基于西门子PLC多配方液体自动混合系统设计与实现

1、 【摘要】：在医药、食品、化工等行业中，几种物料的合成、混合及反应是很常见的工序，而且也是生产过程中十分重要的组成部分。随着计算机技术的普及和发展，自动控制被广泛应用，它可大大降低工人的劳动强度，减少操作误差，提高产品质量。尤其对于分批操作的生产过程，更需要提高生产控制过程的自动化程度。完善的自动控制装置是提高生产效率和经济效益的重要手段。以前这些控制曾采用继电器或分立的电子线路来实现，但是由于这些行业的生产环境及价格等方面的因素限制，使中小企业对这些控制系统的普及和应用受到了限制，为此对这些自动装置的推广提出了更通用、易变、易修、可靠、经济的要求。论文以饮料厂多种配方的液体自动混合控制为例，

2、利用PLC的强大功能，对多配方的液体进行了自动控制设计，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均作了详细阐述，旨在对传统的液体混合控制工作进行自动化改造。【关键词】可编程序控制器PLC；自动控制；液体；混合多配方液体自动混合系统设计与实现1配方的基本概念配方(Recipe)是一组参数值，它用来提供生产产品和控制生产过程所需的信息。例如饼干的配方包括黄油、白糖、鸡蛋、面粉和烹调时间等参数的数据类型和参数值等。配方集是若干个配方的集合，这些配方有相同的参数集合，但是参数的数值各不相同。例如饼干配方集包含夹心饼干和苏打饼干的配方。生成配方集后，在更换产品时，只需

3、要输入配方的符号名或配方的编号，就可以使用配方中预设的参数集合，避免了在生产过程中经常输入重复的大量的参数。S7-200的新版编程软件STEP7-Micro/WIN(V4.0)支持配方功能，它的配方向导用于在存储卡中创建、修改配方和配方集。用户程序可以调用配方向导生成的读写配方的子程序，将某个配方读入CPU模块中的存储区，或将修改后的配方值写入存储卡中。操作人员可以用文本显示器TD200或别的人机界面来选择需要的配方。配方向导用于在存储卡中组织和载入自动化程序配方。将配方数据值转移到存储卡内，否则必须用来存储配方数据的V内存地址。新的配方定义和配方数值分配可在配方向导中直接键入。对配方数据的后

4、续改动可通过重新运行配方向导或采用RCPx_WRITE子程序的编程来完成。混&时间设置喷需宽凑配料0|QA0设置1面团预制与混合巧克力餅杏仁饼酸乳酩讲小蛋機千层醉Ri：F0_READEN1-SetErrorFHZKlJvVFlITEEN1-SetErrorFilo|3锻畑度烘唏时间开始术平2控制和设计要求1控制要求：饮料厂中，三种配方的液体自动混合装置由储水容器一台，搅拌电动机M台，加热器R台，两个液位传感器，一个温度传感器，三个进水电磁阀Yl、Y2、Y3和一个出水电磁阀Y4所组成。其结构示意图如图4-1所示：iS其控制要求如下：（1）初始状态装置未投入运行时，储水器中没有液体，电磁阀Yl、Y

5、2、Y3、Y4没有接通（Y1二Y2=Y3=Y4=0FF）,搅拌电动机M停止动作（M=OFF）加热电炉停止加热（R=OFF），温度传感器（T=OFF），液位传感器Ll、L2均没有信号输出（L1=L2=OFF）。（2）起动操作按下启动按钮，装置开始按下列给定规律运转：1）按下启动按钮SB1后，电磁阀Y1打开，开始注入液体A的配方配料，即可乐的配料，当液面高度达到H1时，液位传感器L1输出信号，停止注入配方液体A,电磁阀Y1断开（Y1=OFF）,搅拌电机开始运转，十分钟之后，停止搅拌，同时加热器开始加热，待加热到T温度传感器设定值C时，加热过程结束，出水电磁阀Y4打开，混合液体流出，直到露出L2后，

6、L2=OFF，再经过三分钟后，容器放空，关闭Y4电磁阀门。2）按下启动按钮SB2后，电磁阀Y2打开，开始注入液体B的配方配料，即雪碧的配料，当液面高度达到H1时，停止注入配方液体B,电磁阀Y1断开（Y1=OFF），搅拌电机开始运转，15秒之后，停止搅拌，同时加热器开始加热，待加热到T温度传感器设定值C时，加热过程结束，出水电磁阀Y4打开，混合液体流出，直到露出L2后，L2=OFF，再经过5秒后，容器放空，关闭Y4电磁阀门。3）按下启动按钮SB3后，电磁阀Y3打开，开始注入液体C的配方配料，即橙汁的配料，其后过程如上所述，即完成了橙汁的自动混合搅拌过程。（3）停止操作在任何时候按下停止按钮SB4

7、后，系统都要将当前容器内的混合操作处理完毕后，才停止操作。2设计要求：根据生产设备工作方面及其它方面的需要，本次设计要达到如下设计要求：（1）要求本次设计的控制装置采用PLC技术实现；（2）要能完全满足控制要求；（3）按下停止按钮后，要将当前的混合操作处理完毕后（当前周期循环执行到底），才能停止操作，即停在初始位置上，避免原材料的浪费。3系统设计方案分析经过对上述设计要求的深入思考后，对系统的设计过程有了一定的构架，具体的设计思路如下：本系统为多种配方液体的自动混合设计与实现，需要提前设定好各种液体各组配方的参数值，而且这些操作有重复执行的可能。因此，需要运用到西门子S7-200中的配方功能，

8、进入容器后的搅拌，贝懦要电机控制。西门子PLC上主要进行梯形图编程来记忆这些参数并在生产中调出这些参数，当PLC掉电时也不会失去这些参数。对各个控件的控制，需要一个完整的控制流程，运用PLC技术进行编程，可以实现对各个控件的控制。S7-200简易组成连接图具体控制方法根据题目要求，按下启动按钮SB1时，A配方的液体进入容器，当达到一定值时，停止进入，搅拌机进行搅拌，十分钟后搅拌均匀，停止搅拌，同时加热器开始加热，加热到设定值之后，放出液体，按停止键停止操作。液体的进入和放出，需要电磁阀的控制，液面的深度和加热的温度需要传感器的控制，搅拌机的搅拌需要电机控制。系统的控制流程图如图4-3所示。4硬

9、件设计4.1PLC的选型机型选择的基本原贝是在满足控制功能要求的前提下，保证系统工作可靠、维护使用方便及最佳的性能价格比。具体应考虑的因素如下所述。（1）结构合理对于工艺过程比较固定、环境条件较好、维修量较小的场合，选用整体式结构的PLC；否则，选用模块式结构的PLC,物料混合控制系统的设计选用整体式结构的PLC能够达到要求。（2）功能强弱适当对于开关量控制的工程项目，若控制速度要求不高，一般选用低档的PLC，西门子公司的S7-200系列机或欧姆龙公司的C0M1。（3）机型统一PLC的结构分为整体式和模块式两种。整体式结构把PLC的1/O和CPU放在一块印刷电路板上，并封装在一个壳体内，省去了

10、插接环节，因此体积小、价格便宜。但由于整体式结构的PLC功能有限，只适用于控制要求比较简单的系统。一般大型的控制系统都使用模块式结构，这样功能易扩展，比整体式灵活。YNYN是否到达温度传感器设定值C?达到液面高度H1?打开搅拌电机搅拌机停止工作放液阀Y4打开主机自检初始化了程序注入A配方液休物料液位传感器L1输出信号按故障显示排除故障停止注入A配方液体故障指示子程序数据采集子程序加热器停止工作加热器开始工作于动控制子程序主程序开始4.2PLC的地址分配系统PLC输入输出I/O点配置表输入输出I/O端子电路器件作用I/O端子电路器件作用I0.0SB1启动按钮1Q0.0Y1液体A电磁阀1I0.1S

11、B2启动按钮2Q0.1Y2液体B电磁阀2I0.2SB3启动按钮3Q0.2Y3液体C电磁阀3I0.3SB4停止按钮Q0.3Y4混合液排放电磁阀4I0.4L1液位传感器1Q0.4KM控制搅拌电动机MI0.5L2液位传感器2Q0.5R加热器I0.6T温度传感器4.3PLC的外部接线原理图根据系统的设计和控制要求，以及对整个方案的分析和输入输出端子之间的关系，PLC的外部接线原理图如下图所示：S7-200PLCL1L(+)L10.0Q0.010.1Q0.110.2Q0.210.3Q0.310.4Q0.410.5Q0.510.66SB4亠1 结论多配方液体自动混合系统应用比较广泛，采用了可编程控制技术，

12、使整个控制系统的可靠性和精度大大提高，实现了自动控制。同时由于PLC扩展容易，可以对它进行扩展，如只需增加1/O接口模块就可扩展原料系统的输送控制；也可以与电炉控制系统连接，只需增加通信模块就可实现与上位机的通信，从而实现整个系统的计算机管理。本设计将控制作为一个整体的考虑，使各部分密切配合，协调动作，共同完成多配方液体混合的任务。设计中的一些配方参数是接近于实际生产过程中的数据，在实际应用中，还可以根据实际情况进行调整。此系统应用与生产中，能使操作变得十分简单，有效地提高产品质量，降低生产成本。电气控制与可编程控制器是一门极其重要的课程，他综合了计算机技术和自动控制技术和通讯技术。在当今由机

13、械化向自动化，信息化飞速发展的社会，PLC技术越来越受人们广泛应用，前景可观，因此学会和运用PLC,将对我们以后踏上工作岗位有极其重要的帮助。通过本次设计，我的认识领域得到了进一步的扩展，专业技能得到了进一步的提高，同时增强了分析和解决工程实际的综合能力。另外，也培养了自己严肃认真的科学态度和严谨求实的工作作风。参考文献廖常初.PLC编程及应用M.机械工业出版社，2005.5张万忠.可编程控制器入门与应用实例M.北京：中国电力出版社，2006.王宇炎.基于PLC的多种液体混合控制系统设计J.电脑开发与应用，2009.5林春方.可编程控制器原理及应用M.上海：上海交通大学出版社，2004.殷兴光，孙瑜.PLC在液体混合装置中的应用J.机电一体化，2004.3王宇炎，陈朝晖.基于西门子PLC的液体混合系统设计J.自动化技术与应用，2009.5刘玉梅.多种液体混合自动控制系统设计J.辽宁工学院学报，2000.3赵宏亮.可编程序控制器在液体混合搅拌器中的应用J.黑龙江科技信息,2007.吴锦锋.利用PLC进行液体自动混合控制设计J.装备制造技术，2010.2罗麦丰，陈小祝等.西门子S7-200系列PLC在配料生产线上的应用J.微计算机信息,2007.1殷兴光，孙瑜.PL