多种液体混合装置的plc控制设计.docx
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多种液体混合装置的plc控制设计
摘要
在很多行业的工业现场都有多种液体混合装置的精确控制需要，本次设计以三种液体混合为例，将三种液体按一定的比例混合，在电动机搅拌后要达到一定的温度才能将混合液体输出容器。
并形成循环状态。
针对液体混合装置系统不同的工作状态及动作的相连性，进行相应的动作控制输出，从而达到精确的自动控制。
本次设计采用OMRON公司的CPM2AH型PLC为载体，通过对方案选择，I/O分配，工作过程分析，梯形图，指令表，接线图，电气原理图及情况说明,并经过多次修改和调试，最终实现题目要求。
关键字：
多种液体自动混合自动控制PLC
专题设计任务书
题目来源
教师科研课题
纵向课题（ ）
题目类型
应用设计（√ ）
注：
请直接在所属项目括号内打“√”
横向课题（√）
教师自拟课题（√）
技术开发（ ）
学生自拟课题（ ）
专题设计选题目的、工作任务：
目的：
应用PLC知识解决像工业现场多种液体混合装置控制的需要。
其次，要了解PLC的编程思想，学会查文献、查资料及论文的写作。
工作任务：
编写多种液体混合装置控制的PLC程序，达到题目中的控制要求，并且分析程序的执行过程及编程思路。
指定参考资料：
可编程控制器原理及应用
可编程控制器实验指导书
专题设计完成计划（含时间进度）：
4月15日_____________4月20日：
本小组各成员围绕控制要求查阅资料书，查阅文献。
4月21日_____________5月15日：
本小组讨论，确定最优控制方案，并且上机调试。
直到达到控制要求为止。
5月16日_____________5月20日：
先将各组员意见汇总，撰写设计报告。
并将初稿发至各组员修改，通过不断的修订形成最终大家一致认可的设计报告。
要求完成日期：
2012年5月21日
学生组长接受任务（签名）：
周军
接受任务日期：
2012年4月15日
设计任务及控制要求
F2
温度传感器
加热器
L1
L2
L3
搅拌电机
物料C
F3
物料B
物料A
F1
F3
初始状态
容器是空的，电磁阀F1、F2、F3、F4，搅拌电机M，液面传感器L1、L2和L3，加热器和温度传感器均为OFF。
物料自动混合控制
按下启动按钮，开始下列操作。
电磁阀F1开启，开始注入物料A，至高度L3时，关闭阀F1，同时开启电磁阀F2，注入物料B，至高度L2时，关闭阀F2，同时开启电磁阀F3，注入物料C，当液面上升至L1时，关闭F3。
停止物料C注入后，启动搅拌电动机M，使A、B、C三种物料混合10S，同时启动加热器加至设定温度。
10S后停止搅拌，开启电磁阀F4，放出混合物料，当液面高度下降至L3后，再经过5S关闭阀F4。
停止操作
按下停止按钮，在当前过程完成以后，再停止操作，回到初始状态。
引言
所谓PLC软件编程，实际就是在PC机的平台上，在Windows操作环境下，用软件来实现PLC的功能，也就是说，PLC是一种基于PC机开发结构的控制系统，它具有PLC的功能、可靠性、速度、故障查找等方面的特点，利用软件技术可以将标准的工业PC转换全功能的PLC过程控制器。
PLC综合了计算机和PLC的开关量控制、模拟量控制、数学运算、数值处理、网络通信等功能，通过一个多任务控制内核，提供强大的指令集、快速而准确的扫描周期，可靠的操作和可连接各种I/O系统及网络的开放式结构。
PLC的应用领域目前不断扩大，并延伸到过程控制、批处理、运动和传动控制、无线电遥控以至实现全厂的综合自动化。
PLC的技术发展除了小型化、超高速，大容量存储器，多CPU，多任务并行运行外，PLC的开放性更大，通信联网能力更强，集成化软件更优。
标准化的IEC61131-3PLC编程语言已被众多PLC厂商所接受，其推广速度越来越快。
PLC的应用范围将更广。
20世纪70年代初出现了微处理器。
人们很快将其引入可编程控制器，使PLC增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。
此时的PLC为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。
个人计算机发展起来后，为了方便和反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为ProgrammableLogicController（PLC）。
20世纪80年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。
世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。
这标志着可编控制器已步入熟阶段。
一、课题背景
1.1、课题背景
随着科学技术的猛速发展，自动控制技术在人类活动的各个领域中的应用越来越广泛，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标志。
在炼油、化工、制药等行业中，多种液体混合是必不可少的程序，而且也是其生产过程中十分重要的组成部分。
但由于这些行业中多为易燃易爆、有毒有腐蚀性的介质，以致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配料精确、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，特别是其中的中小型企业实现多种液体自动混合的目的,液体自动混合配料势必就是摆在我们眼前的一大课题。
随着计算机技术的发展，对原有液体混合装置进行技术改造，提出数据采集、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，提高了液体混合比例的稳定性、运行稳定、自动化程度高，适合工业生产的需要。
1.2、研究目的和意义
在工艺加工最初，把多种原料再合适的时间和条件下进行需要的加工以得到产品一直都是在人监控或操作下进行的，在后来多用继电器系统对顺序或逻辑的操作过程进行自动化操作，但是现在随着时代的发展，这些方式已经不能满足工业生产的实际需要。
实际生产中需要更精确、更便捷的控制装置。
随着科学技术的日新月异，自动化程度要求越来越高，原来的液体混合远远不能满足当前自动化的需要。
可编程控制器液体自动混合系统集成自动控制技术，计量技术，传感器技术等技术与一体的机电一体化装置。
充分吸收了分散式控制系统和集中控制系统的优点，采用标准化、模块化、系统化设计，配置灵活、组态方便。
二、多种液体混合控制系统设计
2.1、设计原则
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，要实现整个液体混合控制系统的设计，需要从怎样实现各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。
2.2、控制方式的介绍及选择
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。
（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茧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。
所以它具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。
PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。
因此，它是目前工业自动化的首选控制装置。
综合上述各方面比较，采用PLC作为控制方式是比较合适的选择。
因此，本系统采用OMRON公司的CPM2AH型（CPM2AH型号所用CPU单元为CPM2AH-20CDR-ACPU，20点I/O，12点输入，8点输出）PLC去控制系统的各种工作状态。
三、控制系统的I/O接线设计
3.1、多种液体混合装置I/O分配表
输入
输出
启动开关SB1
0.00
电磁阀F1
10.00
停止开关SB2
0.01
电磁阀F2
10.01
液位传感器L1
0.02
电磁阀F3
10.02
液位传感器L2
0.03
搅拌电动机
10.03
液位传感器L3
0.04
加热器H
10.04
温度传感器T
0.05
电磁阀F4
10.05
3.2、多种液体混合装置接线设计图
M
DC24V
T
L3
L2
L1
SB1
SB2
….
0.00
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
COM
10.00
10.01
10.02
10.05
10.04
10.03
COM
CPM2AH
F1
F2
H
F3
AC220V
F4
四、软件设计
4.1、程序设计指导流程图：
否
是
开始
开启F1,注入物料A
液位到L3时，关闭F1同时开启F2,注入物料B
液位到L2时，关闭F2同时开启F3,注入物料C
液位到L1时，关闭F3同时开始搅拌和加热
液面下降至L3时，再经过5s后关闭F4
搅拌20s后，开启F4放出混合物
停止按下
结束
4.2、梯形图：
4.3、助记符：
五、控制系统的工作详细分析
5.1、各元件工作条件分析:
对于电磁阀F1来讲，当液面未到达L3,且电磁阀F4关闭时才工作。
（为什么要电磁阀F4呢？
原因是液面未到达L3时也有可能是在放出混合物）。
对于电磁阀F2来讲，当液面高过L3但液面未到达L2,且电磁阀F4关闭时才工作。
（F4关闭原因与上面类似）。
对于电磁阀F3来讲，当液面高过L2但液面未到达L1,且电磁阀F4关闭时才工作。
（F4关闭原因与上面类似）。
对于电动搅拌机来讲，仅当液面到达L1时工作10s。
对于加热器来讲，当液面到达L1时，在搅拌机工作期间温度未达到时工作。
对于电磁阀F4来讲，搅拌停止时开始工作，当液面下降至L3时，启动定时5s开始工作。
5.2、控制系统的工作过程分析：
启动操作：
按下启动按钮SB1，0.00的动合触点闭合，自保持电路开启，使10.00保持接通，物料A电磁阀F1打开，物料A流入容器。
当液面到达L3时，0.04动合触点闭合会导致10.00线圈断开，同时会使线圈10.01接通。
当液面到达L2时，0.03动合触点闭合会导致10.01线圈断开，同时会使线圈10.02接通。
当液面到达L1时，0.02动合触点闭合会导致10.02线圈断开。
0.02的动合触点闭合会使电动搅拌机开始工作，同时TIM000开始计时10s，同时加热器开始工作。
当TIM000时间到时，会使10.05线圈接通，随着液面的下降0.02，0.03，0.04会依次复位，当0.04复位时TIM001开始工作，5s后10.05线圈断开。
开始下一循环工作。
停止操作：
当停止按钮按下时，0.01动合触点闭合，自保持线圈20.01闭合。
如果是在电磁阀F1工作期间停止，则继续工作，否则不工作，所有情况直到10.05完成后无法使10.00启动。
实现当前混合操作处理完才停止操作。
六、尚未涉及的情况及问题
本设计方案虽然“设计简约，考虑面广，满足要求”，但至少存在以下3个问题尚未解决：
（1）由于试验设备的限制，大量的前期工作我们并没有涉及到，如传感器型号，电磁阀的性能，电动机的转速，加热器的功率等等各个方方面面我们并没有做。
而这些又是实际中首先要花大量时间去做的事情。
因为它们的选择直接决定了PLC在系统中的控制是否能达到预期要求的外在条件。
（2）由于试验设备的限制，只能制作成手动的控制装置，与实际根据液压传感器来自动控制装置的试验现象相差较大，到达指定液位时装置就自动变化的现象可能有时不太明显观察。
（3）随时停止工作：
在设过程中，为了简化操作过程，对PLC未加装强制停止按钮，突发情况不能强制停止。
七、专题设计总结
专题设计是非常难得的一次理论与实践相结合的机会，通过这对“多种液体自动混合装置的PLC控制”的设计使我们摆脱了单纯理论学习的状态，和眼高手低的毛病，通过本次PLC的专题设计，使我们了解到PLC的重要性。
可编程控制器是一门极其重要的课程，它综合了计算机技术和自动控制技术和通讯技术。
在当今由机械化向自动化，信息化飞速发展的社会，PLC技术越来越受人们广泛应用，前景可观，因此学会和运用PLC，将对我们以后踏上工作岗位有极其重要的帮助，在此次设计中，我们遇到了许多困难，通过对自身的查找，我找出几点不足之处：
1，不太会利用查翻资料。
遇到困难，首先不先查看资料，过多依赖同学和老师的帮助，相对不独立。
2，学习认真程度不够，学习热情不高，基础相对薄弱，掌握知识太少。
3，设计时对时间合理安排上欠妥。
但正是这次设计，让我们认识到自己的不足，为以后以后的工作学习找到了方向和前进的动力。
通过这次PLC专题设计实践。
我们学会了PLC的基本编程方法，对PLC的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。
在对理论的运用中，提高了我们的工程素质，在没有做实践设计以前，我们对知识的撑握都是理论上的，对一些细节不加重视，当我们把自己想出来的程序用到PLC中的时候，问题出现了，不是不能运行，就是运行的结果和要求的结果不相符合。
这样，我就只能一个一个问题的去解决，通过查阅资料和队员的相互讨论，一次一次的调试程序，最后达到设计要求。
使得我对PLC的理解得到加强，看到了实践与理论的差距。
最后通过本次专题设计，使我们了解了PLC控制技术在工业应用和工业生产中的重要地位；通过本次专题设计，使我更深刻的理解了PLC的编程思想，也能更好的将所学知识应用到实践中动。
因此学好这门课程对以后的发展有举足轻重的地位。
八、致谢
这次专题设计基本上涵盖了我们所学习的PLC程序的大部分基础知识点，专题设计题目要求不仅要求对课本知识有较深刻的了解，同时要求程序设计者由较强的思维能力和操作动手能力。
这次专题设计使我对PLC程序的编程、程序的录入、以及在上机操作调试有了很大的提高。
平时很多同学只关心程序运行的结果，而对程序的创新丝毫不在意。
这是非常不可取的，因为往往在动脑思考创新中我们会有更多收获，学到更多的知识。
做专题设计不仅让我们修补了以前学习的漏洞，也让我们明白了一个道理：
学习好PLC这门技术，需要自己对它有兴趣，还要与别人多多交流，合作。
因为团队的力量是很大的。
并且还要自己肯于动手操作实验。
在这里感谢指导老师张雪平老师给我们精心的讲解辅导，在实验过程中对我们遇到的疑难问题的指导帮助。
同时，还要感谢组员们这段时间在设计过程中的交流与合作。
没有大家的共同努力就没有今天的设计报告。
最后，还得感谢学校给我们这样的一个自己动手设计的好机会！
九、参考文献
[1]江秀汉主编可编程控制器原理及应用西安电子科大出版社2002.8
[2]史国生主编电气控制与可编程控制器技术.北京:
化学工业出版社2004
[3]可编程控制器实验指导书，张雪平
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