基于PLC的物料混合装置的设计

基于PLC的物料混合控制系统的研究

学 院 电子信息工程学院 专 业 电气工程及其自动化

摘 要

PLC是以计算机技术为核心的通用自动控制装置，也可以说它是一种用程序来改变控制功能的计算机。随着微处理器、计算机和通信技术的飞速发展，可编程序控制器PLC已在工业控制中得到广泛应用，而且所占比重在迅速的上升。PLC主要由CPU模块、输入模块、输出模块和编程装置组成。它应用于工业混合搅拌设备，使得搅拌过程实现了自动化控制、并且提升了搅拌设备工作的稳定性，为搅拌机械顺利、有序、准确的工作创造了有力的保障。本文所介绍的多种液体混合的PLC控制程序可进行单周期或连续工作，具有断电记忆功能，复电后可以继续运行。另外，PLC还有通信联网功能，再通过WINCC组态，可直接对现场监控、更方便工作和管理。

关键词：可编程序控制器PLC；液位传感器； 定时器；

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目录

第一章 引言 ............................................................................................................... 1 第二章 总体方案设计 ................................................................................................ 2 第三章 硬件设计 ....................................................................................................... 5 3.1 硬件选型，根据PLC的输入、出点数，控制功能选择适用型号的PLC .... 5 3.1.1 PLC机型选择................................................................................................. 5 3.1.2 PLC容量选择................................................................................................. 6 3.1.3 I/O模块的选择............................................................................................... 6 3.1.4 电源模块的选择 .............................................................................................. 8 3.1.5 设备型号选择 .................................................................................................. 9 3.2 外部接线图 ....................................................................................................... 10 3.3 系统安全设计，可靠性、实用性强 ............................................................... 10 第四章 程序设计 ...................................................................................................... 12 4.1设计程序的流程图 ............................................................................................ 12 4.2 I/O分配表 .......................................................................................................... 13 4.3 控制程序设计，最大限度的满足被控对象的控制要求 ............................... 13 4.3.2 程序设计 ........................................................................ 错误！未定义书签。 第五章 人机界面设计 .............................................................................................. 17 5.1 设计思想，使计算机在人机界面上适应人的思维特性和行动特性 ........... 17 5.2 画面组态，包括对变量、画面、动画、报警、用户管理、数据记录、趋势图、配方、报表、运行脚本和以太网通信的组态 .............................................. 17 第六章 系统调试 ...................................................................................................... 19 6.1 系统模拟调试，在编程软件和仿真软件对控制程序调试 ........................... 19 6.2 系统联机调试，WINCC画面中对整个系统进行运行和调试 ..................... 19 第七章 总结 .............................................................................................................. 20 7.1 本设计的整体内容和要求 ............................................................................... 20

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7.2 本设计的功能和优点 ....................................................................................... 20 7.3 本次设计的心得体会 ....................................................................................... 20 结论 .............................................................................................................................. 22 致 谢 ............................................................................................................................ 23 参考文献 ...................................................................................................................... 24

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第一章 引言

1.1传统的物料混合设备的控制存在的问题

鉴于搅拌设备的广泛应用，随着近年来工业技术的发展，流体混合技术在上世纪60到80年代期间得到了迅猛发展,其重点主要是对于常规搅拌桨在低粘和高粘非牛顿均相体系、固液悬浮和气液分散等非均相体系中的搅拌功耗、混合时间等宏观量进行实验研究。长期以来,虽然有大量设计经验和关联式可用于分析

和预测混合体系,但将搅拌反应器从实验室规模直接放大到工业规模,仍是十分危险的,至今仍然需要通过逐级放大来达到搅拌设备所要求的传质、传热和混合。这种方法不但耗费巨额的资金和大量的人力物力,而且设计周期很长。据统计，在工业高度发达的美国，化学工业由于搅拌反应器设计不合理所造成的损失每年约为10—100亿美元。

因此，从更微观更本质的角度,例如采用先进的测试手段和建立合理的数学模型,获取搅拌槽中的速度场、温度场和浓度场,不仅对开发新型搅拌设备，而且对搅拌设备的优化设计具有十分重要的经济意义,对放大和混合的基础研究具有现实的理论意义。

1.2 引入PLC来实现其物料混合设备的控制功能

本设计基于采用可编程序控制器（PLC）的设计方案，实现对液体混合搅拌的控制。以PLC S7-200为主要控制器。根据搅拌设备的功能特性、运作顺序等，设计中可选用电磁阀、时间继电器来实现液体的流入和时间上的延时，从而满足其控制要求。

根据控制要求，可以看出此程序是一个很典型的顺序控制问题。这样就可以先按照搅拌设备的先后运行顺序画出相应的顺序功能图，然后在根据顺序功能图画梯形图，最后再用仿真软件对其进行调试仿真。这样就可以实现PLC对混合搅拌控制程序的设计。

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第二章 总体方案设计

2.1 总体方案论证，系统是将计算机技术、PLC 、网络技术和工业自动化技术紧密结合起来，采用分布式的数据采集，集中式的数据处理。

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，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。

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