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1、基于PLC的多种液体混合灌装机控制系统设计摘 要以三种液体的混合灌装控制为例，将三种液体按一定比例混合，在电动机搅拌后要达到一定的温度才能将混合的液体输出容器。并形成循环状态。液体混合系统的控制设计考虑到其动作的连续性以及各个被控设备动作之间的相互关联性，针对不同的工作状态，进行相应的动作控制输出，从而实现液体混合系统从第一种液体加入到混合完成输出的这样一个周期控制工作的程序实现。设计以液体混合控制系统为中心,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介绍和说明。关键词 ：多种液体，混合
2、装置，自动控制目 录第1章 绪论.3第2章 系统总体设计.42.1 方案的选择42.2 系统总体设计4第3章 硬件设计.63.1 硬件选型63.1.1液位传感器的选择63.1.2 温度传感器的选择63.1.3搅拌电机的选择73.1.4 电磁阀的选择73.1.5 接触器的选择73.1.6 热继电器的选择83.1.7 PLC的选择83.1.8 储罐的选择83.2 硬件电路设计83.2.1输入/输出地址分配如表3-283.2.2液体混合装置输人/输出接线9第4章 软件设计.124.1 系统流程（流程图）124.2根据控制分配的I/O地址及仿真13第5章 系统常见故障分析与维护.14结论.15参考文献
3、.17附录.18 第1章 绪论在工业生产中，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。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业界厂商的极大关注，生产
4、PLC的厂家云起。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。本设计的主要研究的有以下几点(1)使液体灌装机能够实现安全、高效的灌装；(2)满足灌装的各项技术要求；(3) 具体内容包括多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。本课题应解决的主要问题是如何使PLC在饮料灌装中实现控制功能
5、，在相关的研究文献报道中用PLC对灌装机进行控制的研究尚不多见，以致人们难以根据它的具体情况，正确选用参数进行系统控制，也就难以满足提高质量和效率、降低成本的要求，本设计就是基于以上问题进行的一些探索。第2章 系统总体设计2.1 方案的选择设计原则主要包括：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，如果液体混合系统部分是一个较大规模工业控制系统的改造升级，新
6、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，需要从怎样实现各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样的方法来确定系统方案。 2.2 系统总体设计从图2-1中可知设计的液体混合装置主要完成三种液体的自动混合搅拌并控制温度，如图2-1所示。此装置需要控制的元件有：其
7、中L1、L2、L3为液面传感器，液面淹没该点时为ON。Y1、Y2、Y3、Y4为电磁阀，M为搅拌电机，T为温度传感器，R为加热器。另外还有控制电磁阀和电动机的1个交流接触器KM。所有这些元件的控制都属于数字量控制，可以通过引线与相应的控制系统连接从而达到控制效果。图2-1 液体混合灌装机启动操作 按下启动按钮SB1，液体混合装置开始按以下步骤工作：打开Y1,Y2阀门，液体A,B流入，液面上升；当液面达到L2处；L2=ON，关闭Y1，Y2电磁阀。打开Y3阀门，液体c流入，液面上升；当液面达到L1处；L1=ON，关闭Y3电磁阀。液面上升，当液面达到L1处；L1=ON打开搅拌电机M,搅拌加热一段时间后
8、停止。(5)打开放液阀Y4,混合液体流出，液面下降；直到露出L3后，L3= ON,在经过20S后，容器放空，关闭Y4电磁阀门。(6)开始下一个循环过程。第3章 硬件设计3.1 硬件选型 3.1.1液位传感器的选择选用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系列液位开关可提供非常准确、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
9、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125C（3）触点寿命为100万次（4）触点容量为70w（5）开关电压为24V DC（6）切换电流为0.5A3.1.2 温度传感器的选择 选用KTY81-210A型温度传感器其中“T” 表示温度KTY系列温度传感器采用进口Philips硅电阻元件精心制作而成，具有精度高，稳定性好，可靠性强，产品寿命长等优点, 该温度传感器已广泛应用于电机变频调速温度控制，太阳能热水器温度测量领域彩印设备温控，汽车油温测量、发动机冷却系统、工业控制系统中过热保护、加热
10、控制系统、电源供电保护等。选用KTY81-210A型温度传感器。相关元件主要技术参数及原理如下：（1）测量温度范围为 -50150（2）温度系数TC为 0.79%/K（3）精度等级为 0.5%（4）公称压力为 0.6MPa3.1.3搅拌电机的选择 选用EJ15-3型电动机其中“E”表示电动机，“J”表示交流的，15为设计序号，3为最大工作电流相关元件主要技术参数及原理如下：EJ15系列电动机是一般用途的全封闭自扇冷式鼠笼型三相异步电动机。（1）额定电压为220V，额定频率为50Hz，功率为2.5KW，采用三角形接法。（2）电动机运行地点的海拔不超过1000m。工作温度-1540C /湿度90%
11、。（3）EJ15系列电动机效率高、节能、堵转转矩高、噪音低、振动小、运行安全可靠。3.1.4 电磁阀的选择 （1）入罐液体选用VF4-25型电磁阀其中“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：1）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-2060C。3）使用电压：AC：220 V50Hz/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）出罐液体选用AVF-40型电磁阀其中“A”表示可调节流量，
12、“V”表示电磁阀，“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键设置来控制流量，达到定时排空的效果。2）其阀体材料为：聚四氟乙烯，有比较强的抗腐蚀能力。3）使用电压：AC：220 V50Hz/60Hz DC：24V。4）功率：AC：5KW。3.1.5 接触器的选择 选用CJ20-10/CJ20-16型接触器其中“C”表示接触器，“J”表示交流，20为设计编号，10/16为主触头额定电流相关元件主要技术参数及原理如下：（1）操作频率为1200/h（2）机电寿命为1000万次（3）主触头额定电流为10/16（A）（4）额定电压为380/22
13、0（A）（5）功率为2.5KW3.1.6 热继电器的选择 选用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：（1）额定电流为20（A）（2）热元件额定电流为32/45（A）3.1.7 PLC的选择 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间的通信。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，故选用三菱FX系列的PLC。3.1.8 储罐的选择 能用于搅拌的单层储罐容积3040L，长、宽、高（760*470*102）mm。3.2 硬件电路设计3.2.1输入/输出地址分配如表3-1表3-1 液体混合装置输入/输出地址分配表1 液体混合装置输入/输出地址分配输入点地址功能输出点地址功能X0SB0启动按钮Y0电磁阀Y1X1L1液位传感器Y1电磁阀Y2X2L2液位传感器Y2电磁阀Y3X3L3液位传感器Y3电磁阀Y4X4T温度传感器Y4搅拌机MX5SB1停止按钮Y5加热器HX6FR常闭触点
