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1、题 目：工业混料系统工业混料系统 PLC 控制系统设计控制系统设计摘要摘要工业混料系统是一种比较典型的机械成套装置，在化工、筑路和建筑行业中都有很广泛的应用。本设计的主要目的为将 PLC 控制应用于工业混料系统中，在了解工业混料系统的生产工艺流程以及控制要求之后，明确各个环节对电气控制的具体要求，由此确定电气控制系统的总体方案，在此基础上设计了工业混料系统操作面板以及完成主电路的设计。在设计 PLC 控制电路中，我选择了西门子系列的 S7-200 作为主控制器，根据输入/输出点数和控制要求，本控制系统由 S7-200-CPU 226 AC/DC/RELAY 基本单元和 EM 222 DO 8R
2、ELAY 数字量扩展模块组成，根据课题实际要求列出了输入输出（I/O）地址分配表，设计并绘制了控制系统电路图。根据各电路组成选择电器元件。最后，本设计根据对生产工艺流程、3 个泵的工作能力和控制要求等进行综合分析，可以得到系统运行的时序图，并设计梯形图程序。在设计初期，我查阅大量设计数据和工具书，工业混料系统的设计过程有了初步的完成。按照本设计中的电气控制的具体要求，我们确定了一个总体方案.方案如下: 1. A、B 罐的搅拌器及泵 A、B、C 分别由电动机 M1、M2、M3、M4、M5 拖动。电机 M5 功率较大，需要采用 Y-降压启动。2. 电机 M1M5 每路均安装电容器和热继电器。3.
3、由于泵 A 和泵 B 每转所排出的液体体积恒定不变（仅对定容积泵而言） ，所以可以采用测量电机转数的方法（电机与泵直联，两者转数相同）间接测出泵入 A 罐的液体的量，实现准确的配料。采用广州三峰科技有限公司提供的增量式光电编码器（PIB-1024-G05E）计数,采用 PLC 的高速计数器计数。 4. 工艺参数（如两种料的配比等）的调整是通过 PLC 程序现实的。5. 灌顶液位传感器 LS2、LS4 用于安全保护，以防止溢罐；罐底液位传感器LS1、LS3 用于系统控制，如步序切换控制等。6. 电气控制箱置于专门的操作室。电器板与控制板之间，以及电控箱与执行系统之间的连接，采用接线板进出线方式。
4、根据上述总体方案的要求我们确定了操作面板如下：1.为了便于随时观察系统的运行状况，每个阀、泵、搅拌器均装有运行行状态指示灯；对应于两个罐的高/低位，均装有“溢出” 、 “罐空” 报警指示灯。2.用一个两档选择开关切换系统工作模式“运行”和“调试” ，并用两个指示灯来指示当前所处工作模式。3.根据控制要求（2）设置一个“启动/停止” 按钮和一个工作指示灯。4.根据控制要求（4） ，为每个阀、泵、搅拌器设置一个“启动/停止” 按钮（或“通/断” 按钮） ，用于“调试”工作模式下的单独操作。5.系统设有“急停” 按钮和电源指示灯。图 1 工业混料系统操作面板按照上述总体方案选择说明我们设计了工业混料
5、系统的主电路，在主电路中有一些电气控制如下1. 搅拌器 1、2 和泵 A、B 的电机 M1M4 分别由接触器KM1、KM2、KM3、KM4、KM5、KM6 控制。 2. 泵 C 电机 M5 功率较大，采用 Y-启动，接触器 KM7 和 KM8、KM9则控制其电源和、Y 线路切换。3. 电机 M1M5 由热继电器 FR1FR5 实现超载保护。4. 由断路器 FU1FU5 分别实现电机 M1M5 的短路保护、电源开关控制,采用电流互感器 TA 后使用小容量热继电器实现电机 M5 的超载保护。 5.由断路器 QF0 实现系统的短路保护和电源开关控制。图 2 工业混料系统主电路图根据设计 PLC 控制
6、电路，在本次设计中我们选择了西门子系列的 S7200 作为主控制器，根据输入/输出点数和控制要求，本控制系统选用西门子 S7-200-CPU 226 AC/DC/RELAY 的基本单元和 EM 222 DO 8 x RELAY 数字量扩展模块组成，PLC 电源采用交流 220V 供电，直流输入，继电器输出。所有输出端全部采用交流 220V 驱动（包括指示灯、接触器和电磁阀等）所需的输入有：泵 A、B 的测速传感器，罐 A、B 的空满信号，调试/工作模式转换，启停按钮，阀 17 的开闭按钮，搅拌器 1、2 的启停按钮，泵 A、B、C 的启停按钮，PLC 的输入继电器地址分配表（略）所需的输出有：
7、驱动阀 17 的开闭及指示灯的信号，拖动搅拌器 1、2 的电机的接触器，拖动泵 A、B 的电机的接触器，拖动泵 C 电机的电源接触器，运行接触器，电流互感器 TA，Y 启动接触器，罐 A、B 的空溢指示，运行/调试模式指示，工作指示灯。PLC 的输出继电器地址分配表（略）根据控制对象、控制操作面板和输入/输出继电器地址分配表绘制控制系统电路如图 3 所示。图 3 工业混料系统控制电路图断路器 FU7FU11 和急停按钮 SB14 用于电路保护。为了尽可能地减少 PLC 点数、简化电路，将阀的驱动线圈与对应的指示灯并联于同一个输出点上。接触器线圈的驱动线路中串联相应的热继电器动断触点，用于对电机
8、的过载保护；泵 C 电机的 Y-启动，应加互锁，以防产生短路。应该注意增值式光电编码器和中断的使用，因为光电编码器或中断所使用的的外部信号输入端已事先由 PLC 厂家规定，不可改变，按规定光电编码器只能由 I0.0和 I0.1 端输入。根据控制要求，5 个电机必须有各自的工作指示灯，但为了尽可能不占用或少的占用 PLC 点数，可将 5 个电机工作的、指示灯由其接触器的辅助触头控制，如图 4所示。图 4 工业混料系统辅助电路 根据对生产工艺流程，三个泵的工作能力和控制要求等进行综合分析，可画出图5 所示的时序图（以三个连续批次为例） ，图 5 中所列的泵 A、B、C 时间以分钟计。图 5 三个连
9、续批次的时序图从图 5 中可以看出：1）配料过程中，泵 A 总是先于泵 B 启动，迟于泵 B 停止，所以配料周期取决于泵 A 的工作时间。2）配料周期（泵 A 工作时间）（BB 循环时间+从 B 罐排出的时间） ，所以在多批次连续生产中，泵 C 连续工作，泵 A、B 间断工作，泵 C 的步序不受配料过程影响。由此可见，配料过程与泵 C 的步序控制相对独立。3）由于配料过程基本不影响泵 C 的步序，所以泵 C 的四个步序可用顺控指令实现。4）调试工作模式不用于生产，所以控制功能相对简单，按钮直接控制相应的电器组件。5）程序总体结构为：在主程序中根据工作模式分别调用“调试子程序”和“运行子程序”
10、。 “运行子程序”包括相对独立的两部分配料过程和泵 C 工作循环过程。根据上述要求可以得到系统运行的时序图，并设计梯形图程序。由于篇幅限制，本处仅列出配料系统部分的顺序功能图如下图 6 配料系统顺序功能图据上述所说，我们基本完成了对工业混料系统 PLC 控制系统的完成。本次设计是以两种液体的配料作为工业混料系统的代表，这是一个比较简单的配料系统，以此为契机，来入门学习用 PLC 来控制系统的设计方法。从总体方案的确定到主电路的设计，输入输出继电器地址分配，控制电路的设计，PLC 程序的编写，其实都是在不断的重复熟悉控制要求的过程，一方面了解了工业混料这个系统的大概流程，另一方面也是一个为实现 PLC 控制而不断理清思路的过程。清楚控制对象，分析输入输出量，以及关键的程序实现方法。对这个系统有了三个月的反复熟悉之后，我开始考虑，很多情况下，混料系统的配料不止两种，而且混料的配比也常常会根据顾客或者生产的需要改变。为了使设计的系统具有可兼容性，以及更加灵活，可以预留一些输入口以实现配料数量的扩充，以及设计单独的调用子程序模块以实现入料的数量或者体积的改变。希望在这次设计的基础上，了解 PLC 控制系统设计的基本方法和设计过程，为更加复杂的控制系统和控制要求作铺垫。
