完整版两种液体混合系统设计毕业设计论文.docx

完整版两种液体混合系统设计毕业设计论文.docx

《完整版两种液体混合系统设计毕业设计论文.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《完整版两种液体混合系统设计毕业设计论文.docx（38页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

完整版两种液体混合系统设计毕业设计论文

优秀论文审核通过

未经允许切勿外传

毕业设计-两种液体混合系统设计

摘要

可编程序控制器简称PLC，是近年来一种发展极为迅速，应用极为广泛的工业控制装置。

它是一种专为工业环境应用而设计的数字运行的电子系统，它采用可编程程序的存储器，用来存储用户指令，通过数字或模拟的输入输出完成确定的逻辑顺序、定时、记数、运算和一些确定的功能来控制各种类型的机械或生产过程。

由于PLC的性能优越，兼具计算机的功能完备，灵活性强，通用性好和继电接触器控制简单易懂，维修方便等优点，形成以微电脑为核心的电子控制设备。

可编程序控制器技术在世界上己广泛应用，成为自动化系统中的基本电控装置PLC在现代工业生产和实际生活中有着广泛的应用，由于可编程控制器（PLC）具有编程梯形图语言易学易懂、控制灵活方便、抗干扰能力强、运行稳定可靠等特点，现在的工业自动化生产控制多采用可编程控制器来实现。

本论文首先介绍PLC的产生和发展及应用，以及它的基本功能和特点。

然后鉴于PLC的原理及其优越性，应用PLC控制液体的自动混合，该程序可进行单周期或连续工作，正常工作时，至少完成一个周期，该程序具有一定的防止误动作能力。

本论文从硬件设计，软件设计，组态王监控设计等方面进行分析，对西门子S7-200的应用有一定的指导意义。

关键词：

可编程控制器 ，  液体混合装置，传感器

DesignofliquidmixingcontrolsystembasedonPLC

ABSTRACT

ProgrammablelogiccontrolleriscalledPLCforshort.Itdevelopsfastly,and.Thememoryitadoptsisprogrammable,anditstoresuserinstruction.Throughthedigitaloranologinputoutput,PLCcanwokbysetlogicsequence,cantime,cancount,canoperate,andcancompleteotherelsefunctions.Soitcancontrolallkindsofmechanicalprocejuresandproductionprocejures.

Becauseofitstotakemicrocomputeasthecorecontrolletocontroltheelectronicequipment.PLCwaswidelyusedallaroundtheworld..Owingtoitseasy-to-learnandeasy-to-undersdandladderdiagramprogrammablelanguge,flexibleandconvenientcontrollingmethods,goodcapacityofresistingdisturbance,reliableoperaionandsoonfeatures,PLCisextensivelyusedinindustricialautomaticproduction.

Thispassagefirstlyintroducestheproduction,thedevelopmentofProgrammableLogicController（CalledPLCforshort）,anditsbasicfunctionandcharacteristics.Accordingtoitsmainprincipleandexcellentquality,wecanusePLCtocontrolthemixingoftwokinds ofliquid.Thiscontrollingprosesscanmakeasingle circle orcirclein succession,Atworktime,itcanfinishonecircleat least.Thisprocedurealso ofofsoftwareandthedesignofsupervisorycontrolusingthekingofconfiguration.Thiswillbe）宽度。

相关元件主要技术参数及原理如下：

l）材质：

聚四氟乙烯。

使用介质：

硫酸、盐酸、有机溶剂、化学试剂等酸碱性的液体；

2）.介质温度≤150℃环境温度-20一60℃；

3）.使用电压：

AC:

220V50HZ60HZDC:

24V；

4）.功率：

AC:

2.5KW；

5）.操作方式：

常闭：

通电打开，断电关闭，动作响应迅速，高频率。

2出罐液体的选用

出罐液体的选用AVF-40型电磁阀，如图2-8所示：

图2-7-AVF-40型电磁阀

其中“A”表示可调节流量，“V”表示电磁阀，“F”表示防腐蚀，40为口径（mm）

相关元件主要技术参数及原理如下：

1）.其最大特点就是能通过设备上的按健设置来控制流量，达到定时排空的效果；

2）.其阀体材料为：

ABS，有比较强的抗腐蚀能力；

3）.使用电压：

AC:

220V50HZ60HZDC:

24V；

4）.功率：

AC:

5KW。

2.2.6选择泄压阀

由控制系统中的要求，泄压阀选用浙江三正阀门有限公司生产的YQ98002型过滤活塞式安全泄压阀，其主要特点如下：

1、设定压力准确，能长期稳定，一旦超压能迅速泄压。

2、弹性软密封，确保可靠，滴水不陋。

3、Y形宽体腔筏，流阻小、抗汽蚀性强，无噪音。

4、活塞传动，平稳可靠。

5、可任何角度安装。

图2-8YQ98002型过滤活塞式安全泄压阀

2.3S7-200的CPU的选择

在本控制系统中，所需的开关量输入为6点，开关量输出为6点，考虑到系统的可扩展性和维修的方便性，选择模块式PLC。

由于输入输出数比较少，所以我们的PLC控制器选用西门子的S7-200，CPU为224的模块就足够了。

   1编程器的选用与简介

1）西门子STEP7-MicroWIN32编程软件简介

   STEP7-MicroWIN32编程软件是西门子公司专为SIMATIC系列S7-200可编程控制器研制开发的编程软件，它可以使用个人计算机作为图形编程器，用于在线（联机）或者（脱机）开发用户程序，并可在线实时监控用户程序的执行状态，是西门子S7-200用户不可缺少的开发工具。

具有简单，易学，高效，节省编程时间，能够解决复杂的自动化任务；它具有强大的拓展功能，现在汉化程序后，可在汉化的界面下进行操作，使用起来更加方便。

S7-200PLC结构如下图：

图2-9S7－200PLC结构

2）S7-200系列PLC概述

   西门子S7系列可编程控制器分为S7-400、S7-300、S7-200三个系列，分别为S7系列的大、中、小型可编程控制器系统。

S7-200系列可编程控制器有CPU21X系列，CPU22X系列，22版与21版相比，硬件、软件都有改进。

22版向下兼容21版的功能。

22版与21的主要区别是：

21版CPU的自由口通讯速率300、600被22版的57600、115200所取代，22版不再支持300和600波特率 ，22版不再有智能模块位置的限制 

其中CPU22X型可编程控制器提供了4个不同的基本型号，常见的有CPU221，CPU222，CPU224和CPU226四种基本型号。

   a集成的24V电源

   可直接连接到传感器和变送器执行器，CPU221和CPU222具有180mA输出。

CPU224输出280mA，CPU226、CPU226XM输出400mA可用作负载电源。

   b高速脉冲输出

   具有2路高速脉冲输出端，输出脉冲频率可达20KHz，用于控制步进电机或伺服电机，实现定位任务

   c通信口

   CPU221、CPU222和CPU224具有1个RS-485通信口。

CPU226、CPU226XM具有2个RS-485通信口。

支持PPI、MPI通信协议，有自由口通信能力。

   d模拟电位器

   CPU221222有1个模拟电位器，CPUXM有2个模拟电位器。

模拟电位器用来改变特殊寄存器（SMB28，SMB29）中的数值，以改变程序运行时的参数。

如定时器、计数器的预置值，过程量的控制参数。

   e中断输入允许以极快的速度对过程信号的上升沿作出响应。

   fEEPROM存储器模块

   可作为修改与拷贝程序的快速工具，无需编程器并可进行辅助软件归档工作。

   g电池模块

   用户数据（如标志位状态、数据块、定时器、计数器）可通过内部的超级电容存储大约5天。

选用电池模块能延长存储时间到200天（10年寿命）。

电池模块插在存储器模块的卡槽中。

   h不同的设备类型

   CPU221~226各有2种类型CPU，具有不同的电源电压和控制电压。

   I数字量输入输出点

   CPU221具有6个输入点和4个输出点；CPU222具有8个输入点和6个输出点；CPU224具有14个输入点和10个输出点；CPU226226XM具有24个输入点和16个输出点。

CPU22X主机的输入点为24V直流双向光电耦合输入电路，输出有继电器和直流（MOS型）两种类型。

   j高速计数器

   CPU221222有4个30KHz高速计数器，CPUXM有6个30KHz的高速计数器，用于捕捉比CPU扫描频率更快的脉冲信号。

下图为S7-200PLC的结构分布示意图：

图2-10S7-200PLC的结构分布示意图

S7-200的工作环境要求为：

0°C－55°C，水平安装 

0°C－45°C，垂直安装 

相对湿度95%，不结露 

西门子还提供S7-200的宽温度范围产品（SIPLUS S7-200）：

工作温度范围：

-25°C－+70°C 

相对湿度：

55°C时98%，70°C时45% 

其他参数与普通S7-200产品相同 

2S7－200PLC运行示意图

图2-11S7-200PLC的运行示意

3S7－200PLC结构

 S7-200CPU将一个微处理器、一个集成电源和数字量IO点集成在一个紧凑的封装中，从而形成了一个功能强大的微型PLC，在下载了程序之后，S7-200将保留所需的逻辑，用于监控应用程序。

，下图为PLC控制液体混合的示意图。

图2-12PLC控制液体混合的示意图

4下图为S7-200的扫描工作过程

图2-13S7-200的扫描工作过程

如图S7-200的扫描工作过程知，PLC可自动检测IO口是否出错，CPU可强制为STOP，但是本设计，出错后报警，报警灯要闪烁，所以不能强制为STOP，只能用程序控制停止程序。

第3章液体混合装置的控制的软件设计

3.1控制要求及分析：

1.  初始状态

装置投入运行时，液体A、B阀门均为关闭状态，混合液阀门打开10s后关闭。

2.  起动操作

按下启动按钮后，装置开始按下列规律运行：

1） 液体A阀门打开，液体A流入容器。

当液面到达X2水位时，关闭液体A阀门，打开液体B阀门。

对1）的分析，由于A液体电磁阀动作两次，分别表示注入A液体和停止A液体的注入，所以为了便于分析，不用停止注入A液体作为注入B液体的顺序开关。

而用初始状态结束作为注入B液体的顺序开关。

2）当液面到达高水位X3时，关闭B阀门，搅匀电动机开始搅匀。

3） 搅匀电动机工作20S后停止搅动，混合液体阀门打开，开始放出混合液体。

对3）的分析：

由于初始状态也有混合液体电磁阀的动作，所以用搅拌结束作为第二次混合液体电磁阀的动作的顺序开关。

4）  当液面下降到50时，再过5s后，混合液排气阀门关闭，一个周期结束。

对4）的分析：

对于排气电磁阀，假设是在液面降到50时，排气阀打开，5S之后，混合液体停止排放，排气阀关闭。

3．报警

当系统发生故障时，报警灯闪烁，停止混合系统运行。

对报警的分析：

停止混合系统运行可视为，停止液体A和液体B的注入。

混合液体排放和排气阀的动作不运行液体混合。

下图为两种液体混合装置的流程图：

图3-1液体混合程序流程图

3.2两种液体混合装置的输入输出分配

在确定了控制对象的控制任务和选择好PLC的机型后，即可安排输入、输出的配置，并对输入、输出进行地址编号。

分配IO地址时要注意以下问题：

1、设备IO地址尽可能连续；

2、相邻设备IO地址尽可能连续；

3、输入输出IO地址分开；

4、每一框架IO地址不要全部占满，要留有一定的余量，便于系统扩展和工艺流程的改，但不宜保留太多，否则会增加系统成本；

5、充分考虑控制柜与控制柜之间、框架与框架之间、模块与模块之间的信号联系，合理地安排IO地址，减少它们之间的内部连线。

因此系统输入输出分配如下：

表3-1输入分配表

输入地址

对应元件

对应外部设备

I0.0

SB1

启动按钮

M0.0

SL0

初始状态

M0.1

SL2

A液体注入液位到达状态

M0.2

SL3

B液体注入液位到达状态

M0.3

SL4

搅拌完成状态

M0.4

SL1

混合液体排出至50状态

表3-2输出分配表

输出地址

对应元件

对应外部设备

Q0.1

YV1

A液体电磁阀

Q0.2

YV2

B液体电磁阀

Q0.3

YV3

混合液体电磁阀

Q0.4

YV4

搅拌电磁阀

Q0.5

YV5

排气电磁阀

Q0.6

YV6

报警电磁阀

表3-3定时器分配表

定时器

定时时间

作用

T37

10S

初始状态排放混合液体

T38

20S

搅拌定时

T39

5S

排气定时

T50

2ms

报警闪烁闪烁时间定时

T51

3ms

报警闪烁停止时间定时

3.3两种液体混合装置的输入输出接线图

图3-2两种液体混合装置的输入输出接线图

3.4两种液体混合装置的梯形图

图3-3两种液体混合装置的梯形图

其工作过程分析：

1.初始状态

I0.0为启动按钮

Q0.3为混合液体电磁阀

T37为初始状态排放混合液体定时器，定时10S

M0.0为初始状态运行状态

则按下启动按钮，开始排放混合液体，10S后，停止排放。

2.起动操作

Q0.1为A液体电磁阀M0.1为A液体注入液位到达状态

Q0.2为B液体电磁阀

则初始状态完成后，A液体电磁阀打开，注入A液体，到设定液位关闭A液体电磁阀，停止注入A液体，B液体电磁阀打开，开始注入B液体。

M0.2为B液体注入液位到达状态Q0.5为搅拌电磁阀

T38为搅拌定时器，定时20SM0.3为搅拌完成状态

则注入B液体，到设定液位关闭B液体电磁阀，停止注入B液体，搅拌电磁阀打开，开始搅拌混合液体。

20S之后，停止搅拌，混合液体电磁阀打开，排放混合液体，搅拌完成。

M0.4为混合液体排出至50状态Q0.4排气电磁阀

T39为排气定时器，定时5S

则混合液体排出至50时，打开排气电磁阀，5S之后，关闭混合液体电磁阀和排气电磁阀，停止排放混合液体和停止排气。

3报警

SM5.0为IO口错误监视

T51为报警闪烁停止时间定时器，定时3ms

T50为报警闪烁闪烁时间定时器，定时2ms

Q0.6为报警电磁阀

则运行出错时报警灯闪烁。

则运行出错时，关闭A液体电磁阀，或B液体电磁阀，停止注入液体。

程序结束。

第4章液体混合装置的控制的组态王监控设计

4.1组态王选择

组态王6.50（64点）

版号6.5.0.31

版权北京亚控科技发展有限公司

4.2组态画面监视设计

1主画面设计

图4-1两种液体混合设计组态王主画面

如上图所示，可显示反应罐A注入的A液体的体积，与反应罐B注入的B液体的体积，以及反应罐混合液体体积。

而报警画面可自动跳出。

2画面数据设置如下图

图4-2画面数据设置

如上图，A液位，B液位及反应液位都为IO整数，只读，并且设置了报警的数值最大值，具体见下图。

图4-3A原料罐液位数据设置

图4-4B原料罐液位数据设置

图4-5反应罐液位数据设置

数据设置好之后，可关联画面，关联的是模拟值输出，如下图

图4-6图中模拟值输出设置图

A原料罐液位数据显示为2位整数，居中显示，如下图

图4-7模拟值连接为A原料罐液位

B原料罐液位数据显示为2位整数，居中显示，如下图

图4-8模拟值连接为B原料罐液位

反应罐液位数据显示为3位整数，居中显示，如下图

\

图4-9模拟值连接为反应罐液位

3报警画面的设置如下图

图4-10报警画面设置图

画面显示可通过主画面的命令语言显示，如下图，有报警，显示报警画面，报警确认后，重新显示主画面。

图4-11主画面与报警画面转换的设置图

报警是由报警数据实现的，如下图，

\\本站点\A原料罐液位.Hilimit=100，优先级为10

\\本站点\B原料罐液位.Hilimit=100，优先级为5

\\本站点\反应.Hilimit=250，优先级为1

根据实际情况，只需设计最高至报警，而报警优先级反应（及混合液体）优先级最高，A原料罐液位优先级最低。

图4-12A液位B液位反应（反应罐液位）报警设置

历史报警设置如下图

图4-14历史报警设置图

第4章系统常见故障分析及维护

4.1系统常见故障分析及维护

统故障一般指整个生产控制系统失效的总和，它又可分为PLC内部故障和现场生产控制设备的外部故障两部分。

PLC系统包括中央处理器、主机箱、扩展机箱、I0模块及相关的网络和外部设备。

现场生产控制设备包括IO端口和现场控制检测设备，如继电器、接触器、阀门、电动机等。

个部分发生故障比例分布图如下。

图5-1PLC故障比例分布图

4.2系统故障分析及处理

4.2.1PLC的IO端口系统故障分析及处理

PLC最大的薄弱环节在I0端口。

PLC的技术优势在于其IO端口，在主机系统的技术水平相差无几的情况下，IO模块是体现PLC性能的关健部件，因此它也是PLC损坏中的突出环节。

要减少IO模块的故障就要减少外部各种干扰对其影响，首先要按照其使用的要求进行使用，不可随意减少其外部保护设备，其次分析主要的干扰因素，对主要干扰源要进行隔离或处理。

4.2.2PLC主机系统内部故障分析及处理

目前PLC的主存储器大多采用可擦写ROM，其使用寿命除了主要与制作工艺相关外，还和底板的供电、CPU模块工艺水平有关。

而PLC的中央处理器目前都采用高性能的处理芯片，故降率已经大大下降。

PLC主机系统容易发生故障的地方一般在电源系统，电源在连续工作，散热中，电压和电流的波动冲击是不可避免的。

系统总线的损坏主要由于现在PLC多为插件结构，长期使用插拔模块会适成局部印刷板或底板、接插件接口等处的总线很坏，在空气温度变化，湿度变化的影响下，总线的塑料老化、印刷线路的老化、接触点的氧化等都是系统总线损耗的原因。

所以在系统设计和处理系统故障的时候要考虑到空气、尘埃、紫外线等因素对设备的破坏。

对于PLC主机系统的内部故障的预防及处理主要是提高集中控制室的管理水平，加装降温描施，定期除尘，使PLC的外部环境符合其安装运行要求；同时在系统维修时，严格按照操作规程进行操作，谨防人为的对主机系统造成损害。

4.2.3现场控制设备外部故障分析及处理

在整个过程控制系统中最容易发生故障地的地点在现场，现场中最容易出故障的有以下几个方面。

1．第1类故障点是在继电器、接触器。

PLC控制系统的日常维护中，电气备件消耗量最大的为各类继电器或空气开关。

主要原因除产品本身外，就是现场环境比较恶劣，接触器触点易打火或氧化，然后发热变形直至不能使用。

所以减少此类故障应尽量选用高性能继电器，改善元器件使用环境，减少更换的频率，以减少其对系统运行的影响。

2.第2类故障点是传感器和仪表，这类故障在控制系统中一般反映在信号的不正常。

这类设备安装时信号线的屏蔽层应单端可靠接地，并尽量与动力电缆分开敷设，特别是高干扰的变频器输出电缆，而且要在PLC内部进行软件滤波。

这类故障的发现及处理也和日常点巡检有关，发现问题应及时处理。

3.第3类故障多发生在阀门等设备上。

因为这类设备的关键执行部位，利用电动执行机构推拉阀门或闸板的位置转换，机械、电气、液压等各环节稍有不到位就会产生误差或故障。

长期使用缺乏维护，机械、电气失灵是故障产生的主要原因，因此在系统运行时要加强对此类设备的巡检，发现问题及时处理。

4.3系统抗干扰性的分析和维护

由于PLC是专门为工业生产环境设计的装置，因此一般不需要再采取特殊措施就能直接用于工业环境中。

但如果工作环境过于恶劣，如干扰特别强烈，可能使PLC引起错误的输入信号；运算出错误的结果；产生出错误的输出信号；造成错误的动作，就不能保证控制系统正常、安全运行。

因此为提高控制系统的可靠性，在设计时采取相应有效的抗干扰措施是非常必要的。

外界干扰的主要来源有：

1.电源的干扰

供电电源的波动以及电源电压中高次谐波产生的干扰。

2.感应电压的干扰

PLC周围邻近的大容量设备启动和停止时，因电磁感应引起的于扰；其它设备或空中强电场通过分布电容串入PLC引起的干扰。

3.输入输出信号的干扰

输入没备的输入信号线间寄生电容引起的差模干扰和输入信号线与大地间的共模干扰；在感性负载的场合，输出信号由断开一闭合时产生的突变电流和由闭合一断开的反向感应电势以及电磁接触器的接点产生电弧等产生的干扰。

4.外部配线干扰

因各种电缆选择不合理，信号线绝缘降低，安装，布线不合理等产生的干扰。

提高PLC控制系统抗干扰性能的措施：

（1）科学选型；

（2）选择高性能电源，抑制电网干扰；

（3）正确选择接地点，完善接地系统；

（4）柜内合理选线配线，降低干扰。

为了延长PLC控制系统的寿命，在系统设计和生产使用中要对该系统的没备消耗、元器件设备故障发生点有比较准确的估计，也就是说，要知道整个系统哪些部件最容易出故障，以便采取措施，希望能对PLC过程控制系统的系统设计和维护有所帮助。

结　论

为期一个学期的毕业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。

通过此次设计，我学到了很多东西，认识到了很多东西。

毕业设计是我对所学知识理论的检验与总结，能够培养和提高设计者独立分析和解决问题的能力；是我在校期间向学校所交的一份综和性作业.在不断的努力下我的课程设计终于完成了。

在没有做课程设计以前觉得课程设计只是对这几年来所学知识的大概总结，但是真的面对课程设计时发现自己的想法是错误的。

通过这次课程设计使我明白了自己原来知识太理论化了，