【正文】 的日新月異，自動(dòng)化程度要求越來(lái)越高，原來(lái)的液體混合遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足當(dāng)前自動(dòng)化的需要。另外，生產(chǎn)要求該系統(tǒng)要具有配料精確、控制 可靠等特點(diǎn)，這也是人工操作和半自動(dòng)化控制所難以實(shí)現(xiàn)的。文中分析了其工藝過(guò)程，在明確了其控制要求以后對(duì)其進(jìn)行了硬件及軟件的設(shè)計(jì)，并詳細(xì)介紹了其控制方案，根據(jù)設(shè)計(jì)的要求和特點(diǎn)，確定 PLC 的輸入、輸出分配，并詳細(xì)分析了其控制過(guò)程、工藝流程圖、梯 形圖。 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文） 基于 S7200 PLC 的多種液體混合控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 姓 名 系 別 電氣信息學(xué)院 專(zhuān) 業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化 班 級(jí) 指導(dǎo)教師 2021 年 6 月 15 日 I ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線(xiàn) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 基于 S7200 PLC 的多種液體混合控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 【摘要】 以三種液體的混合灌裝控制為例，將三種液體按一定比例混合，在電動(dòng)機(jī)攪拌后要達(dá)到一定的溫度才能將混合的液體輸出容器。 論文還詳細(xì)介紹了西門(mén)子公司 S7200 系列 PLC 的組成和技術(shù)指標(biāo)，以及它的輸入、輸出接口的功能和分類(lèi)，論文設(shè)計(jì)是基于西門(mén)子公司的 S7200系列 PLC 控制液體攪拌器的運(yùn)行。 但由于這些行業(yè)中多為易燃易爆、有毒有腐蝕性的介質(zhì)，以致現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境十分惡劣，不適合人工現(xiàn)場(chǎng)操作。設(shè)計(jì)的多種液體混合裝置利用可編程控制器實(shí)現(xiàn)在混合過(guò)程中精確控制，提高了液體混合比例的穩(wěn)定性、運(yùn)行穩(wěn)定、自動(dòng)化程度高，適合工業(yè)生產(chǎn)的需要。 1. 可編程控制器多種液體自動(dòng)混合控制系統(tǒng)的特點(diǎn)： （ 1） 系統(tǒng)自動(dòng)工作； （ 2） 控制的單周期運(yùn)行方式； （ 3） 由傳感器送入設(shè)定的參數(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制； （ 4） 啟動(dòng)后就能自動(dòng)完成一個(gè)周期的工作，并循環(huán)。 然后，講述了 可編程程序控制器 的應(yīng)用，通過(guò)論述 可編程程序控制器 的優(yōu)點(diǎn)對(duì)可控制編程器對(duì)多種液體混合裝置的控制有一個(gè)總體的認(rèn)識(shí)。設(shè)計(jì)的編寫(xiě)按照國(guó)家關(guān)于電氣自動(dòng)化工程設(shè)計(jì)中的電氣設(shè)備常用基本圖形符號(hào)（ GB4728）及其他相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范編寫(xiě)?？刂朴扇斯た刂频?自動(dòng)控制，由模擬控制到微機(jī)控制，使功能的實(shí)現(xiàn)由一到多而且更加趨于完善。 要實(shí)現(xiàn)整個(gè)液體混合控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，需要從怎樣實(shí)現(xiàn)各電磁閥的 開(kāi)關(guān)以及電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)的控制這個(gè)角度去考慮，現(xiàn)在就這個(gè)問(wèn)題的如何實(shí)現(xiàn)以及選擇怎樣的方法來(lái)確定系統(tǒng)方案。系統(tǒng)復(fù)雜，在控制過(guò)程中，如果某個(gè)繼電器損壞，都會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，查找和排除故障往往非常困難，雖然繼電 器本身價(jià)格不太貴，但是控制柜的安裝接線(xiàn)工作量大，因此整個(gè)控制柜價(jià)格非常高，靈活性差，響應(yīng)速度慢。要將它用于工業(yè)控制還要附加一些配套的集成電路和 I/O 接口電路，硬件設(shè)計(jì)、制作和程序設(shè)計(jì)的工作量相當(dāng)大。 （ 4）可編程序控制器控制 可編程序控制器配備各種硬件裝置供用戶(hù)選擇，用戶(hù)不用自己設(shè)計(jì)和制作硬件裝置，只須確定可編程序控制器的硬繭配制和設(shè)計(jì)外部接線(xiàn)圖，同時(shí) 共 38 頁(yè) 第 4 頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線(xiàn) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 采用梯形圖語(yǔ)言編程，用軟件取代繼電器電器系統(tǒng)中的觸點(diǎn)和接線(xiàn)，通過(guò)修改程序適應(yīng)工藝條件的變化。由 PLC 為主構(gòu)成的控制系統(tǒng)具有可靠性高、控制功能強(qiáng)大、性?xún)r(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)，是目前工業(yè)自動(dòng)化的首選控制裝置。 PLC 及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。個(gè)人計(jì)算機(jī)（簡(jiǎn)稱(chēng) PC）發(fā)展起來(lái)后，為了方便，也為了反映可編程控制器的功能特點(diǎn)，可編程序控制器定名為 Programmable Logic Controller（ PLC）。 PLC 在工業(yè)自動(dòng)化控制特別是順序控制中的地位，在可預(yù)見(jiàn)的將來(lái)，是無(wú)法取代的。一些使用冗余 CPU 的 PLC 的平均無(wú)故障工作時(shí)間則更長(zhǎng) 。這樣，整個(gè)系統(tǒng)具有極高的可靠性也就不奇怪了。近年來(lái) PLC 的功能單元大量涌現(xiàn)，使 PLC 滲透到了位置控制、溫度控制、 CNC 等各種工業(yè)控制中。梯形圖語(yǔ)言的圖形符號(hào)與表達(dá)方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近，只用 PLC 的少量開(kāi)關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實(shí)現(xiàn)繼電器電路的功能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場(chǎng)合。 這是 PLC 最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺(tái)設(shè)備的控制，也可用于多機(jī)群控及自動(dòng)化流水線(xiàn)。 PLC 廠(chǎng)家都生產(chǎn)配套的 A/D 和 D/A 轉(zhuǎn)換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。世界上各主要 PLC 廠(chǎng)家的產(chǎn)品幾乎都有運(yùn)動(dòng)控制功能，廣泛用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、電梯等場(chǎng)合 。大中型 PLC 都有 PID 模塊，目前許多小型 PLC 也具有此功能模塊。這些數(shù) 據(jù)可以與存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票?。新近生產(chǎn)的 PLC 都具有通信接口，通信非常方便。人們很快將其引入可編程控制器，使 PLC 增加了運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，完成了真正具有計(jì)算機(jī)特征的工業(yè)控制裝置。更高的運(yùn)算速度、超小型體積、更可靠的工業(yè)抗干擾設(shè)計(jì)、模擬量運(yùn)算、 PID 功能及極高的性?xún)r(jià)比奠定了它在現(xiàn)代工業(yè)中的地位。這標(biāo)志著可編程控制器已步入成熟階段。 我國(guó)可編程控制器的引進(jìn)、應(yīng)用、研制、生產(chǎn)是伴隨著改革開(kāi)放開(kāi) 始的。上海東屋電氣有限公司生產(chǎn)的 CF 系列、杭州機(jī)床電器廠(chǎng)生產(chǎn)的DKK 及 D 系列、大連組合機(jī)床研究所生產(chǎn)的 S 系列、蘇州電子計(jì)算機(jī)廠(chǎng)生產(chǎn)的 YZ 系列等多種產(chǎn)品已具備了一定的規(guī)模并在工業(yè)產(chǎn)品中獲得了應(yīng)用。從技術(shù)上看，計(jì)算機(jī)技術(shù)的新成果會(huì)更多地應(yīng)用于可編程控制器的設(shè)計(jì)和制造上，會(huì)有運(yùn)算速度更快、存儲(chǔ)容量更大、智能更強(qiáng)的品種出現(xiàn)；從產(chǎn)品規(guī)模上看，會(huì)進(jìn)一步向超小型及超大型方向發(fā)展；從產(chǎn)品的配套性上看，產(chǎn)品的品種會(huì)更豐富、規(guī)格更齊全，完美的人機(jī)界面、完備的通信設(shè)備會(huì)更好地適應(yīng)各種工業(yè)控制場(chǎng)合的需求；從市場(chǎng)上看，各國(guó)各自生產(chǎn)多品種產(chǎn)品的情況會(huì)隨著國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的加劇而打破，會(huì)出現(xiàn)少數(shù)幾個(gè)品牌壟斷國(guó)際市場(chǎng)的局面，會(huì)出現(xiàn)國(guó)際通用的編程語(yǔ)言；從網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展情況來(lái)看，可編程控制器和其它工業(yè)控制計(jì) 算機(jī)組網(wǎng)構(gòu)成大型的控制系統(tǒng)是可編程控制器技術(shù)的發(fā)展方向。固定式 PLC 包括 CPU 板、 I/O 板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個(gè)不可拆卸的整體。 CPU 主要由運(yùn)算器、控制器、 寄存器及實(shí)現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線(xiàn)構(gòu)成， CPU 單元還包括外圍芯片、總線(xiàn)接口及有關(guān)電路。但工作節(jié)奏由震蕩信號(hào)控制。 2. I/O 模塊 PLC 與電氣回路的接口，是通過(guò)輸入輸出部分（ I/O）完成的。 常用的 I/O 分類(lèi)如下： （ 1） 開(kāi)關(guān)量：按電壓水平分，有 220VAC、 110VAC、 24VDC，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。 3. 電源模塊 PLC 電源用于為 PLC 各模塊的集成電路提供工作電源。 編程器是 PLC 開(kāi)發(fā)應(yīng)用、監(jiān)測(cè)運(yùn)行、檢查維護(hù)不可缺少的器件，用于編程、對(duì)系統(tǒng)作一些設(shè)定、監(jiān)控 PLC 及 PLC 所控制的系統(tǒng)的工作狀況，但它不直接參與現(xiàn)場(chǎng)控制運(yùn)行。 此裝置需要控制的元件有：其中輸入端有啟動(dòng)開(kāi)關(guān) SD， 液面?zhèn)鞲衅?SL液面?zhèn)鞲衅?SL 液面?zhèn)鞲衅?SL3，溫度傳感器 T。 2. 打開(kāi)“啟動(dòng)”開(kāi)關(guān)， 裝置投入運(yùn)行時(shí)。液面到達(dá) SL2 時(shí)，關(guān)閉液體 B 閥門(mén)，打開(kāi)液體 C閥門(mén)。 4. 攪勻結(jié)束以后，混合液體閥門(mén)打開(kāi)，開(kāi)始放出混合液體。 LSF 系列液位開(kāi)關(guān)可提供非常準(zhǔn)確、可靠的液位檢測(cè)。 相關(guān)元件主要技術(shù)參數(shù)及原理如下： （ 1）工作壓力可達(dá) （ 2）工作溫度上限為 125176。 （ 1）額定電壓為 220V，額定 頻率為 50Hz，功率為 ，采用三角形接法。 （ 3） EJ15 系列電動(dòng)機(jī)效率高、節(jié)能、堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩高、噪音低、振動(dòng)小、運(yùn)行安全可靠。 共 38 頁(yè) 第 15 頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線(xiàn) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 圖 硬件接線(xiàn)圖 電磁閥的選擇 VF425 型電磁閥 其中“ V”表示電磁閥，“ F”表示防腐蝕， 4 表示設(shè)計(jì)序號(hào)， 25 表示口徑（ mm） 寬度。 （ 3）使用電壓： AC： 220 V50Hz/60Hz DC： 24V。 （ 2）其閥體材料為：聚四氟乙烯，有比較強(qiáng)的抗腐蝕能力。這種控制系統(tǒng)較復(fù)雜，并且大量的硬件接線(xiàn)使系統(tǒng)可靠性降低，也間接地降低了 設(shè)備的工作效率。且具有操作簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、工藝參數(shù)修改方便、自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)。 （ 2）集成了 6 個(gè)有 12 種工作模式的高速計(jì)數(shù)器和兩點(diǎn)高速脈沖發(fā)生器、脈沖寬度調(diào)節(jié)器。 （ 4）使用向?qū)е械?PID 調(diào)節(jié)控制面板，可以實(shí)現(xiàn) PID 參數(shù)自整定。 （ 8）普通 PLC 的溫度使用范圍為 0～ 55℃，寬溫型 S7200 SIPLUS 的溫度適用范圍為 25～ +70℃。 S7200 的輸入（ I）、輸出（ Q）、為存儲(chǔ)器（ M）、順序控制繼電器（ S）、變量存儲(chǔ)器（ V）和局部變量（ L）均可以按位（ bit）、字節(jié)、字和雙字讀寫(xiě)。可以用 3 種編程語(yǔ)言監(jiān)控程序的執(zhí)行情況，用狀態(tài)表監(jiān)視，修改和強(qiáng)制變量，用趨勢(shì)圖監(jiān)視變量。 共 38 頁(yè) 第 18 頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線(xiàn) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ STEP7Micro/WIN 提供包含時(shí)間標(biāo)記和時(shí)間標(biāo)記的事件記錄，以“后進(jìn)先出”的原則存儲(chǔ)在緩沖區(qū)中。 S7200 可以使用 PPI、 MPI、 Modbus RTU 從站、 Modbus RTU 主站和USS 等通信協(xié)議，以及自由端口通信模式。 PC Access 是專(zhuān)門(mén)為 S7200 設(shè)計(jì)的 OPC 服務(wù)器，支持所有的 S7200數(shù)據(jù)形式和所有的 S7200 協(xié)議，支持多 PLC 連接及標(biāo)準(zhǔn)的 OPC 客戶(hù)機(jī)。 KTP178 是為了 S7200CN 和中國(guó)用戶(hù)量身定做的 英寸觸摸屏。 32DI/32DO 數(shù)字量擴(kuò)展模塊降低了 I/O 點(diǎn)數(shù)比較多的系統(tǒng)價(jià)格。在“找答案”網(wǎng)頁(yè)可以提出問(wèn)題，或者回答別人的問(wèn)題。 CPU 在很大程度上決定了 PLC 的整體性能，如整個(gè)系統(tǒng)的控制規(guī)模、工作速度和內(nèi)存 容量等。 輸入模塊和輸出模塊通常稱(chēng)為 I/O 模塊或 I/O 單元。 輸入、輸出接口電路 是 PLC 與現(xiàn)場(chǎng) I/O 設(shè)備相連接的部件。首先液體 A、 B、 C 閥門(mén)關(guān)閉，混合液閥門(mén)打開(kāi) 10 秒將容器放空后關(guān)閉。液面到達(dá) SL1時(shí)，關(guān)閉液體 C 閥門(mén)。當(dāng)液面下降到SL3 時(shí)， SL3 由接通變?yōu)閿嚅_(kāi)，再過(guò) 2 秒后，容器放空，混合液閥門(mén)關(guān)閉，開(kāi)始下一周期。然后液體 A 閥門(mén)打開(kāi)，液體 A 流入容器。 2 秒后攪勻電機(jī)開(kāi)始攪勻、加熱器開(kāi)始加熱。關(guān) 閉“啟動(dòng)”開(kāi)關(guān)，在當(dāng)前的混合液處理完畢后，停止操作。 (2)梯形圖中的觸點(diǎn)可以任意串聯(lián)或并聯(lián)，但繼電器線(xiàn)圈只能并聯(lián)而不能串聯(lián)。對(duì)于“雙線(xiàn)圈輸出”，有些PLC 將其視為語(yǔ)法錯(cuò)誤，絕對(duì)不允許；有些 PLC 則將前面的輸出視為無(wú)效，只有最后一次輸出有效；而有些 PLC，在含有跳轉(zhuǎn)指令或步進(jìn)指令的梯形圖中允許雙線(xiàn)圈輸出。這樣所編制的程序簡(jiǎn)潔明了，語(yǔ)句較少。 系統(tǒng)故障的概念 系統(tǒng)故障一般指整個(gè)生產(chǎn)控制系統(tǒng)失效的總和，它又可分為 PLC 故障和現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)控制設(shè)備故障兩