PLC计数式多种液体自动混合系统设计

1、目 录天津工程师范学院毕业论文摘 要（3）前言 （4） 一、 可编程控制器的概述 （5） 二、 PLC的基本工作原理 （5）(一)、控制系统的组成 （5）(二)、PLC的一般结构和基本工作原理 （5）1. PLC的一般结构（5）2. PLC的基本工作原理（5）三、PLC在化工过程中的应用 （7）（一）、多种液体自动混合程序设计 （7）1、 控制要求 （7）2、I/O分配 （8）3、连线图 （8）4、流程图 （9）5、 逻辑梯形图 （10）6、指令表（11）(二)、多种液体自动混合加热程序设计 （12）1、 控制要求（12）2、 I/O 分配（12）3、 连线图 （12）5、 逻辑梯形图（13）

2、6、指令表（14）（三）、多种液体自动混合控制（15）1、 控制要求（15）2、 I/O分配（15）3、 连线图（15）4、 逻辑梯形图（16）5、 指令表（20）四、结束语 （25）五、致谢词 （25）参考文献 （26）附录： （27）PLC计数式多种液体自动混合系统设计天津工程师范学院王磊摘要 本文所介绍的计数式的多种液体自动混合（PLC）控制系统是一种适用于工业环境下的新型通用自动控制装置。它通过程序中的液位传感器、温度传感器控制液体流量加热。使用UDC加减计数器对系统的操作次数进行了记录。可以用于工业上的液体混合及后期的加热加工等，基本适合于工业生产要求，其便于操作、维修和保养。关键词

3、可编程控制器 多种液体自动混合 UDC加减计数器Chemical engineering process PLC control system designWangLeiAbstract: Various liquids of this text a count type for introducing is automatic to mix with( PLC) the control system is a kind of new in general use automatic control device that be applicable to the industry envir

4、onment to descend.It passes the liquid in the procedure spreads to feel the machine, temperature spreads to feel the machine control liquid discharge heats.The usage UDC added and subtract to count the machine to proceed the record to the operation number of times of the system.Can used for the liqu

5、id on the industry mixs with and the in the late heats to process the etc., basic suitable for the industry produces the request, its easy to operation, maintain with maintain.Keywords: Programmable logic controller Software Various liquids is automatic to mix with The UDC adds and subtract to count

6、 the machine前 言近年来，随着科学技术的进步和微电子技术的迅猛发展，可编程序控制器技术广泛应用于自动化控制领域。可编程序控制器以其高可靠性的操作简便等特点，已经形成了一种工业控制趋势。目前，可编程序控制器（PLC）、计算机辅助设计计算机辅助制造（CAD/CAM）、机器人（Rob）和数控（NC）技术已发展成为工业自动化的四大支柱技术。可编程控制器是一种新型的通用自动控制装置，它将传统的继电器接触器控制技术、计算机技术和通讯技术融为一体，专门为工业控制而设计。这一新型的通用自动控制装置以其高可靠、较强的工作环境适应性和极为方便的使用性能，深受自动化领域技术人员的普遍欢迎。可编程模拟器件

7、具有许多独特的优势：首先，与数字器件（包括可编程逻辑器件）相比，可编程模拟器件与自然万物连续变化，无限可分的模拟本质最为吻合，实现同样功能所需的电路规模较小，成本和功耗也较低，因而更为简洁和经济。其次，可编程模拟器件的内部连接和电路功能均由编程数据所决定，一种器件便可实现多达数十种的电路类型和功能，先进的电路结构和丰富的参数变化使可编程模拟器件能够提供较常规模拟集成电路更为理想的电路特性，从而获得更为宽广的应用领域。再次，可编程模拟器件既具备标准集成电路使用灵活和开发费用低、周期短的优点，又具备专用集成电路（ASIC）保密性强，针对特定应用的优点，可作为ASIC开发的中间媒介和过渡途径。因此，

8、可以预期，随着模拟可编程技术的不断进步和器件品种的逐步丰富，可编程模拟器件将会与可编程逻辑器件一样得到迅速发展，逐步成为实现模拟电路的首选器件和有力工具，其应用也将会日益广泛。随着工业的进步再化工过程领域中对设备的自动性能要求越来越高。对设备本身要求其具有动注液、自动搅拌、加热以及排放，这就需要很高的自动化程度而从性价比的角度讲使用可编序控制器PLC是最佳的，采用PLC控制的原因如下所述：可编程控制器是在工业环境下应用及满足用户需要而设计，它具有以下的特点：可靠性高。可靠性是用户的首要要求，因而PLC的生产厂家都着力于提高可靠性的指标。目前各生产厂家生产的PLC，其平均无故障时间都大大超过IE

9、C规定的10万小时。而且规模较大、要求较高的系统还可以采用多机系统或表决系统，再进行一步提高系统的可靠性。编程方便，易于使用。PLC的编程可采用与继电器电路极为相似的梯形图语言(Sequential Function Chart),使编程更简单方便。控制功能极强。除基本的逻辑控制、定时、计数、算术运算等功能外，配合特殊功能模块还可实现点位控制、PID运算、过程控制、数字控制等功能，为方便工厂管理又可以与上位机通信，通过远程模块可以控制远方设备。因此，PLC几乎是全能的工业控制计算机。扩展及与外部连接极为方便。由于具有上述特点，故PLC的应用范围及其广泛。可以说只要有工厂，有控制要求，就会应用P

10、LC。一、可编程控制器的概述可编程控制器是专为在工业环境下应用而设计的一种数字运算操作的电子装置，是带有存储器、可以编制程序的控制器。它能够存储和执行指令，进行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作，并通过数字式和模拟式的输入和输出，来控制各种类型的机电一体化设备和生产过程。二、PLC的基本工作原理(一)、控制系统的组成如图211、图212所示：可编程序控制器RS232/485PC机多种液体自动混合的驱动电源多种液体自动混合的外部显示电路 总线连接模块 图2-1-1 多种液体自动混合控制系统结构图（二)、PLC的一般结构和基本工作原理1、PLC的一般结构(1)、中央处理器（CPU）CP

11、U是可编程控制器系统的控制中枢，主要功能是接收所输入的用户程序并将其存入用户程序存储器，检测系统的工作状态，执行指令规定的任务。CPU工作的主要过程是，首先以扫描方式接收现场各装置的状态，作为输入信号分别存入输入映像区；然后从用户程序存储器中逐条读取和执行指令，并将运算结果分别送至输出映像区或中间数据寄存器；最后将输出寄存器内的数据作为控制信号输出到相应的被控装置。(2)、存储器编程控制器的存储器用于存放系统程序、用户程序和运行的数据。根据结构和功能可将其分为只读存储器(ROM)和读写(随机)存储器(RAM)两类；根据内容和用途可将其分为系统存储器、用户存储器和数据存储器三类。地址总线 控制总

12、线数据总线输入接口存储器CPU数据存储口输出接口开关执行机构图212PLC可编程序控制器(3)、基本IO模块基本IO模块是可编程控制器与现场工业设备的连接部件，输入模块将现场各种参数如行程开关量、传感器测试量等转换成数字信号送入PLC：输出模块将CPU运算结果转换成控制信号，以驱动现场执行机构如电磁阀、电机等。由于基本IO模块与工业现场各种信号直接相连，要求它有信号匹配和抗干扰能力。所以在基本IO模块中通常配有模数(AD)转换、数模(DA)转换、电子转换、光电隔离、阻容滤波和功率放大等电路。 根据现场输入输出信号的形式要求，PLC产品配置了各种类型的基本IO模块，如开关量模拟量IO模块、模拟量

13、的电压电流IO模块等。(4)、 外部设备接口外部设备接口是可编程控制器主机与外部通用设备如计算机、其它PLC、打印机、编程器的连接通道，一般为RS232C、RS422485串行通信接口或并行接口。(5)、电源部件电源部件将外部交流电压转换成可编程控制器主机内部正常工作所需的电源。它由滤波、稳压、掉电保护、逆变器等电路组成，具有输入电压范围宽、抗干扰性强、体积小、效率高的特点。PLC的电源一般采用开关式电源，可提供的电源大致有：AC(交流)100V、200V，DC(直流)100V、48V、24V等。(6)、输入输出扩展接口输入输出扩展接口是可编程控制器主机为插接特殊功能IO单元而设置的部件。通常

14、有并行接口和串行接口等形式。2、PLC的基本工作原理PLC是以微处理器为核心的数字式电子自动控制装置，是种专用微机。和计算机一样，PLC也具有相应的操作系统，也是由硬件和软件两大部分组成的。 PLC的软件部分分为系统软件和应用软件类。PLC的基本工作方式是在系统软件的控制下，采用周期工作方式，也即扫描工作方式。PLC是一种实时工业控制计算机系统，它的操作系统是一个小型的实时系统软件，具有自身的结构和特点， PLC在每次扫描期间，除了读入各输入点的状态，用户逻辑输出控制信号以外，还进行故障自诊断和处理与编程器、计算机等的通讯请求。整个扫描过程如图231所示。 自诊断与编程器计算机通讯读入现场信号

15、解用户逻辑输出结果图231(1)、自诊断在自动控制系统中，大多数生产过程可分为一系列不断 重复的顺序执行的操作。如果发生故障必然会影响整个系统 的正常运行。为了防患于未然及有故障时尽快修复，都必须先执行故障自诊断程序。一般包括输入输出部分，存储器、CPU等部分的故障诊断，有的还包括对通讯区域，外部设备检查等。 PLC在执行自诊断程序时，一旦发现有异常，即启动关机程序并保留现行工作状态，把所有输出点置成“OFF”状态后停机，并发出报警信号和显示出错信息；如果自诊断正常继续往下扫描。(2)、与编程器、计算机通讯PLC执行自诊断程序结束后，如果没有发现故障，PLC 立即检查是否有编程器、计算机等的通

16、讯请求。如有故障则进行相应的处理，比如接收由编程器送来的程序、命令和各种数据，并把要显示的状态，数据、信息(包括出错信息)送给编程器进行显示、并在这段时间完成数据的接收和发送任务。 (3)、读入PLC在完成与编程器、计算机通讯后，即开始扫描各读入各点的状态和数据。如按键、开关各点的通，断状态，AD转换值，BCD码数据等，并把这些数据按预先排好的顺序和地址写入至存储器的输入状态表中，供解释用户程序时使用。(4)、执行PLC执行用户程序般是从存储器的最低地址所存放的第一条程序指令开始。在没有中断或跳转指令控制的情况下，按存储器地址递增的方向依次扫描用户程序。按照输入状态表中的数据和程序要求解算出相

17、应的结果，并按照该结果更新输出缓冲区的内容，直到执行用户程序结束为止。在这种方式下，每扫描一次，所有用户程序都被执行一次。对于某些中，高档PLC，为了增加对某些点响应的实时性，有的还有中断响应功能。(5)、输出PLC执行用户程序完毕 。CPU即发出信号把输出缓冲区的内容按规定的次序，通过输出模块把内部逻辑信号变换成与执行机构相适应的电信号输出，驱动生产现场的执行机构，完成控制任务。以上五步操作过程称为PLC的一个扫描周期， PLC结束一个扫描周期后，又从自诊断开始进行下次扫描。直到接收到停止操作指令、停电、出错等才停止工作。三、PLC在化工过程中的应用可编程序控制器广泛的应用于工业控制，它通过

18、用户存储的应用程序来控制生产过程。具有可靠性高、稳定性高和适时处理能力强、维修方便简单等优点。PLC是将计算机技术与继电器控制技术有机的结合起来，为工业自动化提供了近乎完美的现在自动化控制装置。（一）、多种液体自动混合程序设计。1、 三种液体自动混合控制要求：(1) 初始状态 容器是空的，Y1、Y2、Y3、Y4均为OFF，L1、L2、L3为OFF，搅拌机为OFF(2 ) 启动操作1） Y1=Y2=ON，液体A和B同时入容器，当达到L2时，L2=ON，使Y1=Y2=OFF，Y3=ON，即关闭Y1、Y2阀门，打开液体C的阀门Y3。2） 当液体达到L1时，Y3=OFF，M=ON，即关闭阀门Y3，电动

19、机M启动开始搅拌。3） 经10s搅拌均匀后，M=OFF，停止搅动。4） 停止搅拌后放出混合液体，Y4=ON，当液面降到L3后，再经5s容器放空Y4=OFF。(3) 停止操作按下停止键，在当前混合操作处理完毕，才停止操作。2、 I/O分配口输入启动按钮停止按钮液位传感器L1液位传感器L2液位传感器L3XO XIX2X3X4输出电磁阀 Y1、Y2电磁阀 Y3电磁阀 Y4电动机 M Y0Y2Y3Y4 3、 连线图图321 PLC控制I/O端子连线图 4、绘制工作流程图32 系统控制流程图C液体的阀门打开向容器内开始注入液体至L1时停止电动机启动开始搅拌，搅拌10s后电动机停止电磁阀Y4打开向外排除液

20、体5s后电磁阀关闭A、B液体的阀门同时打开注入容器至L2后停止开始初始状态下各个阀门以及传感器都处于停止状态 5、梯形图 7、布尔代码6、指令表(二)、多种液体自动混合加热程序设计 1、三种液体自动混合加热的控制要求：（1） 初始状态容器是空的，各个阀门皆关闭，Y1、Y2、Y3、Y4均为OFF，传感器L1、L2、L3均为OFF，电动机M为OFF，加热器H为OFF。（2） 启动操作1） Y1=Y2=ON，液体A和B同时注入容器，当液面达到L2时，L2=ON使Y1=Y2=OFF，Y3=ON，即关闭Y1、Y2阀门，打开液体C的阀门Y3。2） 当液面达到L1时，Y3=OFF，M=ON，即关闭掉阀门Y3

21、，电动机M开始启动搅拌。3） 经10s搅匀后，M=OFF，停止搅动，H=ON，加热器开始加热。4） 当混合液体温度达到某一指定值时，T=ON，H=OFF，停止加热，使电磁阀Y4=ON，开始放出混合液体。5） 当液面下降到L3时，L3从ON到OFF，再经过5s，容器放空，使Y4=OFF，开始下一周期。（3） 停止操作输入启动按钮停止按钮液位传感器L1液位传感器L2液位传感器L3温度传感器TX0X1X2X3X4X5输出CHU 电磁阀Y1、Y2电磁阀 Y3电磁阀 Y4电动机 M 电炉 HY0Y2Y3Y4Y5按下停止键，在当前的混合操作处理完毕后，才停止操作（停在初始状态上）。2、 I/O分配口3、连

22、线图图411 PLC控制I/O端子连线图 4、逻辑梯形图5、指令表（三）、多种液体自动混合控制UDC加减计数器UDC是作为加减计数器使用的。当加/减触发信号输入为OFF时，在计数触发信号的上升沿到来时作为减1计数。当加/减触发信号输入ON时，在计数触发信号的上升沿到来时作加1计数。当复位触发信号到来时（OFF至ON）计数器复位（计数器经过值区D变为零）。当复位触发信号由ON至OFF，预置区S中的值传送给D。多种液体自动混合的控制要求：（1）初始状态 容器是空的，各个阀门皆关闭Y1、Y2、Y3、Y4均为OFF，传感器L1、L2、L3均为OFF，电动机M为OFF，电炉H为OFF。（2）启动操作 按

23、一下起动按钮开始下列操作：1） Y1=Y2=ON，液体A和B同时注入容器，当液面达到L2时，L2=ON，使Y1=Y2=OFF，Y3=ON，即关闭Y1、Y2阀门，打开液体C的阀门Y3。2） 当液面达到L1时，Y3=OFF，M=ON，即关闭到阀门Y3 ，电动机M启动开始搅拌。3） 经10s搅匀后，M=OFF,停止搅动，H=ON，加热器开始加热。4） 当混合液温度达到某一指定值时，T=ON，H=OFF，停止加热，使电磁阀Y4=ON，开始放出混合液体。5） 当液面下降到L3时,L3从ON到OFF，在经过5s，容器放空，使Y4=OFF，开始下一个周期。6） 当Y4开始放出液体后，左移寄存器开始接受一个上

24、升沿脉冲，在八段码上累加（八段码显示1-9）。当程序关闭后从新启动寄存器也将复位从新计数。(3) 停止操作 按下停止键，在当前的混合操作处理完毕后，才停止操作（停在初始状态下）输入启动按钮停止按牛液位传感器L1液位传感器L2液位传感器L3温度传感器TSR左移寄存器数据输入SR左移寄存器复位X0X1X2X3X4X5X6X7输出电磁阀Y1、Y2电磁阀 Y3电磁阀Y4电动机M电炉 H八段码a八段码b八段码c八段码d八段码e八段码f八段码gY0Y2Y3Y4Y5Y1Y6Y7Y8Y9YAYB2、I/O分配 3、连线图图511 PLC控制端子I/O连线图 4、逻辑梯形图 5、指令表六、结束语 在制作正式的课

25、题时，在控制要求中的自动循环比容易实现，只要在程序的控制开关后并上一个常开触头。而在制作控制要求中的计数装置时，再选择计数器时比较有困难，其中对几种寄存器的选择花费了很长时间，首先，对几种计数器进行了比较。R左移寄存器相当于一个串行输入移位寄存器。移位寄存器必须按数据输入，移位脉冲输入，复位输入和SR指令的顺序编程。数据在移位脉冲输入的上升沿逐位向高位移一位，再最高位溢出，当复位信号输入到来时，参与移位的内容全部复位（变为“0”）。该指令的功能只能为内部寄存器WR的16位的数据左移位。 可编程序控制器是计算机技术与自动控制技术相结合而开发的一种适用于工业环境下的新型通用自动控制装置，是作为替代

26、传统继电器的替换产品而出现的，随着计算机技术和微电子技术的迅猛发展可编程序控制器更多的具有了计算机的功能，不仅能实现逻辑控制，还具有了数据处理、通信、网络等功能。由于它可以通过软件来改变控制过程，而且具有体积小、组装维护方便、编程简单、可靠性高、抗干扰能力强等优点，已广泛应用于工业控制的各个领域是现代工业自动化三大支柱（PLC、机器人、CAD/CAM）之一，大大推动了机电一体化进程。七、致谢词 转瞬之间六周的毕业设计即将结束，在这段日子里不但使我度过了最后一段大学生活的美好时光，还使我受益匪浅。将三年大学以来的学习作了一个最后的总结和归纳，并融会于这份毕业设计之中。在六周的毕业设计里，通过自己

27、对PLC及其多种液体混合程序设计的学习和崔世钢老师的悉心指导和耐心解答使得我对PLC有了更深刻的了解，学习到了不同于原来书本上的知识。遇到疑难问题不是一味的逃避而是要追根问底。更使我感到在大学的学习只是学习了学习的方法，具体的实践还要通过自己的不懈努力和探索。我的毕业设计课题是PLC计数式多种液体自动混合系统设计，具体的步骤是通过对微型机PLC系统的研究，设计电路图，然后按照电路图，利用万能板作实际电路。刘老师还给我们详细的讲解了仿真器的使用和如何进行仿真。再设计过程中遇到了很多先前没有想到的问题，我在崔世刚老师的大力帮助和悉心指导下，经过资料查找和向崔老师请教逐步的解决了问题完成本课题。实现

28、了原来的设想 ，达到了预期的目的。最后，在完成全部论文及程序后，我们向崔志刚老师做了汇报，经崔老师检查合格才算完成了全部内容。这里我们再次感谢崔志刚老师的谆谆教导和各位领导和老师门对我的关怀和帮助。由于我们的知识有限，有不足的地方，还需要领导和老师的监督，请各位老师多多的指教。在此，我致以我衷心的谢意。 2004-6-14 王磊参 考 文 献1、常斗南 可编程序控制器原理、应用、实验M机械工业出版社 1998年7月2、宋玉德 可编程序控制器原理及应用系统设计技术M冶金工业出版社 1997年7月3、刘敏 可编程控制器技术M机械工业出版社 2001年2月4、王兆义 小型可编程控制器实用技术M机械工

29、业出版社 2000年8月5、易传禄 可编程序控制器应用指南M上海科学普及出版社 1993年6月6、马洪飞 电气自动化英语M 哈尔滨工业大学出版社 1999年7月附录FP是松下电工最新推出的小型PLC，它依照小型PLC的标准在保持机身小巧、使用简便的同时，加载中型PLC的功能。大幅度充实通信功能、大幅度提升位置控制功能，实现卓越的维护性，它代表了当今世界PLC的发展水平。FP系列各品种PLC中都配置有通信机构，其应用层遵守同一通信协议MEWTOCOL，这为网络用户开发应用软件提供了方便。用户只要在上位微机或单片机中利用高级语言按照MEWTOCOL协议的格式编写通信程序，即可实现与PLC进行远程IO的网络通信。用户可以不用编写PLC的通信程序。FP 型PLC内置Flash-ROM，容量：12K步，数据寄存器容量：32K字。提供与显示面板及计算机等RS232C设备的通道，包括编程口在内，最多可具有3个通信端口（3个RS232C口或1个RS232C、1个RS485口），一台控制器的控制范围更加广泛。其PLC链接功能，可以实现16站1024点链接继电器、128字链接寄存器的PC-LINK，作为小型PLC，可以无须编写通信程序而完成信息收集。可经实现最大100KHZ（