液体自动混合控制系统设计

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1、广东岭南职业技术学院LINGNAN INSTITUTE OFTECHNOLOGY广东岭南职业技术学院毕业设计（论文）液体自动混合控制系统设计学生姓名宁常娇指导教师黎川林专 业机电一体化班 级13级明美班二级学院现代制造学院2015 年 7 月摘要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、计算机和通信技术的飞速发展，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

2、搅拌设备工作的稳定性，为 搅拌机械顺利、有序、准确的工作创造了有力的保障。本文所介绍的多种液体混 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，复电后可以继 续运行。另外， PLC 还有通信联网功能，再通过组态，可直接对现场监控、更方便 工作和管理。关键词： PLC ，液位传感器，定时器目录前 言 5第 1 章液体自动混合系统方案设计 71.1 方案设计原则 71.2 系统的整体设计要求1.3 控制方式系统的要求的设计 81.4 系统方案的设计思想 9第 2 章液体自动混合系统的硬件设计 112.1 硬件选型 112.1.1 PLC 机型选择 112.1.2 PLC 容量选择

3、 122.1.3 I/O 模块的选择 132.1.4 电源模块的选择 142.2 PLC I/O 点分配 152.2.1 分析原理 152.2.2 PLC 的 I/O 接线图 162.3 主电路的设计 162.4 液体混合控制系统示意 17第 3 章 液体自动混合系统的软件设计 193.1 程序设计的一般方法 193.1.1 经验设计法 193.1.2 逻辑设计法 193.1.3 顺序设计法 193.2 PLC 控制的相关流程图 203.2.1 控制流程图 203.3 可编程控制器梯形图 20第 4 章 组态设计 244.1 组态王软件 244.2 组态王相关操作 24第 5 章 系统调试 3

4、05.1 系统模拟调试 305.2 系统联机调试 30第 6 章 系统常见故障分析及维护 336.1 系统常见故障分析及维护 336.2 系统故障分析及处理 336.2.1 PLC 主机系统故障分析及处理 336.2.2 PLC的I/O端口系统故障分析及处理 346.2.3 现场控制设备故障分析及处理 346.3 系统抗干扰性的分析和维护 34结 论 36谢 辞 37参考文献 38% I前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

5、重要的组成部分。但是由于这些行业中 多为易燃易爆、有毒有腐蚀性的介质，以至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 于化学工业中，便于学以致用。计算机的出现给大规模工业自动化带来了曙

6、光。 1968 年，美国最大的汽车制造厂商通用 汽车（GM）公司提出了公开招标方案，设想将功能完备、灵活、通用的计算机技术与继电 器便于使用的特点相结合，把计算机的编程方法和程序输入方式加以简化，用面向过程、面 向问题“自然语言”编程，生产一种新型的工业通用继电器，使人们不必花费大量的精力进 行计算机编程，也能像继电器那样方便的使用。这个方案首先得到了美国数字设备（ DEC） 公司的积极响应，并中标。该公司于 1969 年研制出了第一台符合招标要求的工业控制器，命 名为可编程逻辑控制器（ PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER ），简称 PLC （有的称为 PC）,并在GM

7、公司的汽车自动装配线上实验获得了成功。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，备受国内外技术人员和工商业界厂商的极大关注，生产 PLC 的厂商云起。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 的控制系统来取代园林单片机、 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，因此具有广阔是市 场前景。用 PLC 进行开关量控制的实例很多，在冶金、

8、机械、纺织、轻工、化工、铁路等行 业几乎都需要它，例如灯光照明、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。本 次设计是将 PLC 用于两种液体混合装置的设计的控制，对学习与实用是很好的结合。本设计的主要研究范围及要求达到的技术参数有：1. 液体混合装置能够实现对混合罐安全、高效的加液、混液、出液的控制；2. 满足混合液的各项技术要求；3. 具体内容包括两种液体混合控制方案的设计、软硬件电路的设计、常见故障分析等等第 1 章液体自动混合系统方案设计1.1 方案设计原则 整个设计过程是按工艺流程设计，为设

9、备安装、运行和保护检修服务，设计的编写按照 国家关于电气自动化工程设计中的电气设备常用基本图形符号（ GB4728 ）及其他相关标准和 规范编写。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， 液体混合系统部分是一个较大规模工业控制系统的改适升级， 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

10、 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， 需要从怎样实现多个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。1.2 系统的整体设计要求在该混合液体装置中，需要完成两种液体的进料、混合、卸料的功能，控制要求如下：1. 混合过程：开始排放混合液体阀打开延时 10S 后自动关闭， A 液体阀 Y1 打开，注入 A 液体。当液面上

11、升到 SL2 时，关闭 A 液体阀 Y1 ，同时注入 B 液体阀 Y2 打开，注入 B 液体。 当液面上升到 SL3 时，关闭 B 液体阀，并开始定时搅拌，搅拌 10S 后停止。2. 停止过程：停止搅拌后自动排放混合液体，当混合液体的页面下降到 SL1 时，开始计时 到 10S 后关闭排气阀 Y4 。一个循环结束。3. 当系统发生故障时，报警灯闪烁。保护动作自动关闭相应的阀门和开启相应的阀门。停 止混合系统运行。4. 本设计使用液位H、I、L 3个传感器控制液体A、液体B的进入和混合液排出的3个 电磁阀门及搅拌机的启停。1.3 控制方式系统的要求的设计就目前的现状有以下几种控制方式满足系统的要

12、求：继电器控制系统、单片机控制、工 业控制计算机控制、可编程序控制器控制。1. 继电器控制系统 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，虽然继电器本身价格不太贵，但是控制柜的安装接线工作量大，因此整个控制柜 价格非常高，灵活性差，响应速度慢。2. 单片机控制单片机作为一个超大规模的集成电路，机构上包括CPU 、存储器、定时器和多种输入 /输出接口电路。其低功耗、低电压和很强的控制

13、功能，成为功控领域、尖端武器、日常生活 中最广泛的计算机之一。 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。 要将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。3. 工业控制计算机控制 工控机采用总线结构，各厂家产品兼容性强，有实时操作系统的支持，在要求快速、实 用性强、功能复杂的领域中占优势。 但工控机价格较高， 将它用于开关量控制有些大材小用。 且其外部 I/O 接线一般都用于多芯扁平电缆和插头、插座，直接从印刷电路板上引出，不如 接线端子可靠。4. 可编程序控制器控制 可编程控制器配备各种硬件装置供用户选择

14、，用户不用自己设计和制作硬件装置，只须 确定可编程序控制器的硬件配制和设计外部接线图，同时采用梯形图语言编程，用软件取代 继电器电器系统中的触点和接线，通过修改程序适应工艺条件的变化。可编程控制器（PLC）从上个世纪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增强了其功 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、连网通讯功能等多种性能，是名符其实的多功能控制器。由

15、PLC 为主构成的 控制系统具有可靠性高、控制功能强大、性价比高等优点，是目前工业自动化的首选控制装 置。故选择 PLC 来实施本次设计。(1) 开关量的逻辑控制这是 PLC 最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序 控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、 订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。(2) 运动控制PLC 可以用于圆周运动或直线运动的控制，世界上各主要 PLC 厂家的产品几乎都有运动 控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。(3) 闭环过程控制过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC 能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。 PID 调节是一般闭环控制系统中用得较多的 调节方法。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。(4) 数据处理现代 PLC 具有数学运算(含矩阵运算、函数运算、逻辑运算) 、数据传送、数据转换、 排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。数据处理一般用于大型控 制系统，如无人控制的柔性制