1、液體混合裝置PLC控制系統設計畢業說明書目錄前言-24第1章：液體混合裝置控制介紹-251.1液體混合裝置的應用-251.2液體混合裝置的PLC控制系統-27第2章：方案的介紹與選定-302.1繼電器控制系統-312.2工業控制計算機控制-312.3單片機控制-312.4可編程序控制器控制-312.5方案的選定-31第3章：硬件設計-323.1液體混合控制設計-323.2主電路設計-323.3元器件明細表-333.4元器件選型-343.4.1液位傳感器的選擇-343.4.2攪拌電機的選擇-353.4.3電磁閥的選擇-363.4.4接觸器的選擇-373.4.5三極斷路器的選擇-373.4.6熱繼

2、電器的選擇-383.5 PLC輸入、輸出口分配-39第4章：軟件設計-4041PLC應用程序的基本設計方法-404.1.1經驗設計法-404.1.2應用程序的邏輯設計方法-414.1.3利用狀態流程圖設計應用程序-424.2PLC控制系統設計的一般步驟-424.2.1控制系統設計原則- -424.2.2控制系統設計的基本內容-434.2.3 程序設計的步驟-4443軟件流程-圖-454.4梯形圖-464. 5指令表-48第5章：系統調試- -505.1調試時的注意事項-505.2程序調試- -505.2.1系統的規則-505.2.2I/O模塊選擇與地址設定-505.2.3梯形圖程序的編寫與系統

3、配線-505.2.4系統調試與實際運轉-505.2.5程序注釋和歸檔-505.3軟件調試-51第6章：系統常規故障分析及維護-516.1系統故障的概念-516.2系統故障分析及處理-516.2.1PLC主機系統-516.2.2PLC的I/O端口-526.2.3現場控制設備-526.3系統抗干擾性的分析與維護-53液體混合裝置PLC控制系統設計摘要：本次設計以西門子S7-200的PLC為核心，輔以必要的外圍電路，設計一個簡易的液體混合裝置的PLC控制系統。液體混合系統的控制設計考慮到其動作之間的連續性以及各個被控制設備的動作之間的相互關聯性，針對不同的工作狀態，進行定時的動作控制輸出，從而實現液

4、體混合系統從第一種液體加入到混合完成輸出的這樣一個周期控制工作的程序實現。設計液體混合控制系統為中心，以控制系統的硬件系統組成。軟件選用到系統的設計過程(包括設計方案、設計流程、設計要求、梯形圖設計、外部連接運行等)。關鍵詞: 西門子S7-200PLC 液體混合 控制裝置 前 言為了提高產品質量，縮短生產周期，適應產品迅速更新換代的要求，產品生產正在向縮短生產周期、降低成本、提高生產質量等方向發展。在煉油、化工、制藥等行業中,多種液體混合是必不可少的工序, 而且也是其生產過程中十分重要的組成部分。但由于這些行業中多為易燃易爆、有毒有腐蝕性的介質, 以致現場工作環境十分惡劣, 不適合人工現場操作

5、。另外, 生產要求該系統要具有混合精確、控制可靠等特點, 這也是人工操作和半自動化控制所難以實現的。所以為了幫助相關行業, 特別是其中的中小型企業實現多種液體混合的自動控制, 從而達到液體混合的目的，液體混合自動配料勢必就是擺在我們眼前的一大課題。借助實驗室設備熟悉工業生產中PLC的應用，了解不同公司的可編程控制器的型號和原理，熟悉其編程方式，而多種液體混合裝置的控制更常見于工業生產中，適合大中型飲料生產廠家，尤其見于化學化工業中，便于學以致用。多種液體自動混合系統由于采取了一系列可靠的設計方案，保證系統具有很高的可與實用性。目前在我國此套系統尚處于發展階段，在設計中有許多的不足，有些地方的設

6、計思想也還不成熟。但隨著微可編程邏輯控制系統的日益發展和中國市場對減員高效理念的日漸深入，我相信此套系統會被越來越多的公司所重視，有著良好的實用價值和廣闊的市場前景。 在過去，硬件通常是多種液體自動混合領域的主要因素，設計簡單實用是本系統最大的優點所在，根據現代質量保證技術，用現代設備制造的，以簡單的限位開關、繼電器等常用且性價比較高的器件為基件的多種液體自動混合系統，己經獲得了過去超過了理論上得出的可靠性。所謂自動控制，就是在沒有人直接參與的情況下，利用控制裝置操縱被控對象，使其按照一定歸路的運動和變化。要實現對各種生產過程和生產設備的限制，常常需要使其中的某些物理量（如溫度、壓力、位置、速

7、度等）保持恒定，或者讓它們按照一定的歸路變化。要滿足這種需要，就應該對生產機械或設備進行及時地控制和調整，以抵消外界的干擾和影響。自動控制理論是自動技術、電子技術、計算機科學等許多學科相互滲透的產物。當前，工業發展的一個明顯而重要的趨勢就是越來越廣泛而深刻的引入自動控制。例如：程序控制機床能夠按照預定設定的工藝程序自動的進刀切換，加工出預期的幾何形狀；焊接機器人可按工藝要求焊接流水線上的各個機械部件；自動控制系統能夠保持恒溫等等。所有這些系統都有一個共同點，即它們都是一個或一些被控制的物理量按照給定量的變化而變化，給定量可以是具體的物理量，如電壓、位移、壓力、流量等，也可以是數字量。所以說，如

8、何使被控量按照給定的變化歸路而變化，這就是控制系統所要解決的基本任務。一方面要保證應用軟件本身的可靠性，即盡可能的減少程序中的BUG，使程序能夠持續穩定的運行。要做到這一點，首先必須精心設計應用軟件的總體結構，按照面向對象的觀點，綜合考慮用戶的觀點和程序的易實現性，這樣才能少走彎路，編制出高效率的應用軟件;在編寫代碼時，思維一定要嚴密，盡可能減少人為的失誤:最后，程序要經過反復的調試才能投入運行。另一方面，可以通過采取軟件方面的簡單高效措施提高系統的性能。即使程序盡可能的簡單化。以提高系統的反應速度，使硬件可以發揮其最大功效，使整個系統統一結合，在穩定的前提下更加高速快捷的為我們服務。 總之，

9、多種液體自動混合系統的設計是一項很復雜的工程，必須在系統設計、結構設計、軟件編制、整機裝配和調試階段各個環節統籌安排，嚴格把關才能保證系統具有很高的可靠性。相信這套系統在不久的將來會有良好的發展前景，被我們更加合理的應用于我們的生產工作當中，為我們帶來經濟效益。第1章 液體混合控制裝置介紹1.1液體混合控制裝置的應用PLC控制技術廣泛應用于化工，制藥，食品，酒品制造或飲料等工業企業實際生產中，它可按照生產工藝的技術要求，較好地完成各項技術指標的控制。隨著計算機技術的飛速發展，對原有液體混合裝置進行技術改造，提出數據采集、自動控制、運行監視、報警、運行管理、等多方面要求。設計的混合液體控制裝置,

10、利用PLC實現了在混合過程中的精確控制,提高了混合比例的穩定性、運行穩定、自動化程度高，因此具有廣闊的市場前景，適合于各種液體的混合調配。如圖1是化工生產車間的改質瀝青工藝，這就是PLC在多種液體自動混合裝置中的控制應用。目前絕大多數自動控制系統都是使用計算機來實現的，而計算機的廣泛應用也大大促進了自動控制技術的應用與發展，并且出現了許多新的自動控制理論，使得自動控制技術正向著深度和廣度兩個發向發展。在廣度方面，已經深入到國民經濟的各個領域，從工業過程控制、農夜生產、國防技術到家用電器等都已廣泛使用計算機來進行自動控制，控制對象也從單一對象的局部控制發展到對整個工廠、整個企業等大規模復雜對象進

11、行控制。在深度方面，則向著智能化方向發展，出現了自適應、自學習等智能控制方法。可編程控制器（PLC）是采用微機技術的通用工業自動化裝置。近幾年在國內已經得到迅速推廣普及。PLC正改變著工廠自動控制的面貌。對傳統產業的技術改造，發展新型工業具有重大的實際意義。但PLC發展很快，國外PLC產品更新換代更是如此。可編程控制器的結構多種多樣，但其組成的一般原理基本相同，都是以微處理器為核心的結構，其功能的實現不僅基于硬件的作用，更要靠軟件的支持，實際上可編程控制器就是一種新型的工業計算機。該液體混合系統采用基于PLC的控制系統來取代原來由單片機、繼電器等構成的控制系統，采用模塊化結構，具有良好的可移植

12、性和可維護性。對提高企業生產和管理自動水平有很大的幫助，同時又提高了生產線的效率、使用壽命和質量，減少了企業產品質量的波動，因此具有廣闊的市場前景。液體混合自動配料系統就此應運社會工業生產的需要而誕生了。圖1 液體混合裝置在工業中的具體工業流程圖2 合成反應釜1.2液體混合裝置PLC控制系統計算機的出現給大規模工業自動化帶來了曙光。1968年，美國最大的汽車制造廠商通用汽車（GM）公司提出了公開招標方案，設想將功能完備、靈活、通用的計算機技術與繼電器便于使用的特點相結合，把計算機的編程方法和程序輸入方式加以簡化，用面向過程、面向問題的“自然語言”編程，生產一種新型的工業通用控制器，使人們不必花

13、費大量的精力進行計算機編程，也能像繼電器那樣方便地使用。這個方案首先得到了美國數字設備（DEC）公司的積極響應，并中標。該公司于1969年研制出了第一臺符合招標要求的工業控制器，命名為可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller），簡稱PLC（有的稱為PC），并在GM公司的汽車自動裝配線上試驗獲得了成功。PLC一經出現，由于它的自動化程度高、可靠性好、設計周期短、使用和維護簡便等獨特優點，備受國內外工程技術人員和工業界廠商的極大關注，生產PLC的廠家云起。隨著大規模集成電路和微處理器在PLC中的應用，使PLC的功能不斷得到增強，產品得到飛速發展。采用基于PLC的

14、控制系統來取代原來由單片機、繼電器等構成的控制系統，采用模塊化結構，具有良好的可移植性和可維護性。對提高企業生產和管理自動水平有很大的幫助，同時又提高了生產線的效率、使用壽命和質量，減少了企業產品質量的波動，因此具有廣闊的市場前景。用PLC進行開關量控制的實例很多，在冶金、機械、紡織、輕工、化工、鐵路等行業幾乎都需用到它，如燈光照明、機床電控、食品加工、印刷機械、電梯、自動化倉庫、液體混合自動配料系統、生產流水線等方面的邏輯控制，都廣泛應用PLC來取代傳統的繼電器控制。本次設計是將PLC用于多種液體混合灌裝設置的控制，對學習與實用是很好的結合。本設計的主要研究范圍及要求達到的技術參數有(1)使

15、液體灌裝機能夠實現安全、高效的灌裝；(2)滿足灌裝的各項技術要求；(3) 具體內容包括多種液體混合控制方案的設計、軟硬件電路的設計、常見故障分析等等。本課題應解決的主要問題是如何使PLC在飲料灌裝中實現控制功能，在相關的研究文獻報道中用PLC對灌裝機進行控制的研究尚不多見，以致人們難以根據它的具體情況，正確選用參數進行系統控制，也就難以滿足提高質量和效率、降低成本的要求，本設計就是基于以上問題進行的一些探索。可編程序控制器的概況：一、可編程序控制器的基本結構圖3 PLC的結構框圖PLC種類繁多，但其組成結構和工作原理基本相同。用可編程序控制器實施控制，實質是按一定算法進行輸入輸出變換，并將這個

16、變換予以物理實現，應用于工業現場。PLC專為工業現場應用而設計，采用了典型的計算機結構，它主要是由CPU、電源、存儲器和專門設計的輸入輸出接口電路等組成。PLC的結構框圖如圖1.1所示。二 可編程控制器的工作原理1. PLC的基本工作原理PLC是一種存儲程序的控制器。用戶根據某一對象的具體控制要求，編制好控制程序后，用編程器將程序鍵入到PLC的用戶程序存儲器中寄存。PLC的控制功能就是通過運行用戶程序來實現的。PLC掃描工作方式主要分三個階段：輸入采樣、程序執行、輸出刷新。（1）輸入采樣 PLC在開始執行程序之前，首先掃描輸入端子，按順序將所有輸入信號，讀入到寄存輸入狀態的輸入映像寄存器中，這

17、個過程稱為輸入采樣。PLC在運行程序時，所需的輸入信號不是現時取輸入端子上的信息，而是取輸入映像寄存器中的信息。在本工作周期內這個采樣結果的內容不會改變，只有到下一個掃描周期輸入采樣階段才被刷新。（2） 程序執行 PLC完成了采樣工作后，按順序從0000號地址開始的程序進行掃描執行，并分別從輸入映像寄存器、輸出映像寄存器以及輔助繼電器中獲得所需的數據進行運算處理。再將程序執行的結果寫入寄存執行結果的輸出映像寄存器中保存。但這個結果在全部程序未被執行完畢之前不會送到輸出端子上。（3）輸出刷新 在執行到END的命令時，即執行完用戶所有的程序后，PLC將輸出映像寄存器中的內容送到輸出鎖存器中進行輸出

18、，驅動用戶設備。 2 編程的基本知識FX系列產品，它內部的編程元件，也就是支持該機型編程語言的軟元件，按通俗叫法分別稱為繼電器、定時器、計數器等，但它們與真實元件有很大的差別，一般稱它們為“軟繼電器”。這些編程用的繼電器，它的工作線圈沒有工作電壓等級、功耗大小和電磁慣性等問題；觸點沒有數量限制、沒有機械磨損和電蝕等問題。它在不同的指令操作下，其工作狀態可以無記憶，也可以有記憶，還可以作脈沖數字元件使用。3 PLC常用程序設計語言簡介在可編程控制器中有多種程序設計語言,它們是梯形圖語言、布爾助記符語言、功能表圖語言、功能模塊圖語言及結構化語句描述語言等。PLC是專為工業控制而開發的裝置，其主要使

19、用者是工廠廣大電氣技術人員，為了適應他們的傳統習慣和掌握能力，通常PLC不采用微機的編程語言，而常常采用面向控制過程、面向問題的“自然語言”編程。國際電工委員會（IEC）1994年5月公布的IEC1131-3（可編程控制器語言標準）詳細地說明了句法、語義和下述5種編程語言：功能表圖（sequential   function chart）、梯形圖（Ladder diagram）、功能塊圖（Function black diagram）、指令表（Instruction list）、結構文本（structured text）。梯形圖和功能塊圖為圖形語言，指令表和結構文本為文字語

20、言，功能表圖是一種結構塊控制流程圖。第二章 方案的介紹與選定整個設計過程是按工藝流程設計，為設備安裝，運行和保護檢修服務。系統在保證安全，可靠，穩定，快速的前提下，盡量做到經濟，合理，合用，減小設備成本。在方案的選擇，元器件的選型時更多的考慮新技術，新產品。控制由人工控制到自動控制，由模擬控制到微機控制，使功能的實現由一到多而且更加趨于完善。對于本課題來說，如果液體混合系統部分是一個較大規模工業控制系統的改造升級，新控制裝置需要根據企業設備和工藝現狀來構成并需盡可能的利用舊系統中的元器件。對于人機交互方式改造后的系統的操作模式應盡量和改造前的相類似，以便于操作人員迅速掌握，從企業的高燥要求可以

21、看出在新控制系統中既需要處理模擬量也需要處理大量的開關量，系統的可靠性高，人機交互界面友好，應具備數據儲存和分析匯總的能力。要實現整個液體混合控制系統的設計，需要從怎樣實現控制器控制各電磁閥的開關及電動機啟動的這個角度去考慮。 就目前的現狀有以下幾種控制方式滿足系統的要求：繼電器控制系統、單片機控制、工業控制計算機控制、可編程序控制器控制。2.1繼電器控制系統控制功能是用硬件繼電器實現的。繼電器串接在控制電路中根據主電路中的電壓、電流、轉速、時間及溫度等參量變化而動作，以實現電力拖動裝置的自動控制及保護。系統復雜，在控制過程中，如果某個繼電器損壞，都會影響整個系統的正常運行，查找和排除故障往往

22、非常困難，雖然繼電器本身價格不太貴，但是控制柜的安裝接線工作量大，因此整個控制柜價格非常高，靈活性差，響應速度慢。2.2工業計算機控制工控機采用總線結構，各廠家產品兼容性強，有實時操作系統的支持，在要求快速、實用性強、功能復雜的領域中占優勢。但工控機價格較高，將它用于開關量控制有些大材小用。且其外部I/O接線一般都用于多芯扁平電纜和插頭、插座，直接從印刷電路板上引出，不如接線端子可靠。 2.3單片機控制單片機作為一個超大規模的集成電路，機構上包括CPU、存儲器、定時器和多種輸入/輸出接口電路。其低功耗、低電壓和很強的控制功能，成為功控領域、尖端武器、日常生活中最廣泛的計算機之一。但是，單片機是

23、一片集成電路，不能直接將它與外部I/O信號相連。要將它用于工業控制還要附加一些配套的集成電路和I/O接口電路，硬件設計、制作和程序設計的工作量相當大。 2.4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選擇，用戶不用自己設計和制作硬件裝置，只須確定可編程序控制器的硬件配制和設計外部接線圖，同時采用梯形圖語言編程，用軟件取代繼電器電器系統中的觸點和接線，通過修改程序適應工藝條件的變化。可編程控制器(PLC)從上個世紀70年代發展起來的一種新型工業控制系統，起初它主要是針對開關量進行邏輯控制的一種裝置，可以取代中間繼電器、時間繼電器等構成開關量控制系統。隨著30多年來微電子技術的不斷發展

24、，PLC也通過不斷的升級換代大大增強了其功能。現在PLC已經發展成為不但具有邏輯控制功能、還具有過程控制功能、運動控制功能和數據處理功能、連網通訊功能等多種性能，是名符其實的多功能控制器。由PLC為主構成的控制系統具有可靠性高、控制功能強大、性價比高等優點，是目前工業自動化的首選控制裝置。2.5方案選定在煉油、化工、制藥等行業中，多種液體混合是必不可少的工序，而且也是其生產過程中十分重要的組成部分。以往常采用傳統的繼電器接觸器控制，使用硬連接電器多，可靠性差，自動化程度不高。當前國內許多地方的此類控制系統主要采用DCS。這是由于液位控制系統的儀表信號較多，采用此系統性價比相對較好，但隨著電子技

25、術的不斷發展，PLC在儀表控制方面的功能已經不斷強化。用于回路調節和組態畫面的功能不斷完善，而且PLC的抗干擾的能力也非常強，對電源的質量要求比較低。目前已有許多企業采用先進控制器對傳統接觸器進行改造，大大提高了控制系統的可靠性和自控程度，為企業提供了更可靠的生產保障，所以PLC在工業控制中得到了良好的運用。本次設計的混合液體控制裝置,利用PLC實現了在混合過程中的精確控制,提高了混合比例的穩定性、運行穩定、自動化程度高，因此具有廣闊的市場前景，適合于各種液體的混合調配。所以最后選定方案四。第3章 硬件設計3.1液體混合控制設計圖4液體裝置控制控制要求：上圖為兩種液體混合裝置，SL1、SL2、

26、SL3分別為高、中、低液面傳感器，液面傳感器沒時接通，液體A、B與混合液閥由電磁閥YV1、YV2、YV3控制，M為攪勻電動機。1.初始狀態 當裝置投入運行時,液體A閥門和液體B閥門關閉，混合液體閥門打開30S，將容器放空后關閉。(2)啟動控制。按下SB1，開始按下述要求動作： 液體A閥門打開，液體A流入容器。當液面到達SL2時，SL2接通，關閉液體A閥門，打開液體B閥門，流入液體B。 當液面到達SL1時，關閉液體B閥門，啟動攪拌電動機，攪拌1min后停止攪動，混合液體閥門打開，開始放出混合液體。當液面下降到SL3時，SL3斷開，再經過5s后，容器放空，混合液體閥門關閉，開始下一周期操作。(3)

27、按下停止按鈕SB2后，在當前的混合操作處理完畢后才停止操作，即停在該狀態上。3.2主電路設計一臺電機和三個電磁閥配合和作用：電磁閥YV1，電磁閥YV2，電磁閥YV3控制A、B、混合液體的流入與流出。電機控制攪拌液體。完成兩種液體混合控制。 圖5主電路圖3.3元器件明細表 表1 元器件明細表名稱型號數量備注按鈕開關KH-22042個液位傳感器LSF-2.53個攪拌電動機EJ15-31個電磁閥（入液罐）VF4-252個電磁閥（出液罐）AVF-401個接觸器CJX1-9/220V4個3.4元器件選型3.4.1液位傳感器的選擇選用LSF-2.5型液位傳感器圖6 LSF-2.5其中“L”表示光電的，“S

28、”表示傳感器，“F”表示防腐蝕的，2.5為最大工作壓力。LSF系列液位開關可提供非常準確、可靠的液位檢測。其原理是依據光的反射折射原理，當沒有液體時，光被前端的棱鏡面或球面反射回來；有液體覆蓋光電探頭球面時，光被折射出去，這使得輸出發生變化，相應的晶體管或繼電器動作并輸出一個開關量。應用此原理可制成單點或多點液位開關。LSF 光電液位開關具有較高的適應環境的能力，在耐腐蝕方面有較好的抵抗能力。液位傳感器相關元件主要技術參數及原理如下：1.工作壓力可達2.5Mpa2.工作溫度上限為125°C3.觸點壽命為100萬次4.觸點容量為70w5.開關電壓為24V DC6.切換電流為0.5A3.

29、4.2攪拌電機的選擇三項異步電動機運用非常廣泛，因而正確的選擇電動機顯得極為重要。三相異步電動機的選擇包括它的功率、種類、方式、電壓和轉速等。功率的選擇：合適選擇電動機的功率是運行安全和經濟的可靠保證。所選電動機的功率是由生產機械所需的。功率的確定是由連續運行電動機功率的選擇和短時運行電動機功率的選擇。而電動機的額定功率是生產機械所要求功率的1/。種類和型號的選擇：種類選擇的原理主要是從交流或直流、機械特性、調速與起動性能、維護及價格等發面來考慮。其結構的選擇則是根據生產機械的周圍環境條件來確定。電動機結構構型則有開啟式、防護式、封閉式、防爆式。電壓和轉速的選擇：電壓等級選擇是根據電動機的類型

30、、功率以及使用地點的電源電壓來決定。Y系列籠型電動機的額定電壓只有380V一個等級；大功率異步電動機才采用3000V、6000V的電壓等級。轉速選擇原則是根據生產機械的要求而選定。Y系列三相異步電動機是一般用途低壓三相鼠籠型異步電動機基本系列。該系列可以滿足國內外一般用途的需要，機座范圍80-315，是全國統一設計的產品。Y系列電動機具有高效、節能、性能好、振動小、噪音小壽命長、可靠性高、維護方便、起動轉矩大等優點。安裝尺寸和功率等級完全符合IEC標準。采用B級絕緣、外殼防護等級為IP44，冷卻方式IC418.圖7 Y90S-6/0.75KW3.4.3電磁閥的選擇（1）入罐液體選用VF4-25

31、型電磁閥圖8 VF4-25其中“V”表示電磁閥，“F”表示防腐蝕，4表示設計序號，25表示口徑（mm） 寬度。相關元件主要技術參數及原理如下：1）材質：聚四氟乙烯。使用介質：硫酸、鹽酸、有機溶劑、化學試劑等酸堿性的液體。2）介質溫度150/環境溫度-2060°C。3）使用電壓：AC：220 V50Hz/60Hz  DC：24V。4）功率：AC：2.5KW。5）操作方式：常閉：通電打開、斷電關閉，動作響應迅速，高頻率。（2）出罐液體選用AVF-40型電磁閥圖9 AVF-40其中“A”表示可調節流量，“V”表示電磁閥，“F”表示防腐蝕，40為口徑(mm)相關元件主要技術參數及原

32、理如下：1）其最大特點就是能通過設備上的按鍵設置來控制流量，達到定時排空的效果。2）其閥體材料為：聚四氟乙烯，有比較強的抗腐蝕能力。3）使用電壓：AC：220 V50Hz/60Hz  DC：24V。4）功率：AC：5KW。3.5 PLC輸入、輸出口分配一、液體混合裝置輸入/輸出地址分配I/O分配表： 表2 I/O分配輸入：SM0.1起動按鈕SB1 I0.3停止按鈕SB2 I0.1高液面傳感器SL1 I0.0中液面傳感器SL2 I0.2低液面傳感器SL3輸出：Q0.0液體A電磁閥YV1 Q0.1液體B電磁閥YV2 Q0.3混合

33、液電磁閥YV3 Q0.2攪動電動機接觸器KM分析原理：從混料罐裝置的工作過程可以看出，整個工作過程主要分為初始液、液體A進入、液體B進入、攪拌、出液、等待這5個階段，各階段是按順序，在相應的轉換信號指令下從一個階段到另一個階段轉換，屬于順序控制。三菱PLC具有專門的順序控制指令-步進指令，用步進指令編程簡單直觀、方便易讀。本次液體混合裝置就用的是三菱的PLC。二、主電路的設計根據以上所選的接觸器，斷路器，熱繼電器和電動機可畫出其硬件接線圖，如圖：圖14 硬件接線圖第4章 軟件設計41PLC應用程序的基本設計方法4. 1.1經驗設計法經驗設計法是利用各種典型的控制環節和基本單元電路，依

34、靠經驗進行選擇、組合，直接設計電氣控制系統，來滿足生產機械和工藝過程的控制要求。用這種方法對比較簡單的電氣控制系統進行設計，可以收到簡便、快速的效果。但是，由于主要依賴經驗進行設計，因而要求設計者要具有較豐富的經驗，要能熟悉、掌握大量的控制系統的實例和各種典型環節。設計的結果不是惟一的，也不很規范，而且往往需經多次反復修改和完善才能符合設計要求。用經驗設計法設計PLC應用的電控系統程序與其他方法一樣，首先必須詳細了解機械及工藝的控制要求，包括機械的工作循環圖，電氣執行元件的執行順序等。用經驗設計法設計PLC應用程序可以大致按以下幾個步驟進行：分析控制要求、選擇控制原則；設置主令元件和檢測元件；

35、確定輸入、輸出信號；設計執行元件的控制程序；檢查、修改和完善程序。在設計執行元件的控制程序時，一般又可分為以下幾個步驟：(1)按所給的要求，將生產機械的運動分成各自獨立的簡單運動，分別設計這些簡單運動的基本控制程序。(2)按各運動之間應有的制約關系來設置聯鎖措施，選擇聯鎖觸點，設計聯鎖程序。這一條是電控系統能否成功，能否可靠、正確運行的關鍵，必須仔細進行。(3)按照維持運動(或狀態)的進行和轉換的需要，選擇控制原則，設置主令元件、檢測元件以及繼電器等。(4)設置必要的保護措施。4.1.2應用程序的邏輯設計方法邏輯設計方法的基本含義是以邏輯組合的方法和形式設計電控系統。這種設計方法既有嚴密可循的

36、規律性、明確可行的設計步驟，又具有簡便、直觀和十分規范的特點。它可以使電控系統的設計從捉摸不定的、主要依賴于經驗和嘗試的復雜過程中解脫出來，提高設計效率而又易于學習和掌握。1.邏輯代數與電氣控制線路（1）電氣控制線路的本質是邏輯線路考察任何一個電控線路都會發現，回路的接通或斷開，都是通過繼電器等電氣元件的觸點來實現的。故控制電路的種種功能必定取決于這些觸點的開、合兩種狀態，而由它們組成的電路也是非通即斷的雙態系統。因此電控線路從本質上說是一種邏輯線路，它符合邏輯運算的各種基本規律。由于PLC是一種工業控制計算機，計算機的理論基礎正是建立在邏輯代數的基礎上的，它的硬件無非是“與”、“或”、“非”

37、三種邏輯電路的組合。特別是PLC程序的結構和形式，無論是語句表程序還是梯形圖程序，都直接或間接地采用邏輯組合的形式，它們的工作方式及其規律也完全符合邏輯運算的基本規律。因此，用變量及其函數只有“0”、“1”兩種取值的邏輯代數作為研究電氣控制線路和PLC應用程序的工具就是很自然的了。（2）基本邏輯運算和邏輯函數的線路結構邏輯代數的三種基本運算“與”、“或”、“非”都有著非常明確的物理意義，因此，當一個邏輯函數用邏輯變量的基本運算式表現出來以后，實現這個邏輯函數的線路也就是確定的和十分方便的了。特別是，用邏輯函數式表達的線路結構與PLC的指令語句程序完全一致，可以直接轉化，甚至不用梯形圖程序來進行

38、過渡。2.用邏輯設計法設計PLC應用程序的步驟1)明確控制任務和控制要求。通過分析機械裝置、工藝過程和控制要求，取得工作循環圖和檢測元件分布圖以及執行元件動作節拍表。2)繪制電控系統的狀態轉換表。3)進行系統的邏輯設計。4)編制PLC程序。5)程序的完善和補充。4.1.3利用狀態流程圖設計應用程序1.狀態流程圖狀態流程圖，又叫狀態轉移圖，它是完整地描述控制系統的工作過程、功能和特性的一種圖形，是分析和設計電控系統控制程序的重要工具。所謂“狀態”都是具有特定功能的狀態的流程或轉換，實際上也就是電控系統的功能的流程或轉換。機械的自動工作循環過程就是電控系統的狀態自動地、有順序地逐步轉換的過程。狀態

39、流程圖也叫功能流程圖，由狀態、轉換、轉換條件和動作、命令組成。2.利用狀態流程圖進行PLC程序設計1)按照機械運動或工藝過程的工作內容、步驟、順序和控制要求畫出狀態流程圖。2)在狀態流程圖上以PLC輸入點或其他元件定義狀態轉換條件。當某轉換條件的實際內容不止一個時，每個具體內容定義一個PLC元件編號，并以邏輯組合形式表現為有效轉換條件。3)按照機械或工藝提供的電氣執行元件功能表，在狀態流程圖上對每個狀態和動作命令配畫上實現該狀態或動作命令的控制功能的電氣執行元件，并以對應的PLC輸出點的編號定義這些電氣執行元件。3.利用移位寄存器設計應用程序利用移位寄存器進行步進順序控制程序的設計更為簡便，同

40、時設計的通用性也更強。這種設計方法主要是利用移位寄存器來充當電控系統的狀態轉換控制器，設計成單數據順序循環移位，實現單步步進式的順序控制。通過分析電控系統的輸入信號狀態，可以得到系統的狀態轉換主令信號組，這是設計步進順序控制程序的關鍵。同樣，使用移位寄存器進行設計也是利用這一結果。4.2PLC控制系統設計的一般步驟4.2.1控制系統設計原則任何一種電氣控制系統都是為了實現被控對象(生產設備或生產過程)的工藝要求，以提高生產效率和產品質量。因此，在設計PLC控制系統時，應遵循以下基本原則：(1)最大限度地滿足被控對象的控制要求。設計前，應深入現場進行調查研究，搜集資料，并與機械部分的設計人員和實

41、際操作人員密切配合，共同擬定電氣控制方案，協同解決設計中出現的各種問題。(2)在滿足控制要求的前提下，力求使控制系統簡單、經濟，使用及維修方便。(3)保證控制系統的安全、可靠。(4)考慮到生產的發展和工藝的改進，在選擇PLC容量時，應適當留有裕量。4.2.2控制系統設計的基本內容PLC控制系統是由PLC與用戶輸入、輸出設備連接而成的，因此，PLC控制系統設計的基本內容應包括：(1)選擇用戶輸入設備(按鈕、操作開關、限位開關、傳感器等)、輸出設備(繼電器、接觸器、信號燈等執行元件)以及由輸出設備驅動的控制對象(電動機、電磁閥等)。(2)PLC的選擇。PLC是PLC控制系統的核心部件，正確選擇PL

42、C對于保證整個控制系統的技術經濟性能指標起著重要的作用。選擇PLC，應包括機型的選擇、容量的選擇、IO模塊的選擇、電源模塊的選擇等。(3)分配IO點，繪制IO連接圖。(4)設計控制程序。包括設計梯形圖、語句表(即程序清單)和控制系統流程圖。控制程序是控制整個系統工作的軟件，是保證系統工作安全、可靠的關鍵。因此，控制程序的設計必須經過反復調試、修改，直到滿足要求為止。(5)必要時還需設計控制臺(柜)。(6)編制控制系統的技術文件。包括說明書、電氣圖及電氣元件明細表等。傳統的電氣圖，一般包括電氣原理圖、電器布置圖及電器安裝圖。在PLC控制系統中，這一部分圖可以統稱為“硬件圖”。它在傳統電氣圖的基礎

43、上增加了PLC部分，因此在電氣原理圖中應增加PLC的IO連接圖。此外，在PLC控制系統中的電氣圖中還應包括程序圖(梯形圖)，又稱為“軟件圖”。向用戶提供“軟件圖”，可便于用戶在發展生產或改進工藝時修改程序，并有利于用戶維圖6是可編程控制器系統設計流程，具體設計步驟如下。（1）根據生產的工藝過程分析控制要求。如需要完成的動作(動作順序、動作條件、必需的保護和聯鎖等)、操作方式(手動、自動，連續、單周期、單步等)。（2）根據控制要求確定所需的用戶輸入、輸出設備，據此確定PLC的IO點數。（3）選擇PLC系統。（4）分配PLC的IO點，設計IO連接圖（這一步也可以結合第2步進行）（5）進行PLC程序

44、設計，同時可進行控制臺（柜）的設計和現場施工。在設計繼電器控制系統時，必須在控制線路（接線程序）設計完成后，才能進行控制臺（柜）的設計和現場施工。可見，采用PLC控制，可以使整個工程的周期縮短。析和排除確定控制對象及控制范圍軟件(程序)設計及模擬調試硬件（外圍電路控制器 布線等）設計可編程控制器的選擇是否符合設計要求調整軟件調整硬件投入運行總線統調否否是故障圖15 可編程控制器系統設計流程4.2.3 程序設計的步驟PLC程序設計是PLC控制系統原理設計的核心內容，其步驟如下。（1）列寫系統占用的輸入、輸出點及機內各軟元件的分布及用途。（2）根據控制要求列寫控制操作的各種要求。對于較復雜的控制系

45、統，需繪制控制流程圖，用以清楚地表明動作的順序和條件。對于簡單的控制系統，也可省去這一步。（3）設計梯形圖。這是程序設計的關鍵一步，也是比較困難的一步。要設計好梯形圖，除了十分熟悉控制要求外，同時還要有一定的電氣設計的實踐經驗。 （4）根據梯形圖編制程序清單(若使用的編程器可直接輸入梯形圖，則可省去此步)。（5）用編程器將程序鍵入到PLC的用戶存儲器中，并檢查鍵入的程序是否正確。（6）對程序進行調試和修改，直到滿足要求為止。（7）待控制臺(柜)及現場施工完成后，就可以進行聯機調試。如不滿足要求，需再修改程序或檢查接線，直到滿足要求為止。（8）編制技術文件。43軟件流程圖根據設計要求，繪制出以下

46、流程圖YV1打開，進入液體A液面上升到SL3，無動作液面上升到SL2，YV1關閉，液體A注入，YV2打開，液體B進入液面上升到SL1，YV2關閉，液體B停止注入，M開始攪動 Y5關，液面下降到SL3，5s后混合液流完，YV3關閉，按停止按鈕？結束開始T0工作，60s后，M停止攪動，YV3打開，放混合液體圖16 系統流程圖4.4梯形圖 圖17 梯形圖4.5指令含義sm0.1:表示上電后接通m0.0m0.4:步名i0.0表示中液位傳感器i0.1表示高液位傳感器i0.2表示低液位傳感器(常閉)i0.3表示停止按鈕q0.0表示釋放A液體q0.1表示釋放b液體q0.2表示攪拌混合液q0.3表示釋放混合夜q0.4表示繼續釋放5秒t37 t38表示定時器功能圖S7-200系列plc除了梯形圖外，還有指令表和順序功能圖語言，順序功能圖語言用于復雜的順序控制程序，、。步進指令是指專為順序控制而設計的指令。在工業領域許多過程都可以用順序控制的方式來實現，使用步進指令實現順序控制即方便實現有便于閱讀修改.第5章 系統調試5.1調試時的注