PLC液体混合模拟装置
1 概述
    所谓PLC，实际就是在PC机的平台上，在Windows操作环境下，用软件来实现PLC的功能，也就是说，软PLC是一种基于PC机开发结构的控制系统，它具有硬PLC的功能、可靠性、速度、故障查等方面的特点，利用软件技术可以将标准的工业PC转换全功能的PLC过程控制器。软PLC综合了计算机和PLC的开关量控制、模拟量控制、数学运算、数值处理、网络通信等功能，通过一个多任务控制内核，提供强大的指令集、快速而准确的扫描周期，可靠的操作和可连接各种I/O系统及网络的开放式结构。
    PLC的应用领域目前不断扩大，并延伸到过程控制，批处理，运动和传动控制，无线电遥控移植实现全场的自动化。PLC的技术发展除了小型化，超高速，大容量存储器，多CPU，多任务运行外，PLC的开放性更大，通信联网功能更强，集成化软件更优。标准化的IEC61131-3PLC编程语言已被众多PLC厂商所接受，其推广速度越来越快，应用范围更广。
    20世纪70年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程控制器，使PLC增加了运算、
数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。此时的PLC为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。个人计算机发展起来后，为了方便和反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为Programmable Logic Cont(PLC)。
    20世纪80年代，可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。S7-200是一种小型的可编程控制器，适用于各行各业，各种场合中的检测、检测及控制的自动化。S7-200系列强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。因此S7-200系列具有极高的性价比。
2硬件设计
2.1控制要求
    由实验面板图可知：本装置为两种液体混合装置，SL1、SL2、SL3为液面传感器，当液面上升到某一个液面传感器时，此液面传感器立即自动闭合，当液面下降低于某一个液面传感器时，此液面传感器立即自动打开，液体A、B阀门与混合液阀门由电磁阀YV1、YV2、YV3控制，M为搅动电机，控制要求如下：
    初始状态:装置投入运行时，液体A、B阀门、混合液阀门关闭，容器处于放空状态。
    启动操作:按一下启动按钮SB1，装置就开始按下列约定的规律操作：
    循环规律：液体A阀门打开，液体A流入容器。液面先升到SL3，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，搅动电机M开始搅动。搅动电机工作6秒后停止搅动，混合液体阀门打开，开始放出混合液体。液面先降到SL1，再降到SL2，当液面下降到SL3时，SL3由接通变为断开，再过3秒后，容器放空，混合液阀门关闭，开始下一周期(即液体A阀门再一次打开……)。
停止操作:不管何时按下停止按钮SB2后，只有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）
液体混合装置控制的模拟实验面板图：
上图下框中的YV1、YV2、YV3、M分别接主机的输出点Q0.0、Q0.1、Q0.2、Q0.3；起、停
按钮SB1、SB2分别接主机的输入点I0.0、I0.1；液面传感器SL1、SL2、SL3分别接主机的输入点I1.2、I1.3、I1.4。上图中，液面传感器利用钮子开关来模拟，启动、停止用动合按钮来实现，液体A阀门、液体B阀门、混合液阀门的打开与关闭以及搅动电机的运行与停转用发光二极管的点亮与熄灭来模拟。
2.2 PLC型号选择
PLC型号的选择主要应从PLC的机型、容量、I/O模块、电源模块、特殊功能模块、通信联网能力等方面加以综合考虑。PLC机型选择的基本原则是在满足功能要求及保证可靠、维护方便的前提下，力争最佳的性能价格比。选择时应主要考虑到合理的结构型式，安装方式的选择，相应的功能要求，响应速度要求，系统可靠性的要求，机型尽量统一等因素。
2.2.1 I/O点数的估计
    I/O点数是PLC的一项重要指标。合理选择I/O点数既可使系统满足控制要求，又可使系统总投资量最低。PLC的输入输出总点数和种类应根据被控对象所需的模拟量、开关量等输入/输出设备情况来确定，一般一个输入/输出元件要占用一个输入/输出点。考虑到今后的调整和扩充，一般应在估计的总点数上再加上20%到30%的备用量。
    S7-200系列PLC中可提供4种不同的基本型号的8种CPU供选择使用，其输入/输出点数的分配见下表：
表2-1 S7-200系列PLC中CPU22X的基本单元
型 号
输入点
输出点
可带扩展模块数
S7-200CPU221
6
4
—
S7-200CPU222
8
6
2个扩展模块
78路数字量I/O点或10路模拟量I/O点
S7-200CPU224
14
10
7个扩展模块
168路数字量I/O点或35路模拟量I/O点
S7-200CPU226
24
16
2个扩展模块
248路数字量I/O点或35路模拟量I/O点
S7-200CPU226XM
24
16
2个扩展模块
248路数字量I/O点或35路模拟量I/O点
2.2.2 用户存储容量的估算
PLC常用的内存有EPROM、EEPROM和带锂电池供电的RAM。一般微型和小型PLC的存储容量是固定的，介于1-2KB之间。用户应用程序占用多少内存与许多因素有关，如I/O点数、控制要求、运算处理量、程序结构等。因此在程序设计之前只能粗略的估算。
2.2.3 CPU功能与结构的选择
PLC的功能日益强大，一般PLC都具有开关量逻辑运算、定时、计数、数据处理等基本功能，有些PLC还可扩展各种特殊功能模块，如通信模块、位置控制模块等，选型时可考虑以下几点：
1） 功能与任务相适应
2） PLC的处理速度应满足实时控制的要求
3） PLC结构合理、机型统一
4） 在线编程和离线编程的选择
2.2.4 PLC机型选择
综上所述，可知本次步进电动机控制的模拟中PLC型号选择：
1） I/O点数的统计：输入4点；输出5点。
2） 估计PLC用户程序长度：为I/O点数的10-20倍，选用S7-200CPU226输出的PLC即可满足要求。
2.3 系统设计流程示意图
          否
                                    是
2.4 I/O分配表
表2-2
符号
地址
作用
SB
I0.0
启动开关
SB1
I0.1
停止按钮
SL1
I0.2
上液面传感器
SL2
I0.3
中液面传感器
SL3
I0.4
下液面传感器
YV1
在线编程和离线编程的特点Q0.0
液体A阀门
YV2
Q0.1
液体B阀门
YV3
Q0.2
混合液体阀门
YKM
Q0.3
搅拌
2.5 主电路图
2.6元件型号表
元件标号
元件型号
OK刀开关
HK1-32/2
熔断器
RC1A-30
YKM
MY2NJ-24V
热继电器FR
JR16B-60/3D
搅拌电动机M
EJ15-3
KM1/KM2/KM3/KM4
RL4RD-DC24V
YV2/YV3
VF4-25
YV1
AVF-40
SL1/SL2/SL3
LSF-2.5
PLC
S7-200CPU226
SB1/SB2
LA25-10
3 软件设计
3.1 设计梯形图
初次设计图（程序不能正确执行）
上述程序梯形图在PLC上运行时，会出现输出状态紊乱，经过试验分析与修改得到如下程序图，并经过实验验证，程序正确。
实验调试过程中遇到了很多问题，修改后的梯形图与第一次做的梯形图相比，串联了一些状态，是为了保证整个运行过程中，各个状态的连续性，很好地解决了运行过程中状态紊乱的问题。 将网络3中的T38由常开改为常闭是为了使程序能够正确循环。经过试验验证，程序可以正确执行。
3.2 电路工作过程：
(1) 初始状态
装置投入运行时，液体A、B阀门、混合液阀门关闭，容器处于放空状态。
(2) 启动操作（启动前Q0.0、Q0.1、Q0.2、Q0.3都处于关断状态）
1、按下启动按钮SB1,输入继电器I0.0得电。
2、I0.0[1]闭合，MO.O[1]置位并保持，M0.0[3]闭合，为连续运行做准备。
3、I0.0[3]闭合，Q0.0[3]置位并保持，YV1得电，液体A阀YV1打开，液体A注入容器。
(3) 液位上升到中液位I（上升到中液位I前一时刻Q0.0、I0.4处于闭合状态，Q0.1，Q0.2、Q0.3处于关断状态）
1、当液体上升到中液位时，SL2闭合，输入继电器I0.3得电。
2、I0.3[4]闭合，使M0.1[4]产生一脉冲信号。
3、M0.1[5]闭合一个扫描周期，Q0.0[5]复位并保持，YV1打开，液体A停止注入。
4、M0.1[6]闭合一个扫描周期。Q0.1[6]置位并保持，YV2打开，液体B注入容器。
(4) 液体上升到高液位H(上升到高液位H前一时刻I0.3、I0.4、Q0.1处于闭合状态，Q0.0、Q0.2、Q0.3处于关断状态)
当液体继续上升到高液位H时，SL1闭合，输入继电器I0.2得电。
1、I0.2[7]闭合，使M0.2[7]产生一脉冲信号。
2、M0.2[8]闭合1个扫描周期，Q0.1[8]复位并保待，YV2关闭，液体B停止注入。
3、M0.2[9]闭合1个扫描周期，Q0.3[9]置位并保持，YKM得电，搅拌电动机运行，开始搅拌。
4、Q0.3[10]闭合（Q0.0、Q0.1、Q0.2处于关断状态）,T37[10]得电，开始计时。
(5) 搅拌均匀后，放出混合液体
1、计时6秒后，T37[11]闭合
2、T37[11]闭合（Q0.0、Q0.1、Q0.2处于关断状态，Q0.3处于闭合状态），使M0.3[10]产生一脉冲信号。
3、M0.3[12]闭合一个扫描周期，Q0.3[12]复位并保持，YKM失电，搅拌电动机停止搅拌。
4、M0.3[13]闭合一个扫描周期。Q0.2[13]置位并保持，YV3打开，开始放出混合液体。
(6) 液位下降到低液位L（下降到低液位L前一时刻I0.2、I0.3、Q0.0、Q0.1、Q0.3处于关断状态， Q0.2处于闭合状态）
液位下降到低液位L，SL3由接通变为断开（液位传感器在液位淹没时为接通状态），输入继电器I0.4失电
1、I0.4[14]断开。
2、I0.4[14]由接通到断开时，通过下降沿脉冲指令，在I0.4[14]的后沿，使T38开始计时。

版权声明：本站内容均来自互联网，仅供演示用，请勿用于商业和其他非法用途。如果侵犯了您的权益请与我们联系QQ:729038198，我们将在24小时内删除。