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1、液體攪拌機(jī)控制程序 1 引 言 本設(shè)計(jì)圍繞液體攪拌機(jī)的控制，選用德國(guó)西門(mén)子公司的S7-200系列PLC完成攪拌機(jī)的變速攪拌任務(wù)。 在煉油、化工、只要等行業(yè)中，多種液體混合是必不可少的工序，而且也是其生產(chǎn)過(guò)程中十分重要的組成部分，但由于這些行業(yè)中多為易燃易爆，有毒有腐蝕的介質(zhì)，一直現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境十分惡劣，不適合人工現(xiàn)場(chǎng)操作，另外，生產(chǎn)要求該系統(tǒng)要具有配料精準(zhǔn)、控制可靠等特點(diǎn)，這也是人工操作和半自動(dòng)化控制所難以實(shí)現(xiàn)的，所以為了幫助相關(guān)行業(yè)，特別是其中的中小型企業(yè)實(shí)現(xiàn)多種液體混合的自動(dòng)控制。 在此次設(shè)計(jì)中，對(duì)于人機(jī)交互方式改造系統(tǒng)的操作模式應(yīng)盡量和改造前的相類似，以便于人員的迅速掌握。

2、從企業(yè)的改造要求可以看出在新的控制系統(tǒng)中既需要處理模擬量也需要處理大量的開(kāi)關(guān)量，系統(tǒng)的可靠性要高，人機(jī)交互界面友好，應(yīng)具備數(shù)據(jù)儲(chǔ)存和分析總的能力。 要實(shí)現(xiàn)整個(gè)液體混合控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，需要從怎樣實(shí)現(xiàn)各電磁閥的開(kāi)關(guān)以及電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)的控制這個(gè)角度去考慮，此次設(shè)計(jì)就這個(gè)問(wèn)題的如何實(shí)現(xiàn)以及選擇怎樣的方法來(lái)確定系統(tǒng)方案。 2 設(shè)計(jì)內(nèi)容 整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程是按思想工藝流程設(shè)計(jì)，為設(shè)備安裝、運(yùn)行和保護(hù)檢修服務(wù)。設(shè)計(jì)的編寫(xiě)按照國(guó)家關(guān)于電氣自動(dòng)化工程設(shè)計(jì)中的電氣設(shè)備常用基本圖形符號(hào)（GB4728）及其他相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范編寫(xiě)。設(shè)計(jì)原則主要包括：工作條件；工程對(duì)電氣

3、控制線路提供的具體資料。系統(tǒng)在保證安全、可靠、穩(wěn)定、快速的前提下，盡量做到經(jīng)濟(jì)、合理、合用，減小設(shè)備成本。在方案的選擇、元器件的選型時(shí)更多的考慮新技術(shù)、新產(chǎn)品?？刂朴扇斯た刂频阶詣?dòng)控制，由模擬控制到微機(jī)控制，使功能的實(shí)現(xiàn)由一到多而且更加趨于完善。 本次設(shè)計(jì)中的液體攪拌機(jī)包括：3個(gè)進(jìn)料閥 Y1、Y2、Y3，出料閥Y4，變頻器控制的攪拌機(jī)FM，加熱器DH，3個(gè)液位器L1、L2、L3。系統(tǒng)要完成的工作過(guò)程如下： （1)開(kāi)始關(guān)Y4，打開(kāi)Y1進(jìn)液體A，當(dāng)L3有輸出時(shí)，關(guān)Y1。 （2) 打開(kāi)Y2，同時(shí)使攪拌機(jī)以轉(zhuǎn)速1攪拌，當(dāng)L2有輸出時(shí)，關(guān)Y2。 （3) 打開(kāi)Y3，同時(shí)使攪拌機(jī)以轉(zhuǎn)速2攪拌，當(dāng)L1

4、有輸出時(shí)，關(guān)Y3。 （4) 攪拌機(jī)以轉(zhuǎn)速3攪拌，同時(shí)使加熱器DH工作，延時(shí)10秒。 （5) 攪拌機(jī)停止工作，繼續(xù)加熱10秒。 （6) 停止加熱，打開(kāi)出料閥Y4，延時(shí)10秒，在打開(kāi)Y4時(shí)，Y1、Y2、Y3不能打開(kāi)。 3 工藝分析及控制要求 3.1 工藝分析 本次設(shè)計(jì)的液體混合裝置主要完成三種液體的自動(dòng)混合攪拌并控制溫度， 此裝置需要控制的元件有：其中L1、L2、L3為液面?zhèn)鞲衅鳎好嫜蜎](méi)該點(diǎn)時(shí)為ON。Y1、Y2、Y3、Y4為電磁閥，M為攪拌電機(jī)，T為溫度傳感器，H為加熱器。另外還有控制電磁閥和電動(dòng)機(jī)的

5、1個(gè)交流接觸器KM。所有這些元件的控制都屬于數(shù)字量控制，可以通過(guò)引線與相應(yīng)的控制系統(tǒng)連接從而達(dá)到控制效果。 圖3.1 液體攪拌機(jī)基本構(gòu)造 3.2 控制要求 本次設(shè)計(jì)要完成以下控制要求： （1）初始狀態(tài) 容器是空的，各個(gè)閥門(mén)Yl、Y2、Y3、Y4均為OFF，液位傳感器L1、L2、L3均為OFF，電動(dòng)機(jī)M為OFF，加熱器H為OFF。 （2）啟動(dòng)操作 按下啟動(dòng)按扭，開(kāi)始下列操作: 1) Y1=Y2=ON，液體A和B同時(shí)注人容器。當(dāng)液面達(dá)到L2時(shí)，L2=ON，使Y1=Y2=OFF，Y3=ON，即關(guān)閉

6、Y1和Y2閥門(mén)，打開(kāi)液體C的閥門(mén)Y3。 2) 液面達(dá)到L1時(shí)，Y3=OFF，M=ON，即關(guān)閉閥門(mén)Y3，攪拌機(jī)M啟動(dòng)，開(kāi)始攪拌。 3) 經(jīng)10s鐘攪勻后，M=OFF，停止攪動(dòng)，H=ON，加熱器開(kāi)始加熱。 4) 當(dāng)混合液溫度達(dá)到某一指定值時(shí)，T=ON，H=OFF，停止加熱，使電磁閥Y4=ON，開(kāi)始放出混合液體。 5) 液面低于L3時(shí)，L3從ON到OFF,再經(jīng)過(guò)5s，容器放空，使Y4=OFF，開(kāi)始下一周期。 （3）停止操作 按下停止鍵，無(wú)論處于什么狀態(tài)均停止。 4 液體攪拌機(jī)控制的硬件設(shè)計(jì) 4.1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 圖

7、4.1 液體反應(yīng)池控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖 4.2 硬件設(shè)計(jì) 圖4.2 液體攪拌機(jī)控制的硬件設(shè)計(jì)圖 圖4.3 液體攪拌機(jī)輸人/輸出接線圖 （1）兩種液體的進(jìn)人 當(dāng)PLC接通電源后，按下啟動(dòng)按鈕SB0后，觸點(diǎn)X0接通，由于有微分指令DF，使該路只接通一掃描周期，通過(guò)保持指令KP使Y1、Y2輸出繼電器線圈得電并保持，分別與之相接的Y1、Y2電磁閥帶電接通，流進(jìn)兩種不同成分的液體。 （2）第三種液體的進(jìn)人 當(dāng)液體達(dá)到L2液位傳感器的位置時(shí)，X2輸人繼電器接通使Y1、Y2關(guān)閉，同時(shí)地址為16的X2接通，利用KP指令使輸出繼電器Y3接通并保持，與之相

8、連的Y3電磁閥得電接通，第3種液體流進(jìn)液罐。 （3）攪拌機(jī)工作 當(dāng)液位到達(dá)L1液位傳感器的位置時(shí)，該傳感器檢測(cè)到該信息，使Xl輸人繼電器線圈得電，在梯形圖中它的X1常開(kāi)觸點(diǎn)接通，通過(guò)KP指令復(fù)位端，使輸出繼電器Y3關(guān)閉，與之相連的硯電磁閥關(guān)閉，同時(shí)接通地址為32的X1常開(kāi)觸點(diǎn)，使代表攪拌機(jī)Y5的輸出繼電器接通。 （4）加熱器工作 攪拌機(jī)通過(guò)Y5的輸出信號(hào)得電并開(kāi)始攪拌，并用TIMY0定時(shí)器定時(shí)，定時(shí)時(shí)間為10s。10s到后，地址為45的定時(shí)器常開(kāi)觸點(diǎn)T0接通，使Y6輸出繼電器得電，與之相連的加熱器H這時(shí)接通，開(kāi)始加熱液體，同時(shí)關(guān)閉Y5使攪拌機(jī)M停止。 （5）混合液體開(kāi)始排出 當(dāng)液體

9、溫度達(dá)到預(yù)定溫度時(shí)，溫度傳感器T檢測(cè)到該信息，同時(shí)梯形圖中地址為47的X4接通使Y6失電，從而使加熱器H關(guān)閉，同時(shí)接通地址為51的X4常開(kāi)觸點(diǎn)，使X4接通，與之相連的Y4電磁閥打開(kāi)，排出攪拌均勻后的混合液體。 （6）混合液體排完 當(dāng)液位低于L3液位傳感器的位置時(shí)，L3液位傳感器由通到斷，使X3也由通到斷，這樣相當(dāng)于一個(gè)下降沿，驅(qū)使DF產(chǎn)生一個(gè)掃描周期的脈沖，通過(guò)KP指令置位端使輔助繼電器R0接通，接通后使定時(shí)器TMY1定時(shí)，大約5s時(shí)間，液體排完。 （7）重復(fù)液體混合過(guò)程 重復(fù)液體混合過(guò)程是通過(guò)并聯(lián)在梯形圖地址為2位置上的定時(shí)器TMY1常開(kāi)觸點(diǎn)實(shí)現(xiàn)的。同時(shí)T1常開(kāi)觸點(diǎn)也接通，通過(guò)保持保持

10、指令KP使R0復(fù)位，定時(shí)器關(guān)閉。 4.3 電氣原理圖設(shè)計(jì) 圖4.4 液體攪拌機(jī)控制中電動(dòng)機(jī)的工作原理圖 4.4 I/O地址分配 根據(jù)設(shè)備的控制要求及系統(tǒng)的I/O點(diǎn)數(shù)，并考慮富裕量，PLC系統(tǒng)的輸入、輸出元件及I/O地址設(shè)定如下表所示： 表4.1 I/O表 輸入點(diǎn)地址 功能 輸出點(diǎn)地址 功能 X0 SB0啟動(dòng)按鈕 Y0 報(bào)警燈HL X1 L1液位傳感器 Y1 電磁閥Y1 X2 L2液位傳感器 Y2 電磁閥Y2 X3 L3液位傳感器 Y3 電磁閥Y3 X4 T溫度傳感器 Y4 電磁閥Y4 X5 SB

11、1停止按鈕 Y5 攪拌機(jī)M X6 FR常閉觸點(diǎn) Y6 加熱器H Y7 熱繼電器FR 5 PLC程序設(shè)計(jì)及過(guò)程分析 、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、 （1）當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕后，執(zhí)行以下操作： 1) Y1=Y2=ON，液體A和B同時(shí)注人容器。當(dāng)液面達(dá)到L2時(shí)，L2=ON，使Y1=Y2=OFF，Y3=ON，即關(guān)閉Y1和Y2閥門(mén)，打開(kāi)液體C的閥門(mén)Y3。 2) 液面達(dá)到L1時(shí)，Y3=OFF，M=ON，即關(guān)閉閥門(mén)Y3，攪拌機(jī)M啟動(dòng)，開(kāi)始攪拌。 3) 經(jīng)10s鐘攪勻后，M=OFF，停止攪動(dòng)，H=ON，加熱器

12、開(kāi)始加熱。 4) 當(dāng)混合液溫度達(dá)到某一指定值時(shí)，T=ON，H=OFF，停止加熱，使電磁閥Y4=ON，開(kāi)始放出混合液體。 5) 液面低于L3時(shí)，L3從ON到OFF,再經(jīng)過(guò)5s，容器放空，使Y4=OFF，開(kāi)始下一周期。 （2）當(dāng)按下停止按鈕后，所有工作均停止。 6 結(jié) 論 兩周時(shí)間的課程設(shè)計(jì)結(jié)束了，我用PLC設(shè)計(jì)完成了液體攪拌機(jī)的控制程序，達(dá)到了控制要求，實(shí)現(xiàn)了對(duì)液體攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速的控制。 整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程是按思想工藝流程設(shè)計(jì)，

13、為設(shè)備安裝、運(yùn)行和保護(hù)檢修服務(wù)。系統(tǒng)在保證安全、可靠、穩(wěn)定、快速的前提下，盡量做到經(jīng)濟(jì)、合理、合用，減小設(shè)備成本。在方案的選擇、元器件的選型時(shí)更多的考慮新技術(shù)、新產(chǎn)品?？刂朴扇斯た刂频阶詣?dòng)控制，由模擬控制到微機(jī)控制，使功能的實(shí)現(xiàn)由一到多而且更加趨于完善。 就目前的現(xiàn)狀有以下幾種控制方式滿足系統(tǒng)的要求：繼電器控制系統(tǒng)、單片機(jī)控制、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)控制、可編程序控制器控制。繼電器控制系統(tǒng)靈活性差，響應(yīng)速度慢；單片機(jī)控制硬件設(shè)計(jì)、制作和程序設(shè)計(jì)的工作量相當(dāng)大；業(yè)控制計(jì)算機(jī)控制價(jià)格較高，將它用于開(kāi)關(guān)量控制有些大材小用。可編程控制器(PLC)從上個(gè)世紀(jì)70年代發(fā)展起來(lái)的一種新型工業(yè)控制系統(tǒng)。在PLC已

14、經(jīng)發(fā)展成為不但具有邏輯控制功能、還具有過(guò)程控制功能、運(yùn)動(dòng)控制功能和數(shù)據(jù)處理功能、連網(wǎng)通訊功能等多種性能，是名符其實(shí)的多功能控制器。由PLC為主構(gòu)成的控制系統(tǒng)具有可靠性高、控制功能強(qiáng)大、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)，是目前工業(yè)自動(dòng)化的首選控制裝置。 對(duì)于本課設(shè)來(lái)說(shuō)，如果液體混合系統(tǒng)部分是一個(gè)較大規(guī)模工業(yè)控制系統(tǒng)的改造升級(jí)，新控制裝置需要根據(jù)企業(yè)設(shè)備和工藝現(xiàn)況來(lái)構(gòu)成并需盡可能的利用舊系統(tǒng)中的元器件。對(duì)于人機(jī)交互方式改造后系統(tǒng)的操作模式應(yīng)盡量和改造前的相類似，以便于操作人員迅速掌握。從企業(yè)的改造要求可以看出在新控制系統(tǒng)中既需要處理模擬量也需要處理大量的開(kāi)關(guān)量，系統(tǒng)的可靠性要高，人機(jī)交互界面友好，應(yīng)具備數(shù)據(jù)儲(chǔ)存和分析匯總的能力。 7 參考文獻(xiàn) [1] 李輝.S7—200PLC編程原理與工程實(shí)訓(xùn).北京：北京航空航天大學(xué)出版社， 2008 [2] 王永華.現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù).北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2008 [3] 程玉華.S7-200工程實(shí)例分析.北京：電子工業(yè)出版社 [4] 羅宇航.流行PLC使用程序及設(shè)計(jì).西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2006 [5] 周萬(wàn)珍.PLC分析與設(shè)計(jì)應(yīng)用.北京：電子工業(yè)出版社，2004 11