广东岭南职业技术学院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 1目录前言1第1章 绪言2第2章 液体混合装置的控制的硬件设计52.1液体混合装置结构及控制要求52.2 硬件选用62.2.1选择接触器62.2.2选择搅拌电机72.2.3选择断路器82.2.4选择液位传感器92.2.5选择电磁阀102.3 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143.1控制要求及分析143.2两种液体混合装置的输入/输出分配163.3两种液体混合装置的输入/输出接线图173.4两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224.1组态王选择224.2组态画面监视设计22第5章 系统常见故障分析及维护295.1 系统常见故障分析及维护295.2 系统故障分析及处理295.3 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C60PC20H C20PC40P 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：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。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、F3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1895A（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。3 工作条件 海拔高度不超过2000米；周围环境温度：-5+40；空气相对湿度：在40时不超过50%，低温时允许有较大的相对湿度；大气条件：没有会引起爆炸危险的介质，也没有会腐蚀金属和破坏绝缘的气体和导电尘埃 。安装位置：安装面与垂直面的倾斜度不超过5；在无显著摇动和冲击的地方；在没有雨雪侵袭的地方；控制电压允许变动范围：8