论文（设计）题目：基于PLC的果汁搅拌机控制系统设计

学院

机械工程学院

专业

机械设计制造及其自动化

年级

2017级

学生姓名

龚某某

指导教师

王伟、刘树森

学号

1706xxxx

职称

副教授、工程师

一、选题的目的和意义

搅拌应用在食品、化工、制药等多个行业中，液体混合过程是十分重要的环节，而搅拌机在这一环节发挥着重要的作用。传统的控制方式，如继电器机械触点的串联或并联及时间继电器的滞后动作等组合形成控制逻辑，只能完成一些简单、灵活度低的逻辑控制，精度不够高，受环境影响大，生产效率不高，控制系统布线复杂而零乱，控制方式技术手段落后，已不能适应现代企业生产需要，本课题试图利用PLC来实现果汁搅拌机的控制系统，解决一些传统控制的缺点，提高生产效率以及控制的灵活度等，这对果汁生产自动控制、生产效率、果汁质量等都将产生积极影响，具有现实意义。

二、相关文献综述

赵建刚在2015年完成的硕士论文《大功率变频高速搅拌机的研究》中提到，在石油钻探、化工、食品和建筑涂料等行业使用的添加剂进行室内研究和现场使用中,对诸如钻探泥浆等液态物质进行高速搅拌是重要和必须的,这样可以使得不同组分得到充分的分散和混匀,成份不同,要求搅拌的速度和时间也不一样。

徐敏在2017年1月《价值工程》中发表的“PLC 在液体搅拌机中的应用”一文中提到，将 PLC 应用于工业液体混合 搅拌设备，能够自动控制液体搅拌过程，并且能有效提高 搅拌设备作业时的稳定性，以确保液体充分拌合。 由于在炼油、制药和冶金等行业中，液体搅拌是必不可少的一部分。本文所研究的 PLC 控制 多种液体混合搅拌适用于单周期、多周期循环作业，并且 在掉电时能够通过自带的记忆功能记录搅拌进度，来电后 可紧接着掉电前的工作步骤继续运行。此外，该控制系统 还具备通信联网功能，利用组态可远程监控现场，便于操 作与管理。本文将针对三种不同液体的混合搅拌控制展开 分析。在研究中，将基于一定混合比例将这三种液体进行 搅拌，当电动机开始搅拌后，满足所需控制要求后方可将 混合液体排出液体容器同时保持循环作业。液体混合搅拌 系统主要基于各控制元件动作的连续性以及各个被控设 备动作之间的关联性，通过相应的运行状态对设备下达动 作指令，使系统自动将三种液体加入，继而进行混合搅拌， 最后自动输出拌制好的混合液体。

王建伟《基于PLC的电机变频调速试验系统开发》中分析了PLC与上位机的链接、深入理解了PLC的工作原理、异步电机变频调速的原理及变频器的调速原理；开发设计了对电机变频调速的八段速控制、基于PID调节的无级调速控制、基于模糊控制的无级调速三种控制方式，给出了控制方案，编写了PLC控制梯形图程序，设计了硬件连线，构建了人机监控界面。

众多前辈对搅拌机自动控制系统进行了研究，使我的课题有了很多可以参考的内容，但还没有针对果汁搅拌机自动控制的研究，因此本文有一定的现实意义。

三、研究内容

要求PLC对该搅拌机能实现自动进液料、搅拌、沉淀、排沉淀物、出料等控制功能。完成该基于PLC的果汁搅拌机控制系统总体方案，PLC及电器元件的选择，详细的系统设计与计算及分析。

综上，本课题主要研究内容包括：

1. 绪论

1.1研究目的及意义

1.2国内外研究现状

1.3设计的主要内容

2. 果汁搅拌机控制系统的总体方案

2.1果汁搅拌机的主要技术参数

2.2果汁搅拌机加工工艺流程

2.3果汁搅拌机控制系统的总体方案

3. 果汁搅拌机控制系统硬件设计

3.1 确定I/O设备

3.2 S7-200smartPLC硬件系统组成及选型

3.3控制系统I/O口分配

3.4三相异步电机及变频器的选择

3.5电磁阀、传感器的选择

3.6 控制系统电路图

4. 果汁搅拌机控制系统软件设计

4.1 编程软件STEP7简介

4.2 PLC程序的编写

4.3 触摸屏设计

5. 系统调试

5.1 程序的模拟调试

5.2现场调试的方法

四、研究方法、步骤及措施等

研究方法：

文献研究法：阅读和参考相关的PLC文献，来合理设计本研究的基本框架、研究内容和基本方法。

实验法：根据设计好的程序，电路图，触摸屏配合相关硬件设备多次试验来验证是否合理，加以完善。

研究步骤：

(1) 前期准备：明确论文研究方向，制定研究计划，查阅相关资料，了解搅拌机的基本运作方式。议定论文提纲。

(2) 撰写文献综述与开题报告：整理收集到的相关资料，向指导老师咨询相关意见。

(3) 论文撰写：通过对收集到的资料进行整理并结合老师以及前人的研究成果进行论文初稿的撰写。再根据指导老师的意见进行修改，最终定稿。完成以下内容：制定PLC控制系统流程图，确定控制系统总体方案。PlC及其他设备的选择。I/O地址分配。电路图的绘制。PLC程序的设计。系统的调试。

（4）论文评审及答辩

将论文定稿提交指导老师、评阅教师评审，并准备答辩。

研究措施：

（1）依靠实习的有利环境，果汁搅拌机工作流程相关资料。

（2）选用西门子S7-200SMART型号的PLC，使用STEP7-MICROWIN SMART软件编写PLC程序，用WinCC flexible SMART V3软件来设计触摸屏模拟，使用AotoCAD绘制电路图.根据相关选型手册来选型。

五、进度安排

六、主要参考文献

[1] 常晓玲．电气控制系统与可编程控制器[M].北京:机械工业出版社，2014.1

[2] 高钦和．可编程序控制器应用技术与设计实例[M].北京:人民邮电出版社，2014

[3] 廖常初．PLC编程及应用[M].北京：机械工业出版社，2015.

[4] 苏国民，何勇华，黄曾华．基于PLC控制的泵站自动控制系统的应用[J]，2015

[5] 史国生．电气控制与可编程控制器技术[M].北京:化学工业出版社，2014.1

[6] 王建伟．基于PLC的电机变频调速试验系统开发[J].中北大学，2014

[7] 王信义．机电一体化技术手册[M].北京:机械工业出版社，2015

[8] 徐敏．PLC在液体搅拌机中的应用[J]，2014

[9] 杨振宇．基于PLC的搅拌机控制系统设计与实现[J].微型机与应用,2017

[10] 张凤珊．电气控制及可编程控制器.2版[M]. 北京：中国轻工业出版社，2014.

[11]G.L.Batten.Programmabe.Controllers:hardware.software.and.Application..NewYork:MC Graw-Hill.2016.

[12]Cheded.Al-Mulla. Control of a four-level elevator system using a programmable logic controller. International Journal of Electrical Engineering Education,2017

七、指导教师意见

指导教师签名：

2020 年12月10日

八、系（教研室）审查意见（请在相应栏目打“√”）

1.同意开题                  2.不同意开题

系（教研室）主任签名：

年    月    日

九、学院审核意见（请在相应栏目打“√”）

1.同意开题                  2.不同意开题

学院院长签名：

年   月   日