多种液体混合装置控制设计

摘要

在很多行业的工业现场都有多种液体混合装置的精确控制需要，本次设计以三种液体混合为例，将三种液体按一定的比例混合，在电动机搅拌后要达到一定的温度才能将混合液体输出容器。并形成循环状态。针对液体混合装置系统不同的工作状态及动作的相连性，进行相应的动作控制输出，从而达到精确的自动控制。

本次设计采用OMRON公司的CPM2AH型PLC为载体，通过对方案选择，I/O分配，工作过程分析，梯形图，指令表，接线图，电气原理图及情况说明, 并经过多次修改和调试，最终实现题目要求。

关键字：多种液体自动混合自动控制 PLC

目录

引言 (1)

一、课题背景 (2)

1.1、课题背景 (2)

1.2、研究目的和意义 (2)

二、多种液体混合控制系统设计 (3)

2.1、设计原则 (3)

2.2、控制方式的介绍及选择 (3)

三、控制系统的I/O接线设计 (5)

3.1、多种液体混合装置I/O分配表 (5)

3.2、多种液体混合装置接线设计图 (6)

四、软件设计 (7)

4.1、程序设计指导流程图： (7)

4.2、梯形图： (8)

4.3、助记符： (9)

五、控制系统的工作详细分析 (10)

5.1、各元件工作条件分析: (10)

5.2、控制系统的工作过程分析： (10)

六、尚未涉及的情况及问题 (11)

七、专题设计总结 (12)

八、致谢 (13)

九、参考文献 (13)

设计任务及控制要求

初始状态

容器是空的，电磁阀F1、F2、F3、F4，搅拌电机M，液面传感器L1、L2和L3，加热器和温度传感器均为OFF。

物料自动混合控制

按下启动按钮，开始下列操作。

电磁阀F1开启，开始注入物料A，至高度L3时，关闭阀F1，同时开启电磁阀F2，注入物料B，至高度L2时，关闭阀F2，同时开启电磁阀F3，注入物料C，当液面上升至L1时，关闭F3。

停止物料C注入后，启动搅拌电动机M，使A、B、C三种物料混合10S，同时启动加热器加至设定温度。

10S后停止搅拌，开启电磁阀F4，放出混合物料，当液面高度下降至L3后，再经过5S关闭阀F4。

停止操作

按下停止按钮，在当前过程完成以后，再停止操作，回到初始状态。

引言

所谓PLC软件编程，实际就是在PC机的平台上，在Windows操作环境下，用软件来实现PLC的功能，也就是说，PLC是一种基于PC机开发结构的控制系统，它具有PLC的功能、可靠性、速度、故障查找等方面的特点，利用软件技术可以将标准的工业PC转换全功能的PLC过程控制器。PLC综合了计算机和PLC 的开关量控制、模拟量控制、数学运算、数值处理、网络通信等功能，通过一个多任务控制内核，提供强大的指令集、快速而准确的扫描周期，可靠的操作和可连接各种I/O系统及网络的开放式结构。

PLC的应用领域目前不断扩大，并延伸到过程控制、批处理、运动和传动控制、无线电遥控以至实现全厂的综合自动化。PLC的技术发展除了小型化、超高速，大容量存储器，多CPU，多任务并行运行外，PLC的开放性更大，通信联网能力更强，集成化软件更优。标准化的IEC61131-3PLC编程语言已被众多PLC 厂商所接受，其推广速度越来越快。PLC的应用范围将更广。

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。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。个人计算机发展起来后，为了方便和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）。

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。世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。这标志着可编控制器已步入熟阶段。

一、课题背景

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、研究目的和意义

在工艺加工最初，把多种原料再合适的时间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，但是现在随着时代的发展，这些方式已经不能满足工业生产的实际需要。实际生产中需要更精确、更便捷的控制装置。

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。

二、多种液体混合控制系统设计

2.1、设计原则

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，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。

2.2、控制方式的介绍及选择

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