液体混合装置的PLC控制程序设计

摘要本文用可编程逻辑控制器（PLC）作为下位机、个人计算机（PC）作为上位机，设计了一个两种液体混合装置控制系统。

下位机采用西门子公司的S7-200CN型CPU芯片作为硬件，采用PLC程序设计的方法，实现对两种液体混合装置的控制。

能够达到以下要求：1、将两种液体按一定比例混合；2、在电动机搅拌后将混合的液体输出容器，并自动开始新的周期，形成循环状态；3、在按停止按扭后依然要完成本次混合才能结束。

在此设计中，液位传感器和电阀门以及搅动电机采用相应的钮子开关和发光二极管来模拟，另外还借助外围元件来完成本装置。

整个程序采用结构化的设计方法，具有调试方便，维护简单，移植性好的优点。

上位机利用北京亚控公司的kongview6.53（组态王）作为组态监控软件，通过设计界面、定义设备、构造数据库、建立动画连接等步骤，实现了对液体混合装置的组态模拟。

通过这种组态模拟，可以实现动画与PLC设备的即时通信，达到上位监控目的。

关键词：液体混合装置；PLC；组态模拟ABSTRACTIn this paper, using the programmable logic controller (PLC) as a lower machine, the personal computer as a host PC, designing two kinds of liquid mixing device control system.The machine adopts a Siemens S7-200 CN CPU chip as a hardware, the PLC program design method, the paper realize two kind of liquid mixing device control. To achieve the following requirements: 1. Taking the two liquids mixed in a certain proportion; 2. Stirring in the motor will mix of liquid output container, and automatically start a new cycle, form the circulation state; 3. In the stop button to complete the mixed still can end. In this design, level sensor and electric valves and stirring the motor corresponding toggles switch and led to simulation, and also with external components to complete this device. The whole process of the design method of structured, and has convenient debug, simple maintenance, portability good points.PC use a Beijing and a controller of the company kongview6.5 (configuration king) as the configuration of the monitoring software, through the design interface, definition equipment, structure, establishing animation database connection, etc steps, realizing the liquid mixing device configuration of the simulation. Through this configuration simulation, it can achieve animation and PLC equipment of instant communication, to achieve the upper monitor purpose.Key words: liquid mixing device; PLC; Configuration simulation目录引言 (1)第一章液体混合系统的方案设计 (2)1.1系统的整体设计要求 (2)1.2控制方式系统的设计 (2)第二章液体混合系统的硬件设计 (4)2.1硬件配置及其原理 (4)2.2 I/O计算 (4)2.3 PLC选型 (5)2.4 I/O分配表设计 (5)2.5外部接线图设计 (7)第三章液体混合装置的软件设计 (8)3.1程序设计的一般方法 (8)3.2 PLC控制的相关流程图 (8)第四章系统调试运行分析 (11)4.1系统调试 (11)4.2结果分析 (11)第五章液体混合装置组态模拟 (12)5.1组态王软件 (12)5.2液体混合装置组态模拟的相关操作 (12)第六章论文总结 (14)第七章致谢 (15)参考文献 (17)引言在炼油、化工、制药等行业中多种液体混合是必不可少的工序，其组成部分以往常采用传统的继电器控制，使用硬连接电器较多，可靠性差，自动化程度不高。

而系统软件是衡量一个DCS自动控制系统自动化水平是否成功和运行效果的关键环节[1]。

这是由于液位控制系统的仪表信号较多，采用此系统性价比相对较好，但随着电子技术的不断发展，PLC在仪表控制方面的功能已经不断强化。

用于回路调节和组态画面的功能不断完善，而且PLC的抗干扰能力也非常强，对电源的质量要求比较低。

目前已有许多企业采用先进控制器对传统接触控制进行改造，大大提高了控制系统的可靠性和自控程度，为企业提供了更为可靠的先进生产保障。

随着自动化控制技术的发展，可编程控制器(PLC)在工业控制的应用也越来越广泛[2]。

采用PLC对容器中的液位进行监控控制，其电路结构简单，设备投资少，监控系统不仅自动化程度高，还具有在线修改功能，灵活性强等优点，适用于多段液位自动控制技术，自动化仪表技术，控制的监控场合[3-5]。

为此，本文设计了这个集PLC技术，系统仿真技术于一体的液体混合自动控制装置。

第一章液体混合系统的方案设计对于本课题来说，液体混合系统是一个较大规模工业控制系统的改造升级，控制装置需要根据企业设备和工艺现况来构成，而且要尽可能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，在新的控制系统中既需要处理模拟量也需要处理大量的开关量，如果要使系统的可靠性高，人机交互界面友好，则该系统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，需要从实现多个电磁阀的开关以及电动机启动的控制这个角度去考虑，现就这个问题如何实现以及选择怎样的方法来确定系统方案。

1.1系统的整体设计要求在初始状态时容器是空的，各阀门均关闭，各传感器均为0状态。

按下启动按钮后，打开阀门A，液体A流入容器，当中限位开关变为ON时，关闭阀门A，打开阀门B，液体B流入容器。

液面升到上限位开关时，关闭阀门B，电动机M 开始运行，搅拌液体，60S后停止搅拌，打开阀门C，放出混合液体，当液面降至下限位开关之后再过5S，容器放空，关闭阀门C，打开阀门A,又开始下一周期的操作。

1.2控制方式系统的设计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、可编程序控制器控制。

1.2.1 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，且灵活性差，响应速度慢。

1.2.2 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。

其低功耗、低电压和很强的控制功能，成为工控领域的尖端控制设备、是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都相当大。

1.2.3 可编程序控制器控制可编程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件配制和设计外部接线图，同时采用梯形图语言编程，用软件取代继电器系统中的触点和接线，可通过修改程序适应工艺条件的变化。

可编程控制器(PLC)是从上个世纪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。

以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。

因此，本课题选择PLC来实现本次控制设计。

第二章液体混合系统的硬件设计2.1硬件配置及其原理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，其液体混合也是必不可少的程序，而且是其生产过程中十分重要的组成部分。

此次设计一个可以将两种液体自动混合的控制装置，两种液体分别为A和B。

它的系统硬件选择如表2-1所示：表2-1 设计硬件选择2.2 I/O计算首先统计被控设备对输入、输出点的总需求量，分析其输入、输出点的信号类型。

在初始状态时，根据要求要实现液体的自动混合导出控制，在开始操作之前，各阀门必须为关闭状态，容器为空。

此时液体控制电磁阀A、B、C为OFF 状态；传感器H、I、L为OFF状态；电动机M为OFF状态。

在启动操作中，当装置和液体都准备好之后，按下启动按钮，开始下列操作：1、阀A为ON，液体A流入容器；当液面到达I时，阀A为OFF，阀B为ON；2、液体B流入容器，当液面达到H时，阀B为OFF，M为ON，电动机开始进行液体的充分混合搅拌；3、当混合液体搅拌均匀后(设时间为60s)，M为OFF,阀C为ON,开始放出混合液体；4、当液体下降到L 时，L从ON 变为OFF，把时间控制为再过5s 后容器放空,关闭阀C，阀C为OFF，则完成一个操作周期;5、在没有按停止按钮的状态下，自动进入下一个循环操作周期。