浅谈对液体自动混合装置的PLC控制系统的体会doc.docx

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浅谈对液体自动混合装置的PLC控制系统的体会

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了广泛的应用。

它应用于工业混合搅拌设备，使得搅拌过程实现了自动化控制，并且提升了搅拌设备工作的稳定性，为搅拌机械顺利、有序、准确的工作创造了有力的保障。

我通过学习液体自动混合装置的PLC控制系统的相关内容，对可编程控制器PLC的结构及功能有了一定程度的认识与了解，并且产生了一些体会与感想。

一、液体自动混合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10S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后关闭排气阀Y4。

一个循环结束。

3.当系统发生故障时，报警灯闪烁。

保护动作自动关闭相应的阀门和开启相应的阀门。

停止混合系统运行。

4.本设计使用液位H、I、L3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。

二、控制方式的选择

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，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。

比较这几种控制方式不难发现：

继电器控制系统整个控制柜价格非常高，灵活性差，响应速度慢。

单片机控制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。

工业控制计算机控制价格较高，将它用于开关量控制有些大材小用。

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。

综合考虑，采用PLC控制系统简单方便。

三、液体自动混合系统的硬件设计

（一）硬件选型

（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。

2.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。

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。

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,这里采用离线编程。

5.PLC的环境适应性

每种PLC都有自己的环境技术条件，用户在选用时，特别是在设计控制系统时，对环境条件要进行充分的考虑。

一般PLC及其外部电路（I/O模块、辅助电源等）都能在下列环境条件下可靠工作：

温度：

工作温度0～55℃，最高为60℃

储存温度：

-40℃～＋85℃

湿度：

相对湿度5%～95%（无凝结霜）

振动和冲击：

满足国际电工委员会标准

电源：

交流200V，允许变化范围为-15%～＋15%，频率为47～53Hz

瞬间停电保持l0ms

环境：

周围空气不能混有可燃性、爆炸性和腐蚀性气体

对于需要应用在特殊环境下的PLC，要根据具体的情况进行合理的选择。

（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。

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。

（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24～240V（AC），直流I/O信号为5～24V（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。

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。

（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；

3．I/O模块所需的总背板电流值再加上以下各电流：

框架中带有处理器时，则加上处理器的最大电流值；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；

列出将来要扩展的I/O模块所需的背板电流；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。

（二）PLCI/O点分配

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Q0.4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1所示。

表1输入和输出设备I/O分配表

输入

输出

I1.0

启动按钮SB1

Q0.1

液体A电磁阀Y1

I1.1

停止按钮SB2

Q0.2

液体B电磁阀Y2

I1.2

低液面传感器SL1

Q0.4

混合液电磁阀Y4

I1.3

中液面传感器SL2

Q0.0

搅动电动机接触器

I1.4

高液面传感器SL3

根据表2-1输入和输出设备及I/O点分配表画出图1I/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1I/O接线图

（三）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主电路

（四）液体混合控制系统示意

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10S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3搅拌系统示意图

四、液体自动混合系统的软件设计

根据液体自动混合系统的整体设计要求，采用梯形图语言进行系统的软件编程。

图4梯形图

五、组态设计