液体自动混合装置的PLC控制.docx

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宁夏大学新华学院工程与应用科学系2012届毕业设计

液体自动混合装置的PLC控制

摘要：

本文所介绍的多种液体自动混合装置是一种适用于工业环境下的新型通用自动控制装置。

在本设计中采用了日本三菱公司FX系列FX2N可编程控制器，以三种液体的混合控制为例，将三种液体按一定比例进行混合，之后对液体进行搅拌，搅拌后加热，待加热到特定温度后从容器中流出，并实现整个控制系统的自动循环控制。

在控制系统中通过装置中的液位传感器控制液体流量，温度传感器控制混合液体的温度，实现了对液体混合装置的控制。

在设计中具体完成了PLC硬件设计和软件编程，并通过系统调试，达到自动混合液体的目的，提高了液体混合生产的自动化程度和生产效率，可以用于工业上液体混合及后期加工等，基本适合于工业生产要求，其便于维修和保养。

关键词：

多种液体；混合装置；自动控制；PLC

AutomaticliquidmixingdevicePLCcontrol

ABSTRACT:

ThistextisintroducingatCountsVariousLiquidsAutomatictomixwithPLC.Thecontrolsystemisakindofnewingeneraluseautomaticcontroldevicethatbeapplicabletotheindustryenvironment,whichusesFXseriesmodelFX2NPLCmadebyMitsubishiElectricofJapantocompletethecontrolofthedevicethatusedtomixtheliquid.Thedesignofthethreeliquidmixtureincontrolasanexample,istoacertainproportionbythethreeliquidmixture,afterbeatupthemixture,thencalefactionthemixture,andformacircle.Itthroughtheprocessliquidlevelsensortocontrolliquidflux,havefinishedthehardwaredesignofPLCandsoftwareprogramming,anddebuggedandtestedthewholesystem.Inconclusion,thedeviceiscapableofmixingtheliquidautomatically.Thetechniqueimprovestheautomationextentoftheliquidproductionlineandproductivity.Itcanusefortheliquidontheindustrymixwithandthepost-processandsoon;basicsuitablefortheindustryproducestherequest,easyoperation,repairandmaintenance.

Keywords:

VarietyOfLiquid；MixedDevices；AutomaticControl；PLC

目 录

1.绪 论 1

1.1课题背景 1

1.2技术的发展趋势 1

1.3设计的目的 2

2.可编程控制器的基本结构及工作原理 3

2.1可编程控制器的基本结构 3

2.1.1中央处理器 3

2.1.2存储器 4

2.1.3输入/输出（I/O）模块 4

2.1.4编程器 4

2.1.5电源 5

2.2可编程控制器的工作原理 5

2.3可编程控制器的主要功能 6

2.4可编程控制器的主要特点 7

3.液体自动混合装置的PLC实现 8

3.1液体混合装置示例 8

3.2液体混合装置控制要求 9

3.3PLC硬件的选择 11

3.4PLC硬件的实现 13

3.4.1机型选择 13

3.4.2I/O点数分配 14

3.4.3液体混合装置I/O外部接线图 14

3.5PLC软件的实现 15

3.5.1软件编程的基本知识 15

3.5.2液体自动混合装置控制程序 16

3.5.3控制梯形图 18

3.5.4语句表 19

4.结 论 20

参考文献 21

致 谢 22

外文翻译 23

附 件 51

1.绪 论

1.1课题背景

随着科学技术的迅猛发展，自动控制技术在人类活动的各个领域中应用越来越广泛，它的水平已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。

在许多行业中，液体自动混合是必不可少的程序，也是其生产过程中十分重要的一部分。

液体自动混合装置是将多种液体按先后顺序，按一定比例混合、加热后输出的生产装置。

液体自动混合装置在很多行业中都很实用，在炼油、化工、制药等行业中是必不可少的工序。

由于生产过程中的介质多为易燃易爆、有毒有腐蚀性的物体，工作环境十分恶劣，不适合人工操作，加上现代工业生产要求，不断提高生产质量，缩短生产周期，降低生产成本等，其生产由以前简单的人工操作、机械化、半自动化向着自动化、智能化的方向发展，确保整个液体自动混合过程混合精确和控制可靠的要求。

所以液体自动混合装置势必是现今制造行业中不可或缺的一部分。

液体混合装置的控制系统由什么来控制？

怎么控制？

也成为工控行业中的一大难题。

1.2技术的发展趋势

当前，液体自动混合装置的控制方式有以下四种：

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。

下面就来简单介绍一下它们：

（1）继电器控制该系统的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）单片机控制单片机是一个超大规模的集成电路。

结构上包括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，成为工控领域、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，它的硬件设计、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业控制计算机采用总线结构。

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，不如接线端可靠。

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（4）可编程序控制器控制可编程序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。

PLC与继电器控制的主要区别有以下几点：

组成器件不同：

继电器控制线路是由许多真正的硬件继电器组成的。

而PLC是由许多“软继电器”组成的，这些“继电器”实际上是存储器中的触发器，可以置

“0”或置“1”。

触点的数量不同：

硬继电器的触点数有限，一般只有4至8对；而“软继电器”

可供编程的触点数有无限对，因为触发器状态可取用任意次。

控制方法不同：

继电器控制是通过元件之间的硬接线来实现的，因此其控制功能就固定在线路中了，因此功能专一，不灵活；而PLC控制是通过软件编程来解决的，只要程序改变，功能可跟着改变，控制很灵活。

工作方式不同：

继电器控制线路中，当电源接通时，线路中各继电器都处于受制约状态，该合的合，该断的断。

而在PLC的梯形图中，各“软继电器”都处于周期性循环扫描接通中，从客观上看，每个“软继电器”受条件制约，接通时间是短暂的。

也就是说继电器控制的工作方式是并行的，而PLC的工作方式是串行的。

由于液体混合装置以往常采用传统的继电器接触器控制，使用硬连接电器较多、可靠性差、自动化程度不高，之前国内许多地方的此类控制系统主要采用继电器接触器控制。

传统的继电接触控制系统，只能改变某些硬件接线，才能完成控制，而

PLC可在不改变硬件接线的情况下，通过修改程序而实现控制顺序的变化。

目前许多企业采用先进控制器对传统接触控制进行改造，大大提高了控制系统的可靠性和自控程度，为企业提供了更可靠的生产保障，所以PLC在工业控制系统中得到了良好的应用。

本次设计的控制系统选PLC控制系统。

1.3设计的目的

本次设计解决的主要问题是通过PLC的控制使多种液体能够安全、快速、准确地实现自动混合。

设计中所混合的液体为三种，三种液体依次定量流入缸中，在电动机搅拌后加热到一定温度将混合液输出。

其中所有环节都将由传感器、接触器、电磁阀等设备配合PLC的控制进行，实现整个流程的自动化、准确化和较高的精度要求。

液体自动混合系统的控制设计考虑到其动作的连续性以及各个被控设备之间的相互关联性，针对不同的工作状态，进行相应的动作控制输出，从而实现液体混合系统从第一种液体的加入到混合完成输出的这样一个周期控制工作的程序实现。

2.可编程控制器的基本结构及工作原理

2.1可编程控制器的基本结构

可编程控制器即PLC，是英文ProgrammableLogicController的缩写。

可编程控制器是以微处理器技术、电子技术和先进可靠的工艺为基础，综合了计算机、通信、自动化控制理论，结合工业生产的特定要求而发展起来的，是用于生产过程自动化和电气传动自动化操作的工业装置。

近年来，随着计算机在操作系统、应用软件、通信等方面的发展，可编程控制器的通信能力和控制能力大大增强。

因此，无论是单机控制还是多机网络控制，可编程控制器在电气传动、生产流水线以及过程控制等领域都得到了广泛的应用。

是一种面向过程控制的数字电子装置，它具有控制能力强、操作方便灵活、价格便宜、可靠性高等特点。

不仅可以取代传统的继电接触器控制系统，还可以构成复杂的工业过程控制网络，是一种适应现代工业发展的新型控制器。

可编程控制器实际上是一种工业控制计算机，它由软件与硬件组成，软件包括系统程序和用户程序。

硬件结构与一般微机控制系统相似，甚至与之无异。

可编程控制器主要由CPU模块（中央处理单元）、存储器（RAM和EPROM）、输入/输出模块

（简称I/O模块）、编程器和电源组成。

图1是PLC的控制系统组成图。

2.1.1中央处理器

图1PLC控制系统组成图

中央处理单元（CPU）一般由控制器、运算器和寄存器组成，这些电路都集成在一个芯片内。

CPU通过数据总线、地址总线和控制总线与存储单元、输入输出接口电路相连接。

与一般计算机一样，CPU是PLC的核心，它按PLC中系统程序赋予的功

能指挥PLC有条不紊地进行工作。

用户程序和数据事先存入存储器中，当PLC处于运行方式时，CPU按循环扫描方式执行用户程序