多种液体混合控制系统设计.doc
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2 设计题目介绍
2.1 设计目的
PLC课程设计是学习电厂开关量控制技术的重要实践环节，其目的是通过课程设计的实践，使学生巩固和深化对相关专业理论知识的理解；培养学生运用所学知识和技能，配合相关技术资料的查阅，独立分析和解决生产实际中有关工业控制实际问题的能力；进一步提高学生对PLC控制系统分析、设计的能力。要求学生了解可编程控制器的原理、硬件结构；掌握基本的编程语言；掌握系统硬件配置的方法与步骤；掌握PLC软件编程与调试的操作方法与步骤。
3.1PLC输入输出地址分配
表3-1 输入输出地址分配表
输入元件
输入地址
输出元件
输出地址
开始按钮SB1
I0.0
电动机驱动
Q0.0
停止按钮SB2
I0.1
电磁阀Y1打开
Q0.1
液位L1
I0.2
电磁阀Y2打开
Q0.2
液位L2
I0.3
电磁阀Y3打开
Q0.3
液位L3
I0.4
3.2整体控制流程图
本设计是通过外围的开关及信号的操作，模拟两种液体混合控制系统在进液混合过程中各个阀门及搅拌机的状态，以液位高度为对象编写程序，程序顺控为：按下启动按钮，控制A液体进料的阀门Y1打开，开始注入液体A；当液位高度达到设定值L2时，阀门Y1关闭，停止注入A液体；同时，控制B液体进料的阀门Y2打开，开始注入液体B；当液位高度达到设定值L1时，阀门Y2关闭，停止注入B液体；同时，开启搅拌机M，搅拌60秒，搅拌结束后，控制混合液体排出的阀门Y3打开，开始排出混合液体，当液位高度到达L3时，延时2秒后阀门Y3关闭，混合液体排放完毕。同时A液体注入，开始循环。按下停止按钮，所有操作都停止，须重新启动。
（1）PLC采用循环执行用户程序的方式。OB1是用于循环处理的组织块（主程序），它可以调用别的逻辑块，或被中断程序（组织块）中断。
（2）在起动完成后，不断地循环调用OB1，在OB1中可以调用其它逻辑块(FB,SFB,FC或SFC)。
1题目背景与意义
1.1课题背景
在众多生产领域中，经常需要对贮槽、贮罐、水池等容器中的液位进行监控，以往常采用传统的继电器接触控制，这种控制方式自动化程度不高，使用的硬件设备多，不易连接，可靠性差。目前已有许多企业采用先进控制器对传统控制器进行改造，大大提高了控制系统的可靠性和自控程度，为企业提供了更可靠的生产保障。
对于本课题来说，液体混合控制部分是一个较大规模工业控制系统的改造升级，控制装置需要根据企业和设备现况来构成并需尽量用以前系统中的元器件。对于人机交互方式改变后系统的操作模式应尽量和改造前的相似，以便于操作人员快速掌握。从企业的改造要求可以看出在新控制系统中既需要处理模拟量也需要处理大量的开关量。系统的可靠性要高，人机界面友好，应具备数据储存和分析汇总的能力。
（1）循环周期短、处理速度高
（2）指令集功能强大（包含350多条指令），可用于复杂功能
（3）产品设计紧凑，可用于空间有限的场合
（4）模块化结构，设计更加灵活
（5）有不同性能档次的CPU模块可供选用
（6）功能模块和I/O模块可选择
（7）有可在露天恶劣条件下使用的模块类型
4.1.2Leabharlann S7-300工作过程(11)组态一个用户视图画面，要求该用户名作登录按钮与注销按钮，能显示当前用户名。能与系统画面进行切换。
(12)组态趋势视图画面，能显示容器中液体总量的数据趋势曲线。能与系统画面进行切换。
(13)建立配方，能实现液体A设定值、液体B设定值的各个配方。并建立配方画面运行。能与系统画面进行切换。
3 系统设计方案
(6)容器中的液体可动画显示，并通过棒图刻度标记当前数值。
(7)为了显示流畅的液位动画，可通过PLC编写每秒加1或减1的程序，然后把PLC与flexible做好连接（模拟显示）。
(8)组态若容器中的液位超过100时产生一个液位偏高的报警。
(9)组态报警画面，并能实现系统画面之间的切换。
(10)组态一个用户组“班组长”和一个用户名“user1“，“user1”属于“班组长”用户组，“user1”的密码为“000”。“班组长”用户组的权限为操作和“输入Ａ设定值”。然后在系统画面中的A液体设定值设定安全权限。即一般用户不能进行A液体设定值的设定，用户“user1”可以进行设定。
图3-3总体流程图
4 系统硬件设计
4.1S7-300组态
S7-300是德国西门子公司生产的可编程序控制器(PLC)系列产品之一。其模块化结构、易于实现分布式的配置以及性价比高、电磁兼容性强、抗震动冲击性能好，使其在广泛的工业控制领域中，成为一种既经济又切合实际的解决方案。
4.1.1 S7-300特点
(2)先组态两个画面，一个为主画面，一个为系统画面。两画面之间能进行切换。
(3)在系统画面中作出两种液体混合的系统图。
(4)A液体与B液体的数值可在0～99进行设置。液体总量为A与B液体的总和，为计算结果。
(5)通过HMI可对模拟液体混合实现手动和自动控制。手动控制时，按下A阀就进A液体，松开就停止；B阀与出料阀类似。设定A液体设定值、B液体设定值，若容器为空，可进行自动控制。如A液体设定值为15，B液体设定值为27，切换到自动控制时则先打开A阀进A液体到15停止，再接着进27的B液体；当容器中总液体数量达到42时，B液体停止流入，打开出料阀开始流出到空后再循环。
2.2 设计内容及要求
利用西门子S7-300PLC ，组态软件Wincc Flexible， 触摸屏，交换机及外围的相关低压电器，组成控制系统，根据项目要求，编写相关程序，完成相应的功能，组态人机界面，能够进行模拟仿真。具体要求：
(1)制作画面模板，在模板画面中显示“多种液体混合控制系统”和日期时钟。
1.2 课题意义
在炼油、化工、制药等行业中，多种液体混合是必不可少的程序，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、有毒有腐蚀性的介质，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配料精确、控制可靠等特点，这也是人工操作和半自动化控制所难以实现的。所以为了帮助相关行业，特别是其中的中小型企业实现多种液体自动混合的目的,液体自动混合配料的自动控制程序就显得尤为重要。
2.1 设计目的
PLC课程设计是学习电厂开关量控制技术的重要实践环节，其目的是通过课程设计的实践，使学生巩固和深化对相关专业理论知识的理解；培养学生运用所学知识和技能，配合相关技术资料的查阅，独立分析和解决生产实际中有关工业控制实际问题的能力；进一步提高学生对PLC控制系统分析、设计的能力。要求学生了解可编程控制器的原理、硬件结构；掌握基本的编程语言；掌握系统硬件配置的方法与步骤；掌握PLC软件编程与调试的操作方法与步骤。
3.1PLC输入输出地址分配
表3-1 输入输出地址分配表
输入元件
输入地址
输出元件
输出地址
开始按钮SB1
I0.0
电动机驱动
Q0.0
停止按钮SB2
I0.1
电磁阀Y1打开
Q0.1
液位L1
I0.2
电磁阀Y2打开
Q0.2
液位L2
I0.3
电磁阀Y3打开
Q0.3
液位L3
I0.4
3.2整体控制流程图
本设计是通过外围的开关及信号的操作，模拟两种液体混合控制系统在进液混合过程中各个阀门及搅拌机的状态，以液位高度为对象编写程序，程序顺控为：按下启动按钮，控制A液体进料的阀门Y1打开，开始注入液体A；当液位高度达到设定值L2时，阀门Y1关闭，停止注入A液体；同时，控制B液体进料的阀门Y2打开，开始注入液体B；当液位高度达到设定值L1时，阀门Y2关闭，停止注入B液体；同时，开启搅拌机M，搅拌60秒，搅拌结束后，控制混合液体排出的阀门Y3打开，开始排出混合液体，当液位高度到达L3时，延时2秒后阀门Y3关闭，混合液体排放完毕。同时A液体注入，开始循环。按下停止按钮，所有操作都停止，须重新启动。
（1）PLC采用循环执行用户程序的方式。OB1是用于循环处理的组织块（主程序），它可以调用别的逻辑块，或被中断程序（组织块）中断。
（2）在起动完成后，不断地循环调用OB1，在OB1中可以调用其它逻辑块(FB,SFB,FC或SFC)。
1题目背景与意义
1.1课题背景
在众多生产领域中，经常需要对贮槽、贮罐、水池等容器中的液位进行监控，以往常采用传统的继电器接触控制，这种控制方式自动化程度不高，使用的硬件设备多，不易连接，可靠性差。目前已有许多企业采用先进控制器对传统控制器进行改造，大大提高了控制系统的可靠性和自控程度，为企业提供了更可靠的生产保障。
对于本课题来说，液体混合控制部分是一个较大规模工业控制系统的改造升级，控制装置需要根据企业和设备现况来构成并需尽量用以前系统中的元器件。对于人机交互方式改变后系统的操作模式应尽量和改造前的相似，以便于操作人员快速掌握。从企业的改造要求可以看出在新控制系统中既需要处理模拟量也需要处理大量的开关量。系统的可靠性要高，人机界面友好，应具备数据储存和分析汇总的能力。
（1）循环周期短、处理速度高
（2）指令集功能强大（包含350多条指令），可用于复杂功能
（3）产品设计紧凑，可用于空间有限的场合
（4）模块化结构，设计更加灵活
（5）有不同性能档次的CPU模块可供选用
（6）功能模块和I/O模块可选择
（7）有可在露天恶劣条件下使用的模块类型
4.1.2Leabharlann S7-300工作过程(11)组态一个用户视图画面，要求该用户名作登录按钮与注销按钮，能显示当前用户名。能与系统画面进行切换。
(12)组态趋势视图画面，能显示容器中液体总量的数据趋势曲线。能与系统画面进行切换。
(13)建立配方，能实现液体A设定值、液体B设定值的各个配方。并建立配方画面运行。能与系统画面进行切换。
3 系统设计方案
(6)容器中的液体可动画显示，并通过棒图刻度标记当前数值。
(7)为了显示流畅的液位动画，可通过PLC编写每秒加1或减1的程序，然后把PLC与flexible做好连接（模拟显示）。
(8)组态若容器中的液位超过100时产生一个液位偏高的报警。
(9)组态报警画面，并能实现系统画面之间的切换。
(10)组态一个用户组“班组长”和一个用户名“user1“，“user1”属于“班组长”用户组，“user1”的密码为“000”。“班组长”用户组的权限为操作和“输入Ａ设定值”。然后在系统画面中的A液体设定值设定安全权限。即一般用户不能进行A液体设定值的设定，用户“user1”可以进行设定。
图3-3总体流程图
4 系统硬件设计
4.1S7-300组态
S7-300是德国西门子公司生产的可编程序控制器(PLC)系列产品之一。其模块化结构、易于实现分布式的配置以及性价比高、电磁兼容性强、抗震动冲击性能好，使其在广泛的工业控制领域中，成为一种既经济又切合实际的解决方案。
4.1.1 S7-300特点
(2)先组态两个画面，一个为主画面，一个为系统画面。两画面之间能进行切换。
(3)在系统画面中作出两种液体混合的系统图。
(4)A液体与B液体的数值可在0～99进行设置。液体总量为A与B液体的总和，为计算结果。
(5)通过HMI可对模拟液体混合实现手动和自动控制。手动控制时，按下A阀就进A液体，松开就停止；B阀与出料阀类似。设定A液体设定值、B液体设定值，若容器为空，可进行自动控制。如A液体设定值为15，B液体设定值为27，切换到自动控制时则先打开A阀进A液体到15停止，再接着进27的B液体；当容器中总液体数量达到42时，B液体停止流入，打开出料阀开始流出到空后再循环。
2.2 设计内容及要求
利用西门子S7-300PLC ，组态软件Wincc Flexible， 触摸屏，交换机及外围的相关低压电器，组成控制系统，根据项目要求，编写相关程序，完成相应的功能，组态人机界面，能够进行模拟仿真。具体要求：
(1)制作画面模板，在模板画面中显示“多种液体混合控制系统”和日期时钟。
1.2 课题意义
在炼油、化工、制药等行业中，多种液体混合是必不可少的程序，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、有毒有腐蚀性的介质，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配料精确、控制可靠等特点，这也是人工操作和半自动化控制所难以实现的。所以为了帮助相关行业，特别是其中的中小型企业实现多种液体自动混合的目的,液体自动混合配料的自动控制程序就显得尤为重要。