合上主电源开关QS即可。

1.1.2 I/O接线图
1.1.3 参数设置
（1）设定P0010＝30和P0970＝1，按下P键，开始复位，复位过程大约3min，这样就可保证变频器的参数回复到工厂默认值。

（2）设置电动机参数，为了使电动机与变频器相匹配，需要设置电动机参数。

电动机参数设定完成后，设P0010=0，变频器当前处于准备状态，可正常运行。

（3）设置面板操作控制参数
面板基本操作控制参数
1.2任务2 变频器的外部运行操作1.
2.1．I/O接线
1.2.2变频器外部运行操作接线图
外部运行操作接线图1.2.3 I/O图
1.2.4 梯形图程序
1.2.5 参数设置
接通断路器
参数号出厂值设置值说明
P0003 1 1 设用户访问级为标准级
P00040 7 命令和数字I/O
P0700 2 2 命令源选择“由端子排输入”
P0003 1 2 设用户访问级为扩展级
P00040 7 命令和数字I/O
*P0701 1 1 ON接通正转，OFF停止
*P0702 1 2 ON接通反转，OFF停止
*P07039 10 正向点动
*P07049 11 反向点动
P0003 1 1 设用户访问级为标准级
P00040 10 设定值通道和斜坡函数发生器
P1000 2 1 由键盘（电动电位计）输入设定值
*P10800 0 电动机运行的最低频率(Hz)
*P108250 50 电动机运行的最高频率(Hz)
*P112010 5 斜坡上升时间（s）
*P112110 5 斜坡下降时间（s）
P0003 1 2 设用户访问级为扩展级
P00040 10 设定值通道和斜坡函数发生器
*P1040 5 20 设定键盘控制的频率值
*P1058 5 10 正向点动频率(Hz)
*P1059 5 10 反向点动频率(Hz)
*P106010 5 点动斜坡上升时间（s）
*P106110 5 点动斜坡下降时间（s）
变频器参数设置
1.2.6 变频器运行操作
（1）变频器启动：在变频器的前操作面板上按运行键，变频器将驱动电动机升速，
并运行在由P1040所设定的20Hz频率对应的560r∕min的转速上。

（2）正反转及加减速运行：电动机的转速（运行频率）及旋转方向可直接通过按前操作面板上的键∕减少键（▲/▼）来改变。

（3）点动运行：按下变频器前操作面板上的点动键，则变频器驱动电动机升速，
并运行在由P1058所设置的正向点动10Hz频率值上。

当松开变频器前错做面板上的点动键，则变频器将驱动电动机降速至零。

这时，如果按下一变频器前操作面板上的换向键，在重复上述的点动运行操作，电动机可在变频器的驱动下反向点动运行。

（4）电动机停车：在变频器的前操作面板上按停止键，则变频器将驱动电动机降
速至零。

1.3任务3 变频器的模拟信号操作控制
1.3.1 I/O接线
输入输出
正转I0.0 正传指示灯Q0.0
反转I0.1 反转指示灯Q0.1
正向点动I0.2 正向点动指示灯Q0.2
1.3.2变频器模拟信号控制接线图
MM440变频器模拟信号控制接线图1.3.3 I/O接线图
1.3.4 梯形图程序
1.3.5 参数设置
设置模拟信号操作控制参数，模拟信号操作控制参数设置。

参数号出厂值设置值说明
P0003 1 1 设用户访问级为标准级
P0004 0 7 命令和数字I/O
P0700 2 2 命令源选择由端子排输入
P0003 1 2 设用户访问级为扩展级
P0004 0 7 命令和数字I/O
P0701 1 1 ON接通正转，OFF停止
P0702 1 2 ON接通反转，OFF停止
P0003 1 1 设用户访问级为标准级
P0004 0 10 设定值通道和斜坡函数发生器
P1000 2 2 频率设定值选择为模拟输入
P1080 0 0 电动机运行的最低频率（HZ）
P1082 50 50 电动机运行的最高频率（HZ）模拟信号操作控制参数
1.3.6 变频器运行操作
（1）电动机正转与调速
按下电动机正转自锁按钮SB1,数字输入端口DINI为”ON”,电动机正转运行,转速由外接电位器RP1来控制,模拟电压信号在0~10V之间变化，对应变频器的频率在0~50Hz之间变化。

当松开带锁按钮SB1时，电动机停止运转。

（2）电动机反转与调速
按下电动机反转自锁按钮SB2，,数字输入端口DIN2为”ON”,电动机反转运行,与电动机正转相同，反转转速的大小仍由外接电位器来调节。

当松开带锁按钮SB2时，电动机停止运转。

4. 变频器速度由PLC的模拟量输出通道控制
将变频器上的AIN+、AIN- 端与PLC模拟量输出通道的V和AQM端相连，用MOVW 指令将0~32000的数字量送入AQW0，相当于在AIN+、AIN- 之间所加的模拟电压信号在0~10V之间变化，从而控制变频器的频率在0~50Hz之间变化。

二．基础实训项目二
2.1模拟量采集与数据处理的综合应用
用扩展模块中的电位器模拟温度测量变送器，假设当温度是0℃时，对应电位器输出0V电压，假设当温度是100℃时，对应电位器输出电压10V。

用CPU 224XP的模拟量输入通道采集电位器电压，进行标度变换，将转换后的温度值存储在变量存储器中，并在组态界面上显示出具体温度。

2.1.1 IO分配
输入输出
A 温度
2.1.2 接线图
2.1.3 梯形图程序
3.1.4工作流程
2.1.5调试结果
电压AWI 温度值（℃）
0V 0 0
4V 12864 39
6V 19248 60
8V 25648 80
10V 31728 99
2.2模拟量输出通道控制点动执行器
用PLC模拟量输出通道控制电动执行器，执行器开度设置为0%时，输出电压为0V，执行器开度为100%时，输出电压10V。

执行器开度控制量的多少采用组态王软件输入，观察模拟量输出的数值，并用万用表测量输出电压值。

2.2.1接线图
2.2.2 流程图
2.2.3 组态王显示
2.2.4 调试步骤与结果
三．综合型自主实训项目
3.1具体要求
1）在初始状态时，容器是空的，各阀门均关闭，低、中、高液位传感器为开关量，分别按动三个按钮来模拟液位情况。

初始时所有传感器为OFF状态。

当液面淹没时接通并保持闭合状态，相对应的指示灯H、I、J点亮。

2）系统有手动和自动两种工作方式。

当进入手动方式时，手动指示灯点亮，液体A 阀门、液体B阀门、混料泵M、报警灯等均可以通过按动组各自的测试按钮进行点动调试。

3）进入自动方式时，自动指示灯点亮，按下启动按钮，系统进入工作状态，系统电源指示灯点亮。

5S后开始工作，液体A阀门X1先打开，液体A流入容器，液位开始升高，当中液位传感器报警后，A阀门X1关闭，打开液体B阀门X2，液体B流入容器；当高液位传感器报警后，关B阀门，混料泵电机M得电；搅拌20S后，混料泵关闭，出料泵开，混合液流出容器；低液位传感器报警后，出料泵继续开10S，液体排空，此时报警灯按亮2S、灭1S的规律闪烁5次，一个循环结束。

在此过程中，若没有按动停止按钮，则A阀门再次打开，开始新一轮的循环。

任何时候按下停止按钮，在当前工作周期结束后，才停止操作，电源指示灯熄灭。

需要完成的内容有：编写输入输出对照表,包括信号名称、外部元件号、内部继电器号；绘制PLC外部接线图；绘制功能流程图；编写、调试梯形图或语序表。

3.2控制要求
该溶液混合装置的结构简图如图3-1所示，该装置有三个液位传感器：J为低液位传感器，I为中液位传感器，H为高液位传感器。

当液位到达某传感器的位置时，该传感器就会发出ON信号，若低于传感器位置时，传感器就变为OFF状态。

该系统有三个电磁阀：
Y1为注入A液体电磁阀，Y2为注入B液体电磁阀，Y3为混合液体输出电磁阀，当电磁阀为ON状态时，阀门打开；为OFF状态时，阀门就关闭，通过阀门的开和闭来实现液体的流入和流出。

M为搅拌电动机，当继电器线圈得电时，搅拌电动机运行；当继电器线圈失电时，搅拌电动机停止工作。

该系统的初始状态为：起动搅拌器之前，容器是空的，各阀门关闭，液位传感器L、液位传感器I、液位传感器H均为OFF状态，搅拌电动机M也处于OFF状态。

3.3 I/O接线
I/O接线是进行施工接线的主要参考，它决定了PLC各个接口的作用与接口的位置，好的I/O分配能够使接线更加的简便。

操作更加简洁。

如图所示为该溶液混合装置控制系统的I/O接线图。

输入设备输出设备
序号名称地址序号名称地址
1 开始按钮I0.0 1 X1 Q0.6
2 手动按钮I0.1 2 X2 Q0.7
3 自动按钮I0.2 3 H Q0.4
4 停止I0.3 4 I Q0.3
5 J I0.4 5 J Q0.2
6 I I0.5 6 M Q2.1
7 H I0.6 7 X3 Q1.1
8 X1(A) I0.7 8 报警灯Q2.0
9 X2(B) I1.0 9 电源Q0.5
10 M I1.1
11 X3 I1.2
12 报警I1.3
13 电源I1.4
14 启动I1.5 I/O地址分配
3.4 I/O接线图
3.5流程图
3.6 PLC编程
PLC的编程有三种方法：经验法、图解法、顺序控制设计法。

在本系统中，采用的是顺序控制设计法。

所谓顺序控制设计法就是针对顺序控制系统的一种专门的设计方法。

这种设计方法很容易被初学者接受，对于有经验的工程师，也会提高设计的效率，程序的调试、修改和阅读也很方便。

PLC的设计者们为顺序控制系统的程序编制提供了大量通用和专用的编程元件，开发了专门供编制顺序控制程序用的功能表图，使这种先进的设计方法成为当前PLC程序设计的主要方法。

对那些按动作的先后顺序进行控制的系统，非常适合使用顺序控制设计法进行编程。

顺序控制法规律性很强，虽然编程相当长，但程序结构清晰、可读性。

在用顺序控制设计法编程时，功能图是很重要的工具。

功能图能够清楚地表现出系统各工作步的功能、步与步之间的转换顺序及其转换条件。

3.6.1 复位环节
S0.1对系统进行复位，I0.1和I0.2分别对应了手动模式和自动模式，只需要按下其中一个
便可以切换到相应的模式。

3.6.2 手动环节
S0.2为手动模式，在此模式下A阀门、B阀门、M搅拌机、电源、报警等开关对应其显示灯点动触发，后面的停止键切换到S0.1，手动按键切换至S0.3。

3.6.3 启动环节
按下启动按键I1.5运行程序。

延迟5s后进入自动模式。

3.6.4 自动程序
自动程序中的各个步骤在程序中表明了，其中的报警等闪烁使用了加法计数器。

A阀门打开，中液位按下按钮，中液位亮。

B阀门打开，A阀门关闭，高液位按钮按下后进入下一个步骤。

B阀门关闭，搅拌机M工作20s。

搅拌机M关闭，X3开始出混合液，低液位按钮按下进入下一个步骤。

等待10S时间。

报警等亮，并且闪烁5次，并且如果没按下停止，则回到以前自动状态开始下一个循环。

3.6.5 停止环节
按下I0.3回到复位步骤。

3.7调试步骤也结果
3.7.1开始
按下开始按钮I0.0，进入复位后，开始运行程。

3.7.2手动
按下手动按钮，手动指示灯D1亮，此刻各显示灯都是点动触发的，我们可以按下报警灯I1.3不放，此时报警灯亮。

3.7.3自动
我按各步骤排列
按下自动按钮后再按下启动，电源灯亮，5s后开始工作，此时A阀门打开。

按下I按钮，到达中液位，A阀门关闭，B阀门打开。

按下H按钮，到达高液位，B阀门关闭，搅拌机M开始运行，运行20s。

搅拌机M关闭，出液口X3打开。

按下J后，X3继续亮，10s后熄灭。

报警灯亮2s，灭1s，闪烁5次后完成一个循环。

按下停止按钮则进入复位，所有灯熄灭。

3.8组态王
3.8.1组态王的建立
打开组态王，建立工程，起名字液态混合。

打开1选用P7-200系列的USB，使得PLC与组态王建立联系。

打开数据词典，建立14个开关输入，和9个灯输出，其中开关要使用MXX的模式，所以要建立14个继电器。

由于开关只有开与关闭2个状态，灯也只有亮和灭两个状态，都可以用1和0来表示，所以用I/O离散。

创建面板，将所有输入输出分开，并进行各自的捆绑对应。

3.8.2手动模式图
3.8.3 自动模式图
四．收获、体会
该控制系统的突出优点是在溶液混合装置工作的过程中，按下停止按钮后，该装置不会立即停止工作，必须待完成一个完整的循环后才能停车。

这样的设计可以保证容器中两种液体严格按照确定的比例进行混合，为下道工序提供高质量的混合溶液。

虽然在PLC的选型及应用程序的编制方面已充分考虑了系统工作的可靠性，以确保系统可以长期稳定高效率地工作。

但在实际的设计过程中，由于缺乏实际工作的经验，可能没有完全预测到在实际生产过程中可能出现的突发情况，所以该系统的梯形图的编制还要根据实际的工况进行调整和完善。

通过这次实践，我对机电传动与控制这门课程有了更深层次的理解。

为了高质量的完成这次课程设计，我认真的复习了课本中的电动机结构、类型与工作原理以及继电器—接触器控制和PLC控制这些内容。

掌握了一些常用的继电器—接触器控制电路，更深层次的了解了PLC的循环扫描工作方式：输入采样、程序执行、输出刷新。

PLC在现代自动化控制领域中所占的比重越来越大，这次的设计过程与经验为自己以后独立进行相似自动化控制工程提供了依据，也将帮助自己在以后的设计过程中少走弯路。

我觉得没有什么是唾手可得的，只有经历辛勤的汗水，才能让知识绽放出美丽的花朵。

王老师的指导当然也是一个不可忽视的方面，让我明白了自己的不足，并马上改正，也让我能更好的独自完成自己的设计。

此次机电传动控制课程设计是非常难得的一次理论与实践相结合的机会，通过这次对两种液体自动混合装置的PLC控制的设计使我摆脱了单纯理论学习的状态，和眼高手低的毛病。

通过本次PLC的课程设计，使我了解到PLC的重要性，所以我会继续学习PLC，使得自己更加有能力。

五．参考文献
[1] 王宗才.机电传动与控制.：电子工业，2011.6
[2] 邓星钟.机电传动控制.某：华中科技大学，2007
[3] 周宏甫.机电传动控制.：化学工业，2006
[4] 王永华. 现代电气控制及PLC应用技术. 第四版. 航空航天大学.2016.8.。