【正文】 基于PLC的工業(yè)攪拌過(guò)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要隨著PLC等許多處理器的發(fā)展，自動(dòng)控制模式的電動(dòng)機(jī)的數(shù)量越來(lái)越多。傳統(tǒng)的控制方式因技術(shù)手段落后、生產(chǎn)效率低等弊端已不能適應(yīng)企業(yè)生產(chǎn)的需要。本文主要介紹采用西門(mén)子PLC實(shí)現(xiàn)對(duì)液體攪拌系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)控制?；赑LC構(gòu)成的用于兩種液體自動(dòng)混合、自動(dòng)攪拌和自動(dòng)放料系統(tǒng)的控制目標(biāo)、硬件組成、軟件設(shè)計(jì)及系統(tǒng)功能，能模擬顯示液體攪拌系統(tǒng)的全部工作過(guò)程。系統(tǒng)硬件主要由S7300可編程控制器、電磁閥、泵以及液位變送器等組成，編程軟件采用采用西門(mén)子編程軟件STEP7。系統(tǒng)通過(guò)液位變送器將采集到的現(xiàn)場(chǎng)液位高度傳送給西門(mén)子PLC，并由PLC對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)邏輯處理后，發(fā)出相應(yīng)的控制指令，完成系統(tǒng)的自動(dòng)控制。最后，系統(tǒng)使用RS232接口與上位機(jī)相連實(shí)現(xiàn)PLC與計(jì)算機(jī)的通訊。系統(tǒng)不僅自動(dòng)化程度高，靈活性強(qiáng), 還具有在線修改功能，可滿(mǎn)足不同的生產(chǎn)工藝要求。關(guān)鍵字：PLC，液體攪拌系統(tǒng)，液位變送器，電磁閥 DESIGN OF INDUSTRIAL MIXING PROCESS CONTROL SYSTEM BASED ON PLC ABSTRACT With the development of PLC, there are more and more automatic control electromotor. The traditional way of controlling can not meet the needs of enterprise production for its in low efficiency and low productivity. This paper introduces the rational application of SIEMENS PLC in the automatic control system of liquid mixer. PLCbased liquid position for the two automixing, automatic mixing and automatic discharge system, control objectives, hardware ponents, software design and system capabilities of liquid mixing system simulation show that all the work process. The System hardware is mainly formed by the S7300 programmable logic controller, electromagnetic valve, pump and liquid location sensor, programming software using Siemens STEP7. The System through the liquid location sensor collected level information to Siemens PLC and then the PLC deal with onsite data, and sending corresponding control mand to plete the system of automatic control. At last system is realized the munication between PLC and the upper puter by using the connection of system not only has high automation level and great mobility but also can alter the parameter on line, it can use in kinds of liquid location control systems.Key words: PLC，liquid mixing system，liquid location sensor，electromagnetic valve目 錄1. 緒論 1 液體攪拌系統(tǒng)的簡(jiǎn)介 1 液體攪拌系統(tǒng)組成 2 PLC在液體攪拌系統(tǒng)中的應(yīng)用 22. 可編程控制器 4 可編程控制器的發(fā)展 4 PLC技術(shù)發(fā)展概況 5 可編程控制器在我國(guó)的發(fā)展 6 PLC的分類(lèi) 7 PLC的工作原理 8 可編程控制器實(shí)現(xiàn)控制的要點(diǎn) 10 可編程控制器基本特點(diǎn) 11 PLC的主要技術(shù)指標(biāo)及抗干擾分析 13 干擾源及干擾一般分類(lèi) 14 PLC控制系統(tǒng)中電磁干擾的主要來(lái)源 14 PLC控制系統(tǒng)工程應(yīng)用的抗干擾設(shè)計(jì) 17 主要抗干擾措施 17 西門(mén)子S7300可編程控制器簡(jiǎn)述 18 SIMATIC S7300系列PLC系統(tǒng)基本構(gòu)成 18 SIMATIC S7300的組成 19 S7300的擴(kuò)展能力 20 S7300模塊地址的確定 20 S7—300式 PLC的CPU簡(jiǎn)介 213．控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 24 系統(tǒng)工業(yè)流程 24 液位變送器的選擇 24 電磁閥的介紹 25 電磁閥的分類(lèi)及特點(diǎn) 25 電磁閥的選擇 26 接觸器及選用 27 接觸器的分類(lèi)和結(jié)構(gòu) 28 接觸器的工作原理及選用 28 中間繼電器 29 PLC選型 30 系統(tǒng)主電路工作原理 31 系統(tǒng)控制電路工作原理 324．控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 34 PLC編程軟件STEP7 34 PLC控制流程 35 系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì) 35結(jié)論 43致謝 44參考文獻(xiàn) 451. 緒論 液體攪拌系統(tǒng)的簡(jiǎn)介目前，我國(guó)的液體攪拌系統(tǒng)大部分采用傳統(tǒng)的繼電器進(jìn)行控制，這種方法耗能大，浪費(fèi)大，攪拌效果不好，給工廠浪費(fèi)很多資金，同時(shí)對(duì)噪聲污染也很?chē)?yán)重。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，生產(chǎn)廠家對(duì)生產(chǎn)的自動(dòng)化水平有了更高的要求。所以，對(duì)攪拌系統(tǒng)應(yīng)該進(jìn)行改進(jìn)，使它可以靈活的根據(jù)液體的不同而進(jìn)行混料的濃度可調(diào)，從而達(dá)到節(jié)能環(huán)保目的。液體攪拌系統(tǒng)由原料罐，混料罐，出料罐組成。它先將兩種原料送混料罐，然后在混料罐內(nèi)混合，最后，送出料罐出料。兩種原料液體進(jìn)料時(shí)達(dá)到設(shè)定的液面時(shí)停止進(jìn)料，且攪拌器攪拌時(shí)間可根據(jù)濃度的不同而自行設(shè)定。設(shè)計(jì)要求在混料罐內(nèi)混合兩種液體，首先確定混料罐內(nèi)無(wú)殘留液體，即讓放料閥打開(kāi)10s，然后注入A液體，當(dāng)A液面上升到L位時(shí)關(guān)斷A液；B 液開(kāi)始注入, B 液面上升到H位時(shí)關(guān)斷B液，進(jìn)液動(dòng)作停止；攪拌電機(jī)M開(kāi)始攪拌，攪拌均勻后(時(shí)間設(shè)定為20 s)停止；出料閥打開(kāi)，兩個(gè)出料泵按照順序進(jìn)行工作，實(shí)現(xiàn)出料，當(dāng)出料動(dòng)作結(jié)束后整個(gè)系統(tǒng)停止工作。根據(jù)上述構(gòu)想，決定采用可編程控制器（PLC）、電磁閥、泵、電機(jī)以及液位變送器進(jìn)行設(shè)計(jì)。為了實(shí)現(xiàn)液體攪拌系統(tǒng)的控制需要，系統(tǒng)使用PLC為控制核心。系統(tǒng)通過(guò)液位變送器采集現(xiàn)場(chǎng)液位高度并將其轉(zhuǎn)換成4～20mA的電流信號(hào)送PLC，PLC根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)狀況及外部輸入指令控制攪拌系統(tǒng)，并顯示操作指示及發(fā)出報(bào)警。系統(tǒng)的控制框圖如圖11所示。圖11 系統(tǒng)控制框圖根據(jù)系統(tǒng)的工藝流程整個(gè)液體攪拌控制系統(tǒng)過(guò)程可分成多個(gè)階段：基本液位控制過(guò)程、模擬量信號(hào)采集、報(bào)警指示。(1) 基本液位控制過(guò)程：按控制要求，實(shí)現(xiàn)進(jìn)料及出料時(shí)進(jìn)料罐和出料罐的基本液位控制。(2) 模擬量信號(hào)采集：通過(guò)液位變送器及A/D轉(zhuǎn)換器完成現(xiàn)場(chǎng)液位的采集過(guò)程。(3) 報(bào)警指示：當(dāng)超過(guò)所設(shè)定的液位時(shí)，報(bào)警輸出。 液體攪拌系統(tǒng)組成為實(shí)現(xiàn)液位的采樣、自動(dòng)控制，系統(tǒng)必須包括硬件部分和軟件部分。硬件部分由可編程控制器、液位變送器、電磁閥、電機(jī)、泵、A/D轉(zhuǎn)換器、RS232電纜接口組成。軟件部分由PLC編程軟件組成。(1) 系統(tǒng)硬件組成及功能：① 可編程控制器：系統(tǒng)下位機(jī)選用西門(mén)子S7300型PLC，作為整個(gè)系統(tǒng)的控制核心，主要用于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。② 電磁閥：選用DF 2型二位二通（常閉）電磁閥，用來(lái)控制進(jìn)料及出料時(shí)液體的流動(dòng)。③ 接觸器：選用CJ1020交流接觸器，用于控制電機(jī)、泵。④ 中間繼電器：選用JZ1444Z型中間繼電器，主要起中繼作用，與接觸器配合使用。⑤ 液位變送器：選用HP31B液位變送器，并轉(zhuǎn)換成4～20mA的電流輸入S7300,用于采集現(xiàn)場(chǎng)液位數(shù)據(jù)。⑥ A/D轉(zhuǎn)換器：選用西門(mén)子四通道模擬量輸入模塊S7300，用于將采集到的現(xiàn)場(chǎng)液位數(shù)據(jù)傳送給PLC。⑦ RS232電纜接口：用于連接PLC及上位機(jī)。(2) 系統(tǒng)軟件組成：PLC編程軟件：由于系統(tǒng)采用西門(mén)子的PLC，故也是使用西門(mén)子PLC編程軟件STEP7，用于編寫(xiě)PLC 控制程序。 PLC在液體攪拌系統(tǒng)中的應(yīng)用在化工、機(jī)械等行業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程中，液體攪拌是十分重要也是必不可少的重要環(huán)節(jié)，液體攪拌的關(guān)鍵是保證混料過(guò)程中原料的準(zhǔn)確性和比例以及保證原料的充分混合。采用通用計(jì)算機(jī)控制，盡管可以達(dá)到控制精度，但成本高，對(duì)工作環(huán)境要求高，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)操作人員要求也高。采用PLC實(shí)現(xiàn)液體攪拌控制，不但可以對(duì)液體攪拌過(guò)程的各個(gè)環(huán)節(jié)精確控制，而且大大降低成本，可直接應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)操作人員的要求也不高。以往常采用傳統(tǒng)的繼電器控制液體攪拌系統(tǒng)，使用硬件連接電器多，可靠性差，自動(dòng)化程度不高，為了克服上述缺點(diǎn)，目前采用先進(jìn)控制器對(duì)傳統(tǒng)接觸控制進(jìn)行改造，大大提高了控制系統(tǒng)的可靠性和自控程度，為生產(chǎn)提供了更可靠的保障。本文在此介紹一種采用可編程控制器對(duì)液體攪拌系統(tǒng)進(jìn)行控制的方法，其電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，投資少，可靠性好，自動(dòng)化程度高。2. 可編程控制器 可編程控制器的發(fā)展可編程序控制器（Programmable Logic Controller，簡(jiǎn)稱(chēng)PLC。）是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合計(jì)算機(jī)、通信、聯(lián)網(wǎng)以及自動(dòng)控制技術(shù)而開(kāi)發(fā)的新一代工業(yè)控制裝置。可編程序控制器在我國(guó)的發(fā)展與應(yīng)用已有30多年的歷史，現(xiàn)在它已經(jīng)廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，成為提高傳統(tǒng)工業(yè)裝備水平和技術(shù)能力的重要設(shè)備和強(qiáng)大支柱。隨著全球一體化經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，努力發(fā)展可編程序控制器在我國(guó)的大規(guī)模應(yīng)用，形成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的可編程序控制器技術(shù)，應(yīng)該是廣大技術(shù)人員努力的方向[1]?？删幊绦蚩刂破鲉?wèn)世于20世紀(jì)60年代，當(dāng)時(shí)的可編程序控制器功能都很簡(jiǎn)單，只有邏輯、定時(shí)、計(jì)數(shù)等功能；硬件方面用于可編程序控制器的集成電路還沒(méi)有投入大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，CPU以分立元件組成；存儲(chǔ)器為磁心存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)容量有限；用戶(hù)指令一般只有二三十條，還沒(méi)有成型的編程語(yǔ)言；機(jī)型單一，沒(méi)有形成系列。一臺(tái)可編程序控制器最多只能替代200～300個(gè)繼電器組成的控制系統(tǒng)，在體積方面，與現(xiàn)在的可編程序控制器相比，可以說(shuō)是龐然大物。進(jìn)入70年代，隨著中小規(guī)模集成電路的工業(yè)化生產(chǎn)，可編程序控制器技術(shù)得到了較大的發(fā)展。可編程序控制器功能除邏輯運(yùn)算外，增加了數(shù)值運(yùn)算、計(jì)算機(jī)接口、模擬量控制等，可靠性進(jìn)一步提高，初步形成系列，結(jié)構(gòu)上開(kāi)始有模塊式和整體式的區(qū)分，整機(jī)功能從專(zhuān)用向通用過(guò)渡。軟件開(kāi)發(fā)有自診斷程序，程序存儲(chǔ)開(kāi)始使用EPROM。70年代后期和80年代初期，微處理器技術(shù)日趨成熟，單片微處理器、半導(dǎo)體存儲(chǔ)器進(jìn)入工業(yè)化生產(chǎn)，大規(guī)模集成電路開(kāi)始普遍應(yīng)用?？删幊绦蚩刂破鏖_(kāi)始向多處理器發(fā)展，使可編程序控制器的功能和處理速度大為增強(qiáng)，并具有通信和遠(yuǎn)程I/O能力，增加了多種特殊功能，如浮點(diǎn)運(yùn)算、三角函數(shù)、查表、列表等，自診斷和容錯(cuò)技術(shù)也迅速發(fā)展。80年代后期到90年代中期，隨著計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的普及應(yīng)用，超大規(guī)模集成電路、門(mén)陣列以及專(zhuān)用集成電路的迅速發(fā)展，可編程序控制器的CPU已發(fā)展為由16位或32位微處理器構(gòu)成，處理速度得到很大提高，高速計(jì)數(shù)、中斷、PID、運(yùn)動(dòng)控制等功能引入了可編程序控制器。使得可編程序控制器能夠滿(mǎn)足工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的各個(gè)領(lǐng)域，可編程序控制器已完全取代了傳統(tǒng)的邏輯控制裝置，模擬量?jī)x表控制裝置和以小型機(jī)為核心的DDC（直接數(shù)字控制）控制裝置。由于聯(lián)網(wǎng)能力增強(qiáng)，既可和上位計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，也可以下掛遠(yuǎn)程I/O，從而組成分布式控制系統(tǒng)（DCS）已無(wú)困難。梯形圖語(yǔ)言和語(yǔ)句表語(yǔ)言完全成熟，基本上標(biāo)準(zhǔn)化，SFC（順序功能圖）語(yǔ)言逐步普及，專(zhuān)用的編程器已被個(gè)人計(jì)算機(jī)和相應(yīng)編程軟件所替代，人機(jī)界面裝置日趨完善，已能進(jìn)行對(duì)整個(gè)工廠的監(jiān)控、管理，并發(fā)展了冗余技術(shù)，大大加強(qiáng)了可靠性。 PLC技術(shù)發(fā)展概況以往的順序控制主要由繼電器組成，由此構(gòu)成的控制系統(tǒng)都是按預(yù)先設(shè)定好的時(shí)間或條件順序的工作，若要改變控制的順序就必需改變控制器的硬件接線，使用起來(lái)不靈活。1968年，美國(guó)最大的汽車(chē)制造商——通用汽車(chē)公司為了適應(yīng)生產(chǎn)工藝不斷更新的需要，要求尋找一種更好的控制器。1969年，美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（DEC公司）研制出第一臺(tái)可編程序控制器PDP14，在美國(guó)通用汽車(chē)公司的生產(chǎn)線上試用成功，PLC由此誕生。70年代中期，由于大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)，使8位微處理器和位片處理器相繼問(wèn)世，使可編程控制技術(shù)產(chǎn)生了飛躍。在邏輯運(yùn)算功能的基礎(chǔ)上，增加了數(shù)值運(yùn)算，閉環(huán)控制，提高了運(yùn)算速度，擴(kuò)大了輸入輸出規(guī)模。在這個(gè)時(shí)期，日本、德國(guó)和法國(guó)相繼研制出自己的PLC，我國(guó)在1974年也開(kāi)始研制。 70年代末由于超大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)，使PLC向大規(guī)模、高性能方向發(fā)展，形成了多種系列化產(chǎn)品。這時(shí)面向工程技術(shù)人員的編程語(yǔ)言發(fā)展成熟，出現(xiàn)了工藝人員使用的圖形語(yǔ)言。在功能上PLC已可以代替某些模擬控制裝置和小型機(jī)的DDC系統(tǒng)。 進(jìn)入八九十年代后，PLC的軟硬件功能進(jìn)一步得到加強(qiáng)，PLC已發(fā)展成為一種可提供諸多功能的成熟的控制系統(tǒng)，能與其他設(shè)備通信，生成報(bào)表，調(diào)度產(chǎn)出，可診斷自身故障及機(jī)器故障。這些改進(jìn)使PLC符合今天對(duì)高質(zhì)量高產(chǎn)出的要求。盡管PLC功能越來(lái)越強(qiáng)，但它仍然保留了先前的簡(jiǎn)單與易于使用的特點(diǎn)。PLC未來(lái)的發(fā)展不僅依賴(lài)于對(duì)新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，還在于PLC與其他工業(yè)控制設(shè)備和工廠管理技術(shù)的綜合。無(wú)疑，PLC將在今后的工業(yè)自動(dòng)化中扮演重要角色。目前PLC