plc溶液混合控制系统

摘 要 以两种液体的混合控制为例，将两种液体按一定比例混合，在电动机搅拌后要达 到控制要求才能将混合的液体输出容器，并形成循环状态。液体混合系统的控制设计 考虑到其动作的连续性以及各个被控设备动作之间的相互关联性，针对不同的工作状 态，进行相应的动作控制输出，从而实现液体混合系统从第一种液体加入到混合完成 输出的这样一个周期控制工作的程序实现。设计以液体混合控制系统为中心，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。设计采用西门子公司的 S7 系列的 PLC 去实现设计要求。 关键词：PLC，混合装置，自动控制 键入文字 Abstract Mixture of two kinds of liquid filling control, for example, the two kinds of liquid by mixing, after mixing in the motor control requirements in order to achieve the mixed liquid output container, and form loop. Liquid Hybrid control system design taking into account the continuity of its movements and actions of various charged Shebei correlation between, for different working conditions, with corresponding motor control output in order to achieve liquid mixing system from a liquid by adding to the mix to complete the output of such a cycle control for program implementation. Liquid hybrid control system design for the center,From the control system hardware system, software used to the system design process (including design, design process, design requirements, ladder design, external connections and communications), seeks to design and manufacturing process which presents a brief introduction and Note. Design in siemens chinas s7 series of PLC to achieve the design demands. KEY WORDS：PLC，Hybrid devices，Automatic control 目 录 前 言 1 一、液体混合控制系统概述 2 1.1 液体混合控制系统概述 2 1.2 研究的目的和意义 2 二、PLC 概述 4 2.1 PLC 的定义及发展历程 4 2.2 PLC 的特点 5 2.3 PLC 的应用领域 6 2.4 PLC 控制系统设计的基本原则 8 2.5 PLC 的基本结构 9 三、系统硬件设计 11 3.1 总体结构 11 3.2 液位传感器的选择 12 3.3 搅拌电机的选择 12 3.4 电磁阀的选择 13 3.5 接触器 13 3.6 热继电器的选择 14 3.7 PLC 的选择 14 3.8 PLC 输入输出口分配 15 3.9 液体混合装置输入输出接线图 15 四、系统软件设计 16 4.1 系统设计流程示意图 16 4.2 梯形图 18 结论 22 致谢 23 参考文献 24 键入文字 1 前言 在炼油、化工、制药、饮料等行业中,多种液体混合是必不可少的一道工序, 并且 也是生产过程中十分重要的组成部分。但由于这些行业中的液体混合工作环境十分恶 劣, 不适合进行人工操作。但是生产要求混合系统要具有混合比例精准、控制可靠等, 这是人工操作或半自动化控制所难以实现的。为了帮助相关行业, 尤其一些的中小型 企业实现多种液体混合的全自动, 以达到液体混合的目的，就需要实现液体混合自动 配料，自动控温等。采用 PLC 来控制整个溶液混合控制过程比传统的继电器控制系统 更有可靠性、可拓展性、可维护性 。多种液体自动混合系统由于采取了一系列可靠的 设计方案，保证系统具有较高的实用性。虽然我国在 PLC 方面还处于发展阶段，但随 着微可编程逻辑控制系统的日益发展和中国市场对减员高效理念的日渐深入，我相信 此套系统有着良好的实用价值和广阔的市场前景。 在早期，硬件才是多液体混合领域的主角，操作简单快捷是本系统最大的优势所 在，以现代化科技保证技术，用现代设备制造的，通过简单的限位开关、继电器等常 用且性价比较高的器件为基件的多种液体自动混合系统，己经获得了过去超过了理论 的可靠性。自动控制，是在没有人直接参与的情况下，利用控制装置来完成生产，使 设备按照预定方式运动和变化，以实现对各种生产过程和生产设备的控制。自动控制 理论是自动技术、电子技术、计算机科学等许多学科相互融合的产物。当前，工业发 展的一个明显而重要的趋势自动控制的广泛使用。多种液体自动混合系统的设计是一 项很复杂的工程，必须在系统设计、结构设计、软件编制、整机装配和调试阶段各个 环节统筹安排，严格把关才能保证系统具有很高的可靠性。相信这套系统会一个有良 好的发展前景，被我们更加合理的应用于我们的生产工作当中，为我们带来经济效益。 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，具有良好的课移植性和可维护性。对提高企业生产和管理自动水平有很大 的帮助，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到它，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 来取代传统的继电器控制 一、液体混合控制系统概述 1.1 液体混合控制系统概述 当前，各行业液体自动混合装置的控制方式有以下四种：继电器控制系统、单片 机控制、工业控制计算机控制、可编程序控制器控制。下面就来简单介绍一下它们： 继电器控制，该控制方式是用传统的继电器实现的。我们根据需要，将不同的继 电器串接在控制电路中，根据主电路中的电压、电流、转速、时间及温度等参量变化 而动作，以实现电力拖动装置的自动控制及保护。此种控制方式虽然可以基本满足生 产需要，但是系统过于复杂，控制柜中各继电器及相关元件之间接线复杂，灵活性差， 相应速度慢冗余度低，多个继电器中有任何一个继电器损坏，都会造成整个系统全面 瘫痪，无法正常工作，设备维护人员排除和查找故障时往往非常困难。 单片机控制，单片机是一个超大规模的集成电路。结构上包括 CPU、存储器、定 时器和多种输入/输出接口电路。其低功耗、低电压和很强的控制功能，成为工控领域、 尖端武器、日常生活中最广泛的计算机之一。但是，单片机是片集成电路，不能直接 将它与外部 I/O 信号相连。要将它用于工业控制还要附加一些配套的集成电路和 I/O 接口电路，它的硬件设计、制作和程序设计的工作量相当大。工业控制计算机控制， 工业控制计算机采用总线结构。各厂家产品兼容性强，有实时操作系统的支持，在要 求快速、实用性强、功能复杂的领域中占优势。但工控机价格较高，将它用于开关量 控制得不偿失。且其外部 I/O 接线一般都用于多芯扁平电缆和插头、插座，直接从印 刷电路板上引出，不如接线端可靠。 可编程序控制器控制，可编程序控制器配备各种硬件装置供用户选择，用户不用 自己设计和制作硬件装置，只须确定可编程序控制器的硬件配制和设计外部接线图， 同时采用梯形图语言编程，用软件取代继电器电器系统中的触点和接线，通过修改程 序适应工艺条件的变化。 在传统的继电器控制系统中,溶液混合的过程控制系统很难保证对混合中的各种成 分的含量进行精确控制。 1.2 研究的目的和意义 多种液体按照一定的配比进行混合，是许多化工、食品企业等的基本生产工艺。 液体混合系统的控制设计考虑其动作的连续性以及被控设备动作的之间的相互关联性、 针对不同的工作状态，进行相应的动作控制输出，从而实现液体混合系统从多种液体 加入到完成输出的这样一个周期控制工作的程序实现。 随着科学技术的日新月异,自动化程度要求越来越高,原来的液体混合远远不能满 足当前自动化的需要。计算机技术的发展对原有液体混合装置技术改造，数据采集、 自动控制、运行管理等多方面的要求越来越高。设计的多种液体混合装置利用可编程 3 控制器实现在混合过程中精确控制，提高了液体混合比例的稳定性、运行稳定、自动 化程度高，适合工业生产的需要。可编程控制器液体自动混合系统集成自动控制技术, 计量技术,传感器技术等技术于一体的机电一体化装置。充分吸收了分散式控制系统和 集中控制系统的优点,采用标准化、模块化、系统化设计配置灵活、组态方便。使整个 生产过程对人力需求越来越低。 该课题综合性强，实践性强，通过完成此课题，可以有效的锻炼综合分析问题， 解决问题的能力；整合 PLC 的基本知识、熟悉毕业设计格式以及答辩的形式；提高自 己收集资料、综合资料以及提升自身独立分析问题的能力；提高自身动手能力，为以 后的工作打下坚实的基础。 二、PLC 概述 2.1 PLC的定义及发展历程 在可编程序控制器出现之前，工业生产中广泛使用的电气自动控制系统设计，电 气控制系统，其设备具有体积小，触点寿命短，可靠性差，接线复杂，改签麻烦维护 和排除故障困难，等缺点不能适应现代社会制造工业的飞速发展。20 世纪 60 年代初， 由于小型计算机的出现和大规模生产及多机群控的发展，人们曾试图用小型计算机来 实现工业控制，代替传统的继电接触器控制。但采用小型计算机实现工业控制价格昂 贵，输入输出电路不匹配，编程技术复杂，因而没能得到推广和应用。 1969 年，美国数字设备公司（DEC） 研制出第一台 PLC，在美国通用汽车自动装 配线上试用，获得了成功。这种新型的工业控制装置以其简单易懂，操作方便，可靠 性高，通用灵活，体积小，使用寿命长等一系列优点，很快地在美国其他工业领域推 广应用。到 1971 年，已经成功地应用于食品饮料冶金造纸等工业。 由于 PLC 同时提高了功能和柔性度，使其应用迅速增长，并普及到许多其它离散 零件制造工业领域。随后又扩展到与批量生产和连续生产过程有关的工业领域。随着 CIMS(计算机集成制造系统)的发展，PLC 当前还被人们应用于工厂通信网络、柔性制 造系统、工业机器人到大型分散型控制系统，之中，与其它智能控制器和计算机系统 一起成为计算机综合控制系统中的重要组成部分，特别是单元级和工作站级。 这一新型工业控制装置的出现，也受到了世界其他国家的高度重视。1971 日本从 美国引进了这项新技术，很快研制出了日本第一台 PLC。1973 年，西欧国家也研制出 它们的第一台 PLC。我国从 1974 年开始研制，于 1977 年开始工业应用。我国可编程 控制器的引进、应用、研制、生产是伴随着改革开放开始的。最初是在引进设备中大 量使用了可编程控制器。接下来在各种企业的生产设备及产品中不断扩大了 PLC 的应 用。目前，我国自己已可以生产中小型可编程控制器。上海东屋电气有限公司生产的 CF 系列、杭州机床电器厂生产的 DKK 及 D 系列、大连组合机床研究所生产的 S 系列、 苏州电子计算机厂生产的 YZ 系列等多种产品已具备了一定的规模并在工业产品中获得 了应用。此外，无锡华光公司、上海乡岛公司等中外合资企业也是我国比较著名的 5 PLC 生产厂家。可以预期，随着我国现代化进程的深入，PLC 在我国将有更广阔的应用 天地。 从 PLC 产生到现在，经历了四次换代。其过程如下： 第一代 PLC(1969 一 1972 年）：采用 1 位机开发，用磁芯存储器存储，只具有单 一逻辑控制功能，集中单一，没有形成系列化。 第二代 PLC(1973 一 1975 年）：采用 8 位微处理器及半导体存储器，增加了数字 运算、传送、比较等功能，能实现模拟量的控制，开始具备自诊断功能，初步形成系 列化。 第三代 PLC(1976 一 1983 年）：采用高性能 8 位微处理器及位片式微处理器，处 理速度有所提高，向多功能及联网通信发展，增加了多种特殊功能，如浮点运算、三 角函数运算、表处理、脉宽调制输出等，自诊断功能及容错技术发展技术迅速。 第四代 PLC(1983 年至今）：采用 16 位、32 位微处理器及高性能位片式微处理器， 使第四代 PLC 产品成为具有逻辑控制功能，过程控制功能、运动控制功能、数据处理 功能、联网通信功能的名副其实的多功能控制器。 1987 年 2 月，国际电工委员会（IEC）在可编程序控制器的标准草案中做了如下 定义：“可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境应用而设计。 它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计 数和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入/输出，控制各种类型的机 械或生产过程。可编程序控制器及其有关外围设备，都应按易于与工业控制系统连成 一个整体，易于扩充功能的原则设计。简单地讲，是一种用程序来改变控制功能的工 业控制计算机。” 2.2 PLC的特点 1.编程方法简单易学 PLC 的最大特点之一就是编程方便，简单易学。它是以计算机软件技术构成人们 惯用的继电器模型，形成一套独具风格的以继电器梯形图为基础的形象编程语言，梯 形图语言形象直观，易学易懂。熟悉继电器电路图的电气技术人员只要好几天的时间 就可以熟悉梯形图语言，并用来编制用户程序。 2.功能强，性能价格比高 与相同功能的继电器系统相比，PLC 具有很高的性能价格比。PLC 可以通过通信联 网实行分散控制，集中管理。 3.硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强 可编程序控制器的产品已经标准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的各种硬 件装置供用户选用，用户能灵活方便地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系 统。 4.可靠性高，抗干扰能力强 传统的继电器控制系统，容易出现触点接触不良、线圈烧毁等故障。而可编程序 控制器用软件代替大量的中间设备，仅有输入、输出触点。相比之下，因触点接触不 良造成事故的概率大大降低。 PLC 主要是靠软件（程序）来控制硬件的，程序仅对“0”和“1”有反应。这就 使可编程序控制器具有很强的抗干扰能力，平均无故障时间到达 5 万小时以上。 5.系统的设计、安装、调试工作量少 PLC 用软件取代了继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等 器件，使控制柜的设计、安装、接线工作量大大减少。 PLC 的用户程序可以在实验室模拟调试，输入信号用小开关来模拟，通过 PLC 上 发光二极管可以观察输出信号的状态。完成了系统的安装和接线后，在现场的统调过 程中发现的问题一般通过修改程序就可以解决，系统的调试时间比继电器系统少得多。 6.维修工作量小，维修方便 PLC 具有监控功能。利用编程器或监视器可以对 PLC 的运行状态、内部数据进行 监视或修改。PLC 控制系统的维护非常简单。利用 PLC 的诊断功能和监控功能，可以 迅速查找到故障点，对大多数故障都可以及时予以排除。 7.体积小、能耗低 PLC 的配线比继电器控制系统的配线少得多，故可以节省大量的配线和附件，减 少大量的安装接线工时，加上开关柜体积的缩小，可以大量节省费用。 7 以超小型 PLC 为例，新近出产的品种底部尺寸小于 100mm，重量小于 150g，功耗 仅有数瓦，由于体积小，很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。 2.3 PLC的应用领域 目前,PLC 在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽 车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类。 1.开关量的逻辑控制 这是 PLC 最基本、最广泛的应用，它取代了传统的继电器电路，实现逻辑控制、 顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可以用于多机群控及自动化流水线。如注塑 机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。 2.模拟量控制 在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度 等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量和数字量之间的 A/D 转换及 D/A 转换。PLC 厂家都生产配套的和转换模块，使可编程控制器可用于模拟 量控制。 3.运动控制 PLC 可以用于圆周运动或直线运动的控制。很贵重，从控制机构配置来说，早期 直接用于开关量模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。 如可驱动步进电机或伺服电机的单轴和多轴位置控制模块。世界上各主要 PLC 厂家的 产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。 4.过程控制 过程控制是指温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC 能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID 调节是一般闭环控制系统中用 的较多的调节方法。大中型 PLC 都有 PID 模块，目前许多小型 PLC 也具有此功能模块。 PID 处理一般是运行专用的 PID 子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制 等场合有非常广泛的应用。 5.数据处理 现代 PLC 具有数学运算、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可 以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完 成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。 数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系 统，如造纸、冶金食品工业中的一些大型控制系统。 6.通信及联网 PLC 通信含 PLC 间的通信及 PLC 与其他智能设备间的通信。随着计算机控制的发 展，工厂自动化网络发展得很快，各 PLC 厂商都十分重视 PLC 的通信功能，纷纷推出 各自的网络系统。新近生产的 PLC 都具有通信接口，通信非常方便。 2.4 PLC控制系统设计的基本原则 任何一种控制系统都是为了实现被控对象的工艺要求，以提高生产效率和产品质 量。因此，在设计 PLC 控制系统时，应遵循以下基本原则： 1.最大限度地满足被控对象的控制要求充分发挥 PLC 的功能，最大限度地满足被 控对象的控制要求，是设计 PLC 控制系统的首要前提，这也是设计中最重要的一条原 则。这就要求设计人员在设计前就要深入现场进行调查研究，收集控制现场的资料， 收集相关先进的国内、国外资料。同时要注意和现场的工程管理人员、工程技术人员、 现场操作人员紧密配合，拟定控制方案，共同解决设计中的重点问题和疑难问题。 2. 保证 PLC 控制系统安全可靠保证 PLC 控制系统能够长期安全、可靠、稳定运行， 是设计控制系统的重要原则。这就要求设计者在系统设计、元器件选择、软件编程上 要全面考虑，以确保控制系统安全可靠。例如：应该保证 PLC 程序不仅在正常条件下 运行，而且在非正常情况下（如突然掉电再上电、按钮按错等），也能正常工作。 3. 在满足控制要求的前提下，力求简单、经济、使用及维修方便一个新的控制工 程固然能提高产品的质量和数量，带来巨大的经济效益和社会效益，但新工程的投入、 技术的培训、设备的维护也将导致运行资金的增加。因此，在满足控制要求的前提下， 一方面要注意不断地扩大工程的效益，另一方面也要注意不断地降低工程的成本。这 就要求设计者不仅应该使控制系统简单、经济，而且要使控制系统的使用和维护方便、 成本低，不宜盲目追求自动化和高指标。 9 4考虑到生产发展和工艺的改进，在选用 PLC 时，在 I/O 点数和内存容量上适当 留有余地。由于技术的不断发展，控制系统的要求也将会不断地提高，设计时要适当 考虑到今后控制系统发展和完善的需要。这就要求在选择 PLC、输入/输出模块、I/O 点数和内存容量时，要适当留有裕量，以满足今后生产的发展和工艺的改进。 5软件设计主要是指编写程序，要求程序结构清楚，可读性强，程序简短，占用 内存少，扫描周期短。 2.5 PLC的基本结构 PLC 的一般结构如图 2-1 所示，由图可见主要有 6 个部分组成，包括 CPU（中央处 理器）、存储器、输入/输出接口电路、电源、外设接口、I/O 扩展接口。 图 2-1 PLC 结构图 （1） 中央处理单元（CPU） 与通用计算机中的 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 的整体性能，如整个系统的控制规模、工作速度和内存容量等。 （2） 存储器 存储器（简称内存），用来存储数据或程序。它包括随机存取存储器（RAM）和只 读存储器（ROM）。 PLC 配有系统程序存储器和用户程序存储器，分别用以存储系统程序和用户程序。 系统程序存储器用来存储监控程序、模块化应用功能子程序和各种系统参数等，一般 使用 EPROM；用户程序存储器用作存放用户编制的梯形图等程序，一般使用 RAM，若程 序不经常修改，也可写入到 EPROM 中；存储器的容量以字节为单位。系统程序存储器 的内容不能由用户直接存取。因此一般在产品样本中所列的存储器型号和容量，均是 指用户程序存储器。 （3）I/O 模块 I/O 模块是 CPU 与现场 I/O 设备或其他外部设备之间的连接部件。PLC 提供了各种 操作电平和输出驱动能力的 I/O 模块供用户选用。I/O 模块要求具有抗干扰性能，并 与外界绝缘因此，多数都采用光电隔离回路、消抖动回路、多级滤波等措施。I/O 模 块可以制成各种标准模块，根据输入、输出点数来增减和组合。I/O 模块还配有各种 发光二极管来指示各种运行状态。 (4）电源模块 输入、输出接口电路是 PLC 与现场 I/O 设备相连接的部件。它的作用是将输入信 号转换为 PLC 能够接收和处理的信号，将 CPU 送来的弱电信号转换为外部设备所需要 的强电信号。 (5）编程器 编程器用作用户程序的编制、编辑、调试和监视，还可以通过其键盘去调用和显 示 PLC 的一些内部状态和系统参数。它经过接口与 CPU 联系，完成人机对话。 编程器分简易型和智能型两种。简易型编程器只能在线编程，它通过一个专用接 口与 PLC 连接。智能型编程器即可在线编程又可离线编程，还以远离 PLC 插到现场控 制站的相应接口进行编程。智能型编程器有许多不同的应用程序软件包，功能齐全， 适应的编程语言和方法也较多。 11 三、系统硬件设计 3.1 总体结构 从图 3-1 中可知设计的液体混合装置主要完成两种液体的自动混合搅拌。此装置 需要控制的元件有：SL1、SL2、SL3 为液面传感器，液体 A、B 阀门与混合液阀门由电 磁阀 YV1、YV2、YV3 控制，M 为搅匀电机。所有这些元件的控制都属于数字量控制， 可以通过引线与相应的控制系统连接从而达到控制效果。 图 3-1 液体混合装置 工作流程如下： 初始状态:装置投入运行时，液体 A、B 阀门关闭，混合液阀门打开 20 秒将容 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。当液面到达 SL2 时，SL2 接通，关闭液 体 A 阀门，打开液体 B 阀门。液面到达 SL1 时，关闭液体 B 阀门，搅匀电机开始 搅匀。搅匀电机工作 6 秒后停止搅动，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 由接通变为断开，再过 2 秒后，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 后，在当前的混合液操作处理完毕后，才停止操 作（停在初始状态上）。 3.2 液位传感器的选择 选用 LSF-2.5 型液位传感器。 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 系列液位开关可提供非常准确、可靠的液位检测。其原理是依据光的反射折 射原理 ，当没有液面时，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或多点液位开关。LSF 光电液位开关具有较高的适应 环境的能力，在耐腐蚀方面有较好的抵抗能力。 相关元件主要技术参数及原理如下： 1）工作压力可达 2.5Mpa； 2）工作温度上限为 125； 3）触点寿命为 100 万次； 4）触点容量为 70W； 5）开关电压为 24V DC； 6）切换电流为 0.5A。 3.3 搅拌电机的选择 选用 EJ15-3 型电动机。EJ15 系列电动机是一般用途的全封闭自扇冷式鼠笼型三 相异步电动机。其中“E”表示电动机，“J”表示交流的，15 为设计序号，3 为最大 工作电流。 相关元件主要技术参数及原理如下： 1）额定电压为 220V，额定频率为 50Hz，功率为 2.5KW，采用三角形接法； 2）电动机运行地点的海拔不超过 1000m。工作温度-1540/湿度90%； 3）EJ15 系列电动机效率高、节能、堵转转矩高、噪音低、振动小、运行安全可 靠。其硬件接线如图 3-2 13 3.4 电磁阀的选择 （1） 入罐液体选用 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。 1）材质：聚四氟乙烯；使用介质：硫酸、盐酸、有机溶剂、化学试剂等酸碱性的 液体； 2） 介质温度150/环境温度-2060； 3） 使用电压：AC：220V50Hz/60Hz DC: 24V； 4） 功率：AC：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 ) 出 罐液体选用 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：聚四氟乙烯，有比较强的抗腐蚀能力； 3） 使用电压：AC：220V50Hz/60HZ DC：24V； 4） 功率：AC：5KW。 3.5 接触器 选用 CJ20-10/CJ20-16 型接触器。 其中“C”表示接触器，“J”表示交流，20 为设计编号，10/16 为主触头额定电 流。 相关元件主要技术参数及原理如下： 1） 操作频率为 1200/h； 2） 机电寿命为 1000 万次； 3） 主触头额定电流为 10/16（A）； 4） 额定电压为 380/220（A）； 5） 功率为 2.5KW。 3.6 热继电器的选择 选用 JR16B-60/3D 型热继电器。 其中“J”表示继电器，“D”表示带断相保护。 相关元件主要技术参数及原理如下： 1）额定电流为 20（A）； 2）热元件额定电流为 32/45（A）。 3.7 PLC的选择 传统的控制方法是采用继电器-接触器控制。这种控制系统较复杂，并且大量的硬 件接线使系统可靠性降低，也间接的降低了设备的工作效率。采用可编程控制器较好 地解决了这一问题，可编程控制器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间的通信。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 6 点，开关量输出为 5 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 15 门子 S7-200 作为控制单元来控制整个系统，之所以选择这种 PLC，主要考虑 S7 系列 PLC 有以下特点： 1）快速的 CPU 处理速度，大程序容量； 2）编程及监控功能强大，维修简单； 3）结构紧凑，价格低廉，具有极高的性能/价格比； 4）丰富的指令系统。 S7-200 是一种可编程序逻辑控制器。它能够控制各种设备以满足自动化控制要求。 S7-200 的用户程序中包括了位逻辑，计数器，定时器，复杂数学运算以及其他智能模 块通讯等指令内容，从而使它能够监视输入状态，改变输出状态以达到控制的目的， 紧凑的结构，灵活的配置和强大的指令集使 S7-200 成为各种控制应用的理想解决方案。 S7-200 PLC 主机的型号规格种类很多，以适应不同需要的控制场合，西门子公司 推出的 S7-200 CPU22X 系列产品有：CPU221 模块，CPU222 模块，CPU224 模块， CPU226 模块，CPU226XM 模块。CPU22X 系列产品指令丰富，速度快，具有较强的通信 能力。 3.8 PLC输入输出口分配 输入/输出地址分配如表 3-1 表 3-1 液体混合装置输入/输出地址分配 3.9 液体混合装置输入输出接线图 输入/输出接线图如图 3-3 图 3-3 输入/输出接线图 四、系统软件设计 17 4.1 系统设计流程示意图 19 4.2 梯形图 21 23 结论 实践证明，本设计所采用西门子 S7-200 型可编程控制器的硬件配置和程序设计是 完全可行的，在实际控制中，由于 PLC 产品自身具有可靠性高、灵活性