PLC控制的混合搅拌机毕业设计

目 录摘 要1 第一章 混合搅拌机系统方案设计31.1 方案设计原则31.2 系统的整体设计要求31.3 控制方式系统的要求的设计41.4 系统方案的设计思想6 第二章 混合搅拌机的硬件设计62.1 硬件选型7 2.1.1 PLC机型选择7 2.1.2 PLC容量选择7 2.1.3 简述PLC应用及使用中应注意的问题8 2.1.3 I/O模块的选择11 2.1.4 电源模块的选择122.2 PLC I/O点分配132.2.1分析原理132.2.2 PLC的I/O接线图142.3 主电路的设计142.4 混合搅拌机控制系统示意15 第三章 混合搅拌机的软件设计163.1 程序设计的一般方法16 3.1.1 经验设计法16 3.1.2 逻辑设计法17 3.1.3 顺序设计法173.2 PLC控制的相关流程图17 3.2.1 控制流程图183.3 可编程控制器梯形图18 第四章 系统常见故障分析及维护224.1 系统常见故障分析及维护224.2 系统故障分析及处理22 4.2.1 PLC主机系统故障分析及处理22 4.2.2 PLC的I/O端口系统故障分析及处理23 4.2.3 现场控制设备故障分析及处理234.3 系统抗干扰性的分析和维护23结 论25致 谢26附录28山东轻工业学院2012届本科生毕业设计（论文）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。本文所介绍的两种液体搅拌PLC控制程序可进行单周期或连续工作，可以实现两种液体的混合、搅拌功能，具有断电记忆功能，复电后可以继续运行。操作工艺是：启动后放入液体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，低液位后延时10S放空后关阀，又重复上述过程，要求工作过程中按下停止按纽后搅拌器不立即停止工作，对当前混合操作处理完毕后才停止搅拌器。关键词：PLC 液位传感器 定时器ABSTRACTPLC is the computer technology as the core of the general automatic control device, also can say it is a program to change the control function of the computer. With the microprocessor, the computer and the rapid development of communication technology, the programmable controller PLC has been widely used in industrial control, but also in the rapid rise in the proportion of. PLC consists of CPU module, input module, output module and the programming device. This paper introduces two kinds of liquid mixing PLC control procedures can be carried out in a single cycle or continuously, can achieve two kinds liquid mixing, stirring function, with power and memory function, complex can continue to run. The operation process is: after starting in liquid A by low level added to liquid level, close A, liquid B high level, close B, start M60S stirring motor, stirring stopped, open valve discharges mixed liquid, low level delay10S vent shut the valve, and repeat the above process, working process press the stop button after stirrer does not immediately stop working, on the current mixed operation after the treatment was stopped.Key Words: PLC ; level sensor ; timer第一章 混合搅拌机系统方案设计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，液体搅拌机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。 要实现整个液体搅拌机的设计，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 在该搅拌装置中，需要完成两种液体的进料、搅拌、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60S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后关闭排液阀Y4。一个循环结束。 3.当系统发生故障时，保护动作自动关闭相应的阀门和开启相应的阀门。执行动作不会立刻结束，等此次过程结束才结束。 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。1 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。2 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。3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(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。5数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。(5) 通信及联网PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。1.4 系统方案的设计思想控制系统简单、经济、使用和维护方便。液体混合设备要节能、安全、高效和满足生产及应用要求：1可靠性高，抗干扰能力强高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。2配套齐全，功能完善，适用性强PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。3易学易用，深受工程技术人员欢迎 PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。4系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。5体积小，重量轻，能耗低6硬件配套齐全，拥护使用方便，适应性强第二章 混合搅拌机的硬件设计2.1 硬件选型2.1.1 PLC机型选择机型选择的基本原则是在满足控制功能要求的前提下，保证系统工作可靠、维护使用方便及最佳的性能价格比。具体应考虑的因素如下所述。1结构合理对于工艺过程比较固定、环境条件较好、维修量较小的场合，选用整体式结构的PLC；否则，选用模块式结构的PLC，物料混合控制系统的设计选用整体式结构的PLC能够达到要求。62功能强弱适当 对于开关量控制的工程项目，若控制速度要求不高，一般选用低档的PLC，西门子公司的S7-200系列机或欧姆龙公司的COM1。3机型统一 PLC的结构分为整体式和模块式两种。整体式结构把PLC的I/O和CPU放在一块印刷电路板上，并封装在一个壳体内，省去了插接环节，因此体积小、价格便宜。但由于整体式结构的PLC功能有限，只适用于控制要求比较简单的系统。一般大型的控制系统都使用模块式结构，这样功能易扩展，比整体式灵活。一个大型企业选用PLC时，尽量要做到机型统一。由于同一机型的PLC，其模块可互为备用，以便备件的采购和管理；另外，功能及编程方法统一，有利于技术人员的培训；其外部设备通用也有利于资源共享。若配备了上位计算机，可把各独立系统的多台PLC联成一个多级分布式控制相互通信，集中协调管理。物料混合控制系统控制要求比较简单选择整体式结构的PLC。4是否在线编程PLC的特点之一是使用灵活。当被控设备的工艺过程改变时，只需用编程器重新修改程序，就能满足新的控制要求，给生产带来很大方便。PLC的编程分为离线编程和在线编程两种。离线编程的PLC，其主机和编程器共用物料混合控制系统采用离线编程。2.1.2 PLC容量选择PLC容量包括两个方面：一是I/O的点数；二是用户存储器的容量（字数）。PLC容量的选择除满足控制要求外，还应留有适当的裕量，以做备用。根据经验，在选择存储容量时，一般按实际需要的10%25%考虑裕量。对于开关量控制系统，存储器字数为开关量I/O乘以8；对于有模拟量控制功能的PLC，所需存储器字数为模拟内存单元数乘以100。通常，一条逻辑指令占用存储器一个字。计时、计数、移位及算术运算、数据传输等指令占用存储器两个字。各种指令占存储器的字数可查阅PLC产品使用手册。I/O点数也应留有适当裕量。由于目前I/O点数较多的PLC价格也较高，若备用的I/O点的数量太多，将使成本增加。根据被控对象的输入信号和输出信号的总点数，并考虑到今后的调整和扩充，通常I/O点数按实际需要的10%15%考虑备用量。2.1.3 简述PLC应用及使用中应注意的问题一、简述 多年来，可编程控制器（以下简称PLC）从其产生到现在，实现了接线逻辑到存储逻辑的飞跃；其功能从弱到强，实现了逻辑控制到数字控制的进步；其应用领域从小到大，实现了单体设备简单控制到胜任运动控制、过程控制及集散控制等各种任务的跨越。今天的PLC在处理模拟量、数字运算、人机接口和网络的各方面能力都已大幅提高，成为工业控制领域的主流控制设备，在各行各业发挥着越来越大的作用。2二、PLC的应用领域 目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况主要分为如下几类： 1开关量逻辑控制 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。6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工业过程控制 在工业生产过程当中，存在一些如温度、压力、流量、液位和速度等连续变化的量（即模拟量），PLC采用相应的A/D和D/A转换模块及各种各样的控制算法程序来处理模拟量，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的一种调节方法。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。 3运动控制 PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。一般使用专用的运动控制模块，如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。 4数据处理 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。数据处理一般用于如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。 5通信及联网 PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着工厂自动化网络的发展，现在的PLC都具有通信接口，通信非常方便。 三、PLC的应用特点 1可靠性高，抗干扰能力强 高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统将极高的可靠性。7 2配套齐全，功能完善，适用性强 PLC发展到今天，已经形成了各种规模的系列化产品，可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。多种多样的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。 3易学易用，深受工程技术人员欢迎 PLC是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人从事工业控制打开了方便之门。 4系统的设计，工作量小，维护方便，容易改造 PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时日常维护也变得容易起来，更重要的是使同一设备经过改变程序而改变生产过程成为可能。这特别适合多品种、小批量的生产场合。四、PLC的应用优点 1.可靠性高，抗干扰能力强高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。 2.配套齐全，功能完善，适用性强PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。 3.易学易用，深受工程技术人员欢迎 PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。4.系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。5.体积小，重量轻，能耗低 6.硬件配套齐全，拥护使用方便，适应性强2.1.3 I/O模块的选择PLC是一种工业控制系统，它的控制对象是工业生产设备或工业生产过程，它的工作环境是工业生产现场。它与工业生产过程的联系是通过 通过I/O接口模块可以检测被控生产过程的各种参数，并以这些现场数据作为控制器对被控制对象进行控制的依据。同时控制器又通过I/O接口模块将控制器的处理结果送给工业生产过程中的被控设备，驱动各种执行机构来实现控制。外部设备或生产过程中的信号电平各种各样，各种机构所需的信息电平也是各种各样的，而PLC的CPU所处理的信息只能是标准电平，所以I/O接口模块还需实现这种转换。PLC从现场收集的信息及输出给外部设备的控制信号都需经过一定距离。为了确保这些信息的正确无误，PLC的I/O接口模块都具有较好的抗干扰能力。根据实际需要，PLC相应有许多种I/O接口模块，包括开关量输入模块、开关量输出模块、模拟量输入模块及模拟量输出模块，可以根据实际需要进行选择使用。1确定I/O点数I/O点数的确定要充分的考虑到裕量，能方便地对功能进行扩展。对一个控制对象，由于采用不同的控制方法或编程水平不一样，I/O点数就可能有所不同。2开关量I/O标准的I/O接口用于同传感器和开关（如按钮、限位开关等）及控制（开/关）设备（如指示灯、报警器、电动机起动器等）进行数据传输。典型的交流I/O信号为24240V（AC），直流I/O信号为524V（DC）。 3选择开关量输入模块主要从下面两方面考虑：一是根据现场输入信号与PLC输入模块距离的远近来选择电平的高低。一般24V以下属于低电平，其传输距离不宜太远。如12V电压模块一般不超过10m，距离较远的设备选用较高电压模块比较可靠。二是高密度的输入模块，如32点输入模块，能允许同时接通的点数取决于输入电压和环境温度。一般同时接通的点数不得超过总输入点数的60%。4选择开关量输出模块时应从以下三个方面来考虑：一是输出方式选择。输出模块有三种输出方式：继电器输出、晶闸管输出、晶体管输出。其中，继电器输出价格便宜，使用电压范围广，导通压降小，承受瞬时过电压和过电流的能力强，且有隔离作用。但继电器有触点，寿命较短，且响应速度较慢，适用于动作不频繁的交直流负载。当驱动电感性负载时，最大开闭频率不得超过1Hz。晶闸管输出（交流）和晶体管输出（直流）都属于无触点开关输出，适用于通断频繁的感性负载。感性负载在断开瞬间会产生较高反电压，必须采取抑制措施。二是输出电流的选择。模块的输出电流必须大于负载电流的额定值，如果负载电流较大，输出模块不能直接驱动时，应增加中间放大环节。对于电容性负载、热敏电阻负载，考虑到接通时有冲击电流，要留有足够的余量。三是允许同时接通的输出点数。在选用输出点数时，不但要核算一个输出点的驱动能力，还要核算整个输出模块的满负荷负载能力，即输出模块同时接通点数的总电流值不得超过模块规定的最大允许电流值。2.1.4 电源模块的选择电源模块的选择一般只需考虑输出电流。电源模块的额定输出电流必须大于处理器模块、I/O模块、专用模块等消耗电流的总和。以下步骤为选择电源的一般规则： 1确定电源的输入电压；2将框架中每块I/O模块所需的总背板电流相加，计算出I/O模块所需的总背板电流值；3I/O模块所需的总背板电流值再加上以下各电流： （1） 框架中带有处理器时，则加上处理器的最大电流值； （2） 当框架中带有远程适配器模块或扩展本地I/O适配器模块时，应加上其最大电流值。 4如果框架中留有空槽用于将来扩展时，可做以下处理； （1） 列出将来要扩展的I/O模块所需的背板电流； （2） 将所有扩展的I/O模块的总背板电流值与步骤。 5在框架中是否有用于电源的空槽，否则将电源装到框架的外面。 6根据确定好的输入电压要求和所需的总背板电流值，从用户手册中选择合适的电源模块。具体应考随着PLC技术的发展，PLC产品的种类越来越多，而且功能也日益完善。PLC的种类繁多，其结构、性能、容量、指令系统、编程方式、价格等各有不同，当然使用场合也有所不同。因此选择合理的PLC对提高PLC控制系统技术经济指标意义重大。 因此在选择机型时不仅要满足其功能要求及维护等方面的虑： （1）合理的结构形式（2）安装方式的选择（3）相当的功能要求（4）系统可靠性的要求2.2 PLC I/O点分配2.2.1分析原理通过分析控制任务，如不考虑产量显示，则共需要5个数字量输入和7个数字量输出，CPU型号可以选择S7-200PLC的CPU224（本机上有14个数字量输入和10个数字量输出）。由于系统需要显示灌装的灌数，产量上限为1600，可以使用4个带译码电路的BCD数码显示管显示灌装产量，这样就另外需要16点数字量输出。可以使用2个数字量输出扩展模块EM22（DC24V）或使用一个数字量输入/输出混合扩展模块EM233(DI16/DO16*DC24V)。SL1(L)、SL2(I)、SL3(H)为3个液位传感器，液体淹没时接通。进液阀QO.1、QO.2分别控制A液体和B液体进液，出液阀Q0.3控制混合液体出液。该系统所使用的输入输出设备的I/O分配如表2-1所示。表2-1 输入和输出设备I/O分配表输入输出I1.0启动按钮SB1Q0.1液体A电磁阀Y1I1.1停止按钮SB2Q0.2液体B电磁阀Y2I1.2低液面传感器SL1Q0.3混合液电磁阀Y4I1.3中液面传感器SL2Q0.0搅动电动机接触器I1.4高液面传感器SL32.2.2 PLC的I/O接线图 根据表2-1输入和输出设备及I/O点分配表画出图2-1 I/O主要接线图如下: 启动按钮SB1、停止按钮SB2分别由I1.0和I1.1控制。图2-1 I/O接线图2.3 主电路的设计根据以上所选的CJX1-9，220V型接触器、DZ47-63系列小型断路器、JR16B-60/3D型热继电器和型号为Y90S-6/0.75KW的电动机可画出其硬件电气原理图如图2-2所示。其中本次设计中的混合液体搅拌由电动机M启动。带有短路保护、过载保护等，短路保护由FU熔断器来实现保护功能，过载保护由FR热继电器来实现其保护功能。 图2-2主电路2.4 混合搅拌机控制系统示意本设计为两种液体混合搅拌控制，其元件、要求如下：1.初始状态 开始排放混合液体阀Y4打开延时10S后自动关闭2. 启动操作 按下启动按钮SB1，液体装置开始按以下顺序工作： （1）进液阀Y1打开，A液体流入容器，液位上升。 (2）当液位上升到SL2（I）处时，进液阀Y1关闭，A液体停止流入，同时打开进液阀Y2，B液体开始流入容器。 （3）当液位上升到SL3（H）处，进液阀Y2关闭，B液体停止流入，同时搅拌电动机开始工作。 （4）当搅拌电机定时搅拌60S后制动停止搅拌，同时Y4打开，开始放液，液位开始下降。 （5）当液位下降到SL1（L）处时，开始计时10秒后关闭放液阀Y4，自动开始下一个循环。3.停止操作 工作中，若按下停止按钮SB2，装置不会立即停止，而是完成当前工作循环后再停止。如图2-3所示,SL1（L）、SL2（I）、SL3（H）为3个液位传感器，液体淹没时接通。进液阀Y1、Y2分别控制液体A和液体B进液，出液阀Y4控制混合液体出液。图2-3 搅拌系统示意图第三章 混合搅拌机的软件设计3.1 程序设计的一般方法3.1.1 经验设计法经验设计法也叫凑试法。在掌握一些典型控制环节和电路设计的基础上，根据被控对象对控制系统的具体要求，凭经验进行选择、组合。这种方法对于一些简单的控制系统的设计是比较凑效的，可以收到快速、简单的效果。经验设计法的具体步骤如下： 1确定输入/输出电器；2确定输入和输出点的个数、选择PLC机型、进行I/O分配；3做出系统动作工程流程图；4选择PLC指令并编写程序； 5编写其它控制要求的程序； 将各个环节编写的程序联系起来，即得到一个满足控制要求的程序。3.1.2 逻辑设计法工业电气控制线路中，有很多是通过继电器等电器元件来实现的。而继电器、交流接触器的触点都只有两种状态即：断开和闭合，因此用“0”和“1”两种取值的逻辑代数设计电气控制线路是完全可以的。该方法是根据数字电子技术中的逻辑设计法进行PLC程序的设计，它使用逻辑表达式描述问题。在得出逻辑表达式后，根据逻辑表达式画出梯形图。3.1.3 顺序设计法对那些按动作的先后顺序进行控制的系统，非常适合使用顺序控制设计法进行编程。顺序控制法规律性很强，虽然编程相当长，但程序结构清晰、可读性。在用顺序控制设计法编程时，功能图是很重要的工具。功能图能够清楚地表现出系统各工作步的功能、步与步之间的转换顺序及其转换条件。功能图由流程步、有向线段、转移和动作组成，在使用时它有一些使用规则，具体如下：1. 步于步之间必须用转移隔开；2. 转移与转移之间必须用步隔开；3. 转移和步之间用有向线段连接，正常画顺序功能图的方向是从上向下或则从左向右。按照正常顺序画图时，有向线段可以不加箭头，否则必须加箭头。4. 一个顺序功能图中至少有一出初始步。3.2 PLC控制的相关流程图3.2.1 控制流程图混合搅拌机的控制是比较复杂的，要满足控制的要求，电梯在接收用户信号的同时，还要不断处理各种定时信号。液体搅拌的循环过程为：开阀门Y1-一关阀门Y1-开阀门Y2-关阀门Y2-搅拌一定时一放液体一定时一关阀门Y4-停止一个循环。同时在程序设计过程中应遵循定时原则。系统的软件流程图 ，如图3-1所示:图3-1程序流程图3.3 可编程控制器梯形图标准语言梯形图语言也是我们最常用的一种语言，它有以下特点1. 它是一种图形语言，沿用传统控制图中的继电器触点、线圈、串联等术语和一些图形符号构成，左右的竖线称为左右母线。2. 梯形图中接点（触点）只有常开和常闭，接点可以是PLC输入点接的开关也可以是PLC内部继电器的接点或内部寄存器、计数器等的状态。3. 梯形图中的接点可以任意串、并联，但线圈只能并联不能串联。4. 内部继电器、计数器、寄存器等均不能直接控制外部负载，只能做中间结果供CPU内部使用。5. PLC是按循环扫描事件，沿梯形图先后顺序执行，在同一扫描周期中的结果留在输出状态暂存器中所以输出点的值在用户程序中可以当做条件使用。功能左边画输入、右边画输出。根据图3-1流程图，分析画出梯形图如3-2所示。图3-2 梯形图 梯形图分析： 1.初始状态 当装置投入运行时，进液阀QO.1、QO.2关闭，出液阀QO.3 打开10秒将容器中的残存液体放空后关闭。2.启动操作 按下启动按钮SB1，液体装置开始按以下顺序工作： （1）进液阀QO.1打开，A液体流入容器，液位上升。 （2）当液位上升到SL2（I）处时，进液阀QO.1关闭，A液体停止流入，同时打开进液阀QO.2，B液体开始流入容器。 （3）当液位上升到SL3（H）处，进液阀QO.2关闭，B液体停止流入，同时搅拌电动机开始工作。 （4）当搅拌电机定时搅拌60S后制动停止搅拌，同时QO.3打开，开始放液，液位开始下降。 （5）当液位不能下降到SL1（L）处时，开始计时10秒后关闭放液阀QO.3，自动开始下一个循环。3.停止操作 工作中，若按下停止按钮SB2，待整个循环进行到结束，即待灌内液体排完，切断Y4，不再接通Y1，停止Y1，停止工作。第四章 系统常见故障分析及维护 为了延长PLC控制系统的寿命，在系统设计和生产使用中要对该系统的设备消耗、元器件设备故障发生点有比较准确的估计，也就是说，要知道整个系统哪些部件最容易出故障，以便采取措施。4.1 系统常见故障分析及维护3系统故障一般指整个生产控制系统失效的总和，它又可分为PLC故障和现场生产控制设备两部分。PLC系统包括中央处理器、主机箱、扩展机箱、I/O模块及相关的网络和外部设备。现场生产控制设备包括I/O端口和现场控制检测设备，如继电器、接触器、阀门、电动机等。4.2 系统故障分析及处理4.2.1 PLC主机系统故障分析及处理PLC主机系统最容易发生故障的地方一般在电源系统，电源在连续工作，散热中，电压和电流的波动冲击是不可能避免的。系统总线的损坏主要由于现在PLC多为插件结构，长期使用插拔模块会造成局部印刷板或底板、接插件接口等处地总线很坏，在空气温度变化，湿度变化的影响下，总线的塑料老化、接触点的氧化等都是系统总线损耗的原因。所以在系统设计和处理系统故障的时候要考虑到空气、尘埃、紫外线等因素对设备的破坏。目前PLC的主存储器大多采用可擦写ROM，其使用寿命除了主要与制作工艺相关外，还和底板的供电、CPU模块工艺水平有关。而PLC的中央处理器目前都才用高性能的处理芯片，故障率已经大大下降。对于PLC主机系统的故障的预防及处理主要是提高集中控制室的管理水平，加装降温措施，定期除尘，使PLC的外部环境符合其安装运行要求；同时在系统维修是，严格按照操作进行操作，谨防认为的对主机系统造成损害。4.2.2 PLC的I/O端口系统故障分析及处理 PLC最大的薄弱环节在I/O端口。PLC的技术优势在于其I/O端口，在主机系统的技术水平相差无几的情况下，I/O模块式体现PLC性能的关键部件，因此它也是PLC损坏中的突出环节。要减少I/O模块的故障就要减少外部各种干扰对其影响，首先要按照其使用的要求进行使用。不可随意减少其外部保护设备，其次分析主要的干扰因素，对主要干扰源要进行隔离或处理。4.2.3 现场控制设备故障分析及处理 在整个过程控制系统中最容易发生故障的地点在现场，现场中最容易出故障的有以下几个方面： 1. 第1类故障点是在继电器、接触器。PLC控制系统的日常维护中，电气备件消耗量最大的为各类继电器或空气开关。主要原因除产品本身外，就是现场环境比较恶劣，接触器触点易打火或氧化，然后发热变形直至不能使用。所以减少此类故障应尽量选用高性能继电器，改善元器件使用环境，减少更换的频率，以减少其对系统运行的影响。 2. 第2类故障多发生在阀门等设备上。因为这类设备的关键执行部位们利用电动执行机构推拉阀门或闸板的位置转换，机械、电气、液压等各环节稍有不到位就会产生误差或故障。长期使用缺乏维护，机械、电气失灵是故障产生的主要原因，因此在系统运行时要加强对此类设备的巡检，发现问题及时处理。3. 第3类故障点是传感器和仪表，这类故障在控制系统中一般反映在信号的不正常。这类设备安装时信号线的屏蔽层应单端可靠接地，并尽量与动力电缆分开敷设，特别是高干扰的变频器输出电缆，而且要在PLC内部进行软件滤波。这类故障的发现及处理也和日常的巡检有关，发现问题应及时处理。4.3 系统抗干扰性的分析和维护由于PLC是专门为工业生产环境设计的装置，因此一般不需要在采取特殊措施就能直接用于工业环境中。但如果工作环境过于恶劣，如干扰特别强烈，可能使PLC引起错误的输入信号；运算出错误的结果；产生错误的输出信号；造成错误的动作，就不能保证控制系统正常、安全运行。因此为提高控制系统的可靠性，在设计时采取相应有效的抗干扰措施是非常必要的。外界干扰的主要来源有：1.电源的干扰供电电源的波动以及电源电压中高次谐波产生的干扰。2.感应电压的干扰PLC周围邻近的大容量设备起动和停止时，因电磁感应引起的干扰；其它设备或空中强电场通过分布电容串入PLC引起的干扰。3.输入输出信号的干扰输入设备的输入信号线间寄生电容引起的差模干扰和输入信号线与大地间的共模干扰；在性感负载的场合，输出信号由断开-闭合时产生的突变电流和闭合-断开的反向感应电势以及电磁接触器的接点产生电弧等产生的干扰。4.外部配线干扰因各种电缆选择不合理，信号线绝缘降低，安装，布线不合理等产生的干扰。提高PLC控制系统抗干扰性能的措施： （1）科学选型； （2）选择高性能电源，抑制电网干扰； （3）正确选择接点，完善接地系统； （4）柜内合理选线配线，降低干扰。 结 论 本设计主要阐述混合搅拌机的自动控制，实现液体混合、搅拌的全过程：即进料、搅拌、出料的自动控制。其系统结构简单，运行稳定可靠。使用了西门子S7-200型号PLC，设计了控制程序。尽管毕业设计内容繁多，过程繁琐但我的收获却更加丰富。各种系统的适用条件，各种设备的选用标准，各种继电器的安装方式，我都是随着设计的不断深入而不断熟悉并学会应用的。与老师的交流沟通也使我从各种角度对设计有了新的认识也对自己提出了新的要求由于客观条件的限制，在本设计中没有将指令程序通过编程器送入PLC，并且还进行系统模拟调试和完善程序。至于后面的硬件系统的安装、对整个系统进行现场调试和安装运行都无法完成。若以后条件允许，可以对以上设计进行进一步完善。致 谢我完成这篇毕业论文，得到了许多人的帮助。首先，我要特别感谢我的指导老师刘涛老师。在我撰写论文的过程中，刘老师付出了大量的心血和汗水，无论是在论文的选题、构思和资料的收集方面，还是在论文的研究方法以及成文定稿方面，我都得到了刘老师细心、耐心地辅导和热情的帮助，她指导我论文一定要严格按照论文格式去写，并且要有自己的观点和看法。她广博的学识、严谨的治学精神和一丝不苟的工作作风深深影响了我，使我终身受益。在此我表示真诚地感谢！也要感谢在这大学四年里辛勤教育我们的各位老师，尤其是专业课方面的老师！同时，在论文的写作过程中，也得到了许多同学的宝贵建议，在此一并致以诚挚的谢意。最后，我向在百忙中抽出时间对本文进行评审并提出宝贵意见的各位老师表示衷心地感谢！参考文献 1 郭东栋.单片机控制的直流调速系统.可编程控制器与工厂自动化M.机械工业 出版社， 2007 2 廖常初.PLC编程及应用M.机械工业出版社, 20093 常晓玲.电气控制系统与可编程控制器M.：机械工业出版社，2006.4 邵裕森、巴筱云. 过程控制及仪表M. 机械工业出版社, 19995 林春方.可编程控制及应用M.：上海交通大学出版社，20046 西门子公司.SIMATIC S7-200可编程控制器系统手册M.7 何衍庆. 可编程控制器原理及应用技巧M.化学工业出版社，20058 肖清、王中锋.西门子PLC课程设计指导书M.20099 顾绳谷.电机及拖动基础.M.机械工业出版社，200010 康华光. 电子技术基础.M.高等教育出版社.200511 张宏甲.液压与气压传动.M.机械工业出版社，200312 伊宏业. 主编 PLC可编程控制器教程.M.航空工业出版社，200313 林德杰. 过程控制仪表及控制系统.M. 机械工业出版社, 200814 张凤珊电气控制及可编程序控制器2版 M北京: 中国轻工业出版社， 200315 马志溪电气工程设计 M北京: 机械工业出版社，200216 刘增良、刘国亭电气工程CAD M北京: 中国水利水电出版社，200217 齐占庆、王振臣电气控制技术 M北京: 机械工业出版社，200218 史国生电气控制与可编程控制器技术 M北京: 化学工业出版社，200319 郁汉琪电气控制与可编程序控制器应用技术 M南京: 东南大学出版社 200320 Madhusudan Sikri.Adapting Packaging Machines to PLC Control. 2011. 附录 混合搅拌机语句表 网络1LD I1.0O M0.0AN I1.1= M0.0网络2LD M0.0O Q0.1AN Q0.2AN Q0.0AN I1.1= Q0.1网络3LD I1.3O Q0.2AN Q0.0A M0.0AN Q0.3= Q0.2网络4LD I1.4O Q0.0AN Q0.3A M0.0= Q0.0网络5LD Q0.0TON T37, 100网络6LD T37O Q0.3AN T38A M0.0= Q0.3网络7LD I1.2O M0.1AN T38A Q0.3A M0.0= M0.1网络8LD M0.1TON T38, 100具体分析如下：SL1,SL2,SL3为液面传感器，液面淹没时接通，两种液体的输入和混合液体放液阀由电磁阀Y1，Y2,Y4控制， M为搅拌电动机。其控制要求如下：(1) 启动电源，按下启动按钮SB1，中间继电器M0.0接通，使Q0.1接通，即A液体阀门打开，流入A液体，液体B阀门关闭，当液体达到传感器SL2的高度，SL2发出信号，切断Y1接通Y2。(2) Y2接通，即Q0.2接通，流进液体B，当液位高度达到SL3，SL3发出信号，关断Y2，接通Q0.0，使得电动机M得电。(3) M得电接通，搅拌液体，使之混合，搅拌10S后，自己切断电动机M，同时接通Y4即排放阀接通。(4) 当液面下降到SL1处时,SL1由ON变为OFF,再过10秒，容器放空，放液阀门Y4关闭，开始下一个循环周期。(5) 当按停止按钮SB2，待整个循环进行到结束，即待灌内液体排完，切断Y4，不再接通Y1，停止Y1，停止工作。25