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1、混合搅拌机PLC控制系统设计作 者 姓 名 专 业 指导教师姓名 专业技术职务 24目 录摘 要1ABSTRACT2第一章 绪论31.1设计背景31.2研究目的与意义3第二章 搅拌机PLC控制系统设计42.1方案设计原则42.2系统整体设计思路42.3 控制方式系统的要求的设计42.4系统方案的设计要求5第三章 混合搅拌机的硬件设计63.1 硬件的选型63.1.1 PLC的型号选择63.1.2 PLC容量的选择73.1.3 简述PLC应用及使用中应注意的问题73.1.4 I/O模块的选择83.1.5 电源模块的选择93.2 PLC输入/输出点的分配103.2.1原理分析103.2.2 PLC的
2、I/O接线图103.3 主电路的设计113.4 混合搅拌机控制系统示意11第四章 混合搅拌机的软件设计134.1 程序设计的一般方法134.1.1 经验设计法134.1.2 逻辑设计法134.1.3 顺序设计法134.2 PLC控制的相关流程图144.2.1 控制流程图144.3 可编程控制器的梯形图154.4 PLC实验室实践17第五章 系统的常见故障分析及维护195.1 系统的常见故障分析及维护195.2 系统故障分析及处理195.2.1 PLC主机的系统故障分析及处理195.2.2 可编程控制器的I/O端口系统故障分析及处理195.2.3 现场控制设备故障分析及处理195.3 系统抗干扰
3、性的分析和维护20结 论22致 谢23参考文献24齐鲁工业大学 2015 届本科毕业设计（论文）摘 要PLC是以计算机技术为核心的自动控制装置，也可以说它是依靠程序来改变控制功能的计算机。以计算机的迅猛速发展为基础， PLC的应用范围已经广泛覆盖工业控制，而且上升的速度还在进一步提升。PLC主要由中央处理器（CPU）模块、电源模块、输入、输出模块和通信接口等组成。本文设计的是两种液体的混合搅拌控制系统，简单来说就是将两种液体按一定比例混合搅拌，然后将混合的液体输出容器，并且自动形成循环状态。考虑到其动作的连续性以及各个被控设备动作之间的相互关联性，液体混合系统的控制设计需要针对不同的工作状态，
4、进行相应的动作控制输出，从而实现液体混合系统自动进行周期性循环工作。本次设计的重点是液体混合控制系统的设计，从控制系统的软硬件组成到整个系统的设计过程（包括设计思路、设计要求、设计流程、梯形图设计、实用性、稳定性设计等），本文即是对液体搅拌机的设计及制作过程的记录、整合。本次设计选择的PLC为西门子公司的S7-200系列。关键词： 可编程控制器 自动控制 混合 循环ABSTRACTPLC automatic control device based on computer technology as the core, and it is depend on the program to ch
5、ange the control function of a computer. Based on the fast speed development of computer, PLC has been widely the application scope of cover industrial control, and the speed of the rise in further improvement. PLC is mainly composed of the central processing unit (CPU) module, power module, input a
6、nd output module and communication interface, etc.Design in this paper is a mixture of two kinds of liquid mixing control system, which is simply mix two liquids according to certain proportion mixing, and then mixed liquid output container, and automatic circulation state formation. Considering the
7、 continuity of the movement and the correlation between every accused of equipment operation, liquid mixing system control design needs for different working condition, accordingly the movement control output, so as to realize the liquid hybrid system, automatically cycle work. Of this design is the
8、 focus of the liquid hybrid control system design, from the control system hardware and software to the design process of the whole system (including the design idea, design requirements, the design process, ladder diagram design, practicality, stability, etc.), the paper is the record of the design
9、 and production process of liquid mixer, integration. The design of PLC of Siemens S7-200 series.Key words：PLC; automatic control; mixture; circulation第一章 绪论1.1设计背景现如今，科学技术的飞速发展成为了社会生产力发展的基础，而其中的自动控制技术更是染指了社会的各个领域，越来越多的国家把自动控制技术视为科学技术的重中之重，也是一个国家实力的体现，在工业领域自动控制技术更是实现了全覆盖，对提高工业生产效率提供了基础，本文介绍的多种液体混合是非
10、常常见而且重要的工序。但是，工业行业中的原料大多具有易燃易爆、有毒有腐蚀性、易对人体产生危害的特点，工人在生产中有一定的危害，另一方面，工业生产对控制系统都有控制精确、可靠稳定等要求，这也是以往老旧的控制系统所欠缺的。站在现实的角度上，基于PLC控制的物料搅拌机是一个非常有实际意义的项目。随着计算机技术的快速发展，对液体混合装置进行技术改造，提出配料精确、自动控制、运行管理等多方面的要求。利用PLC控制的多种液体混合搅拌机，提高了液体混合比例的精确性、稳固运转、自动化水平高，非常适用于工业生产1。1.2研究目的与意义在以往，把多种原料进行加工以得到产品一直都是在有人操作或监控下进行的，在后来多
11、用继电器系统控制操作过程，但是现在随着社会生产力的发展，这些方式已经远远不能满足工业生产的实际需要。实际生产中需要自动化程度更高、更精确、更便捷的控制装置。随着科学生产力的发展，自动化程度越来越高，原来的液体混合装置远远不能满足当前工业生产的实际需要。PLC液体自动混合搅拌机系统是集成自控技术，计量技术，传感器技术等技术于一体的自动化化装置。集多种控制系统的优点于一身，系统设计标准性高、通用性强，安装、组态、配置设备简单方便2。可编程控制器多种液体自动混合控制系统的特点：整个系统自动工作；单周期运行方式；自动控制由传感器的参数实现；启动之后就可以自动从第一个周期开始循环工作。本系统采用PLC控
12、制有以下两个原因：PLC的可靠性很强，一般来说平均无故障时间都在30万小时以上；编程能力强，用软件方便的实现；根据多种液体自动混合系统的要求与特点，我们采用的PLC具有结构简单、高速度、高性能等特点，本控制系统就是基于可编程序控制器(PLC)对多种液体按一定比例搅拌的控制系统。第二章 搅拌机PLC控制系统设计21方案设计原则整个系统设计过按照系统工作过程，一步步地发现和解决遇到的问题，其中用到的图形符号按照国家有关标准撰写，以下是主要设计原则：工作条件：相关工程对电气控制线路提供的资料，可靠性、实用性、安全性、稳定性和速度是系统合格的前提，与此同时尽量还要兼顾合理、经济，缩减成本。对于本次设计
13、来说，液体搅拌系统部分是一个较大规模工控系统的改造提升，要根据企业设备和工艺现况选用控制装置，而且需要尽可能的善于利用原来系统中的元器件以提高利用率和经济性。还要注意升级后系统的操作模式应该尽量和升级前的相似，以便于其操作人员能够快速运用3。要从整个液体搅拌控制系统的各个角度考虑，制定本次设计方案。22系统整体设计思路本系统为两种液体搅拌装置，需要完成两种液体进料、混合搅拌、卸料的功能，液面传感器有三个，分别是SL1，SL2，SL3，三个电磁阀YV1、YV2、YV3分别控制着液体A阀门、液体B阀门与混合液体阀门，搅拌电机是M。控制流程要求如下：按下SB1（启动按钮），装置投入运行，液体A、B阀
14、门关闭，混合液体阀门打开10秒后将容器放空后关闭：然后液体A阀门打开，液体A流入混合容器。当液面上升到SL2时，液面传感器SL2接通，系统自动关闭液体A阀门，同时打开液体B阀门。液面上升到SL1时，系统自动关闭液体B阀门，同时搅动电机开始转动搅拌。搅动电机工作60秒后自动停止搅动，YV3控制混合液体阀门打开，放出混合液体。当容器内液位下降到SL3时，SL3由接通变为断开，经过10秒后，容器放空完毕，混合液阀门关闭，自动开始下一周期。停止操作:当前的液体混合操作完毕后。按下停止按钮SB2，停止操作。2.3 控制方式系统的要求的设计当前工业常用的、可以满足控制的需要的有以下几种控制方式：继电器控制
15、、单片机控制、工业控制计算机控制、可编程序控制器控制。1.继电器控制系统此控制系统的功能是利用硬件继电器实现的。根据主电路中的电压、电流、转速、时间及温度等参数变化，继电器串接在控制电路中动作，以此实现系统的自动控制及保护。但是这种系统构成复杂，在控制过程中，如果有其中某个继电器损坏，整个系统的正常运行将会受到影响，此时寻找和解决故障往往非常麻烦，虽然继电器本身价格低廉，但是整个控制柜价格非常高，无法做到灵活、快速响应4。2.单片机控制单片机是一种超大规模的集成电路，单片机的硬件组成包括中央处理器、存储器、定时器与输入/输出接口电路。单片机的优点有低功耗、低电压、控制功能强，成为功控领域、尖端
16、武器、日常生活中应用最广泛的计算机之一。但是，单片机只是一片集成电路，不能直接外部信号输入单片机。如果将它用于工业控制还要为其配套一些配套的集成电路和输入输出接口电路，整个设计、应用过程工作量相当大。3.工业控制计算机控制工业控制计算机结构为总线结构，各厂家产品通用性、兼容性强，而且工业控制计算机有实时操作系统的支持，需求占有优势的领域是要求速度快、通用性强、应用功能复杂的领域。其缺点为：工控机价格昂贵，将工控机用于开关量控制有些大材小用。且工控机的外部输入/输出接线都用多芯扁平电缆、插头、插座，可靠性不如接线端子。4.可编程序控制器控制可编程控制器（PLC）有丰富的硬件装置供用户选择使用，不
17、需要用户自己设计、制作硬件，只需要确定PLC的硬件配置和外部接线设计图，可编程控制器采用梯形图语言编程，如果控制要求等发生变化，通过修改程序即可达到改变控制要求的目的5。从20世纪70年代起，可编程控制器从无到有，从弱到强经历了飞速的发展。最开始PLC的作用就是简单的针对开关量进行逻辑控制，利用它可以取代多种继电器等构成开关量控制系统。30多年以来，随着微电子技术的不断创新，PLC也历经了不断的升级换代，大大增强了PLC的功能。现在可编程序控制器（PLC）已经发展成为具有逻辑控制功能、而且还具有过控、运控和数据处理、连网通讯等多种性能，是真正的多功能控制器。由可编程控制器构成的控制系统具有高度
18、可靠性、强大的控制功能、高性价比等优势，是现在的工业自动化的首选控制系统。所以本次设计选择PLC来实施。2.4系统方案的设计要求控制系统简单、经济、使用和维护方便。液体混合设备要节能、安全、高效和满足生产及应用要求：1可靠性高，抗干扰能力强高可靠性是电气设备最重要、最基本的特点。利用了大规模集成电路技术、生产工艺严格的PLC，内部电路拥有先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。2配备丰富，性能全面，经济实用3易学易用，深受工程技术人员欢迎 PLC作为广泛使用的控制系统，它的接口十分简单，编程语言采用梯形图。非常简单使用、工艺过程一目了然。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从事
19、工业控制打开了方便之门。4控制系统建造简单，维护方便，容易改造PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。5体积小，重量轻，能耗低2第三章 混合搅拌机的硬件设计3.1 硬件的选型 3.1.1 PLC的型号选择选择PLC时，应该兼顾满足控制要求和系统工作的可靠性、性价比。具体应考虑以下因素。1结构合理对于工艺过程比较固定、环境条件较好、维修量较小的场合，选用整体式结构的PLC；否则，选用模块式结构的PLC，物料混合控制系统的设计选用整
20、体式结构的PLC能够达到要求6。2功能强弱合适对于用于开关量控制的工程，如果系统要求的控制速度不是很高，通常情况下我们选用低档的PLC，例如西门子公司的S7-200系列机、欧姆龙公司的COM1。3机型统一PLC按照其结构分类有两种：整体式和模块式。整体式把PLC的I/O口和CPU制作到一块印刷电路板上，并在一个壳体内封装，不需要插接环节，因此体积较小小、价格较低。但由于整体式结构的可编程控制器功能不强，通常只用于控制要求简单的系统中。而一般复杂的控制系统都使用模块式结构，因为这样功能容易扩展，相对于整体式来说使用更加灵活。当工业生产单位选用PLC做控制装置时，要尽最大可能做到PLC型号统一。因
21、为同一型号的PLC的各个模块都是一样的，这样一来，采购和维修都非常方便；除此之外，系统的功能及编程方法统一，使得使用者的培训更为容易；若配套使用了上位机，可以提高管理的效率。物料搅拌机控制系统要求比较简易，所以选择整体式结构的PLC就可以。4是否能够在线编程使用灵活是PLC的特点之一。当被控设备工作过程改变的时候，只需修改程序即可改变控制功能，十分简便。PLC的编程方式分为离线编程和在线编程两种6。3.1.2 PLC容量的选择PLC的容量有两个方面：一个是I/O的点数；另一个是用户存储器的容量。PLC容量的选择应该在满足控制要求的基础上，留有适当的裕量，以备不时之需。根据以往经验，在选择存储容
22、量的时候，一般要按实际需要的百分之十到百分之二十五考虑裕量。对于开关量控制系统，存储器字数即为开关量I/O乘以八；对于具备模拟量控制功能的可编程控制器，所需存储器的字数为模拟内存单元数乘以一百7。I/O点数也应该留有适当裕量。因为通常I/O点数较多的PLC价格也较昂贵，若考虑裕量的I/O点的数量太多，将会导致成本过高。根据系统的输入信号和输出信号的总点数，并考虑到裕量问题，一般按I/O点数按实际需要的百分之十到百分之十五考虑备用量。3.1.3 简述PLC应用及使用中应注意的问题一、简述 多年来，可编程控制器（以下简称PLC）从上个世纪从无到有、从弱到强，实现了功能质的飞跃，应用领域更是染指社会
23、生活各个领域，并在各行各业发挥着不可替代的作用。二、PLC的应用领域 目前，PLC在国内外已经被应用到社会各个领域，其中包括钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐，应用情况如下所示： 1开关量逻辑控制 取代了之前的继电器电路，用于实现逻辑控制、顺序控制，既能够用于单台设备的控制，也能够用于多机群控与自动化流水线。6如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。 2工业过程控制 在实际工业生产过程中，经常控制一些模拟量，例如温度、液位等。那么PLC如何人处理这些模拟量呢？模数转换模块和数模转换模块可以把模拟量转换为数字量，以此完成闭环
24、控制。通常闭环控制系统利用比例积分微分这种调节方法。 3运动控制 圆周运动或者直线运动也可以用PLC来进行控制。4数据处理 PLC的数据处理功能包括：数学运算、数据传送和排序等等多种功能，PLC的数据处理功能强大，能够胜任数据的收集、分析及运算处理。数据处理一般用于那些大型的控制系统。 5通信及联网 PLC通信包含PLC之间的通信和PLC与其它智能设备之间的通信。以现如今自动化技术的发展和自动化程度的提高，可编程控制器现如今都配备了通信接口，使得可编程控制器的通信变得非常方便7。三、PLC的应用优点1.编程简单，维护容易2.接线简单，成本低廉3.可靠性高，抗干扰能力强4.组合模块化，灵活方便5
25、.方便维修，安装施工周期缩短6.通信功能强，网络化程度高3.1.4 I/O模块的选择可编程控制器主要的应用领域是工业生产，本文涉及的系统也是应用于工业生产领域，本系统控制的是生产设备和生产流程，通过输入/输出接口模块检测被控生产过程的各种参数以实现PLC与生产过程的联系，时刻把设备工作时的参数传送到控制端，PLC再据此进行控制。另外生产当中各种设备和生产过程中的信号电平是各种各样的，各种执行机构需要的信号电平也是一样，都不是标准电平，而可编程控制器的中央处理器只能识别和处理标准电平的信号，所以输入/输出接口模块需要能够把不标准的电平信号转化为标准电平信号。生产现场当中，输入和输出的信号传输都肯
26、定要经过一段距离。为了是信号在传输的时候不出现偏出，可编程控制器的输入/输出接口模块必须达到较好的抗干扰能力的要求。根据实际生产需要，PLC有许多种输入/输出接口模块，包括开关量输入、输出模块、模拟量输入、输出模块，使用时按照实际情况选择输入/输出模块。81确定I/O的点数确定I/O点数的时候，必要的裕量是必不可少的，对功能进行扩展提供了方便性。对于同样的系统、同样的控制要求，不同的控制方法和相异的编程水平，都会影响输入/输出点数的确定。92开关量I/O传感器通过I/O接口和开关设备之间进行信息传递。标准的交流I/O信号为24240V（AC），直流I/O信号为524V（DC）。 3选择开关量输
27、入模块的时候，具体需要考虑的如下：首先根据现场设备与PLC距离（即传输距离）来选择电平的高低。通常来说24V以下的就属于低电平的范围，属于低电平的，传输距离就应该近一些。例如12V电压模块一般不应该超过10米，当传输距离比较远的时候，就应该选用较高电压模块。其次是高密度的输入模块，例如32点的输入模块，输入电压和环境温度将决定能允许同时接通的点数。通常同时接通的点数不能超过总输入点数的百分之六十。4选择开关量输出模块的时候，有三个决定性因素：第一个从继电器输出、晶体管输出和晶闸管输出三者中选择选择输出方式。综合考虑价格、电压适用范围、寿命和响应速度和负载的性质（感性、电容性、热敏性）。第二个是
28、选择输出电流，这时也要重点考虑负载的性质。第三是确定允许同时接通的输入点数量。3.1.5 电源模块的选择电源模块的选择通常只需要考虑输出电流。电源模块的输出电流一定要比所有模块消耗电流的加起来的总和大。以下步骤为通常使用的电源选择规则： 1首先要确定电源的输入电压；2将框架中每块输入/输出单元所需的总背板电流相加，计算得出输入/输出模块所需要的总背板电流值；3输入/输出单元所需的总背板电流值还需要再加上以下各电流值： （1） 当框架中带有CPU时，则需要加上CPU的最大电流值； （2） 当框架中带有远程适配器单元或扩展本地输入/输出适配器单元时，应加上其最大电流值。 4如果框架中为了将来扩展打
29、算而留有空槽时，需要做以下处理； （1） 列出将来要扩展的输入/输出单元所需的各背板电流； （2） 把全部扩展的输入/输出单元的总背板电流值与步骤3计算得出的总背板电流值相加。 5确定在框架中是否有空槽为电源准备，否则的话将电源装到框架的外面。 6根据以上步骤计算完毕的输入电压要求与总背板电流值，参照用户手册进行电源模块的选择。如今可编程控制器（PLC）技术的迅猛发展，市面上出现了各种品牌可编程控制器（PLC）的产品，功能也更上一层楼。PLC的品牌、种类特别多，它们的内在性能、容量、指令系统、价格等各有不同，各种型号都有更适用的场合。所以选择合理的PLC是一个非常重要的环节。 综上所述，在选择
30、机型的时候，要着重考虑以下因素： （1）结构形式要合理（2）安装方式要恰当（3）功能要求要符合（4）系统可靠性要高3.2 PLC输入/输出点的分配3.2.1原理分析通过分析本次控制系统的要求，如果不考虑产量显示，则一共需要5个数字量输入和4个数字量输出，中央处理器可以选择西门子S7-200PLC的CPU224（本型号机上有十四个数字量输入和十个数字量输出）。SL1、SL2、SL3是液位传感器，液位上升达到设定的液位时传感器导通。进而控制电磁阀的开关，电磁阀QO.1、QO.2分别控制液体A和液体B进液，混合液出液阀Q0.3控制搅拌后的混合液体排出。本次设计的搅拌机系统的输入输出设备的I/O分配表
31、如下表3-1所示。表3-1 输入和输出设备I/O分配表输入输出I0.0启动按钮SB1Q0.1液体A电磁阀YV1I0.1停止按钮SB2Q0.2液体B电磁阀YV2I0.2液位传感器SL3Q0.3混合液电磁阀YV3I0.3液位传感器SL2Q0.0搅拌电动机接触器I0.4液位传感器SL13.2.2 PLC的I/O接线图根据表3-1画出I/O主要接线图如下图3-1如示: 图3-1 I/O主要接线图3.3 主电路的设计根据以上步骤所选的CJX1-9，220V型接触器、DZ47-63系列小型断路器、JR16B-60/3D型热继电器和型号为Y90S-6/0.75KW的电动机画出系统的硬件电气原理图如下图3-2
32、所示10。其中本次系统设计中的混合液体搅拌由电动机M完成。本次设计带有短路保护、过载保护等，短路保护由熔断器FU来完成保护，热继电器FR来实现其保护过载功能。 图3-2主电路3.4 混合搅拌机控制系统示意本设计为两种液体混合搅拌系统，本系统的元件、要求如下：1.初始状态 开始排放混合液体，电磁阀YV4打开，延时10S后电磁阀YV4自动关闭。2. 启动操作 按下启动按钮SB1，液体搅拌装置开始按以下步骤工作： （1）电磁阀YV1打开，液体A流入容器，液位开始上升。 (2）当液位上升到SL2处时，电磁阀YV1关闭，液体A结束进料，与此同时系统自动打开电磁阀YV2，B液体开始流入容器。 （3）当液位
33、上升到SL1处，电磁阀YV2关闭，液体B结束进料，与此同时系统自动控制搅拌电动机开始工作。 （4）当搅拌电动机搅拌60S后关闭，停止搅拌，同时电磁阀YV3打开，开始排放出混合液，液位开始下降。 （5）当液位下降到SL3的时候，系统开始计时，10S后关闭电磁阀YV3，同时系统自动开始下一个循环：返回到步骤（1）。3.系统停止运行 搅拌系统工作的时候，若按下停止按钮SB2，装置停止运行。具体设配如下图3-3所示 图3-3 搅拌系统示意图第四章 混合搅拌机的软件设计4.1 程序设计的一般方法4.1.1 经验设计法经验设计法亦称凑试法。在熟练掌握典型控制环节和电路设计的前提下，根据对控制系统的具体要求
34、，凭借以往的经验进行选择、组合。经验设计法对于一些比较简单的控制系统的设计是比较适合有效的。经验设计法的具体步骤如下所示： 1确定输入/输出装置；2确定输入点和输出点的个数、确定选择PLC机型号、进行I/O分配；3画出系统工作流程图；4确定思路并编写主程序； 5按系统其它控制要求编写程序； 把各个环节编写的程序紧密联系起来，即可得到满足系统控制要求的程序。4.1.2 逻辑设计法对于工业电气控制线路，其中有很大一部分是利用继电器等电器元件来实现的。然而继电器和交流接触器的触点都只有断开和闭合两种状态，所以用“0”和“1”两种逻辑代数就可以设计电气控制线路。这种方法是用数字电子技术中的逻辑设计法来
35、设计PLC程序，此种方法使用逻辑表达式描述问题使用逻辑表达式。先得出逻辑表达式，之后根据逻辑表达式画出程序梯形图。4.1.3 顺序设计法有些系统控制按动作的先后顺序，此类系统很适合使用顺序控制设计法进行设计程序。顺序控制法的规律性特别强，虽然有可能遇到编程相当长的情况，但是程序结构清晰，可读性强。当用顺序设计法设计程序时，最重要的工具是功能图。系统各工作步的功能、各步之间的转换顺序和其转换条件能够在功能图中清晰地表现出来。功能图的组成部分有：流程步、有向线段、转移和动作，在绘制系统功能图的时候，它有以下一些使用规则：1. 各步之间必须用转移相隔开；2. 各转移之间必须用步相隔开；3. 转移和步
36、之间通过有向线段相连接，通常画顺序功能图的方向是从上至下或者从左至右。按照通常的顺序画图时，有向线段可以不加箭头，否则必须加箭头。4. 一个顺序功能图当中至少有一个初始步存在。4.2 PLC控制的相关流程图4.2.1 控制流程图液体搅拌机的控制流程是比较复杂的，要想满足系统控制的要求，在PLC在接收用户信号的同时，还需要不停地处理各种定时信号。液体搅拌的控制过程为：打开阀门YV1关阀门YV1开阀门YV2关阀门YV2搅拌一定时间停止排放混合液体定时关阀门YV4停止开始下一个循环。此外在程序设计过程中必须遵循定时原则。本系统的控制流程图如下图4-1所示:图4-1程序流程图4.3 可编程控制器的梯形
37、图梯形图语言是PLC最常用的一种语言，梯形图有以下特点1. 梯形图是图形语言的一种，其组成由传统控制图中的继电器触点、线圈、串联等专业术语和相关图形符号构成，梯形图左右的竖线称为梯形图左右母线。2. 梯形图中的触点只有常开和常闭两种，正确的接点可以是与PLC输入点相接的开关，或者是PLC内部继电器的接点或者内部寄存器、计数器等的状态等。3. 线圈只可以并联不可以串联，但是梯形图中的接点可以任意串联、并联。4. 可编程控制器的内部继电器、计数器和寄存器等部分都不可以直接控制外部装置，只能以中间结果的形式供中央处理器内部使用。5. 可编程控制器的工作方式是循环扫描，控制过程按照梯形图的先后顺序执行
38、，当在同一扫描周期中，各步的结果留在输出状态暂存器当中，因此各输出点的值在用户程序的同一扫描周期内可以当做条件使用。其中功能图的左边画输入、右边画输出。按照图3-1的系统流程图，分析画出本设计PLC的梯形图如下图4-2所示。 、图4-2梯形图的分析说明：1.初始状态 开始排放混合液体，电磁阀YV4打开，延时10S后电磁阀YV4自动关闭。2.启动操作 按下启动按钮SB1，液体搅拌装置开始按以下步骤工作： （1）电磁阀YV1打开，液体A流入容器，液位开始上升。 (2）当液位上升到SL2处时，电磁阀YV1关闭，液体A结束进料，与此同时系统自动打开电磁阀YV2，B液体开始流入容器。 （3）当液位上升到
39、SL1处，电磁阀YV2关闭，液体B结束进料，与此同时系统自动控制搅拌电动机开始工作。 （4）当搅拌电动机搅拌60S后关闭，停止搅拌，同时电磁阀YV3打开，开始排放出混合液，液位开始下降。 （5）当液位下降到SL3的时候，系统开始计时，10S后关闭电磁阀YV3，同时系统自动开始下一个循环：返回到步骤（1）。3.系统停止运行 搅拌系统工作的时候，若按下停止按钮SB2，装置停止运行。4.4 PLC实验室实践 程序是否能正常运行，是否还有漏洞需要用实践检验，所以我利用学校的PLC实验室中的设备对本次设计的梯形图进行检验。用基本指令编程模拟了本次设计控制的液体搅拌过程，发现了一些梯形图上的错误，经过几次
40、修改，最终成功。第五章 系统的常见故障分析及维护为了延长可编程控制器控制系统的使用寿命，在控制系统的设计和生产使用中，应该对控制系统设备的损耗和设备故障的发生点有比较精准的估测，换句话说，要熟悉了解整个系统中哪些部件最容易出故障，故障点在哪里，以便于出现故障时可以迅速采取措施。5.1 系统的常见故障分析及维护系统故障通常指的是整个控制系统失效的总和，系统故障又可分为PLC故障和现场生产控制设备两类。PLC系统包括CPU、主机箱、扩展接口、输入/输出单元及相关的网络和其他外部设备。另外现场生产控制设备包括输入/输出端口和生产现场的测控设备，例如继电器、接触器、电磁阀、搅拌电机等。5.2 系统故障
41、分析及处理5.2.1 PLC主机的系统故障分析及处理电源系统是PLC主机最容易出现故障的地方，因为电源一直在不停地工作、散热中，此时电压和电流的冲击波动是难免的。PLC系统总线的损坏也是故障频发点，因为可编程控制器多为插件结构，长年累月的使用插拔模块会导致线路损坏。另外在空气温度、湿度变化等因素影响下，系统总线的塑料老化和接触点的氧化等都有可能造成系统总线的老化。所以要考虑到PLC外部的环境。目前可编程控制器的主存储器大都使用可擦写ROM，影响ROM寿命的因素主要有：制作工艺，底板的供电、CPU等模块的工艺水平。而如今PLC的CPU模块都使用高性能的处理芯片，其故障率已经降低到很小。然而可编程
42、控制器的主机系统故障的预防和处理最主要的是提高控制室的管理水平，安装相关降温设置，定期为其除尘，令可编程控制器的外部环境达到其安装运行的要求；另一方面，在系统维修故障的时候，操作应该严格按照操作说明，防止对主机系统造成人为的损害。5.2.2 可编程控制器的I/O端口系统故障分析及处理可编程控制器最大的薄弱环节在I/O端口。可编程控制器技术的优点在于它的I/O端口，在主机系统的技术水平差不多的情况下，可编程控制器性能的关键部件是I/O模块，所以I/O端口也是PLC损坏中的突出环节。想要降低I/O模块的故障，需要降低外部各种干扰对I/O端口的影。第一、使用时一定要按照其使用的要求进行。不能随意地减
43、少I/O端口的外部相关保护设备；第二、分析干扰因素，针对主要的干扰源要进行必要的隔离或者处理。5.2.3 现场控制设备故障分析及处理 生产现场也是在整个过程中非常容易出现故障的地点，生产现场中最容易发生故障的主要有以下几类： 1. 第一类故障多发生在继电器、接触器上。在可编程控制器控制系统的日常维护中，各类继电器和空气开关是电气设备中消耗量最大的部件。除产品本身因素外，主要原因就是生产现场环境恶劣，接触器触点容易发生打火或氧化等现象，这类现象容易导致触点发热变形甚至直接不能使用。尽量采用高性能的继电器，会减少这类故障的发生率，此外改善装置的使用环境，降低零件更换的频率，也可以减少对系统正常运行
44、的影响11。 2. 第二类故障多发生在阀门等设备上。由于这类设备的关键执行动作是电动机构开关阀门或移动闸板的位置转换驱动的，这样的话机械、电气、液压等各个环节稍有不慎，系统就会产生误差或故障。长年累月缺乏维护的使用，故障产生的主要因素是机械、电气等各个环节失灵，所以在整个系统运行时一定要加强对此类设备的检查，及时发现问题，及时做出处理。3. 第三类故障点多发生在传感器和仪表上，这类故障在控制系统中一般反映在信号收到干扰。这类故障的发现及处理也和日常的巡检有关，发现问题应及时处理。5.3 系统抗干扰性的分析和维护因为可编程控制器是为工业生产环境设计的装置，所以通常情况下不需要在施加特殊措施就可以
45、直接应用于工业环境中。但是若是生产现场的环境过于恶劣，例如受到的干扰特别强烈，有可能会导致PLC的输入信号出现错误、结果运算出错、信号输出出现错误、都会导致错误的动作，控制系统就不能保证稳定地、安全地运行。所以为了提高控制系统的可靠性，必须要在设计的时候采取相应有效的抗干扰措施12。主要的干扰源有以下几类：1.电源的干扰为系统供电的电源出现波动和电源电压中高次谐波波动而产生的干扰。2.感应电压的干扰可编程控制器周围环境中的大容量装置启动和停止运行时，由于相互之间的电磁感应而产生的干扰；其他的设备或者空中强电场对可编程控制器的干扰。3.I/O信号的干扰I/O信号线间的寄生电容产生的差模干扰和大地和输入信号线大地间产生的共模干扰；对于感性负载，主要干扰为：输出信号由断开变为闭合瞬间产生的突变电流和由闭合变为断开瞬间产生的反向感应电势，电磁接触器的触点产生电弧等。4.外部配线干扰由于电缆的选择不合适，信号线绝缘性差，安装、布线不合理等引起的干扰。增强可编程控制器控制系统的抗干扰性能的主要措施： （1）科学地选择型号； （2）选择高性能的电源，最大程度降低电网干扰； （3）合理正确地选择接点，保证接地系统的可靠性；（4）合理地选线、布线、配线。结 论 本次设计主要讲述基于PLC系统液体搅