基于PLC的多种液体混合控制系统的设计毕业论文

梯形图、逻辑图或语句表等编程语言，而只需要对计算机知识的简单了解，因此系统开发周期短，现场调试容易。另外，可在线修改程序，改变控制方案而无需拆动任何硬件或其他任何外部设备。(3)能适应各种恶劣的运行环境，抗干扰能力强，可靠性强。（4）并且用PLC控制的设备，在因PLC出现问题时，维护简单方便。

图2. PLC的结构图

3.2 PLC的工作原理

当可编程序逻辑控制器投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段,完成上述三个阶段称作一个扫描周期。 （1）输入采样阶段

在输入采样阶段，可编程逻辑控制器以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应的单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。

（2）用户程序执行阶段

在用户程序执行阶段，可编程逻辑控制器总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路

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进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。即在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。在程序执行的过程中如果使用立即I/O指令则可以直接存取I/O点。即使用I/O指令的话，输入过程影像寄存器的值不会被更新，程序直接从I/O模块取值，输出过程影像寄存器会被立即更新，这跟立即输入有些区别。 （3）输出刷新阶段

当扫描用户程序结束后，可编程逻辑控制器就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是可编程逻辑控制器的真正输出。

3.3 基于PLC控制系统的控制要求与设计要求

3.3.1 控制要求

（1）在初始状态下，液体混合装置是空的，Y1，Y2，Y3，Y4电磁阀均为关闭状态，L1，L2，L3液位传感器也为关闭的状态，加热器，搅拌电机均不工作。 （2）进入启动操作后，按一下启动按钮，开始下列操作：Y1，Y2电磁阀打开，液体A和液体B同时流入混合液体控制装置，当液面到达L2时，液位传感器动作，使Y1，Y2电磁阀关闭，Y3电磁阀开启，液体C开始流入装置。当液面到达L1时，Y3电磁阀关闭，搅拌电动机M启动，开始搅拌。经过10S搅拌均匀后，搅拌电动机停止搅拌，同时加热器M启动，加热器开始加热混合液体。当混合液体温度达到设定的指定值时，温度传感器T动作，加热器H停止加热，Y4电磁阀开启，开始放出混合液体。当液面降到L3时，再经过5S后，容器放空，Y4电磁阀关闭，开始下一个周期。

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（3）进入停止操作后，按下停止按钮，在当前混合操作处理完毕后，才停止操作。

3.3.2 设计要求

根据生产设备工作方面及其它方面的需要，本次设计要达到如下设计要求： （1）要求本次设计的控制装置采用PLC技术实现; （2）要能完全满足控制要求；

（3） 按下停止按钮后，要将当前的混合操作处理完毕后，才停止操作

3.4 液体混合控制系统的PLC选型

在一个系统中的PLC选型问题是非常重要的，它是一个系统的硬件部分一个必不可少的部分。PLC的选型主要考虑它的经济性、使用性，并且还应该很好的满足一个系统的正常运行，我们首先考虑PLC的I/O，我们必须满足，不能少于它的最低数，在本系统中需要13个输入口和14个输出口。通常来说，我们一般选择比所需要多10%~20%的点数的PLC，有多余的余量，对于以后的系统的升级有很好的提升空间。其次，我们应该考虑它的容量问题，程序的容量必须小于PLC的总容量。第三，我们应该考虑所选取的PLC应该满足的功能，在多种液体混合控制系统中，我们需要实现运算、控制、通信、编程、诊断等功能。并且在这个系统中，PLC应该有很快的运行速度，能够及时的、实时的处理每一个原件所反映过来的状态，并且迅速的做出回应。 PLC采用扫描的工作方式，从实时性这个要求来看，处理速度需要越快越好。如果信号持续时间小于周期扫描时间，则PLC就会出现扫描不到该信号的情况，造成信号数据的丢失，并且出现处理错误。 处理速度与用户程序的长度以及所要运行程序的复杂度、软件质量、CPU的处理速度等有关。目前而言，PLC的接点响应速度快、速度高，每一条二进制指令的执行时间大约0.2～0.4Ls，所以能适应控制要求高、相应要求快、处理的准确性高的应用需要。对于PLC来说，其扫描周期（也就是处理器扫描周期）应该满足：小型的PLC的扫描时间不大于0.5ms/K，大中型的PLC扫描时间不大于0.2ms/K。

对于PLC的输入/输出模块来说，输入/输出模块选择应该考虑与应用的要求

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要统一。例如：对于输入模块来说，应考虑信号电平、信号的传输距离、信号隔离方式和信号供电方式等方面的应用要求。对于输出模块而言，应考虑选用的PLC的输出模块类型。通常继电器输出模块具有价格低、使用电压的范围广、寿命短和响应的时间较长等特点；而可控硅输出模块则适用于开关频繁和电感性、低功率因数负荷的场合，但价格比较贵，过载能力比较差。输出模块还有直流输出、交流输出和模拟量输出等方式，要注意选择的PLC与应用要求应一致。 再就是考虑PLC的电源问题，一般选择的是与电源供给电压相一致的工频220V的交流电。其次就是考虑经济性，对于PLC而言，输入/输出的点数对每一个PLC的价格有直接的影响。每增加一块输入/输出卡件就需增加一部分的费用。当点数增加到某一个数值后，相应的存储器容量、机架、母板等每一个部件也需要相应增加。因此，点数增加对CPU的选用、存储器的容量、控制功能的范围等选择都有影响。因此，在估算和选用PLC时应充分考虑每一方面的问题，使整个的控制系统有合理的性价比。因此，根据以上各个方面的综合考虑，选用西门子的S7-200系列的PLC。

4 程序设计及调试

4.1 I/O分配

在绘制PLC外部接线图之前，我们需要对要用到的I/O点进行地址分配，以明确PLC芯片I/O接口以及有助于后面要进行的PLC程序设计。

根据三种液体混合控制系统的控制要求，我们可以得出控制系统的PLC控制输入量：启动按钮SB1、停止按钮SB2、液位传感器L1，液位传感器L2，液位传感器L3，温度传感器T；控制输出量：搅拌电机M，电磁阀Y1，电磁阀Y2，电磁阀Y3，电磁阀Y4，加热器H。并对它们进行I/O点分配。如表1所示为控制系统I/O点分配表。

表1

输入设备 输入点编号 输出设备 输出点编号 9