1、 毕业论文（设计） 基于 PLC 的多种液体混合灌装机控制系统设计 院 系 ： 机电工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 年级（班级）： 2011 级（ 2）班 姓 名 ： 汪鑫鑫 学 号 : 20114222003 指导教师 ： 郑福昌 职 称： 副教授 完成日期 ： 2015 年 6 月 10 日 I 摘 要 多种液体混合灌装在实际的工业生产中应用普遍广泛，多种液体混合要满足实际生产的需要。每种液体的加入量、多种液体 混合后的浓度需要有进行的有效的控制才能满足需求。液体混合需要进行搅拌才能混合均匀，达到理想的效果。以三种液体的混合灌装控制为例，把三种液体按照一定的比例进行混合，只有在
2、电动机搅拌之后达到控制要求才能将混合后的液体从容器输出，并形成循环状态。多种液体混合系统的控制设计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，针对不同的工作状态，进行相应的动作控制输出，从而实现液体混合系统从第一种液体加入到混合完成输出的这样一个周期控制工作的程序。设计以液体混合控制系统为中心，从控制系统的方案的设计、硬件系统组 成、软件选用到系统的设计过程（包括工艺过程设计、控制过程设计、 PLC 变量设计、梯形图设计、组态王监控设计等），旨对其中的设计及制作过程做简单的介绍和说明。设计采用三菱公司的 FX 系列 PLC 去实现设计要求，利用组态王完成混合灌装机的控制界面设计。
3、 关键词 ：多种液体；混合装置； PLC；组态王 II Abstract A variety of mixed liquid filling widespread application in the actual industrial production, mixed a variety of liquid to meet the need of actual production. Each liquid adding amount, various concentration of liquid mixing after the need for control in order to
4、 effectively meet the needs of. Mixed liquid needs to be stirred to mix evenly, to achieve the ideal effect. In the mixed filling three kinds of liquid control as an example, three kinds of liquid are mixed according to a certain proportion, stirring after the motor to meet the control requirements
5、can be mixed liquid output containers, and form a cycle. The relationships of the liquid mixing system control design taking into account the continuity of its action and charged with various equipment moves between, according to the different working state, the corresponding action control output,
6、thus realizing the liquid hybrid systems that achieve a cycle control of the program from the first liquid added to the mixture to complete the output. Design to the liquid mixing control system as the center, composition, control system from the hardware software system to choose the design process
7、 (including design, design process, design requirements, ladder design, external connection communication), which seeks to the design and production process to do a brief introduction and description. The design adopted by Mitsubishi Co FX series PLC to realize the design requirements, the use of Ki
8、ngView to complete the design of control interface of the mixed filling machine. Key words； Multi-fluid； Hybrid devices ； PLC； Configuration III 目 录 1 引 言 . 1 1.1 课题的研究背景 . 1 1.2 发展历程和现状 . 2 1.3 课题的研究意义 . 2 1.4 论文的主要内容 . 3 2 系统控制方案设计 . 4 2.1 控制目标的确定 . 4 2.2 控制方案的选择 . 4 2.2.1 继电器控制 . 4 2.2.2 工业控制计算机控
9、制 . 5 2.2.3 可编程序控制器控制 . 5 3 系统工艺结构设计 . 6 3.1 工艺过程设计 . 6 3.2 控制过程设计 . 6 3.3 PLC 变量设计 . 7 3.4 控制流程设计 . 8 3.5 电气原理图设计 . 9 3.6 PLC 输入输出接线图 . 9 3.7 电气元件选型 . 10 4 多种液体混合灌装机程序设计 . 12 4.1 PLC 程序设计 . 12 4.1.1 PLC 的工作原理 . 12 4.1.2 PLC 软件的使用 . 12 4.1.3 重要程序段功能设计 . 12 4.1.4 梯形图程序见附录 . 15 4.1.5 语句表程序见附录 . 15 5 多
10、种液体混合灌装机的组态监控设计 . 16 5.1 组态王的定义 . 16 5.2 组态王监控设计 . 16 IV 5.2.1 工程建立 . 16 5.2.2 组态王变量建立 . 17 5.2.3 组态王监控画面设计 . 18 总 结 . 21 谢 辞 . 22 参 考 文 献 . 23 附录 A. 24 附录 B . 28 1 基于 PLC的多种液体混合灌装机控制系统设计 1 引 言 在生产工作中，为了适应产品迅速更新换代的要求，产品生产正在向缩短生产周期、提高生产的质量、降低成本等方向发展。在建材、化工、饮料、冶金等行业中，多种液体的混合是必要的工序，也是生产过程中重要的组成部分。因为这些产
11、品的介质多为混合后 化学性质不稳定、有毒、有较强腐蚀性。所以这些行业工作环境十分恶劣，不适宜人工现场操作。而在生产工作要求中半自动化控制和人工操作也难以实现操作系统控制稳定可靠、混合精确等特点。液体混合自动配料以成为我们眼前的一大课题，为帮助中小型企业实现多种液体混合的自动控制，达到液体混合的目的，我们用自己所学的知识借助实验室设备，开发 PLC程序应用于液体混合的自动控制。 1.1 课题的研究背景 计算机的出现给大规模工业自动化带来了曙光。 1968 年，美国汽车制造商通用汽车公司提出了公开招标方案，设想将功能完备、灵活、通用的计 算机技术与继电器易学易用的特点相结合，把计算机的编程方法和程
12、序输入方式加以简化，用面向过程、面向问题的“自然语言”编程，生产一种新型的工业通用控制器，使人们不必花费大量的精力进行计算机编程，也能像继电器那样方便的使用。这个方案首先得到了美国数字设备（ DEC）公司的积极响应，并中标。且在 1969年研制出了第一台符合招标要求的工业控制器，并将其命名为可编程逻辑控制器，简称 PLC。 PLC 具有适应环境能力强、可控制性高、设计周期短和可维护性高等优点，深受广大工程技术人员和工业厂商的亲睐，所以 PLC 市场日益火爆。 采用基于 PLC 的控制系统来取代原来由继电器、单片机等构成的控制系统，使得电气接线和开关节点大大的减少，由此系统的设计、建造工作量减小
13、，维护方便，易改造。对提高企业生产和管理自动水平提供了很大的帮助，同时又降低了生产成本，提高了生产线的效率和产品的质量，因此具有广阔的市场前景。用2 PLC 进行开关量控制的实例很多：如楼层配电、机床电控、食品加工、液体混合自动配料系统、生产流水线等方面的逻辑控制。由此可见很多行业用 PLC 来取代传统的继电器控制 。 1.2 发展历程和现状 PLC 在问世以来，经过 长期 的发展。 基于 PLC 的混合灌装机的生产 在工业发达囯家 已发展为产业支柱 ，世界总销售额 节节攀升， 生产厂家 逐渐增多 ，品种多样化，性价比越来越高 。这些设备呈现出新的发展趋向。 1、多功能 的 一台设备，可以进行
14、塑料瓶和玻璃瓶 的 茶饮料、咖啡饮料和果汁饮料的冷热灌装。 2、高速度高产量碳酸饮料灌装机的灌装速度最高可达 2000 罐 /分，灌装阀可达 100 头 以上 。非碳酸饮料灌装机的灌装速度最高达 1500 罐 /分 ， 灌装阀 可达50 头 以上 。 3、全线的自 动控制 水平 、 技术含量高 ， 在线检测 和 计量装置配套完备 ，功能完善。 能自动检测各项参数，计量精确， 维护方便，能耗 低， 集 电 、 气 、磁为一体的高新技术产品不断涌现。 4、编程语言多样化 随着 PLC 系统结构不断发展的同时， PLC 的编程语言也越来越 多样化 ，功能也不断提高。为了适应 生产中 控制 的 要求
15、， 还 出现了 功能模块图语言、 顺序控制的步进编程语言、与计算机兼容的高级语言等。 所以在生活生产中 多种编程语言的 互补、 并存与发展 成为 PLC 发展 的 新 趋势 。 1.3 课题的研究意义 多种液体的混合灌装机用于各种瓶装饮料的灌装，适用于大部分的饮料生产厂家。早期的灌装机械大多采用容积泵式、蠕动泵式作为计量方式。它具有效率高、功能强、加工质量高等特点， 是当今世界的前沿课题，但还存在一些问题。 例如：罐装精度和稳定性难以保证、更换灌装规格困难等。 该液体混合系统 的设计是 基于 PLC 的控制系统， 而且采用组态王来实现控制画面， 釆用模块化结构，具有 实时性、高 可 靠 性 、
16、良好的可 维护性。提高 了企业生产 、 管理自动水平 、 生产线的效率 。同时 产品质量 得到提升 ，因此市场3 前景广阔。液体混合自动配料 控制 系统就此应运社会工业生产的需要而诞生了。 因为 目前 对 基于 PLC 灌装机进行控制的研究 较少， 以致 于 人们难以正确选用 技术 参数进行系统控制， 出现产品 质量 低、生产 效率 低、 成本 高等问题。 本设计就是基 于以上问题进行的一些探索 。 1.4 论文的主要内容 本论文完成了 基于 PLC 的多种液体混合灌装机控制系统设计 。整个论文分为引言部分、系统 控制方案设计 、系统工艺结构设计、 多种液体混合灌装机程序设计、多种液体混合灌装
17、机的组态监控设计五个部分 。第一部分主要叙述了课题的研究背景及研究意义，还介绍了国内外在这方面的研究成果。第二部分主要叙述了整个设计的方案选择和方案的介绍。 第三部分叙述了 多种液体混合灌装机系统工艺结构的设计 。第四部分主要介绍了控制系统程序设计，其中包括 PLC 的程序，重要程序的讲解。第五部分主要介绍了组态 王的监控设计等。最后是本次设计的总结和谢辞。 4 2 系统 控制方案设计 2.1 控制目标的确定 整个设计过程是按工艺流程设计，为设备安装、运行和保护检修服务。设计原则主要包括：工作条件；工程对电气控制线路提供的具体资料。系统在保证安全、可靠、稳定、快速的前提下，尽量做到经济、合理、
18、合用、减小设备成本。在方案的选择、元器件的选型时更多的考虑新技术、新产品。控制方式得到提升，用自动控制取代人工控制，微机控制取代模拟控制，使的产品功能更加完善。 对于本次设计，新液体混合控制系统在原有的控制系统上改造升级，根据现有 的工业设备和工艺尽可能的利用原件来降低成本。而人工控制和机器自动控制交互方式改造后系统的操作模式与改造前的不宜差别过大，以便于操作人员更快更好的掌握。从企业生产的改造要求中可以看出在新控制系统中不仅需要处理大量的模拟量而且还需要处理大量的开关量，所以系统要有实时性、高可靠性、人机交互界面友好，具备数据储存和良好的分析汇总等能力。 设计整个液体混合控制系统，需设计电磁
19、阀的开关、电动机启动和液体流量的控制，并且用组态王来实现画面控制。 2.2 控制方案的选择 就当前的技术，多种液体混合灌装机控制系统有继电器控制 、工业控制计算机控制、可编程序控制器控制。 2.2.1 继电器控制 继电器控制系统，其逻辑控制功能是用硬件继电器实现的。继电器的控制采用硬件接线，继电器机械触点的串联或并联在控制电路中根据主电路中的电压、电流、工作频率、工作时间及温度等参数变化而动作，以实现既定的逻辑控制及装置的保护。由于系统复杂，在控制过程中，继电器控制逻辑是通过触点的机械动作实现控制所以工作频率低，机械触点有抖动现象，而且继电器控制系统受环境影响较大，如果系统中某个继电器损坏，都
20、会影响整个系统的正常运作，查找和排除故障及其困难，虽然继电 器价格亲民，但控制系统的安装接线复杂，因此整个控制系统抗干扰能力低、精确度低、灵活性差、响应速度慢。 5 2.2.2 工业控制计算机控制 工业控制计算机简称工控机，它采用总线结构，具有较强的兼容性，计算能力强，有实时操作系统的支持，友好的人机界面等特点。在要求快速、实时性强等功能的领域中有较大的优势。但由于工控机价格高，将它用于开关量的控制有些大才小用，且其外部总线设计难度大， I/O 模板的种类和数量还不丰富，配套性低，因此 I/O 接线操作复杂，可靠性低。所以整个控制系统性价比低，设计难度大，操作复杂，解决方案和应 用技术不完善。
21、 2.2.3 可编程序控制器控制 可编程序控制器控制系统是因人们生活生产需求而发展起来的一种新型控制系统，用户可以选择适合自己的可编程序控制器配备各种硬件装置，不需要自己设计和制作硬件装置，只须确定可编程序控制器的硬件配置和设计外部接线图，用可编程控制器的储存逻辑取代继电器系统中的触点和接线，通过修改程序来适应工艺条件的改变，同时采用形象直观，易学易懂的梯形图语言来进行编程。 随着微电子技术的不断发展， PLC 也不断的升级、换代其功能更加完善。现状 PLC 除了逻辑控制功能外，还具有快速计算功能、通 信联网功能、显示打印功能等多种功能，是名副其实的多功能控制器。由 PLC 为主构成的控制系统具有通用性强、高可靠性、抗干扰能力强、接口简单、设计调试周期短、维护方便和成本低等优点，是当前深受工业自动化的欢迎的控制装置。
