西华大学液体自动混合装置的控制系统设计解读

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1、液体自动混合装置的控制系统设计摘要：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

2、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Abstract: PLC is a gen eral-purpose computer tech no logy as the core of the automatic control device, you can also say that it is an application to change the controlcomputer. With the microprocessor, computer andcom muni catio ns tech no logy, the rapid developme n

3、t of programmable logic con troller PLC is widely used in in dustrial con trol, and the rapid risein the proporti on.Mainly by the PLCCPUmodule, in put module, output moduleand the program ming device compositi on .It is used in in dustrial mixing equipme nt, making the mixing process of automated c

4、on trol, and work to enhance the stability of the mixing device for mixing mach ine smooth,orderly, and accurate work to create a strong guarantee. This paper described a variety of liquids can be mixed in the PLC control program for single-cycleor continuous work, with power and memory function, ca

5、ncontinue to run afterrestoratio n.In additi on,PLC com muni cati onnetworking functions as well, and through configuration, can be directly on-site mon itori ng, work and man ageme nt more convenient.KEY WORDS: PLC, level sensor, timer1、前言12、总体方案设计 2.2.1方案论证2.2.2方案比较3.2.3方案选择4.3、单元模块设计6.3.1液体混合控制系统

6、 6.3.2主电路7.3.3 PLC机型选择 7.3.4 PLC容量选择 .8.3.5 PLCI/O 模块.9.3.5.1原理分析9.3.5.2 PLC 的 I/O 接线图103.6电源模块.104、液体自动混合系统的软件设计 124.1 PLC控制的相关流程图 124.1.1 控制流程图124.2可编程控制器梯形图 1.35、系统调试175.1系统模拟调试1.75.2系统联机调试1.7&系统常见故障分析及维护 206.1系统常见故障分析及维护 206.2 系统故障分析及处理206.2.1 PLC主机系统故障分析及处理 206.2.2 PLC的I/O端口系统故障分析及处理 206.2.3现场控

7、制设备故障分析及处理 206.3系统抗干扰性的分析和维护21结论22参考文献23附录1:液体自动混合语句表 24附录2:组态模拟图 25/、八1、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

8、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

9、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 CONTROL简称 PLC （有的称为 PC）,并在 GM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

10、，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、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

11、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。2、总体方案设计2.1 方案论证整个设计过程是按工艺流程设计，为设备安装、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

12、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

13、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。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液体阀丫1打开，注入 A液体。当液面上升到 SL2时，关闭A液体阀丫1,同时 注入B液体阀丫2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 丫4。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

14、。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2.2方案比较就目前的现状有以下几种控制方式满足系统的要求：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

15、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，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。