PLC控制在两种液体混合装置中的应用

1、学校代码： 14057 学 号： 20093630 芜湖信息技术职业学院毕业论文（设计）论文题目：plc控制在两种液体混合装置中的应用学科专业： _电气自动化_ _作者姓名： _ _ _ _ _指导教师：_ _ _ 完成时间： _2010-03-20_选题背景随着科学技术的猛速发展，自动控制技术在人类活动的各个领域中的应用越来越广泛，它的水平已成为衡量一个国家生产和科学技术先进与否的一项重要标志。自动控制技术作为自动化的强有力的手段，越来越多地与计算机技术、电子技术、信息技术结合起来，对促进我国的现代化建设起到越来越重要的作用。目前，在一些自动化、智能化等机电设备中，计算机技术与自动控制技术精

2、密地结合，进一步推动了现代工业的发展，可见计算机基础知识、计算机控制技术在其急电设备控制中的应用。目前绝大多数自动控制系统都是使用计算机来实现的，而计算机的广泛应用也大大促进了自动控制技术的应用与发展，并且出现了许多新的自动控制理论，使得自动控制技术正向着深度和广度两个发向发展。在广度方面，已经深入到国民经济的各个领域，从工业过程控制、农夜生产、国防技术到家用电器等都已广泛使用计算机来进行自动控制，控制对象也从单一对象的局部控制发展到对整个工厂、整个企业等大规模复杂对象进行控制。在深度方面，则向着智能化方向发展，出现了自适应、自学习等智能控制方法关键词: 多种液体 混合 自动控制毕业论文进度安

3、排：2012-02-202012-03-01论文的各项资料和文献的收集和阅读2012-03-012012-03-10 论文资料的初步整理和拟稿 2012-03102012-03-20初稿完成指导教师意见： 指导教师签名： 年 月 日毕业论文（设计）写作提纲一、论文题目plc控制在两种液体混合装置中的应用二、论题观点来源：随着科学技术的猛速发展，自动控制技术在人类活动的各个领域中的应用越来越广泛，它的水平已成为衡量一个国家生产和科学技术先进与否的一项重要标志。自动控制技术作为自动化的强有力的手段，越来越多地与计算机技术、电子技术、信息技术结合起来，对促进我国的现代化建设起到越来越重要的作用三、基

4、本观点：在一些自动化、智能化等机电设备中，计算机技术与自动控制技术精密地结合，进一步推动了现代工业的发展，可见计算机基础知识、计算机控制技术在其急电设备控制中的应用。四、论文结构： 前言第1章plc概述1.1plc（可编程控制器）定义1.2plc（可编程控制器）的由来1.3plc（可编程控制器）的工作原理1.4plc（可编程控制器）的主要特点和发展第2章液体自动混合系统方案设计2.1 方案设计原则2.2 系统的整体设计要求2.3 控制方式系统的要求的设计2.4 系统方案的设计思想第3章 液体自动混合系统的硬件设计3.1 硬件选型3.1.1 plc机型选择3.1.2 plc容量选择3.1.3 i

5、/o模块的选择3.1.4 电源模块的选择3.2 plc i/o点分配3.2.1分析原理3.2.2 plc的i2.3 主电路的设计/o接线图3.4 液体混合控制系统示意第4章 液体自动混合系统的软件设计4.1 程序设计的一般方法4.1.1 经验设计法4.1.2 逻辑设计法4.1.3 顺序设计法4.2 plc控制的相关流程图4.2.1 控制流程图4.3 可编程控制器梯形图第5章 系统调试5.1系统模拟调试5.2系统联机调试第6章 系统常见故障分析及维护 6.1 系统常见故障分析及维护6.2 系统故障分析及处理6.2.1 plc主机系统故障分析及处理6.2.2 plc的i/o端口系统故障分析及处理6

6、.2.3 现场控制设备故障分析及处理6.3 系统抗干扰性的分析和维护结论谢 辞参考文献毕业论文（设计）工作中期检查表系别： 自动化控制系 班级： 09电气（1）班 学生姓名学号指导教师 职称论文（设计）题目plc控制在两种液体混合装置中的应用选题是否有变化否如有，请填写原因是否一人一题否是否进行了选题背景、及写作提纲是是否进行了文献调研是本论文拟解决的关键问题软件和硬件的调试和故障分析教师填写部分论文（设计）进度情况： 提前完成 正常进行 延期滞后（请写出原因）工作态度情况（学生对毕业论文（设计）的认真程度、完成指导教师布置任务情况）： 认真 较认真 一般 不认真中期质量评价（学生已完成部分的

7、工作质量情况）： 好 中 差存在的问题与建议： 指导教师（签名）： 年 月 日系毕业论文（设计）工作领导小组意见（如被查学生为差的，请系毕业论文设计领导小组写出处理意见）： 领导小组组长（签名）： 年 月 日论文题目plc控制在两种液体混合装置中的应用中 文 摘 要plc是以计算机技术为核心的通用自动控制装置，也可以说它是一种用程序来改变控制功能的计算机。随着微处理器、计算机和通信技术的飞速发展，可编程序控制器plc已在工业控制中得到广泛应用，而且所占比重在迅速的上升。plc主要由cpu模块、输入模块、输出模块和编程装置组成。它应用于工业混合搅拌设备，使得搅拌过程实现了自动化控制、并且提升了搅

8、拌设备工作的稳定性，为搅拌机械顺利、有序、准确的工作创造了有力的保障。本文所介绍的多种液体混合的plc控制程序可进行单周期或连续工作，具有断电记忆功能，复电后可以继续运行。另外，plc还有通信联网功能，再通过组态，可直接对现场监控、更方便工作和管理。关键词：plc，液位传感器，定时器目录一、前言8第1章 plc概述101.1 plc（可编程控制器）定义101.2可编程逻辑控制器（plc）的由来101.3可编程逻辑控制器（plc）的工作原理：111.输入采样阶段在输入采样阶段112.用户程序执行阶段123输出刷新阶段121.4可编程逻辑控制器（plc）的主要特点和发展121. 可编程逻辑控制器（

9、plc）的主要特点122.可编程逻辑控制器（plc）的发展14第2章液体自动混合系统方案设计162.1 方案设计原则162.2 系统的整体设计要求162.3 控制方式系统的要求的设计172.4 系统方案的设计思想19第3章 液体自动混合系统的硬件设计203.1 硬件选型203.1.1 plc机型选择203.1.2 plc容量选择213.1.3 i/o模块的选择223.1.4 电源模块的选择233.2 plc i/o点分配243.2.1分析原理243.2.2 plc的i/o接线图253.3 主电路的设计253.4 液体混合控制系统示意26第4章 液体自动混合系统的软件设计284.1 程序设计的一

10、般方法284.1.1 经验设计法284.1.2 逻辑设计法284.1.3 顺序设计法284.2 plc控制的相关流程图294.2.1 控制流程图294.3 可编程控制器梯形图30第6章 系统常见故障分析及维护326.1 系统常见故障分析及维护326.2 系统故障分析及处理336.2.1 plc主机系统故障分析及处理336.2.2 plc的i/o端口系统故障分析及处理336.2.3 现场控制设备故障分析及处理346.3 系统抗干扰性的分析和维护34结论35谢 辞36参考文献37一、前言为了提高产品质量，缩短生产周期，适应产品迅速更新换代的要求，产品生产正向缩短生产周期、降低成本、提高生产质量等方

11、向发展。在炼油、化工、制药等行业中，多种液体混合是必不可少的工序，而且也是其生产过程中十分重要的组成部分。但是由于这些行业中多为易燃易爆、有毒有腐蚀性的介质，以至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混合精确、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，特别是中小型企业实现多种液体混合的自动控制，从而达到液体混合的目的，液体混合自动配料势必是摆在我们眼前的一大课题，借助实验室设备熟悉工业生产中plc的应用，了解不同公司的可编程控制器的型号和原理，熟悉其编程方式，而多种液体混合装置的控制更常见于工业生产中，适合大中型饮料生产厂家，

12、尤其见于化学工业中，便于学以致用。计算机的出现给大规模工业自动化带来了曙光。1968年，美国最大的汽车制造厂商通用汽车（gm）公司提出了公开招标方案，设想将功能完备、灵活、通用的计算机技术与继电器便于使用的特点相结合，把计算机的编程方法和程序输入方式加以简化，用面向过程、面向问题“自然语言”编程，生产一种新型的工业通用继电器，使人们不必花费大量的精力进行计算机编程，也能像继电器那样方便的使用。这个方案首先得到了美国数字设备（dec）公司的积极响应，并中标。该公司于1969年研制出了第一台符合招标要求的工业控制器，命名为可编程逻辑控制器（programmable logic controller

13、），简称plc（有的称为pc),并在gm公司的汽车自动装配线上实验获得了成功。plc一经出现，由于它的自动化程度高、可靠性好、设计周期短、使用和维护简便等独特优点，备受国内外技术人员和工商业界厂商的极大关注，生产plc的厂商云起。随着大规模集成电路和微处理器在plc中的应用，使plc的功能不断得到增强，产品得到飞速发展。采用基于plc的控制系统来取代园林单片机、继电器等构成的控制系统，采用模块化结构，具有良好的可移植性和可维护性，对提高企业生产和管理自动水平有很大的帮助，同时又提高了生产线的效率、使用寿命和质量，减少了企业产品质量的波动，因此具有广阔是市场前景。用plc进行开关量控制的实例很多

14、，在冶金、机械、纺织、轻工、化工、铁路等行业几乎都需要它，例如灯光照明、机床电控、食品加工、印刷机械、电梯、自动化仓库、液体混合系统、生产流水线等方面的逻辑控制，都广泛应用plc来取代传统的继电器控制。本次设计是将plc用于两种液体混合装置的设计的控制，对学习与实用是很好的结合。本设计的主要研究范围及要求达到的技术参数有：1.液体混合装置能够实现对混合罐安全、高效的加液、混液、出液的控制；2.满足混合液的各项技术要求；3.具体内容包括两种液体混合控制方案的设计、软硬件电路的设计、常见故障分析等等。第1章 plc概述1.1 plc（可编程控制器）定义 可编程逻辑控制器(programmable

15、logic controller,简称 plc) 根据国际电工委员会(iec)在1987年的可编程控制器国际标准第三稿中，对其作了如下定义：“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外部设备，都应按易于使工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。”可编程控制器作为目前工业自动化的重要基础设备，被称为“工业自动化三大支柱性产业之一”，在各工业生产领域发挥着愈来愈大的作用。1.2

16、可编程逻辑控制器（plc）的由来早期工业生产中广泛使用的电器自动控制系统是继电器-接触器控制系统，简称继电器控制系统，随着20世纪工业生产的迅速发展，市场竞争越来越激烈，工业产品更新换代的周期日趋缩短，新产品不断涌现，传统的继电器控制系统难以满足现代社会小批量、多品种、低成本、高质量生产方式的生产控制要求，为了改变这一现状，美国通用汽车公司在1969年公开招标，要求用新的控制装置取代继电器控制装置，并提出了十项招标指标，即： 1、编程方便，现场可修改程序； 2、维修方便，采用模块化结构； 3、可靠性高于继电器控制装置； 4、体积小于继电器控制装置； 5、数据可直接送入管理计算机； 6、成本可与

17、继电器控制装置竞争； 7、输入可以是交流115v； 8、输出为交流115v，2a以上，能直接驱动电磁阀，接触器等； 9、在扩展时，原系统只要很小变更； 10、用户程序存储器容量至少能扩展到4kb。 这就是著名的gm10条1969年，美国数字设备公司（dec）研制出第一台plc，在美国通用汽车自动装配线上试用，获得了成功。这种新型的工业控制装置以其简单易懂，操作方便，可行性高，通用灵活，体积小，使用寿命长等一系列优点，很快地在美国其他工业领域推广应用。到1971年，已经成功地应用于食品，饮料，冶金，造纸等工业。这一新型工业控制装置的出现，也受到了世界其他国家的高度重视。1971日本从美国引进了这

18、项新技术，很快研制出了日本第一台plc。1973年，西欧国家也研制出它们的第一台plc。我国从1974年开始研制。于1977年开始工业应用。1.3可编程逻辑控制器（plc）的工作原理：当plc投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，plc的cpu以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。1.输入采样阶段在输入采样阶段 plc以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入i/o映象区中的相应得单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，i/o映象

19、区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。2.用户程序执行阶段 在用户程序执行阶段，plc总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统ram存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在i/o映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。即，在用户程序执行过程中，只有输入点在i/o映象区内的状

20、态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在i/o映象区或系统ram存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。 3输出刷新阶段 当扫描用户程序结束后，plc就进入输出刷新阶段。在此期间，cpu按照i/o映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是plc的真正输出。1.4可编程逻辑控制器（plc）的主要特点和发展1. 可编程逻辑控制器（plc）的主要特点（1）、高可靠性

21、 1）所有的i/o接口电路均采用光电隔离，使工业现场的外电路与plc内部 之间电气上隔离。 2）各输入端均采用r-c滤波器，其滤波时间常数一般为1020ms. 3）各模块均采用屏蔽措施，以防止辐射干扰。 4）采用性能优良的开关电源。 5）对采用的器件进行严格的筛选。 6）良好的自诊断功能，一旦电源或其他软，硬件发生异常情况，cpu立即 采用有效措施，以防止故障扩大。 7）大型plc还可以采用由双cpu构成冗余系统或有三cpu构成表决系统, 使可靠性更进一步提高。丰富的i/o接口模块 plc针对不同的工业现场信号，如：交流或直流；开关量或模拟量；电压或电流；脉冲或电位； 强电或弱电等。有相应的i

22、/o模块与工业现场的器件或设备，如：按钮；行程开关；接近开关；传感器及变送器；电磁线圈；控制阀等直接连接。另外为了提高操作性能，它还有多种人-机对话的接口模块; 为了组成工业局部网络，它还有多种通讯联网的接口模块，等等。（3）、采用模块化结构 为了适应各种工业控制需要，除了单元式的小型plc以外，绝大多数plc均采用模块化结构。plc的各个部件，包括cpu，电源，i/o等均采用模块化设计，由机架及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合4）、编程简单易学 plc的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式，对使用者来说，不需要具备计算机的专门知识，因此很容易被一般工程技

23、术人员所理解和掌握。（5）、安装简单，维修方便 plc不需要专门的机房，可以在各种工业环境下直接运行。使用时只需将现场的各种设备与plc相应的i/o端相连接，即可投入运行。各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障。由于采用模块化结构，因此一旦某模块发生故障，用户可以通过更换模块的方法使系统迅速恢复。2.可编程逻辑控制器（plc）的发展 虽然plc问世时间不长，但是随着微处理器的出现，大规模，超大规模集成电路技术的迅速发展和数据通讯技术的不断进步，plc也迅速发展，其发展过程大致可分三个阶段：1）、早期的plc（60年代末70年代中期） 早期的plc一般称为可编程逻辑控制

24、器。这时的plc多少有点继电器控制装置的替代物的含义，其主要功能只是执行原先由继电器完成的顺序控制，定时等。它在硬件上以准计算机的形式出现，在i/o接口电路上作了改进以适应工业控制现场的要求。装置中的器件主要采用分立元件和中小规模集成电路，存储器采用磁芯存储器。另外还采取了一些措施，以提高其抗干扰的能力。在软件编程上，采用广大电气工程技术人员所熟悉的继电器控制线路的方式梯形图。因此，早期的plc的性能要优于继电器控制装置，其优点包括简单易懂，便于安装，体积小，能耗低，有故障指使，能重复使用等。其中plc特有的编程语言梯形图一直沿用至今。2）、中期的plc（70年代中期80年代中，后期） 在70

25、年代，微处理器的出现使plc发生了巨大的变化。美国，日本，德国等一些厂家先后开始采用微处理器作为plc的中央处理单元(cpu)。 这样，使plc得功能大大增强。在软件方面，除了保持其原有的逻辑运算、计时、计数等功能以外，还增加了算术运算、数据处理和传送、通讯、自诊断等功能。在硬件方面，除了保持其原有的开关模块以外，还增加了模拟量模块、远程i/o模块、各种特殊功能模块。并扩大了存储器的容量，使各种逻辑线圈的数量增加，还提供了一定数量的数据寄存器，使plc得应用范围得以扩大。 3）、近期的plc（80年代中、后期至今） 进入80年代中、后期，由于超大规模集成电路技术的迅速发展，微处理器的市场价格大

26、幅度下跌，使得各种类型的plc所采用的微处理器的当次普遍提高。而且，为了进一步提高plc的处理速度，各制造厂商还纷纷研制开发了专用逻辑处理芯片。这样使得plc软、硬件功能发生了巨大变化。第2章液体自动混合系统方案设计2.1 方案设计原则整个设计过程是按工艺流程设计，为设备安装、运行和保护检修服务，设计的编写按照国家关于电气自动化工程设计中的电气设备常用基本图形符号（gb4728）及其他相关标准和规范编写。设计原则主要包括：工作条件：工程对电气控制线路提供的具体资料，系统在保证安全、可靠、稳定、快速的前提下，尽量做到经济、合理、合用，减小设备成本。在方案的选择、元器件的选型时更多的考虑新技术、新

27、产品。控制由人工控制到自动控制，由模拟控制到微机控制，使功能的实现由一到多而且更加趋于完善。对于本课题来说，液体混合系统部分是一个较大规模工业控制系统的改适升级，控制装置需要根据企业设备和工艺现况来构成并需尽可能的利用旧系统中的元器件。对于人机交互方式改造后系统的操作模式应尽量和改造前的相类似，以便于操作人员迅速掌握。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。人机交互界面友好，应具备数据储存和分析汇总的能力。要实现整个液体混合控制系统的设计，需要从怎样实现多个电磁阀的开关以及电动机启动的控制这个角度去考虑，现在就这个问题的如何实现以及选择怎

28、样的方法来确定系统方案。2.2 系统的整体设计要求在该混合液体装置中，需要完成两种液体的进料、混合、卸料的功能，控制要求如下：1.混合过程：开始排放混合液体阀打开延时10s后自动关闭，a液体阀y1打开，注入a液体。当液面上升到sl2时，关闭a液体阀y1，同时注入b液体阀y2打开，注入b液体。当液面上升到sl3时，关闭b液体阀，并开始定时搅拌，搅拌10s后停止。2.停止过程：停止搅拌后自动排放混合液体，当混合液体的页面下降到sl1时，开始计时到10s后关闭排气阀y4。一个循环结束。3.当系统发生故障时，报警灯闪烁。保护动作自动关闭相应的阀门和开启相应的阀门。停止混合系统运行。4.本设计使用液位h

29、、i、l 3个传感器控制液体a、液体b的进入和混合液排出的3个电磁阀门及搅拌机的启停。2.3 控制方式系统的要求的设计就目前的现状有以下几种控制方式满足系统的要求：继电器控制系统、单片机控制、工业控制计算机控制、可编程序控制器控制。 1.继电器控制系统控制功能是用硬件继电器实现的。继电器串接在控制电路中根据主电路中的电压、电流、转速、时间及温度等参量变化而动作，以实现电力拖动装置的自动控制及保护。系统复杂，在控制过程中，如果某个继电器损坏，都会影响整个系统的正常运行，查找和排除故障往往非常困难，虽然继电器本身价格不太贵，但是控制柜的安装接线工作量大，因此整个控制柜价格非常高，灵活性差，响应速度

30、慢。 2.单片机控制单片机作为一个超大规模的集成电路，机构上包括cpu、存储器、定时器和多种输入/输出接口电路。其低功耗、低电压和很强的控制功能，成为功控领域、尖端武器、日常生活中最广泛的计算机之一。但是，单片机是一片集成电路，不能直接将它与外部i/o信号相连。要将它用于工业控制还要附加一些配套的集成电路和i/o接口电路，硬件设计、制作和程序设计的工作量相当大。 3.工业控制计算机控制 工控机采用总线结构，各厂家产品兼容性强，有实时操作系统的支持，在要求快速、实用性强、功能复杂的领域中占优势。但工控机价格较高，将它用于开关量控制有些大材小用。且其外部i/o接线一般都用于多芯扁平电缆和插头、插座

31、，直接从印刷电路板上引出，不如接线端子可靠。 4.可编程序控制器控制 可编程控制器配备各种硬件装置供用户选择，用户不用自己设计和制作硬件装置，只须确定可编程序控制器的硬件配制和设计外部接线图，同时采用梯形图语言编程，用软件取代继电器电器系统中的触点和接线，通过修改程序适应工艺条件的变化。 可编程控制器(plc)从上个世纪70年代发展起来的一种新型工业控制系统，起初它主要是针对开关量进行逻辑控制的一种装置，可以取代中间继电器、时间继电器等构成开关量控制系统。随着30多年来微电子技术的不断发展，plc也通过不断的升级换代大大增强了其功能。现在plc已经发展成为不但具有逻辑控制功能、还具有过程控制功

32、能、运动控制功能和数据处理功能、连网通讯功能等多种性能，是名符其实的多功能控制器。由plc为主构成的控制系统具有可靠性高、控制功能强大、性价比高等优点，是目前工业自动化的首选控制装置。故选择plc来实施本次设计。(1) 开关量的逻辑控制 这是plc最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。 (2) 运动控制plc可以用于圆周运动或直线运动的控制，世界上各主要plc厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。

33、(3) 闭环过程控制过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，plc能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。pid调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。(4) 数据处理现代plc具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。(5) 通信及联网plc通信含plc间的通信及plc与其它智能设备间的通信

34、。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各plc厂商都十分重视plc的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的plc都具有通信接口，通信非常方便。2.4 系统方案的设计思想控制系统简单、经济、使用和维护方便。物料混合设备要节能、安全、高效和满足生产及应用要求：1可靠性高，抗干扰能力强高可靠性是电气控制设备的关键性能。plc由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。2配套齐全，功能完善，适用性强plc发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代plc大

35、多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。3易学易用，深受工程技术人员欢迎 plc作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用plc的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。4系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造plc用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程

36、成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。5体积小，重量轻，能耗低6硬件配套齐全，拥护使用方便，适应性强 第3章 液体自动混合系统的硬件设计3.1 硬件选型3.1.1 plc机型选择机型选择的基本原则是在满足控制功能要求的前提下，保证系统工作可靠、维护使用方便及最佳的性能价格比。具体应考虑的因素如下所述。1结构合理对于工艺过程比较固定、环境条件较好、维修量较小的场合，选用整体式结构的plc；否则，选用模块式结构的plc，物料混合控制系统的设计选用整体式结构的plc能够达到要求。2功能强、弱适当 对于开关量控制的工程项目，若控制速度要求不高，一般选用低档的plc，西门子公司的s7-200系列机

37、或欧姆龙公司的com1。3机型统一 plc的结构分为整体式和模块式两种。整体式结构把plc的i/o和cpu放在一块印刷电路板上，并封装在一个壳体内，省去了插接环节，因此体积小、价格便宜。但由于整体式结构的plc功能有限，只适用于控制要求比较简单的系统。一般大型的控制系统都使用模块式结构，这样功能易扩展，比整体式灵活。一个大型企业选用plc时，尽量要做到机型统一。由于同一机型的plc，其模块可互为备用，以便备件的采购和管理；另外，功能及编程方法统一，有利于技术人员的培训；其外部设备通用也有利于资源共享。若配备了上位计算机，可把各独立系统的多台plc联成一个多级分布式控制相互通信，集中协调管理。物

38、料混合控制系统控制要求比较简单选择整体式结构的plc。4是否在线编程plc的特点之一是使用灵活。当被控设备的工艺过程改变时，只需用编程器重新修改程序，就能满足新的控制要求，给生产带来很大方便。plc的编程分为离线编程和在线编程两种。离线编程的plc，其主机和编程器共用物料混合控制系统采用离线编程。5plc的环境适应性由于plc是直接用于工业控制的工业控制器，生产厂家都把它设计成能在恶劣的环境条件下可靠地工作。尽管如此，每种plc都有自己的环境技术条件，用户在选用时，特别是在设计控制系统时，对环境条件要进行充分的考虑。一般plc及其外部电路（i/o模块、辅助电源等）都能在下列环境条件下可靠工作：

39、温度：工作温度055，最高为60储存温度： -4085湿度：相对湿度5%95%(无凝结霜)振动和冲击： 满足国际电工委员会标准电源：交流200v，允许变化范围为-15%15%，频率为4753hz瞬间停电保持l0ms环境：周围空气不能混有可燃性、爆炸性和腐蚀性气体对于需要应用在特殊环境下的plc，要根据具体的情况进行合理的选择。3.1.2 plc容量选择plc容量包括两个方面：一是i/o的点数；二是用户存储器的容量（字数）。plc容量的选择除满足控制要求外，还应留有适当的裕量，以做备用。根据经验，在选择存储容量时，一般按实际需要的10%25%考虑裕量。对于开关量控制系统，存储器字数为开关量i/o

40、乘以8；对于有模拟量控制功能的plc，所需存储器字数为模拟内存单元数乘以100。通常，一条逻辑指令占用存储器一个字。计时、计数、移位及算术运算、数据传输等指令占用存储器两个字。各种指令占存储器的字数可查阅plc产品使用手册。i/o点数也应留有适当裕量。由于目前i/o点数较多的plc价格也较高，若备用的i/o点的数量太多，将使成本增加。根据被控对象的输入信号和输出信号的总点数，并考虑到今后的调整和扩充，通常i/o点数按实际需要的10%15%考虑备用量。3.1.3 i/o模块的选择plc是一种工业控制系统，它的控制对象是工业生产设备或工业生产过程，它的工作环境是工业生产现场。它与工业生产过程的联系

41、是通过 通过i/o接口模块可以检测被控生产过程的各种参数，并以这些现场数据作为控制器对被控制对象进行控制的依据。同时控制器又通过i/o接口模块将控制器的处理结果送给工业生产过程中的被控设备，驱动各种执行机构来实现控制。外部设备或生产过程中的信号电平各种各样，各种机构所需的信息电平也是各种各样的，而plc的cpu所处理的信息只能是标准电平，所以i/o接口模块还需实现这种转换。plc从现场收集的信息及输出给外部设备的控制信号都需经过一定距离。为了确保这些信息的正确无误，plc的i/o接口模块都具有较好的抗干扰能力。根据实际需要，plc相应有许多种i/o接口模块，包括开关量输入模块、开关量输出模块、

42、模拟量输入模块及模拟量输出模块，可以根据实际需要进行选择使用。1确定i/o点数i/o点数的确定要充分的考虑到裕量，能方便地对功能进行扩展。对一个控制对象，由于采用不同的控制方法或编程水平不一样，i/o点数就可能有所不同。2开关量i/o标准的i/o接口用于同传感器和开关（如按钮、限位开关等）及控制（开/关）设备（如指示灯、报警器、电动机起动器等）进行数据传输。典型的交流i/o信号为24240v（ac），直流i/o信号为524v（dc）。 3选择开关量输入模块主要从下面两方面考虑：一是根据现场输入信号与plc输入模块距离的远近来选择电平的高低。一般24v以下属于低电平，其传输距离不宜太远。如12v

43、电压模块一般不超过10m，距离较远的设备选用较高电压模块比较可靠。二是高密度的输入模块，如32点输入模块，能允许同时接通的点数取决于输入电压和环境温度。一般同时接通的点数不得超过总输入点数的60%。4选择开关量输出模块时应从以下三个方面来考虑：一是输出方式选择。输出模块有三种输出方式：继电器输出、晶闸管输出、晶体管输出。其中，继电器输出价格便宜，使用电压范围广，导通压降小，承受瞬时过电压和过电流的能力强，且有隔离作用。但继电器有触点，寿命较短，且响应速度较慢，适用于动作不频繁的交直流负载。当驱动电感性负载时，最大开闭频率不得超过1hz。晶闸管输出（交流）和晶体管输出（直流）都属于无触点开关输出

44、，适用于通断频繁的感性负载。感性负载在断开瞬间会产生较高反电压，必须采取抑制措施。二是输出电流的选择。模块的输出电流必须大于负载电流的额定值，如果负载电流较大，输出模块不能直接驱动时，应增加中间放大环节。对于电容性负载、热敏电阻负载，考虑到接通时有冲击电流，要留有足够的余量。三是允许同时接通的输出点数。在选用输出点数时，不但要核算一个输出点的驱动能力，还要核算整个输出模块的满负荷负载能力，即输出模块同时接通点数的总电流值不得超过模块规定的最大允许电流值。3.1.4 电源模块的选择电源模块的选择一般只需考虑输出电流。电源模块的额定输出电流必须大于处理器模块、i/o模块、专用模块等消耗电流的总和。

45、以下步骤为选择电源的一般规则：1确定电源的输入电压；2将框架中每块i/o模块所需的总背板电流相加，计算出i/o模块所需的总背板电流值；3i/o模块所需的总背板电流值再加上以下各电流： （1） 框架中带有处理器时，则加上处理器的最大电流值； （2） 当框架中带有远程适配器模块或扩展本地i/o适配器模块时，应加上其最大电流值。4如果框架中留有空槽用于将来扩展时，可做以下处理； （1） 列出将来要扩展的i/o模块所需的背板电流； （2） 将所有扩展的i/o模块的总背板电流值与步骤。5在框架中是否有用于电源的空槽，否则将电源装到框架的外面。6根据确定好的输入电压要求和所需的总背板电流值，从用户手册中选

46、择合适的电源模块。具体应考随着plc技术的发展，plc产品的种类越来越多，而且功能也日益完善。plc的种类繁多，其结构、性能、容量、指令系统、编程方式、价格等各有不同，当然使用场合也有所不同。因此选择合理的plc对提高plc控制系统技术经济指标意义重大。因此在选择机型时不仅要满足其功能要求及维护等方面的虑：（1）合理的结构形式（2）安装方式的选择（3）相当的功能要求（4）系统可靠性的要求3.2 plc i/o点分配 3.2.1分析原理通过分析控制任务，如不考虑产量显示，则共需要5个数字量输入和7个数字量输出，cpu型号可以选择s7-200plc的cpu224（本机上有14个数字量输入和10个数

47、字量输出）。由于系统需要显示灌装的灌数，产量上限为1600，可以使用4个带译码电路的bcd数码显示管显示灌装产量，这样就另外需要16点数字量输出。可以使用2个数字量输出扩展模块em22（dc24v）或使用一个数字量输入/输出混合扩展模块em233(di16/do16*dc24v)。sl1(l)、sl2(i)、sl3(h)为3个液位传感器，液体淹没时接通。进液阀qo.1、qo.2分别控制a液体和b液体进液，出液阀q0.3控制混合液体出液。该系统所使用的输入输出设备的i/o分配如表2-1所示。表2-1输入和输出设备i/o分配表输入输出i1.0启动按钮sb1q0.1液体a电磁阀y1i1.1停止按钮s

48、b2q0.2液体b电磁阀y2i1.2低液面传感器sl1q0.3混合液电磁阀y4i1.3中液面传感器sl2q0.0搅动电动机接触器i1.4高液面传感器sl33.2.2 plc的i/o接线图根据表2-1输入和输出设备及i/o点分配表画出图2-1 i/o主要接线图如下: 启动按钮sb1、停止按钮sb2分别由i1.0和i1.1控制。图2-1 i/o接线图3.3 主电路的设计根据以上所选的cjx1-9，220v型接触器、dz47-63系列小型断路器、jr16b-60/3d型热继电器和型号为y90s-6/0.75kw的电动机可画出其硬件电气原理图如图2-2所示。其中本次设计中的混合液体搅拌由电动机m启动。

49、带有短路保护、过载保护等，短路保护由fu熔断器来实现保护功能，过载保护由fr热继电器来实现其保护功能。图2-2主电路3.4 液体混合控制系统示意本设计为两种液体混合搅拌控制，其元件、要求如下：1.初始状态 开始排放混合液体阀y4打开延时10s后自动关闭2. 启动操作 按下启动按钮sb1，液体装置开始按以下顺序工作： （1）进液阀y1打开，a液体流入容器，液位上升。 (2）当液位上升到sl2（i）处时，进液阀y1关闭，a液体停止流入，同时打开进液阀y2，b液体开始流入容器。 （3）当液位上升到sl3（h）处，进液阀y2关闭，b液体停止流入，同时搅拌电动机开始工作。 （4）当搅拌电机定时搅拌10s

50、后制动停止搅拌，同时y4打开，开始放液，液位开始下降。 （5）当液位下降到sl1（l）处时，开始计时10秒后关闭放液阀y4，自动开始下一个循环。3.停止操作 工作中，若按下停止按钮sb2，装置不会立即停止，而是完成当前工作循环后再停止。如图2-3所示，sl1（l）、sl2（i）、sl3（h）为3个液位传感器，液体淹没时接通。进液阀y1、y2分别控制液体a和液体b进液，出液阀y4控制混合液体出液。图2-3 搅拌系统示意图第4章 液体自动混合系统的软件设计4.1 程序设计的一般方法4.1.1 经验设计法经验设计法也叫凑试法。在掌握一些典型控制环节和电路设计的基础上，根据被控对象对控制系统的具体要求

51、，凭经验进行选择、组合。这种方法对于一些简单的控制系统的设计是比较凑效的，可以收到快速、简单的效果。经验设计法的具体步骤如下：1确定输入/输出电器；2确定输入和输出点的个数、选择plc机型、进行i/o分配；3做出系统动作工程流程图；4选择plc指令并编写程序； 5编写其它控制要求的程序；将各个环节编写的程序联系起来，即得到一个满足控制要求的程序。4.1.2 逻辑设计法工业电气控制线路中，有很多是通过继电器等电器元件来实现的。而继电器、交流接触器的触点都只有两种状态即：断开和闭合，因此用“0”和“1”两种取值的逻辑代数设计电气控制线路是完全可以的。该方法是根据数字电子技术中的逻辑设计法进行plc

52、程序的设计，它使用逻辑表达式描述问题。在得出逻辑表达式后，根据逻辑表达式画出梯形图。4.1.3 顺序设计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。功能图由流程步、有向线段、转移和动作组成，在使用时它有一些使用规则，具体如下：1. 步于步之间必须用转移隔开；2. 转移与转移之间必须用步隔开；3. 转移和步之间用有向线段连接，正常画顺序功能图的方向是从上向下或则从左向右。按照正常顺

53、序画图时，有向线段可以不加箭头，否则必须加箭头。4. 一个顺序功能图中至少有一出初始步。4.2 plc控制的相关流程图4.2.1 控制流程图液体自动混合的控制是比较复杂的，要满足控制的要求，电梯在接收用户信号的同时，还要不断处理各种定时信号。液体混合动作的循环过程为：开阀门y1-一关阀门y1-开阀门y2-关阀门y2-搅拌一定时一放液体一定时一关阀门y4-停止一个循环。同时在程序设计过程中应遵循定时原则。系统的软件流程图 ，如图3-1所示。图3-1程序流程图4.3 可编程控制器梯形图标准语言梯形图语言也是我们最常用的一种语言，它有以下特点1. 它是一种图形语言，沿用传统控制图中的继电器触点、线圈

54、、串联等术语和一些图形符号构成，左右的竖线称为左右母线。2. 梯形图中接点（触点）只有常开和常闭，接点可以是plc输入点接的开关也可以是plc内部继电器的接点或内部寄存器、计数器等的状态。3. 梯形图中的接点可以任意串、并联，但线圈只能并联不能串联。4. 内部继电器、计数器、寄存器等均不能直接控制外部负载，只能做中间结果供cpu内部使用。5. plc是按循环扫描事件，沿梯形图先后顺序执行，在同一扫描周期中的结果留在输出状态暂存器中所以输出点的值在用户程序中可以当做条件使用。功能左边画输入、右边画输出。根据图3-1流程图，分析画出梯形图如3-2所示。图3-2梯形图梯形图分析：1.初始状态 当装置投入运行时，进液阀qo.1、qo.2关闭，出液阀qo.3 打开10秒将容器中的残存液体放空后关闭。2