液体混合装置PLC控制系统设计

1.液体混合装置PLC控制系统设计
一、题目控制要求：
液体混合装置示意图如图1所示。

初始状态，电磁阀Y1、Y2、Y3以及搅拌电机M和加热电炉H状态均为OFF，液位传感器L1、L2、L3状态均为OFF。

按下起动按钮SB1，开始注入液体A，当液面高度达到L2时，停止注入液体A，开始注入液体B，当液面上升到L1时，停止注入液体，开始搅拌10S，10S后继续搅拌，同时加热5S，5S后停止搅拌，继续加热8S。

8S后停止加热，同时放出混合液体C，当液面降至L3时，继续放2S，2S后停止放出液体，同时重新注入液体A，开始下一次混合。

按下停止按钮SB2，在完成当前的混合任务后，返回初始状态。

搅拌电机采用三相异步电机，单向运转。

图1 液体混合装置示意图
二、设计要求
1．进行I/O地址分配；
2．画出主电路和程序流程图；
3．编写控制程序并调试。

2.总体方案论证
本设计要求完成两种溶液混合装置的自动控制，目前在自动化控制领域常用的控制方式主要有:继电器-接触器控制系统、可编程序控制器控制、总线式工业控制机控制、分布式计算机控制系统、单片机控制。

对于两种溶液混合装置的自动控制系统初步选定采用继电器-接触器控制和可编程序控制器控制。

可编程序控制器与继电器-接触器控制系统的区别:
继电器-接触器控制系统虽有较好的抗干扰能力，但使用了大量的机械触点，使得设备连线复杂，且触点时开时闭时容易受电弧的损害，寿命短，系统可靠性差。

可编程序控制器的梯形图与传统的电气原理图非常相似，主要原因是其大致上沿用了继电器控制的电路元件和符号和术语，仅个别之处有些不同，同时信号的输入1输出形式及控制功能基本.上也相同。

但是可编程序控制器与继电器-接触器控制系统又有根本的不同之处，主要表现在以下几个方面。

1.控制逻辑
继电器控制逻辑采用硬接线逻辑，并利用继电器机械触点的串联或并联及时间继电器等组合成控制逻辑，接线多而复杂、体积大、功耗大、故障率高，一旦系统构成后，
想改变或增加功能都很困难。

另外，继电器触点有限，每个继电器只有4-8对触点，因此其灵活性和可扩展性都很差。

而PLC采用存储器逻辑，其控制逻辑以程序方式存储在内存中，要想改变控制逻辑，只需改变程序即可，因此PLC常称为“软接线”，其灵活
性和扩展性都很好。

2.工作方式
电源接通时，继电器控制线路中的各继电器同时都处于受制状态，即该吸合的都应吸合，不该吸合的都因某种条件限制不能吸合，因此它属于并行工作方式。

而在PLC的控制逻辑中，各内部器件都处于周期性循环扫描过程中，各种逻辑、数值输出的结果都是按照在程字中的先后顺序计算得出的，因此它属于串行工作方式。

3.可靠性和可维护性
继电器控制逻辑使用了大量的机械触点，连线也多，且触点在开闭时会受到电弧的损害，并且有机械磨损，寿命短，因此其可靠性和可维护性差。

而PLC采用微电子技术，大量的开关动作由无触点的半导体电路完成，其体积小、寿命长、可靠性高。

PLC还配有自检和监督功能，能检查出自身的故障，并随时显示给操作人员;还能动态地监视控制程序的执行情况，为现场调试和维护提供了方便。

4.控制速度
继电器控制逻辑依靠触点的机械动作实现控制，工作频率低，触点开闭动作时间一般在几十毫秒数量级。

另外，机械触点还会出现抖动问题。

而PLC是由程序指令控制半
导体电路来实现控制的，属于无触点控制，速度极快，一般一条指令的执行时间在微秒数量级，且不会出现抖动。

5.定时控制
继电器控制逻辑利用时间继电器进行时间控制。

一般来说，时间继电器存在定时精度不高，定时范围窄，容易受环境湿度和温度变化的影响，调整时间困难等问题。

而PLC使用半导体集成电路作为定时器，时基脉冲由晶振产生，精度相当高，且定时时间不受
环境的影响，定时范围最小可为，最长几乎没有限制，用户可以根据需要在程序中设置定时值，然后由软件来控制定时时间。

6. 设计和施工
使用继电器控制逻辑完成一项控制工程，其设计、施工、调试必须依次进行，周期长，而且修改困难。

工程越大，其弊端越突出。

而PLC完成一项控制工程，在系统设计完成以后，现场施工和控制逻辑的设计可以同时进行，周期短，且调试和修改都很方便。

从以上几个方面的比较可知，PLC在性能_上比继电器- 接触器控制系统优异，特别是其可靠性、通用性强、设计施工周期短、调试修改方便，而且体积小、功耗低、使用维护方便。

并且近年来随着电子技术的飞速发展，PLC的成本在不断下降。

综合考虑以上各种因素，对两种溶液的混合装置的自动化控制选用PLC控制系统。

电路设计
图3为该液体混合装置的搅拌电动机的主电路，根据设计要求该液体混合装置的
主电路需要实现让搅拌电动机安全可靠的工作。

在主电路中各元器件的功能为: 选用组合开关作为电源的引入开关，采用熔断器用作短路保护，用接触器作为欠压和零压保护，用热继电器作为过载保护。

I/O接线是控制系统的主要技
加热信号电加热丝Ht1
术文件，下图是此控制系统的IO接线图
4. 控制流程图
这是将理论应用于实践的最好平台。

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通过这次实践，我对这门课程有了更深层次的理解。

为了高质量的完成这次课程设计，我认真的复习了课本中内容。

掌握了--些常用的继电器一接触器控制电路，更深层次的了解了PLC 的循环扫描工作方式:输入采样、程序执行、输出刷新。

PLC 在现代自动化控制领域中所占的比重越来越大，这次的设计过程与经验为自已以后独立进行相似自动化控制工程提供了依据，也将帮助自己在以后的设计过程中少走弯路。

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项老师的指导当然也是一一个不可忽视的方面， 让我明白了自己的不足，并马上改正，也让我能更好的独自完成自己的设计。

此次课程设计是非常难得的一-次理论与实践相结合的机会。