河北农业大学 本科毕业论文(设计)
题 目： 基于PLC的液体混合装置控制系统
学 院： 机电工程学院 专业班级：机械设计制造及其自动化0703班 学 号： 070301 学生姓名： 刘利宝 指导教师姓名： 李晨光 指导教师职称： 助教
二O一一 年 六 月 六 日
摘 要
随着科技的发展，PLC 的开发与应用把各国的工业推向自动化、智能化。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。本次设计主要是对两种液体混合搅拌机 PLC 控制系统的设计，在设计中针对控制对象：三只传感器监视容器高、中、低的液位，设三电磁阀控制液体A、B输入与混合液体C输出，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：启动后开阀放出混合液体C，到其低液位后延时2S放空后关阀，放入液体A经其低液位再注入至中液位，关A，放液体B至高液位，关B，启动搅拌电机M，搅6S后停，开阀放出混合液体C，至其低液位后延时2S放空后关阀，又重复上述过程，要求工作过程中按下停止按钮后搅拌器不会立刻停止工作，对当前混合操作处理完毕后才停止搅拌器。本设计采用德国西门子S7系列S7-200PLC以液体混料控制系统为中心，从控制系统的硬件系统组成，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），旨在对其中的设计及制作过程做简单的介绍和说明。
关键词：液体混料装置，自动控制，PLC，电动机，传感器。
ABSTRACT
ABSTRACT
With the development of science and technology, the development and application of PLC
puts the countries of industry into automation and intelligence. Strong anti-interference ability to make it in the industry replaced the micro-computer to facilitate software programming to enable him to replace the relay of complex connections, flexible, convenient and efficient.
The system is mainly of two liquids mixing and blending machine PLC control system, for controlling the object in the design: three sensors high, medium and low level, The three solenoid control liquid A, B input and the mixed liquid C output, set stirring motor M. Mixer is a two or more above the mixing material system, on the mixer control, related to the quality of the product, process is: A post placed in the liquid to be injected by the low level of liquid level, the relevant .A up to high level of liquid B, cut off B, start stirring motor M, after mixing 6S stop, open mixed liquid release valve C, the low level off after the delay after 2S emptying valve, then repeat the process, the course work is required. Press the Stop button to stop working immediately after the mixer is not on the current operations have been disposed of to stop mixing blender. This design uses the Germen Siemens to liquid mixture series ofS7 of S7-200 PLC control system for the center, from the control system hardware system components, software used to the system design process (including design, design process, design requirements, ladder design, external Connect Communications, etc.), aims to design and manufacturing process which presents a brief introduction and explanation.
KEY WORDS: liquid mixing equipment, automatic control, PLC, motor, sensor.
目 录
目 录
前 言 ............................................................ 1 1 液体混合装置的方案设计 ......................................... 3
1.1方案设计原则 ......................................................... 3
1.2系统的总体设计要求 ................................................... 3 1.3总体结构设计方案 ..................................................... 3 1.4控制对象分析 ......................................................... 4
2 液体混合装置的硬件设计 ......................................... 5
2.1 PLC的选择 .......................................................... 5
2.1.1中央处理单元（CPU) ............................................ 5 2.1.2 存储器的选择 ................................................... 5 2.1.3 I/O 配置 ....................................................... 5 2.1.4 电源配置 ....................................................... 5 2.2 接触器、熔断器的选择 ................................................ 5
2.2.1 接触器用途 ..................................................... 6 2.2.2 接触器工作条件 ................................................. 6 2.2.3 接触器结构特征 ................................................. 6 2.2.4 熔断器的选择 ................................................... 6 2.3 搅拌电机的选择 ...................................................... 6
2.3.1 功率的选择 ..................................................... 6 2.3.2 种类和型式的选择 ............................................... 7 2.3.3 电压和转速的选择 ............................................... 7 2.4断路器的选择 ......................................................... 7 2.5 液位传感器的选择 .................................................... 7 2.6 电磁阀的选择 ........................................................ 8
2.6.1 入罐液体电磁阀的选择 ........................................... 8 2.6.2 出罐液体电磁阀的选择 ........................................... 8 2.7 热继电器的选择 ...................................................... 8 2.8 PLC I/O点分配 ....................................................... 8
2.8.1分析原理 ....................................................... 9 2.8.2 PLC 的 I/O 接线图 ............................................. 9 2.9 主电路的设计 ........................................................ 9
3 液体混合装置的软件设计 ........................................ 11
3.1分析控制要求 ........................................................ 11
3.2分析梯形图 .......................................................... 11
3.2.1梯形图执行原理分析 ............................................ 11 3.2.2主程序梯形图 .................................................. 11
4 系统常见故障分析及维护 ........................................ 12
4.1 系统常见故障分析及维护 ............................................. 12
目 录
4.2 系统故障分析及处理 ................................................. 12
4.2.1 PLC主机系统故障分析及处理 .................................... 12 4.2.2 PLC的 I/O 端口系统故障分析及处理 ............................. 12 4.2.3 现场控制设备故障分析及处理 .................................... 12 4.3 系统抗干扰性的分析和维护 ........................................... 13
4.3.1电源的干扰 .................................................... 13 4.3.2感应电压的干扰 ................................................ 13 4.3.3输入输出信号的干扰 ............................................ 13 4.3.4外部配线干扰 .................................................. 13
结 论 ........................................................... 14 谢 辞 ........................................................... 15 参考文献 ........................................................ 16 附 录 ........................................................... 17
前 言
前 言
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，产品生产正想缩短生产周期、降低成本、提高生产质量等方向发展。一些行业中多为易燃易爆、有毒有腐蚀性的介质，以至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，借助实验室设备熟悉工业生产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。
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“自然语言”编程，生产一种新型的工业通用继电器，使人们不必花费大量的精力进行计算机编程，也能方便地使用。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实验获得了成功。
可编程控制器(Programmable Controller)简称 PC，人们将最初用于逻辑控制的可编程 器叫做PLC(Programmable Logic Controller)，通常也称为可编程控制器。它是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术而发展起来的一种通用的工业自动控制装置；它具有自动化程度高、可靠性好、设计周期短、使用和维护简便等独特优点，本系统采用在工业领域有着广泛应用德国西门子S7系列S7-200PLC作为主控制器。
PLC 的发展经历了以下几个阶段：
(1)初始阶段：第一台PLC的问世到70年代中期产品主要用于逻辑运算和计时、计数运算，CPU由中小规模的集成电路组成，控制功能较简单。因为它能完成逻辑运算功能，又被称为可编程序逻辑控制器(PLC)。典型的产品：MODICON公司的084、ALLEN-BADLEY公司的PDQ－II、DEC公司的PDP－14。
(2)扩展阶段：70年代中期到70年代末期产品主要在控制功能上得到较大的发展，来自两个方面：①从可编程序控制器发展的控制器－完成的是逻辑运算及扩展了其它运算功能，称之为可编程序控制器即PLC；②从模拟仪表发展的控制器－完成的是模拟运算及扩展其它逻辑运算功能，称之为单回路或多回路控制器。典型的产品：MODICON公司184，284和384、西门子公司的SIMATIC S3系列等。
(3)通讯开放阶段：70年代末期到80年代中期至现在。与计算机通讯的发展相联系，初步形成了分布式的通讯网络体系，但各制造厂各自为政，通讯系统自成体系，产品的功能得到发展，可靠性也大大提高。开放系统的提出，使PLC得到了较大的发展，主要表现在通讯系统的开放，这期间产品的规模增大功能不断的完善，大中型产品多数有 CRT 显示功能，采用标准软件，增加高级编程语言等。典型的产品：西门子公司的 SIMATIC S6 系列、GOULD 公司的 M84，西门子公司的 SIMATIC S5 系列、ALLEN－BRADLEY公司的PLC－5等。
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，
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前 言
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要它，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、生产流水线等方面的逻辑控制，都广泛应用PLC来取代传统的继电气控制。本次设计是将 PLC 用于两种液体混合灌装设置的控制，对学习与实用是很好的结合。
本设计的主要研究范围及要求达到的技术参数是液体灌装机能够实现对混料罐：安全、高效的加料、混料、出料的控制；满足混料罐的各项技术要求；具体内容包括两种液体混料控制方案的设计、软硬件电路的设计、常见故障分析等等。
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1 液体混合装置的方案设计
1 液体混合装置的方案设计
1.1方案设计原则
整个设计过程是按工艺流程设计，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：工程对电气控制线路提供的具体资科，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，液体混合系统部分是一个较大规模工业控制系统的改适升级，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，现在就这个问越的如何实现以及选择怎样的方法来确定系统方案。
1.2系统的总体设计要求
在该混合液体装置中，需要完成两种液体的进料、混合、卸料的功能，控制要求如下： 本装置为两种液体混合装置，SL1、SL2、SL3为高、中、低液面传感器，液体A、B阀门与混合液阀门C由电磁阀YV1、YV2、YV3控制，M为搅动电机。
初始状态：装置投入运行时，液体A、B阀门关闭，混合液体阀门打开2S将容器放空后关闭。
启动操作：按下启动按钮SB1，装置就开始按下列约定的规律操作：
液体A阀门打开，液体A流入容器。当液面达到SL2时，SL2接通，关闭液体A阀门，打开液体B阀门。液面达到SL1时，关闭B液体阀门，搅动电机开始搅动。搅动电机工作6S后停止搅动，混合液体阀门打开，开始放出混合液体。当液面下降到SL3时，SL3由接通变成断开，再过2S后，容器放空，混合液阀门关闭，开始下一周期。
停止操作：按下停止按钮SB2，在当前的混合液操作处理完毕后，才停止工作（停在初始状态）。
（1）本设计主要实现对混料罐的加料、混料、出料的控制。
（2）本设计使用液位 H、I、L 3个传感器控制液体 A 液体、B 的进入和混合夜排出的 3个电磁阀门及搅拌机的启停。 1.3总体结构设计方案
H、I、L分别为高、中、低液位传感器，液位淹没时接通，液体 A、B电磁阀与混合液电磁阀C由 YV1、YV2、YV3 控制，M为搅匀电动机如图1-1所示。
3
1 液体混合装置的方案设计
液体B
H I L
M
图1-1 搅拌控制系统示意图
液体A
起动 停止
混合液C
1.4控制对象分析
控制要求：如图 1-1 所示，SL1(H)、SL2(I)、SL3(L)为 3个液位传感器，液体淹没时接通。进液阀 Q0.0、Q0.1分别控制 A 液体和 B 液体进液，出液阀Q0.2控制混合液体出液。
（1）初始状态：当装置投入运行时，进液阀Q0.0、Q0.1关闭，出液阀Q0.2打开2秒将容器中的残存液体放空后关闭。
（2）起动操作：按下起动按钮SB1，液体混合装置开始按以下顺序工作：
1）进液阀 Q0.0 打开，A液体流入容器，液位上升。
2）液位上升到 SL2(I)处时，进液阀 Q0.0 关闭，A 液体停止流入，同时打开进液阀 Q0.1，B液体开始流入容器。
3）液位上升到 SL1(H)处，进液阀 Q0.1 关闭，B液体停止流入，同时搅拌电动机开始工作。
4）混合液体搅拌。
5）当搅拌电机搅拌均匀后停止搅拌，放液阀 Q0.2 打开，开始放液，液位开始下降。 6）液位下降到 SL3(L)处时，开始计时且装置继续放液，将容器放空，计时满 2 秒后关闭放液阀 Q0.2，自动开始下一个循环。
（3）停止操作：工作循环完成后再停止。工作中，若按下停止按钮 SB2，装置不会立即停止，而是完成当前工作。
4
2 液体混合装置的硬件设计
2 液体混合装置的硬件设计
2.1 PLC的选择
可编程控制器(PLC)是一种将计算机技术、自动控制技术和通信技术结合在一起的新型工业自动控制设备，不仅能实现对开关量信号的逻辑控制，还能实现与上位计算机等智能设备之问的通信。因此，将可编程控制器应用于多种液体混合灌装机，完全能满足控制要求。且具有操作简单，运行可靠、工艺参数修改方便、自动化程度高等优点。
在本控制系统中，所需的开关量输入为 5 点，开关量输出为 4 点，考虑到系统的可扩展性和维修的方便性，选择模块式PLC。由于本系统的控制是顺序控制，选用西门子S7-200 PLC作控制单元来控制整个系统。
S7-200 PLC的一般结构包括CPU(中央处理单元)、存储器、输入／输出接口电路、电源、外设接口、I/O扩展接口。 2.1.1中央处理单元（CPU)
CPU一样，PLC中的 CPU 也是整个系统的核心部件，主要有运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的地址总线、数据总线和控制总线构成，此外还有外围芯片、总线接口及有关电路。CPU在很大程度上决定了PLC整体性能。 2.1.2 存储器的选择
存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。PLC常用的存储器类型有RAM、EPROM、EEPROM 等。 2.1.3 I/O 配置
输入模块和输出模块通常称为 I/O 模块或 I/O 单元。PLC 的对外功能主要是通过各 种 I/O 接口模块与外界联系而实现的。输入模块和输出模块是 PLC 与现场 I/O 装置或设备之间的连接部件。起着 PLC 与外部设备之间传递信息的作用。通常 I/O 模块上还有状态显示和 I/O 接线端子排，以便于连接和监视。 2.1.4 电源配置
每个S7-200 CPU模块均提供一个24V直流传感器电源和一个5V直流电源。 24V直流传感器电源可以作为CPU本机和数字量扩展模块的输入、扩展模块（如模拟量模块）的供电电源以及外部传感器电源使用。如果容量不能满足所有需求，则必须增加外部24V直流电源。 2.2 接触器、熔断器的选择
可根据所控制负载的工作任务选择相应使用类别的接触器，选用 CJX1-9，220V 型接触器。
5
2 液体混合装置的硬件设计
2.2.1 接触器用途
CJX1 系列交流接触器适用于交流 50Hz 或 60Hz，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。 2.2.2 接触器工作条件
海拔高度不超过2000米；周围环境温度：-25～40℃；空气相对湿度：在40℃时不超过50%，在较低温度下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。 2.2.3 接触器结构特征
总体结构：接触器为 E字形铁芯，双断点触头的直动式运动结构。接触器动作机构灵活，手动检查方便，结构设计紧凑，可防止外界杂物及灰尘落入接触器活动部位，接触器外形尺寸小巧，安装面积小。安装方式可用螺钉坚固，具有装卸迅速、方便之优点。 触头系统：主触头、辅助触头均为桥式双断点结构，触头材料由导电性能优越的银合金制成，具有使用寿命长及良好的接触可靠性，并由阻燃性材料阻挡电弧向外喷溅，保证人身及邻近电器的安全。
磁系统：9～38A 接触器的磁系统是通用的，电磁铁工作可靠、损耗小、具有很高的机械强度，线圈的接线端装有电压规格的标志牌，标志牌按电压等级著有特定的颜色，清晰醒目，接线方便，可避免因接错电压规格而导致线圈烧毁。 2.2.4 熔断器的选择
选择熔断器类型时，主要依据负载的保护特性和短路电流的大小。例如，用于保护照明和电动机的熔断器，一般是考虑它们的过载保护，这时，希望熔断器的熔化系数适当小些。所以，容量较小的照明线路和电动机宜采用熔体为铅锡合金熔断器，而大容量的照明线路和电动机，除过载保护外，还应考虑短路时分断短路电流的能力。若短路电流较小时，可采用熔体为锡质的熔断器。用于车间低压供电线路的保护熔断器，一般是考虑短路时的分断能力。当短路电流较大时，宜采用具有高分断能力的熔断器。当短路电流相当大时，宜采用有限流作用的熔断器。 2.3 搅拌电机的选择
三相异步电动机应用非常广泛，因而正确的选择电动机显得极为重要。三相异步电动机的选择包括它的功率、种类、方式、电压和转速等。 2.3.1 功率的选择
合理选择电动机的功率是运行安全和经济的可靠保证。所选电动机的功率是由生产机械所需的功率确定的。
(1)连续运行电动机功率的选择
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2 液体混合装置的硬件设计
连续运行电动机功率的选择原则：对于连续运行的电动机，若负载是恒定负载，先算出生产机械的功率，所选电动机的额定功率稍大于或等于生产机械功率（即若负载是变化的，计算比较复杂，通常根据生产机械负载的变化规律求出等效的恒定负载，然后选择电动机）。
(2)短时运行电动机功率的选择
短时运行电动机功率的选择原则：通常是根据过载系数λ来选择短时运行电动机的功率。（原因由于发热惯性，在短时运行时可以容许过载。工作时间愈短，过载可以愈大。但电动机的过载是受限制的）电动机的额定功率是生产机械所要求功率的1/λ。 2.3.2 种类和型式的选择
种类选择原则：主要从交流或直流、机械特性、调速与起动性能、维护及价格等方面来考虑。
结构型式选择原则：根据生产机械的周围环境条件来确定。电动机常用的结构型式有：开启式、防护式、封闭式、防爆式。 2.3.3 电压和转速的选择
电压等级选择原则：要根据电动机类型、功率以及使用地点的电源电压来决定。Y 系列笼型电动机的额定电压只有380V一个等级；大功率异步电动机才采用3000V、 6000V 的电压等级。
转速选择原则：根据生产机械的要求而选定。
Y 系列三相异步电动机是一般用途低压三相鼠笼型异步电动机基本系列。该系列可以满足国内外一般用途的需要，机座范围80-315，是全国统一设计的系列产品。Y 系列电动机具有高效、节能、性能好、振动小、噪声低、寿命长、可靠性高、维护方便、起动转矩大等优点。安装尺寸和功率等级完全符合 IEC 标准。采用 B 级绝缘、外壳防护等级为 IP44，冷却方式 IC418。 2.4断路器的选择
适用范围：DZ47-63 系列小型断路器，主要用于交流 50Hz，额定工作电压至 380V，额定电流至 63A，额定短路分断能力不超过 6000A 的配电线路中，作为过载和短路保护之用，亦可作为线路不频繁通断操作与转换之用。 2.5 液位传感器的选择
本设计选LSF-2.5液位传感器。
其中“L”表示光电的，“S”表示传感器，“F”表示防腐蚀的，“2.5”为最大工作压力。 LSF 系列液位开关可提非常准确、可靠的液位检测，其原理是依据光的反射折射原理，当没有液体时，光被前端的棱镜面或球面反射回来；有液体覆盖光电探头球面时，光被折射出去，这使得输出发生变化，相应的晶体管或继电器动作并输出一个开关量。应用此原理可制成单点液位开关。光电液位开关具有较高的环境适应能力，LSF在耐腐蚀方面有较好的抵抗能力。
相关元件主要技术参数如下： (1)工作压力可达2.5Mpa； (2)工作温度上限为+125℃；
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2 液体混合装置的硬件设计
(3)触点寿命为100万次； (4)触点功率为70W； (5)开关电压为24V； (6)切换电流为0.5A。 2.6 电磁阀的选择
2.6.1 入罐液体电磁阀的选择
入罐液体的选用VF4-25型电磁阀。
其中“V”表示电磁阀， “F”表示防腐蚀，4 表示设计序号，25 表示口径（mm)宽度。 相关元件主要技术参数及原理如下： l. 材质：聚四氟乙烯。使用介质：硫酸、盐酸、有机溶剂、化学试剂等酸碱性液体；2. 介质温度≤150℃／环境温度-20℃—+60℃；3. 使用电压：220V 50HZ/24V 60HZ ；4.功率：2.5KW；5. 操作方式：常闭：通电打开，断电关闭，动作响应迅速，高频率。 2.6.2 出罐液体电磁阀的选择
出罐液体的选用 AVF-40 型电磁阀。
其中“A”表示可调节流量，“V”表示电磁阀，“F”表示防腐蚀，40 为口径（mm） 相关元件主要技术参数及原理如下：1.其最大特点就是能通过设备上的按键设置来控制流量，达到定时排空的效果；2.其阀体材料为：ABS，有比较强的抗腐蚀能力；3.使用电压：AC:220V 50HZ/60HZ DC:24V；4.功率：AC:5KW。 2.7 热继电器的选择
JR16B-60/3D 型热继电器，相关元件主要技术参数如下： (l) 额定电流为20(A)
(2)热元件额定电流为 32/45(A) 2.8 PLC I/O点分配
表 2-1 输入和输出设备及 I/O 点分配表
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9
设备/信号类型 设备名称 启动按钮SB1 停止按钮SB2 信号地址 I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 I0.4 Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 输入 高液位传感器 中液位传感器 低液位传感器 液体电磁阀YV1 液体电磁阀YV2 混合液体电磁阀YV3 搅匀电动机接触器KM 8
输出 2 液体混合装置的硬件设计
2.8.1分析原理
分析控制任务：
共需要5个数字量输入和4个数字量输出，CPU型号选择S7-200PLC的CPU224，可以使用2个数字量输出扩展模块EM22(DC24V)或使用一个数字量输入/输出混合扩展模块。
分析控制要求：
输入输出设备。SL1(H)、SL2(I)、SL3(L)为3个液位传感器，液体淹没时接通。进液阀 Q0.0、Q0.1分别控制A液体和B液体进液，出液阀控制混合液体出液。 控制要求：
本装置为两种液体混合装置，SL1、SL2、SL3为高、中、低液面传感器，液体A、B阀门与混合液阀门C由电磁阀YV1、YV2、YV3控制，M为搅动电机。
初始状态：装置投入运行时，液体A、B阀门关闭，混合液体阀门打开2S将容器放空后关闭。
启动操作：按下启动按钮SB1，装置就开始按下列约定的规律操作：
液体A阀门打开，液体A流入容器。当液面达到SL2时，SL2接通，关闭液体A阀门，打开液体B阀门。液面达到SL1时，关闭B液体阀门，搅动电机开始搅动。搅动电机工作6S后停止搅动，混合液体阀门打开，开始放出混合液体。当液面下降到SL3时，SL3由接通变成断开，再过2S后，容器放空，混合液阀门关闭，开始下一周期。
停止操作：按下停止按钮SB2，在当前的混合液操作处理完毕后，才停止工作（停在初始状态）。 2.8.2 PLC 的 I/O 接线图
根据表2-1输入和输出设备及I/O点分配表画出I/O主要接线图如2-1所示：
1M
I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 I0.4 L+ M
图2-1
SB1 SB2 SL1 SL2 SL3 Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5 Q0.6 Q0.7 1L
PLC I/O 接线图
YV1 YV2 YV3 KM 电机 HL1 HL2
2.9 主电路的设计
根据以上所选的 CJX1-9，220V 型接触器、DZ47-63系列小型断路器、JR16B-60/3D 型
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2 液体混合装置的硬件设计
热继电器和型号为 Y90S-6/0.75KW 的电动机可画出其硬件接线图，如图2-2所示。
L1 L2 L3
QF
KM
M
图2-2 Y90S-6/0.75电动机
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FU
FR
3 液体混合装置的软件设计
3 液体混合装置的软件设计
3.1 分析控制要求
通过分析控制任务要求，本系统需要有复位功能和自动运行功能，可以使用模块化程序设计，将复位功能和自动控制功能分别使用两个子程序实现。
而系统运行指示、产量显示和产量上限显示指示等功能均在主程序中实现。对于复位功能程序设计，鉴于控制功能简单，可以采用经验编程法进行程序设计；而对于自动控制功能，由于混料操作属于典型的顺序控制，可以采用顺序控制功能图进行程序设计。
在该系统程序设计中，对于顺序控制的每一步的状态使用 M 存储器进行存储，另外最好再设计几个中间状态，以方便程序调用和编程。 3.2分析梯形图
3.2.1 梯形图执行原理分析
(1)初始状态
当装置投入运行时，进液阀 Q0.0、Q0.1 关闭，出液阀 Q0.2打开2秒将容器中的残存液体放空后关闭。 (2)起动操作
按下起动按钮SB1，液体混合装置开始按以下顺序工作：
1）进液阀Q0.0 打开，A 液体流入容器，液位上升。
2）当液位上升到SL2(I)处时，进液阀Q0.0关闭，A液体停止流入，同时打开进液阀Q0.1，B液体开始流入容器。
3）当液位上升到SL1(H)处，进液阀Q0.1关闭，B液体停止流入，同时搅拌电动机开始工作。
4）混合液体搅拌2秒。
5）当搅拌电机正反转几次后停止搅拌，放液阀Q0.2打开，开始放液，液位开始下降。 6）当液位下降到 SL3(L)处时，开始计时且装置继续放液，将容器放空，计时满 2 秒后关闭放液阀 Q0.2，自动开始下一个循环。 3.2.2主程序梯形图
参见附图。
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4 系统常见故障分析及维护
4 系统常见故障分析及维护
为了延长 PLC 控制系统的寿命，在系统设计和生产使用中要知道该系统的没备消耗、 元器件设备故障发生点等整个系统哪些部件最容易出故障，以便采取措施。 4.1 系统常见故障分析及维护
系统故障一般指整个生产控制系统失效的总和，它又可分为 PLC 故障和现场生产控 制设备故障两部分。PLC系统包括中央处理器、主机箱、扩展机箱、I/0 模块及相关的网络和外部设备。现场生产控制设备包括 I/O 端口和现场控制检测设备，如继电器、接触器、阀门、电动机等。 4.2 系统故障分析及处理
4.2.1 PLC主机系统故障分析及处理
PLC主机系统最容易发生故障的地方一般在电源系统，电源在连续工作，散热中，电压和电流的波动冲击是不可避免的。系统总线的损坏主要由于现在PLC多为插件结构，长期使用插拔模块会适成局部印刷板或底板、接插件接口等处的总线很坏，在空气温度变化、湿度变化的影响下，总线的塑料老化、印刷线路的老化、接触点的氧化等都是系统总线损耗的原因。所以在系统设计和处理系统故障的时候要考虑到空气、尘埃、紫外线等因素对设备的破坏。目前PLC的主存储器大多采用可写ROM，其使用寿命除了主要与制作工艺相关外，还和底板的供电、CPU 模块工艺水平有关。而 PLC 的中央处理器目前都采用高性能的处理芯片，故降率已经大大下降。对PLC主机系统的故障的预防及处理主要是提高集中控制室的管理水平，加装降温描施，定期除尘，使 PLC 的外部环境符合其安装运行要求；同时在系统维修时，严格按照操作规程进行操作，谨防人为的对主机系统造成损害。 4.2.2 PLC的 I/O 端口系统故障分析及处理
PLC的技术优势在于其 I/O 端口，同时PLC最大的薄弱环节在 I/0 端口。在主机系统的技术水平相差无几的情况下，I/O 模块是体现 PLC 性能的关键部件，因此它也是 PLC 损坏中的突出环节。要减少 I/O 模块的故障就要减少外部各种干扰对其影响，首先要按照其使用的要求进行使用，不可随意减少其外部保护设备，其次分析主要的干扰因素，对主要干扰源要进行隔离或处理。 4.2.3 现场控制设备故障分析及处理
在整个过程控制系统中最容易发生故障地的地点在现场，现场中最容易出故障的有以下几个方面。
第 1 类故障点是在继电器、接触器。
PLC 控制系统的日常维护中，电气备件消耗量最大的为各类继电器或空气开关。主要原因除产品本身外，就是现场环境比较恶劣，接触器触点易打火或氧化，然后发热变形直至不能使用。所以减少此类故障应尽量选用高性能继电器，改善元器件使用环境，减少更换的频率，以减少其对系统运行的影响。
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4 系统常见故障分析及维护
第 2 类故障多发生在阀门等设备。
因为这类设备的关键执行部位，利用电动执行机构推拉阀门或闸板的位置转换，机械、电气、液压等各环节稍有不到位就会产生误差或故障。长期使用缺乏维护，机械、电气失灵是故障产生的主要原因，因此在系统运行时要加强对此类设备的巡检，发现问题及时处理。
第 3 类故障点是传感器和仪表。
这类故障在控制系统中一般反映在信号的不正常。这类设备安装时信号线的屏蔽层应单端可靠接地，并尽量与动力电缆分开敷设，特别是高干扰的变频器输出电缆，而且要在 PLC 内部进行软件滤波。这类故障的发现及处理也和日常点巡检有关，发现问题应及时处理。
4.3 系统抗干扰性的分析和维护
由于 PLC 是专门为工业生产环境设计的装置，因此一般不需要再采取特殊措施就能直接用于工业环境中。但如果工作环境过于恶劣，如干扰特别强烈，可能使 PLC 引起错误的输入信号；运算出错误的结果；产生出错误的输出信号；造成错误的动作，就不能保证控制系统正常、安全运行。因此为提高控制系统的可靠性，在设计时采取相应有效的抗干扰措施是非常必要的。外界干扰的主要来源有： 4.3.1电源的干扰
供电电源的波动以及电源电压中高次谐波产生的干扰。 4.3.2感应电压的干扰
PLC 周围邻近的大容量设备启动和停止时，因电磁感应引起的于扰；其它设备或空中强电场通过分布电容串入 PLC 引起的干扰。 4.3.3输入输出信号的干扰
输入没备的输入信号线间寄生电容容易引起的差模干扰和输入信号线与大地间的共模干扰；在感性负载的场合，输出信号由断开—闭合时产生的突变电流和由闭合—断开的反向感应电势以及电磁接触器的接点产生电弧等产生的干扰。 4.3.4外部配线干扰
因各种电缆选择不合理，信号线绝缘降低，安装、布线不合理等产生的干扰。 提高 PLC 控制系统抗干扰性能的措施： (1)科学选型；
(2)选择高性能电源，抑制电网干扰； (3)正确选择接地点，完善接地系统； (4)柜内合理选线配线，降低干扰。
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结 论
结 论
在众多生产领域中，经常需要对贮槽、贮罐、水池等容器中的液位进行监控，目前已有许多企业采用先进控制器对传统接触控制进行改造，大大提高了控制系统的可靠性和自控程度，为企业提供了更可靠的生产保障。本文在此介绍一种采用可编程控制器（PLC）对液位进行监控的一种方法，其电路结构简单，投资少，监控系统不仅自动化程度高，还具有在线修改功能，灵活性强，适用于多段液位监控场合。
应用PLC作为主控制器设计液体混合控制系统，完成两种液体的混合和搅拌工艺。通过课设计，使我们的综合素质和动手能力有所提高，能够真正做到自己发现问题、分析问题和解决问题。通过本课程设计的使我们掌握PLC的软、硬件结构、工作原理、指令系统和梯形图编程的基本方法，以及开发PLC控制生产过程的基本方法。使我们能初步对生产过程或设备的PLC控制系统进行开发、设计并了解PLC与PC之间的网络化通信控制，为毕业后从事工业生产过程自动化打下良好的基础。
本设计主要阐述液体混合装置的自动控制，实现液体混料全过程：即进料、混料、出料的自动控制。其系统结构简单，运行稳定可靠。使用了西门子 S7-200 型号 PLC，设计了控制程序。
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谢 辞
谢 辞
本文是在李老师的悉心指导下完成的。导师为论文课题的研究提出了许多指导性的意见，为论文的撰写、修改提供了许多具体的指导和帮助。指导老师渊博的专业知识，严谨的治学态度，精益求精的工作作风，朴实无华的人格魅力对我影响深远。不仅使我掌握基本的研究方法，还使我明白了许多待人接物与为人处事的道理。在此，我谨向指导老师表示崇高的敬意和忠心的感谢！
此外，在本论文的设计当中，还得到了多位老师的指导和帮助，他们无私奉献，兢兢业业，平易近人的态度深深打动了我，在此我也向在本论文设计过程中曾给予我帮助和指导的老师们说声谢谢！
与此同时，还要感谢同学的帮忙，在论文资料收集期间，不管遇到什么困难同组同学都主动给予帮助，认真讨论学习，在此也感谢他们！最后也再一次感谢我的指导老师！
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参考文献
参考文献
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附录 主程序梯形图
附录 主程序梯形图
程序注释
网络1 网络标题 网络注释
M0.0 I0.0
S 1
网络2
I0.1
M0.0 R 1
网络3
I0.0
Q0.0 S M0.0 T38
1
网络4
I0.3
M0.1
P
网络5
M0.1
Q0.0 R 1
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附录 主程序梯形图
网络6
M0.1
Q0.1
网络7
I0.2
P
M0.2
网络8
M0.2 Q0.1 R 1
网络9
MO.2
Q0.3
S 1
网络10
Q0.3
T37
IN PT Q0.3 R 1
18
网络11
600
T37
TON
100ms
附录 主程序梯形图
网络12
Q0.3
N
M0.3
网络13
M0.3
Q0.2 S 1
网络14
I0.4
N
MO.4
网络15
M0.4
MO.5 S 1
I0.4
网络16
M0.5
IN PT
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T38
ION
100 ms
200 附录 主程序梯形图
网络17
T38
M0.5 R 1
网络18
I0.0
Q0.2 R 1
20
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