毕业设计论文液体混合装置的PLC控制系统的设计

定稿日期：date\@"yyyy年MM月dd日"2013年05月08日新疆工业高等专科学校机械工程系毕业设计（论文）任务书学生姓名专业班级机电09—11（3）班设计(论文)题目液体混合装置的PLC控制系统的设计接受任务日期2012年2月28日完成任务日期2012年04月9日指导教师指导教师单位新疆工业高等专科学校设计(论文)内容目标根据控制要求提出设计方案。根据设计方案选择合适的硬件，包括传感器、PLC的机型，并绘制强电控制电路。根据设计要求编出正确的控制程序。分析系统常见的故障及处理办法。设计(论文)要求1.论文格式要正确2.题目要求：选择与生产、现实生活等相关的实际题目，经分析解决生产中遇到的问题，达到设计的目的。3.论文要求学生整个题目由学生独立完成。论文指导记录1.2012-2-28至2012-3-04查找资料，初步确定题目；2.2012-3-05至2012-3-10题目审核，在老师的指导下完成题目及大纲；3.2012-3-11至2012-3-20论文写作，遇到问题及时与指导老师交流；4.2012-3-21至2012-3-30完成初稿，以邮件的方式发给老师批阅；5.2012-3-31至2012-4-09论文定稿，准备答辩。参考资料戚长政.自动机与生产线.北京：科学出版社，2004.龙志文.SIMATICS7PLC原理及应用.北京：机械工业出版社，2007.蔡杏山.零起步轻松学西门子S7-200PLC技术.北京：人民邮电版社，2010马桂香.电气控制与PLC应用.北京：化学工业出版社，2006

新疆工业高等专科学校机械工程系毕业设计（论文）成绩表学生姓名郭冬专业班级机电09—11（3）班设计(论文)题目液体混合装置的PLC控制系统的设计指导教师（签名）张作平指导教师单位新疆工业高等专科学校指导教师评语评阅成绩：评阅教师签字：年

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日l摘要PLC是以计算机技术为核心的通用自动控制装置，也可以说它是一种用程序来改变控制功能的计算机。随着微处理器、计算机和通信技术的飞速发展，可编程序控制器PLC已在工业控制中得到广泛应用，而且所占比重在迅速的上升。PLC主要由CPU模块、输入模块、输出模块和编程装置组成。在现今医药、食品、化工等行业中，多种液体混合是必不可少的工序，而且也是生产过程中十分重要的组成部分。但是，由于这些行业中所用到的材料，多为易燃易爆、有毒有腐蚀性的介质，以致于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、工作效率高等特点，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中小型企业改进液体混合工序，从而达到液体混合自动控制的目的，我根据所学知识，以两种液体混合为例，设计出以PLC为核心的液体混合自动控制系统。它应用于工业混合搅拌设备，使得搅拌过程实现了自动化控制、并且提升了搅拌设备工作的稳定性，为搅拌机械顺利、有序、准确的工作创造了有力的保障。本设计主要利用PLC来实现对二种液体混合的自动控制，系统中的电磁阀、搅拌电动机和液面传感器通过PLC按所设定的参数动作运行，从而完成液体自动混合。其要求是将两种液体按一定体积比例混合，在经过电动搅拌，使液体混合均匀，然后将混合液输出容器。整个工作过程形成循环状态，在按停止按钮后，系统依然要完成本次混合才能结束。该系统的特点是，对于已经接好的线路，可以通过改变PCL的程序来改变控制逻辑和参数，具有灵活的运用方式。关键词：液面传感器；PLC控制；

AbstractPLCisbasedoncomputertechnologyasthecoreofthegeneralautomaticcontrolequipment,alsocansayitisakindofprogramtochangecontrolfunctionsofthecomputer.Alongwiththemicroprocessor,computerandcommunicationtechnologyrapiddevelopment,programmablecontrollerPLChassetupafileintheindustrycontrolhavebeenwidelyused,andtheproportionoftherapidriseinthe.PLCmainlybytheCPUmodule,inputmodule,outputmoduleandprogrammingdevicecomponent.Inthecurrentmedicine,foodandchemicalindustry,avarietyofliquidmixingisindispensableprocess,butalsointheprocessofproductionisveryimportantpart.But,becausetheseindustryformaterials,moreforinflammable,explosive,toxiccorrosivemedium,sothattheworkenvironmentisverybad,notsuitableforartificialsiteoperation;Inadditiontoproductionrequirementsthesystemtohavemixedaccurate,reliablecontrol,workefficiencyhighercharacteristic,thisalsoisamanualoperationandautomaticcontroltorealizebyhalf.So,inordertohelprelatedindustry,especiallysmallandmedium-sizedenterprisestoimproveliquidmixingprocess,soastoachievethepurposeofmixedliquidautomaticcontrol,Iaccordingtotheknowledge,tothetwoliquidsmixedasanexample,thedesignwithPLCasthecoreofmixedliquidautomaticcontrolsystem.Itapplicationinindustrialmixingequipment,makestheautomationofthemixingprocesscontrol,andupgradethemixingequipmentworkstability,mixingmachineforsmooth,orderly,accurateworkingtocreateastrongsupport.ThisdesignisthemainusePLCtoachievetwokindofliquidmixtureofautomaticcontrol,systemofsolenoidvalve,mixingmotorsandliquidsurfacesensorthroughthePLCsetbythemovementparametersaccordingtotheoperationsoastocompletetheautomaticliquidmixture.Therequirementistwokindsofliquidinacertainvolumemixingratio,afteranelectricmixer,causestheliquidmixing,andthenwillthemixtureoutputcontainer.Thewholeworkprocessformscirculationstate,pressthestopbutton,thesystemisstilltobecompletedthismixturetoend.Thesystemcharacteristicsare,totakeagoodlinehas,bychangingthePCLprogramtochangecontrollogicandparameters,theuseofflexibleway.KeyWord:Liquidsurfacesensor;PLCcontrol

目录摘要 IAbstract II第1章液体自动混合系统方案设计 11.1液体混合的现状 11.2研究目的和意义 11.3系统的整体设计要求 21.4控制方式系统的要求的设计 3第2章PLC的介绍 52.1可编程序控制器(PLC)简介 52.2PLC工作原理 52.3PLC的工作过程 52.4PLC的编程语言--梯形图 72.5可编程序控制器PLC的优点 7第3章液体自动混合系统的硬件设计 93.1系统的控制要求 93.1.1两种液体的混合装置简图如图 93.1.2工作要求 93.1.3工艺分析 103.2控制系统的硬件设计 113.2.1PLC机型选择 113.2.2PLCI/O点分配 123.2.3PLC的I/O接线图 133.2.4主电路的设计 143.2.5液位传感器的选择 16第4章液体自动混合系统的软件设计 194.1程序设计的一般方法 194.1.1经验设计法 194.1.2逻辑设计法 194.1.3顺序设计法 194.2PLC控制的相关流程图 204.3可编程控制器梯形图 22第5章系统常见故障分析及维护 255.1系统常见故障分析及维护 255.2系统故障分析及处理 255.2.1PLC主机系统故障分析及处理 255.2.2PLC的I/O端口系统故障分析及处理 255.2.3现场控制设备故障分析及处理 265.2.4系统抗干扰性的分析和维护 26设计总结 28谢辞 29参考文献 30l液体自动混合系统方案设计液体混合的现状随着科学技术的猛速发展，自动控制技术在人类活动的各个领域中的应用越来越广泛，它的水平已成为衡量一个国家生产和科学技术先进与否的一项重要标志。在炼油、化工、制药等行业中，多种液体混合是必不可少的程序，而且也是其生产过程中十分重要的组成部分。但由于这些行业中多为易燃易爆、有毒有腐蚀性的介质，以致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配料精确、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自动混合的目的,液体自动混合配料势必就是摆在我们眼前的一大课题。随着计算机技术的发展，对原有液体混合装置进行技术改造，提出数据采集、自动控制、运行管理等多方面的要求。设计的多种液体混合装置利用可编程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。研究目的和意义在工艺加工最初，把多种原料再合适的时间和条件下进行需要的加工以得到产品一直都是在人监控或操作下进行的，在后来多用继电器系统对顺序或逻辑的操作过程进行自动化操作，但是现在随着时代的发展，这些方式已经不能满足工业生产的实际需要。实际生产中需要更精确、更便捷的控制装置。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。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，传感器技术等技术与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。可编程控制器多种液体自动混合控制系统的特点：①系统自动工作；②控制的单周期运行方式； ③由传感器送入设定的参数实现自动控制；④启动后就能自动完成一个周期的工作，并循环。系统采用PLC是基于以下两个原因：①PLC具有很高的可靠性，通常的平均无故障时间都在30万小时以上；②编程能力强，可以将模糊化、模糊决策和解模糊都方便地用软件来实现；根据多种液体自动混合系统的要求与特点，我们采用的PLC具有小型化、高速度、高性能等特点，可编程控制器指令丰富，可以接各种输出、输入扩充设备，有丰富的特殊扩展设备，其中的模拟输入设备和通信设备是系统所必需的，能够方便地联网通信。本系统就是应用可编程序控制器(PLC)对多种液体自动混合实现控制。系统的整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:当装置投入运行时，电磁阀F1、F2、F3和搅拌电机M，液面传感器L1、L2、L3,均为OFF。指示灯D1、D2、D3均不亮。开始运行时按下启动按钮SB1，电磁阀F1开启开始注入物料A，此时指示灯D1亮；至高度L2时，关闭电磁阀F1，指示灯D1灭，同时开启电磁阀F2，指示灯D2亮，注入物料B；当液面上升至L1时，关闭电磁阀F2，指示灯D2灭。停止注入物料B后，启动搅拌电动机M，使物料A、B混合10秒，指示灯D3亮。10秒后停止搅拌，指示灯D3灭，开启电磁阀F3，放出混合物料，当液面高度降至L3后，再经5秒后关闭电磁阀F3。按下停止按钮SB2，当前过程完成后，回到初始状态。控制方式系统的要求的设计就目前的现状有以下几种控制方式满足系统的要求：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。1.继电器控制系统控制功能是用硬件继电器实现的。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。系统复杂，在控制过程中，如果某个继电器损坏，都会影响整个系统的正常运行，查找和排除故障往往非常困难，虽然继电器本身价格不太贵，但是控制柜的安装接线工作量大，因此整个控制柜价格非常高，灵活性差，响应速度慢。2.单片机控制单片机作为一个超大规模的集成电路，机构上包括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，成为功控领域、尖端武器、日常生活中最广泛的计算机之一。但是，单片机是一片集成电路，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，硬件设计、制作和程序设计的工作量相当大。3.工业控制计算机控制工控机采用总线结构，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有些大材小用。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，不如接线端子可靠。4.可编程序控制器控制可编程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。可编程控制器(PLC)从上个世纪70年代发展起来的一种新型工业控制系统，起初它主要是针对开关量进行逻辑控制的一种装置，可以取代中间继电器、时间继电器等构成开关量控制系统。随着30多年来微电子技术的不断发展，PLC也通过不断的升级换代大大增强了其功能。现在PLC已经发展成为不但具有逻辑控制功能、还具有过程控制功能、运动控制功能和数据处理功能、连网通讯功能等多种性能，是名符其实的多功能控制器。由PLC为主构成的控制系统具有可靠性高、控制功能强大、性价比高等优点，是目前工业自动化的首选控制装置。故选择PLC来实施本次设计。PLC的介绍可编程序控制器(PLC)简介可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。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、计算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。PLC是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物，它克服了继电器接触控制系统中触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点充分利用微处理器的优点。PLC的硬件主要有中央处理器（CPU）、存储器、输入单元、输出单元、通信接口、扩展接口电源等部分组成。其中，CPU是PLC的核心，输入单元与输出单元是连接现场输入、输出设备与CPU之间的接口电路，通信接口用于与编程器、上位计算机等外设连接。PLC工作原理PLC的工作方式:采用循环扫描方式。在PLC处于运行状态时,从内部处理,通信操作,程序输入,程序执行,程序输出,一直循环扫描工作。PLC的工作过程PLC的工作过程基本上是用户的梯形图程序的执行过程，是在系统软件的控制下顺次扫描各输入点的状态，按用户程序解算控制逻辑，然后顺序向各个输出点发出相应的控制信号。除此之外，为提高工作的可靠性和及时的接收外来的控制命令，每个扫描周期还要进行故障自诊断和处理与编程器、计算机的通信。因此，PLC工作过程分为以下五步：(1)自诊断自诊断功能可使PLC系统防患于未然，而在发生故障时能尽快的修复，为此PLC每次扫描用户程序以前都对CPU、存储器、输入输出模块等进行故障诊断，若自诊断正常便继续进行扫描，而一旦发现故障或异常现象则转入处理程序，保留现行工作状态，关闭全部输出，然后停机并显示出错的信息。(2)与外设通信自诊断正常后PLC即扫描编程器、上位机等通信接口，如有通信请求便响应处理。在与编程器通信过程中，编程器把指令和修改参数发送给主机，主机把要显示的状态、数据、错误码进行相应指示，编程器还可以向主机发送运行、停止、清内存等监控命令。在与上位机通信过程中PLC将接收上位机发出的指令进行相应的操作，把现场工作状态、PLC的内部工作状态、各种数值参数发送给上位机以及执行启动、停机、修改参数等命令。(3)输入现场状态完成前两步工作后PLC便扫描各个输入点，读入各点的状态和数据，如开关的通断状态、形成现场的内存映象。这一过程也称为输入采样或输出刷新，在一个扫描周期内内存映象的内容不变，即使外部实际开关状态己经发生了变化也只能在下一个扫描过程中的输入采样时刷新，解算用户逻辑所用的输入值是该输入值的内存映象值而不是当时现场的实际值。(4)解算用户逻辑即执行用户程序。一般是从用户出现存储器的最低地址存放的第一条程序开始，在无跳转的情况下按存储器地址的递增方向顺序的扫描用户程序，按用户程序进行逻辑判断和算术运算，因此称之为解算用户逻辑。解算过程中所用的计数器、定时器，内部继电器等编程元件为相应存储单元的即时值，而输入继电器，输出继电器则用的是内存映象值。在一个扫周期内，某个输入信号的状态不管外部实际情况是否己经变化，对整个用户程序是一致的，不会造成结果混乱。(5)输出结果将本次的扫描过程中解算最新结果送到输出模块取代前一次扫描解算的结果，也称为输出刷新。解算用户逻辑到用户程序为止，每一步所得到的输出信号被存入输出信号寄存表并未发送到输出模块，相当于输出信号被输出门阻隔，待全部解算完成后打开输出门一并输出，所用输出信号由输出状态表送到输出模块，其相应开关动作。驱动用户输出设备即PLC的实际输出。在依次完成上述五个步骤操作后PLC又开始进行下一次扫描。如此不断的反复循环扫描，实现对全过程及设备的连续控制，直至接收到停止命令、停电、或出现故障。PLC的编程语言--梯形图梯形图在形式上类似于继电器控制电路图，它简单，直观，易读，好懂，是PLC中普遍采用的一种编程方式。梯形图中沿用了继电器线路的一些图形符号，这些图形符号被称为编程元件，每一个编程元件对应有一个编号。不同厂家的PLC，其编程元件的多少及编号方法不尽相同，但是基本的元件及功能很相近。梯形图有如下特点。①梯形图按自上而下、从左到右的顺序排列。每一个继电器为一个逻辑行，称为梯形。每一个逻辑行起始于左母线，然后是触点的各种联接，最后是线圈，整个图形呈梯形。②梯形图中的继电器不是继电器控制电路中的物理继电器，它实质上是变量存储器中的位触发器，因此称为软继电器，相应的某位触发器为真态，表示该继电器通电，其常开触点闭合，常闭触点打开。梯形图中的继电器的线圈的定义是广义的，除了输出继电器、内部继电器以外，还包括定时器、计数器等。③梯形图中，一般情况下某个编号的继电器线圈只能出现一次，而继电器的触点是可以被无限制的引用，既可是常开触点也可以是常闭触点。④梯形图是PLC形象化的编程方式，其左右两侧的母线不接任何电源，因而图中各个支路也没有真实的电流通过，但是为了方便，常用有电流来形象的描述解算中满足输出线圈的动作条件。所以仅仅是概念上的电流，而且认为它只能从左向右流动，层次的改变只能是先上后下。可编程序控制器PLC的优点①能适应工业现场的恶劣环境，不要求空调，能抗电磁干扰与电压冲击。②简单，易于使用，不必要求微机软硬件方面的知识，编程不需要高级语言。③可靠性高，平均故障间隔时间(MTBF)超过20000小时。④编程或修改程序容易，程序可以保存和固化。⑤体积小，价格低。⑥可直接将数据送入处理器中，可直接连接到现场。⑦可在基本系统上扩展，系统容易配置，与负载最远距离可达10000英尺，内存可以扩展。⑧有很强的通讯功能，可与多种支持设备连接。⑨系统化，有标准外围接口模块。⑩系统在一种现场不需要时，仍可改在另一种现场上使用等一系列优点。液体自动混合系统的硬件设计系统的控制要求两种液体的混合装置简图如图工作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，控制要求如下初始状态当装置投入运行时，电磁阀F1、F2、F3和搅拌电机M，液面传感器L1、L2、L3,均为OFF。指示灯D1、D2、D3均不亮。物料自动混合控制按下启动按钮SB1，开始下列操作（1）电磁阀F1开启开始注入物料A，此时指示灯D1亮；至高度L2时，关闭电磁阀F1，同时开启电磁阀F2，注入物料B,指示灯D1灭，指示灯D2亮；当液上升至L1时，关闭电磁阀F2，同时指示灯D2灭。（2）停止注入物料B后，启动搅拌电机M，指示灯D3亮，使物料A、B混合10秒。（3）10S后搅拌电机M停止，指示灯D3灭，开启电磁阀F3，放出混合物料，当液面高度降至L3后，再经5秒后关闭电磁阀F3。停止操作按下停止按钮SB2，当前过程完成后，回到初始状态。工艺分析物料的混合操作是一些工厂关键的或不可缺的一环，对物料混合装置的要求是设备对物料的混合质量高、生产效率和自动化程度高、适应范围广、抗恶劣工作环境等。采用PLC对物料混合装置进行控制恰恰能满足这些要求，因此多种物料混合的PLC控制具有广泛的应用。多种液体按一定体积或质量比例的混合是物料混合的一种典型形式。本设计以两种液体的混合装置为例，说明PLC在其中的应用，混合装置的工作过程如下：按启动按钮SB1后，电磁阀F1通电打开，液体A流入容器，指示灯D1亮；当液位高度到达L2时，中液位传感器L2接通，此时电磁阀F1断电关闭，指示灯D1灭，指示灯D2亮，而电磁阀F2通电打开，液体B流入容器；当液位高度到达L1时，高液位传感器L1接通，这时电磁阀F2断电关闭，指示灯D2灭，同时启动电动机M搅拌，指示灯D3亮；10S后，电动机M停止搅拌，指示灯D3灭，这时电磁阀F3通电打开，放出混合后的液体；当液位高度下降到L3后，再延时5S，使电磁阀F3断电关闭，并自动开始新的工作周期。控制系统的硬件设计PLC机型选择机型选择的基本原则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COM1。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I/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。一个大型企业选用PLC时，尽量要做到机型统一。由于同一机型的PLC，其模块可互为备用，以便备件的采购和管理；另外，功能及编程方法统一，有利于技术人员的培训；其外部设备通用也有利于资源共享。若配备了上位计算机，可把各独立系统的多台PLC联成一个多级分布式控制相互通信，集中协调管理。物料混合控制系统控制要求比较简单选择整体式结构的PLC。4．是否在线编程PLC的特点之一是使用灵活。当被控设备的工艺过程改变时，只需用编程器重新修改程序，就能满足新的控制要求，给生产带来很大方便。PLC的编程分为离线编程和在线编程两种。离线编程的PLC，其主机和编程器共用，物料混合控制系统采用离线编程。5．PLC的环境适应性由于PLC是直接用于工业控制的工业控制器，生产厂家都把它设计成能在恶劣的环境条件下可靠地工作。尽管如此，每种PLC都有自己的环境技术条件，用户在选用时，特别是在设计控制系统时，对环境条件要进行充分的考虑。一般PLC及其外部电路（I/O模块、辅助电源等）都能在下列环境条件下可靠工作：温度：工作温度0～55℃，最高为60℃储存温度：-40℃～＋85℃湿度：相对湿度5%～95%(无凝结霜)振动和冲击：满足国际电工委员会标准电源：交流220V，允许变化范围为-15%～＋15%，频率为47～53Hz瞬间停电保持l0ms环境：周围空气不能混有可燃性、爆炸性和腐蚀性气体对于需要应用在特殊环境下的PLC，要根据具体的情况进行合理的选择。根据本设计的要求,为满足控制功能的要求，保证系统工作可靠、维护使用方便，最佳的性能价格比，以及PLC的I/O点数和用户储存容量本设计选用S7-200系列CPU224（14I/10O）的PLC完成控制。PLCI/O点分配L1、L2、L3为3个液位传感器，液体淹没时接通。进液阀F1、F2分别控制物料A和物料B进料，出液阀F3控制混合物料流出。该系统所使用的输入输出设备的I/O分配如表所示。输入输出I0.0启动按钮SB1Q0.0物料A电磁阀F1I0.1停止按钮SB2Q0.1物料B电磁阀F2I0.2高液面传感器L1Q0.2混合物料电磁阀F3I0.3中液面传感器L2Q0.3搅拌电动机接触器I0.4低液面传感器L3Q0.4指示灯D1Q0.5指示灯D2Q0.6指示灯D3PLC的I/O接线图根据表输入和输出设备及I/O点分配表画出I/O主要接线图如下:启动按钮SB1、停止按钮SB2分别由I0.0和I0.1控制。主电路的设计电动机控制电路应有保护环节，用以保护电网、电动机等电路元件，消除不正常工作时的有害影响，避免误操作产生事故。在自动控制系统中，常用的保护环节有过载保护、过电流保护、短路保护、失压保护等，有时还设有合闸、分闸和相关的提示信号等。不正确的启动和过大的负载将引起电动机出现很大的电流，过大的冲击负载，使电动机产生很大的冲击电流，以致损坏电动机，因此，必须瞬时切断电源。本设计采用三相保护。电动机选用三相异步电动机，额定功率为7.5Kw，额定转速1450r/min。由于搅拌电机功率较小（低于10KW），所以搅拌电动机采用直接启动的启动方式。下图为接触器控制电动机的控制电路，QS为电源开关，FU1为熔断器，KM为接触器，FR为热继电器，M为电动机。合上电源开关 QS，如果连接在PLC输出端的接触器KM得到信号则电动机工作，反之，电动机不工作。熔断器短路保护由熔断器FU1实现对控制电路的短路保护。熔断器的熔体串联在被保护的电路中，当电路发生短路或严重过载时，它自动熔断，从而切断电路，达到保护的目的。为扩大保护范围，在电路中熔断器应安装在靠近电源端，通常安装在电源开关下面。过载保护由于熔断器具有反时限保护特性和分散性，难以实现对电动机的长期过载保护，为此采用FR实现对电动机的长期过载保护。当电动机为额定电流时，电动机为额定温升，热继电器不动作；在过载电流较小时，热继电器要经过较长时间才动作；过载电流较大时，热继电器则会在较短时间内发生动作。串联在电动机定子电路中的双金属片因过热变形，致使其串接在控制电路中的常闭触点打开，切断KM线圈电路，电动机停止运转，实现过载保护。由于热惯性的原因，热继电器不会受电动机短时过载冲击电流或短路电流的影响而瞬时动作，因此在使用热继电器做过载保护的同时，还必须设有短路保护。并且选作短路保护的熔断器熔体的额定电流不应超过4倍热继电器发热元件的额定电流。液位传感器的选择液位传感器分为两类：一类为接触式，包括单法兰静压/双法兰差压液位变送器，浮球式液位传感器，磁性液位变送器，投入式液位变送器，电动内浮球液位变送器，电动浮筒液位变送器，电容式液位变送器，磁致伸缩液位变送器，侍服液位变送器等。第二类为非接触式，分为超声波液位变送器，雷达液位变送器等。本设计选用SK—8C06型浮球式液位传感器工作原理:利用浮球液位开关的浮子随液位升或降，带动磁性环升降，磁性环使传感器检测管内设定位置的干簧管芯片开关吸合，将液位转换成相应的电信号传递到PLC内部。在密闭的非导磁性管内安装有一个或多个干簧管，然后将此管穿过一个下端带有环形磁铁的浮球，液体的上升或下降将带动浮球一起上下移动，从而使该非导磁性管内的干簧管产生吸合或断开的动作，从而输出一个开关信号.。由于该传感器采用国外的一种金属铑制成的干簧管，从根本上解决了以前干簧管容易磁化不能复位的问题，同时这种干簧管的开关寿命可达100万次，所以这种传感器的可靠性得到很大的提高，该传感器的机械机构采用耐腐蚀的不锈钢材料，加上可靠的防水密封措施，使其可在极恶劣的条件下全天候的工作。这种液位传感器是一种结构简单、使用方便、安全可靠的液位控制器件，它具有比一般机械开关体积小、速度快、寿命长，与电子开关相比，它又有抗负载冲击能力强的特点，其在造船、造纸、印刷、发电机设备、石油化工、食品工业、水处理、电工、染料工业、油压机械等方面都得到了广泛的应用。SK—8C06型浮球式液位传感器主要参数如下：输出形式4~20mA（二线制）；电源电压15~36VDC；防护等级IP67；工作温度-40—80CSK—8C06型浮球式液位传感器的简单原理图如下：SK—8C06型浮球式液位传感器的接线图如下：液体自动混合系统的软件设计程序设计的一般方法经验设计法经验设计法也叫凑试法。在掌握一些典型控制环节和电路设计的基础上，根据被控对象对控制系统的具体要求，凭经验进行选择、组合。这种方法对于一些简单的控制系统的设计是比较凑效的，可以收到快速、简单的效果。经验设计法的具体步骤如下：1．确定输入/输出电器；2．确定输入和输出点的个数、选择PLC机型、进行I/O分配；3．做出系统动作工程流程图；4．选择PLC指令并编写程序；5．编写其它控制要求的程序；将各个环节编写的程序联系起来，即得到一个满足控制要求的程序。逻辑设计法工业电气控制线路中，有很多是通过继电器等电器元件来实现的。而继电器、交流接触器的触点都只有两种状态即：断开和闭合，因此用“0”和“1”两种取值的逻辑代数设计电气控制线路是完全可以的。该方法是根据数字电子技术中的逻辑设计法进行PLC程序的设计，它使用逻辑表达式描述问题。在得出逻辑表达式后，根据逻辑表达式画出梯形图。顺序设计法对那些按动作的先后顺序进行控制的系统，非常适合使用顺序控制设计法进行编程。顺序控制法规律性很强，虽然编程相当长，但程序结构清晰、可读性。在用顺序控制设计法编程时，功能图是很重要的工具。功能图能够清楚地表现出系统各工作步的功能、步与步之间的转换顺序及其转换条件。功能图由流程步、有向线段、转移和动作组成，在使用时它有一些使用规则，具体如下：1.步于步之间必须用转移隔开；2.转移与转移之间必须用步隔开；3.转移和步之间用有向线段连接，正常画顺序功能图的方向是从上向下或则从左向右。按照正常顺序画图时，有向线段可以不加箭头，否则必须加箭头。4.一个顺序功能图中至少有一出初始步。PLC控制的相关流程图液体自动混合的控制是比较复杂的，要满足控制的要求，PLC在接收信号的同时，还要不断处理各种信号。液体混合动作的循环过程为：开阀门F1-一关阀门F1-开阀门F2-关阀门F2-搅拌一定时一放液体一定时一关阀门F3-停止。同时在程序设计过程中应遵循定时原则。系统的软件流程图，如图所示。启动启动搅拌10S10S后打开电磁阀F3释放混合液电磁阀F1打开，直到液面到达L2液面到达L2，关闭电磁阀F1，打开电磁阀F2液面到达L1，关闭电磁阀F2，搅拌电动机工作搅拌10S10S后打开电磁阀F3释放混合液电磁阀F1打开，直到液面到达L2液面到达L2，关闭电磁阀F1，打开电磁阀F2液面到达L1，关闭电磁阀F2，搅拌电动机工作混合液到达L3，5S后，关闭电磁阀F3混合液到达L3，5S后，关闭电磁阀F3 可编程控制器梯形图标准语言梯形图语言也是我们最常用的一种语言，它有以下特点1.它是一种图形语言，沿用传统控制图中的继电器触点、线圈、串联等术语和一些图形符号构成，左右的竖线称为左右母线。2.梯形图中接点（触点）只有常开和常闭，接点可以是PLC输入点接的开关也可以是PLC内部继电器的接点或内部寄存器、计数器等的状态。3.梯形图中的接点可以任意串、并联，但线圈只能并联不能串联。4.内部继电器、计数器、寄存器等均不能直接控制外部负载，只能做中间结果供CPU内部使用。5.PLC是按循环扫描事件，沿梯形图先后顺序执行，在同一扫描周期中的结果留在输出状态暂存器中所以输出点的值在用户程序中可以当做条件使用。功能左边画输入、右边画输出。根据流程图，分析画出梯形图如图所示：梯形图分析：1.初始状态当装置投入运行时，进液阀F1、F2关闭，出液阀F3关闭。2.启动操作按下启动按钮SB1，液体装置开始按以下顺序工作：按下启动按钮SB1(I0.0接通)，M0.0接通并保持，使Q0.1输出，电磁阀F1开启，物料A进入，指示灯D1亮。当液面升至L2时，液面传感器L2给出信号，I0.3接通，使得电磁阀F1关闭，指示灯D1灭，Q0.2输出电磁阀F2开启，物料B流入，同时指示灯D2亮。到液面升至L1时，传感器L1给出信号，I0.2接通，使得电磁阀F2关闭，指示灯D2灭，同时启动搅拌电动机，指示灯D3亮，搅拌电动机工作10S后，指示灯D3灭，T37得到信号Q0.3输出电磁阀F3开启，混合物料流出。在混合物料下降的过程中，当液面降至L3后，再延时5S后，T33得到信号，电磁阀F3关闭，并进入下一个工作过程。3.停止操作工作中，若按下停止按钮SB2，待整个循环进行到结束，即待灌内液体排到L3以下，切断电磁阀F3，不再接通F1，停止工作.。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对该系统的设备消耗、元器件设备故障发生点有比较准确的估计，也就是说，要知道整个系统哪些部件最容易出故障，以便采取措施，使PLC对系统的控制过程顺利的进行。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（CPU）、存储器、输入单元、输出单元、通信接口、扩展接口电源等设备。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。系统故障分析及处理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能避免的。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造成局部印刷板或底板、接插件接口等处的总线破坏，在空气温度变化，湿度变化的影响下，总线的塑料老化、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擦写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才用高性能的处理芯片，故障率已经大大下降。对于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，加装降温措施，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，严格按照操作进行操作，谨防人为的对主机系统造成损害。PLC的I/O端口系统故障分析及处理PLC最大的薄弱环节在I/O端口。PLC的技术优势在于其I/O端口，在主机系统的技术水平相差无几的情况下，I/O模块式体现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。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的地点在现场，现场中最容易出故障的有以下几个方面：1.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。2.第2类故障多发生在阀门等设备上。因为这类设备的关键执行部位是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。3.第3类故障点是传感器，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的巡检有关，发现问题应及时处理。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，因此一般不需要在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