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1、毕 业 设 计学生学 号学院物理与电子电气工程学院专业电气工程与其自动化题 目基于PLC的两种液体混合配料控制器指导教师 教授/硕士 2013年7月摘 要：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，关系到产品的质量，工艺流程是：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5S 放空后关阀，又重复上述过程，要求工作过程中按下
2、停止按钮后搅拌器不会立即停止工作，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，系统的设计包括设计方案、设计流程、设计要求、梯形图设计、外部连接通信等。关键词：液体混料装置；自动控制；PLCABSTRACT: The system is mainly of two liquids mixing and blending machine PLC control system, for controlling the object in the design: three sensors Jianshiron
3、gqi 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 inject
4、ed 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 5S emptying valve, then repeat the process, the course work required.Press the Stop but
5、ton 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 sm1N series PLC control system for the center, from the control system hardware system components, softwar
6、e used to the system design process including design, design process, design requirements, ladder design, external Connect Communications.KEY WORDS:liquid mixing equipment; automatic control;PLC目 录1 引言42 PLC的发展历程与趋势52.1 PLC发展历程52.2 PLC发展趋势53 PLC 原理与其机器指令63.1 PLC的基本结构63.2 PLC的基本原理63.3 PLC的工作过程73.4 PL
7、C常用指令84 混料罐控制系统方案设计104.1系统的总体设计要求和示意图104.2输入输出地址分配表和元件表114.3 电气接线图134.4工作状态流程图134.5 系统的顺序功能图154.6 应用程序和梯形图154.7 安装和接口19总结22参考文献23致 241 引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
8、, 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。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，备受国外工程技术人员和工业界厂商的极大关注，生产PLC的厂家云起。随着
9、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。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用到它，如灯光照明、机床电控、食品加工、印刷机械、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来取代传统的继电器控制。2 PLC的发展历程与
10、趋势2.1 PLC发展历程在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，与大量离散量的数据采集。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。1968年美国GM（通用汽车）公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称Programmable Controller（PC）。个人计算机（简称PC）发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为Programmable Logic Contr
11、oller（PLC）。上世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为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，PLC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。PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。2.2 PLC发展趋势PLC未来展望21世纪，PLC会有更大的发展。从技术上看，计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上，会有运算速度更快、存储容量
12、更大、智能更强的品种出现；从产品规模上看，会进一步向超小型与超大型方向发展；从产品的配套性上看，产品的品种会更丰富、规格更齐全，完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求；从市场上看，各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破，会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面，会出现国际通用的编程语言；从网络的发展情况来看，可编程控制器和其它工业控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向。目前的计算机集散控制系统DCS（Distributed Control System）中已有大量的可编程控制器应用。伴随着计算机网络的发展，可编程控制器作为自动化控制网
13、络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业与工业以外的众多领域发挥越来越大的作用。3 PLC 原理与其机器指令3.1 PLC的基本结构图1 PLC的典型结构由图 1可见，PLC采用了典型的计算机结构，主要由主机、I/O扩展接口与外围设备组成。PLC主机由中央处理器（CPU）、存储器、I/O接口、I/O扩展接口、通信接口、外围设备接口和电源等部分组成。3.2 PLC的基本原理PLC是一种工业控制计算机，所以他的工作原理是建立在计算机工作原理基础之上。但CPU是以分时操作方式来处理各项任务的，计算机在每一瞬间只能做一件事，所以程序的执行是按程序顺序依次完成相应各电器的动作，因此它属于串行工作方式。P
14、LC是按周期性循环扫描的方式进行工作的。每扫描一次所用的时间称为扫描周期或工作周期。CPU从第一条指令开始执行，按顺序逐条的向下执行，最后返回首条指令重新扫描。PLC周而复始的循环式扫描。如下图2图2 PLC控制系统简图如图2可分为三部分第一部分是上电处理。PLC初始化过程包括硬件初始化，I/O模块配置检查,停电保持围设定与其它初始化处理等。第二部分是扫描过程。扫描过程先进行输入处理，其次进行与其它外设的通信处理，再次进行时钟，特殊寄存器更新。处于STOP方式时，输入执行自诊断检查。处于RUN方式时，进行完成用户程序的执行和输出处理，再转入执行自诊断检查。第三部分是出错处理。PLC每扫描一次，
15、就执行一次自诊断检查，确定PLC的动作是否异常，如果出现异常，CPU面板上的LED与异常继电器会得电，在特殊寄存器中会存入出错代码；当出现致命错误时，CPU被强制为STOP方式，使扫描停止。图2的工作过程：当开关SB1和SB2都闭合时存储器M得电，同时驱动线圈Q0.0和Q0.1让其产生动作闭合，由此控制外部电路。3.3 PLC的工作过程输入采样阶段在这个阶段，PLC首先按顺序对输入端子进行扫描，输入状态存入相应的输入映像寄存器中，同时，输入映像寄存器被刷新。其次进行执行阶段，在此阶段和输出刷新阶段，输入映像寄存器与外界隔离，无论输入信号如何变化，其容保持不变，直到下一个扫描周期的输入采样阶段才重新写入输入端的新容。要求输入信号的时间要大于一个扫描周期，否则易造成信号的丢失。程序执行阶段此过程中PLC对梯形图程序进行扫描，按从左到右，从上到下的要求顺序执行。当指令中涉与输入，输出时，PLC就从输入映像寄存器中“读入”对应输入端子状态，从元件映像寄存器“读入”对应元件的当前状态。并进行相应的运
