两种液体自动混合装置的设计

山东华宇职业技术学院

高职毕业生毕业设计（论文）

课题名称 两种液体自动混合装置的设计

专业： 机电一体化

班级： 09级机电一体化5班

学号： [1**********]

姓名： 王 震

指导教师： 王 爱 岭

毕业设计（论文）任务书

毕业设计（论文）题目： 两种液体自动混合装置的设计

专业： 机电一体化 姓名： 王震

毕业设计（论文）工作起止时间： 2011-10-12---2011-11-5

毕业设计（论文）的内容要求：三只传感器监视容器高、中、低

液位，设三电磁阀控制液体A 、B 输入与混合液体C 输出，设搅拌电机

M 。搅拌机是一种将两种或多种以上材料搅拌混合的系统，对搅拌机的

控制，关系到产品的质量，工艺流程是：启动后开阀放出混合液体C ，

低液位后延时20S 放空后关阀，放入液体A 经低液位再注入至中液位，

关A ，放液体B 至高液位，关B ，启动搅拌电机M ，搅60S 后停，开阀

放出混合液体C ，低液位后延时20S 放空后关阀，又重复上述过程，要求工作过程中按下停止按纽后搅拌器不立即停止工作，对当前混合操作处理完毕后才停止搅拌器。

指导教师（签名）：

年 月 日

毕业设计开题报告

一、课题设计（论文）目的及意义

液体的混合操作是一些工厂关键的或不可捎带一个环节。对液体混合装置的要求是设备对液体的混合质量，生产效率和自动化程度高，适应范围广，抗恶劣环境等。采用PLC 对液体混合装置进行控制满足现在经济的需要，因此多种液体混合的PLC 控制一广泛的应用。

混合机械是利用机械力和重力等，将两种或两种以上液体均匀混合起来的机械。混合机械广泛用于各类工业和日常生活中。

混合机械可以将多种液体配合成均匀的混合物，如将多种化学液体混合成所需物料等；还可以增加液体接触表面积，以促进化学反应；还能够加速物理变化，例如高浓度溶质加入溶剂，通过混合机械的作用可加速混匀。

二、课题设计（论文）提纲

1混合装置控制系统方案设计

2混合装置控制系统的硬件设计

3混料装置控制系统的软件设计

4系统常见故障分析及维护

5结论

三、课题设计（论文）思路、方法及进度安排

思路方法：

1方案设计原则

2系统的总体设计要求

3总体结构设计方案

4控制对象分析

5混合装置控制系统的硬件设计

6 PLC、接触器、搅拌电机、小型三极断路器的选择 7分析控制要求

8梯形图执行原理分析

9系统常见故障分析及维护

10系统故障分析及处理

11结论

进度安排：

1、2011年10月12日～10月15日 调研及收集相关资料；

2、2011年10月17日～10月20日 方案设计、审查和确定，撰写开题告；

3、2011年10月21日～10月25日 绘制图纸和撰写设计说明书； 4、2011年10月25日～10月28日 统一打印；

5、2011年10月29日～11月5 日 提交图纸，说明书，审图及修改。

四、课题设计（论文）参考文献；

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目 录

摘 要 .................................................. 1

前 言 ................................................ 2

第1章 混合装置控制系统方案设计 ........................ 4

1.1 方案设计原则 . ................................... 4

1.2 系统的总体设计要求 . ............................. 4

1.3 总体结构设计方案 . ............................... 4

1.4 控制对象分析 . ................................... 5

第2章 混合装置控制系统的硬件设计 ...................... 6

2.1 选择PLC ........................................ 6

2.2 选择接触器 . ..................................... 7

2.2.1 用途 ...................................... 8

2.2.2 结构特征 . ..................................... 8

2.3 选择搅拌电机 . ................................... 9

2.3.2 种类和型式的选择 .......................... 9

2.3.3 电压和转速的选择 ......................... 10

2.4 小型三极断路器的选择 . .......................... 10

2.5 液位传感器的选择 . .............................. 11

2.6 选择电磁阀 . .................................... 13

2.6.1 入罐液体的选用 ........................... 13

2.6.2 出罐液体的选用 . .............................. 13

2.7 选择热继电器 . .................................. 14

2.8 PLC I/O点分配 . ................................. 15

2.8.1 输入和输出设备及I/O点分配 ............... 16

2.8.2 PLC的I/O接线图 .......................... 16

2.9 主电路的设计 . .................................. 17

第3章 混料装置控制系统的软件设计 ..................... 18

3.1 分析控制要求 . .................................. 18

3.2 系统状态转移图 . ................................ 18

3.3 液体混合装置状态转移图 . ........................ 19

3.4 梯形图执行原理分析 . ............................ 20

3.4.1 初始状态梯形图分析 . .......................... 22

3.4.2 进液体梯形图分析 . ............................ 23

3.4.3 混合液体梯形图分析 ....................... 24

3.5 系统指令表 . .................................... 26

第4章 系统常见故障分析及维护 ......................... 27

4.1 系统常见故障分析及维护 . ........................ 27

4.2 系统故障分析及处理 . ............................ 27

4.2.1 PLC主机系统故障分析及处理 ................ 27

4.2.2 PLC的I/O端口系统故障分析及处理 . ......... 28

4.2.3 现场控制设备故障分析及处理 ............... 28

4.3 系统抗干扰性的分析和维护 . ...................... 28

结论 .................................................. 30

谢 辞 ................................................. 32

参考文献 .............................................. 33

两种液体自动混合装置的系统设计

姓名：王震 学号：[1**********] 班级：09级机电一体化5班

指导老师：王爱岭

摘 要

随着科技的发展，PLC 的开发与应用把各国的工业推向自动化、智能化。强大的抗干扰能力使它在工业方面取代了微型计算机，方便的软件编程使他代替了继电器的繁杂连线，灵活、方便，效率高。

本次设计主要是对两种液体混合搅拌机PLC 控制系统的设计，在设计中针对控制对象：三只传感器监视容器高、中、低液位，设三电磁阀控制液体A 、B 输入与混合液体C 输出，设搅拌电机M 。搅拌机是一种将两种或多种以上材料搅拌混合的系统，对搅拌机的控制，关系到产品的质量，工艺流程是：启动后开阀放出混合液体C ，低液位后延时20S 放空后关阀，放入液体A 经低液位再注入至中液位，关A ，放液体B 至高液位，关B ，启动搅拌电机M ，搅60S 后停，开阀放出混合液体C ，低液位后延时20S 放空后关阀，又重复上述过程，要求工作过程中按下停止按纽后搅拌器不立即停止工作，对当前混合操作处理完毕后才停止搅拌器。本设计采用日本三菱公司的FX 1N 系列PLC 以液体混料控制系统为中心，从控制系统的硬件

系统组成，软件选用到系统的设计过程（包括设计方案、设计流程、设计要求、梯形图设计、外部连接通信等），旨在对其中的设计及制作过程做简单的介绍和说明。

关键词：液体混料装置，自动控制，PLC ，电动机，传感器

前 言

为了提高产品质量，缩短生产周期，适应产品迅速更新换代的要求，产品生产正想缩短生产周期、降低成本、提高生产质量等方向发展。在炼油、化工、制药等行业中，多种液体混合是必不可少的工序，而且也是其生产过程中十分重要的组成部分。但由于这些行业中多为易燃易爆、有毒有腐蚀性的介质，以至现场工作环境十分恶劣，不适合人工现场操作。另外，生产要求该系统要具有混合精确、控制可靠等特点，这也是人工操作和半自动化控制所难以实现的。所以为了帮助相关行业，特别是其中的中小型企业实现多种液体混合的自动控制，从而达到液体混合的目的，液体混合自动配料势必就是摆在我们眼前的一大课题，借助实验室设备熟悉工业生产中PLC 的应用，了解不同公司的可编程控制器的型号和原理，熟悉其编程方式，而多种液体混合装置的控制更常见于工业生产中，适合大中型饮料生产厂家，尤其见于化学化工业中，便于学以致用。

计算机的出现给大规模工业自动化带来了曙光。1968年，美国最大的汽车制造厂商通用汽车（GM ）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便于使用的特点相结合，吧计算机的编程方法和程序输入方式加以简化，用面向过程、面向问题“自然语言”编程，生产一种新型的工业通用继电器，使人们不必花费大量的精力进行计算机编程，也能想几点起那样方便地使用。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。该公司于1969年研制出了第一台符合招标要求的工业控制器，命名为可编程逻辑控制器（PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER ），简称PLC （有的称为PC ），并在GM 公司的汽车自动装配线上实验获得了成功。

PLC 一经出现，由于它的自动化程度高、可靠性好、设计周期短、使用和维护简便等独特优点，备受国内外工程技术人员和工商业界厂商的极大关注，生产PLC 的厂商云起。随着大规模集成电路和微处理器在PLC 中的应用，是PLC 的功能不断得到增强，产品得到飞速发展。

采用基于PLC 的控制系统来取代原来由单片机、继电器等构成的控制系统，采用模块化结构，具有良好的可移植性和可维护性，对提高企业生

产和管理自动水平有很大的帮助，同时又提高了生产线的效率、使用寿命和质量，减少了企业产品质量的波动，因此具有广阔的市场前景。用PLC 进行开关量控制的实例很多，在冶金、机械、纺织、轻工、化工、铁路等行业几乎都需要它，如灯光照明、机床电控、食品加工、印刷机械、电梯、自动化仓库、液体混合自动配料系统、生产流水线等方面的逻辑控制，都广泛应用PLC 来取代传统的继电气控制。本次设计是将PLC 用于两种液体混合灌装设置的控制，对学习与实用是很好的结合。

本设计的主要研究范围及要求达到的技术参数有：1. 液体灌装机能够实现对混合装置安全、高效的加料、混料、出料的控制；2. 满足混合装置的各项技术要求；3. 具体内容包括两种液体混料控制方案的设计、软硬件电路的设计、常见故障分析等等。

第1章 混合装置控制系统方案设计

1.1 方案设计原则

整个设计过程是按思想工艺流程设计，为设备安装、运行和保护检修服务，设计的编写按照国家关于电气自动化工程设计中的电气设备常用基本图形符号(GB4728）及其他相关标准和规范编写。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科，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、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。控制由人工控制到自动控制，由模拟控制到徽机控制，使功能的实现由一到多而且更加趋于充善。

对于本课题来说，液体混合系统部分是一个较大规模工业控制系统的改适升级，新控制装置需要报据企业设备和工艺现况来构成并需尽可能的利用旧系统中的元器件。对于人机交互方式改造后系统的操作模式应尽量和改造前的相类似，以便于操作人员迅速掌握。从企业的改造要求可以看出在新控制系统中既需要处理模拟量也需要处理大量的开关量。系统的可靠性要高。人机交互界面友好，应具备数据储存和分析汇总的能力。

要实现整个液体混合控制系统的设计，需要从怎样实现各电磁阀的开关以及电动机启动的控制这个角度去考虑，现在就这个问越的如何实现以及选择怎样的方法来确定系统方案。

1.2 系统的总体设计要求

1. 本设计主要实现对混合装置的加料、混料、出料的控制。

2. 本设计使用液位H 、I 、L3个传感器控制液体A 液体、B 的进入和混合夜排出的3个电磁阀门及搅拌机的启停。

1.3 总体结构设计方案

H、I 、L 分别为高、中、低液位传感器，液位淹没时接通，液体A 、B 电磁阀与混合液电磁阀由YV1、YV2、YV3控制，M 为搅匀电动机。

液体液体

起动

停止

混合液

图1-1 搅拌控制系统示意图

1.4 控制对象分析

控制要求：

如图1-1所示，SL1、SL2、SL3为3个液位传感器，液体淹没时接通。进液阀Q00、Q01分别控制A 液体和B 液体进液，出液阀控制混合液体出液。

1. 初始状态 当装置投入运行时，进液阀Q00、Q01关闭，出液阀Q03打开20秒将容器中的残存液体放空后关闭。

2. 起动操作 按下起动按钮SB1，液体混合装置开始按以下顺序工作：

1）进液阀Q00打开，A 液体流入容器，液位上升。

2）当液位上升到SL2处时，进液阀Q00关闭，A 液体停止流入，同时打开进液阀Q01，B 液体开始流入容器。

3）当液位上升到SL1处，进液阀Q01关闭，B 液体停止流入，同时搅拌电动机开始工作。

4）搅拌1分钟后，停止搅拌，放液阀Q02打开，开始放液，液位开始下降。

5）当液位下降到SL3处时，开始计时且装置继续放液，将容器放空，计时满20秒后关闭放液阀Q02，自动开始下一个循环。

3. 停止操作 工作中，若按下停止按钮SB2，装置不会立即停止，而是完成当前工作循环后再停止。

第2章 混合装置控制系统的硬件设计

2.1 选择PLC

传统的控制方法是采用维电器一接触器控制。这种控制系统较复杂，并且大量的硬件接线使系统可靠性降低，也简洁地降低了设备的工作效率，采用可编程控制器较好地解决了这一问题，可编程控制器是一种将计算机技术、自动控制技术和通信技术结合在一起的新型工业自动控制设备，不仅能实现对开关量信号的逻辑控制，还能实现与上位计算机等智能设备之问的通信。因此，将可编程控制器应用于多种液体混合灌装机，完全能满足控制要求。且具有操作简单，运行可靠、工艺参数修改方便、自动化程度高等优点。

在本控制系统中，所需的开关量输入为5点，开关量输出为4点，考虑到系统的可扩展性和维修的方便性，选择模块式PLC 。由于本系统的控制是顺序控制，选用日本三菱公司生产的FX 1N -14MR-001型（输入8点/输

出6点）PLC 作控制单元来控制整个系统。

图2-1 FX1N -14MR-001型PLC

PLC 的一般结构如图2-2所示，由图可见主要有6个部分组成，包括CPU （中央处理器）、存储器、输入／输出接口电路、电源、外设接口、I/O扩展接口。

1. 中央处理单元（CPU)

CPU 一样，PLC 中的CPU 也是整个系统的核心部件，主要有运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的地址总线、数据总线和控制总线构成，此外还有外围芯片、总线接口及有关电路。CPU 在很大程度上决定了PLC

的整体性能，如整个系统的控制规模、工作速度和内存容量等

2. 存储器

存储器存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。PLC 常用的存储器类型有RAM 、EPROM 、EEPROM 等。

图2-2 PLC机构图

3. I/O模块

输入模块和输出模块通常称为I/O模块或I/O单元。PLC 的对外功能主要是通过各种I/O接口模块与外界联系而实现的。输入模块和输出模块是PLC 与现场I/O装置或设备之间的连接部件。起着PLC 与外部设备之间传递信息的作用。通常I/O模块上还有状态显示和I/O接线端子排，以便于连接和监视。

4. 电源模块

输入、输出接口电路是PLC 与现场设备相连接的部件。它的作用是将枪入信号转换为PLC 能够接收和处理的信号，将CPU 送来的弱电信号转换为外部设备所需要的强电信号。

2.2 选择接触器

选用CJX1-9，220V 型接触器，如图2-3所示：

图2-3 CJX1-9，220V 型交流接触器

其中“C ”表示接触器，“J ”表示交流，20为设计编号，10/16为主触头额定电流

2.2.1 用途

CJX1系列交流接触器(以下简称接触器) 适用于交流50Hz 或 60Hz，压至660V ，额定绝缘电压至660V ；电流9～475A （380V 、AC-3使用类别）的电力线路中供远距离接通或分断电路之用，可频繁地起动及控制交流电动机。适用于控制交流电动机的起动、停止及反转。

2.2.2 结构特征

总体结构：接触器为E 字形铁芯，双断点触头的直动式运动结构。接触器动作机构灵活，手动检查方便，结构设计紧凑，可防止外界杂物及灰尘落入接触器活动部位。接线端有罩盖，人手不会直接接触带电部位，可确保使用安全。接触器外形尺寸小巧，安装面积小。安装方式可用螺钉坚固，9~38A也可扣装在35毫米宽的标准安装导轨上，具有装卸迅速、方便之优点。

触头系统：主触头、辅助触头均为桥式双断点结构，触头材料由导电性能优越的银合金制成，具有使用寿命长及良好的接触可靠性，灭弧室成封闭型，并由阻燃性材料阻挡电弧向外喷溅，保证人身及邻近电器的安全。

磁系统：9～38A 接触器的磁系统是通用的，电磁铁工作可靠、损耗小、

具有很高的机械强度，线圈的接线端装有电压规格的标志牌，标志牌按电压等级著有特定的颜色，清晰醒目，接线方便，可避免因接错电压规格而导致线圈烧毁。

2.3 选择搅拌电机

三相异步电动机应用非常广泛，因而正确的选择电动机显得极为重要。三相异步电动机的选择包括它的功率、种类、方式、电压和转速等。2.3.1 功率选择

合理选择电动机的功率是运行安全和经济的可靠保证。所选电动机的功率是由生产机械所需的功率确定的。

1. 连续运行电动机功率的选择

原则：对于连续运行的电动机，若负载是恒定负载，先算出生产机械的功率，所选电动机的额

定功率稍大于或等于生产机械功率，（即若负载是变化的，计算比较复杂，通常根据生产机械负载的变化规律（负载图）求出等效的恒定负载，然后选择电动机。）

2. 短时运行电动机功率的选择

原则：通常是根据过载系数λ来选择短时运行电动机的功率。 （原因由于发热惯性，在短时运行时可以容许过载。工作时间愈短，过载可以愈大。但电动机的过载是受限制的）

电动机的额定功率是生产机械所要求功率的1/λ。

2.3.2 种类和型式的选择

种类选择原则：主要从交流或直流、机械特性、调速与起动性能、维护及价格等方面来考虑。

结构型式选择原则：根据生产机械的周围环境条件来确定。

电动机常用的结构型式有：开启式、防护式、封闭式、防爆式。

2.3.3 电压和转速的选择

电压等级选择原则：要根据电动机类型、功率以及使用地点的电源电压来决定。Y 系列笼型电动机的额定电压只有380V 一个等级；大功率异步电动机才采用3000V 、6000V 的电压等级。

转速选择原则：根据生产机械的要求而选定。

图2-4 电动机型号为Y90S-6/0.75KW

Y 系列三相异步电动机是一般用途低压三相鼠笼型异步电动机基本系列。该系列可以满足国内外一般用途的需要，机座范围80-315，是全国统一设计的系列产品。Y 系列电动机具有高效、节能、性能好、振动小、噪声低、寿命长、可靠性高、维护方便、起动转矩大等优点。安装尺寸和功率等级完全符合IEC 标准。采用B 级绝缘、外壳防护等级为IP44，冷却方式IC418.

2.4 小型三极断路器的选择

图2-5 DZ47-63系列小型断路器

适用范围：

DZ47-63系列小型断路器(以下简称断路器) ，主要用于交流50Hz ，额定工作电压至380V ，额定电流至63A ，额定短路分断能力不超过6000A 的配电线路中，作为过载和短路保护之用，亦可作为线路不频繁通断操作与转换之用，断路器符合GB10963.1标准。

2.5 液位传感器的选择

选用LSF-2.5型液位传感器（图2-6）

图 2-6 LSF-2.5型液位传感器

其中“L ”表示光电的，“S ”表示传感器，”F “表示防腐蚀的，2.5为最大工作压力。

LSF 系列液位开关可提非常准确、可靠的液位检测，其原理是依据光的反射折射原理，当没有液体时，光被前端的棱镜面或球面反射回来；有液体覆盖光电探头球面时，光被折射出去，这使得输出发生变化，相应的晶体管或继电器动作并输出一个开关量。应用此原理可制成单点或多点液位开关。LSF 光电液位开关具有较高的适应环境的能力，在耐腐蚀方面有较好的抵抗能力。

相关元件主要技术参数及原理如下：

1. 工作压力可达2.5Mpa ；

2. 工作温度上限为125℃；

3. 触点寿命为100万次；

4. 触点容易为70W ；

5. 开关电压为24VDC ；

6. 切换电流为0.5A 。

2.6 选择电磁阀

2.6.1 入罐液体的选用

入罐液体的选用VF4-25型电磁阀，如图2-7所示：

图2-7 VF4-25型电磁阀

其中“v ”表示电磁阀，“F ”表示防腐蚀，4表示设计序号，25表示口径（mm) 宽度。

相关元件主要技术参数及原理如下：

l. 材质：聚四氟乙烯。使用介质：硫酸、盐酸、有机溶剂、化学试剂等酸碱性的液体；

2. 介质温度≤150℃／环境温度-20一60℃； 3. 使用电压：AC:220V50HZ/60HZ DC:24V；

4. 功率：AC:2.5KW；

5. 操作方式：常闭：通电打开，断电关闭，动作响应迅速，高频

率。

2.6.2 出罐液体的选用

出罐液体的选用AVF-40型电磁阀，如图2-8所示：

图2-8 -AVF-40型电磁阀

其中“A ”表示可调节流量， “V ”表示电磁阀，“F ”表示防腐蚀，40为口径（mm ）

相关元件主要技术参数及原理如下：

1. 其最大特点就是能通过设备上的按健设置来控制流量，达到定时排空的效果；

2. 其阀体材料为：ABS ，有比较强的抗腐蚀能力； 3. 使用电压：AC:220V 50HZ/60HZ DC:24V； 4. 功率：AC:5KW。

2.7 选择热继电器

选用JR16B-60/3D型热继电器，如图2-9所示：

图2-9 JR16B-60/3D型热继电器

其中“J ”表示继电器，“D ”带断相保护

相关元件主要技术参数及原理如下： l. 额定电流为20(A)

2. 热元件额定电流为32/45(A)

2.8 PLC I/O点分配

分析原理

从混合装置装置的工作过程可以看出，整个工作过程主要分为初始准、进液1、进液2、搅拌等5个阶段，各阶段是按顺序，在相应的转换信号指令下从一个阶段向另一个阶段转换，属于顺序控制。三菱PLC 具有专门的顺序控制指令——步进指令，用步进指令编程简单直观、方便易读。下面结合液体混合装置装置，用步进指令编程实现对它的控制。

分析控制要求，输入输出设备。

1. 起动操作：分析系统控制要求，可将系统的工作流程分解为5个工作不，如图3-1所示。

第一步：初始准备阶段，出液阀Q03打开，放液20S. 第二步：按下起动按钮SB1，进液阀Q00打开，进1液。 第三步：SL2动作，打开进液阀Q01，进2液。

第四步：SL1动作，搅拌电动机M 工作，搅拌混合液1分钟。 第五步：1分钟时间到，打开放液阀Q02. 放液至SL3处，开始计时且

继续放液，计时满20S 后，开始下一个循环。

2. 停止操作：在工作过程中，按下停止按钮后，装置不会立即停止，而是完成当前工作循环后才会自动停止。

1. 确定输入设备 根据上述分析，系统有5个输入信号：起动、停止、液位传感器SL1、SL2和SL3检测信号。由此确定，系统的输入设备有两只按钮和三只传感器，PLC 需要用5个输入点分别与之相连。

2. 确定输出设备 系统由进液阀Q00、Q01分别控制1液和2液的进液；出液阀Q02控制放液；电动机M 进行混合液体的搅拌。由此确定，系统的输出设备有三只电磁阀和一只接触器，PLC 需要用4个输出点分别驱动它们。根据确定的输入|输出设及输入|输出点数，分配I/O点如下表2-1。

2.8.1 输入和输出设备及I/O点分配

表2-1 输入和输出设备及I/O点分配表

2.8.2 PLC的I/O接线图

根据表2-1输入和输出设备及I/O点分配表画出I/O接线图如下

L N

COM0KM Y0

202

YV1

搅拌液体

系统起动系统停止液位传感器液位传感器液位传感器

SB1SL2SL3

COM X0X1X2X3X4

F X 1N -14M R -001

PE

Y4

203YV2204YV3

进A 液

Y5

进B 液

Y6 放液

图2-10 PLC I/O接线图

2.9 主电路的设计

根据以上所选的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的电动机可画出其硬件接线图，如图2-11所示

:

图2-11 硬件接线图

第3章 混料装置控制系统的软件设计

3.1 分析控制要求

图3-1 混料装置装置工作流程图

3.2 系统状态转移图

根据液体混合装置工作流程图可画出状态转移图，如图3-2所示

图3-2 由工作流程图演变而成的状态转移图

3.3 液体混合装置状态转移图

根据图3-2由工作流程图演变而成的状态转移图可画出液体混合装置状态转移图如3-3所示

图3-3 液体混合装置状态转移图

3.4 梯形图执行原理分析

1. S0状态。PLC 运行的第一个扫描周期，M8002接通（转移条件

成立），激活S0状态，建立子母线。在子母线上，定时器T0开始定时20秒，Y006动作开始放液。定时时间到，Y006复

位停止放液。按下起动按钮，X000动作，初始状态S0向一般状态S20转移

2. S20状态。STL S20激活S20状态，建立子母线。在子母线上，

Y004动作进1液。当液位上升至SL2处，X003动作，向S21状态转移。

3. S21状态。STL S21激活S21状态，建立子母线。在子母线上，

Y005动作进2液。液位上升至SL1处，X002动作，向S22状态转移。

4. S22状态。STL S22激活S22状态，建立子母线。在子母线上，

T1开始计时，Y000动作，开始搅拌混合体。60秒时间到，向S23状态转移。

5. S23状态。STL S23激活S23状态，建立子母线。在子母线上，

Y006动作开始放液。液位下降至SL3处，X004复位，开始定时20秒，时间到向S20状态转移，自动进入下一个循环。

图3-4 液体混料装置梯形图

3.4.1 初始状态梯形图分析

系统的初始状态S0被激活，Y006动作，开始放液、定时器T0线圈接通，开始计时，如图3-5所示。

图3-5 初始状态梯形图

3.4.2 进液体梯形图分析

按下起动按钮SB1后，X000动作，S0状态被关闭，S20状态被激活，Y004动作，进A 液，如图3-6所示。

图3-6 进液体梯形图

3.4.3 混合液体梯形图分析

动作SL1，X002动作，S21状态被关闭，S22状态被激活，Y000动作，搅拌混合液体、定时器T1开始计时，如图3-7所示：

图3-7 液位上升至SL1处的梯形图窗口

3.5 系统指令表

表3-1 系统指令表

第4章 系统常见故障分析及维护

为了延长PLC 控制系统的寿命，在系统设计和生产使用中要对该系统的没备消耗、元器件设备故障发生点有比较准确的估计，也就是说，要知道整个系统哪些部件最容易出故障，以便采取措施，希望能对PLC 过程控制系统的系统设计和维护有所帮助。 4.1 系统常见故障分析及维护

统故障一般指整个生产控制系统失效的总和，它又可分为PLC 故障和现场生产控制设备故障两部分。PLC 系统包括中央处理器、主机箱、扩展机箱、I/0模块及相关的网络和外部设备。现场生产控制设备包括I/O端口和现场控制检测设备，如继电器、接触器、阀门、电动机等。

4.2 系统故障分析及处理

4.2.1 PLC主机系统故障分析及处理

PLC 主机系统最容易发生故障的地方一般在电源系统，电源在连续工作，散热中，电压和电流的波动冲击是不可避免的。系统总线的损坏主要由于现在PLC 多为插件结构，长期使用插拔模块会适成局部印刷板或底板、接插件接口等处的总线很坏，在空气温度变化，湿度变化的影响下，总线的塑料老化、印刷线路的老化、接触点的氧化等都是系统总线损耗的原因。所以在系统设计和处理系统故障的时候要考虑到空气、尘埃、紫外线等因素对设备的破坏。目前PLC 的主存储器大多采用可擦写ROM ，其使用寿命除了主要与制作工艺相关外，还和底板的供电、CPU 模块工艺水平有关。而PLC 的中央处理器目前都采用高性能的处理芯片，故降率已经大大下降。对于PLC 主机系统的故障的预防及处理主要是提高集中控制室的管理水平，加装降温描施，定期除尘，使PLC 的外部环境符合其安装运行要求；同时在系统维修时，严格按照操作规程进行操作，谨防人为的对主机系统造成损害。

4.2.2 PLC的I/O端口系统故障分析及处理

PLC 最大的薄弱环节在I/0端口。PLC 的技术优势在于其I/O端口，在主机系统的技术水平相差无几的情况下，I/O模块是体现PLC 性能的关健部件，因此它也是PLC 损坏中的突出环节。要减少I/O模块的故障就要减少外部各种干扰对其影响，首先要按照其使用的要求进行使用，不可随意减少其外部保护设备，其次分析主要的干扰因素，对主要干扰源要进行隔离或处理。

4.2.3 现场控制设备故障分析及处理

在整个过程控制系统中最容易发生故障地的地点在现场，现场中最容易出故障的有以下几个方面。

1．第1类故障点是在继电器、接触器。PLC 控制系统的日常维护中，电气备件消耗量最大的为各类继电器或空气开关。主要原因除产品本身外，就是现场环境比较恶劣，接触器触点易打火或氧化，然后发热变形直至不能使用。所以减少此类故障应尽量选用高性能继电器，改善元器件使用环境，减少更换的频率，以减少其对系统运行的影响。

2. 第2类故障多发生在阀门等设备上。因为这类设备的关键执行部位，利用电动执行机构推拉阀门或闸板的位置转换，机械、电气、液压等各环节稍有不到位就会产生误差或故障。长期使用缺乏维护，机械、电气失灵是故障产生的主要原因，因此在系统运行时要加强对此类设备的巡检，发现问题及时处理。

3. 第3类故障点是传感器和仪表，这类故障在控制系统中一般反映在信号的不正常。这类设备安装时信号线的屏蔽层应单端可靠接地，并尽量与动力电缆分开敷设，特别是高干扰的变频器输出电缆，而且要在PLC 内部进行软件滤波。这类故障的发现及处理也和日常点巡检有关，发现问题应及时处理。

4.3 系统抗干扰性的分析和维护

由于PLC 是专门为工业生产环境设计的装置，因此一般不需要再采取

特殊措施就能直接用于工业环境中。但如果工作环境过于恶劣，如干扰特别强烈，可能使PLC 引起错误的输入信号；运算出错误的结果；产生出错误的输出信号；造成错误的动作，就不能保证控制系统正常、安全运行。因此为提高控制系统的可靠性，在设计时采取相应有效的抗干扰措施是非常必要的。

外界干扰的主要来源有： 1. 电源的干扰

供电电源的波动以及电源电压中高次谐波产生的干扰。 2. 感应电压的干扰

PLC 周围邻近的大容量设备启动和停止时，因电磁感应引起的于扰；其它设备或空中强电场通过分布电容串入PLC 引起的干扰。

3. 输入输出信号的干扰

输入没备的输入信号线间寄生电容引起的差模干扰和输入信号线与大地间的共模干扰；在感性负载的场合，输出信号由断开一闭合时产生的突变电流和由闭合一断开的反向感应电势以及电磁接触器的接点产生电弧等产生的干扰。

4. 外部配线干扰

因各种电缆选择不合理，信号线绝缘降低，安装，布线不合理等产生的干扰。

提高PLC 控制系统抗干扰性能的措施： (1) 科学选型；

(2) 选择高性能电源，抑制电网干扰； (3) 正确选择接地点，完善接地系统； (4) 柜内合理选线配线，降低干扰。

结论

随着毕业日子的到来，毕业设计也接近了尾声。经过几周的奋战我的毕业设计终于完成了。在没有做毕业设计以前觉得毕业设计只是对这几年来所学知识的单纯总结，但是通过这次做毕业设计发现自己的看法有点太片面。毕业设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。通过这次毕业设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺。自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。通过这次毕业设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。 在这次毕业设计中也使我们的同学关系更进一步了，同学之间互相帮助，有什么不懂的大家在一起商量，听听不同的看法对我们更好的理解知识，所以在这里非常感谢帮助我的同学。

我的心得也就这么多了，总之，不管学会的还是学不会的的确觉得困难比较多，真是万事开头难，不知道如何入手。最后终于做完了有种如释重负的感觉。此外，还得出一个结论：知识必须通过应用才能实现其价值！有些东西以为学会了，但真正到用的时候才发现是两回事，所以我认为只有到真正会用的时候才是真的学会了。

本设计主要阐述液体混合装置的自动控制，实现液体混料全过程 ：即进料、混料、出料的自动控制。其系统结构简单， 运行稳定可靠。使用了三菱FX 1N -14MR-001型号PLC ，设计了控制程序。

由于客观条件的限制，在本设计中没有将指令程序通过编程器送入PLC ，并且还未进行系统模拟调试和完善程序。至于后面的硬件系统的安装、对整个系统进行现场调试和安装运行都无法完成。若以后条件允许，可以对以上设计进行进一步完善。

本论文在老师的悉心指导和严格要求下业已完成，从课题选择到具体构思和内容，无不凝聚着老师的心血和汗水，在三年的学习和生活期间，也始终感受着导师的精心指导和无私的关怀，我受益匪浅。在此向各位老师表示深深的感谢和崇高的敬意。

这次做论文的经历也会使我终身受益，我感受到做论文是真正用心去做的一件事情，是真正的自己学习的过程和研究的过程，没有学习就不可

能有研究的能力，没有自己的研究，就不会有所突破，那也就不叫论文了。在设计过程中，我发现了不少问题。首先，自己在书本知识的学习上还存在太多的问题，许多的知识根本没有完全理解。在设计过程中我基本上是一边看书一边完成设计的。而且其中还遇到许多自己根本无法解决的问题，最后是通过向老师和同学请教才得以解决。其次，我发现自己对设计的方向把握的不够好。在设计的过程中，我有好几次都是走入了误区而难以自拔，并因此而浪费了不少的时间，这其实也是归因于先前的总体构思没搞好。

作为一个机电一体化专业的学生，本次毕业设计可以说是我们在专业方面的一次最基本的综合性的练习和训练。它主要围绕我们平常所学的一些PLC 技术的知识，目的就是为了培养我们理论知识与实践相结合的能力以及独立解决问题的能力。我知道自己要在专业方面有所作为，就必须在今后加倍努力学习，并且注重理论与实际相结合，培养自己的独立解决问题的能力。

希望这次的经历能让我在以后学习中激励我继续进步。不积跬步何以至千里，本设计能够顺利的完成，也归功于各位任课老师的认真负责，使我能够很好的掌握和运用专业知识，并在设计中得以体现。正是有了他们的悉心帮助和支持，才使我的毕业论文工作顺利完成，在此向全体老师表示由衷的谢意。感谢他们四年的辛勤栽培。

谢 辞

本文是在王老师的悉心指导下完成的。导师为论文课题的研究提出了许多指导性的意见，为论文的撰写、修改提供了许多具体的指导和帮助。指导老师渊博的专业知识，严谨的治学态度，精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德，朴实无华、平易近人的人格魅力对我影响深远。不仅使我掌握基本的研究方法，还使我明白了许多待人接物与为人处事的道理。在此，我谨向指导老师表示崇高的敬意和忠心的感谢！

此外，在本论文的设计当中。还受到了多位老师的指导和帮助，他们无私奉献，兢兢业业，教书育人的态度深深打动了我，在此我也向在本论文设计过程中曾给予我帮助和指导的老师们说声谢谢！

与此同时，还要感谢同组同学的帮忙，在论文资料收集期间，不管遇到什么困难同组同学都主动给予帮助，认真讨论学习，在此也感谢他们！最后向我三年大学中给予指导和帮助的老师和同学真挚地说声谢谢！也再一次感谢我的指导老师！

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