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1、液体混合装置的控制系统设计摘要随着科学技术的发展，人们的生活日趋自动化，生产技术更是如此。PLC作为计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计的。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在工业控制中的地位也日益提升并且在工业控制中得到广泛应用，而且可编程控制器在工业控制中所占比重在迅速的上升。 本次设计是利用PLC实现两种液体的自动混合。此次设计主要考虑其各个不同状态动作的连续和关联，对不同的状态进行不同的动作控制输出，从而实现将AB两种液体混合的周期性控制（包括单周期）。本次设计的主要意义是：用PLC编程来控制，一方面可以省去人力物力，从而达到节省成本的目的；另一方面，
2、程序的合理性，全面性和可靠性可以使液体混合能更安全可靠全面的实现。关键词：液体混合装置；PLC编程；自动控制目 录1 绪论11.1 研究现状11.2液体混合的特点及新型控制的特点11.3研究的方法21.3.1继电器控制系统21.3.2单片机控制21.3.3可编程序控制器控制31.4研究本课题的意义32 混合装置系统设计52.1设计任务书52.2 系统的整体设计要求52.3系统方案的设计思想73 系统硬件的设计83.1系统流程图83.2电机硬件接线图93.3系统主电路图93.4 PLC输入输出的分配103.5 液体混合装置的接线图103.6 PLC控制的相关流程114 软件设计124.1 PLC
3、概况124.2 PLC特点124.3 PLC的基本组成124.3.1 中央处理器（CPU）134.3.2 存储器模块134.3.3输入/输出模块134.3.4 编程器134.3.5 电源模块134.4 PLC的工作原理144.4.1扫描技术144.4.2 PLC的两种工作状态154.5可编程控制器梯形图164-6 语句表175 各部件的选择与校核185.1液面传感器的选择185.2 电磁阀的选择195.3缸体材质的选择205.4搅拌器的选用与校核215.5轴封的选用与校核225.6搅拌轴的校核235.7 电动机的选用与校核245.8元件选择256总结及进一步研究方向26致谢27参考文献281
4、绪论1.1 研究现状随着工业技术的不断革新，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是非常重要的组成部分。生产要求系统具有混合准确、控制可靠等特点，这是人工操作和半自动化控制所难以实现的，目前相关行业急需一种能将液体自动混合控制的系统。以前的液体混合装置都用继电器接触器实现控制，但由于接线复杂，查找错误困难，而且对于设备的更新也困难，灵活性和可靠性都得不到保证，随着微机的发展，在20世纪70年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程逻辑控制器，使可编程逻辑控制器增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。此时的可编程逻辑控制
5、器为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。个人计算机发展起来后，为了方便和反映可编程控制器的功能特点，可编程逻辑控制器定名为PLC。20世纪70年代中末期，可编程逻辑控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。 20世纪80年代初，可编程逻辑控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。20世纪80年代至90年代中期，是可编程逻辑控制器发展最快的时期，年增长率
6、一直保持为3040%。在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，可编程逻辑控制器逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。可编程逻辑控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。这个时期发展了大型机和超小型机、诞生了各种各样的特殊功能单元、生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程逻辑控制器的工业控制设备的配套更加容易。1.2液体混合的特点及新型控制的特点早期的灌装机械大多数采蠕动泵式、用容积泵式作为计量方式。它具有效率高，功能强，加工质量高等特点，是当今世界的前沿课题，但还是存在一些问题。该液体混合系统采用基
7、于PLC的控制系统来取代原来由单片机、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的特点。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，液体混合自动配料系统就此应社会工厂的需要而诞生了。1.3研究的方法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、可编程序控制器控制。1.3.1继电器控制系统该系统的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
8、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，灵活性差，影响速度慢。1.3.2单片机控制高集成度，体积小，高可靠性。单片机将各功能部件集成在一块晶体芯片上，集成度很高，体积自然也是最小的。芯片本身是按工业测控环境要求设计的，内容布线很短，其抗工业噪音性能优于一般通用的CPU。单片机程序指令，常数及表格等固化在ROM中不易破坏，许多信号通道均在一个芯片内，故可靠性高，控制功能强，为了满足对对像的控制要求，单片机的指令系统均有极丰富的条件：分支转移能力，I/O口的逻辑操作及位处理能力，非常适用于专门的控制功能。低电压，低功耗。便于生产 便携式产品，为了满足
9、广泛适用于便携式系统，许多单片机内的工作电压仅为1.83.6V,而工作电流仅为数百微安。易扩展片内具有计算机正常工作所需的部件。芯片外部有许多供扩展用的三总线及并行、串行输入/输出管脚，很容易构成各种规模的计算机应用系统。由于单片机的广泛使用，因而销量极大,各大公司的商业竞争更使其价格十分低廉，其性能价格比极高。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。要使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，正因如此其运行的可靠性也会大大降低。1.3.3可编程序控制器控制实时性强，信号处理时间短、速度快、信号处理和程序运行的速度
10、快，能满足各种控制目标。可考性高，抗干扰能力强PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的工艺制造，内部电路采取了非常强的抗干扰技术。具有很高的可靠性。可编程控制器从上个时间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的曾加了其功能，现在PLC已经发展成为不但具有逻辑控制功能、还具有过程控制功能、运动控制功能和数据处理功能、联网通讯等多种功能。是名副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
11、优点。是本次设计首选控制装置。1.4研究本课题的意义为了提高产品质量，缩短生产周期，适应产品迅速更新换代的要求，产品生产正在向缩短生产周期、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, 以致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
12、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，尤其见于化学化工业中。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、计算机和通行技术的飞速发展，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、并且提升了搅拌设备工作的稳定性，为搅拌机械顺序、有序、准确的工作创造了有
13、了的保障。本文所介绍的两种液体混合的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，可直接对现场进行监控、更方便工作和管理。本课题是针对两种液体自动混合装置，一方面由于液体进料与控制过程比较复杂、使进料参数变化较大，造成液体混合精度控制难，难以用测量控制器进行测定。针对这个难题，研究将PLC控制应用于两组原料自动混合系统，从而提高原料自动混合系统的稳定性、可靠性、精确性。研究这种高性能的原料自动混合系统，对于提高劳动生产率具有重要的现实意义。2 混合装置系统设计2.1设计任务书根据用户要求生产搅拌机一台，其主要参数如下2-2表
14、2-2混合装置的主要技术参数 项目主要数据参数缸体内部尺寸（Rh）缸体有效容积搅拌方式控制方式驱动方式放液方式搅拌速度搅拌时间A B管进液时间放液时间重量搅拌器直径电机额定电压PLC 额定电压7501500mm660升立式圆筒型PLC自动控制电力驱动导管导流160r/min混合浓度到达设定时间后，搅拌速度减慢。电磁阀控制20s436kg240mmAC380V 50HZDC24V 使用说明书一份，装配图一套2.2 系统的整体设计要求本设计利用三菱PLC的FX2N系列设计液体混合装置控制系统。在实验之前将容器中的液体放空，按动启动按钮SB1后，电磁阀YV1通电打开，液体A流入容器。当液位高度达到L2时，液位传感器L2接通，此时电磁阀YV1断电关闭，而电磁阀YV2通电打开，液体B流入容器。当液位达到L1时，液位传感器L1接通，这时电磁阀YV2断电关闭，启动电动机M搅拌，并且对混合浓度开始检测。当混合浓度带到设定值时M停止搅拌，这时电磁阀YV3通电打开，放出混合液去下道工序。当液位高度下降到L3后，再延时20s电磁阀Y3断电关闭，并同时开始新的周期。原理示意图如图2-1示；立体示意图如图2-2示。 图2-1 液体混合控制装置控制的模拟示意图 图2-2搅拌机的立体示意图2.3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
