基于PLC的多种液体混合控制系统设计

基于PLC的多种液体混合控制系统设计

作者：崔兴龙

来源：《电子技术与软件工程》2018年第07期

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绍和说明。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

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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

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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。

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