工业混料系统PLC控制系统的摘要

题目：工业混料系统PLC控制系统设计

摘要

工业混料系统是一种比较典型的机械成套装置，在化工、筑路和建筑行业中都有很广泛的应用。本设计的主要目的为将PLC控制应用于工业混料系统中，在了解工业混料系统的生产工艺流程以及控制要求之后，明确各个环节对电气控制的具体要求，由此确定电气控制系统的总体方案，在此基础上设计了工业混料系统操作面板以及完成主电路的设计。在设计PLC控制电路中，我选择了西门子系列的S7-200作为主控制器，根据输入/输出点数和控制要求，本控制系统由S7-200-CPU 226 AC/DC/RELAY基本单元和EM 222 DO 8×RELAY数字量扩展模块组成，根据课题实际要求列出了输入输出（I/O）地址分配表，设计并绘制了控制系统电路图。根据各电路组成选择电器元件。最后，本设计根据对生产工艺流程、3个泵的工作能力和控制要求等进行综合分析，可以得到系统运行的时序图，并设计梯形图程序。

在设计初期，我查阅大量设计数据和工具书，工业混料系统的设计过程有了初步的完成。按照本设计中的电气控制的具体要求，我们确定了一个总体方案.方案如下:

1. A、B罐的搅拌器及泵A、B、C分别由电动机M1、M2、M3、M4、M5拖动。电机M5功率较大，需要采用Y-△降压启动。

2. 电机M1～M5每路均安装电容器和热继电器。

3. 由于泵A和泵B每转所排出的液体体积恒定不变（仅对定容积泵而言），所以可以采用测量电机转数的方法（电机与泵直联，两者转数相同）间接测出泵入A罐的液体的量，实现准确的配料。采用广州三峰科技有限公司提供的增量式光电编码器（PIB-1024-G05E）计数,采用PLC的高速计数器计数。

4. 工艺参数（如两种料的配比等）的调整是通过PLC程序现实的。

5. 灌顶液位传感器LS2、LS4用于安全保护，以防止溢罐；罐底液位传感器LS1、LS3用于系统控制，如步序切换控制等。

6. 电气控制箱置于专门的操作室。电器板与控制板之间，以及电控箱与执行系统之间的连接，采用接线板进出线方式。

根据上述总体方案的要求我们确定了操作面板如下：

1.为了便于随时观察系统的运行状况，每个阀、泵、搅拌器均装有运行行状态指示灯；对应于两个罐的高/低位，均装有“溢出”、“罐空”报警指示灯。

2.用一个两档选择开关切换系统工作模式——“运行”和“调试”，并用两个指示灯来指示当前所处工作模式。

3.根据控制要求（2）设置一个“启动/停止”按钮和一个工作指示灯。

4.根据控制要求（4），为每个阀、泵、搅拌器设置一个“启动/停止”按钮（或“通/断”按钮），用于“调试”工作模式下的单独操作。

5.系统设有“急停”按钮和电源指示灯。

图1 工业混料系统操作面板

按照上述总体方案选择说明我们设计了工业混料系统的主电路，在主电路中有一些电气控制如下

1.搅拌器1、2和泵A、B的电机M1~M4分别由接触器KM1、KM2、

KM3、KM4、KM5、KM6控制。

2.泵C电机M5功率较大，采用Y-△启动，接触器KM7和KM8、KM9

则控制其电源和△、Y线路切换。

3.电机M1~M5由热继电器FR1~FR5实现超载保护。

4.由断路器FU1~FU5分别实现电机M1~M5的短路保护、电源开关控

制,采用电流互感器TA后使用小容量热继电器实现电机M5的超载保护。

5.由断路器QF0实现系统的短路保护和电源开关控制。

图2 工业混料系统主电路图

根据设计PLC控制电路，在本次设计中我们选择了西门子系列的S7200作为主控制器，根据输入/输出点数和控制要求，本控制系统选用西门子S7-200-CPU 226 AC/DC/RELAY的基本单元和EM 222 DO 8 x RELAY数字量扩展模块组成，PLC电源采用交流220V供电，直流输入，继电器输出。所有输出端全部采用交流220V驱动（包括指示灯、接触器和电磁阀等）

所需的输入有：泵A、B的测速传感器，罐A、B的空满信号，调试/工作模式转换，启停按钮，阀1~7的开闭按钮，搅拌器1、2的启停按钮，泵A、B、C 的启停按钮，PLC的输入继电器地址分配表（略）

所需的输出有：驱动阀1~7的开闭及指示灯的信号，拖动搅拌器1、2的电机的接触器，拖动泵A、B的电机的接触器，拖动泵C电机的电源接触器，△运行接触器，电流互感器TA，Y启动接触器，罐A、B的空溢指示，运行/调试模式指示，工作指示灯。PLC的输出继电器地址分配表（略）

根据控制对象、控制操作面板和输入/输出继电器地址分配表绘制控制系统电

路如图3所示。

图3 工业混料系统控制电路图

断路器FU7~FU11和急停按钮SB14用于电路保护。

为了尽可能地减少PLC点数、简化电路，将阀的驱动线圈与对应的指示灯并联于同一个输出点上。

接触器线圈的驱动线路中串联相应的热继电器动断触点，用于对电机的过载保护；泵C电机的Y-△启动，应加互锁，以防产生短路。

应该注意增值式光电编码器和中断的使用，因为光电编码器或中断所使用的的外部信号输入端已事先由PLC厂家规定，不可改变，按规定光电编码器只能由I0.0和I0.1端输入。

根据控制要求，5个电机必须有各自的工作指示灯，但为了尽可能不占用或少的占用PLC点数，可将5个电机工作的、指示灯由其接触器的辅助触头控制，如图4所示。

图4工业混料系统辅助电路

根据对生产工艺流程，三个泵的工作能力和控制要求等进行综合分析，可画出图5所示的时序图（以三个连续批次为例），图5中所列的泵A、B、C时间以

分钟计。

图5 三个连续批次的时序图

从图5中可以看出：

1）配料过程中，泵A总是先于泵B启动，迟于泵B停止，所以配料周期取决于泵A的工作时间。

2）配料周期（泵A工作时间）＜（B→B循环时间+从B罐排出的时间），

所以在多批次连续生产中，泵C连续工作，泵A、B间断工作，泵C的步序不