PLC自动混合液体装置控制系统设计.docx
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PLC自动混合液体装置控制系统设计
目录
一引言3
二系统总体方案设计4
2.1设计课题的要求及主要任务4
2.2主要任务4
2.3系统方案的选择5
2.4系统方案的确定6
三控制系统设计8
3.1选择PLC型号8
3.2PLC程序流程框图9
四系统调试及结果分析10
4.1I/O分配表10
4.2工艺流程10
4.3工作过程分析11
4.4详细过程分析12
4.5程序T形图14
4.3指令表16
五参考文献17
六个人总结18
一引言
随着经济的发展和社会的进步，各种工业自动化的不断升级，对于工人的素质要求也逐渐提高。
其中在生产的第一线有着各种各样的自动加工系统，其中多种原材料混合在加工，是其中最为常见的一种。
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。
在生产过程、科学研究和其他产业领域中，可编程序自动控制技术的应用都是十分广泛的,在自动控制的设备中,可编程序自动控制亦比其它的控制方法使用得更普遍。
随着科学技术日新月异的发展,特别是大规模集成电路的问世和微处理机技术的应用,使可编程序自动控制技术进入了一个崭新的阶段，因此,了解和学习这些重要技术对高校工程类专业的学生来说,已是必不可少。
掺混PLC控制系统这个课题具有其重要的意义。
本课题掺混PLC控制系统，其目的就是以PLC为核心，配合智能仪表，完成系统功能控制，状态显示，信息检测和报警硬件组建所需要的PLC和传感器等元件的选择，实现对掺混的自动控制以及运行状态的检测功能和显示功能。
用PLC对掺混进行控制，系统的硬件结构简单、服务功能增强、系统的可靠性大大提高，且节省了成本，使掺混系统的性能价格比提高。
尤其在集散控制系统中，利用现场总线技术，可方便地进行集中监控管理。
此次设计主要内容包括：
工作过程分析，I/O分配，梯形图，指令表，接线图，电气原理图及情况说明,经过多次修改和调试，最终实现题目要求。
二系统总体方案设计
2.1设计课题的要求及主要任务
课题的设计要求：
1、以PLC为核心，配合智能仪表
2、主要完成系统功能控制、状态显示、信息检测和报警硬件组建所需要的PLC和传感器等元器件的选择
3、完成系统控制软件设计
4、实現对掺混的自动控制以及运行状态的检测功能和显示功能。
2.2主要任务
系统的方案及总体设计：
设计的主要内容是完成自动控制功能、状态显示和信息检测所需要的硬件和传感器等元器件的选择。
并完成控制软件设计和PLC与单片机通讯的通信协议的设计。
包括：
1、总体方案的确定
2、PLC的选择
3、各模块电路的设计
4、软件设计
5、编写设计说明书
控制要求：
本装置为两种液体混合模拟装置，SL1、SL2、SL3为液面传感器，液体A、B阀门与混合液阀门由电磁阀YV1、YV2、YV3控制，M为搅匀电机，控制要求如下：
初始状态:
装置投入运行时，液体A、B阀门关闭，混合液阀门打开20秒将容器放空后关闭。
启动操作:
按下启动按钮SB1，装置就开始按下列约定的规律操作：
液体A阀门打开，液体A流入容器。
当液面到达SL2时，SL2接通，关闭液体A阀门，打开液体B阀门。
液面到达SL1时，关闭液体B阀门，搅匀电机开始搅匀。
搅匀电机工作6秒后停止搅动，混合液体阀门打开，开始放出混合液体。
当液面下降到SL3时，SL3由接通变为断开，再过2秒后，容器放空，混合液阀门关闭，开始下一周期。
停止操作:
按下停止按钮SB2后，在当前的混合液操作处理完毕后，才停止操作（停在初始状态上）。
图2-1液体混合装置结构图
2.3系统方案的选择
系统方案选择的原则是在满足生产机械工艺要求确保产品质量的前提下，力求投资少，效益高和操作方便。
根据课题的要求，本课题的控制系统方案有几种方案可供选择：
继电器控制方案、单片机控制方案、PLC控制方案等。
1、继电器控制方案。
由于继电器在控制电路中有独特的电气、物理特性，其断态的高绝缘电阻和通态的低导通电阻，使得其它任何电子元器件无法与其相比，加上继电器标准化程度高、通用性好、可简化电路等优点，所以继电器仍得以广泛应用。
随着科技的飞速发展，继电器在程控通信设备中的使用量还在进一步增加。
但是由于使用继电器控制方案接线多而复杂，体积大，功耗大，一旦系统构成后，想再改变或增加功能都很困难。
另外，继电器触点数目有限，每只只有4～8对触点，因此灵活性和扩展性很差。
继电器控制逻辑使用了大量的机械触点，连线也多。
触点开闭时会受到电弧的损坏，并有机械磨损，寿命短，可靠性和可维护性差。
再加上使用继电器控制方案将大大增加成本，因此，该控制系统不适合使用继电器控制方案。
2、单片机控制方案。
单片机是将计算机的基本部件微型化并集成到一块芯片上的微型计算机，通常片内都含有CPU、ROM、RAM、并行I/O、串行I/O、定时器/计数器、中断控制、系统时钟及系统总线等。
单片机是随着超大规模集成电路技术的发展而诞生的。
随着技术的发展，单片机片内集成的功能越来越强大，并朝着SOC（片上系统）方向发展。
单片机有着体积小、功耗低、功能强、性能价格比高、易于推广应用等显著优点，所以广泛应用于电子仪表、家用电器、节能装置、机器人、工业控制等诸多领域，使产品小型化、智能化，既提高了产品的功能和质量，又降低了成本，简化了设计。
但是单片机对环境要求较高，一般要在干扰小的场地使用，指令集复杂，对编程能力要求较高，可读性差，实时控制相对于PLC较差。
3、PLC控制方案。
可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。
它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。
可编程序控制器及其有关设备，都应按易于使工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。
同时可编程序控制器具有可靠性高、抗干扰能力强，适应性强、应用灵活，编程方便、易于使用，控制系统设计、安装、调试方便，维修方便、维修工作量小，功能完善等特点。
2.4系统方案的确定
相对于传统的继电器控制方案来说,PLC在技术角度上大大方便了电控设计人员，其系统的软硬件设计简便，维护方便，在体积、可靠性、耗电量等性能方面都有很大程度的提高，从而带动成本的节约，而且可以通过计算机进行数据的传输和监控，这一系列的优点使PLC很快被人们接受并代替继电器控制方案，广泛应用于工厂自动控制中。
相对于单片机来说,PLC本身固有的稳定性和可靠性特点决定了它在自动化行业内不可取代的地位。
PLC挤占部分单片机的市场。
PLC相比单片机具有高可靠性，易于开发，扩展性好，通讯简单的，这些优点促使很多的设备生产厂家在设计时选用PLC作为设备的控制器。
总之，现代的工业自动化生产线中,多数产家都采用PLC作为自动化生产线的控制。
在未来的工业生产中，PLC仍然能够引导自动化行业的发展，随着电子技术的飞速发展，PLC将在各个领域更加适应不同客户的要求。
众所周知，目前我国仍有许多生产机械设备，都是采用继电器控制，除了可靠性差外，设计程序也很繁杂。
从方案的确立到技术条件的设计以及施工的设计，图面的工作量很大，这势必造成设计周期长。
而采用PLC控制可以大大缩短设计周期，甚至有些文件资料也不必绘制成图。
设计人员完全可以利用编程器上屏幕显示来输入，或修改程序使得梯形图能准确无误地反映生产要求。
编程人员也可根据新产品对生产提出的新工艺要求，重新编写程序并把它存储在EEPROM模块中去，需要加工哪个产品的程序，操作人员可以随时调用，这既方便、简单又可保密。
开发这种软件对优化生产过程，提高产品数量和质量，提高劳动生产率，非常具有实际意义。
仅此一点也深受生产及设计者的欢迎。
综上所述，该控制系统的控制方案应选PLC控制方案为宜。
控开关
进出
制搅拌
图2-2系统系统组成图
三控制系统设计
3.1选择PLC型号
本设计选用三菱公司的FX2N-32MR的PLC，它是一种整体式结构的小型PLC，并且指令丰富，功能强大，可靠性高，适应性好，结构紧凑，便于扩展，性价比高。
并且有多种特殊功能模块或功能扩展板，可以实现多轴定位控制，设计中使用的PLC所用的模块共有I/O总数32点，其中输入点16点，输出点16点。
可带8个特殊扩展单元。
用户程序存储器容量为16K字。
内置高速计数器，具有PID控制器功能。
PLC的编程有三种方法：
经验法、图解法、顺序控制设计法。
在本系统中，采用的是顺序控制设计法。
所谓顺序控制设计法就是针对顺序控制系统的一种专门的设计方法。
这种设计方法很容易被初学者接受，对于有经验的工程师，也会提高设计的效率，程序的调试、修改和阅读也很方便。
PLC的设计者们为顺序控制系统的程序编制提供了大量通用和专用的编程元件，开发了专门供编制顺序控制程序用的功能表图，使这种先进的设计方法成为当前PLC程序设计的主要方法。
3.2PLC程序流程框图
图3-1PLC程序流程框图
四系统调试及结果分析
4.1I/O分配表
完成该控制任务需要7个输入点和5个输出点，具体分配如表2-1所示。
表4-1输入/输出地址分配表
输入点
输出点
地址
作用
地址
作用
X0
启动按钮SB1
Y0
液体A电磁阀Y0
X1
停止按钮SB2
Y1
液体B电磁阀Y1
X2
液面传感器SL1
X3
液面传感器SL2
Y2
混合液体电磁阀Y2
X4
液面传感器SL3
Y3
搅拌电动机接触器KM
X5
手动部分
X6
自动部分
Y4
保温控制
4.2工艺流程
图4-1为PLC外部接线图。
考虑了手动控制部分（SB3～SB6分别代表A、B、C阀及电机的控制按钮）。
Y0、Y1、Y2为A、B、C阀的控制线圈,KM为控制搅拌电机的接触器线圈。
紧急停止按钮、负载电源按钮、KM与交流电220V组成输出电源回路。
图4-1 PLC液体控制系统外部接线图
4.3工作过程分析
操作工艺流程:
按下启动按钮SB1后,打开A阀,液体A流入反应罐;当中限位传感器SL2被淹没变ON时,阀A关闭,阀B打开;当上限位传感器SL1被淹没变ON时,阀B关闭,电机M开始运行,搅动液体,40S后停止搅动并保温10S,阀C打开放出混合液体;当液面降至下限位传感器S3变OFF时,开始定时,5S后容器已放空,关闭阀C。
如已按下SB2,则就此停机;如未按下停止按钮SB2,则又打开A阀,开始下一次循环。
如图4-2所示。
图4-2工艺基本流程图
4.4详细过程分析
1）启动操作
按下启动按钮SB1,X0的常开触点闭合，Y3、T2同时得电并通过Y3常开触点自锁，Y3常开触点闭合，使Y3接通排放剩余混合液体，经T10延时5s后Y3断电，即关闭混合液体阀门。
同时液体A电磁阀Y0打开，液体A流入容器。
2）液面上升到SL2
当液面上升到SL2时，SL2触点接通，即Y1接通，X3置位，其常闭触点打开，使Y0断电，Y0控制的电磁阀关闭，液体A停止流入；同时Y1常开触点接通，使其控制输出的电磁阀接通，液体B电磁阀Y2打开，液体B流入。
3）液面上升到SL1
当液面上升到SL1时，SL1触点接通，即X2接通，Y2置位，其常闭打开，使输出端断开，Y2控制的电磁阀关闭，液体B停止注入，同时KM和T0接通，搅拌电动机开始工作。
4）搅匀后放混合液
搅拌电机工作时，T0计时，40s后KM断开，搅拌电机停止工作。
同时T1触点控制热电偶接通，保温10s混合液电磁阀Y3打开，开始放混合液体。
5）液面下降到SL3
当液面传感器SL3（X4）由接通变为断开时，Y3置位，其常开触点接通，T2开始工作，5s后混合液体放完，T2常开触点闭合，复位所用的内部继电器M，使Y3断开，其控制的电磁阀Y3关闭，同时T2常开使X0得电Y0接通，Y0打开，液体A流入，开始进入下一个循环。
6）停止操作
按下停止按钮SB2，X1接通，其常闭触点断开，切断循环信号。
在当前的操作处理完毕后，使X1不能再接通，即停止操作。
在操作结束后进行判断，当按下停止按钮后，PLC程序将返回到初始状态，如果想再次激活，需要提供PLC一个上电脉冲M8002，若是在PLC执行完一个工作过程后，期间没有按下停止按钮，那么PLC将返回到程序自动运行的下一循环点进行下一次的操作。
4.5程序T形图
4.3指令表
五参考文献
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[3]MuthucumaruMaheswaran,KevinJ.Webb,HowardJaySiegel.MCGS:
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257～280
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[5]刘振宇.基于MCGS组态软件开发水位控制系统的研究[J].山西农业大学学报（自然科学版）,2006,01:
83～87
[6]李斌,邹灿红.基于MCGS的水厂控制系统[J].自动化技术与应用,2007,08:
106～107
个人总结
为期两周的课程设计基本已经落下帷幕了，在本次毕业设计的过程中我遇到了很多困难，主要表现在对控制系统的设备和整体运行过程不太熟悉，尤其是对各个控制点的动作情况很难掌握，其次梯形图的编写由于控制过程的复杂而觉得难以下手。
通过查找资料和欧阳老师的讲解，这些问题还是基本得到了解决。
本设计采用PLC对掺混控制系统进行控制，简化了控制系统的设计和硬件结构，提高了该系统的可靠性、可维护性和安全性。
梯形图采用步进指令（STL），这样使程序的条理更加清晰易懂，这是本设计的优点，但是由于时间，经验和能力的关系，本系统存在很多明显的不足，没有操作界面和人机对话操作，仅能在理论上运行的可能。
希望这些缺陷，我能在以后的实际工作中能加以注意。
整体来说，这次设计给了我很大的帮助，不仅仅熟悉的PLC的控制系统和各种元器件，并提高了实践的能力，这些都将成为我以后步入社会参加工作的一笔宝贵经验。
XX
2011年12月5日
升级会员 