基于PLC的多种液体混合控制系统设计

崔兴龙

摘要 本控制系统设计以三种液体混合控制为例，对整个系统进行了简要介紹和说明。详细说明了可编程控制器在各种液体控制系统中的应用，并对其硬件系统和软件编程进行了系统设计。本系统采用西门子S7-200可编程控制器进行硬件设计，采用顺序控制的方法进行软件程序的编写，同时采用组态王软件对上位机进行设计，仿真模拟了系统运行，达到设计的控制要求。

【关键词】液体混合 S7-200 上位机

由于计算机技术以及自动控制理论的发展，在现场通讯技术日趋成熟的条件下，可编程控制器作为微型处理器得到了广泛应用。该控制器设计小巧，使用方便，性能较好，可靠性能也比较高并且维护比较方便。在工业现场，在目前工业现场能很好的解决现场各种各样复杂的工艺控制问题。

各领域都会应用多种液体混合，较常用的控制方式有可编程控制器控制、单片机控制和继电器系统控制等。传统的控制方式为继电器控制系统，该控制系统的接线较为复杂，故障率高，并且经常由于触点接触不良等原因更换继电器。单片机控制由于其程序固化，扩展性能差，不利于控制系统的改进升级。

1 工艺要求及总体方案设计

本系统设计的主要工艺要求如下：首先三种液体通过三个电磁阀YV1、YV2、YV3进行接通，将液体输送到容器中。容器内安装四个限位开关，最低限位开关到最高限位开关依次为：SL1限位开关、SL2限位开关、SL3限位开关和SL4限位开关。液体搅拌好后的电动阀门为YV4。电动机M为液体搅拌电动机。在三种液体混合控制系统中，其控制工艺如下面所描述的流程：

（1）初始状态：在初始运行时，对系统进行复位。

（2）通过外部的按钮SB1进行系统启动。当系统启动后，首先将电磁阀YV1打开，液体A进行输入，当容器中的液位达到SL2处，将关闭电磁阀YV1，停止液体A输入，并且打开电磁阀YV2。这时液体B进行输入，当容器中的液位达到SL3处，将关闭电磁阀YV2，停止液体B输入，与此同时打开电磁阀YV3，这时液体C进行输入，当容器中的液位达到SL4处，将关闭电磁阀YV3。

（3）当电磁阀YV1、YV2、YV3都关闭时，液体己经在SL4处，这时启动容器内的搅拌机，进行液体搅拌，搅拌机工作60秒后，停止液体搅拌。这时打开液体排出阀YV4，液体开始排出容器，这时容器内的液位正在下降，当液位下降到SL1限位开关处，表示液体基本排空，将液体阀YV4关闭后20秒后，然后开始操作的下一个周期。

（4）按下停止按钮，设备将处于停止状态，在容器内，当前的循环周期与余下的循环工作完成时，整个系统又开始回到初始状态。

根据以上的工艺介绍和研究，本系统采用可编程控制器（西门子品牌的S7-200CPU226）进行多种液体混合控制系统的设计。

2 硬件电路设计

可编程控制器具有强大的应用功能，比如逻辑控制功能、数据处理功能、高速计数功能、PID控制功能以及通讯功能等。在本系统中就利用S7-200强大的逻辑控制功能进行系统设计。S7-200属于西门子自动化工控产品家族中的小型PLC，产品设计结构比较紧凑，性价比极高，完全可以胜任一些生产现场较为复杂的控制功能。特别对现场模拟量信号的处理，可以进行数据转换处理。PID运算处理输出，信号控制稳定，属于比较好的现场控制器。该产品具有四个中断处理功能，可以在任何条件满足的情况下，进行系统的中断功能处理。

对于可编程控制器的外部I/O端口进行分配，有以下目的：

（1）通过外部I/O端口的分配，可以做到设计准确，对系统进行了全面的分析;

（2）在程序设计中，可以根据外部I，/O端口的分配，准确无误的进行程序设计;

（3）保证控制系统的安全、可靠性;

（4）操作简单、方便，并考虑有防止误操作的安全措施;

（5）满足PLC的各项技术指标和环境要求。

综上所述，对可编程控制器进行I/O端口分配就很有必要。选择西门子S7-200系列PLC作为控制器。该控制器的I/O端口分配如表1所示。

3 软件设计

3.1 控制程序流程设计

当本系统外部按钮启动后，首先将阀门YV1接通，阀门YV1接通后，液体A开始注入容器内，容器内的液体A开始上升。当液体A上升到限位开关SL2处，SL2输入信号给PLC，PLC将关闭阀门YV1，并且打开阀门YV2。当阀门YV2接通后，液体B开始注入容器内，容器内的液体B开始上升。当液体B上升到限位开关SL3处，SL3输入信号给PLC，PLC将关闭阀门YV2，并打开阀门YV3。当阀门YV3接通后，液体C开始注入容器内，容器内的液体C开始上升。当液体c上升到限位开关SL4处，SL4输入信号给PLC，PLC将关闭阀门YV3。与此同时将搅拌电动机M接通运行。当搅拌电动机M运行搅拌时间60秒到后，将关闭搅拌电动机M。并且打开阀门YV4，将混合好后的液体进行排出。这是容器内的混合好的液体开始下降。当液位下降到限位开关SL1处，将启动定时器开始延时，延时时间为20秒。当20秒到后，将关闭阀门YV4。并且开始下一个循环。当外部的停止按钮按下后，PLC接收到停止信号，将系统循环结束后，停止系统运行。

3.2 控制程序设计

根据系统设计，其用到的内部继电器相当于中间状态继电器，在程序中可以多次使用。中间继电器主要根据内部逻辑控制的运算，对一些计算的中间结果进行接通或断开。其功能是用来编程中间状态划伤，换档，操作者辅助的或给定的特殊用途。在本设计中，部分内部继电器的功能如下：MO.O为系统启动辅助继电器;MO.1为系统停止辅助继电器;M0.2为打开电磁阀YV2、关闭电磁阀YV1继电器;M0.3为打开电磁阀YV3、关闭电磁阀YV2继电器;M0.4为起动电动机M和关闭电磁阀YV3继电器;M0.5为打开电磁阀YV4继电器;M0.6为启动定时器T38继电器;Ml.0为系统循环运行控制继电器。

本系统的程序设计基本思路如下：

（1）通过系统的外部按钮10.1启动，将M0.0接通，外部按钮10 2停止，将M0.1接通。M0.0接通后，将M1.0复位，M0.1接通后，将M1.0置位。M1.0为运行位。

（2）根据外部启动后，系统进入运行状态，根据设计的工艺要求，将对外部输出的Q0.l进行置位接通，当外部的限位开关SL2信号输入后，将中间继电器M0.2接通，M0.2将置位Q0.2，复位Q0.1。

（3）当SL3信号输入后，将M0.3接通，M0.3将置位Q0.3，复位Q0.2。

（4）当SL4信号输入后，将M0.4接通，M0.4将置位Q0.4，复位Q0.3。于此同时，启动电动机QO.0，并延时60S。

（5）当系统时间继电器延时时间到，时间继电器的触点将复位Q0.0，并且将接通M0.5，该中间继电器M0.5将置位Q0 4，当SL1信号输入，启动定时器T38，延时20S之后，复位0Q.4。

4 上位机设计

组态王是一种方便、流行的上位机组态软件，此种组态软件的研发是根据计算机控制技术和自动化控制理论互相结合的成果，是自动化技术更上一层台阶的标志。其中，进行现场大量数据的采集和处理、对数据进行实时显示和历史报表处理、在报警动画方面和现场工艺流程控制方面都有自己的长处，此组态软件代表管理层进行车间技术管理，使日常性的工作效率大大提高。

据设计要求，需要使用配置软件进行系统配置屏幕的自动操作，采用6.53组态王混合三种液体控制系统屏幕决策和屏幕配置设计。如图1所示。

5 结束语

实践证明，本文所采用西门子S7-200型PLC的硬件配置和程序设计完全可行。在实际控制中，由于PLC产品自身具有可靠性高、灵活性强、对工作环境无要求和抗干扰性能好等诸多优点，使之完全可以将操作人员从恶劣的现场环境中解放出来。同时采用PLC控制液体混合装置，还能随时修改可编程控制器程序，以改变液体混合装置的工作时间和状态，满足不同液体混合的需要。该控制系统通过较少的资金投入，就可以达到控制要求。

参考文献

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