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1、甘肃某大学毕业设计（论文）基于PLC的工业搅拌过程控制系统设计摘 要随着PLC等许多处理器的发展，自动控制模式的电动机的数量越来越多。传统的控制方式因技术手段落后、生产效率低等弊端已不能适应企业生产的需要。本文主要介绍采用西门子PLC实现对液体搅拌系统进行自动控制。基于PLC构成的用于两种液体自动混合、自动搅拌和自动放料系统的控制目标、硬件组成、软件设计及系统功能，能模拟显示液体搅拌系统的全部工作过程。系统硬件主要由S7-300可编程控制器、电磁阀、泵以及液位变送器等组成，编程软件采用采用西门子编程软件STEP7。系统通过液位变送器将采集到的现场液位高度传送给西门子PLC，并由PLC对现场数据
2、逻辑处理后，发出相应的控制指令，完成系统的自动控制。最后，系统使用RS-232接口与上位机相连实现PLC与计算机的通讯。系统不仅自动化程度高，灵活性强, 还具有在线修改功能，可满足不同的生产工艺要求。关键字：PLC，液体搅拌系统，液位变送器，电磁阀 DESIGN OF INDUSTRIAL MIXING PROCESS CONTROL SYSTEM BASED ON PLCABSTRACT With the development of PLC, there are more and more automatic control electromotor. The traditional wa
3、y of controlling can not meet the needs of enterprise production for its in low efficiency and low productivity. This paper introduces the rational application of SIEMENS PLC in the automatic control system of liquid mixer. PLC-based liquid composition for the two auto-mixing, automatic mixing and a
4、utomatic discharge system, control objectives, hardware components, software design and system capabilities of liquid mixing system simulation show that all the work process. The System hardware is mainly formed by the S7-300 programmable logic controller, electromagnetic valve, pump and liquid loca
5、tion sensor, programming software using Siemens STEP7. The System through the liquid location sensor collected level information to Siemens PLC and then the PLC deal with on-site data, and sending corresponding control command to complete the system of automatic control. At last system is realized t
6、he communication between PLC and the upper computer by using the connection of RS-232.This system not only has high automation level and great mobility but also can alter the parameter on line, it can use in kinds of liquid location control systems.Key words: PLC，liquid mixing system，liquid location
7、 sensor，electromagnetic valve目 录1. 绪论11.1 液体搅拌系统的简介11.2 液体搅拌系统组成21.3 PLC在液体搅拌系统中的应用22. 可编程控制器42.1 可编程控制器的发展42.1.1 PLC技术发展概况52.1.2 可编程控制器在我国的发展62.2 PLC的分类72.3 PLC的工作原理82.4 可编程控制器实现控制的要点102.4.1 可编程控制器基本特点112.5 PLC的主要技术指标及抗干扰分析132.5.1 干扰源及干扰一般分类142.5.2 PLC控制系统中电磁干扰的主要来源142.5.3 PLC控制系统工程应用的抗干扰设计172.5.4
8、主要抗干扰措施172.6 西门子S7-300可编程控制器简述182.7 SIMATIC S7-300系列PLC系统基本构成182.7.1 SIMATIC S7-300的组成192.7.2 S7-300的扩展能力202.7.3 S7-300模块地址的确定202.8 S7300式 PLC的CPU简介213控制系统硬件设计243.1 系统工业流程243.2 液位变送器的选择243.3 电磁阀的介绍253.3.1 电磁阀的分类及特点253.3.2 电磁阀的选择263.4 接触器及选用273.4.1 接触器的分类和结构283.4.2 接触器的工作原理及选用283.5 中间继电器293.6 PLC选型30
9、3.7 系统主电路工作原理313.8 系统控制电路工作原理324控制系统软件设计344.1 PLC编程软件STEP7344.2 PLC控制流程354.3 系统的程序设计35结论43致谢44参考文献45- 45 -1. 绪论1.1 液体搅拌系统的简介目前，我国的液体搅拌系统大部分采用传统的继电器进行控制，这种方法耗能大，浪费大，搅拌效果不好，给工厂浪费很多资金，同时对噪声污染也很严重。随着计算机技术的飞速发展，生产厂家对生产的自动化水平有了更高的要求。所以，对搅拌系统应该进行改进，使它可以灵活的根据液体的不同而进行混料的浓度可调，从而达到节能环保目的。液体搅拌系统由原料罐，混料罐，出料罐组成。它
10、先将两种原料送混料罐，然后在混料罐内混合，最后，送出料罐出料。两种原料液体进料时达到设定的液面时停止进料，且搅拌器搅拌时间可根据浓度的不同而自行设定。设计要求在混料罐内混合两种液体，首先确定混料罐内无残留液体，即让放料阀打开10s，然后注入A液体，当A液面上升到L位时关断A液；B 液开始注入, B 液面上升到H位时关断B液，进液动作停止；搅拌电机M开始搅拌，搅拌均匀后(时间设定为20 s)停止；出料阀打开，两个出料泵按照顺序进行工作，实现出料，当出料动作结束后整个系统停止工作。根据上述构想，决定采用可编程控制器（PLC）、电磁阀、泵、电机以及液位变送器进行设计。为了实现液体搅拌系统的控制需要，
11、系统使用PLC为控制核心。系统通过液位变送器采集现场液位高度并将其转换成420mA的电流信号送PLC，PLC根据现场状况及外部输入指令控制搅拌系统，并显示操作指示及发出报警。系统的控制框图如图1-1所示。图1-1 系统控制框图根据系统的工艺流程整个液体搅拌控制系统过程可分成多个阶段：基本液位控制过程、模拟量信号采集、报警指示。(1) 基本液位控制过程：按控制要求，实现进料及出料时进料罐和出料罐的基本液位控制。(2) 模拟量信号采集：通过液位变送器及A/D转换器完成现场液位的采集过程。(3) 报警指示：当超过所设定的液位时，报警输出。1.2 液体搅拌系统组成为实现液位的采样、自动控制，系统必须包
12、括硬件部分和软件部分。硬件部分由可编程控制器、液位变送器、电磁阀、电机、泵、A/D转换器、RS-232电缆接口组成。软件部分由PLC编程软件组成。(1) 系统硬件组成及功能： 可编程控制器：系统下位机选用西门子S7-300型PLC，作为整个系统的控制核心，主要用于实现自动控制。 电磁阀：选用DF 2型二位二通（常闭）电磁阀，用来控制进料及出料时液体的流动。 接触器：选用CJ10-20交流接触器，用于控制电机、泵。 中间继电器：选用JZ14-44Z型中间继电器，主要起中继作用，与接触器配合使用。 液位变送器：选用HP-31B液位变送器，并转换成420mA的电流输入S7-300,用于采集现场液位数
13、据。 A/D转换器：选用西门子四通道模拟量输入模块S7-300，用于将采集到的现场液位数据传送给PLC。 RS-232电缆接口：用于连接PLC及上位机。(2) 系统软件组成：PLC编程软件：由于系统采用西门子的PLC，故也是使用西门子PLC编程软件STEP7，用于编写PLC 控制程序。1.3 PLC在液体搅拌系统中的应用在化工、机械等行业的生产过程中，液体搅拌是十分重要也是必不可少的重要环节，液体搅拌的关键是保证混料过程中原料的准确性和比例以及保证原料的充分混合。采用通用计算机控制，尽管可以达到控制精度，但成本高，对工作环境要求高，对现场操作人员要求也高。采用PLC实现液体搅拌控制，不但可以对
14、液体搅拌过程的各个环节精确控制，而且大大降低成本，可直接应用于工业现场，对现场操作人员的要求也不高。以往常采用传统的继电器控制液体搅拌系统，使用硬件连接电器多，可靠性差，自动化程度不高，为了克服上述缺点，目前采用先进控制器对传统接触控制进行改造，大大提高了控制系统的可靠性和自控程度，为生产提供了更可靠的保障。本文在此介绍一种采用可编程控制器对液体搅拌系统进行控制的方法，其电路结构简单，投资少，可靠性好，自动化程度高。2. 可编程控制器2.1 可编程控制器的发展可编程序控制器（Programmable Logic Controller，简称PLC。）是以微处理器为基础，综合计算机、通信、联网以及
15、自动控制技术而开发的新一代工业控制装置。可编程序控制器在我国的发展与应用已有30多年的历史，现在它已经广泛应用于国民经济的各个工业生产领域，成为提高传统工业装备水平和技术能力的重要设备和强大支柱。随着全球一体化经济的发展，努力发展可编程序控制器在我国的大规模应用，形成具有自主知识产权的可编程序控制器技术，应该是广大技术人员努力的方向1。可编程序控制器问世于20世纪60年代，当时的可编程序控制器功能都很简单，只有逻辑、定时、计数等功能；硬件方面用于可编程序控制器的集成电路还没有投入大规模工业化生产，CPU以分立元件组成；存储器为磁心存储器，存储容量有限；用户指令一般只有二三十条，还没有成型的编程语言；机型单一，没有形成系列。一台可编程序控制器最多只能替代200300个继电器组成的控制系统，在体积方面，与现在的可编程序控制器相比，可以说是庞然大物。进入70年代，随着中小规模集成电路的工业化生产，可编程序控制器技术得到了较大的发展。可编程序控制器功能除逻辑运算外，增加了数值运算、计算机接口、模拟量控制等，可靠性进一步提高，初步形成系列，结构上开始有模块式和整体式的区分，整机功能从专用向通用过渡。软件开发有自诊断程序，程序存储开始使用EPROM。
