液体自动混合监控系统设计设计

液体自动混合监控系统设计设计

广东岭南职业技术学院毕业设计（论文）

液体自动混合监控系统设计

学生姓名梁燕恒

指导教师谢冠成

专业机电一体化

班级12机电3班

二级学院现代制造学院

2014年11 月

液体自动混合监控系统设计

摘要

液体自动混合监控系统是基于PLC和组态王来实现自动化监控。PLC简称可编程序控制器，是近年来发展极为迅速，应用极为广泛的一种工业控制设备。它是一种专为工业实现自动化生产而设计的数字运行的电子系统，它采用可编程程序的存储器，用来存储用户指令，通过数字或模拟的输入/输出完成确定的逻辑顺序、定时、记数、运算和一些确定的功能来控制各种类型的机械或设备生产过程。

由于PLC的性能优越，兼顾多种辅助软件。例如：组态王软件，组态王是一个模拟加工现场的一个软件，有最为逼真画面监控。而PLC具计算机的功能完备，灵活性强，通用性好和继电接

触器控制简单易懂，维修方便等优点,形成以微电脑为核心的电子控制设备。可编程序控制器技术在世界上己广泛应用，很多工业利用PLC来控制设备。而液体自动混合监控系统是基于PLC和组态王来实现自动化监控。

本论文首先介绍PLC的发展及应用，以及它的基本功能和特点。然后鉴于PLC的原理及其优越性，基于PLC控制和组态王监控的液体自动混合，该工程设计可进行单周期或连续工作，正常工作时，至少完成一个周期，该程序具有一定的防止误动作能力。本论文从硬件设计，软件设计，组态王监控设计等方面进行分析，对西门子PLC S7-200系列的应用有一定的指导意义。

关键词：可编程控制器，液体混合装置，传感器，画面监控

目录

前言 (1)

第1章绪言 (4)

第2章液体混合装置的控制的硬件设计 (5)

2.1液体混合装置结构及控制要求 (5)

2.2 硬件选用 (6)

2.2.1选择接触器 (6)

2.2.2选择搅拌电机 (7)

2.2.3选择断路器 (8)

2.2.4选择液位传感器 (9)

2.2.5选择电磁阀 (10)

2.3 S7-200的CPU的选择 (11)

第3章液体混合装置的控制的软件设计 (14)

3.1控制要求及分析 (14)

3.2两种液体混合装置的输入/输出分配 (16)

3.3两种液体混合装置的输入/输出接线图 (17)

3.4两种液体混合装置的梯形图 (18)

第4章液体混合装置的控制的组态王监控设计 (22)

4.1组态王选择 (22)

4.2组态画面监视设计 (22)

第5章系统常见故障分析及维护 (29)

5.1 系统常见故障分析及维护 (29)

5.2 系统故障分析及处理 (29)

5.3 系统抗干扰性的分析和维护 (30)

结论 (32)

谢辞 (33)

参考文献 (34)

附录 (35)

前言

随着科技的发展，PLC的开发与应用把工业推向自动化和智能化。具计算机的功能完备，灵活性强，通用性好和继电接触器控制简单易懂，还有强大的抗干扰能力使它在工业方面取代了微型计算机，方便的软件编程使他代替了继电器的繁杂连线，灵活、方便，效率高。

本设计主要是对两种液体自动混合系统基于PLC控制的设计，在设计中对控制对象：三个传感器监视容器液位，设三电磁阀控制液体A、B输入与混合液体输出液位，设搅拌电机M。搅拌机是一种将两种或多种以上材料搅拌混合的系统，对搅拌机的控制，关系到产品的质量。工艺流程是：按下起动按钮，开始下列操作，打开液体B入口，液体B流入容器；当液面到

达液体B液位时，关闭液体B入口；打开液体A入口，液体A流入容器；当液面到达液体A 液位时，关闭液体A入口；混合液体搅拌均匀后（设时间为l0s），打开混合液体出口，释放混合液体；当混合液体下降到报警液位时，提示报警信息（监控系统提示“20S后容器将放空！”，PLC控制系统提示红色指示灯），同时继续释放混合液体直到放空。至此，完成一个操作周期；若未按停止按钮，则自动进入下一循环周期；按下停止按钮，则在当前混合操作周期结束后，停止操作，使系统停止于初始状态。

本设计采用的PLC是德国西门子S7系列S7-200的PLC作为液体自动混合系统控制中心，从控制系统的硬件组成，软件选用到系统的设计过程（包括设计方案、设计流程、设计

要求、梯形图设计、外部连接通信等），以及组态王监控画面设计，旨在对其中的设计及制作过程做简单的介绍和说明

第1章绪言

1.1 课题背景

随着科技的发展和时代的进步，各种工业自动化产业的不断升级，对于工人的素质要求也不断提高。其中生产第一线有着各种各样的自动化加工系统，其中液体混合加工，是其中最为常见的一种。最初工艺加工，把多种原料在合适条件下进行混合加工，其监控或操作由工人进行的，后来多用继电器系统，对顺序或逻辑的操作过程进行半自动化的操作。但是现在随着时代的发展，plc这种新型的控制工具进入了人们的视野，它体积比一般继电器要小、轻,并能代替了以往传统的控制方式，并且与组态王监控系统结合来实现新监控方式，因此大受青睐。

为了提高产品质量，缩短生产周期，适应

产品迅速更新换代的要求，产品生产正在向缩短生产周期、降低成本、提高生产质量等方向发展。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之一,但由于该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混合精确、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混合的自动控制, 从而达到液体混合的目的，液体混合自动配料势必就是摆在我们眼前的一大课题。

可编程控制器（ P L C ）是采用微机技术的通用工业自动化装置，能与多种软件结合使用。集散型控制和监控系统改变着工厂自动控制

的面貌，对传统产业的技术改造和发展自动化工业具有重大的实际意义。但P L C发展很快，国外P L C产品更新换代更是如此。可编程控制器的结构多种多样，但其组成的一般原理基本相同，都是以微处理器位核心的结构，其功能的实现不仅基于硬件的作用，更要靠软件支持，实际上可编程控制器就是一种新型的工业控制计算机。

1.2国内外相关领域的研究现状

可编程序控制器(PLC)从起源到现在，因为由于其编程简单、使用方便、维护容易、可靠性高、价格适中等优点，使其迅猛的发展，在冶金、

机械、化工、纺织、石油、轻工、建筑、运输等领域得到了广泛的应用。

可编程序控制器技术以与CAD/CAM技术、机器人技术并列为现代工业生产自动化的重要技术之一，乃至整个工厂的生产自动化，PLC均担当着重要的角色。为了提高产品质量，缩短生产周期，适应产品迅速更新换代的要求，产品生产正在向缩短生产周期、降低成本、提高生产质量等方向发展。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之一,但由于该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。液体自动混合监控系统是基于PLC和组态王来实现自动化监控广泛的应用。

综合起来看，由于工业生产对自动控制系统需求的多样性，液体自动混合监控系统的发展方向有两个：

1、PLC朝着简易、小型、价格低廉方向发展。近年来，单片机的出现，促进了PLC向紧凑型发展、体积减小、价格降低、可靠性不断提高。这种PLC可以广泛取代继电器控制系统，应用于单机控制和规模比较小的自动性控制，如日本立石公司的C60P\C20H\ C20P\C40P \C40H等。

2、组态王软件应朝操作简单、功能齐全、画面逼真和画面二维、三维多元化方向发展。

1.3研究意义

在国内的许多炼油、化工、制药，尤其是中小企业，其控制系统还是使用过时的模拟控制，甚至是全人工控制操作。人工控制由于劳动量大、成本高、生产的产品不够精确、安全隐患大、增加了系统故障的可能性，还有就是工厂的生产设备和试验设备存在一定的相差度，以致影

响了产品质量和生产效益。而随着产品性能的提高，对自动控制系统的要求也越来越高，传统的控制要求已达不到系统要求。随着大规模、超大规模集成电路的发展以及计算机的出现，控制系统开始由传统控制向自动、模拟控制方向发展。

在生产过程和其他产业领域中，可编程序控制技术的应用十分广泛,在自动控制的设备中, 可编程序控制比传统的控制方法使用得更为普遍。随着科学技术日新月异的发展,特别是大规模集成电路的问世和微型处理机技术的应用,使可编程序控制技术进入了一个崭新的阶段，因此为了了解和学习这些重要技术已是必不可少。

1.4研究内容

本论文研究的是两种液体的混合，具体设计内容和控制要求如下

设计内容：

1）利用PLC实现现场控制，要求对两种液体A和B，在容器内按照1:2的比例进行混合搅拌，

装置结构

如图所

示。

图1-1混合液体控制装置结构图

2）利用组态王组态远程监控系统，通过监控画面远程显示实时动态数据，要求系统控制既可以通过按钮进行现场控制，又可以通过监控画面进行远程控制。

控制要求：

1）初始状态：

各阀门关闭，容器内无液体，搅拌器不工作。

2）起动操作：

按下起动按钮，开始下列操作：

①打开液体B入口，液体B流入容器；当液面到达液体B液位时，关闭液体B入口；

②打开液体A入口，液体A流入容器；当液面到达液体A液位时，关闭液体A入口；

③混合液体搅拌均匀后（设时间为l0s），打开混合液体出口，释放混合液体；

④当混合液体下降到报警液位时，提示报警信息（监控系统提示“20S后容器将放空！”，PLC控制系统提示红色指示灯），同时继续释放混合液体直到放空。至此，完成一个操作周期；

⑤若未按停止按钮，则自动进入下一循环

周期。

3）停止操作：

按下停止按钮，则在当前混合操作周期结束后，停止操作，使系统停止于初始状态。

第2章液体混合控制的硬件设计

2.1液体混合装置结构及控制要求

下图为混合液体控制装置示意图，Y2为B 液体液位传感器，Y3为加入A液体后混合液体液位传感器，Y1为剩余100时液面液位传感器，液体A、B进料与混合液体出料由电磁阀F1、F2、F 3控制,搅拌电动机由F4电磁阀控制，报警由电磁阀F5控制，M为搅匀电动机。

图2-1混合液体控制装置示意图

2.2 硬件选用

2.2.1选择接触器

1 选用CJX21810，220V型接触器，如图2-2所示：

图2-2 CJX21810，220V型交流接触器

其中“C”表示接触器，“J”表示交流，2为设计编号

2 用途

CJX2系列交流接触器(以下简称接触器)适用于交流50Hz 或 60Hz，压至660V，额定绝缘电压至660V；电流18～95A（380V、AC-3使用类别）的电力线路中供远距离接通或分断电路之用，可频繁地起动及控制交流电动机。适用于控制交流电动机的起动、停止及反转。