基于西门子S7-200的液体混料罐控制系统设计

1、基于基于 PLCPLC 的液体混料罐控制系统设计的液体混料罐控制系统设计 系系别：别： 汽车与电气工程系汽车与电气工程系 专专业：业：电气自动化电气自动化 班班级：级：0808 电气（电气（1 1）班）班 姓姓名：名：姜飞龙姜飞龙 学学号：号：08020301130802030113 指导教师：指导教师：张疆涌张疆涌 完成时间：完成时间：20112011 年年 5 5 月月 年年月月日日 扬州职业大学 毕业论文（设计） 论文分类号： 密级： 无 I 目录目录 摘 要.III 前言.1 第 1 章 混料罐控制系统方案设计.3 1.1 方案设计原则. 3 1.2 系统的总体设计要求.3 1.3 总

2、体结构设计方案.4 1.4 控制对象分析. 4 第 2 章 混料罐控制系统的硬件设计.6 2.1 选择 PLC.6 2.2 选择接触器. 7 2.2.1 用途.8 2.2.2 工作条件.8 2.2.3 结构特征.8 2.3 选择搅拌电机. 9 2.3.1 功率选择.9 2.3.2 种类和型式的选择.10 2.3.3 电压和转速的选择.10 2.4 小型三极断路器的选择.10 2.5 液位传感器的选择. 11 2.6 选择电磁阀. 12 2.6.1 入罐液体的选用.12 2.6.2 出罐液体的选用.13 2.7 选择热继电器. 13 2.8PLC I/O 点分配.14 2.8.2 PLC 的 I

3、/O 接线图.15 2.9 主电路的设计. 16 第 3 章 混料罐控制系统的程序设计.18 3.1 分析控制要求. 18 3.4 梯形图执行原理分析.20 3.4.1 混合液体装置控制系统主程序梯形图.21 3.4.2 自动混料装置控制系统自动运行子程序梯形图.23 3.4.3 自动混料装置控制系统复位子程序梯形图.26 第 4 章 系统常见故障分析及维护.27 4.1 系统常见故障分析及维护.27 4.2 系统故障分析及处理.28 4.2.1 PLC 主机系统故障分析及处理.28 4.2.2 PLC 的 I/O 端口系统故障分析及处理.28 4.2.3 现场控制设备故障分析及处理.28 I

4、I 4.3 系统抗干扰性的分析和维护.29 结 论.30 谢 辞.31 参考文献.31 III 基于 S7-200 的液体混料罐控制系统设计 摘 要 随着科技的发展，PLC 的开发与应用把各国的工业推向自动化、智能化。强大的抗 干扰能力使它在工业方面取代了微型计算机，方便的软件编程使他代替了继电器的繁杂 连线，灵活、方便，效率高。 本次设计主要是对两种液体混合搅拌机 PLC 控制系统的设计，在设计中针对控制 对象：三只传感器监视容器高、中、低液位，设三电磁阀控制液体 A、B 输入与混合液 体 C 输出，设搅拌电机 M。搅拌机是一种将两种或多种以上材料搅拌混合的系统，对搅 拌机的控制，关系到产品

5、的质量，工艺流程是：启动后开阀放出混合液体 C，低液位后 延时 20S 放空后关阀，放入液体 A 经低液位再注入至中液位，关 A，放液体 B 至高液 位，关 B，启动搅拌电机 M，搅 60S 后停，开阀放出混合液体 C，低液位后延时 20S 放 空后关阀，又重复上述过程，要求工作过程中按下停止按纽后搅拌器不立即停止工作， 对当前混合操作处理完毕后才停止搅拌器。 本设计采用德国西门子 S7 系列 S7-200PLC 以液体混料控制系统为中心，从控制系统的硬件系统组成，软件选用到系统的设计过程 （包括设计方案、设计流程、设计要求、梯形图设计、外部连接通信等） ，旨在对其中 的设计及制作过程做简单的

6、介绍和说明。 关键词：液体混料装置，自动控制，PLC，电动机，传感器 IV LIQUID MIXING TANK S7-200 BASED CONTROL SYSTE DESIGN ABSTRACT With the development of technology, PLC development and application of the industrial countries into the automation and intelligence.Strong anti-interference ability to make it in the industry replace

7、d the micro-computer to facilitate software programming to enable him to replace the relay of complex connections, flexible, convenient and efficient. The system is mainly of two liquids mixing and blending machine PLC control system, for controlling the object in the design: three sensors Jianshiro

8、ngqi high, medium and low level, She three solenoid control liquid A, B input and the mixed liquid C output, set stirring motor M. Mixer is a two or more above the mixing material system, on the mixer control, related to the quality of the product, process is: A post placed in the liquid to be injec

9、ted by the low level of liquid level, the relevant .A up to high level of liquid B, Guan B, start stirring motor M, after mixing 60S stop, open mixed liquid release valve C, the low level off after the delay after 20S emptying valve, then repeat the process, the course work required.Press the Stop b

10、utton to stop working immediately after the mixer is not on the current operations have been disposed of to stop mixing blender. This design uses the Japanese Mitsubishi company to liquid mixture FX1Nseries PLC control system for the center, from the control system hardware system components, softwa

11、re used to the system design process (including design, design process, design requirements, ladder design, external Connect Communications, etc.), aims to design and manufacturing process which presents a brief introduction and explanation. KEYWORDS: liquid mixing equipment, automatic control, PLC,

12、 motor, sensor 1 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，产品生产正想 缩短生产周期、降低成本、提高生产质量等方向发展。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，特别是其中的中小型企业 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就是 摆在我们眼前的一大

13、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，尤其见于化学化工业中，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，吧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，也能想几点起那样方便地使用。这个方

14、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） ，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，备受国内外工程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，是 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

15、取代原来由单片机、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， 因此具有广阔的市场前景。用 PLC 进行开关量控制的实例很多，在冶金、机械、纺织、 轻工、化工、铁路等行业几乎都需要它，如灯光照明、机床电控、食品加工、印刷机械、 2 电梯、自动化仓库、液体混合自动配料系统、生产流水线等方面的逻辑控制，都广泛应 用 PLC 来取代传统的继电气控制。本次设计是将 PLC 用于两种液体混合灌装设置的控 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

16、的技术参数有： 1. 液体灌装机能够实现对混料罐 安全、高效的加料、混料、出料的控制；2. 满足混料罐的各项技术要求；3. 具体内容 包括两种液体混料控制方案的设计、软硬件电路的设计、常见故障分析等等。 3 第 1 章 混料罐控制系统方案设计 1.1 方案设计原则 整个设计过程是按思想工艺流程设计，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 体资科，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

17、的选择、元器件的选型时更多的考虑新技术、新产品。控制由人 工控制到自动控制， 由模拟控制到徽机控制， 使功能的实现由一到多而且更加趋于充善。 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，新 控制装置需要报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，以便于操作人员迅逮 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，需要从怎样实现各电磁阀的开关以及电动机

18、 启动的控制这个角度去考虑，现在就这个问越的如何实现以及选择怎样的方法来确定系 统方案。 1.2 系统的总体设计要求 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： 当按下启动按钮 SB1 时，使系统处于运行状态（可通过指示灯 HL1 进行指示） ，同 时执行复位过程操作；复位操作完成后，即执行自动混料操作；按下停止按钮 SB2，等 待本次混合液体操作处理完成后，停止混料操作，且停止系统运行。另外，在系统运行 时，还需要记录混合液体的灌数，并实时显示在数码管上；当灌数达到 1600 灌时，指 示灯 HL2 频率闪烁。复位操作过程如下：液体 A、B 阀门关闭，混合

19、液体卸料阀门开， 使液面下降至液面传感器 L 处， 当液面传感器 L 检测到信号达 2 秒， 即表示将混合液体 装置中的液体放空，此时需将混合液体卸料阀门关闭，复位过程完成。 4 1. 本设计主要实现对混料罐的加料、混料、出料的控制。 2. 本设计使用液位 H、I、L 3 个传感器控制液体 A 液体、B 的进入和混合夜排出的 3 个电磁阀门及搅拌机的启停。 1.3 总体结构设计方案 H、I、L 分别为高、中、低液位传感器，液位淹没时接通，液体 A、B 电磁阀与混合 液电磁阀由 YV1、YV2、YV3 控制，M 为搅匀电动机。 混合液 液体液体 停止 起动 图 1-1 搅拌控制系统示意图 1.4

20、 控制对象分析 控制要求： 如图 1-1 所示，SL1(H)、SL2(I)、SL3(L)为 3 个液位传感器，液体淹没时接通。进 液阀 Q01、Q02 分别控制 A 液体和 B 液体进液，出液阀控制混合液体出液。 1. 初始状态当装置投入运行时，进液阀 Q01、Q02 关闭，出液阀 Q03 打开 20 秒 将容器中的残存液体放空后关闭。 2. 起动操作按下起动按钮 SB1，液体混合装置开始按以下顺序工作： 1）进液阀 Q01 打开，A 液体流入容器，液位上升。 2）当液位上升到 SQ2(I)处时，进液阀 Q01 关闭，A 液体停止流入，同时打开进液 阀 Q02，B 液体开始流入容器。 3）当液

21、位上升到 SL1(H)处，进液阀 Q02 关闭，B 液体停止流入，同时搅拌电动机 开始工作。 5 4）混合液体搅拌，先正传 2 秒，停 1 秒，再反转 2 秒，停 1 秒。 5）当搅拌电机正反转 3 次后停止搅拌，放液阀 Q03 打开，开始放液，液位开始下 降。 6）当液位下降到 SL3(L)处时，开始计时且装置继续放液，将容器放空，计时满 2 秒后关闭放液阀 Q03，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。 6 第 2 章 混料罐控制系统的硬件设计 2.1 选择 PLC 传统的控制方法是采用维电器一接触器控制。这种

22、控制系统较复杂，并且大量的硬 件接线使系统可靠性降低，也简洁地降低了设备的工作效率，采用可编程控制器较好地 解决了这一问题，可编程控制器是一种将计算机技术、自动控制技术和通信技术结合在 一起的新型工业自动控制设备，不仅能实现对开关量信号的逻辑控制，还能实现与上位 计算机等智能设备之问的通信。因此，将可编程控制器应用于多种液体混合灌装机，完 全能满足控制要求。且具有操作简单，运行可靠、工艺参数修改方便、自动化程度高等 优点。 在本控制系统中，所需的开关量输入为 5 点，开关量输出为 4 点，考虑到系统的可 扩展性和维修的方便性，选择模块式 PLC。由于本系统的控制是顺序控制，选用西门子 S7-2

23、00 PLC 作控制单元来控制整个系统。 图 2-1 S7-200PLC PLC 的一般结构如图 2-2 所示，由图可见主要有 6 个部分组成，包括 CPU（中央处 理器） 、存储器、输入输出接口电路、电源、外设接口、I/O 扩展接口。 1.中央处理单元（CPU) CPU 一样，PLC 中的 CPU 也是整个系统的核心部件，主要有运算器、控制器、寄存 器及实现它们之间联系的地址总线、数据总线和控制总线构成，此外还有外围芯片、总 线接口及有关电路。 CPU 在很大程度上决定了 PLC 的整体性能， 如整个系统的控制规模、 工作速度和内存容量等 7 2. 存储器 存储器存放系统软件的存储器称为系统

24、程序存储器。存放应用软件的存储器称为用 户程序存储器。PLC 常用的存储器类型有 RAM、EPROM、EEPROM 等。 图 2-2 PLC 机构图 3. I/O 模块 输入模块和输出模块通常称为 I/O 模块或 I/O 单元。PLC 的对外功能主要是通过各 种 I/O 接口模块与外界联系而实现的。输入模块和输出模块是 PLC 与现场 I/O 装置或设 备之间的连接部件。起着 PLC 与外部设备之间传递信息的作用。通常 I/O 模块上还有状 态显示和 I/O 接线端子排，以便于连接和监视。 4. 电源模块 输入、输出接口电路是 PLC 与现场设备相连接的部件。它的作用是将枪入信号转换 为 PL

25、C 能够接收和处理的信号，将 CPU 送来的弱电信号转换为外部设备所需要的强电信 号。 2.2 选择接触器 选用 CJX1-9，220V 型接触器，如图 2-3 所示： 8 图 2-3 CJX1-9，220V 型交流接触器 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 2.2.1 用途 CJX1 系列交流接触器(以下简称接触器)适用于交流 50Hz 或 60Hz， 压至 660V， 额 定绝缘电压至 660V；电流 9475A（380V、AC-3 使用类别）的电力线路中供远距离接 通或分断电路之用，可频繁地起动及控制交流电动机。适用于控制交流电动机的起

26、动、 停止及反转。 2.2.2 工作条件 海拔高度不超过 2000 米； 周围环境温度：-25+40； 空气相对湿度：在 40时不超过 50%，在较低温度下允许有较大的相对湿度； 大气条件：没有会引起爆炸危险的介质，也没有会腐蚀金属和破坏绝缘的气体和导 电尘埃 。 安装位置：安装面与垂直面的倾斜度不超过5； 在无显著摇动和冲击的地方； 在没有雨雪侵袭的地方； 控制电压允许变动范围：85%110%US。 2.2.3 结构特征 总体结构：接触器为 E 字形铁芯，双断点触头的直动式运动结构。接触器动作机构 灵活，手动检查方便，结构设计紧凑，可防止外界杂物及灰尘落入接触器活动部位。接 9 线端有罩盖，

27、人手不会直接接触带电部位，可确保使用安全。接触器外形尺寸小巧，安 装面积小。安装方式可用螺钉坚固，938A 也可扣装在 35 毫米宽的标准安装导轨上， 具有装卸迅速、方便之优点。 触头系统：主触头、辅助触头均为桥式双断点结构，触头材料由导电性能优越的银 合金制成，具有使用寿命长及良好的接触可靠性，灭弧室成封闭型，并由阻燃性材料阻 挡电弧向外喷溅，保证人身及邻近电器的安全。 磁系统：938A 接触器的磁系统是通用的，电磁铁工作可靠、损耗小、具有很高 的机械强度， 线圈的接线端装有电压规格的标志牌， 标志牌按电压等级著有特定的颜色， 清晰醒目，接线方便，可避免因接错电压规格而导致线圈烧毁。 2.3

28、 选择搅拌电机 三相异步电动机应用非常广泛，因而正确的选择电动机显得极为重要。三相异步电 动机的选择包括它的功率、种类、方式、电压和转速等。 2.3.1 功率选择 合理选择电动机的功率是运行安全和经济的可靠保证。所选电动机的功率是由生产 机械所需的 功率确定的。 1. 连续运行电动机功率的选择 原则：对于连续运行的电动机，若负载是恒定负载，先算出生产机械的功率，所选 电动机的额 定功率稍大于或等于生产机械功率， （即若负载是变化的，计算比较复杂，通常根 据生产机械负载的变化规律（负载图）求出等效的恒定负载，然后选择电动机。 ） 2. 短时运行电动机功率的选择 原则：通常是根据过载系数来选择短时

29、运行电动机的功率。 （原因由于发热惯 性，在短时运行时可以容许过载。工作时间愈短，过载可以愈大。但电动机的过载是受 限制的） 电动机的额定功率是生产机械所要求功率的 1/。 10 2.3.2 种类和型式的选择 种类选择原则：主要从交流或直流、机械特性、调速与起动性能、维护及价格等方 面来考虑。 结构型式选择原则：根据生产机械的周围环境条件来确定。 电动机常用的结构型式有：开启式、防护式、封闭式、防爆式。 2.3.3 电压和转速的选择 电压等级选择原则：要根据电动机类型、功率以及使用地点的电源电压来决定。Y 系列笼型电动机的额定电压只有 380V 一个等级；大功率异步电动机才采用 3000V、

30、6000V 的电压等级。 转速选择原则：根据生产机械的要求而选定。 图 2-4 电动机型号为 Y90S-6/0.75KW Y 系列三相异步电动机是一般用途低压三相鼠笼型异步电动机基本系列。该系列可 以满足国内外一般用途的需要，机座范围 80-315，是全国统一设计的系列产品。Y 系列 电动机具有高效、节能、性能好、振动小、噪声低、寿命长、可靠性高、维护方便、起 动转矩大等优点。安装尺寸和功率等级完全符合 IEC 标准。采用 B 级绝缘、外壳防护等 级为 IP44，冷却方式 IC418. 2.4 小型三极断路器的选择 11 图 2-5 DZ47-63 系列小型断路器 适用范围： DZ47-63

31、系列小型断路器(以下简称断路器)，主要用于交流 50Hz，额定工作电压至 380V，额定电流至 63A，额定短路分断能力不超过 6000A 的配电线路中，作为过载和 短路保护之用， 亦可作为线路不频繁通断操作与转换之用， 断路器符合 GB10963.1 标准。 2.5 液位传感器的选择 选用 LSF-2.5 型液位传感器（图 2-6） 12 图 2-6 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

32、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； 3. 触点寿命为 100 万次； 4. 触点容易为 70W； 5. 开关电压为 24VDC； 6. 切换电流为 0.5A。 2.6 选择电磁阀 2.6.1 入罐液体的选用 入罐液体的选用 VF4-25 型电磁阀，如图 2-7 所示： 图 2-7 VF4-25 型电磁阀

33、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： l. 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 一 60； 13 3. 使用电压：AC:220V50HZ/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。 2.6.2 出罐液体的选用 出罐液体的选用 AVF-40 型电磁阀，如图 2-8 所示： 图 2-8 -AVF-40 型电磁阀 其中“A”表示可调节流量， “V”表示电磁阀，

34、 “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健设置来控制流量，达到定时排空的效果； 2. 其阀体材料为：ABS，有比较强的抗腐蚀能力； 3. 使用电压：AC:220V 50HZ/60HZ DC:24V； 4. 功率：AC:5KW。 2.7 选择热继电器 选用 JR16B-60/3D 型热继电器，如图 2-9 所示： 14 图 2-9 JR16B-60/3D 型热继电器 其中“J”表示继电器，“D”带断相保护 相关元件主要技术参数及原理如下： l. 额定电流为 20(A) 2. 热元件额定电流为 32/45(A) 2.8PLC

35、I/O 点分配 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，可以使用四个带译码电路 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)。 分析控制要求 输入输出设备。SL1(H)、SL2(I)、SL3(L)为 3

36、个液位传感器，液体淹没时接通。进 液阀 Q01、Q02 分别控制 A 液体和 B 液体进液，出液阀控制混合液体出液。 1. 初始状态当装置投入运行时，进液阀 Q01、Q02 关闭，出液阀 Q03 打开 20 秒 将容器中的残存液体放空后关闭。 2. 起动操作按下起动按钮 SB1，液体混合装置开始按以下顺序工作： 1）进液阀 Q01 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 Q01 关闭，A 液体停止流入，同时打开进液 阀 Q02，B 液体开始流入容器。 3）当液位上升到 SL1(H)处，进液阀 Q02 关闭，B 液体停止流入，同时搅拌电动机 15 开始工作

37、。 4）混合液体搅拌，先正传 2 秒，停 1 秒，再反转 2 秒，停 1 秒。 5）当搅拌电机正反转 3 次后停止搅拌，放液阀 Q03 打开，开始放液，液位开始下 降。 6）当液位下降到 SL3(L)处时，开始计时且装置继续放液，将容器放空，计时满 2 秒后关闭放液阀 Q03，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。 该系统所使用的输入和输出设备的 I/O 分配如表 2-1 所示。 表 2-1 输入和输出设备及 I/O 点分配表 符号地址输入和输出设备 SL1I0.1高液位传感器 SL2I0.2中液位传感器 SL3I

38、0.3低液位传感器 SB1I0.4系统启动按钮 SB2I0.5系统停止按钮 YV1Q0.1液体 A 阀门 YV2Q0.2液体 B 阀门 YV3Q0.3混合液体卸料阀门 KM1Q0.4搅拌电动机正传控制器 KM2Q0.5搅拌电动机反传控制器 HL1Q0.6系统运行指示灯 HL2Q0.7产量上限指示灯 DISPLAYQW2产量显示数码管 2.8.2 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 I/O 主要接线图如下 16 图 2-10 PLC I/O 接线图 2.9 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

39、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接线图，如图 2-11 所示: 17 图 2-11 硬件接线图 18 第 3 章 混料罐控制系统的程序设计 3.1 分析控制要求 通过分析控制任务要求，本系统需要有复位功能和自动运行功能，可以使用模块化 程序设计，将复位功能和自动控制功能分别使用 SBR0 和 SBR1 两个子程序实现。而系 统运行指示、产量显示和产量上限显示指示等功能均在主程序中实现。 对于复位功能程序设计，鉴于控制功能简单，可以采用经验编程法进行程序设计； 而对于自动控制功能，由于混料操作属于典型的顺序控制，可以采用顺序控制功能

40、图进 行程序设计。自动混料操作的顺序控制功能图如图 3.1 所示。 在该系统程序设计中，对于顺序控制的每一步的状态（步标记）使用 M 存储器进 行存储，另外最好再设计几个中间状态，以方便程序调用和编程。这些中间状态和步标 记的 I/O 分配表如表 3.1 所示。 19 图 3-1 混料罐装置工作流程图 20 表 3.1 混料罐装置控制系统中间状态和步标记的 I/O 分配 符号地址功能 STEP_FM0.0自动运行的第 1 步步标记 STEP_2M0.1 自动运行的第 2 步步标记 STEP_3M0.2 自动运行的第 3 步步标记 STEP_4M0.3 自动运行的第 4 步步标记 STEP_5M

41、0.4 自动运行的第 5 步步标记 STEP_6M0.5 自动运行的第 6 步步标记 STEP_7M0.6 自动运行的第 7 步步标记 STEP_8M0.7 自动运行的第 8 步步标记 STEP_LM1.0 自动运行的最后一步步标记 INIT_SM10.0初始状态 REST_SM10.1复位状态 EMPT_SM10.2保证液体放空时间段 STOP_SM11.0停止状态 RUN_SM11.1自动运行状态 PRODUCTIONC1产量计数 MIXC2搅拌计数 3.4 梯形图执行原理分析 1. 初始状态当装置投入运行时，进液阀 Q01、Q02 关闭，出液阀 Q03 打开 20 秒 将容器中的残存液体

42、放空后关闭。 2. 起动操作按下起动按钮 SB1，液体混合装置开始按以下顺序工作： 1）进液阀 Q01 打开，A 液体流入容器，液位上升。 2）当液位上升到 SQ2(I)处时，进液阀 Q01 关闭，A 液体停止流入，同时打开进液 阀 Q02，B 液体开始流入容器。 21 3）当液位上升到 SL1(H)处，进液阀 Q02 关闭，B 液体停止流入，同时搅拌电动机 开始工作。 4）混合液体搅拌，先正传 2 秒，停 1 秒，再反转 2 秒，停 1 秒。 5）当搅拌电机正反转 3 次后停止搅拌，放液阀 Q03 打开，开始放液，液位开始下 降。 6）当液位下降到 SL3(L)处时，开始计时且装置继续放液，

43、将容器放空，计时满 2 秒后关闭放液阀 Q03，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。 3.4.1 混合液体装置控制系统主程序梯形图 22 23 图 3-2 混合液体装置控制系统主程序梯形图 3.4.2 自动混料装置控制系统自动运行子程序梯形图 24 25 26 图 3-3 自动混料装置控制系统自动运行子程序梯形图 3.4.3 自动混料装置控制系统复位子程序梯形图 27 图 3-4 自动混料装置控制系统复位子程序梯形图 第 4 章 系统常见故障分析及维护 为了延长 PLC 控制系统的寿命，在系统设计和生产使用中要对

44、该系统的没备消耗、 元器件设备故障发生点有比较准确的估计，也就是说，要知道整个系统哪些部件最容易 出故障，以便采取措施，希望能对 PLC 过程控制系统的系统设计和维护有所帮助。 4.1 系统常见故障分析及维护 统故障一般指整个生产控制系统失效的总和，它又可分为 PLC 故障和现场生产控 制设备故障两部分。PLC 系统包括中央处理器、主机箱、扩展机箱、I/0 模块及相关的 网络和外部设备。现场生产控制设备包括 I/O 端口和现场控制检测设备，如继电器、接 触器、阀门、电动机等。 28 4.2 系统故障分析及处理 4.2.1 PLC 主机系统故障分析及处理 PLC 主机系统最容易发生故障的地方一般

45、在电源系统，电源在连续工作，散热中， 电压和电流的波动冲击是不可避免的。系统总线的损坏主要由于现在 PLC 多为插件结 构，长期使用插拔模块会适成局部印刷板或底板、接插件接口等处的总线很坏，在空气 温度变化，湿度变化的影响下，总线的塑料老化、印刷线路的老化、接触点的氧化等都 是系统总线损耗的原因。所以在系统设计和处理系统故障的时候要考虑到空气、尘埃、 紫外线等因素对设备的破坏。目前 PLC 的主存储器大多采用可擦写 ROM，其使用寿命除 了主要与制作工艺相关外，还和底板的供电、CPU 模块工艺水平有关。而 PLC 的中央处 理器目前都采用高性能的处理芯片，故降率已经大大下降。对于 PLC 主机

46、系统的故障的 预防及处理主要是提高集中控制室的管理水平，加装降温描施，定期除尘，使 PLC 的外 部环境符合其安装运行要求；同时在系统维修时，严格按照操作规程进行操作，谨防人 为的对主机系统造成损害。 4.2.2 PLC 的 I/O 端口系统故障分析及处理 PLC 最大的薄弱环节在 I/0 端口。PLC 的技术优势在于其 I/O 端口，在主机系统的 技术水平相差无几的情况下，I/O 模块是体现 PLC 性能的关健部件，因此它也是 PLC 损 坏中的突出环节。要减少 I/O 模块的故障就要减少外部各种干扰对其影响，首先要按照 其使用的要求进行使用，不可随意减少其外部保护设备，其次分析主要的干扰因

47、素，对 主要干扰源要进行隔离或处理。 4.2.3 现场控制设备故障分析及处理 在整个过程控制系统中最容易发生故障地的地点在现场，现场中最容易出故障的有 以下几个方面。 1第 1 类故障点是在继电器、接触器。PLC 控制系统的日常维护中，电气备件消 耗量最大的为各类继电器或空气开关。 主要原因除产品本身外， 就是现场环境比较恶劣， 接触器触点易打火或氧化，然后发热变形直至不能使用。所以减少此类故障应尽量选用 高性能继电器，改善元器件使用环境，减少更换的频率，以减少其对系统运行的影响。 2. 第 2 类故障多发生在阀门等设备上。因为这类设备的关键执行部位，利用电动 执行机构推拉阀门或闸板的位置转换

48、，机械、电气、液压等各环节稍有不到位就会产生 29 误差或故障。长期使用缺乏维护，机械、电气失灵是故障产生的主要原因，因此在系统 运行时要加强对此类设备的巡检，发现问题及时处理。 3. 第 3 类故障点是传感器和仪表，这类故障在控制系统中一般反映在信号的不正 常。这类设备安装时信号线的屏蔽层应单端可靠接地，并尽量与动力电缆分开敷设，特 别是高干扰的变频器输出电缆，而且要在 PLC 内部进行软件滤波。这类故障的发现及 处理也和日常点巡检有关，发现问题应及时处理。 4.3 系统抗干扰性的分析和维护 由于 PLC 是专门为工业生产环境设计的装置，因此一般不需要再采取特殊措施就 能直接用于工业环境中。

49、但如果工作环境过于恶劣，如干扰特别强烈，可能使 PLC 引 起错误的输入信号；运算出错误的结果；产生出错误的输出信号；造成错误的动作，就 不能保证控制系统正常、安全运行。因此为提高控制系统的可靠性，在设计时采取相应 有效的抗干扰措施是非常必要的。 外界干扰的主要来源有： 1. 电源的干扰 供电电源的波动以及电源电压中高次谐波产生的干扰。 2. 感应电压的干扰 PLC 周围邻近的大容量设备启动和停止时，因电磁感应引起的于扰；其它设备或空 中强电场通过分布电容串入 PLC 引起的干扰。 3. 输入输出信号的干扰 输入没备的输入信号线间寄生电容引起的差模干扰和输入信号线与大地间的共模 干扰；在感性负载的场合，输出信号由断开一闭合时产生的突变电流和由闭合一断开的 反向感应电势以及电磁接触器的接点产生电弧等产生的干扰。 4. 外部配线干扰 因各种电缆选择不合理，信号线绝缘降低，安装，布线不合理等产生的干扰。 提高 PLC 控制系统抗干扰性能的措施： (1) 科学选型； (2) 选择高性能电源，抑制电网干扰； (3) 正确选择接地点，完善接地系统； (4) 柜内合理选线配线，降低干扰。