基于PLC的多種液體混合控制系統設計

崔興龍

摘要 本控制系統設計以三種液體混合控制為例，對整個系統進行了簡要介紹和說明。詳細說明了可編程控制器在各種液體控制系統中的應用，并對其硬件系統和軟件編程進行了系統設計。本系統采用西門子S7-200可編程控制器進行硬件設計，采用順序控制的方法進行軟件程序的編寫，同時采用組態王軟件對上位機進行設計，仿真模擬了系統運行，達到設計的控制要求。

【關鍵詞】液體混合 S7-200 上位機

由于計算機技術以及自動控制理論的發展，在現場通訊技術日趨成熟的條件下，可編程控制器作為微型處理器得到了廣泛應用。該控制器設計小巧，使用方便，性能較好，可靠性能也比較高并且維護比較方便。在工業現場，在目前工業現場能很好的解決現場各種各樣復雜的工藝控制問題。

各領域都會應用多種液體混合，較常用的控制方式有可編程控制器控制、單片機控制和繼電器系統控制等。傳統的控制方式為繼電器控制系統，該控制系統的接線較為復雜，故障率高，并且經常由于觸點接觸不良等原因更換繼電器。單片機控制由于其程序固化，擴展性能差，不利于控制系統的改進升級。

1 工藝要求及總體方案設計

本系統設計的主要工藝要求如下：首先三種液體通過三個電磁閥YV1、YV2、YV3進行接通，將液體輸送到容器中。容器內安裝四個限位開關，最低限位開關到最高限位開關依次為：SL1限位開關、SL2限位開關、SL3限位開關和SL4限位開關。液體攪拌好后的電動閥門為YV4。電動機M為液體攪拌電動機。在三種液體混合控制系統中，其控制工藝如下面所描述的流程：

（1）初始狀態：在初始運行時，對系統進行復位。

（2）通過外部的按鈕SB1進行系統啟動。當系統啟動后，首先將電磁閥YV1打開，液體A進行輸入，當容器中的液位達到SL2處，將關閉電磁閥YV1，停止液體A輸入，并且打開電磁閥YV2。這時液體B進行輸入，當容器中的液位達到SL3處，將關閉電磁閥YV2，停止液體B輸入，與此同時打開電磁閥YV3，這時液體C進行輸入，當容器中的液位達到SL4處，將關閉電磁閥YV3。

（3）當電磁閥YV1、YV2、YV3都關閉時，液體己經在SL4處，這時啟動容器內的攪拌機，進行液體攪拌，攪拌機工作60秒后，停止液體攪拌。這時打開液體排出閥YV4，液體開始排出容器，這時容器內的液位正在下降，當液位下降到SL1限位開關處，表示液體基本排空，將液體閥YV4關閉后20秒后，然后開始操作的下一個周期。

（4）按下停止按鈕，設備將處于停止狀態，在容器內，當前的循環周期與余下的循環工作完成時，整個系統又開始回到初始狀態。

根據以上的工藝介紹和研究，本系統采用可編程控制器（西門子品牌的S7-200CPU226）進行多種液體混合控制系統的設計。

2 硬件電路設計

可編程控制器具有強大的應用功能，比如邏輯控制功能、數據處理功能、高速計數功能、PID控制功能以及通訊功能等。在本系統中就利用S7-200強大的邏輯控制功能進行系統設計。S7-200屬于西門子自動化工控產品家族中的小型PLC，產品設計結構比較緊湊，性價比極高，完全可以勝任一些生產現場較為復雜的控制功能。特別對現場模擬量信號的處理，可以進行數據轉換處理。PID運算處理輸出，信號控制穩定，屬于比較好的現場控制器。該產品具有四個中斷處理功能，可以在任何條件滿足的情況下，進行系統的中斷功能處理。

對于可編程控制器的外部I/O端口進行分配，有以下目的：

（1）通過外部I/O端口的分配，可以做到設計準確，對系統進行了全面的分析;

（2）在程序設計中，可以根據外部I，/O端口的分配，準確無誤的進行程序設計;

（3）保證控制系統的安全、可靠性;

（4）操作簡單、方便，并考慮有防止誤操作的安全措施;

（5）滿足PLC的各項技術指標和環境要求。

綜上所述，對可編程控制器進行I/O端口分配就很有必要。選擇西門子S7-200系列PLC作為控制器。該控制器的I/O端口分配如表1所示。

3 軟件設計

3.1 控制程序流程設計

當本系統外部按鈕啟動后，首先將閥門YV1接通，閥門YV1接通后，液體A開始注入容器內，容器內的液體A開始上升。當液體A上升到限位開關SL2處，SL2輸入信號給PLC，PLC將關閉閥門YV1，并且打開閥門YV2。當閥門YV2接通后，液體B開始注入容器內，容器內的液體B開始上升。當液體B上升到限位開關SL3處，SL3輸入信號給PLC，PLC將關閉閥門YV2，并打開閥門YV3。當閥門YV3接通后，液體C開始注入容器內，容器內的液體C開始上升。當液體c上升到限位開關SL4處，SL4輸入信號給PLC，PLC將關閉閥門YV3。與此同時將攪拌電動機M接通運行。當攪拌電動機M運行攪拌時間60秒到后，將關閉攪拌電動機M。并且打開閥門YV4，將混合好后的液體進行排出。這是容器內的混合好的液體開始下降。當液位下降到限位開關SL1處，將啟動定時器開始延時，延時時間為20秒。當20秒到后，將關閉閥門YV4。并且開始下一個循環。當外部的停止按鈕按下后，PLC接收到停止信號，將系統循環結束后，停止系統運行。

3.2 控制程序設計

根據系統設計，其用到的內部繼電器相當于中間狀態繼電器，在程序中可以多次使用。中間繼電器主要根據內部邏輯控制的運算，對一些計算的中間結果進行接通或斷開。其功能是用來編程中間狀態劃傷，換檔，操作者輔助的或給定的特殊用途。在本設計中，部分內部繼電器的功能如下：MO.O為系統啟動輔助繼電器;MO.1為系統停止輔助繼電器;M0.2為打開電磁閥YV2、關閉電磁閥YV1繼電器;M0.3為打開電磁閥YV3、關閉電磁閥YV2繼電器;M0.4為起動電動機M和關閉電磁閥YV3繼電器;M0.5為打開電磁閥YV4繼電器;M0.6為啟動定時器T38繼電器;Ml.0為系統循環運行控制繼電器。

本系統的程序設計基本思路如下：

（1）通過系統的外部按鈕10.1啟動，將M0.0接通，外部按鈕10 2停止，將M0.1接通。M0.0接通后，將M1.0復位，M0.1接通后，將M1.0置位。M1.0為運行位。

（2）根據外部啟動后，系統進入運行狀態，根據設計的工藝要求，將對外部輸出的Q0.l進行置位接通，當外部的限位開關SL2信號輸入后，將中間繼電器M0.2接通，M0.2將置位Q0.2，復位Q0.1。

（3）當SL3信號輸入后，將M0.3接通，M0.3將置位Q0.3，復位Q0.2。

（4）當SL4信號輸入后，將M0.4接通，M0.4將置位Q0.4，復位Q0.3。于此同時，啟動電動機QO.0，并延時60S。

（5）當系統時間繼電器延時時間到，時間繼電器的觸點將復位Q0.0，并且將接通M0.5，該中間繼電器M0.5將置位Q0 4，當SL1信號輸入，啟動定時器T38，延時20S之后，復位0Q.4。

4 上位機設計

組態王是一種方便、流行的上位機組態軟件，此種組態軟件的研發是根據計算機控制技術和自動化控制理論互相結合的成果，是自動化技術更上一層臺階的標志。其中，進行現場大量數據的采集和處理、對數據進行實時顯示和歷史報表處理、在報警動畫方面和現場工藝流程控制方面都有自己的長處，此組態軟件代表管理層進行車間技術管理，使日常性的工作效率大大提高。

據設計要求，需要使用配置軟件進行系統配置屏幕的自動操作，采用6.53組態王混合三種液體控制系統屏幕決策和屏幕配置設計。如圖1所示。

5 結束語

實踐證明，本文所采用西門子S7-200型PLC的硬件配置和程序設計完全可行。在實際控制中，由于PLC產品自身具有可靠性高、靈活性強、對工作環境無要求和抗干擾性能好等諸多優點，使之完全可以將操作人員從惡劣的現場環境中解放出來。同時采用PLC控制液體混合裝置，還能隨時修改可編程控制器程序，以改變液體混合裝置的工作時間和狀態，滿足不同液體混合的需要。該控制系統通過較少的資金投入，就可以達到控制要求。

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