毕业设计论文多种液体混合

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1、毕业设计题目 ：多种液体混合 班级 ： 姓名 ： 学号 ： 指导老师 ： 目录第一章 绪论-031.1 液体混合的工程背景-031.2 混合机械的种类-041.3 前沿的总结-06第二章 设计要求-072.1 液体混合的设计要求-072.2 液体混合的控制方式-072.3 液体混合控制装置-072.4 控制要求-08第三章 液体混合的硬件选择-093.1 液体混合硬件选择-093.2 电动机选择-093.3 泵的选择-103.4 压力传感器原理及应用-113.5 PLC的选择- 11 3.5.1 PLC的功能- 13 3.5.2 可编程控制器的基本原理-14 3.5.3 可编程控制器的组成-1

2、4 3.5.4 可编程控制器的性能指标-16 3.5.5 PLC的通信联网- 183.6 控制功能的选择-203.7 PLC的类型-21 第四章 设计分析- -254.1 原理设计分析-25 4.1.1 控制方案-25 4.1.2 控制方式-25 4.1.3 参数元素定义-264.2 结构设计分析-26 4.2.1 控制原理-26 4.2.2 工作过程-27 4.2.3 结构框图-274.2.4 原理电路图-274.2.5 连接及接线图-28 4.3 编程-284.3.1 STL程序- 28 4.3.2 液体混合LAD-30 4.4 调试-334.4.1 程序录入-334.4.2 建立连接-3

3、34.4.3 调试程序-344.4.4 结果分析-34总结 -36 参考文献-37第一章 1.1 液体混合的工程背景液体的混合操作是一些工厂关键的或不可捎带一个环节。对液体混合装置的要求是设备对液体的混合质量，生产效率和自动化程度高，适应范围广，抗恶劣环境等。采用PLC对液体混合装置进行控制满足现在经济的需要，因此多种液体混合的PLC控制一广泛的应用。混合机械是利用机械力和重力等，将两种或两种以上液体均匀混合起来的机械。混合机械广泛用于各类工业和日常生活中。混合机械可以将多种液体配合成均匀的混合物，如将多种化学液体混合成所需物料等；还可以增加液体接触表面积，以促进化学反应；还能够加速物理变化，

4、例如高浓度溶质加入溶剂，通过混合机械的作用可加速混匀。1.2 混合机械的种类常用的混合机械分为气体和低粘度液体混合器、中高粘度液体和膏状物混合机械、热塑性物料混合机、粉状与粒状固体物料混合机械四大类。 气体和低黏度液体混合机械的特点是结构简单，且无转动部件，维护检修量小，能耗低。这类混合机械又分为气流搅拌、管道混合、射流混合和强制循环混合等四种。 中、高黏度液体和膏状物的混合机械，一般具有强的剪切作用；热塑性的物料混合机主要用于热塑性物料(如橡胶和塑料)与添加剂混合；粉状、粒状固体物料混合机械多为间歇操作，也包括兼有混合和研磨作用的机械，如轮辗机等。 混合时要求所有参与混合的物料均匀分布。混合

5、的程度分为理想混合、随机混合和完全不相混三种状态。各种物料在混合机械中的混合程度，取决于待混物料的比例、物理状态和特性，以及所用混合机械的类型和混合操作持续的时间等因素。 液体的混合主要靠机械搅拌器、气流和待混液体的射流等，使待混物料受到搅动，以达到均匀混合。搅动引起部分液体流动，流动液体又推动其周围的液体，结果在溶器内形成循环液流，由此产生的液体之间的扩散称为主体对流扩散。 当搅动引起的液体流动速度很高时，在高速液流与周围低速液流之间的界面上出现剪切作用，从而产生大量的局部性漩涡。这些漩涡迅速向四周扩散，又把更多的液体卷进漩涡中来，在小范围内形成的紊乱对流扩散称为涡流扩散。 机械搅拌器的运动

6、部件在旋转时也会对液体产生剪切作用，液体在流经器壁和安装在容器内的各种固定构件时，也要受到剪切作用，这些剪切作用都会引起许多局部涡流扩散。 搅拌引起的主体对流扩散和涡流扩散，增加了不同液体间分子扩散的表面积减少了扩散距离，从而缩短了分子扩散的时间。若待混液体的粘度不高，可以在不长的搅拌时间内达到随机混合的状态；若粘度较高，则需较长的混合时间。 对于密度、成分不同、互不相溶的液体，搅拌产生的剪切作用和强烈的湍动将密度大的液体撕碎成小液滴并使其均匀地分散到主液体中。搅拌产生的液体流动速度必须大于液滴的沉降速度。 少量不溶解的粉状固体与液体的混合机理，与密度成分不同，互不相溶的液体的混合机理相同，只

7、是搅拌不能改变粉状固体的粒度。若混合前固体颗粒不能使其沉降速度小于液体的流动速度，无论采用何种搅拌方式都形不成均匀的悬浮液。 不同膏状物的混合主要是将待混物料反复分割并使其受到压、辗、挤等动作所产生的强剪切作用，随后又经反复合并、捏合，最后达到所要求的混合程度。这种混合很难达到理想混合，仅能达到随机混合。粉状固体与少量液体混合后为膏状物，其混合机理与膏状物料混合的机理相同。不同的热塑性物料以及热塑性物料与少量粉状固体的混合，需要依靠强剪切作用，反复地揉搓和捏合，才能达到随机混合。 流动性好的颗粒状固体物主要是靠容器本身的回转，或靠装在容器内运动部件的作用，反复地翻动、掺和而得以混合，这类物料也

8、可用气流产生对流或湍流以达到混合。固体颗粒的对流或湍流不易产生涡流，混合速度远低于液体的混合，混合程度一般也只能达到随机混合。流动性很差的、互相发生粘附的颗粒或粉状固体，则常需用带有机械翻动和压、辗等动作的混合机械。塑料加工的许多领域需要将混合机用于其中间和最终产品的加工步骤。选择和确定合适的混合设备尺寸依赖于一系列重要的参数，包括容器大小或生产能力、被混合物料的粘度以及起始物料的流动特性。推进式和涡轮式混合机适用于低剪切、低粘度的混合，而高速分散器和转子定子型搅拌机为低、中粘度的液体提供了高剪切条件。随着物料粘度的增加，可补加低速锚式搅拌机，用它先使物料运动，然后送人处理高粘度物料的高速搅拌

9、机使其混合。高浓度的糊料需要使用诸如双行星齿轮或行星齿轮分散机这类设备，它们不依赖于流向搅拌机的物料的固有流动特性。双臂混合机以它的重负载、对极粘物质的高转矩混合作用，扩大了液体和糊料混合机产品谱系。1.3 前沿的总结我现在选择的是液体搅拌混合器，是用电子和机械结合来控制这个装置。其中涉及到是知识有：PLC、电路电机、工程力学、材料学、传感器 第二章 设计要求2.1 液体混合的设计要求在市场经济时代，我们为了提高经济效益。所以我们大量的应用高科技和自动化技术，而我现在设计的PLC正是一种体现。这样的大量生产即提高了经济效益，又增强了企业竞争力。2.2液体混合的控制方式在现在的市场经济时代，我们

10、为了提高经济效益。所以我们大量的应用高科技和自动化技术，而我现在设计的PLC正是一种体现。本设计是有效的使机械和电子结合在了一起，采用了西门子S7200系列的PLC，这样的大量生产即提高了经济效益，又增强了企业竞争力。2.3液体混合控制装置MYA3YA1YA2SQ1SQ2SQ32.4控制要求由实验面板图可知：本装置为两种液体混合装置，SQ1、SQ2、SQ3为液面传感器，液体A、B阀门与混合液阀门由电磁阀YA1、YA2控制，M为搅动电机，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：

11、液体A阀门打开，液体A流入容器。当液面到达SQ2时，SQ2接通，关闭液体A阀门，打开液体B阀门。液面到达SQ1时，关闭液体B阀门，搅动电机开始搅动。搅动电机工作60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SQ3时，SQ3由接通变为断开，再过20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）。第三章 液体混合的硬件选择3.1液体混合硬件选择在本设计中我所用到的基本设备有电动机、水泵、传感器3.2 电动机选择电动机也称电机(俗称马达)，在电路中用字母“M”(旧标准用“D”)表示。它的主要

12、作用是产生驱动力矩，作为用电器或小型机械的动力源。 电动机为家用电器或电子产品中使用的小功率电动机，即所谓的微电机。(1)按工作电源分类 根据电动机工作电源的不同，可分为直流电动机和交流电动机。其中交流电动机还分为单相电动机和三相电动机。(2)按结构及工作原理分类 电动机按结构及工作原理可分为异步电动机和同步电动机。同步电动机还可分为永磁同步电动机、磁阻同步电动机和磁滞同步电动机。异步电动机可分为感应电动机和交流换向器电动机。感应电动机又分为三相异步电动机、单相异步电动机和罩极异步电动机。交流换向器电动机又分为单相串励电动机、交直流两用电动机和推斥电动机。直流电动机按结构及工作原理可分为无刷直

13、流电动机和有刷直流电动机。有刷直流电动机可分为永磁直流电动机和电磁直流电动机。电磁直流电动机又分为串励直流电动机、并励直流电动机、他励直流电动机和复励直流电动机。永磁直流电动机又分为稀土永磁直流电动机、铁氧体永磁直流电动机和铝镍钻永磁直流电动机。（3）三相异步电动机的旋转原理三相异步电动机要旋转起来的先决条件是具有一个旋转磁场，三相异步电动机的定子绕组就是用来产生旋转磁场的。我们知道，但相电源相与相之间的电压在相位上是相差120度的，三相异步电动机定子中的三个绕组在空间方位上也互差120度，这样，当在定子绕组中通入三相电源时，定子绕组就会产生一个旋转磁场。电流每变化一个周期，旋转磁场在空间旋转

14、一周，即旋转磁场的旋转速度与电流的变化是同步的。旋转磁场的转速为：n=60f/P 式中f为电源频率、P是磁场的磁极对数、n的单位是：每分钟转数。根据此式我们知道，电动机的转速与磁极数和使用电源的频率有关。单相交流电动机只有一个绕组，转子是鼠笼式的。当单相正弦电流通过定子绕组时，电动机就会产生一个交变磁场，这个磁场的强弱和方向随时间作正弦规律变化，但在空间方位上是固定的，所以又称这个磁场是交变脉动磁场。这个交变脉动磁场可分解为两个以相同转速、旋转方向互为相反的旋转磁场，当转子静止时，这两个旋转磁场在转子中产生两个大小相等、方向相反的转矩，使得合成转矩为零，所以电动机无法旋转。当我们用外力使电动机

15、向某一方向旋转时（如顺时针方向旋转），这时转子与顺时针旋转方向的旋转磁场间的切割磁力线运动变小；转子与逆时针旋转方向的旋转磁场间的切割磁力线运动变大。这样平衡就打破了，转子所产生的总的电磁转矩将不再是零，转子将顺着推动方向旋转起来。3.3 泵的选择活塞式抽水机原理要详细,开泵前,吸入管和泵内必须充满液体。开泵后，叶轮高速旋转，其中的液体随着叶片一起旋转，在离心力的作用下，飞离叶轮向外射出，射出的液体在泵壳扩散室内速度逐渐变慢，压力逐渐增加，然后从泵出口，排出管流出。此时，在叶片中心处由于液体被甩向周围而形成既没有空气又没有液体的真空低压区，液池中的液体在池面大气压的作用下，经吸入管流入泵内，液

16、体就是这样连续不断地从液池中被抽吸上来又连续不断地从排出管流出。中国泵石化行业泵轴封方式大致分为接触密封、非接触密封两大类。接触密封中包括填料密封及机械密封；非接触密封有迷宫式密封、螺旋密封和副叶轮密封等。石化行业中8090%的化工泵采用机械密封。使用机械密封是解决跑、冒、滴、漏，改善环境保护，提高工作效率，降低生产成本的有效途径，是实现工业现代化必不可少的手段之一。3.4 传感器原理及应用1、传感器的简介传感器是一种能将与待测量的能量形式，转化成另一种可供处理查询的能量形式的装置。信号处理电路用于处理信息，而输出器件是一种利用已处理过的信号的装置、显示或动作。2、传感器的分类传感器分类方法很

17、多，常用的有2种:一种是按被测的参数分，另一种是按变换原理来分。通常按被测的参数来分类，可分为热工参数:温度、比热、压力、流量、液位等;机械量参数:位移、力、加速度、重量等;物性参数:比重、浓度、算监度等;状态量参数:颜色、裂纹、磨损等。温度传感器属于热工参数。3.5 PLC的选择PLC编程控制器是在继电器控制技术和计算机控制技术的基础上开发出来的，最初的可编程控制器主要用于顺序控制，一般只能进行逻辑控制，因此称为可编程逻辑控制器（Prongrammable Logic Controller ）简称 PLC。随着计算机技术的发展及微处理器的应用，可编程控制器的功能不断扩展和完善，远远超出逻辑控

18、制的范围，具备了模以量控制，过程控制，远程通信及计算等功能，可编程控制器是专为在工业环境下应用设计的一种数字运算操作的电子装置，是带有存储器可以编程程序的控制器。它能够存储和执行指令，进行逻辑计算，定时计算和操作，并通过数字式和模以。在自动化控制领域，PLC是一种重要的控制设备。PLC的发展历程目前，世界上有200多厂家生产300多品种PLC产品，应用在汽车（23%）、粮食加工（16.4%）、化学/制药（14.6%）、金属/矿山（11.5%）、纸浆/造纸（11.3%）等行业。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

19、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ProgrammableController（PC）。个人计算机（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ProgrammableLogicController（PLC），现在，仍常常将PLC简称PC。PLC的定义有许多种。国际电工委员会（IEC）对PLC的定义是：可编程控制器是一种数字运算操作的电子

20、系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，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，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。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

21、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3.5.1 PLC的功能1、功能强，性能价格比高 一台小型PLC内有成百上千个可供用户使用的编程元件，有很强的功能，可以实现非常复杂的控制功能。与相同功能的继电器相比，具有很高的性能价格比。可篇程序控制器可以通过通信联网，实现分散控制，集中管理。 2、硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强 可编程序控制器产品已经标准化，系列化，模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用。用户能灵活方便的进行系统配置，组成不同的功能、不规模的系统。楞编程序控制器的安装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接线。PLC有很强的带负载能力，可以

22、直接驱动一般的电磁阀和交流接触器。 3、可靠性高，抗干扰能力强 传统的继电器控制系统中使用了大量的中间继电器、时间继电器。由于触点接触不良，容易出现故障，PLC用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件，接线可减少互继电器控制系统的1/10-1/100，因触点接触不良造成的故障大为减少。 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，PLC已被广大用户公认为最可靠的工业控制设备之一。 4、系统的设计、安装、调试工作量少 PLC用软件功能取代了继电器控制系统中大量的中间继电器、时间

23、继电器、计数器等器件，使控制柜的设计、安装、接线工作量大大减少。PLC的梯形图程序一般采用顺序控制设计方法。这种编程方法很有规律，很容易掌握。对于复杂的控制系统，梯形图的设计时间比设计继电器系统电路图的时间要少得多。 PLC的用户程序可以在实验室模拟调试，输入信号用小开关来模拟，通过PLC上的发光二极管可观察输出信号的状态。完成了系统的安装和接线后，在现场的统调过程中发现的问题一般通过修改程序就可以解决，系统的调试时间比继电器系统少得多。 5、编程方法简单 梯形图是使用得最多的可编程序控制器的编程语言，其电路符号和表达方式与继电器电路原理图相似，梯形图语言形象直观，易学易懂，熟悉继电器电路图的

24、电气技术人员只要花几天时间就可以熟悉梯形图语言，并用来编制用户程序。 梯形图语言实际上是一种面向用户的一种高级语言，可编程序控制器在执行梯形图的程序时，用解释程序将它“翻译”成汇编语言后再去执行。 6、维修工作量少，维修方便 PLC的故障率很低，且有完善的自诊断和显示功能。PLC或外部的输入装置和执行机构发生故障时，可以根据PLC上的发光二极管或编程器提供的住处迅速的查明故障的原因，用更换模块的方法可以迅速地排除故障。 7、体积小，能耗低 对于复杂的控制系统，使用PLC后，可以减少大量的中间继电器和时间继电器，小型PLC的体积相当于几个继电器大小，因此可将开关柜的体积缩小到原来的1/2-1/1

25、0。 PLC的配线比继电器控制系统的配线要少得多，故可以省下大量的配线和附件，减少大量的安装接线工时，可以减少大量费用。学得辛苦，做得舒服。3.5.2 可编程控制器的基本原理PLC是基于电子计算机，且适用于工业现场工作的电控制器。它源于继电控制装置，但它不像继电装置那样，通过电路的物理过程实现控制，而主要靠运行存储于PLC内存中的程序，进行入出信息变换实现控制。 PLC基于电子计算机，但并不等同于普通计算机。普遍计算机进行入出信息变换，多只考虑信息本身，信息的入出，只要人机界面好就可以了。而PLC则还要考虑信息入出的可靠性、实时性，以及信息的使用等问题。特别要考虑怎么适应于工业环境，如便于安装

26、，抗干扰等问题。 3.5.3 可编程控制器的组成可编程控制器的硬件部分由 CPU 、系统程序存储器、用户程序存储器、输入输出元件、编程器、外部设备和电源组成。软件部分由系统监控程序和用户程序两大部分组成。 可编程控制器的结构特点可编程控制器的结构通常可分为单元式、模块式，以及将这两种形式结合起来的叠装式。单元式的特点是结构紧凑。它将所有的电路都装入一个模块内，构成一个整体，这样体积小巧、成本低、安装方便。模块式可编程控制器采用搭积木的方式组成系统，在一块基板上插上 CPU 、电源、模块及特殊功能模块，构成一个总点数很多的大规模综合控制系统。其特点是 CPU 为独立的模块 , 输入、输出也是独立

27、模块。因此配置很灵活，可以根据不同的系统规模选用不同档次的 CPU 及各种模块、功能模块。叠装式的结构也是各种单元、 CPU 自成独立的模块，但安装不用基板，仅用电缆进行单元间联接，且各单元可以一层层地叠装。这样，既达到了配置灵活的目的，又可以做得体积小巧。3.5.4 可编程控制器的性能指标硬件性能指标包括一般指标、输入特性和输出特性。软件性能指标包括运行方式、运算速度、程序容量、逻辑元件种类和数量以及编号、指令类型和数量等。从结构上分，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU

28、模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。(1)、CPU的构成CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每套PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内

29、存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。在使用者看来，不必要详细分析CPU的内部电路，但对各部分的工作机制还是应有足够的理解。CPU的控制器控制CPU工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。但工作节奏由震荡信号控制。运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。CPU速度和内存容量是PLC的重要参数，它们决定着PLC的工作速度，IO数量及软件容量等，因此限制着控制规模。（2）、I/O模块PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输

30、出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。I/O分为开关量输入（DI），开关量输出（DO），模拟量输入（AI），模拟量输出（AO）等模块。开关量是指只有开和关（或1和0）两种状态的信号，模拟量是指连续变化的量。常用的I/O分类如下：开关量：按电压水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。模拟量：按信号类型分，有电流型（4-20mA,0-20mA）、电压型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。除了上述通用IO外，还有特殊IO模块，如热电阻、热电偶、脉冲

31、等模块。按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。（3）电源模块PLC电源用于为PLC各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源。电源输入类型有：交流电源（220VAC或110VAC），直流电源（常用的为24VAC）。六、底板或机架大多数模块式PLC使用底板或机架，其作用是：电气上，实现各模块间的联系，使CPU能访问底板上的所有模块，机械上，实现各模块间的连接，使各模块构成一个整体。（4）PLC系统的其它设备1)、编程设备：编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，

32、用于编程、对系统作一些设定、监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况，但它不直接参与现场控制运行。小编程器PLC一般有手持型编程器，目前一般由计算机（运行编程软件）充当编程器。2)、人机界面：最简单的人机界面是指示灯和按钮，目前液晶屏（或触摸屏）式的体式操作员终端应用越来越广泛，由计算机（运行组态软件）充当人机界面非常普及。3)、输入输出设备：用于永久性地存储用户数据，如EPROM、EEPROM写入器、条码阅读器，输入模拟量的电位器，打印机等。3.5.5 PLC的通信联网依靠先进的工业网络技术可以迅速有效地收集、传送生产和管理数据。因此，网络在自动化系统集成工程中的重要性越来越显著，甚至有人提

33、出网络就是控制器的观点说法。PLC具有通信联网的功能，它使PLC与PLC之间、PLC与上位计算机以及其他智能设备之间能够交换信息，形成一个统一的整体，实现分散集中控制。多数PLC具有RS-232接口，还有一些内置有支持各自通信协议的接口。PLC的通信，还未实现互操作性，IEC规定了多种现场总线标准，PLC各厂家均有采用。对于一个自动化工程(特别是中大规模控制系统)来讲，选择网络非常重要的。首先，网络必须是开放的，以方便不同设备的集成及未来系统规模的扩展；其次，针对不同网络层次的传输性能要求，选择网络的形式，这必须在较深入地了解该网络标准的协议、机制的前提下进行；再次，综合考虑系统成本、设备兼容

34、性、现场环境适用性等具体问题，确定不同层次所使用的网络标准。在PLC系统设计时，首先应确定控制方案，下一步工作就是PLC工程设计选型。工艺流程的特点和应用要求是设计选型的主要依据。PLC及有关设备应是集成的、标准的，按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则选型所选用PLC应是在相关工业领域有投运业绩、成熟可靠的系统，PLC的系统硬件、软件配置及功能应与装置规模和控制要求相适应。熟悉可编程序控制器、功能表图及有关的编程语言有利于缩短编程时间，因此，工程设计选型和估算时，应详细分析工艺过程的特点、控制要求，明确控制任务和范围确定所需的操作和动作，然后根据控制要求，估算输入输出点数、

35、所需存储器容量、确定PLC的功能、外部设备特性等，最后选择有较高性能价格比的PLC和设计相应的控制系统。 一、输入输出（I/O）点数的估算 I/O点数估算时应考虑适当的余量，通常根据统计的输入输出点数，再增加10%20%的可扩展 余量后，作为输入输出点数估算数据。实际订货时，还需根据制造厂商PLC的产品特点，对输入输出点数进行圆整。 存储器容量的估算 存储器容量是可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小，程序容量是存储器中用户应用项目使用的存储单元的大小，因此程序容量小于存储器容量。设计阶段，由于用户应用程序还未编制，因此，程序容量在设计阶段是未知的，需在程序调试之后才知道。为了设计选型时能

36、对程序容量有一定估算，通常采用存储器容量的估算来替代。 存储器内存容量的估算没有固定的公式，许多文献资料中给出了不同公式，大体上都是按数字量I/O点数的1015倍，加上模拟I/O点数的100倍，以此数为内存的总字数（16位为一个字），另外再按此数的25%考虑余量。3.6 控制功能的选择该选择包括运算功能、控制功能、通信功能、编程功能、诊断功能和处理速度等特性的选择。 (一)运算功能简单PLC的运算功能包括逻辑运算、计时和计数功能；普通PLC的运算功能还包括数据移位、比较等运算功能；较复杂运算功能有代数运算、数据传送等；大型PLC中还有模拟量的PID运算和其他高级运算功能。随着开放系统的出现，目

37、前在PLC中都已具有通信功能，有些产品具有与下位机的通信，有些产品具有与同位机或上位机的通信，有些产品还具有与工厂或企业网进行数据通信的功能。设计选型时应从实际应用的要求出发，合理选用所需的运算功能。大多数应用场合，只需要逻辑运算和计时计数功能，有些应用需要数据传送和比较，当用于模拟量检测和控制时，才使用代数运算，数值转换和PID运算等。要显示数据时需要译码和编码等运算。 (二)控制功能 控制功能包括PID控制运算、前馈补偿控制运算、比值控制运算等，应根据控制要求确定。PLC主要用于顺序逻辑控制，因此，大多数场合常采用单回路或多回路控制器解决模拟量的控制，有时也采用专用的智能输入输出单元完成所

38、需的控制功能，提高PLC的处理速度和节省存储器容量。例如采用PID控制单元、高速计数器、带速度补偿的模拟单元、ASC码转换单元等。(三)通信功能 大中型PLC系统应支持多种现场总线和标准通信协议（如TCP/IP），需要时应能与工厂管理网（TCP/IP）相连接。通信协议应符合ISO/IEEE通信标准，应是开放的通信网络。 PLC系统的通信接口应包括串行和并行通信接口（RS2232C/422A/423/485）、RIO通信口、工业以太网、常用DCS接口等；大中型PLC通信总线（含接口设备和电缆）应1：1冗余配置，通信总线应符合国际标准，通信距离应满足装置实际要求。PLC系统的通信网络中，上级的网络

39、通信速率应大于1Mbps，通信负荷不大于60%。PLC系统的通信网络主要形式有下列几种形式：1）PC为主站，多台同型号PLC为从站，组成简易PLC网络；1台PLC为主站，其他同型号PLC为从站，构成主从式PLC网络；3）PLC网络通过特定网络接口连接到大型DCS中作为DCS的子网；4）专用PLC网络（各厂商的专用PLC通信网络）。为减轻CPU通信任务，根据网络组成的实际需要，应选择具有不同通信功能的（如点对点、现场总线、工业以太网）通信处理器。(四)编程功能离线编程方式：PLC和编程器公用一个CPU，编程器在编程模式时，CPU只为编程器提供服务，不对现场设备进行控制。完成编程后，编程器切换到运

40、行模式，CPU对现场设备进行控制，不能进行编程。离线编程方式可降低系统成本，但使用和调试不方便。在线编程方式：CPU和编程器有各自的CPU，主机CPU负责现场控制，并在一个扫描周期内与编程器进行数据交换，编程器把在线编制的程序或数据发送到主机，下一扫描周期，主机就根据新收到的程序运行。这种方式成本较高，但系统调试和操作方便，在大中型PLC中常采用。五种标准化编程语言：顺序功能图（SFC）、梯形图（LD）、功能模块图（FBD）三种图形化语言和语句表（IL）、结构文本（ST）两种文本语言。选用的编程语言应遵守其标准（IEC6113123），同时，还应支持多种语言编程形式，如C，Basic等，以满足

41、特殊控制场合的控制要求。(五)诊断功能PLC的诊断功能包括硬件和软件的诊断。硬件诊断通过硬件的逻辑判断确定硬件的故障位置，软件诊断分内诊断和外诊断。通过软件对PLC内部的性能和功能进行诊断是内诊断，通过软件对PLC的CPU与外部输入输出等部件信息交换功能进行诊断是外诊断。PLC的诊断功能的强弱，直接影响对操作和维护人员技术能力的要求，并影响平均维修时间。(六)处理速度PLC采用扫描方式工作。从实时性要求来看，处理速度应越快越好，如果信号持续时间小于扫描时间，则PLC将扫描不到该信号，造成信号数据的丢失。处理速度与用户程序的长度、CPU处理速度、软件质量等有关。目前，PLC接点的响应快、速度高，

42、每条二进制指令执行时间约0.20.4Ls，因此能适应控制要求高、相应要求快的应用需要。扫描周期（处理器扫描周期）应满足：小型PLC的扫描时间不大于0.5ms/K；大中型PLC的扫描时间不大于0.2ms/K。3.7 PLC的类型（一）PLC按结构分为整体型和模块型两类，按应用环境分为现场安装和控制室安装两类；按CPU字长分为1位、4位、8位、16位、32位、64位等。从应用角度出发，通常可按控制功能或输入输出点数选型。整体型PLC的I/O点数固定，因此用户选择的余地较小，用于小型控制系统；模块型PLC提供多种I/O卡件或插卡，因此用户可较合理地选择和配置控制系统的I/O点数，功能扩展方便灵活，一

43、般用于大中型控制系统。（二）输入输出模块的选择输入输出模块的选择应考虑与应用要求的统一。例如对输入模块，应考虑信号电平、信号传输距离、信号隔离、信号供电方式等应用要求。对输出模块，应考虑选用的输出模块类型，通常继电器输出模块具有价格低、使用电压范围广、寿命短、响应时间较长等特点；可控硅输出模块适用于开关频繁，电感性低功率因数负荷场合，但价格较贵，过载能力较差。输出模块还有直流输出、交流输出和模拟量输出等，与应用要求应一致。可根据应用要求，合理选用智能型输入输出模块，以便提高控制水平和降低应用成本。考虑是否需要扩展机架或远程I/O机架等。(三)电源的选择PLC的供电电源，除了引进设备时同时引进P

44、LC应根据产品说明书要求设计和选用外，一般PLC的供电电源应设计选用220VAC电源，与国内电网电压一致。重要的应用场合，应采用不间断电源或稳压电源供电。如果PLC本身带有可使用电源时，应核对提供的电流是否满足应用要求，否则应设计外接供电电源。为防止外部高压电源因误操作而引入PLC，对输入和输出信号的隔离是必要的，有时也可采用简单的二极管或熔丝管隔离。(四)存储器的选择由于计算机集成芯片技术的发展，存储器的价格已下降，因此，为保证应用项目的正常投运，一般要求PLC的存储器容量，按256个I/O点至少选8K存储器选择。需要复杂控制功能时，应选择容量更大，档次更高的存储器。(五)冗余功能的选择1控

45、制单元的冗余(1)重要的过程单元：CPU（包括存储器）及电源均应1B1冗余。(2)在需要时也可选用PLC硬件与热备软件构成的热备冗余系统、2重化或3重化冗余容错系统等。2I/O接口单元的冗余(1)控制回路的多点I/O卡应冗余配置。(2)重要检测点的多点I/O卡可冗余配置。3）根据需要对重要的I/O信号，可选用2重化或3重化的I/O接口单元。(六)经济性的考虑选择PLC时，应考虑性能价格比。考虑经济性时，应同时考虑应用的可扩展性、可操作性、投入产出比等因素，进行比较和兼顾，最终选出较满意的产品。输入输出点数对价格有直接影响。每增加一块输入输出卡件就需增加一定的费用。当点数增加到某一数值后，相应的

46、存储器容量、机架、母板等也要相应增加，因此，点数的增加对CPU选用、存储器容量、控制功能范围等选择都有影响。在估算和选用时应充分考虑，使整个控制系统有较合理的性能价格比。第四章 设计分析 4.1 原理设计分析4.1.1 控制方案PLC阀门YA1状态阀门YA2状态阀门YA3状态电动机状态控制控制控制控制产 生混 合液 体4.1.2 控制方式由于传统的继电器控制方式，使用电器多，体积大且故障率大：运行的可靠信较低，维修起来不方便；对于时间的精度高的控制系统来说，传统继电器控制系统无法满足其要求。PLC控制是当今时代三大工业控制之一，可靠性高，抗干扰能力强；体积小，重量轻，能耗低；拥有较高的实时性。

47、PLC的价格低廉，功能完善，从控制要求及经济成本等综合因素考虑，我们选择西门子S7-200 PLC控制4.1.3参数元素定义输入端口功能说明输出端口功能说明I0.0液面位置SQ2传感器Q0.0阀门YA1I0.1液面位置SQ1传感器Q0.1阀门YA2I0.2液面位置SQ3传感器Q0.2液体搅拌电动机I0.3液体混合启动按钮Q0.3阀门YA3I0.4液体混合停止按钮4.2 结构设计分析4.2.1 控制原理PLC采用顺序逻辑扫描方式：输入采样阶段、执行用户程序阶段、处理通讯请求阶段、CPU自诊断阶段、输出刷新阶段。输入采样阶段：PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入输入映射寄存器

48、中相应的单元内。执行用户程序阶段PLC的用户程序由若干条指令组成，在执行用户程序阶段，PLC总是从第一条指令开始，逐条顺序地执行用户程序。处理通讯请求阶段在处理通讯请求阶段，CPU处理从通讯接口和智能模块接收到的信息，如由编程器送来的用户程序、命令和各种数据，并把要显示的状态、数据、出错信息等发送给编程器进行显示。CPU自诊断自诊断测试包括定期检查CPU模块的操作和扩展模块的状态是否正常，将监视定时器复位等。输出刷新阶段扫描用户程序结束后，PLC就将进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照输出映像寄存器内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。用户可以通过西门子公司专

49、门为S7系列PLC的编程软件，可以从PC中通过PC/PPI电缆将用户编写的程序烧入PLC存储器中。将PLC输入端口与液面传感器相连接，输出端口与阀门继电器控制线圈相连接和电动机开关线圈相连接。液体混合控制系统采用PLC控制，通过液面传感器来确定液体的位置，从位置来确定阀门的打开或者关闭或者电动机的转与停，进而完成液体混合。4.2.2工作过程初始状态： 当投入运行时，控制液体A和B的阀门YA1和YA2关闭，放液体混合阀门YA3打开20秒，将装置内的残余液体放空后关闭。启动操作： 按下启动按钮SB1后，控制液体A的阀门打开，液体A流入装置，当液体面升高到SQ2位置时，关闭阀门YA1,打开控制液体B

50、的阀门YA2。当液体面升高到SQ1位置时关闭阀门YA2，搅拌电动机开始转动，电动机工作60秒后，电动机停止运转，阀门YA3打开，开始放出液体混合液。当液面下降到SQ3时，SQ3由接通变为断开，再经过20秒后，混合液放空，阀门YA3关闭，开始下一个周期的操作。停止操作： 按下停止按钮SB2后，在当前的混合操作周期处理完毕后，才停止操作，回到初始状态。4.2.3 结构框图4.2.4 原理电路图 4.2.5 连接及接线图I0.3 Q0.0I0.4 Q0.1I0.0 Q0.2 I0.1 Q0.3I0.21MML+ 1L启动停止中限位上限位 下限位KM4KM2KM3220V ACFU液位传感器液位传感器

51、液位传感器24VDC4.3 编程4.3.1 STL程序Network 1 液体混合控制系统LD I0.3O M1.0AN I0.4= M1.0Network 2 LD M0.7A T39AN M1.0O SM0.1O M0.0AN M0.1= M0.0TON T37, 200Network 3 LD T39A M0.7A M1.0O M0.1LD M0.0A T37OLDAN M0.2= M0.1Network 4 LD M0.1O M0.2AN M0.3= M0.2Network 5 LD M0.2A I0.3O M0.3AN M0.4= M0.3= Q0.0Network 6 LD M0.

52、3A I0.0O M0.4AN M0.5= M0.4= Q0.1Network 7 LD M0.4A I0.1O M0.5AN M0.6= M0.5= Q0.2TON T38, 600Network 8 LD M0.5A T38O M0.6AN M0.7= M0.6Network 9 LD M0.6A I0.2O M0.7AN M0.0AN M0.1= M0.7TON T39, 200Network 10 LD M0.0O M0.6O M0.7= Q0.34.3.2 液体混合LAD4.4 调试4.4.1 程序录入打开STEP 7-MicroWIN V4.0 软件，在“查看“菜单中选择”LAD“

53、 ，在主程序中开始录入LAD指令。当输入完程序后，选择”PLC“菜单中的”编译“，软件开始编译用户程序，如果用户程序没有错误，在主程序的最下面一个文本框中会出现”正在编译程序块，块尺寸=147字节，0个错误“ ，若出错编程软件会提示你在那一个网络标号上出现错误并且提示你错误的原因，找到错误并改正后，再重新编译程序，一直到没有错误提示为止。4.4.2 建立连接与的连接机的标准串口为，而西门子系列的通讯端口是符合欧洲标准中标准的兼容针型连接器。固与PLC不能直接连接在一起，需要通过电平转换器来连接。我们采用西门子公司提供的电缆自带右转换器，只需要将电缆一端接的串口另一端接PLC的串口模块就可以，实现与PLC的通讯了。PLC与IO的连接 液体混合控制系统采用LSF-2.5型液位传感器作为输入端口，用VF4-25电磁阀来控