液体混合装置监控系统设计.docx

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液体混合装置监控系统设计

存档日期：

存档编号：

本科生毕业设计（论文）

液体混合装置监控系统设计

论文题目：

姓名：

倪雯岚

学院：

电气工程及自动化

专业：

自动化

班级、学号：

08电5108285030

指导教师：

包建华

江苏师范大学教务处印制

摘要

随着科学技术的发展，人们的生活日趋自动化，生产技术更是如此。

PLC作为计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计的。

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在工业控制中的地位也日益提升并且在工业控制中得到广泛应用，而且可编程控制器在工业控制中所占比重在迅速的上升。

本次设计是利用组态软件MCGS监控PLC实现两种液体的自动混合。

此次设计主要考虑其各个不同状态动作的连续和关联，对不同的状态进行不同的动作控制输出，从而实现将AB两种液体混合的周期性控制（包括单周期）。

本次设计的主要意义是：

用PLC编程来控制，一方面可以省去人力物力，从而达到节省成本的目的；另一方面，程序的合理性，全面性和可靠性可以使液体混合能更安全可靠全面的实现。

关键词：

PLC液体混合装置自动控制

Abstract

Withthedevelopmentofscienceandtechnology,people'slivesbecomeincreasinglyautomated,especiallyinproductiontechnology.PLCasoneofthecomputerfamilyisdesignedforindustrialcontrolapplications.Withtherapiddevelopmentofmicroprocessor,computerandcommunicationtechnologies,ProgrammableLogicController（PLC）,industrialcontrolrisingandhasbeenwidelyusedinindustrialcontrol,andprogrammablecontrollerintheproportionofindustrialcontrolrapidlyrising.

Thisdesignisautomaticallymixed-useconfigurationsoftwareMCGSmonitoringPLCtoachievethetwoliquids.Thedesignmainlyconsiderthevariouscontinuousstateactionandtheassociatedcontroloutputdifferentstates,differentactionsinordertoachievetheABtwoliquidsmixedperiodiccontrol（includingthesingle-cycle）.Themainsignificanceofthisdesignare:

PLCprogrammingcontrol,ontheonehand,eliminatestheneedformanpowerandresources,soastoachievethegoalofcostsavings;theotherhand,thelegitimacyoftheprocedure,completenessandreliabilityofliquidmixingcanbemoresecurereliableandcomprehensive.

Keywords：

PLCliquidmixingdeviceautomaticcontrol

2系统硬件设计5

3系统下位机软件设计17

4组态监控设计22

5系统调试31

6总结及进一步研究方向33

致谢34

参考文献35

附录36

1绪论

1.1概述

1.1.1课题背景

随着科学技术的飞速发展，自动控制技术已经在人类活动的各个领域中的应用得越来越广泛，而它的水平已经成为衡量一个国家生产和科学技术先进与否的一项重要指标。

在炼油、制药、化工等行业中，液体混合已经是不可缺少的程序，而且也是工业生产中非常重要的一部分。

然而由于此类行业中多数为有腐蚀有毒性介质和易燃易爆介质，这样就造成现场的工作环境非常恶劣，不适宜工作人员在现场操作。

此外，要求该系统在生产过程中具有配料准确、控制良好等规定，这也是半自动化及人工操作控制所难以实现的。

因此为了解决相关行业出现的这些问题，尤其是中小型企业中要求做到多种液体自动混合,液体自动混合配料势必成为摆在我们眼前的一大课题。

随着计算机技术的飞速发展，对原有液体混合装置进行技术改造，提出了数据采集、自动控制、运行管理等多方面的要求。

设计的多种液体混合装置利用可编程控制器实现在混合过程中精确控制，提高了液体混合运行稳定、自动化程度高，适合工业生产的需要。

可编程控制器是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计的。

PLC是可编程控制器的简称。

可编程控制器的特点：

（1）可靠性高、

（2）丰富的输入输出接口模块、（3）采用模块化结构、（4）编程简单、（5）安装方便[13]。

1.1.2课题的研究意义

为了提高产品质量，缩短产品的生产周期和适应产品迅速更新换代的要求，产品生产正在向降低成本、缩短生产周期，提高生产质量等方向发展。

在炼油、制药、化工等行业中，多种液体混合是不可缺少的工序，也是其生产过程中非常重要的一部分，然而由于此类行业中多为有腐蚀有毒性的介质和易燃易爆介质，以致于现场的工作条件非常恶劣，不适合现场人工操作。

液体自动混合是科学发展的必然趋势。

多种液体混合搅拌用于灌装各种各样的瓶装饮料，使用于大中型饮料生产厂家。

早期的灌装机械大多数采蠕动泵式、用容积泵式作为计量方式。

它具有效率高，功能强，加工质量高等特点，是当今世界的前沿课题，但还是存在一些问题。

该液体混合系统采用基于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的特点。

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，液体混合自动配料系统就此应社会工厂的需要而诞生了。

如何使PLC在饮料灌装中实现控制功能，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。

1.2方案设计的原则

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工艺和设备现况来构成并需尽量用以前系统中的元器件。

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，以便于操作人员快速掌握。

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。

1.3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20S后自动关闭，A液体阀Y0打开，注入A液体。

当液面上升到SL2时，关闭A液体阀Y0，同时注入B液体阀Y1打开，注入B液体。

当液面上升到SL1时，关闭B液体阀，并开始定时搅拌，搅拌20S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SL3时，开始计时到20S后关闭排气阀Y3。

一个循环结束。

3.本设计使用液位SL1、SL2、SL3三个传感器控制液体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。

1.4系统方案的设计思想

控制系统简单、经济、使用和维护方便。

物料混合设备要节能、安全、高效和满足生产及应用要求：

1．可靠性高

具有较高的可靠性是衡量一个电气控制设备很关键的性能指标。

由于PLC采用现代大规模集成电子电路技术，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，所以生产制作出来的产品的可靠性往往都是很高的。

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。

除了功能中的逻辑处理以外，现代PLC基本上都具有比较完善的数据运算能力，因此可以用在各种各样的数字控制场合。

3．易学易用，深受工程技术人员欢迎

作为通用的工业控制计算机，PLC是面向工矿企业的工控设备。

它的接口简单，编程语言容易被工程技术人员接受。

梯形图编程语言的符号及图形与表达方式跟继电器的电路图比较相当接近，只用少量的PLC开关量逻辑控制指令就能方便地实现继电器电路所能实现的功能。

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来从事工业控制减少了很多工作量，节约了时间。

4．系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造

PLC中存储逻辑被接线逻辑代替了，这样一来就大大的削减了控制设备的外部接线数量，控制系统的设计及建造的周期也大大缩短，同时维护起来也变得容易。

更为重要的是这样同一设备只需改变程序便可实现不同的生产过程，给需要进行多品种、小批量的生产场合带来了很大的便利。

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系统硬件设计

2.1可编程控制器的简介

PLC的过程控制已被广泛应用于连续过程控制领域，而且基于连续过程控制技术的发展趋势正在进一步得到增长。

在以改变几何形状和机械性能为特征的制造工业和以物理变化和化学变化将原料转化成产品为特征的过程工业中，特别在制造工业中存在了大量的开关量为主的开环的顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作号按照时序动作;另外还有与顺序、时序无关的按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制;以及大量的开关量、脉冲量、计时、计数器、模拟量的越限报警等状态量为主的—离散量的数据采集监视。

由于这些控制和监视的要求，所以PLC发展成了取代继电器线路和进行顺序控制为主的产品[4]。

近年来，可编程序控制器的发展与计算机技术、半导体集成技术、控制技术、数字技术、通信网络技术等高新技术的发展息息相关。

这些高新技术的发展推动了可编程序控制器的发展，而可编程序控制器的发展又对这些高新技术提出了更高更新的要求，促进了它们的发展。

2.1.1可编程控制器的基本结构

从广义上讲，PLC实质上是一种以数字控制为主要特征的工艺控制计算机，由硬件和软件两部分组成。

因此，在硬件结构上，PLC与计算机的组成十分相似，主要包括中