毕业论文_基于S7-200 PLC的多种液体混合控制系统设计（C1-1）Word文档格式.docx

1、 AbstractThe liquid mixture in three filling control as an example, three kinds of liquids are mixed according to a certain proportion, stirring after the motor to reach a certain temperature can be mixed liquid output container. And form a cycle. Liquid hybrid systems control design taking into acc

2、ount the continuity of its action and charged with various equipment moves between the装interrelated,andfordifferentworkingconditions,the correspondingactioncontroloutput,thusrealizingtheliquid hybridsystemsfromthefirstliquidaddedtothemixtureto complete the output of such a cycle control of the progr

3、am. The paper also introduces in detail the Siemens S7-200 series of订 PLC composition and technical indicators, as well as its input and output interfaces, functions and classification, the paper design is based on the Siemens S7-200series of PLC control liquid agitator operation. This paper analyze

4、s the process, in the control request,线 has carried on the design of hardware and software, and introduces in detail its control scheme, according to the design requirements andcharacteristics,determinethePLCinputandoutput distribution, and detailed analysis of its control process, process flow diag

5、ram, ladder diagram. Key wordsPLCBlenderS7-200Control processII目录 第 1 章绪论1 1.1 课题背景1 1.2 研究的目的和意义2 1.3 课题的主要工作2 1.4 课题方案的设计及介绍2 第 2 章PLC 的简介5装2.1 PLC 的定义及发展历程5 2.2 PLC 的特点5 2.3 PLC 的应用领域7 2.4 PLC 的国内外现状及未来发展前景8 2.5 PLC 的基本结构9 第 3 章系统硬件设计12 3.1 总体结构12 3.2 液位传感器的选择13 3.3 温度传感器的选择13 3.4 搅拌电机的选择14 3.5 电

6、磁阀的选择15 3.6 接触器16 3.7 热继电器的选择16 3.8 PLC 的选择16 3.9 PLC 输入输出口分配20 3.10 液体混合装置输入输出接线图21 第 4 章 系统软件设计23 4.1 程序流程图234.2 梯形图24第 5 章 系统常见故障分析及维护315.1 系统故障的概述315.2 系统故障的分析及处理315.3 系统干扰性的分析和维护32总 结34致 谢35参考文献36 1.1课题背景第 1 章绪论共 38 页第 3 页 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。

7、在炼油、化工、制药等行业中，多种液体混合是必不可少的程装 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

8、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研究的目的和意义 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,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。1. 可编程控制器多种液体自动混合控制系统的特点：（

9、1） 系统自动工作；（2） 控制的单周期运行方式；（3） 由传感器送入设定的参数实现自动控制；（4） 启动后就能自动完成一个周期的工作，并循环。2. 本系统采用 PLC 是基于以下两个原因： （1）PLC 具有很高的可靠性，通常的平均无故障时间都在 30 万小 时以上； （2） 编程能力强，可以将模糊化、模糊决策和解模糊都方便地用软 件来实现； 根据多种液体自动混合系统的要求与特点，我们采用的 PLC 具有小型化、 高速度、高性能等特点，可编程控制器指令丰富，可以接各种输出、输入扩 充设备，有丰富的特殊扩展设备，其中的模拟输入设备和通信设备是系统所 必需的，能够方便地联网通信。本系统就是应用可

10、编程序控制器（PLC）对多装种液体自动混合实现控制。 1.3课题主要工作 订 本文首先回顾多种液体自动混合装置的发展过程，说明了种液体自动混 合装置的 PLC 控制的重要性和必然性。 然后，讲述了可编程程序控制器的应用，通过论述可编程程序控制器的 优点对可控制编程器对多种液体混合装置的控制有一个总体的认识。综合多线种液体自动混合装置的控制系统的要求，进行了外部电路的连线和 PLC 程序 设计，从部件的选择，流程的分析，程序顺序控制的设计等方面，完成了本 次的设计任务。 最后，通过对程序液位控制系统的程序的调试，检测，再进行是对系统 的更正，使控制系统更加完善，确保系统能顺利运行。 1.4课题方

11、案的设计及介绍 1.方案的设计整个设计过程是按思想工艺流程设计，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，如果液体混合系统部分是一个较大规模工业控制系统 的改造升级，新控制装置需要根据企业设

12、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。装2.方案的介绍 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

13、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

14、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

15、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，是名符其实的多功能控制器。由 PLC 为主 构成的控制系统具有可靠性高、控制功能强大、性价比高等优点，是目前工装业自动化

16、的首选控制装置。第 4 页第 2 章PLC 的简介 2.1PLC 的定义及发展历程 1.PLC 的定义 PLC 即可编程控制器（ProgrammablelogicController，是指以计算装机技术为基础的新型工业控制装置。在 1987 年国际电工委员会 （International Electrical Committee）颁布的 PLC 标准草案中对 PLC 做 了如下定义：“PLC 是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作 的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运订算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模 拟式的输入和输出，

17、控制各种类型的机械或生产过程。PLC 及其有关的外围 设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而 设计。线2.PLC 的发展历程 在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺 序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采 集。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。1968 年美国 GM（通用汽车）公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字公 司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应 用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称 Programmable Controller（PC）。个人

18、计算机（简称 PC）发展起来后，为了方便，也为 了反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为 Programmable LogicController（PLC）。上世纪 80 年代至 90 年代中期，是 PLC 发展最 快的时期，年增长率一直保持为 3040%。在这时期，PLC 在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC 逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的 DCS 系统。PLC 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

19、取代的。第 8 页 2.2PLC 的特点 1.可靠性高，抗干扰能力强 高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC 由于采用现代大规模集成电 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。例如三菱公司生产的 F 系列 PLC 平均无故障时间高达 30 万小时。一些使用冗余 CPU 的 PLC 的平均无故障工作时间则更长。从 PLC 的 机外电路来说，使用 PLC 构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比， 电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此 外，PLC 带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在 应用软件中，

20、应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除 PLC 以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的 可靠性也就不奇怪了。 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。除了逻辑处理功能以外，现代 PLC 大多 具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来 PLC 的功能 单元大量涌现，使 PLC 渗透到了位置控制、温度控制、CNC 等各种工业控 制中。加上 PLC 通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用 PLC 组成各 种控制系统变得非常容易。 3.易学易用，深受工程技术人

21、员欢迎 PLC 作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口 容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达 方式和继电器电路图相当接近，只用 PLC 的少量开关量逻辑控制指令就可 以方便地实现继电器电路的功能。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从事工业控制打开了方便之门。4. 系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造PLC 用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。5. 体积小，

22、重量轻，能耗低以超小型 PLC 为例，新近出产的品种底部尺寸小于 100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化 的理想控制设备。 2.3PLC 的应用领域 目前，PLC 在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机 械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大 致可归纳为如下几类。 1.开关量的逻辑控制 这是 PLC 最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现 逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动 化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、 电镀流水线等。

23、 2.模拟量控制 在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液 位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量 （Analog）和数字量（Digital）之间的 A/D 转换及 D/A 转换。PLC 厂家都 生产配套的 A/D 和 D/A 转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。 3.运动控制 PLC 可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期 直接用于开关量 I/O 模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的 运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。 世界上各主要 PLC 厂家的产品几乎都有运动控制功能，广

24、泛用于各种机械、 机床、机器人、电梯等场合。 4.过程控制 过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC 能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID 调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型 PLC 都有 PID 模块，目前许多小型 PLC 也具有此功能模块。PID 处理一般是运行专用的 PID 子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。5.数据处理现代 PLC 具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及 处理。这些数据可以与存储在存储器中

25、的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一 般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统， 如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。 6.通信及联网 PLC 通信含 PLC 间的通信及 PLC 与其它智能设备间的通信。随着计算机 控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各 PLC 厂商都十分重视 PLC 的通 信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的 PLC 都具有通信接口，通信 非常方便。装2.4PLC 的国内外现状及未来发展前景 1. PLC 的国内外现状 世界上公认的第一台 PLC 是 1969 年美国数

26、字设备公司（DEC）研制的。 限于当时的元器件条件及计算机发展水平，早期的 PLC 主要由分立元件和中 小规模集成电路组成，可以完成简单的逻辑控制及定时、计数功能。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。为了方便熟悉继电器、接触器系统的工程技术人员使用，可编程控制 器采用和继电器电路图类似的梯形图作为主要编程语言，并将参加运算及处 理的计算机存储元件都以继电器命名。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。 20 世纪 70 年代中末期，可编程控制器进入实用化发展阶段，计算机技 术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了