毕业设计（论文）基于plc的液体混合控制系统设计

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1、 本科毕业设计（论文）题目：基于PLC的液体混合控制系统的设计 院 系：工学院 专 业：机械设计 班 级：机械设计1103班 姓 名： 学 号：201133011266 指导教师： 烟台南山学院教务处二年 月烟台南山学院毕业设计（论文）原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。本声明的法律结果由本人承担。论文作者签名： 年 月 日烟台南山学院关于毕业设计（论文）使用授权的说明本人完全了解烟

2、台南山学院有关保留、使用学士学位论文的规定，即：学校有权保留、送交论文的复印件，允许论文被查阅，学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印或其他复制手段保存论文。指导教师签名： 论文作者签名： 年 月 日 年 月 日第 I 页烟台南山学院本科毕业设计（论文）基于PLC的液体混合控制系统的设计摘 要有一种新的自动控制器，它将老式继电器的一些优点技术和PC计算机技术以及其他一些通讯技术相结合，他就是可编程控制器。在这篇文章中，我们用三种液体按照定比将其混合，要使其能在电动机的搅拌下得到我们的期许，然后流出再流入，使之不停循环。我们做这个系统要考虑到方方面面，说先要考虑这个液体混合能不能达到循环

3、。第二，要考虑几种液体之间关联性，还要考虑液体流动的顺畅性，考虑到液体混合途中可能发生的方方面面的意外。我们通过PLC来控制液体的动作输出，来实现单一的液体混合到整个系统中去，并且可以达到循环的平衡。我们设计一个PLC的控制系统然后来选择它的硬件以及软件系统。关键词: PLC 控制 液体混合 说明第 II 页烟台南山学院本科毕业设计（论文）THE DESIGN OF LIQUID MIXING CONTROL SYSTEM BASED ON PLCABSTRACTWith development of all kind of science technology and global econ

4、omy, Pneumatic manipulator is a automated devices that can mimic the human hand and arm movements to do something，also can according to a fixed procedure to moving objects or control tools.Themakeacontroldesigntodoubleinvertedpendulumonthemathematicalmodel,anddeterminethesystemperformanceindexweight

5、matrix,byusinggeneticalgorithminordertoattainthesystemstatefeedbackcontrolmatrix.Finally,thesimulationofthesystemismadeby.Afterseveraltestmatrixvaluetheresultsarenotsatisfactoryresponse,thenweoptimizematrixbyusingGeneticAlgorithm.Simulationresultsshow:Thesystemresponsecanmeetthedesignrequirementseff

6、ectivelyafterGeneticAlgorithmoptimization.Small twisted paper broken machine for meat.thesystemstatefeedbackcontrolmatrix.Keywords: PLC cylinder pneumatic Foot degrees of freedom第IV 页烟台南山学院本科毕业设计（论文） 目录第1章 绪论1 1.1 课题的研究背景和历史意义1 1.2 选题的目的和意义3第2章 液体混合控制系统PLC控制系统的设计4 2.1 PLC简介4 2.1.1 PLC的定义4 2.1.2 PLC的

7、用途5 2.2 PLC的组成6 2.2.1 中央处理单元8 2.2.2 存储器9 2.2.3 输入输出单元10 2.2.4 通讯接口10 2.2.5 智能接口模块10 2.2.6 编程装置11 2.2.7 电源11第3章 控制系统的设计13 3.1 总体设计思路133.2 软件设计的一般方法153.3 硬件设计163.4 混合装置的基本组成17 3.5 液体混合装置电气原理图的绘制18 3.6 PLCI/O点分配及外部硬件接线图20 3.7 程序的设计及调试21 3.8 液体混合系统运行流程图及清洗与维修的设计28结论33致谢34参考文献35附录37第 35 页烟台南山学院本科毕业设计（论文）

8、 第1章 绪论 课题的研究背景和历史意义随着21世纪的到来，我国的机械化程度已经是越来越深了，机械工业给我们的经济提升，以及为我们提供廉价优质的武器装备和生活耐用品。更加显著的就是我们的生活水平日益提高了。只要是工业就肯定离不开机械装备，机械工业有着性能优良，质量过硬，价格以及成本低廉的优点。 机械还可以解放我们人类，可以代替我们完成一些危险的工作，并且更加的效率。现在工业的机械水平完全超越了我们旧时候的想想，让我们梦想为真！人类早已经登上宇宙，征服大地，进军大海了！向远可以观测到几十亿光年以外，向小的可以看到既有人类几十亿分之一大小的细胞。电脑技术的发展使着人类的进化有了长足的长进！未来还会

9、发展出更厉害的科技，谱写更美好的人生！但是人类脑袋的进化并不意味着手就退化了，相反的手却随着大闹一同进化了，手脑共同进化。和人类相比，机械文明也是有了长足的长进。就像人的大脑和手的关系一样，机械生产，和人工智能也有着密切的关联。仅有的不同电脑还需要机械来制造！在以前，我们都是自己操作机械，机械的效率完全取决与人。但是自从有了人工智能了以后，人类的大脑就解放了出来，也弥补了其中的很多缺陷。电脑相比较人脑更加精细化，也不会情绪化，所以更不易出错。这两者之间的相互合作是我们相信科技的大发展时代不会太远。在这样的社会大环境之下，产品更新的速度越来越快，企业若想提高自身的竞争力就会从产品的各方面下手，比

10、如质量生产速度等。而在某些特殊的行业中，湿法作业必不可少，而在这个作业中原料的混合就是一道必备的手段。并且在行业成本比重中占相当大的一部分。举一个实体的例子，我在实习期间到过的一家氧化铝企业，其中的一个车间原料以及反应剂都是液体成品也是液体，但是工作的环境富含碱性物质，稍有不慎就会烧伤皮肤。在这种情况下我认为一个自动或者是半自动化的操作系统把人工给解放出来就是很有必要的一件事。但这本身却是一件难以完成的事情。所以为了帮助一些没有能力的企业特别是小型企业，我们来开发一种简单适用的PLC系统来应用于多种液体的混合中。并且在这次开发中，认真学习，了解实际操作中遇到的麻烦，了解他的编程，以便能够学有所

11、得。基于这个系统我们知道是用PLC来设计的，PLC的发展源自于电子计算机技术的长足发展。早在十九世纪，在美国就有一家制造汽车的企业提出了这样一种想法。将电子计算机的优点加以应用在继电器上，使二者的优点结合起来，制造出一种适用于工业中的简单的计算机控制器。可以大量的节省人们的时间，和成本。最终这个想法得以成真了，经过人们不懈的努力终于制作出了成品也就是最早的PLC。并且它的出线还为汽车行业的自动安装组合中得到了大量的应用。PLC刚刚发展开来，就因为他的诸多优点吸引了大批的制造商与开发者。这段时间风起云涌，产生了大量的生产PLC的厂家。更是因为单片机技术的进一步发展，而造成PLC更大的发展。PLC

12、技术越来越成熟，日趋强大，他也就越来越迷人。 而运用新型的技术代替原先的继电器等控制系统。它的结构式模块化的，因为这样他的兼容性就更加的高，也便于日常的维修与保养。这些对于一家工厂来说对于减少其成本优化其管理结构有着极其显著的帮助。因为这些让企业在竞争中更具有竞争力，也能得到更好的发展。而PLC在我们的生产生活中运用到方方面面，他的开关量在大到大型机械，军用工业，国家大型企业等，小到小作坊，食品行业，民生企业中都要用它来控制。现今，PLC的应用已经全面的替代了老式的继电器，因为它更加的优秀和吸引人。这次我们来研究下在液体混合中PLC是怎么控制何用用的，他的编程又是怎样。在研究中我们可以学到些什

13、么，可以懂得些什么。这次设计我么大概划定一个范围与方向，下面是一些参数：1）用一些方法让液体混合机的效率变高，以便于实现高效的灌装； 2）使灌装混合成立的一些要求； 3） 这中间的详细的任务有设计一个几种液体混合的操控方案，设计软件程序的电路图、硬件的选择与电路图、一些容易遇到的麻烦与问题的排除。 我们这主要重点难点就在于怎样才能让PLC在液体灌装中有控制的能力。这在以往的研究与报告中都是不多见的，以至于我们没有什么经验难以根据以前的数据采取最佳的方案，所以就很难降成本控制在一个较低水平同时又提高效率。在我们这次的设计中我们重点关注的问题就是这些，希望可以加以解决！ 选题的目的和意义凭借此次设

14、计的实验可以了解PLC在实际生产上的应用，更加明确的了解我们所认知的编程控制器。学会熟练编程，这次设计的体题目又恰巧是工业生产中很常见的一种，具有更多的代表性，可以让我们从中学以致用。PLC在我们的生产生活中运用到方方面面，他的开关量在大到大型机械，军用工业，国家大型企业等，小到小作坊，食品行业，民生企业中都要用它来控制。这次设计就是其中的一种食品与其他工业的典范，液体混合灌装的控制很符合我们的要求。第2章 液体混合控制系统PLC控制系统的设计 PLC简介PLC是一种可编程控制设备（ProgrammableLogicController），是指在21世纪电脑技术下新推出的控制工业的技术。早在1

15、987年国际电工委（International ElectricalCommittee颁布的PLC方案就中对PLC做出了明确规定：PLC是ProgrammableLogicController的简称。在中国我们一般称他为可编程逻辑控制器它广泛应用与一些不同的工厂中，处理一些数字化系统的问题 。提到PLC我们不得不想起一种材料，他在21世纪被广泛应用，他就是半导体。PLC在半导体的应用中有着极其深远的意义。PLC运行主要是逻辑语言，他的内部带有一些储存空间，可以放一些程序。他也可以定时，按顺序输出等等，以上这些功能让PLC广泛应用与各种工业中。 PLC的定义 按照简单的来定义PLC他就像一大串电

16、闸,按照逻辑顺序不停地开合。在控制保护电路的同时他，他也能收集到很多的散乱的数据。在以前，我们通常用电子电气手段来搞定这些，但是现在我们有了更好的帮手。PLC渐渐取代了我们以往的电路，继电器。他不仅能只控制一台机器，也可以同时控制很多的机器同时互不干扰的工作。就像注塑机，搅拌机，装订机等。当今，PLC在全世界都已广泛应用在各个领域，在这里就不一一列举了。今天，各行各业不断的发展，PLC的发展也是日益成熟，它的产品越来越多，越来越好，也越来越人类有帮助，现在又主变得越来越小，但越来越便捷，开放。上面我们也了解了很多PLC的特点也看出了PLC未来的走向，下面我们就结合一个实例来看一看。西门子S7-

17、2PLC系统，它的个头不大，能力却不小，一点也不输给其他的。但是他的价格却远远低于同类。尤其是“S7-2000PU22X系列”的PLC，他可以很明显的看出其优势，操作非常简洁易上手。更有多功能和多种语言可以选择。使得我们使用它尤其便捷。在各大工业中我们都可以看到它的身影。这个系列的PLC有五种CPU模块型号供人们选择。因为有些我们模拟时候的数据存在着很多差异，所以我们就要变化其中的一些输入和输出模块，在西门子的这个系列PLC中我们就可以找到一些数据,从中可以反映出我们想要的这个模块。 PLC的用途PLC大量的运用到我们的生活中，例如煤炭、工业、太阳能、材料业、冶金行业、航空与航天、造船业、和其

18、他人文行业等等，不胜枚举。最终大概可以分成以下几种。（1）开关量的逻辑控制最基本的，PLC的开关广泛应用于该领域，不仅要实现在单个设备内的控制，以前的常规电池继电器控制电路，一些机器代替正常控制环路的控制的甚至控制和全自动化装配线能够在一组中使用。如注塑。 （2）模拟量控制在我们现实中工业生产，各种量不是一成不变的，如天气，湿度，气压，温差速度等等等等。这些都是模拟的量，假如想让我们的PLC去处理这些这些量，就一定要做到其与数字量之间的AD相互转换。使其用于模拟的量的操控。（3）运动控制PLC是怎么控制运动的呢？不难看出他们要不走直线，要不画圆走。 从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O

19、模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用16路的运动控制模块。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，广泛用于各种机械、智能窗帘、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16路的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PLC具有着处理数据

20、的能力，它可以直接进行代数运算，其中又包含着一些其他的运算。还可以为我们传输数据，处理他们以及一些其他的简单或复杂的功能。通过这些功能我们可以简单便捷的处理数据。所获得的数据，以完成特定的控制操作的请求时，不仅可以与存储在存储器中的基准值来相比。例如在一个自动控制水量的装置中，能够自动检测水箱电平信号和低聚合水平，也可以启动或停止低水位报警信号的输出。而我们的显示器可以显示一切信号，我们也可以直接在其上面操作。该系统还是很安全的，有很多的保护机制。在很多突发情况下，都是以自动保护，一回到正常情况。这样就可以自动的供水，不用浪费人力物力去专门进行看管。 PLC的组成PLC的硬件最主要的是由以下几

21、个部分组成的：1） 中央处理器，也就是我们常说的CPU；2） 存储器，包括ROM、RAM等；3） 输入、输出单元；4） 通信、扩展接口；5） 电源；下面是一个简便的PLC的组成框图。图2-1 PLC的基本组成图图2-2 PLC的工作方式图如上图可看出PLC的基本工作方式。PLC工作方式多种多样上面这是PLC运行的一个基本流程。PLC采用循环扫描的方式进行工作。我们应该都知道CPU一般就是处理器是最核心的东西。输入与输出单元顾名思义可以想象到是接口电路。通信接口是与其他外接装备联通用的，电源稳定的能源的输出设备。PLC还分两种，分别为整体式和模块式。整体式，就是不易分散，每一个零部件都安在同一个

22、壳内。像是一个整体，所以才叫整体式。模块式也不难理解，就是每个部件都是单独的一个模块。这些模块用一个总线来实现相互间的连接。它们又各自安装在一些架子或者导轨之中。虽然结构类型不同，但最终还是看我们的需求，按照我们的需求来进行最后的装配和最好的组合。无论是整体式还是模块式的PLC都是PLC，虽然它们的结构不尽相同，但是功能还是大同小异的。使用哪种完全看环境需求以及个人喜好。现在我们就对上边简单提到的PLC的构成部件来做一个详细点的认识。 中央处理单元（CPU）CPU相信大家绝对不陌生，它通常是计算机的核心，无论是PC机还是微型机，当然在PLC中他也是一样的。当然和电脑中的一样CPU在PLC中也不

23、是一样的，他们分3种：第一种是通用的微型CPU，第二种就是我们常常能见到的单片机，最后一种是位片式微型CPU，其中例子就不一一赘述。单片机的型号不同采用的CPU也是不同的，小型的PLC通常使用单核微型CPU或者单片机。中型的，或者大型的PLC多用双核的，有些使用8核甚至16核。而对于其中最简单的双核处理器中，有个为字的，第二个就是位的，这个大多数都系用的专用芯片完成。第一个处理器是主处理器，它的一些主要功能是处理一些指令和控制好位处理器等。位处理器就是协同主处理器一同工作的，它能够处理一些其有用的指令，还可以翻译编程语言使之变为机器能懂的，这样机器才能正常工作。两个处理器的使用大大加快了处理的

24、速度也就是PLC的速度，让它能够在日常生活和工业生产中更加符合我们的要求。CPU就像人大脑，按照人的意愿，指挥者我们团结协作，完成各种社会活动。总结起来CPU的工作主要有下面几个方面1) 接受上面来的指令，并作出初步指令；2) 检查电路是否有异常，是否可以正常运行找出其中的程序错误等；3) 用一些外接设备接受外部数据，解析完了以后保存起来；4) 可以理解为将数据解锁解密转码等，然后运行这些数据。 存储器这样的存储器有两种，通俗的讲其中的一种可以更改其中的数据可以在上面直接操作。就是我们平时说的RAM，运行活动的存储器。另外一种就是固定的存储器了也就是我们常见的ROM等等，存储器的主要功能当然是

25、用于存放一些程序和数据。一般情况下来说系统程序不是我们自己随便可以编写的，他们都由制造方根据所制造PLC产品的硬件确定。他是一个平台，一个多功能的平台，总之可以使PLC在这之上运行。PLC的性能有好有坏，其中系统程序是关键，就像我们的电脑系统一样他是一个PLC的核心，系统程序是固定在内存上的，这让使我们使用它时不会出错失误。我们不能随意浏览并且修改。而编程装置又不大一样，它是对PLC编程序用的，是PLC一个不可或缺的辅助工具。专用编程器：顾名思义，他是专用的，为什么专用那？为一种特定的产品，商家为了其利益或者品牌都会为其PLC产品开发专用编程器，他的一些组成部分就不多赘述。专用编程器也分为两个

26、类别一类是普通，还有就是智能的。 简易型编程器较为简单，操作方便，体积不大，价格也很实惠，但是有一些缺陷，比如他对已我们常用的梯形图就没办法。智能型编程器相比较简单编程器就要复杂的多，当然价格也不菲，就像一台专用于编程的PC电脑一样，其观察很直观，但是操作就较为繁琐。用户程序是一种伴随着PLC控制的角色决定的，由用户决定生产工艺而决定其程序。由于便于解释改动等，用户程序常常在于CMOS静态的RAM中，用LI电池作为备用电池，防止断电时丢包。在PLC的运行中，有一类数据常常放置在运行存储器RAM中。这些数据会随时随地用到，这些就是工作数据。在PLC的工作数据存储器中，有个专门用来存储数据的区域其

27、中有一些组成部分。用户程序的初始设置以及运行中的一些状况。决定了他们的状态。还有保持数据区。 输入/输出单元这个单元有时候也称之位“I/O单元或I/O模块”，我们可以利用它来实现我们和PLC之间的交流与对话。此中的种种数据都能够用PLC的接口实现校正。PLC和被控制对象实现人机对话，可以反馈各种信息和控制。因为改变的信号电平要用的这个装置，资源消息的掌控的PLC的处理器的内部的标准水平，以实现这类变化，I/O接口。I/O接口通常具有光学分离和过滤功能，以提高抗干扰功能的PLC。此外这个接口上往往还有指示灯，他的工作状态一目了然，便于观察，很容易维护。因为I/O接口的用户选择的存在的各种功能的P

28、LC。I/O他们的类型有很多，常见的一些在前文中有过介绍。直流输入，AC输入端子和交流/直流输入接口电路的基本原理是：功率通用控制接口，根据不同的用途，有三种不同的类型。 通信接口通信接口顾名思义就是用来连接信息的，他们的的功能有很多种类也有很多。他们往往会有一些处理器，而PLC就是透过这些和一些设备相连接，并且工作的。在PLC被连接到打印机，所述信息时，系统参数，有可能处理的打印输出被连接到一个显示器，显示器可以控制该过程的图像，连接到其他PLC，多个系统，或到网络，它可以用一个较大的控制配置。它连接到电脑上，多级分散控制系统，控制，并允许配置的一体化管理。在当今社会中，对于远程I/O系统来

29、说，加快配备相应的通信接口模块也是不可或缺的。 智能接口模块智能接口和其他的不一样，压自己即使一个小系统，它本身是完全独立的，包含CPU等等，它也是一个PLC中的一个单独的模块，这些模块之间用一个总线连起来，与PLC进行着各种交流。他们又可以单独的完成谋一份工作，只不过要通过总线和PLC进行协调。据总线，通过数据交换功能连接到PLC可编程控制器系统模块，并独立操作PLC的管理和协调。PLC的智能接口模块的类型是多种多样的，在我国也有很多种。 编程装置编程装置简单的理解就是用来编程的，当然不可能这么简单，它实际上是人们用来操作计算机不可或缺的一个装置。有了它才可以向计算机内输入各种指令与程序，当

30、然亦可以在PLC运行的时候从中得到数据，计算计算机现在的状态，实现和PLC之间的对话交流。他同时还是PLC系统的一个重要的多用工具。编程装置可以是一个开发的小工具，也可以是一个基于某款软件的系统。前者一般是厂家生产的专用的编程器，只服务于他们自己的产品。另外编程器也分为较为简便的和较为智能化的二类。简易型编程器和智能型编程器在前文中我们都是有介绍，他们的区别就是简易型编程时方便，简单，价格还比较实惠，可以像一个读卡器一样随插随用。智能型编程器更像一台PC电脑，拥有更多的功能，输入也更加简单，观看也是非常直观，但是价格不菲，而其操作麻烦。然而专用型的编程器大多是一些厂家为其PLC产品专门量身定做

31、的。然而在当今社会产品日新月异，它渐渐的淡出了人们的舞台。所以现在的编程装置都多和PC电脑有关系了，人们只要有配套的编程软件以及一些硬件接口，就可以做到自己在家编程，大大减少了投资，却能产生更大的经济效益。基于PC电脑的程序配置系统的功能比较强。它不但可以编制出PLC的梯形图，而且可以实现一些其他功能。配上相应的软件还可实现数据采集和分析等许多功能。 电源现今的PLC内部都装了开关电源一般。他们比人们家里的电源更加的棒，稳定，能较大程度的抗干扰，对电路的稳定性要求不是贴别的高，偏差有上下15V左右没有什么问题，有些还提供24V的稳压电源，可以用来驱动外面的传感器工作！电源模块的选择一般只需考虑

32、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；3I/O模块所需的总背板电流值再加上以下各电流：(1)框架中带有处理器时，则加上处理器的最大电流值；(2)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；(1)列出将来要扩展的I/O模块所需的背板电流；(2)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

33、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。具体应考随着PLC技术的发展，PLC产品的种类越来越多，而且功能也日益完善。PLC的种类繁多，其结构、性能、容量、指令系统、编程方式、价格等各有不同，当然使用场合也有所不同。因此选择合理的PLC对提高PLC控制系统技术经济指标意义重大。因此在选择机型时不仅要满足其功能要求及维护等方面的虑： (1)合理的结构形式(2)安装方式的选择(3)相当的功能要求(4)系统可靠性的要求第3章 控制系统设计 总体设计思路我做的系统为多种液体自动混合，需要对各种液体的液面的高度监控，因此，需要运用到传感器进行液面高度的监

34、控。各种液体入池的比例需要应用电磁阀控制，入池后的搅拌，则需要电机控制。对各个控件的控制，需要一个完整的控制流程，运用PLC技术进行编程，可以实现对各个控件的控制。具体控制方法根据题目要求，按下启动按钮时，A种液体进入容器，当达到一定值时，停止进入，B种液体开始进入，当达到一定值时，停止进入C种液体开始进入，当达到一定深度停止所有液体进入。搅拌机进行搅拌，一分钟后搅拌均匀，停止搅拌，放出液体。经20s后停止放出，按停止键停止操作。液体的进入和放出，需要电磁阀的控制，液面的深度需要传感器的控制。如图所示为三种液体混合的装置结构示意图。SL1、SL2、SL3、SL4为液面传感器，液面淹没时接通，三

35、种液体（液体A、液体B、液体C）的流入和混合液体D流出分别由电磁阀YV1、YV2、YV3、YV4控，M制为搅匀电动机。图3-1 三种液体混合的装置结构示意图具体按步骤要求如下：(1) 初始状态：因为本装置是为生产氧化铝类化合物而设计的模拟操作，所以初始时对温度湿度等没有太多要求，要求容易内没有其他影响混合与反应的其他化合物与液体。并且容器应满足不与我们的三种液体发生反应。(2) 运行状态：按下按钮SB1，该装置就按照我们的要求开始运行，液体A阀门打开，液体A流入容器。当液面达到SL2时，把A阀门关闭，打开B阀门。当液面到达SL3时，关闭液体B阀门，打开C阀门。当液面到达SL4时，关闭液体C阀门

36、，搅拌电动机开始转动。在搅拌电动机运行一分钟后，停止搅动，我们把混合液体阀门打开,放出液体。当液面下降到SL1时，SL1由接通变为断开，经过20s后，容器放空，混合液体阀门YV4关闭，如此循环操作(3)停止操作：按下停止按钮后要处理完当前循环周期剩余工作后，系统就会停止在初始状态。 软件设计的一般方法程序的设计一般分好多种方法以下就是本文介绍的几种方法：(1)经验设计法经验设计法也叫凑试法。在掌握一些典型控制环节和电路设计的基础上，根据被控对象对控制系统的具体要求，凭经验进行选择、组合。这种方法对于一些简单的控制系统的设计是比较凑效的，可以收到快速、简单的效果。经验设计法的具体步骤如下：a.确

37、定输入/输出电器；b确定输入和输出点的个数、选择PLC机型、进行I/O分配；c做出系统动作工程流程图；d选择PLC指令并编写程序；e编写其它控制要求的程序；将各个环节编写的程序联系起来，即得到一个满足控制要求的程序。(2) 逻辑设计法工业电气控制线路中，有很多是通过继电器等电器元件来实现的。而继电器、交流接触器的触点都只有两种状态即：断开和闭合，因此用“0”和“1”两种取值的逻辑代数设计电气控制线路是完全可以的。该方法是根据数字电子技术中的逻辑设计法进行PLC程序的设计，它使用逻辑表达式描述问题。在得出逻辑表达式后，根据逻辑表达式画出梯形图。(3) 顺序设计法对那些按动作的先后顺序进行控制的系

38、统，非常适合使用顺序控制设计法进行编程。顺序控制法规律性很强，虽然编程相当长，但程序结构清晰、可读性。在用顺序控制设计法编程时，功能图是很重要的工具。功能图能够清楚地表现出系统各工作步的功能、步与步之间的转换顺序及其转换条件。功能图由流程步、有向线段、转移和动作组成，在使用时它有一些使用规则，具体如下：a.步于步之间必须用转移隔开；b.转移与转移之间必须用步隔开；c.转移和步之间用有向线段连接，正常画顺序功能图的方向是从上向下或则从左向右。按照正常顺序画图时，有向线段可以不加箭头，否则必须加箭头。4.一个顺序功能图中至少有一出初始步。 硬件设计无论电气控制还是机械控制包括一些服务行业，都希望是

39、自己的生产过程达到一个受控的状态下，这样能大大的提高产品的质量还能降低产品的成本。最主要的是在达到受控的状态下，对其生产的过程能起到一个预防为主的优点。因此在设计PLC的控制系统时，我们应该遵循一些原则：(1)PLC的选择不但要满足需要的要求外，而且还更加注意到公司技术支持和和销售配套服务，一定要选择有着方便的技术服务的产品，同时应尽量选择主流机型。(2)我们要对我们的控制对象的控制要求达到最大的满足。首先，应该对现场进行调查研究，收集大量资料，并且要与设计人员和实际的操作人员密切配合，共同制定设计方案，分写解决设计中问题，并加以消除。(3)在满足我们要求的控制下，我们要使控制系统更加方便简单

40、，尤其要实用，便于修理。(4)在控制系统的安全，稳定，可靠的作用下。我们也要考虑到环境对它的影响，认真的进行程序调试，选择性能高的PLC，并定期的进行维护和检验(5)考虑到生产的发展和工艺的改善，对PLC容量的选择应多留出一部分的余量。但有的用户更加注重产品的质量和安全目标，我们就要严格的要求产品的能力。如果要求系统改善信息管理，就应将系统通信的能力和总线网络设计变得更加强大。综上所述，我们可以想到西门子S7-200系列PLC。S7-200系列PLC有CPU21X和CPU22X两代产品，根据所学S7系列可编程控制器及现有实验设备，设计将选用CPU22X型PLC。CPU22X系列PLC的特点：C

41、PU22X主机的输入点位DC24V双向光藕输入电路，输出有继电器盒DC（MOS型）两种类型（CPU21X系列输入点位DC24V单向光藕输入电路，输出有继电器和DC、AC三种类型）。并且，具有30kHz高速计数器，20kHz高速脉冲输出，RS-485通信/编程口，PPI、MPI通信协议和自由口通信能力。CPU222和以上的CPU还具有PID控制和扩展能力，它里面有着更加丰富的资源和指令系统，当然就会有着更多更完善的功能。CPU22X型PLC有CPU221、CPU222、CPU224和CPU226四种不同型号的CPU基本单元供用户选用。CPU221集成6输入/4输出共10个数字量I/O点，无I/O

42、扩展能力，6KB程序和数据存储空间。CPU222集成8输入/6输出共14个数字量I/O点，可连接2个扩展模块，最大扩展至78路数字量I/O或10路模拟I/O点，6KB程序和数据存储空间。CPU224集成14输入/10输出共24个数字量I/O点，可连接7个扩展模块，最大扩展至168路数字量I/O或35路模拟I/O点，13KB程序和数据存储空间。CPU226集成24输入/16输出共40个数字量I/O点，可连接7个扩展模块，最大扩展至248路数字量I/O或35路模拟I/O点，13KB程序和数据存储空间。根据以上各型号CPU的比较以及现有的实验设备，设计将选用S7-200CPU226型号PLC进行PL

43、C控制系统设计。 混合装置的基本组成(1) 液体混合罐：是液体混合的关键，目的是为三种液体提供混合的场所。由于本次设计只要是来源于氧化铝的冶炼中，所以混合罐主要是要抗强酸，强碱的腐蚀，并且抗压性能较好，较为坚固。(2) 输液管道：输送液体的管道，可以再几个时段把我们要混合的几种液体输入进容器内，同理也可以让他们从容器中输送出来。同上可知，管道要求基本和混合罐差不多，并且要求不易堵塞，可以经常拆卸清理等。(3)液面传感器：对不同液体输入量的控制，按照需要对液面传感器做相应的调理可满足输入不同比例的液体进行混合。本次设计我们选用的是“L”表示光电的，“S”表示传感器，“F”表示防腐蚀的，2.5为最

44、大工作压力。LSF系列液位开关可提供非常准确、可靠的液位检测。其原理是依据光的反射折射原理，当没有液体时，光被前端的棱镜面或球面反射回来；有液体覆盖光电探头球面时，光被折射出去，这使得输出发生变化，相应的晶体管或继电器动作并输出一个开关量。应用此原理可制成单点或多点液位开关。LSF光电液位开关具有较高的适应环境的能力，在耐腐蚀方面有较好的抵抗能力(4) 电动机：也就是搅拌机，可以充分混合我们的液体，为本次系统的动力机构，提供动力。选用EJ15-3型电动机。其中“E”表示电动机，“J”表示交流的，15为设计序号，3为最大工作电流相关元件主要技术参数及原理如下：EJ15系列电动机是一般用途的全封闭

45、自扇冷式鼠笼型三相异步电动机。(1)额定电压为220V，额定频率为50Hz，功率为2.5KW，采用三角形接法。(2)电动机运行地点的海拔不超过1000m。工作温度-1540C/湿度90%。(3)EJ15系列电动机效率高、节能、堵转转矩高、噪音低、振动小、运行安全可靠。 液体混合装置电气原理图的绘制按照三种液体混合装置的基本结构和控制要求，结合PLC的控制画出三种混合控制系统的电气原理图。如下图所示为三种液体混合控制系统电气原图图3-2 三种液体混合控制系统电气原图(1)QS：低压隔离器，主要目的是用来隔离电源的，也是用来接通和分断空载电路或者小电流电路一用。(2)QF：低压断路器，用于接通、分

46、断线路正常工作的电流，在出现故障时能自动的起到自保的作用，自动的切除故障线路。低压断路器是在交流电压1200V、直流电压1500及下电压范围的断路器作用下的，更重要的它还是低压配电系统中的主要配电电器元件。更的作用是能保护交、直低压电网内用设备和线路，能保障线路的正常使用。(3)FR：热继电器，是一种保护电器，专门用来对过载及电源断相进行保护，以防止电动机因故障导致过热而损坏。(4)FU：低压熔断器，也就是我们常说的保险丝，电路短路及过载时候会产生高温使其熔断，从而切断电路。(5)KM：外部辅助接触器，用于辅助PLC对外部设备的控制工作。增加辅助接触器，另考虑到实际生产中便于实现单台PLC同时

47、控制多台混合装置。(6)M：搅拌电动机。(7)YV：电磁阀线圈。 PLCI/O点分配及外部硬件接线图(1)I/O点分配在绘制PLC外部接线图之前，我们需要对要用到的I/O点进行地址分配，以明确PLC芯片I/O接口以及有助于后面要进行的PLC程序设计。据这个液体混合体系的需要，我们就可以得出控制系统的PLC控制输入量：启动按钮SB1、停止按钮SB2、液面传感器SL1、液面传感器SL2、液面传感器SL3、液面传感器SL4；控制输出量：电动机M、电磁阀YV1、电磁阀YV2、电磁阀YV3、电磁阀YV4。并对它们进行I/O点分配，如下表所示为控制系统I/O点分配表。表3-3 I/O点分配及外部硬件接线图

48、(2)PLC外部硬件接线图本次毕业设计是采用“西门子（SIEMENS）S7-200 CPU226”型号PLC进行PLC控制系统设计的，根据CPU226型号PLC外部结构及其三种液体混合控制系统的控制要求我们可以画出PLC外部的硬件接线图。下面为我们展示的就是PLC的外部硬件接线图： 图3-4 外部硬件接线图 程序的设计及调试本次设计采用的西门子编程系统编制的程序，西门子编程系统采用简明的梯形图、逻辑图或语句表等编程语言，而无需计算机知识，因此系统开发周期短，现场调试容易。另外，可在线修改程序，改变控制方案而不拆动硬件。西门子PLC采取了一系列硬件和软件抗干扰措施，具有很强的抗干扰能力，平均无故

49、障时间达到数万小时以上，可以直接用于有强烈干扰的工业生产现场，西门子PLC已被广大用户公认为最可靠的工业控制设备之一。它主要是由标准语言梯形图语言写成的。标准语言梯形图语言也是我们最常用的一种语言,它主要有有以下几种特点：1.它是一种图形语言，沿用传统控制图中的继电器触点、线圈、串联等术语和一些图形符号构成，左右的竖线称为左右母线。2.梯形图中接点（触点）只有常开和常闭，接点可以是PLC输入点接的开关也可以是PLC内部继电器的接点或内部寄存器、计数器等的状态。3.梯形图中的接点可以任意串、并联，但线圈只能并联不能串联。4.内部继电器、计数器、寄存器等均不能直接控制外部负载，只能做中间结果供CP

50、U内部使用。5.PLC是按循环扫描事件，沿梯形图先后顺序执行，在同一扫描周期中的结果留在输出状态暂存器中所以输出点的值在用户程序中可以当做条件使用。功能左边画输入、右边画输出。由于本人能力的原因程序较为简单，设计出的梯形图也较为简单，梯形图程序的具体参照附录。这个程序在调试当中还是比较成功的，没有遇到太大的问题。有小的问题也在同学和老师的帮助下迅速的弄好。根据所设计的关于搅拌控制的梯形图，选用PLC的S7_200的仿真软件进行仿真。具体步骤如下：1首先把仿真软件的CPU更改为CPU226（点CONFIGURACIONTIPODECPU，然后点Accepter）2导入梯形图3点击运行4进行调试观

51、察仿真软件上的灯是否按照程序要求依次点亮，延时是否准确。是就说明程序正确，不是就说明程序还存在问题。另外，由于实验设计比较简单，电路图设计的并不是非常完美，用的器件少，因而，并不能很好的保证所要的理想结果。总而言之，调试的结果还是比较顺利。程序仿真如下图所示：图3-5 按下启动按钮，电磁阀1打开，进液料1图3-6 液位到SQ3时，电磁阀2开，电磁阀1关闭，进液料2，L3亮图3-7 液位到SQ2时，YV2关，YV3开，L2亮，L3灭，进液料3图3-8 液位到SQ1时，YV3关，L1亮，L2灭，M启动，L5亮图3-9 M搅拌20秒后停止，L1灭，L5灭，YV4开图3-10 液位到SQ4时，L4亮，

52、5秒后YV4关，L4灭 液体混合系统运行流程图及清洗与维修的设计(1)对于上述装置以及其他的一些了解和分析相信大家对于系统工作和控制等都有了更加深的了解。我们不难得出三种液体混合系统运行的流程图。下面的图就为我们展示了这个流程。 图3-11 液体混合系统流程图（2）本液体混合控制系统适用于混合粘稠性小的液体，控制精度不大， 产品质量要求较低， 工作时间相对宽松的生产场合。 本装置的工作时间相对较长， 主要原因是装置的检测元件设置和工作的进程还不是特别完善。 为了减少工作时间， 可以将液体的送入合并到一个进程中， 多种种液体同时从不同的道送入混合池， 液面检测器换成流量传感器， 安装在多支管道内

53、，将液位信号换成体积信号， 用于控制程序的液体量的控制。 同时搅拌动作也一同进行， 当两种液体的送入结束后， 搅拌也停止， 然后混合液体便可送出至下一单 元。 这样， 整个流程的工作进程就可以减少到两个， 第一进程为加液和搅拌， 第二进程为出液， 相比于原来的工作流程， 这种改进可以将时间缩小到原来的一半，生产效率可以大大提高。 利用本装置混合的液体混合精度不高， 会影响到产品的质量。 主要原因是因为本装置缺少一个环节， 清洗的环节。 一个工作流程结束后， 混合池壁会有混合液残留， 未对它进行清洗， 下一个工作流程混合的液体混合的精度将会发生变化，随着流程的积累， 液体混合的精度就会发生更大的

54、变化。这个问题可以用经常来清理槽壁来补足但是毕竟是一个缺陷。在液体加入的时候， 液面的上升并不是十分平稳的， 而是有起伏变化的， 所以液位传感器对液面的检测不能十分精确， 液面起伏越大检测精度越小。 为了增加检测精度， 一种可行的方法是控制液体加入的速度和方式， 尽量将速度减慢，或者将液体的送入采取在混合池底部压入的方式。（3）故障检测与排除。所谓未虑胜先率败，在装置没有运行古装的时候要先考虑好装置的故障情况。以下是装置的几种故障。1) 液面传感器故障液面传感器故障主要是传感器的损坏或者检测电路故障导致， 在装置的工作过程中此类故障 一旦出现， 将会对上下单元产生影响。 所以必须采取必要措施预

55、防此类故障的出现。 一种做法是采用双套传感器系统， 以降低装置故障出现的几率， 保证生产过程的正常运转， 此方法需要投入额外硬件，增加了生产成本， 而且因为其中一套传感器系统的任何一只或几只传感器损坏时对装置的正常工作无影响， 所以只有到装置不正常工作时才能提醒传感器故障的出现； 另一种做法是采用编制软件自动跟踪检测并警报故障的方法来预防， 此方法无需投入额外硬件， 节省成本， 而且有故障警报， 对故障的检测和维修就更为方便了， 选择此方法更为适宜。2) 输液管阀门故障液管阀门故障一般出现在阀门的开闭问题， 属于硬件故障； 另一可能是电磁继电器不能工作， 失去了对阀门开闭控制， 属于软件故障，

56、 此类故障会导致液体无法送入或送出，上下单元的工作也只能被迫终止， 所以输液管阀门故障必须得有检测系统进行实时的检测警报， 一旦故障出现可以及时督促维修， 保证生产。一般企业输液管阀门最好有专人设备管理员定期维护管理及巡检，以保证正常的生产任务。3) 搅拌机构故障搅拌机构故障有搅拌传动机构故障和搅拌电动机故障，将引起搅拌勺不正常的搅拌动作，导致液体没有充分混合，影响产品的质量。预防此故障，采用的方法是安装转速传感器检测搅拌勺， 当搅拌勺正常动作搅拌时，输出信号，当搅拌勺不动作时，不输出信号，再利用信号的有无来辨别故障的产生与否，编制合理的程序便可对其进行实时监控警报了，以提醒工作人员搅拌活动的

57、情况。4) 关联环节异常在装置的正常运转过程中， 上下单元的不正常工作也会影响到本装置的正常工作。 上一单元无液体提供给本单元， 或者下一单元不接受本单元的液体送出的话， 本单元必须终止工作， 以免引起本单元的故障出现。 解决此问题的方法是利用软件进行检测， 如果整个流程时间超出正常工作时间的三分之一， 则自动终止本单元的所有进程， 再结合上下单元自身的故障检测系统， 此问题便可以得到很好地解决。5) 系统抗干扰性的分析由于PLC是专门为工业生产环境设计的装置，因此一般不需要在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

58、的结果；产生错误的输出信号；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起动和停止时，因电磁感应引起的干扰；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设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；在性感负载的场合，输出信号由断开-闭合时产生的突变电流和闭合-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

59、）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。结论通过这段时间对PLC的设计，我深深的感受到PLC对人类的帮助，首先是他的梯形图输入简单方便操作便捷，并且他的配置很容易，在任何的市场上几乎都能找到PLC的模块。由于我实习的单位位于一家湿法冶炼氧化铝企业，而落后的设备很难实现自动化，几乎都要求人工现场操作，这样既浪费了大量的人力物力，现场工作的时候一些腐蚀性液体经常会灼烧工人的皮肤，很危险。通过我的设计可以尽可能的减少现场的人工操作，最大程度的实现自动化。不足之处是由于现在的工业化程度要实现全自动控制需要的设备更新换代比较多，可能会产生大量的成本，虽然从长远来

60、说，利大于弊，但是厂家可能会选择更加廉价的人力成本。希望商家可以从长远的眼光出发来看待生产。并且本文中的液体混合只是简单的液体混合，实际生产中还要考虑到很多问题，比如液体的密度，液体在不同温度下的状态，液体之间互相反应，腐蚀性液体和反应槽之间反应，还有一些液体会自动凝固等等问题。还有就是PLC系统自身的一些优势与不足，PLC的编程相比较其他系统来说具有相当方便的优势，并且数量很多可以随时选用并且PLC的编程器很简扁，你可以随时用它来编辑你想要的程序。唯一不足的PLC的各种体系兼容性不是很好，它编程的语言还有一些不同并且不同的厂家生产的产品都很难兼容，这一点希望早日可以的完善！致谢在这次的毕业论

61、文创作上，我得先向我的指导老师道个谢！在此期间，她在学业上严格要求，认真指导我，在我的学习日常中对我关怀备至，对我的人生有了很大的影响，帮助我顺顺利利的完成了学业，而且让我学到了很多很多做人的道理，更加的明确了人生目标。她对待学生严格的态度，还有渊博的学识，以及实事求是的作风，豁达的胸襟，深深的感动了我，让我感触良多，终生受益。经过3个多月的努力，去设计去计算，我的论文终于差不多了，我心里无比的自豪。它不完美，更不是最好的，但在的我心里，它却是我最珍惜的，因为它是我用心和汗水成就的，是我大学四年的回报。四年的学习和生活，不仅丰富了我的知识，而且锻炼了我的能力，更重要的是从周围的老师和同学们身上

62、潜移默化的学到了许多。在这里，我祝愿他们事事顺心，身体健康合家欢乐！参考文献1 郑淑芳. PLC控制系统的设计M. 北京:科学出版社，2004.5.2 黄长艺. 西门子PLC控制系统概述M. 北京:机械工业出版社， 2005.1.3 周宏甫. 基于PLC的液体混合控制系统的设计M. 北京:高等教育出版 社，2004.3.M. 北京:高等教育出版 社，2002.8.M. 北京:机械工业出版社， 2001.4.6 钱平. 光电传感器应用技术M. 北京:机械工业出版社.2005.1.7 张辽远. PLC控制系统的设计与实现M. 北京：机械工业出版社， 2002.8.8 基恩士. 传感器选择手册M.2010版本.9 黄