1设计要求及任务
1.1 设计要求
物料混合的模拟控制
用PLC构成液体混合控制系统
1.1.1控制要求
按下起动按钮，电磁阀YA1闭合，开始注入液体A,按L2表示液体到了L2的高度，停止注入液体A。同时电磁阀YA2闭合，注入液体B，按L1表示液体到了L1的高度，停止注入液体B，开启搅拌机M，搅拌4s，停止搅拌。同时YA3为ON，开始放出液体至液体高度为L3，再经2s停止放出液体。同时液体A注入。开始循环。按停止按扭，所有操作都停止，须重新启动。
1.1.2I/O 分配
输入
起动按钮：00000
停止按钮：00004
L1按钮： 00001
L2按钮： 00002
L3按钮： 00003
输出
Y1：01005
Y2：01006
Y3：01007
M： 01008

图 1.1 液体混合控制图
1.2设计任务
(1) 根据控制要求，进行旋转式滤水器电气控制系统硬件电路设计，包括主电路、控制电路及PLC硬件配置电路。
(2) 根据控制要求，编制旋转式滤水器控制PLC应用程序，有条件可以利用模拟开关板调试程序，模拟运行。
(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的旋转式滤水器电气控制系统电路图。
③ PLC控制程序（梯形图和指令表）。
④ 电器元器件的选择和有关计算。
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。

2 电气控制方案设计
2.1 物料混合电气控制工艺流程分析

图2.1 物料混合电气控制工艺流程分析图

2.2 物料混合电气控制方案设计
2.2.1 估算
首先统计被控设备对输入、输出点的总需求量，把被控设备的信号源一一列出，认真分析输入、输出点的信号类型。
在初始状态时，根据要求要实现液体的自动混合导出控制，在开始操作之前，各阀门必须为关闭状态，容器为空。此时液体控制电磁阀Y1=Y2=Y3=OFF状态；传感器L1=L2=L3=OFF状态；电动机M为关闭状态。
在启动操作中，当装置和液体的都准备好之后，按下启动按钮,开始下列操作:
1)Y1=ON,液体A流入容器;当液面到达L2时,Y1=OFF,Y2=ON;
2)液体B流入,液面达到L1时,Y2=OFF,M=ON,电动机开始进行液体的充分混合搅拌;
3)当混合液体搅拌均匀后(设时间为4s),M=OFF,Y3=ON,开始放出混合液体;
4)当液体下降到L3时,L3从ON变为OFF,把时间控制为再过2s后容器放空,关闭Y3,Y3=OFF完成一个操作周期;
5)在只要没有按停止按钮的状态下,则自动进入下一个循环操作周期。
在停止操作中，当工作完成之后需要关闭系统，按一下停止按钮,则在当前混合操作周期结束后,才停止操作。从而使系统停止在开始状态，以便下次启动系统时能够顺利的开始系统的循环。
2.2.2 选型
PLC的型号、规格繁多，根据前面的I/O估算，再查阅《PLC编程手册》中的相关表格，确定PLC选型。
根据以上分析，对PLC来说，需要提供5个输入点和4个输出点。除了以上的输入输出点意外，PLC与计算机、打印机、CRT显示器等设备连接，需要用专用接口，也应计算在内。考虑到在实际安装、调试和应用中，还有可能发现一些估算中未预见到的因素，要根据实际情况增加一些输入、输出信号。因此，要按估计数再增加15%―20%的输入、输出点数，以备将来调整、扩充使用。综上所述，I/O估算为：输入点点数为8，输出点点数为8。
综上所述，点数在20以内，为方便扩展，PLC选择CPM1A-20CDR-D型。

3 物料混合模拟控制的硬件设计
3.1 物料混合模拟控制的硬件设计
3.1.1 液位传感器的选择
选用LSF-2.5型液位传感器
其中“L”表示光电的，“S”表示传感器，“F”表示防腐蚀的，2.5为最大工作压力。
LSF系列液位开关可提供非常准确、可靠的液位检测。其原理是依据光的反射折射原理，当没有液体时，光被前端的棱镜面或球面反射回来；有液体覆盖光电探头球面时，光被折射出去，这使得输出发生变化，相应的晶体管或继电器动作并输出一个开关量。应用此原理可制成单点或多点液位开关。LSF 光电液位开关具有较 高的适应环境的能力，在耐腐蚀方面有较好的抵抗能力。
相关元件主要技术参数及原理如下：
（1）工作压力可达2.5Mpa
（2）工作温度上限为125°C
（3）触点寿命为100万次
（4）触点容量为70w
（5）开关电压为24V DC
（6）切换电流为0.5A
3.1.2 搅拌电机的选择
选用EJ15-3型电动机，其中“E”表示电动机，“J”表示交流的，15为设计序号，3为最大工作电流。
相关元件主要技术参数及原理如下：
EJ15系列电动机是一般用途的全封闭自扇冷式鼠笼型三相异步电动机。
（1）额定电压为220V，额定频率为50Hz，功率为2.5KW，采用三角形接法。
（2）电动机运行地点的海拔不超过1000m。工作温度-15～40°C /湿度≤90%。
（3）EJ15系列电动机效率高、节能、堵转转矩高、噪音低、振动小、运行安全可靠。其硬件接线如图3.1。

图3.1
3.1.3 电磁阀的选择
（1）入罐液体选用VF4-25型电磁阀
其中“V”表示电磁阀，“F”表示防腐蚀，4表示设计序号，25表示口径（mm） 宽度。
相关元件主要技术参数及原理如下：
1）材质：聚四氟乙烯。使用介质：硫酸、盐酸、有机溶剂、化学试剂等酸碱性的液体。
2）介质温度≤150℃/环境温度-20～60°C。
3）使用电压：AC：220 V50Hz/60Hz  DC：24V。
4）功率：AC：2.5KW。
5）操作方式：常闭：通电打开、断电关闭，动作响应迅速，高频率。
（2）出罐液体选用AVF-40型电磁阀
其中“A”表示可调节流量，“V”表示电磁阀，“F”表示防腐蚀，40为口径(mm)
相关元件主要技术参数及原理如下：
1）其最大特点就是能通过设备上的按键设置来控制流量，达到定时排空的效果。
2）其阀体材料为：聚四氟乙烯，有比较强的抗腐蚀能力。
3）使用电压：AC：220 V50Hz/60Hz  DC：24V。
4）功率：AC：5KW。
3.1.4 接触器
选用CJ20-10/CJ20-16型接触器。
其中“C”表示接触器，“J”表示交流，20为设计编号，10/16为主触头额定电流。
相关元件主要技术参数及原理如下：
（1）操作频率为1200/h
（2）机电寿命为1000万次
（3）主触头额定电流为10/16（A）
（4）额定电压为380/220（A）
（5）功率为2.5KW
3.2 物料混合模拟控制的硬件接线图

图 3.2
3.3 物料混合模拟控制的硬件原理图

图 3.3

4 物料混合模拟控制的软件设计
4.1 物料混合模拟控制的软件简介
CX-Programmer 是OMRON公司新的编程软件，适用于C、CV、CS1系列 PLC，它可完成用户程序的建立、编辑、检查、调试以及监控，同时还具有完善的维护等功能，使得程序的开发及系统的维护更为简单、快捷。编程界面包括标题栏、菜单条、工具条、状态栏以及5个窗口（可用“视图”菜单中的“窗口”项来选择显示窗口）。用CX-P编程软件编制用户程序可按以下步骤进行：启动CX-P软件、建立新工程文件、绘制梯形图、编译程序、下载程序和监视程序运行等。
可以通过“PLC”菜单中的“程序检查选项”命令来实现程序编辑过程的语法、数据等检查，当出现错误时，会在相应指令条的左母线前出现红色标记，并在输出窗口中显示错误信息。
程序编辑完成后，单击工具条中的“编译程序”按钮，或者选择“程序”菜单中的“编译”命令进行程序的编译，检查程序的正确性，编译的结果将显示在输出窗口中。当“错误”的级别较高时，可能会导致程序无法运行，而“警告”的级别较低，程序仍然可以运行。
4.2 物料混合模拟控制的程序设计

图 4.1

4.3 物料混合模拟控制的指令表
地址 指令 操作数
00000 LDNOT 0.04
00001 LD 0.00
00002 OR 10.00
00003 ANDLD
00004 OUT 10.00
00005 LD 10.00
00006 OUT TR0
00007 ANDNOT 10.02
00008 ANDNOT 10.08
00009 OUT 10.01
00010 LD TR0
00011 AND 10.01
00012 ANDNOT 10.07
00013 OUT 10.05
00014 LD TR0
00015 AND 0.02
00016 ANDNOT 10.04
00017 ANDNOT 10.03
00018 OUT 10.02
00019 LD TR0
00020 AND 10.02
00021OUT 10.06
00022 LD TR0
00023 AND 0.01
00024 ANDNOT 10.04
00025 ANDNOT T0001
00026 OUT 10.03
00027 LD TR0
00028 AND 10.03
00029 OUT 10.08
00030 TIM 0000 #0200
00031 LD TR0
00032 LD T0000
00033 OR 10.04
00034 ANDLD
00035 ANDNOT 10.05
00036 OUT 10.04
00037 LD TR0
00038 AND 10.04
00039 ANDNOT T0001
00040 OUT 10.07
00041 LD TR0
00042 ANDNOT 10.05
00043 AND 0.03
00044 TIM 0001 #0200

5 物料混合模拟控制的仿真

5.1 仿真步骤一
按下启动按钮SB1（00000）,中间继电器KA0（01000）得电并自锁，然后中间继电器KA1（01001）得电，接着线圈KM1（01005）得电注入A液体。

图5.1
5.2 仿真步骤二
液面到达L2时，液位计L2（00002）闭合，中间继电器KA2（01002）得电，由于KA2联锁KA1（01001）断开，停止注入液体A；由于KA2自锁，线圈KM2（01006）得电，注入液体B。

图5.2
5．3 仿真步骤三
液面到达L1，中间继电器KA3（01003）得电，由于KA3互锁，中间继电器KA2（01002）断电，则线圈KM2（01006）断电停止注入B液体；线圈KM4（01008）得电，即电机M转动。定时器T0定时。

图 5.3

5．4 仿真步骤四
定时器T0定时时间到，中间继电器KA4（01004）得电，同时线圈KM3（01007）得电放出混合液体，在液面低于L1时，液位计L1（00003）断开；当液面低于L2时，液位计L2（0002）断开。

图 5.4
5．5 仿真步骤五
当液面下降至L3,液位计L3（00003）闭合，此时定时器T1开始定时2S。

图5.5
5．6 仿真步骤六
定时器T1定时时间到，线圈KM3断电，KM1接通，开始新一轮循环。

图 5.6

设计心得
这次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“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。
电气控制与可编程控制器是一门极其重要的课程，他综合了计算机技术和自动控制技术和通讯技术。在当今由机械化向自动化，信息化飞速发展的社会，PLC技术越来越受人们广泛应用，前景可观，因此学会和运用PLC，将对我们以后踏上工作岗位有极其重要的帮助，在此次设计中，我们遇到了许多困难，通过对自身的查找，我找出几点不足之处：
1，不太会利用查翻资料。遇到困难，首先不先查看资料，过多依赖同学和老师的帮助，相对不独立。
2，学习认真程度不够，学习热情不高，基础相对薄弱，掌握知识太少。
3，设计时对时间合理安排上欠妥。但正是这次设计，让我认识到自己的不足，为以后的工作学习找到了方向和前进的动力。
通过这次PLC课程设计实践。我学会了PLC的基本编程方法，对PLC的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。在对理论的运用中，提高了我们的工程素质，在没有做实践设计以前，我们对知识的掌握都是理论上的，对一些细节不加重视，当我们把自己想出来的程序用到PLC中的时候，问题出现了，不是不能运行，就是运行的结果和要求的结果不相符合。这样，我就只能一个一个问题的去解决，通过查阅资料或者是请教同学，一次一次的调试程序，最后达到设计要求。使得我对PLC 的理解得到加强，看到了实践与理论的差距。
最后通过本次课程设计，使我了解了PLC控制技术在工业应用和工业生产中的重要地位；通过本次课程设计，使我更深刻的理解了PLC的编程思想，也能更好的将所学知识应用到实践中动。因此学好这门课程对以后的发展有举足轻重的地位。