基于S7200 PLC的多种液体混合控制系统设计毕业论文

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1、 毕 业 设 计（论 文）基于S7-200 PLC的多种液体混合控制系统设计姓 名 系 别电气信息学院专 业电气工程及其自动化班 级 指导教师 2012年6月15日装订线 基于S7-200 PLC的多种液体混合控制系统设计【摘要】 以三种液体的混合灌装控制为例，将三种液体按一定比例混合，在电动机搅拌后要达到一定的温度才能将混合的液体输出容器。并形成循环状态。液体混合系统的控制设计考虑到其动作的连续性以及各个被控设备动作之间的相互关联性，针对不同的工作状态，进行相应的动作控制输出，从而实现液体混合系统从第一种液体加入到混合完成输出的这样一个周期控制工作的程序实现。论文还详细介绍了西门子公司S7-

2、200系列PLC的组成和技术指标，以及它的输入、输出接口的功能和分类，论文设计是基于西门子公司的S7-200系列PLC控制液体搅拌器的运行。文中分析了其工艺过程，在明确了其控制要求以后对其进行了硬件及软件的设计，并详细介绍了其控制方案，根据设计的要求和特点，确定PLC的输入、输出分配，并详细分析了其控制过程、工艺流程图、梯形图。【关键词】 PLC 搅拌器 S7-200 控制过程Based on the S7-200PLC a variety of liquid mixture control system designAbstract The liquid mixture in three f

3、illing 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 account the continuity of its action and

4、charged with various equipment moves between the interrelated, and for different working conditions, the corresponding action control output, thus realizing the liquid hybrid systems from the first liquid added to the mixture to complete the output of such a cycle control of the program. The paper a

5、lso introduces in detail the Siemens S7-200 series of 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 analyzes the process, i

6、n the control request, has carried on the design of hardware and software, and introduces in detail its control scheme, according to the design requirements and characteristics, determine the PLC input and output distribution, and detailed analysis of its control process, process flow diagram, ladde

7、r diagram.Key words PLC Blender S7-200 Control process I目录 第1章 绪论11.1课题背景 11.2研究的目的和意义 21.3课题的主要工作 21.4课题方案的设计及介绍 2第2章 PLC的简介 5 2.1 PLC的定义及发展历程 52.2 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123.2液位传感器的选择133.3温度传感器的选择133.4搅拌电机的选择143.5电磁阀的选择153.6接触器163.7热继电器的选择1

8、63.8 PLC的选择163.9 PLC输入输出口分配203.10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 31 5.2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第1章 绪论1.1 课题背景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。在炼油、化工、制药等行业中，多种液体混合是必不可少的程序，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

9、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

10、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：（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

11、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。本系统就是应用可编程序控制器(PLC)对多种液体自动混合实现控制。1.3 课题主要工作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

12、 。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

13、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

14、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。 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，

15、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

16、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

17、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，是目前工业自动化的首选控制装置。 第2章 PLC的简介2.1 PLC的定义及发展历程1.PLC的定义PLC即可编程控制器（Programmable logic Controller，是指以计算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 Committe

18、e）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，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。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

19、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 Logic Controller（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

20、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，是无法取代的。2.2 PLC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

21、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，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

22、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

23、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，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。2.3 PLC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

24、机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。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，广泛用于各种

25、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的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用

26、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。 2.4 PLC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

27、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，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、

28、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。20世纪80年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。这个时期可编程控制器发展的特点是大规模、高速度、高性能、产品系列化。这个阶段的另一个特点是世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。20世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。从控制规模上来说，这个时期发展了大型机和超小型机；从控制能力上来说，诞生了各种各样的特殊功能单元，用于压力、温度、转速、位移等各式各样的控制场合；从产品的配套能力来说，生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更

29、加容易。目前，可编程控制器在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻工业等领域的应用都得到了长足的发展。我国可编程控制器的引进、应用、研制、生产是伴随着改革开放开始的。最初是在引进设备中大量使用了可编程控制器。接下来在各种企业的生产设备及产品中不断扩大了PLC的应用。目前，我国自己已可以生产中小型可编程控制器。上海东屋电气有限公司生产的CF系列、杭州机床电器厂生产的DKK及D系列、大连组合机床研究所生产的S系列、苏州电子计算机厂生产的YZ系列等多种产品已具备了一定的规模并在工业产品中获得了应用。此外，无锡华光公司、上海乡岛公司等中外合资企业也是我国比较著名的PLC生产厂家。可以预期，随着我国现代

30、化进程的深入，PLC在我国将有更广阔的应用天地。2. PLC的未来发展前景21世纪，PLC会有更大的发展。从技术上看，计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上，会有运算速度更快、存储容量更大、智能更强的品种出现；从产品规模上看，会进一步向超小型及超大型方向发展；从产品的配套性上看，产品的品种会更丰富、规格更齐全，完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求；从市场上看，各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破，会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面，会出现国际通用的编程语言；从网络的发展情况来看，可编程控制器和其它工业控制计算机组网构成大型的控

31、制系统是可编程控制器技术的发展方向。目前的计算机集散控制系统DCS（Distributed Control System）中已有大量的可编程控制器应用。伴随着计算机网络的发展，可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用。2.5 PLC的基本结构从结构上分，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模块 CPU是PLC的核心，起

32、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

33、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（

34、DO），模拟量输入（AI），模拟量输出（AO）等模块。常用的I/O分类如下：（1）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。（2）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

35、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24VDC）。4.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。5.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，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。也就是我们系统的上位机。第3章 系统硬件

36、设计3.1 总体结构从图3.1系统的总体流程框图可知设计的液体混合装置主要通过可编程控制器对各个元件的控制完成三种液体的自动混合搅拌并控制温度，如图3.1所示。此装置需要控制的元件有：其中输入端有启动开关SD，液面传感器SL1、液面传感器SL2、液面传感器SL3，温度传感器T。输出端有进液阀门A、进液阀门B、进液阀门B、排液阀门，搅拌电机M，加热器H。可编程控制器启动SD液面传感器SL1液面传感器SL2液面传感器SL3温度传感器T进液阀门A进液阀门B进液阀门C排液阀门搅拌电机M加热器H图3.1 系统的总体流程框图1. 总体控制要求：本装置为三种液体混合模拟装置，由液面传感器SL1、SL2、SL

37、3，液体A、B、C阀门与混合液阀门由电磁阀YV1、YV2、YV3、YV4，搅匀电机YKM，加热器H，温度传感器T组成。实现三种液体的混合，搅匀，加热等功能。2. 打开“启动”开关，装置投入运行时。首先液体A、B、C阀门关闭，混合液阀门打开10秒将容器放空后关闭。然后液体A阀门打开，液体A流入容器。当液面到达SL3时，L3接通，关闭液体A阀门，打开液体B阀门。液面到达SL2时，关闭液体B阀门，打开液体C阀门。液面到达SL1时，关闭液体C阀门。3. 2秒后搅匀电机开始搅匀、加热器开始加热。当混合液体在6秒内达到设定温度，加热器停止加热，搅匀电机工作6秒后停止搅动；当混合液体加热6秒后还没有达到设定

38、温度，加热器继续加热，当混合液达到设定的温度时，加热器停止加热，搅匀电机停止工作。4. 搅匀结束以后，混合液体阀门打开，开始放出混合液体。当液面下降到SL3时， L3由接通变为断开，再过2秒后，容器放空，混合液阀门关闭，开始下一周期。5. 关闭“启动”开关，在当前的混合液处理完毕后，停止操作。3.2 液位传感器的选择选用LSF-2.5型液位传感器其中“L”表示光电的，“S”表示传感器，“F”表示防腐蚀的，2.5为最大工作压力。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

39、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。相关元件主要技术参数及原理如下：（1）工作压力可达2.5Mpa （2）工作温度上限为125C （3）触点寿命为100万次 （4）触点容量为70w （5）开关电压为24V DC （6）切换电流为0.5A 3.33.3 温度传感器的选择选用KTY81-210A型温度传感器 其中“T” 表示温度KTY系列温度传感器采用进口Philips硅电阻元件精心制作而成，具有精度高，稳定性好，可靠性强，产品寿命长等优点, 该温度传感器已广泛应用

40、于电机变频调速温度控制，太阳能热水器温度测量领域彩印设备温控，汽车油温测量、发动机冷却系统、工业控制系统中过热保护、加热控制系统、电源供电保护等。选用KTY81-210A型温度传感器。 相关元件主要技术参数及原理如下： （1） 测量温度范围为 -50150 （2）温度系数TC 为 0.79%/K （3）精度等级为 0.5% （4）公称压力为 0.6Mpa3.4 搅拌电机的选择搅选用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自扇冷式鼠笼型三相异步电动机。 （1）额定电压为22

41、0V，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。其硬件接线如图3.2。 运行安全可靠。其硬件接线如图3.2。 图3.2 硬件接线图3.5 电磁阀的选择1.入罐液体选用VF4-25型电磁阀 其中“V”表示电磁阀，“F”表示防腐蚀，4表示设计序号，25表示口径（mm） 宽度。相关元件主要技术参数及原理如下： （1）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-2060

42、。（3）使用电压：AC：220 V50Hz/60Hz DC：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.出罐液体选用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键设置来控制流量，达到定时排空的效果。（2）其阀体材料为：聚四氟乙烯，有比较强的抗腐蚀能力。 （3）使用电压：AC：220 V50Hz/60Hz DC：24V。（4）功率：AC：5KW。 3.6 接触器选用CJ20-10/CJ20-16型接触器

43、 其中“C”表示接触器，“J”表示交流，20为设计编号，10/16为主触头额定电流 相关元件主要技术参数及原理如下： （1）操作频率为1200/h （2）机电寿命为1000万次 （3）主触头额定电流为10/16（A） （4）额定电压为380/220（A） （5）功率为2.5KW3.7 热继电器的选择选用JR16B-60/3D型热继电器 其中“J”表示继电器，“D”带断相保护 相关元件主要技术参数及原理如下： （1）额定电流为20（A） （2）热元件额定电流为32/45（A）3.8 PLC的选择传统的控制方法是采用继电器接触器控制。这种控制系统较复杂，并且大量的硬件接线使系统可靠性降低，也间接地

44、降低了设备的工作效率。采用可编程控制器较好地解决了这一问题，可编程控制器是一种将计算机技术、自动控制技术和通信技术结合在一起的新型工业自动控制设备，不仅能实现对开关量信号的逻辑控制。还能实现与上位计算机等智能设备之间的通信。因此，将可编程控制器应用于多种液体混合灌装机，完全能满足控制要求。且具有操作简单、运行可靠、工艺参数修改方便、自动化程度高等优点。 在本控制系统中，考虑到系统的可扩展性和维修的方便性，选择模块式PLC。由于本系统的控制是顺序控制，选用西门子s7-200plc作控制单元来控制整个系统。之所以选择这种PLC，主要考虑西门子系列PLC有以下特点：1. 功能强 （1）S7-200有

45、5种CPU模块，最多可以扩展7个扩展模块，扩展到248点数字量I/O或38路模拟量I/O，最多有30多KB的程序存储空间和数字存储空间。 （2）集成了6个有12种工作模式的高速计数器和两点高速脉冲发生器、脉冲宽度调节器。CPU 224XP的高速计数器的最高计数频率为200kHz，告诉输出的最高频率为100kHz。 （3）直接读、写模拟量I/O模块，不需要复杂的编程。CPU 224XP集成有2路模拟量输入，1路模拟量输出。 （4）使用向导中的PID调节控制面板，可以实现PID参数自整定。 （5）S7-200的CPU模块集成了很强的位置控制功能，此外还有位置控制模块EM253使用位置控制向导可以方

46、便地实现位置控制的编程。 （6）有配方和数据记录功能，以及相应的编程向导，配方数据和数据记录保存在EEPROM存储卡中。 （7）称重模块SIWAREX MS可以用于电子秤、料斗称、台秤、吊车称，或监测输送带张力、测量工业货梯或轧制生产线的负荷。 （8）普通PLC的温度使用范围为055，宽温型S7-200 SIPLUS的温度适用范围为-25+70。2. 先进的程序结构 S7-200的程序结构简单清晰，在编程软件中，主程序，子程序和中断程序分页存放。使用各种程序块中的局部变量，易于将程序块移植到别的项目。子程序用输入，输出变量作软件接口，便于实现结构化编程。3. 灵活方便的寻址方式 S7-200的

47、输入（I）、输出（Q）、为存储器（M）、顺序控制继电器（S）、变量存储器（V）和局部变量（L）均可以按位（bit）、字节、字和双字读写。4. 功能强大，使用方便的编程软件 编程软件STEP7-Micro/WIN V4.0可以使用包括中文在内的多种语言，有梯形图，语句表和功能块图编程语言，和SIMATIC、IEC61131-3两种编程模式。S7-200的指令功能强，易于掌握。STEP7-Micro/WIN的监控功能形象直观，使用方便。可以用3种编程语言监控程序的执行情况，用状态表监视，修改和强制变量，用趋势图监视变量。用系统块设置参数方便直观。STEP7-Micro/WIN具有强大的中文帮助功能

48、，在线帮助，右键快捷菜单，指令和子程序的拖放功能使编程软件的使用非常方便。S7-200有4种加密级别，此外还可以对单独的程序块和项目文件加密。STEP7-Micro/WIN提供包含时间标记和时间标记的事件记录，以“后进先出”的原则存储在缓冲区中。 5. 简化复杂编程任务的向导功能 PID控制、网络通信、高速输入/输出、位置控制、数据记录、配方和文本显示器等编程和应用是PLC程序设计中的难点，用普通的方法对它们编程即繁琐又容易出错。S7-200的编程软件为此提供了大量的编程向导，只需要在向导的对话框中输入一些参数，就可以自动生成包括中断程序在内的用户程序。6. 强大的通信功能S7-200的CPU

49、模块有一个或两个标准的RS-485接口，可用于编程和通信，不需要增加硬件就可以与别的S7-200、S7-300/400PLC、变频器和计算机通信。S7-200可以使用PPI、MPI、Modbus RTU从站、Modbus RTU主站和USS等通信协议，以及自由端口通信模式。通过不同的通信模块，S7-200可以连接到以太网和现场总PROFIBUS-DP、AS-i，可以使用TCP/IP和S7协议。通过Modem模式EM241，可以用模拟电话线实现与远程设备的通信。编程软件提供多种与通信有关的向导。PC Access V1.0是专门为S7-200设计的OPC服务器，支持所有的S7-200数据形式和所

50、有的S7-200协议，支持多PLC连接及标准的OPC客户机。有内置的客户机测试功能。7. 品种丰富的配套人机界面S7-200有配套的用编程软件组态的文本显示器TD 200C和TD 400C。用户可以用键盘设计工具设计文本显示器的面板。K-TP178是为了S7-200CN和中国用户量身定做的5.7英寸触摸屏。此外西门子还有多款与S7-200配套的触摸屏。8. 有竞争力的价格为了更好的贴近并服务于中国用户，西门子公司已在中国生产S7-200CN系列，其售价比国外生产的产品显著降低。S7-200CN只限于在中国销售和使用，与STEP7-Micro/WIN V4.0 SP3及以上版本配合使用，语言应设

51、置为“中文”。32DI/32DO数字量扩展模块降低了I/O点数比较多的系统价格。9. 完善的网上技术支持 在西门子公司的网站可以下载S7-200的软件和手册，S7-200有专用的子网站。可以在技术论坛上与网友切磋技艺，交流经验，在网上向西门子公司的工程师提交问题或咨询硬件方案。网上课堂提供大量的学习资料。在“找答案”网页可以提出问题，或者回答别人的问题。PLC的一般结构如图3.3所示，由图可见主要有6个部分组成，包括CPU(中央处理器)、存储器、输入输出接口电路、电源、外设接口、I/O扩展接口。1. CPU模块 中央处理单元（CPU）与通用计算机中的CPU一样。PLC中的CPU也是整个系统的核

52、心部件，主要有运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的地址总线、数据总线和控制总线构成，此外还有外围芯片、总线接口及有关电路。CPU在很大程度上决定了PLC的整体性能，如整个系统的控制规模、工作速度和内存容量等。 2.存储器存储器存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。存放应用软件的存储器 称为用户程序存储器。PLC常用的存储器类型有RAM、EPROM、 EEPROM等。3. I/O模块 输入模块和输出模块通常称为I/O模块或I/O单元。PLC的对外功能主要是通过各种I/O接口模块与外界联系而实现的。输入模块和输出模块是PLC与现场I/O装置或设备之间的连接部件，起着PLC与外部设备之间传递

53、信息的作用。通常I/O模块上还有状态显示和I/O接线端子排，以便于连接和监视。 4. 电源模块输入、输出接口电路是PLC与现场I/O设备相连接的部件。它的作用是将输入信号转换为PLC能够接收和处理的信号，将CPU送来的弱电信号转换为外部设备所需要的强电信号。图3.3 PLC的一般结构图3.9 PLC输人输出口分配端口的分配及功能如下表3.1表3.1 端口的分配及功能表序 号PLC地址（PLC端子）电气符号（面板端子）功能说明1I0.0SD启动（SD）2I0.1SL1液位传感器SL13I0.2SL2液位传感器SL24I0.3SL3液位传感器SL35I0.4T温度传感器T6Q0.0YV1进液阀门A

54、7Q0.1YV2进液阀门B序 号PLC地址（PLC端子）电气符号（面板端子）功能说明8Q0.2YV3进液阀门C9Q0.3YV4排液阀门10Q0.4YKM搅拌电机M11Q0.5H加热器H12主机1M、面板V+接电源+24V电源正端13主机1L、2L、3L、面板COM接电源GND电源地端3.10 液体混合装置输入输出接线图 液体混合装置输入输出接线图如图3.4。1.打开“启动”开关，装置投入运行时。首先液体A、B、C阀门关闭，混合液阀门打开10秒将容器放空后关闭。然后液体A阀门打开，液体A流入容器。当液面到达SL3时，SL3接通，关闭液体A阀门，打开液体B阀门。液面到达SL2时，关闭液体B阀门，打

55、开液体C阀门。液面到达SL1时，关闭液体C阀门。2.搅匀电机开始搅匀、加热器开始加热。当混合液体在6秒内达到设定温度，加热器停止加热，搅匀电机工作6秒后停止搅动；当混合液体加热6秒后还没有达到设定温度，加热器继续加热，当混合液达到设定的温度时，加热器停止加热，搅匀电机停止工作。3.搅匀结束以后，混合液体阀门打开，开始放出混合液体。当液面下降到SL3时，SL3由接通变为断开，再过2秒后，容器放空，混合液阀门关闭，开始下一周期。4.关闭“启动”开关，在当前的混合液处理完毕后，停止操作。图3.4 输入输出接线图第4章 系统软件设计4.1 程序流程图 根据系统的控制要求：打开“启动”开关，装置投入运行

56、时。首先液体A、B、C阀门关闭，混合液阀门打开10秒将容器放空后关闭。然后液体A阀门打开，液体A流入容器。当液面到达SL3时，L3接通，关闭液体A阀门，打开液体B阀门。液面到达SL2时，关闭液体B阀门，打开液体C阀门。液面到达SL1时，关闭液体C阀门。2秒后搅匀电机开始搅匀、加热器开始加热。当混合液体在6秒内达到设定温度，加热器停止加热，搅匀电机工作6秒后停止搅动；当混合液体加热6秒后还没有达到设定温度，加热器继续加热，当混合液达到设定的温度时，加热器停止加热，搅匀电机停止工作。搅匀结束以后，混合液体阀门打开，开始放出混合液体。当液面下降到SL3时， L3由接通变为断开，再过2秒后，容器放空，

57、混合液阀门关闭，开始下一周期。关闭“启动”开关，在当前的混合液处理完毕后，停止操作。我们可以很容易得到这个控制系统的程序流程图如图4.1图4.1 系统的程序流程图4.2 梯形图1.梯形图的编程规则。(1)每一逻辑行总是起于左母线，然后是触点的连接，最后终止于线圈或右母线（右母线可以不画出）。注意：左母线与线圈之间一定要有触点，而线圈与右母线之间则不能有任何触点。(2)梯形图中的触点可以任意串联或并联，但继电器线圈只能并联而不能串联。(3)触点的使用次数不受限制。(4)一般情况下，在梯形图中同一线圈只能出现一次。如果在程序中，同一线圈使用了两次或多次，称为“双线圈输出”。对于“双线圈输出”，有些

58、PLC将其视为语法错误，绝对不允许；有些PLC则将前面的输出视为无效，只有最后一次输出有效；而有些PLC，在含有跳转指令或步进指令的梯形图中允许双线圈输出。(5)对于不可编程梯形图必须 经过等效变换，变成可编程梯形图。(6)有几个串联电路相并联时，应将串联触点多的回路放在上方。在有几个并联电路相串联时，应将并联触点多的回路放在左方。这样所编制的程序简洁明了，语句较少。另外，在设计梯形图时输入继电器的触点状态最好按输入设备全部为常开进行设计更为合适，不易出错。建议用户尽可能用输入设备的常开触点与PLC输入端连接，如果某些信号只能用常闭输入，可先按输入设备为常开来设计，然后将梯形图中对应的输入继电

59、器触点取反（常开改成常闭、常闭改成常开）。2. 顺序控制梯形图的的设计方法 (1)使用起保停电路的顺序控制梯形图设计方法 (2)以转换为中心的顺序控制梯形图设计方法 (3)使用SCR指令的顺序控制梯形图设计方法 (4)具有多种工作方式的系统的顺序控制梯形图设计方法本论文所选用的设计方法是：以转换为中心的顺序控制梯形图设计方法第5章 系统常见故障分析及维护为了延长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设备消耗、元器件设备故障发生点有较明白的估计，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。5.1 系统故障的概念系统故障一般指整个生产控制系统失效的总和，它又可