毕业设计（论文）液体混合装置监控系统设计.doc

存档日期： 存档编号： 本科生毕业设计（论文） 液体混合装置监控系统设计 论 文 题 目： 姓 名： 学 院： 电气工程及自动化 专 业： 自动化 班 级 、 学 号： 指 导 教 师： 江苏师范大学教务处印制摘 要随着科学技术的发展，人们的生活日趋自动化，生产技术更是如此。PLC作为计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计的。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在工业控制中的地位也日益提升并且在工业控制中得到广泛应用，而且可编程控制器在工业控制中所占比重在迅速的上升。本次设计是利用组态软件MCGS监控PLC实现两种液体的自动混合。此次设计主要考虑其各个不同状态动作的连续和关联，对不同的状态进行不同的动作控制输出，从而实现将AB两种液体混合的周期性控制（包括单周期）。本次设计的主要意义是：用PLC编程来控制，一方面可以省去人力物力，从而达到节省成本的目的；另一方面，程序的合理性，全面性和可靠性可以使液体混合能更安全可靠全面的实现。关键词：PLC 液体混合装置 自动控制AbstractWith the development of science and technology, people's lives become increasingly automated, especially in production technology. PLC as one of the computer family is designed for industrial control applications. With the rapid development of microprocessor, computer and communication technologies, Programmable Logic Controller (PLC), industrial control rising and has been widely used in industrial control, and programmable controller in the proportion of industrial control rapidly rising. This design is automatically mixed-use configuration software MCGS monitoring PLC to achieve the two liquids. The design mainly consider the various continuous state action and the associated control output different states, different actions in order to achieve the AB two liquids mixed periodic control (including the single-cycle). The main significance of this design are: PLC programming control, on the one hand, eliminates the need for manpower and resources, so as to achieve the goal of cost savings; the other hand, the legitimacy of the procedure, completeness and reliability of liquid mixing can be more secure reliable and comprehensive.Key words：PLC liquid mixing device automatic control目 录摘 要IAbstractII1 绪论11.1 概述11.1.1 课题背景11.1.2 课题的研究意义11.2 方案设计的原则21.3 系统的整体设计要求31.4 系统方案的设计思想32 系统硬件设计52.1 可编程控制器的简介52.1.1 可编程控制器的基本结构52.1.2 PLC的输入方式62.1.3 PLC的工作过程72.1.4 可编程控制器的性能指标82.1.5 PLC的主要特点92.2 PLC输入输出口分配92.3 液体混合装置输入输出接线图112.4 PLC主电路图122.5 硬件选型132.5.1 液位传感器的选择132.5.2 搅拌电机的选择142.5.3 电磁阀的选择142.5.4 PLC的选择153 系统下位机软件设计173.1 程序设计的一般方法173.2 PLC控制相关流程图183.3 可编程控制器梯形图194 组态监控设计224.1 MCGS软件224.2 MCGS相关操作224.2.1 绘制系统监控界面224.2.2 系统监控画面中构件的属性设置244.2.3 设备窗口属性设置275 系统调试315.1 下位机调试315.2 上位机调试315.3 系统联机调试326 总结及进一步研究方向33致 谢34参考文献35附 录361 绪论1.1 概述1.1.1 课题背景随着科学技术的飞速发展，自动控制技术已经在人类活动的各个领域中的应用得越来越广泛，而它的水平已经成为衡量一个国家生产和科学技术先进与否的一项重要指标。在炼油、制药、化工等行业中，液体混合已经是不可缺少的程序，而且也是工业生产中非常重要的一部分。然而由于此类行业中多数为有腐蚀有毒性介质和易燃易爆介质，这样就造成现场的工作环境非常恶劣，不适宜工作人员在现场操作。此外，要求该系统在生产过程中具有配料准确、控制良好等规定，这也是半自动化及人工操作控制所难以实现的。因此为了解决相关行业出现的这些问题，尤其是中小型企业中要求做到多种液体自动混合,液体自动混合配料势必成为摆在我们眼前的一大课题。随着计算机技术的飞速发展，对原有液体混合装置进行技术改造，提出了数据采集、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。可编程控制器是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计的。PLC是可编程控制器的简称。可编程控制器的特点：（1）可靠性高、（2）丰富的输入输出接口模块、（3）采用模块化结构、（4）编程简单、（5）安装方便13。1.1.2 课题的研究意义为了提高产品质量，缩短产品的生产周期和适应产品迅速更新换代的要求，产品生产正在向降低成本、缩短生产周期，提高生产质量等方向发展。在炼油、制药、化工等行业中，多种液体混合是不可缺少的工序，也是其生产过程中非常重要的一部分，然而由于此类行业中多为有腐蚀有毒性的介质和易燃易爆介质，以致于现场的工作条件非常恶劣，不适合现场人工操作。液体自动混合是科学发展的必然趋势。多种液体混合搅拌用于灌装各种各样的瓶装饮料，使用于大中型饮料生产厂家。早期的灌装机械大多数采蠕动泵式、用容积泵式作为计量方式。它具有效率高，功能强，加工质量高等特点，是当今世界的前沿课题，但还是存在一些问题。该液体混合系统采用基于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，具有良好的可移植性和可维护性的特点。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，液体混合自动配料系统就此应社会工厂的需要而诞生了。如何使PLC在饮料灌装中实现控制功能，在相关的研究文献报道中用PLC对灌装机进行控制的研究尚不多见，以致人们难以根据它的具体情况正确选用参数进行系统控制，也就难以满足提高质量和效率、降低成本的要求，本设计就是基于以上问题进行的一些探索。1.2 方案设计的原则整个设计过程是按工艺流程设计，为设备安装、运行和保护检修服务，设计的编写按照国家关于电气自动化工程设计中的电气设备常用基本图形符号（GB4728）及其他相关标准和规范编写。设计原则主要包括：工作条件：工程对电气控制线路提供的具体资料，系统在保证安全、可靠、稳定、快速的前提下，尽量做到经济、合理、合用，减小设备成本。在方案的选择、元器件的选型时更多的考虑新技术、新产品。控制由人工控制到自动控制，由模拟控制到微机控制，使功能的实现由一到多而且更加趋于完善。对于本课题来说，液体混合系统部分是一个较大规模工业控制系统的改适升级，控制装置需要根据企业工艺和设备现况来构成并需尽量用以前系统中的元器件。对于人机交互方式改造后系统的操作模式应尽量和改造前的相类似，以便于操作人员快速掌握。从企业的改造要求可以看出在新控制系统中既需要处理模拟量也需要处理大量的开关量。系统的可靠性要高。人机交互界面友好，应具备数据储存和分析汇总的能力。要实现整个液体混合控制系统的设计，需要从怎样实现多个电磁阀的开关以及电动机启动的控制这个角度去考虑，现在就这个问题的如何实现以及选择怎样的方法来确定系统方案。1.3 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：1.混合过程：开始排放混合液体阀打开延时20S后自动关闭，A液体阀Y0打开，注入A液体。当液面上升到SL2时，关闭A液体阀Y0，同时注入B液体阀Y1打开，注入B液体。当液面上升到SL1时，关闭B液体阀，并开始定时搅拌，搅拌20S后停止。2.停止过程：停止搅拌后自动排放混合液体，当混合液体的页面下降到SL3时，开始计时到20S后关闭排气阀Y3。一个循环结束。3.本设计使用液位SL1、SL2、SL3三个传感器控制液体A、液体B的进入和混合液排出的3个电磁阀门及搅拌机的启停。1.4 系统方案的设计思想控制系统简单、经济、使用和维护方便。物料混合设备要节能、安全、高效和满足生产及应用要求：1可靠性高具有较高的可靠性是衡量一个电气控制设备很关键的性能指标。由于PLC采用现代大规模集成电子电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性，所以生产制作出来的产品的可靠性往往都是很高的。2配套齐全，功能完善，适用性强PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了功能中的逻辑处理以外，现代PLC基本上都具有比较完善的数据运算能力，因此可以用在各种各样的数字控制场合。3易学易用，深受工程技术人员欢迎 作为通用的工业控制计算机，PLC是面向工矿企业的工控设备。它的接口简单，编程语言容易被工程技术人员接受。梯形图编程语言的符号及图形与表达方式跟继电器的电路图比较相当接近，只用少量的PLC开关量逻辑控制指令就能方便地实现继电器电路所能实现的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机来从事工业控制减少了很多工作量，节约了时间。4系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造PLC中存储逻辑被接线逻辑代替了，这样一来就大大的削减了控制设备的外部接线数量，控制系统的设计及建造的周期也大大缩短，同时维护起来也变得容易。更为重要的是这样同一设备只需改变程序便可实现不同的生产过程，给需要进行多品种、小批量的生产场合带来了很大的便利。5体积小，重量轻，能耗低6硬件配套齐全，拥护使用方便，适应性强2 系统硬件设计2.1 可编程控制器的简介PLC的过程控制已被广泛应用于连续过程控制领域，而且基于连续过程控制技术的发展趋势正在进一步得到增长。在以改变几何形状和机械性能为特征的制造工业和以物理变化和化学变化将原料转化成产品为特征的过程工业中，特别在制造工业中存在了大量的开关量为主的开环的顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作号按照时序动作;另外还有与顺序、时序无关的按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制;以及大量的开关量、脉冲量、计时、计数器、模拟量的越限报警等状态量为主的离散量的数据采集监视。由于这些控制和监视的要求，所以PLC发展成了取代继电器线路和进行顺序控制为主的产品4。近年来，可编程序控制器的发展与计算机技术、半导体集成技术、控制技术、数字技术、通信网络技术等高新技术的发展息息相关。这些高新技术的发展推动了可编程序控制器的发展，而可编程序控制器的发展又对这些高新技术提出了更高更新的要求，促进了它们的发展。2.1.1 可编程控制器的基本结构从广义上讲，PLC实质上是一种以数字控制为主要特征的工艺控制计算机，由硬件和软件两部分组成。因此，在硬件结构上，PLC与计算机的组成十分相似，主要包括中央处理去（CPU）、I/O接口、存储器、电源等2。1、中央处理器（CPU）CPU是PLC的核心，它按PLC中系统程序赋予的功能指挥PLC有条不紊地进行工作，其主要任务如下：（1）当PLC处于编程状态时，控制从编程器输入的用户程序和数据的接受与存储。（2）当PLC处于运行状态时，用扫描的方式通过I/O部件接受现场的状态和数据，并存入输入映像存储或数据存储器中。（3）监视PLC的工作状态，诊断PLC内部电路的工作故障和编程中的语法错误等。不同型号的PLC的CPU芯片也是不同的，CPU芯片的吸能关系到PLC处理控制信号的能力和速度，通常CPU位数越高，系统处理的信息量越大，运算速度也越快。PLC中常用的通用微处理器有8位和16位。随着芯片技术的不断发展，PLC所用的CPU芯片档次也越来越高。2、 I/O模块I/O模块一般包括：数字量输出模块、数字量输入模块、模拟量输出模块和模拟量输入模块。I/O模块的类型还能按照操作电平、驱动能力和各种用途来进行区分。如果要按照用途来分类，I/O模块中还包括：数据传送/校验、串行并行转换、电平转换、电气隔离、数模转换、模数转换以及其他的功能模块等。I/O接口是PLC与外界连接的接口。PLC通过输入模块把控制现场的状态、信息读入主机，通过输出模块把经用户程序的运算与决策所得的操作结果输出执行机构。输入模块用于将控制现场输入信号变换成CPU能接受的信号，并对其进行滤波、电平转换、隔离、放大等。输出模块用于将CPU的决策输出信号变换成驱动控制对象执行机构的控制信号，并对输出信号进行功率放大，隔离PLC内部电路和外部执行元件。3、电源模块PLC电源用于为PLC各模块的集成电路提供工作电源。还为输入电路提供24V的工作电源。电源输入类型有：交流电源、直流电源。PLC内部还有一个开关是稳压电源。 4、存储器PLC的存储器包括了用户存储器和系统存储器。用户存储器包括了用户程序存储器、功能存储器和参数区。用户存储器的容量大小，关系到用户程序容量的大小和内部器件的多少，是反映PLC性能的重要指标。系统存储器则用来存放PLC生产厂家的系统程序，这些程序固化在ROM中，而用户不能对这些程序进行访问和修改2.1.2 PLC的输入方式与继电器控制系统相比，PLC的工作原理是建立在计算机工作原理基础上的，是通过执行反映控制要求的用户程序来实现的。CPU是以分时操作方式来处理各项任务的，计算机在每一时间只能做一件事情，所以，程序的执行是按程序顺序依次完成，每扫描一次所消耗的时间即称为工作周期或扫描周期。PLC完成继电器控制整个系统的功能过程中，CPU按顺序逐条的执行用户指令，从第一条指令直到用户程序结束，再返回到第一条指令重新开始扫描。PLC的工作方式就是这样从头到尾反复的进行循环扫描。因为CPU的运算速率极高，所以各个电器的之间的工作看起来好像是同时完成的，但实际上输入输出的响应是有滞后的5。PLC采集输入信号有两种方式：1、集中采样输入方式一般在扫描周期的开始或结束将所有输入信号（输入元件的通/断状态）采集并放到输入映象寄存器中。当外接的输入电路闭合时，对应的输入映像寄存器为“1”状态，梯形图中对应的常开触点闭合。反之，外接电路断开时，对应的输入映像寄存器为“0”状态，梯形图中对应的常开触点断开，常闭触点接通。执行用户程序所需输入状态均在输入映像寄存器中取用，而不是实际的I/O点。2、立即输入方式随程序的执行需要哪一个输入信号就直接从输入端或输入模块取用这个输入状态，如“立即输入指令”就是这样。此时，输入映像寄存器的值未被更新，到下一次集中采样输入时才变化。PLC的工作模式有两种：RUN模式和STOP模式在RUN模式下，控制功能通过执行用户程序实现；在STOP模式下，CPU不执行用户程序，此时可以设置PLC中硬件的功能，还能用编程软件创建和编辑PLC中的用户程序，并且将硬件设置信息和用户程序下载到PLC。如果出现严重错误导致不能正常运行的，在消除它之前不允许从STOP模式进入RUN模式。PLC操作系统存储非致命错误，供用户检查，但不会从RUN模式自动进入STOP模式1。2.1.3 PLC的工作过程（1）上电处理 PLC 上电后对系统会有一次初始化过程，其中包括：硬件模块的初始化，输入输出模块设置的检查，断电时保持部分设定及一些其他的初始化等11。（2）扫描过程 PLC完成和其它的外部设备的通讯处理，进行时钟和特殊寄存器的更新。当CPU进入STOP模式，系统执行自诊断检查。当CPU进入RUN模式，此时还需进行用户程序的执行和输出，然后进行自诊断。（3）出错处理 每当PLC扫描一次，进行一次自诊断，判断PLC程序运行是否出现异常，例如，CPU、电池电压、程序存储器、I/O、通信等是否异常或出错。如果检查出异常，面板上的LED和异常继电器接通，与此同时特殊寄存器当中会被存入错误代码。而如果发生致命错误，CPU会被强制进入STOP模式，系统进行的所有扫描活动将会被停止。2.1.4 可编程控制器的性能指标（1）I/O点数指PLC主机的输入、输出端子数。在选用PLC时，要根据控制对象需要的I/O点数来选定PLC的机型。当主机的I/O点数不够时，可通过接扩展单元来扩展I/O点数。但因为一般的扩展单元只有接口和驱动电路而没有CPU，它是由主机的CPU来寻址的，所以最大扩展点数受CPU寻址能力的限制。（2）内存容量PLC中程序指令是按“步”存放的（一条指令往往不止一步），“步”占用一个地址单元，一个地址单元占两个字节。内存容量和最大I/O点数大体成正比。 （3）指令功能可以从两个方面来衡量PLC指令功能的强弱：一是指令条数的多少；二是在指令中有多少综合性指令，因为一条综合性指令一般就能完成一项专门操作（如查表、排序、PID控制等），相当于一个子程序。（4）扫描速度一般指执行一步指令所需的时间，单位为us/步。有时也用执行1000步指令的时间计算，则单位为ms/千步。2.1.5 PLC的主要特点PLC是专为在工业环境下应用而设计的，具有以下主要特点7。1、比较高的可靠性（1）PLC中所有的I/O接口电路均采用光电隔离，使得在工业现场的外部电路和PLC中内部电路之间的电路电气上隔离。（2）PLC个输入均采用R-C滤波器，其滤波时间常数一般为1020ms。（3）PLC各个模块都采用屏蔽措施，防止辐射干扰（4）PLC中应用了功能良好的开关电源。（5）PLC采用的器件都进行严格的筛选和老化。（6）PLC具有优良的自我诊断检查功能，如果有电源或其他软件以及硬件的异常情况发生的话，CPU会立即采用有效措施，以防止异常扩大。（7）大型PLC还能采用双CPU构成的冗余式系统或由3CPU构成的表决系统，使得系统的可靠性进一步提高。2、丰富的I/O接口模块PLC针对不一样的工业信号，有多样的模块类型供用户选择。（1） 交流或者直流（2） 数字量或者模拟量（3） 电压或者电流（4） 脉冲或者电位（5） 强电或者弱电等PLC相应的I/O模块与现场的多种器件和设备相连接。与输入模块相连的器件有按钮、行程开关、接近开关、光电开关、压力开关等等；与输出模块相连的设备有电磁阀、接触器、小电动机、指示灯等。为了提高PLC的功能，它还有多种人机对话的接口模块；为了注册工业局部网络，PLC还有很多联网的通讯模块。3、 采样模块化接口除了箱体式小型PLC以外，现在几乎所有PLC都采用了模块化结构。PLC的各个部件，像CPU、电源、I/O等均采用了模块化结构，由机架与电缆将各个模块进行连接，系统的功能和规模可以根据用户的需求自行进行组合。4、编程简洁易学PLC的编程大部分都采用了像继电器控制线路时的梯形图格式，直观易懂。除了电气工程师之外，只要具有一定相关的知识的电工人员都能在较短的时间内学会。传统继电器的控制技术和计算机技术间存在的隔阂在PLC上完全不存在。5、安装简便、维修方便PLC可以在各式各样的工业环境下进行运行，不需专门配备的机房。使用的时候只需要将现场各种设备与器件和PLC的I/O接口相连接，就能组成系统并且运行。PLC的各个模块上都有运行指示灯与故障指示灯，便于用户了解运行情况和查找故障。由于PLC采用模块化结构，一旦某模块发生故障发生故障，用户可以通过跟换模块的方法，是系统迅速恢复运行。总之，PLC在液体混合装置监控系统中的应用主要体现在它的逻辑开关控制功能。由于PLC具有逻辑运算，计数和定时以及数据输入输出的功能。在液体混合装置监控系统控制过程中，各种逻辑开关控制与PLC很好的结合，巧妙的实现了对液体混合装置的控制，同时由于它的可靠性好、占地面积小等特点更将顺应PLC应用于液体混合装置的趋势。2.2 PLC输入输出口分配通过分析控制任务，共需要5个数字量输入和4个数字量输出。X0为开始按钮，X1为停止按钮，X2、X3、X4分别为三个液位传感器，Y0、Y1、Y2分别为电磁阀A、电磁阀B、排放电磁阀三个电磁阀，Y3为搅拌电机8、输入/输出地址分配如表2-1所示。表2-1 液体混合装置输入输出地址分配输入点地址功能输出点地址功能X0开始按钮Y0电磁阀AX1停止按钮Y1电磁阀BX2上位置开关Y2搅拌电机X3中位置开关Y3排放电磁阀X4下位置开关2.3 液体混合装置输入输出接线图液体混合装置输入/输出接线图如图2-1所示9。1.启动操作按下启动按钮SB1，Y3通电并自锁，将剩余的混合液体排放完，经过20S后，Y3断电，即关闭混合液体阀门。同时液体A电磁阀YV1打开，液体A流入容器。2.液面上升到SL2当液面上升到SL3时，虽然液位传感器感应到，常开触点接通，但是没有引起输出动作，当液面上升到SL2时，SL2触点接通，YV1电磁阀关闭，液体A停止流入，同时液体B电磁阀YV2打开看，液体B流入。3.液面上升到SL1当液面上升到SL1时，SL1常开触点接通，YV2电磁阀关闭，液体B停止注入，同时Y2接通，搅拌电机开始工作。4.搅匀后排放混合液体搅拌电机工作是，定时器开始工作，20S后，搅拌电机停止工作，同时混合液体电磁阀Y3接通，开始排放混合液体。5.液面下降到SL3当液位传感器SL3由接通变为断开时，定时器开始工作，20S后混合液体排放完，定时器复位，混合液体电磁阀Y3断开，YV1打开，液体A流入，开始进入下一个循环。6.停止操作按下停止按钮SB2，在当前的操作处理完毕后停止操作。 图2-1 液体混合输入/输出接线图2.4 PLC主电路图本次设计中的混合液体搅拌由电动机M启动。带有短路保护、过载保护等，短路保护由FU熔断器来实现保护功能，过载保护由FR热继电器来实现其保护功能。当液体倒到SL1是，KM1接通，搅拌电机开始运行。液体混合装置的主电路图如图2-2所示。图2-2 主电路2.5 硬件选型2.5.1 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，当没有液体时，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°C 。（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 。2.5.2 搅拌电机的选择选用EJ15-3型电动机。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： 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。 （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°C /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。2.5.3 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。相关元件主要技术参数及原理如下： 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°C。3）使用电压：AC：220 V50Hz/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：220 V50Hz/60Hz DC：24V。4）功率：AC：5KW。2.5.4 PLC的选择传统中的控制方法采用的是继电器接触器控制。这种控制系统比较复杂，并且数量较多的硬件接线会降低系统的可靠性，也会间接地使得设备的工作效率降低。采用了可编程控制器则会较好地解决这一个问题，可编程控制器是将自动控制技术、通信技术和计算机技术结合起来的一种新型的工业自动控制设备，不仅可以实现开关信号的逻辑控制。还可以完成与上位计算机等一些其他智能设备进行通信。所以，把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5点，开关量输出为4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，选用三菱FX系列PLC作控制单元来控制整个系统。之所以选择这种PLC，主要考虑FX系列PLC有以下特点：（1） 丰富的指令系统。在FX系列PLC中具有近200条指令。除能实现一般的逻辑控制外，还可进行运动控制、复杂数据处理，甚至可直接控制变频器实现电动机调速控制。而且各类PLC产品的指令系统都具有向上兼容性，便于应用程序的移植。 （2）快速的CPU处理速度、大程序容量。 （3）大的网络通信功能。可直接连接调制解调器，可方便地与其他PLC或上位机连成通信网络，通过上位计算机对生产现场的PLC进行实时监控。在生产规模较大，所控制的机床达到两台以上时，可采用1：n上位链接通信方式，用一台计算机管理多台床，构成一个二级分布式集一散控制系统。 （4）编程及监控功能强大、维护简单、价格适中。 国际电子工业委员会（International Electrotechnical Commission, IEC）颁布的PLC的定义为：可编程控制器是一种数字化运算操作的电子系统，专门为在工业环境中的应用来设计。采用了可编程存储器，可以在内部存储执行顺序控制、逻辑运算、计数、定时和算数运算等操作指令，而且通过数字的、模拟的输入和输出来控制各类型的机械和生产过程。编程控制器以及其有关设备，都应该按易于与工业控制系统形成整体，便于扩充系统功能的原则设计。3 系统下位机软件设计3.1 程序设计的一般方法1、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是比较有效的，可以收到快速、简单的效果。经验设计法的具体设计方法和步骤如下：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2、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。3、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初始步。3.2 PLC控制相关流程图PLC控制相关流程图如图3-1所示，主要是有混合过程和停止过程两个方面构成：1、混合过程：开始排放混合液体阀打开延时20S后自动关闭，A液体阀Y0打开，注入A液体。当液面上升到SL2时，关闭A液体阀Y0，同时注入B液体阀Y1打开，注入B液体。当液面上升到SL1时，关闭B液体阀，并开始定时搅拌，搅拌20S后停止。2、停止过程：停止搅拌后自动排放混合液体，当混合液体的页面下降到SL3时，开始计时到20S后关闭排气阀Y3。一个循环结束。具体运行过程为：按下开始按钮，排放液体阀Y3打开，20S后关闭排放液体阀Y3，打开A液体阀Y0，当液面上升到SL2是，关闭A液体阀Y0,打开B液体阀Y1，当液面上升到SL1是，关闭B液体阀Y1，KM接通，搅拌电机Y2开始运行，并且计时器开始计算，20S后，搅拌电机停止运行，排放液体阀Y3打开，开始排放液体，当液面下降到SL3是，计时器开始计时，20S后，排放液体阀Y3关闭，A阀打开······如此循环进行工作。图3-1程序框图3.3 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12：1. 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。本次设计的PLC梯形图如图3-2所示：图3-2 PLC梯形图语句表：LD M8002AND XOSET S20STL S20OUT Y3OUT T1 K200LD T1SET S21STL S21OUT Y0LD X3SET S22STL S22OUT Y1LD X2SET S23STL S23OUT T0K200LD T0SET S24STL S24OUT Y3LD X4ANI X1OUT S20RETEND4 组态监控设计4.1 MCGS软件本系统采用的是MCGS工控组态软件6.2通用版。MCGS组态软件是有北京昆仑自动化有限公司研制开发的，是一个集成人机界面（HMI）系统和监控管理系统的工业上位监控软件，可直接插入第三方ActiveX控件，允许Visual Basic、Visual C+直接访问组态软件。利用它来设计液体混合装置监控系统主要步骤有：设备配置，构造数据库变量，图形界面的设计，建立动态连接，运行调试等。MCGS系统主要包括组态环境、运行环境两个部分。用户所有的组态配置过程都是在组态环境中进行编辑的。组态环境就好比是一套完整的软件工具，用户通过它来设计和构造属于自己的应用系统10。运行环境可以说是一个独立的系统，独立运行并且按照组态结果数据库中用户指定的方式进行各种处理，完成目标组态设计的目标和功能。运行环境本身没有任何意义，必须与组态结果数据库一起作为一个整体，才能构成用户应用系统。一旦组态工作完成，运行环境和组态结果数据库就可以离开组态环境而独立运行在监控计算机上3。4.2 MCGS相关操作4.2.1 绘制系统监控界面首先将MCGS组态软件在计算机中安装好，然后双击桌面上的“组态环境”的图标，则进入了MCGS组态环境，如图4-1所示，单击“用户窗口”/“新建窗口”，然后在用户窗口中新建一个“窗口0”，并选中它，单击“窗口属性”按钮，进入窗口窗口属性界面，如图4-2所示，将“窗口名称”和“窗口标题”选项中的内容改为“液体自动混合”，按“确认”按钮确认。按“动画组态”按钮，进入画面编辑窗口如图4-3所示，在此窗口中利用工具箱的绘图工具，完成液体混合画面设计，效果如图4-4所示1。