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1、 毕业设计 基于西门子PLC液体药品成分混合的控制设计系 部 电子信息工程 专 业 名 称 电子信息科学与技术 班 级 电子信息科学与技术 2 班 姓 名 学 号 指 导 教 师 2010年11月28日 基于西门子PLC液体药品成分混合的控制设计 摘 要 PLC是以计算机技术为核心的通用自动控制装置，也可以说它是一种用程序来改变控制功能的计算机。随着微处理器、计算机和通信技术的飞速发展，可编程序控制器PLC已在工业控制中得到广泛应用，而且所占比重在迅速的上升。PLC主要由CPU模块、输入模块、输出模块和编程装置组成。它应用于工业混合搅拌设备，使得搅拌过程实现了自动化控制、并且提升了搅拌设备工作
2、的稳定性，为搅拌机械顺利、有序、准确的工作创造了有力的保障。本文所介绍的多种液体混合的PLC控制程序可进行单周期或连续工作，具有断电记忆功能，复电后可以继续运行。另外，PLC还有通信联网功能，再通过WINCC组态，可直接对现场监控、更方便工作和管理。关键词：可编程序控制器PLC；液位传感器； 定时器；Based on PLC control system of mixing effcieng AbstractComputer technology as the core of PLC in the general automatic control equipment, it is a kin
3、d of program to change control function of the computer. As microprocessors, computer and communication technology, the rapid development of PLC programmable controller has widely applied in industrial control, and the proportion of the rapid rise in. PLC mainly consists of CPU module, input and out
4、put module and programming module device. It is applied in industry, mixing equipment mixing process realized automation control, and improved the stability, agitate equipment work for the mixing machine smoothly, orderly, accurate working creates powerful guarantee. This paper introduces various li
5、quid mixture of PLC control procedures can be a single cycle or continuous working memory function, can continue running after, wired back. In addition, PLC and communications, networking WINCC configuration, but through direct to site monitoring and management, and more convenient.Key words: PLC pr
6、ogrammable controller, Level sensor, The timer,目录第一章 引言1第二章 总体方案设计3第三章 硬件设计53.1 硬件选型，根据PLC的输入、出点数，控制功能选择适用型号的PLC53.1.1 PLC机型选择53.1.2 PLC容量选择73.1.3 I/O模块的选择73.1.4 电源模块的选择93.1.5 设备型号选择103.2 外部接线图103.3 系统安全设计，可靠性、实用性强11第四章 程序设计134.1设计程序的流程图134.2 I/O分配表144.3 控制程序设计，最大限度的满足被控对象的控制要求154.3.2 程序设计17第六章 系统调试
7、226.1 系统模拟调试，在编程软件和仿真软件对控制程序调试22第七章 总结247.1 本设计的整体内容和要求247.2 本设计的功能和优点247.3 本次设计的心得体会25结论26致 谢27参考文献28第一章引 言1.1PLC的创始和发展过程为了提高产品质量，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, 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混合精
8、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。借助实验室设备熟悉工业生产中PLC的应用，了解不同公司的可编程控制器的型号和原理，熟悉其编程方式，而多种液体混合装置的控制更常见于工业生产中，适合大中型饮料生产厂家，尤其见于化学化工业中，便于学以致用。 PLC的中国现状 我国工业企业的自动化程度普遍偏低，PLC产品的应用空间还很大。例如机械行业，80%以上的设备仍使用传统的继电器和接触器控制。可以说，PLC在我国工业中的应用潜力还远没
9、有得到充分发挥，大部分小型企业尚未完全应用自动化系统和产品。在未来愈见激烈的市场竞争中，这部分企业势必需要应用自动化系统以提升自身实力，这将是PLC市场壮大的一块良好培养基。 中国加入WTO后，越来越多跨国企业把制造基地转移至中国。制造业的控制主要以离散控制为主，PLC是该领域控制系统的首选，制造企业为提高劳动生产率和产品质量，必然会大量采用PLC，从而为PLC的应用提供广阔的市场应用前景。 2007-2012年中国PLC市场规模及预测(单位：亿元)资料来源：中国自动化网PLC市场研究报告我国开始研制PLC产品是上世纪70年代中期。90年代，由于PLC应用不断深入，国内又掀起研制PLC的高潮，
10、虽然仍是小型PLC，批量亦不大，但其功能、质量和可靠性比70年代的产品有明显的提高。 为尽快提升我国PLC的技术水平，引进PLC的先进生产技术，中外合资或外商独资企业在国内开始批量生产PLC。西门子公司率先在大连建立PLC生产企业；欧姆龙公司在上海生产的PLC远销海内外。 目前，中国PLC市场的95以上被国外品牌占领。值得欣慰的是，国内已有具有较强实力的公司开始拓展PLC业务，并在中国PLC市场有了一定响应。北京和利时系统工程股份有限公司就是一个典范。 PLC的行业应用 冶金作为大型PLC最大的应用行业，占据了大约1/4的市场。冶金行业各控制环节要求精度高，控制点数多，故而是大中型PLC应用的
11、主要行业。就中国而言，我们的冶金行业的现状是非常落后、装备技术水平低，相信随着下游市场要求的提高和竞争的加剧，将带来大量的技术改造项目和高端生产线的投资。中国已有6000多家冶金企业，有大量在用的PLC产品和众多升级换代及备品备件市场。汽车业是最有潜力的PLC行业之一，主要需对各生产线的工位进行控制，PLC的应用数量多，但控制点数并不高，多在300个I/O左右，以中型PLC为主。 电力行业本身的自动化水平很高，对PLC的应用规模基数很大，是大中型PLC应用的又一大行业。PLC系统在电力施工机械中得到广泛应用，并有良好的市场和空间。在化工行业，PLC市场保持着稳定增长。未来化工行业在合成材料和有
12、机化工领域投资应该会增大，这些领域项目对于自动化产品的需求量比较大。同时，由于对化工行业环保要求的提高，化工厂需要对周边的水处理和循环系统进行改造，会对自动化产品产生一些新增要求。 PLC的未来发展 许多年前就有人预言，PLC将要被PC-BASED控制系统取代。但PLC的销售仍以十分稳定的增长率逐年上升。目前的PLC已经与十年前大不相同，十年后的PLC与如今的PLC也势必不同；但有两个方面是不变的：其一，PLC会提供稳定的控制响应；其二，高度的可靠性。可以预见的PLC发展趋势如下： 一是向高速度、大容量方向发展。为提高PLC的处理能力，要求PLC具有更好的响应速度和更大的存储容量。目前，有的P
13、LC的扫描速度可达0.1ms/k步左右。存储容量方面，有的PLC最高可达几十兆字节。为扩大存储容量，有的公司已使用了磁泡存储器或硬盘。 二是向超大型、超小型两个方向发展。当前中小型PLC比较多，为了适应市场的多种需要，今后PLC要向多品种方向发展，特别是向超大型和超小型两个方向发展。现已有I/O点数达14336点的超大型PLC，使用32位微处理器，多CPU并行工作和大容量存储器。最小配置的I/O点数为816点，以适应单机及小型自动控制的需要。 三是PLC大力开发智能模块，加强联网通信能力。 PLC厂商不断开发出许多功能模块，如高速计数模块、温度控制模块、远程I/O模块、通信和人机接口模块等。这
14、些带CPU和存储器的智能I/O模块，既扩展了PLC功能，又使用灵活方便，扩大了PLC应用范围。四是增强外部故障的检测与处理能力。根据统计资料表明：在PLC控制系统的故障中，CPU占5%，I/O接口占15%，输入设备占45%，输出设备占30%，线路占5%。前两项共20%故障属于PLC的内部故障；其余80%的故障属于PLC的外部故障。因此，PLC生产厂商都致力于研制、发展用于检测外部故障的专用智能模块，以期进一步提高系统的可靠性。 五是编程语言多样化。在PLC系统结构不断发展的同时，PLC的编程语言也越来越丰富，功能也不断提高。除了大多数PLC使用的梯形图语言外，陆续出现了面向顺序控制的步进编程语
15、言、面向过程控制的流程图语言、与计算机兼容的高级语言等。多种编程语言的并存、互补与发展是PLC进步的一种趋势。 我们一同简略回顾PLC一路走来的历程，分析在中国所处的现状，展望未来可能发展的趋势。我们同所有开发生产PLC、受益于PLC的人们一样，乐于见到PLC在未来的年月里，有更稳健的发展，更广阔的空间。尤其希望看到中国的PLC自主开发能力的提升，和应用市场的拓展。PLC（可编程控制器）在现代的自动化行业中应用广泛，为适应工业环境使用，与一般控制装置相比较，PLC机有以下特点： 1. 可靠性高，抗干扰能力强工业生产对控制设备的可靠性要求：平均故障间隔时间长故障修复时间（平均修复时间）短任何电子
16、设备产生的故障，通常为两种：偶发性故障。由于外界恶劣环境如电磁干扰、超高温、超低温、过电压、欠电压、振动等引起的故障。这类故障，只要不引起系统部件的损坏，一旦环境条件恢复正常，系统也随之恢复正常。但对PLC而言，受外界影响后，内部存储的信息可能被破坏。永久性故障。由于元器件不可恢复的破坏而引起的故障。如果能限制偶发性故障的发生条件，如果能使PLC在恶劣环境中不受影响或能把影响的后果限制在最小范围，使PLC在恶劣条件消失后自动恢复正常，这样就能提高平均故障间隔时间；如果能在PLC上增加一些诊断措施和适当的保护手段，在永久性故障出现时，能很快查出故障发生点，并将故障限制在局部，就能降低PLC的平均
17、修复时间。为此，各PLC的生产厂商在硬件和软件方面采取了多种措施，使PLC除了本身具有较强的自诊断能力，能及时给出出错信息，停止运行等待修复外，还使PLC具有了很强的抗干扰能力。硬件措施：主要模块均采用大规模或超大规模集成电路，大量开关动作由无触点的电子存储器完成，I/O系统设计有完善的通道保护和信号调理电路。 屏蔽对电源变压器、CPU、编程器等主要部件，采用导电、导磁良好的材料进行屏蔽，以防外界干扰。 滤波对供电系统及输入线路采用多种形式的滤波，如LC或型滤波网络，以消除或抑制高频干扰，也削弱了各种模块之间的相互影响。 电源调整与保护对微处理器这个核心部件所需的+5V电源，采用多级滤波，并用
18、集成电压调整器进行调整，以适应交流电网的波动和过电压、欠电压的影响。 隔离在微处理器与I/O电路之间，采用光电隔离措施，有效地隔离I/O接口与CPU之间电的联系，减少故障和误动作；各I/O口之间亦彼此隔离。 采用模块式结构这种结构有助于在故障情况下短时修复。一旦查出某一模块出现故障，能迅速更换，使系统恢复正常工作；同时也有助于加快查找故障原因。软件措施：有极强的自检及保护功能。故障检测软件定期地检测外界环境，如掉电、欠电压、锂电池电压过低及强干扰信号等。以便及时进行处理。信息保护与恢复当偶发性故障条件出现时，不破坏PLC内部的信息。一旦故障条件消失，就可恢复正常，继续原来的程序工作。所以，PL
19、C在检测到故障条件时，立即把现状态存入存储器，软件配合对存储器进行封闭，禁止对存储器的任何操作，以防存储信息被冲掉。设置警戒时钟WDT（看门狗）如果程序每循环执行时间超过了WDT规定的时间，预示了程序进入死循环，立即报警。加强对程序的检查和校验一旦程序有错，立即报警，并停止执行。对程序及动态数据进行电池后备停电后，利用后备电池供电，有关状态及信息就不会丢失。PLC的出厂试验项目中，有一项就是抗干扰试验。它要求能承受幅值为1000V，上升时间1nS，脉冲宽度为1S的干扰脉冲。一般，平均故障间隔时间可达几十万上千万小时；制成系统亦可达45万小时甚至更长时间。 2 .通用性强，控制程序可变，使用方便
20、PLC品种齐全的各种硬件装置，可以组成能满足各种要求的控制系统，用户不必自己再设计和制作硬件装置。用户在硬件确定以后，在生产工艺流程改变或生产设备更新的情况下，不必改变PLC的硬设备，只需改编程序就可以满足要求。因此，PLC除应用于单机控制外，在工厂自动化中也被大量采用。 3.功能强，适应面广现代PLC不仅有逻辑运算、计时、计数、顺序控制等功能，还具有数字和模拟量的输入输出、功率驱动、通信、人机对话、自检、记录显示等功能。既可控制一台生产机械、一条生产线，又可控制一个生产过程。 4.编程简单，容易掌握目前，大多数PLC仍采用继电控制形式的“梯形图编程方式”。既继承了传统控制线路的清晰直观，又考
21、虑到大多数工厂企业电气技术人员的读图习惯及编程水平，所以非常容易接受和掌握。梯形图语言的编程元件的符号和表达方式与继电器控制电路原理图相当接近。通过阅读PLC的用户手册或短期培训，电气技术人员和技术工很快就能学会用梯形图编制控制程序。同时还提供了功能图、语句表等编程语言。 5.减少了控制系统的设计及施工的工作量由于PLC采用了软件来取代继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，控制柜的设计安装接线工作量大为减少。同时，PLC的用户程序可以在实验室模拟调试，更减少了现场的调试工作量。并且，由于PLC的低故障率及很强的监视功能，模块化等等，使维修也极为方便。6.体积小、重量轻、功
22、耗低、维护方便PLC是将微电子技术应用于工业设备的产品，其结构紧凑，坚固，体积小，重量轻，功耗低。并且由于PLC的强抗干扰能力，易于装入设备内部，是实现机电一体化的理想控制设备。以三菱公司的F1-40M型PLC为例：其外型尺寸仅为305110110mm，重量2.3kg，功耗小于25VA；而且具有很好的抗振、适应环境温、湿度变化的能力。现在三菱公司又有FX系列PLC，与其超小型品种F1系列相比：面积为47%,体积为36%，在系统的配置上既固定又灵活，输入输出可达24128点。计算机的出现给大规模工业自动化带来了曙光。1968年，美国最大的汽车制造厂商通用汽车（GM）公司提出了公开招标方案，设想将
23、功能完备、灵活、通用的计算机技术与继电器便于使用的特点相结合，把计算机的编程方法和程序输入方式加以简化，用面向过程、面向问题的“自然语言”编程，生产一种新型的工业通用控制器，使人们不必花费大量的精力进行计算机编程，也能像继电器那样方便地使用。这个方案首先得到了美国数字设备（DEC）公司的积极响应，并中标。该公司于1969年研制出了第一台符合招标要求的工业控制器，命名为可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller），简称PLC（有的称为PC），并在GM公司的汽车自动装配线上试验获得了成功。PLC一经出现，由于它的自动化程度高、可靠性好、设计周期短、使用和维护简便等
24、独特优点，备受国内外工程技术人员和工业界厂商的极大关注，生产PLC的厂家云起。随着大规模集成电路和微处理器在PLC中的应用，使PLC的功能不断得到增强，产品得到飞速发展。采用基于PLC的控制系统来取代原来由单片机、继电器等构成的控制系统，采用模块化结构，具有良好的可移植性和可维护性。对提高企业生产和管理自动水平有很大的帮助，同时又提高了生产线的效率、使用寿命和质量，减少了企业产品质量的波动，因此具有广阔的市场前景。用PLC进行开关量控制的实例很多，在冶金、机械、纺织、轻工、化工、铁路等行业几乎都需用到它，如灯光照明、机床电控、食品加工、印刷机械、电梯、自动化仓库、液体混合自动配料系统、生产流水
25、线等方面的逻辑控制，都广泛应用PLC来取代传统的继电器控制。本次设计是将PLC用于多种液体混合灌装设置的控制，对学习与实用是很好的结合。1.2西门子PLC S7 200作为全球自动化领域技术、标准与时常的领导者，有着150余年历史的西门子公司，以其一贯的朴实、稳健的作风和博大精深的创新文化，致力于以最先进的自动化技术与产品，向用户提供具有前瞻性的和最优可靠的解决方案，以现实用户最大限度的可持续发展和长期的利益保障。全集成自动化技术TIA（Totally Intergrated Automation）是西门子自动化系统技术与产品的核心思想和主导理念。TIA集高度的集成统一性和前所未有的开放性于一
26、身，标准化的网络体系结构、统一的编程组态环境和高度一致的数据集成，使TIA为企业实现了横向和纵向的信息集成：领先的通讯标准、基于组件的自动化技术（CBA）与IT集成，使TIA对全球自动化市场的产品和服务范围真正开放。 SIMATIC S200系列可编程控制器是西门子全集成自动化系统中的控制核心，是其集成与开放特性的重要体现。该系列PLC继承了西门子上一代PLC SIMATIC S5系统稳定、可靠和故障率低的精髓，将先进的控制思想、现代通讯技术和IT技术的最新发展集于一身，在CPU运算速度、程序执行效率故障自诊断、联网通讯、面向工艺和运动控制的功能集成以及实现故障安全的容错与冗余技术等方面取得了
27、业界公认的成绩。不断创新的PLC编程组态工具STEP7采用SIMATIC软件的集成统一架构，为实现PLC编程组态的易用性和友好性以及与上位机组态系统的集成统一性提供了一个功能强大、风格一贯的软件平台，符合IEC611313的多种高级编程语言的补充，使PLC在实现复杂工艺编程、多重回路调节、甚至模糊控制（Fuzzy Control）和神经元控制（Neuron Control）等智能控制算法时具有类似高级编程语言的特点和优势。此外，SIMATIC S7200PLC集成强大通讯功能，是其得以成功的另一个重要方面。如今PROFIBUS有超过1200余家会员单位，全球的总安装节点已经突破1000万，是全
28、球公认的工业现场总线标准的领跑者；新一代工业以太网标准PROFLNET的提出，为以太网在工业领域更大范围的应用提供了技术保障，凭借集成统一的通讯，SIMATIC S7200在现实车间级、工厂级、企业级乃至全球企业链的生产控制与协同管理中起到中坚作用。几年以前，当控制界在围绕PLC、DCS和基于PC的解决方案，争论何者将成为控制系统主流时，当人们在为如何突破“自动化孤岛”而积极思考、探索和忧虑时，携全集成自动化的利念，西门子提出通过不断丰富和发展PLC的控制功能和总线通讯技术，实现了横跨工厂自动化和过程自动化两大自动化领域的统一的控制策略。如今SIMATIC S7200 PLC在全球自动化各个领
29、域的广泛应用和成功经验，充分证明了PLC解决方案的强大生命力和多种不同控制系统在技术、历年突飞猛进的过程中殊途同归的必然趋势。CPU 224 CN本机集成14 输入/10 输出共24 个数字量I/O 点。可连接7 个扩展模块，最大扩展至168 路数字量I/O 点或35 路模拟量I/O 点。16K 字节程序和数据存储空间。6 个独立的30kHz 高速计数器，2 路独立的20kHz 高速脉冲输出，具有PID 控制器。1 个RS485 通讯/编程口，具有PPI 通讯协议、MPI 通讯协议和自由方式通讯能力。I/O 端子排可很容易地整体拆卸。是具有较强控制能力的控制器。四种CPU 具有 集成的24V
30、负载电源：可直接连接到传感器和变送器（执行器），CPU 221，CPU222 CN 具有180mA 输出， CPU 224 CN，CPU 224XP CN，CPU 226 CN 分别输出280，400mA。可用作负载电源。 不同的设备类型CPU 221 和CPU 222226 CN 各有2 种类型CPU，具有不同的电源电压和控制电压。 本机数字量输入/输出点CPU 221 具有6 个输入点和4 个输出点，CPU 222 CN 具有8 个输入点和6 个输出点，CPU 224CN 具有14 个输入点和10 个输出点，CPU 224XP CN 具有14个输入点和10 个输出点，CPU226 CN 具
31、有24 个输入点和16 个输出点。 本机模拟量输入/输出点CPU 224XP CN 具有2 个输入点，1 个输出点。 中断输入允许以极快的速度对过程信号的上升沿作出响应。 高速计数器CPU 221 和CPU 222 CN4 个高速计数器（30kHz），可编程并具有复位输入，2 个独立的输入端可同时作加、减计数，可连接两个相位差为90的A/B 相增量编码器CPU 224 CN/224XP CN/226 CN6 个高速计数器，具有CPU221/CPU 222 CN 相同的功能。 CPU 222 CN/224 CN/224XP CN/226 CN可方便地用数字量和模拟量扩展模块进行扩展。可使用仿真器
32、（选件）对本机输入信号进行仿真，用于调试用户程序。 模拟电位器CPU 221/CPU 222 CN 1 个CPU224 CN/224XP CN/226 CN2 个CPU 221 和CPU 222 CN /224 CN/224XP CN/226 CN 还具有 脉冲输出2 路高频率脉冲输出，用于控制步进电机或伺服电机实现定位任务。 实时时钟例如为信息加注时间标记，记录机器运行时间或对过程进行时间控制。 EEPROM 存储器模块（选件）可作为修改与拷贝程序的快速工具（无需编程器），并可进行辅助软件归档工作。 电池模块：用于长时间数据后备。用户数据（如标志位状态，数据块，定时器，计数器）可通过内部的超
33、级电容存贮大约5天。选用电池模块能延长存贮时间到200 天（10 年寿命）。电池模块插在存储器模块的卡槽中。1.4传统的液体混合设备的控制存在的问题鉴于搅拌设备的广泛应用，随着近年来工业技术的发展，流体混合技术在上世纪60到80年代期间得到了迅猛发展,其重点主要是对于常规搅拌桨在低粘和高粘非牛顿均相体系、固液悬浮和气液分散等非均相体系中的搅拌功耗、混合时间等宏观量进行实验研究。长期以来,虽然有大量设计经验和关联式可用于分析和预测混合体系,但将搅拌反应器从实验室规模直接放大到工业规模,仍是十分危险的,至今仍然需要通过逐级放大来达到搅拌设备所要求的传质、传热和混合。这种方法不但耗费巨额的资金和大量
34、的人力物力,而且设计周期很长。据统计，在工业高度发达的美国，化学工业由于搅拌反应器设计不合理所造成的损失每年约为10100亿美元。 因此，从更微观更本质的角度,例如采用先进的测试手段和建立合理的数学模型,获取搅拌槽中的速度场、温度场和浓度场,不仅对开发新型搅拌设备，而且对搅拌设备的优化设计具有十分重要的经济意义,对放大和混合的基础研究具有现实的理论意义。 而对于搅拌设备的研究，除功率问题外，有关搅拌的流体力学研究具有重要意义。这方面已做了许多工作，但尚需扩大和深入。在液体中进行搅拌时，搅拌器的功能不仅引起液体的整个运动，而且要在液体中产生湍动，湍动程度与搅拌器使液体旋转而产生的旋涡现象有密切关
35、系。这些旋涡因经常地互相撞击和破裂，使液体受到剧烈的搅拌。由此可见在搅拌操作中，对于流体力学理论的研究是极其重要的。1.5 液体混合设备的发展趋势用PLC来代替传统液体混合设备控制近代化学工业中，流动的物料不再只是一些低粘度的牛顿型流体，许多高粘度流体也常常遇到，尤其是各种各样的高分子溶液以及混有催化剂粒子的浆状流体等非牛顿型流体的应用日益广泛。它们与通常的牛顿型流体具有不同的流动特性，所以对于非牛顿型液体的研究是当今的一个重要课题。对高粘度流体，特别是非牛顿型流体的搅拌传热的研究，也是近年来的一个方向。聚合釜的传热特性与其中所用的搅拌器的型式关系甚大。随着科学技术的发展。设备有大型化发展的趋
36、势，也需求搅拌设备大型化。如国外聚合釜的容积已由最初的840m3扩大到60100m3，最火的已达到140m3。采用大型聚台釜可大大减少操作和检修人员，有利于自动化，减少投资，提高生产率，稳定产品质量。随着容积的大型化，釜型逐渐由细长型向矮胖型发展。而且采用底部搅拌的方式越来越多，多用三叶后掠式搅拌器。三叶后掠式搅拌器是目前大型聚合釜采用的一种较好搅拌器。因它排出量大，釜内液相循环充分，每分钟可达510次，能促使釜内反应均匀一致。 搅拌也可以在管路中进行，采用在管路中安装装置的办法对气-液系和液-液系进行混合。例如采用喷射泵对水及醋酸丁酯进行混合；在石油精制中，也采用使液体流过设置在管路中的锐孔
37、板或挡板，以便使两种液体进行接触。还有在管道中放入搅拌器的，即所谓管道搅拌。可见，科学技术的发展带动了搅拌应用面的扩大。搅拌技术的发展又使得搅拌设备大型化。为了提高搅拌的全自动化和稳定性能，就需要一个功能更强、性能更好的系统做支持。在本设计中我将引入PLC来实现其搅拌控制功能。1.6 引入PLC来实现其液体药品混合设备的控制功能本设计基于采用可编程序控制器（PLC）的设计方案，实现对液体混合搅拌的控制。以PLC S7-200为主要控制器。根据搅拌设备的功能特性、运作顺序等，设计中可选用电磁阀、时间继电器来实现液体的流入和时间上的延时，从而满足其控制要求。根据控制要求，可以看出此程序是一个很典型
38、的顺序控制问题。这样就可以先按照搅拌设备的先后运行顺序画出相应的顺序功能图，然后在根据顺序功能图画梯形图，最后再用仿真软件对其进行调试仿真。这样就可以实现PLC对混合搅拌控制程序的设计。第二章 总体方案设计2.1方案设计整个设计过程是按思想工艺流程设计，为设备安装、运行和保护检修服务。设计的编写按照国家关于电气自动化工程设计中的电气设备常用基本图形符号（GB4728）及其他相关标准和规范编写。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
39、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，如果液体混合系统部分是一个较大规模工业控制系统的改造升级，新控制装置需要根据企业设备和工艺现况来构成并需尽可能的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控制系统中既需要处理模拟量也需要处理大量的开关量，系统的可靠性要高，人机交互界面友好，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
40、来确定系统方案。2.2 总体方案论证，系统是将计算机技术、PLC 、网络技术和工业自动化技术紧密结合起来，采用分布式的数据采集，集中式的数据处理。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
41、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。但工控机价格较高，将它用于开关量控制有些大材小用。且其外部I/O
42、接线一般都用于多芯扁平电缆和插头、插座，直接从印刷电路板上引出，不如接线端子可靠。 （4）可编程序控制器控制 可编程序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茧配制和设计外部接线图，同时采用梯形图语言编程，用软件取代继电器电器系统中的触点和接线，通过修改程序适应工艺条件的变化。 可编程控制器(PLC)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
43、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。由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。故选择PLC来实施本次设计。 (1) 开关量的逻辑控制 这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。 (2) 运动控制PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制，世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，
44、广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。 (3) 闭环过程控制过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。 (4) 数据处理现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。 (5) 通信及联网PLC
45、通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。2.3 系统方案的设计思想，控制系统简单、经济、使用和维护方便。物料混合设备要节能、安全、高效和满足生产及应用要求。 （1）可靠性高，抗干扰能力强高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。 （2）配套齐全，功能完善，适用性强PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可
46、以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。 （3）易学易用，深受工程技术人员欢迎 PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。 （4）系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大
47、为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。 （5）体积小，重量轻，能耗低 （6）硬件配套齐全，拥护使用方便，适应性强第三章 硬件设计3.1 硬件选型，根据PLC的输入、出点数，控制功能选择适用型号的PLC 3.1.1 PLC机型选择 机型选择的基本原则是在满足控制功能要求的前提下，保证系统工作可靠、维护使用方便及最佳的性能价格比。具体应考虑的因素如下所述。 （1）结构合理 对于工艺过程比较固定、环境条件较好、维修量较小的场合，选用整体式结构的PLC；否则，选用模块式结构的PLC，物料混合控制系统的设计选用整体式结构的PLC能够达到要求。 （2）功能强、弱适当 对于开关量控制的工程项目，若控制速度要求不高，一般选用低档的PLC，西门
