基于西門子S7-200PLC的多種液體自動(dòng)混合控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)目錄摘要 第1章緒論 11.1課題的的背景資料分析 11.2課題研究的現(xiàn)狀分析 11.3本次設(shè)計(jì)的內(nèi)容 2第2章多種液體自動(dòng)混合的控制方案設(shè)計(jì) 32.1多種液體自動(dòng)混合功能原理分析 32.1.1多種液體自動(dòng)混合功能分析 32.1.2多種液體混合控制原理分析 32.2多種液體自動(dòng)混合控制系統(tǒng)方案對比 42.3變頻器多段速調(diào)節(jié)的方案設(shè)計(jì) 5第3章多種液體自動(dòng)混合系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 83.1硬件結(jié)構(gòu)簡圖 83.2硬件選型分析 83.2.1PLC選型 83.2.2變頻器選型分析 93.2.4液位傳感器的選型分析 103.2.5溫度傳感器的選型分析 113.2.6觸摸屏的選擇 123.3本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要硬件清單 133.4PLC的外部接線圖 13第4章多種液體自動(dòng)混合系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 154.1程序編程介紹 154.2PLC的I/O表地址分配 164.3繪制控制流程圖 164.4PLC控制系統(tǒng)梯形圖的編寫 184.5程序在線仿真 234.5.1程序調(diào)試要求 234.5.2程序的在線模擬調(diào)試 234.6組態(tài)畫面設(shè)計(jì) 24總結(jié) 25參考文獻(xiàn) 27摘要在化工、制藥、液體紙品等加工企業(yè)內(nèi)通常在制作一個(gè)產(chǎn)品時(shí)，需要將多種液體進(jìn)行混合，在傳統(tǒng)的混合方式通常是通過人工添加液體，并通過人力進(jìn)行攪拌，這種方式不緊效率較低而且由于人工控制的攪拌速率以及時(shí)間的把控上誤差較大，而且很多液體在混合過程中還要進(jìn)行加熱，以提高整體混合的速率。在眾多參數(shù)下，人工混合的方式在參數(shù)設(shè)置以及混合后產(chǎn)品的統(tǒng)一性方面具有較大誤差。本次設(shè)計(jì)就是針對這一現(xiàn)象通過使用自動(dòng)化的控制方式，設(shè)計(jì)了一種變頻器控制和PLC聯(lián)合控制的液體自動(dòng)混合的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。本次設(shè)計(jì)中系統(tǒng)采用西門子S7-200PLC作為核心控制元件，通過對液體自動(dòng)混合系統(tǒng)的分析確定本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)的控制思想，并繪制控制流程圖；根據(jù)控制思路確定本次系統(tǒng)所需的硬件，確定系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)；最后進(jìn)行程序的編寫，首先合理分配I/O端口，采用梯形圖設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行梯形圖的繪制，并繪制PLC外部接線圖，編寫組態(tài)控制畫面，最后對編寫的梯形圖程序進(jìn)行線上模擬仿真，在多次仿真的基礎(chǔ)上對程序進(jìn)行進(jìn)一步的完善，編寫設(shè)計(jì)說明書，完成最終的設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：多種液體自動(dòng)混合系統(tǒng)；可編程序邏輯控制器；觸摸屏；組態(tài)控制第1章緒論1.1課題的的背景資料分析隨著我國科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，以及對工業(yè)革命的推進(jìn)，我國進(jìn)入工業(yè)4.0時(shí)代。大量的自動(dòng)控制機(jī)械手、流水線、自動(dòng)機(jī)器人被廣泛使用，逐漸淘汰了傳統(tǒng)依靠人工、手動(dòng)實(shí)現(xiàn)加工作業(yè)的方式，徹底解放了勞動(dòng)生產(chǎn)力，提高了勞動(dòng)效率。多種液體自動(dòng)混合就是一種自動(dòng)化裝置用于液體自動(dòng)混合的實(shí)現(xiàn)。在目前我國的自動(dòng)化液體自動(dòng)混合流水線機(jī)雖然已經(jīng)開始普及，其自動(dòng)化程度也逐漸提高，但是大多技術(shù)、設(shè)備都是仿效國外的先進(jìn)給水，其自主研發(fā)能力較低，這也導(dǎo)致了自動(dòng)化行業(yè)以及其自動(dòng)化配件依賴進(jìn)口的現(xiàn)狀。例如在自動(dòng)化工業(yè)領(lǐng)域常用的可編程邏輯控制器，使用較為廣泛的是德國的西門子、日本的三菱、日本的歐姆龍等等，雖然近幾年許多國產(chǎn)的控制器也逐漸上市，比如信捷、永宏、正航、臺(tái)安等一大批控制器制造品牌，但是大多是在國外控制器的基礎(chǔ)上進(jìn)行模仿，自主研發(fā)能力不強(qiáng)；在自動(dòng)化配件方面，雖然近幾年國產(chǎn)化品牌出現(xiàn)很多，但是較國外的先進(jìn)技術(shù)還有一定的差距，隨著我國和國際的技術(shù)水平不斷提高，新技術(shù)新思路的不斷創(chuàng)新，隨著對生產(chǎn)效率和制造精度的要求越來越高，自動(dòng)化生產(chǎn)的方式定將越來越普遍化。隨著國際競爭力的逐漸增強(qiáng)我們更應(yīng)該加大技術(shù)的創(chuàng)新，才能走在全球技術(shù)的頂峰。1.2課題研究的現(xiàn)狀分析自從進(jìn)入本世紀(jì)以來，自動(dòng)化產(chǎn)品層出不窮，逐漸出現(xiàn)了依靠自動(dòng)控制器來控制的流水線的作業(yè)方式，等，這些主要有先進(jìn)的國外傳入我國，其主要是在改革開放后先進(jìn)的設(shè)備以及技術(shù)涌入國內(nèi)，通過設(shè)備的引進(jìn)以及與國外企業(yè)的合作，我國的制造業(yè)蓬勃發(fā)展，但是起初主要是依靠國外先進(jìn)的技術(shù)支持或者單純依靠的簡單仿效對設(shè)備進(jìn)行生產(chǎn)，無法跨越先進(jìn)的技術(shù)壁壘。所以我國的制造設(shè)備使用無法與國外先進(jìn)進(jìn)口設(shè)備比擬，大量的進(jìn)口設(shè)備充斥的高端高精度的制造加工業(yè)，使得我們國產(chǎn)的設(shè)備只能走低端發(fā)展路線。隨著近幾年我國對人才的培養(yǎng)以及對科學(xué)技術(shù)的重視，我國的綜合科學(xué)技術(shù)實(shí)力舉步提升，打破了我國自主研發(fā)的設(shè)備與國外的先進(jìn)設(shè)備的無法比擬的現(xiàn)狀，逐漸擁有自己的自主研發(fā)能力和高精端的技術(shù)能力，我國開始由一個(gè)單一的制造加工大國逐漸轉(zhuǎn)化為科技型強(qiáng)國。近幾年我國在設(shè)備制造業(yè)的飛速發(fā)展以及自主品牌的構(gòu)建的成果是世界矚目的。1.3本次設(shè)計(jì)的內(nèi)容本次設(shè)計(jì)的內(nèi)容主要是多種液體自動(dòng)混合系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，通過對多種液體自動(dòng)混合系統(tǒng)背景資料和現(xiàn)狀分析，對多種液體自動(dòng)混合系統(tǒng)進(jìn)行初步了解。隨后對本次多種液體自動(dòng)混合系統(tǒng)的控制流程進(jìn)行設(shè)計(jì)并繪制系統(tǒng)流程圖，隨后對控制系統(tǒng)進(jìn)行選擇比較，選擇適合本次多種液體自動(dòng)混合系統(tǒng)的控制方式，并對其控制系統(tǒng)進(jìn)行簡述，隨后對關(guān)鍵硬件進(jìn)行設(shè)計(jì)選型以及資料分析選擇適合本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)的硬件部分，通過相應(yīng)的設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行梯形圖程序的繪制，并繪制外部接線圖；最后通過在線模擬軟件對程序進(jìn)行模擬，使得程序更加完美。本次設(shè)計(jì)的多種液體自動(dòng)混合系統(tǒng)主要章節(jié)的內(nèi)容如下：第一章為緒論，對多種液體自動(dòng)混合系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)狀分析和背景資料分析，并簡單介紹了各章主要內(nèi)容，并說明本次設(shè)計(jì)的主要目的。第二章是對系統(tǒng)控制需求分析和系統(tǒng)控制方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。第三章控制系統(tǒng)進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)，繪制本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)簡圖，并對關(guān)鍵硬件部分進(jìn)行設(shè)計(jì)選型，比如一些傳感器的選擇、控制器的選擇、電氣元件的選擇方面做詳細(xì)介紹。并通過程序繪制外部接線圖以及合理分配I/O表。第四章是對軟件部分進(jìn)行設(shè)計(jì)，在確定采用控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上選擇相應(yīng)設(shè)計(jì)軟件對程序進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過對程序的線上模擬，對程序進(jìn)行多次修改，使得程序更加簡潔、更能適合本次設(shè)計(jì)的要求。第2章多種液體自動(dòng)混合的控制方案設(shè)計(jì)2.1多種液體自動(dòng)混合功能原理分析2.1.1多種液體自動(dòng)混合功能分析本次對液體自動(dòng)混合的一種裝置以及簡圖分析，從中確定其控制原理。如下圖所示是一種液體混合自動(dòng)裝置的原理簡圖。圖2.1一種液體混合裝置結(jié)構(gòu)簡圖由上圖可見，三種液體A、B、C通過輸送管道經(jīng)開關(guān)電磁閥的連接，進(jìn)入攪拌筒；其中在攪拌桶內(nèi)裝有三個(gè)液位開關(guān)，分別對高液位、中液位、低液位進(jìn)行檢測；在攪拌桶底部安裝有攪拌裝置，在電機(jī)的帶動(dòng)下可以實(shí)現(xiàn)攪拌器的攪拌動(dòng)作；在攪拌桶內(nèi)裝有加熱單元和溫度檢測傳感器，可以實(shí)現(xiàn)對液體的加熱以及溫度控制；在攪拌桶最底部裝有釋放電磁閥，實(shí)現(xiàn)度混合后的液體進(jìn)行釋放。2.1.2多種液體混合控制原理分析通過對上述功能的分析，對本次控制原理進(jìn)行確定。其主要實(shí)現(xiàn)的動(dòng)作步驟與順序?yàn)椋?.在工作程序執(zhí)行前，攪拌桶內(nèi)為空，此時(shí)液體A、B、C開關(guān)電磁閥處于關(guān)閉狀態(tài)，釋放電磁閥處于關(guān)閉狀態(tài)，攪拌電機(jī)停止。2.在程序啟動(dòng)后，首先打開液體A和液體B的開關(guān)電磁閥，此時(shí)兩種液體流入攪拌桶，在攪拌桶達(dá)到液位傳感器L3時(shí)，變頻器控制攪拌電機(jī)實(shí)現(xiàn)以速度a的攪拌動(dòng)作。3.隨著液體A、B的繼續(xù)流入，液位達(dá)到中間液位傳感器L2，此時(shí)傳感器發(fā)出信號(hào)，關(guān)斷液體A和液體B的開關(guān)電磁閥，打開液體C的開關(guān)電磁閥，此時(shí)變頻器控制攪拌電機(jī)以速度b進(jìn)行攪拌動(dòng)作。4.當(dāng)液位達(dá)到高液位L1時(shí)，此時(shí)關(guān)斷液體C的開關(guān)電磁閥停止液體的流入，并開始對攪拌電機(jī)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行計(jì)時(shí)，計(jì)時(shí)10S后關(guān)斷電機(jī)的運(yùn)行。5.電機(jī)攪拌停止后，打開加溫器進(jìn)行加溫，放溫度達(dá)到設(shè)定值時(shí)，溫度傳感器發(fā)出信號(hào)，停止加熱。6.然后釋放閥打開，實(shí)現(xiàn)混合液體的釋放。等放空后，繼續(xù)執(zhí)行循環(huán)1的操作，實(shí)現(xiàn)下一循環(huán)的開始。否則點(diǎn)擊程序停止按鈕，實(shí)現(xiàn)動(dòng)作循環(huán)的結(jié)束。2.2多種液體自動(dòng)混合控制系統(tǒng)方案對比目前在工業(yè)控制領(lǐng)域主要的控制方案有以單片機(jī)作為主要控制元器件的方式；以可編程序邏輯控制器作為主要控制元器件的控制方式。以單片機(jī)為主要控制手段的控制系統(tǒng)是近幾年興起的一種控制方式，其成本較小，可以在專業(yè)人員的操作設(shè)計(jì)下對工業(yè)控制進(jìn)行程序的編寫，其體積相對較小。但是由于單片機(jī)是由諸多電子元器件組成的集成電路板，眾多的電子元器件的使用過減小了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在環(huán)境較為惡劣的工業(yè)控制條件下，其損壞率較高，而且對眾多的電子元器件進(jìn)行檢修時(shí)工作量十分龐大，而且需要專業(yè)的人員進(jìn)行維修維護(hù)，所以本次設(shè)計(jì)不選擇以單片機(jī)為主要的控制方式。以可編程序邏輯控制器（PLC）為主要的控制方式的系統(tǒng)，可編程序邏輯控制器是近幾年在傳統(tǒng)繼電器接觸器控制方式的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型的控制方式，具有繼電器和接觸器控制方式的優(yōu)勢，又將使用過多繼電器和接觸器的電器元件的弊端打破，將計(jì)時(shí)器、繼電器、計(jì)數(shù)器、脈沖發(fā)生器等等的電氣原件集中化、模塊化，并且可以外接多多種模塊，比如溫度控制模塊、壓力控制模塊、通信模塊、各種檢測傳感器開關(guān)。隨著各種新型號(hào)的不斷出現(xiàn)設(shè)計(jì)更加模塊化、自動(dòng)化、簡單化，并且其成本越來越低?？删幊绦蜻壿嬁刂破饕蚱涮囟ǖ某绦蛘Z言梯形圖，更加形象明確的顯示了各個(gè)輸入點(diǎn)輸出點(diǎn)的關(guān)系，大大降低了操作者和使用維護(hù)工人的要求，并利于后期程序的修改、工程的擴(kuò)展，在使用中體現(xiàn)了可編程序邏輯控制器的優(yōu)越性能。故目前在工業(yè)控制領(lǐng)域PLC的使用范圍越來越廣。2.3變頻器多段速調(diào)節(jié)的方案設(shè)計(jì)目前對變頻器調(diào)速的方法有多種，比較常見的有采用變頻器自帶文本控制器的控制方式、接線端子的控制方式、模擬量總線制控制方式等。由于本次設(shè)計(jì)采用PLC作為核心控制器，可以實(shí)現(xiàn)PLC對變頻器的控制，所以不采用自帶文本控制器的控制方式；由于在攪拌過程中，不需要進(jìn)行對攪拌速度的平滑、即時(shí)改變，所以如果使用模擬量的控制方式雖然控制效果更加穩(wěn)定，但是其成本十分巨大，需要添加PLC模擬量輸出模塊，因此本次不予采用模擬量控制的方式，經(jīng)過上述控制原理的分析，在實(shí)際控制中使用一種多段速的控制方式，實(shí)現(xiàn)液體的混合過程。因此本次使用PLC對變頻器的端子進(jìn)行開關(guān)量的控制，并使用變頻器多段速指令，實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的多段速控制方式。如下圖所示是變頻器多段速控制接線方式圖。圖2.2變頻器多段速控制原理圖本次設(shè)計(jì)中使用變頻器對多種液體自動(dòng)混合進(jìn)行速度調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)多段速的控制方式，通過使用變頻器的端子以及內(nèi)部指令的設(shè)置，實(shí)現(xiàn)了多種液體自動(dòng)混合的多段速控制。在本次設(shè)計(jì)中，電機(jī)信號(hào)采用數(shù)字開關(guān)量的方式進(jìn)行控制，使用Din2實(shí)現(xiàn)電機(jī)的啟停的信號(hào)輸入；在速度的控制過程中，使用Din3、Din4實(shí)現(xiàn)對三段速度控制的選擇。其主要變頻器設(shè)計(jì)參數(shù)如下表所示：表2.1變頻器參數(shù)設(shè)置表參數(shù)好參數(shù)值說明P07002命令元選擇“由外部端子輸入”P10003選擇固定頻率P070116開啟5號(hào)端子P070216開啟6號(hào)端子P070316開啟7號(hào)端子P1001155號(hào)端子固定頻率為aHzP1002206號(hào)端子固定頻率為bHzP1003257號(hào)端子固定頻率（備用）P11201加速時(shí)間為1SP11211減速時(shí)間為1S繪制本次電機(jī)接線圖如下所示。圖2.3電機(jī)控制電氣原理圖第3章多種液體自動(dòng)混合系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3.1硬件結(jié)構(gòu)簡圖本次設(shè)計(jì)的多種液體自動(dòng)混合系統(tǒng)硬件主要由以下部分組成：輸入端：按鈕開關(guān)、液位開關(guān)、溫度傳感器、觸摸屏等；控制端：可編程序邏輯控制器、變頻器、；輸出端：指示燈、電機(jī)等、加熱器、電磁閥；本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖如下圖所示：圖3.1多種液體自動(dòng)混合控制系統(tǒng)硬件簡圖3.2硬件選型分析3.2.1PLC選型在PLC的選用中具有代表性的兩個(gè)品牌主要有德國的西門子和日本的三菱兩個(gè)品牌。其在梯形圖的繪制過程中指令以及編程方式有一定區(qū)別，西門子因其指令模塊化，其中包含了諸多的子程序庫，在編寫程序時(shí)簡潔明了，利于相關(guān)設(shè)計(jì)人員進(jìn)行編寫檢查，而三菱的PLC相對西門子的PLC其指令雖然簡單容易理解，但是在程序很大時(shí)，難以直觀的簡單的閱讀程序的思路內(nèi)容。綜合比較兩種可編程邏輯控制器，西門子的PLC在模擬量的方面由于三菱的PLC，而在步進(jìn)電機(jī)伺服電機(jī)進(jìn)行控制時(shí)，三菱的指令相對簡單，優(yōu)于西門子。本次設(shè)計(jì)的多種液體自動(dòng)混合系統(tǒng)主要是控制剝線輪的運(yùn)動(dòng)和裁切機(jī)構(gòu)的裁切，較為簡單，所以本次選擇使用質(zhì)量較為間接的西門子PLC。常用的西門的系列的PLC主要是S7-200、S7-300系列的PLC，S7-300偏向于中大型的工程設(shè)計(jì)，本次設(shè)計(jì)的多種液體自動(dòng)混合系統(tǒng)相對較小，兼顧成本需要，S7-200小型PLC完全滿足要求。所以本次設(shè)計(jì)采用的可編程序邏輯控制器采用S7-200系列的PLC。在此系列的PLC中其型號(hào)有222、224、226等常用CPU型號(hào)，其主要區(qū)別是I/O點(diǎn)的不同和個(gè)別指令功能的不同。其中在選擇PLC的輸入輸出點(diǎn)時(shí)要留有一點(diǎn)裕量，經(jīng)過分析本次設(shè)計(jì)需要的輸入點(diǎn)6、輸出點(diǎn)8。經(jīng)分析本次選擇PLC型號(hào)為S7-200224CPU，其中輸入點(diǎn)的個(gè)數(shù)為14個(gè)、輸出點(diǎn)的個(gè)數(shù)為10個(gè)。滿足設(shè)計(jì)要求。本次設(shè)計(jì)的PLC外觀圖如下所示。圖3.2S7-200CPU224PLC外觀圖3.2.2變頻器選型分析1、變頻器的控制原理簡述變頻器的工作原理是通過對控制電力半導(dǎo)體的通斷，將工頻的電源轉(zhuǎn)化為另一頻率的電源，其控制方式是采用交流-直流-交流的方式實(shí)現(xiàn)的，先通過整流器將交流電源轉(zhuǎn)換為直流電源，在通過逆變把直流電源轉(zhuǎn)化了可以調(diào)節(jié)的電壓或者頻率來控制電動(dòng)機(jī)。其經(jīng)過了整流-中間直流-逆變-控制等過程。整流部分為三相橋式不可控整流器，逆變部分為IGBT三相橋式逆變器，且輸出為PWM波形[16]。如圖3.2所示。圖3.3變頻器的基本組成2、變頻器的選擇本次變頻器主要是控制攪拌電機(jī)的速度，對變頻器要求不高，實(shí)現(xiàn)攪拌電機(jī)的加減速、變速即可，本此選擇西門子變頻器M440，該款變頻器適合對電機(jī)的速度和轉(zhuǎn)矩控制，控制方式下功率范圍為120W~200KW，使用范圍廣。本次設(shè)置使用的端子接口為P1001、P1002、P1003，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的多段速控制。圖3.4M440外觀圖3.2.4液位傳感器的選型分析液位傳感器是一種對水進(jìn)行檢測，并通過水介質(zhì)的變化產(chǎn)生并傳送一定的信號(hào)，如電信號(hào)或者模擬信號(hào)，用以控制相應(yīng)的負(fù)載進(jìn)行動(dòng)作執(zhí)行。本次設(shè)計(jì)的水利閘門控制系統(tǒng)采用開關(guān)量信號(hào)的液位傳感器，這種傳感器根據(jù)水位的變化實(shí)現(xiàn)電信號(hào)的通斷，實(shí)現(xiàn)對水位的確定，本次使用型號(hào)為MIK-P260具有50ms快速相應(yīng)，并且結(jié)構(gòu)小巧，壽命較高，更換較為簡單。其外觀圖如下所示。圖3.5液位傳感器外觀圖3.2.5溫度傳感器的選型分析溫度傳感器是一種較為常用的溫度檢測元件，主要是對中低溫區(qū)內(nèi)溫度的測量，其運(yùn)行原理是通過金屬的特性實(shí)現(xiàn)的，即金屬電阻值隨著溫度的升高而增加，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對溫度的測量。其主要金屬材料有銅和鉑兩種金屬材料，其中鉑的測量精度較高，適合較為精密的溫度測量。在溫度傳感器溫度傳感器的接線中主要有三種：兩線制、三線制、四線制。其中兩線制講就是在溫度傳感器的兩端連接兩根線，通過對電路的連接實(shí)現(xiàn)對溫度的測量，這種方式由于兩線制存在電阻誤差較大，線越長誤差越大，這主要受到連接線的長度和材質(zhì)有關(guān)，所以此種溫度傳感器主要用于溫度精度較低的環(huán)境中測量。三線制實(shí)在熱電子傳感器的一側(cè)引出兩根線，組成三線制的方式，這種方式有些的避免了引線電阻的干擾，使用較為廣泛。四線制是在溫度傳感器兩端各輸出兩根線組成四線，其中兩根線加上電流，通過電阻轉(zhuǎn)化為電壓，將電壓再引入控制器中，這樣完全消除了引線對電阻阻值的影響。通過對上文分析以及資料的查閱，選擇本次的溫度傳感器溫度傳感器型號(hào)為：WZP-PT100溫度傳感器。測量范圍：-200-600攝氏度；引線材質(zhì)：不銹鋼內(nèi)玻璃線，2層高溫保護(hù)四線制；優(yōu)勢：采用高精度不銹鋼耐火纖維線，可以在4-500攝氏度溫度下長時(shí)間運(yùn)行，適用于各種中高溫度下的測量。圖3.6溫度傳感器外觀圖3.2.6觸摸屏的選擇在上文對PLC的介紹中介紹了可編程序邏輯控制器的外接接口單元，其中就可以連接上位機(jī)觸摸屏部分，觸摸屏在目前工業(yè)控制過程中使用越來越廣泛，其可以代替輸入接口信號(hào)輸入諸如按鈕開關(guān)的，使其使用PLC內(nèi)部的中間繼電器代替輸入端子，減輕后期復(fù)雜的接線環(huán)節(jié)，使其集中在一個(gè)屏幕中操作，并增加了其美觀程度和簡潔性。觸摸屏還可以實(shí)現(xiàn)目前狀態(tài)參數(shù)的顯示，并且可以動(dòng)畫連接PLC實(shí)現(xiàn)目前工作流程的動(dòng)態(tài)讀取，對報(bào)警、檢測內(nèi)容的存取可顯示，其使用程度越來越廣泛。目前經(jīng)常使用的觸摸屏有昆侖通泰的和威綸的觸摸屏，其性價(jià)比較高，在我過工業(yè)控制行業(yè)中使用較為廣泛。由于本次多種液體自動(dòng)混合系統(tǒng)不大，選擇性價(jià)比較高的7寸屏作為本次設(shè)計(jì)的觸摸屏完全滿足要求。選擇威綸的型號(hào)為TK6071IQ作為本次設(shè)計(jì)的觸摸屏。其外觀圖如下所示：圖3.8觸摸屏外觀圖3.3本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要硬件清單表3.2主要電氣設(shè)備清單名稱型號(hào)規(guī)格PLCS7-200224按鈕開關(guān)LA8-11D/2094,DC24V觸摸屏TK6071IQ液位傳感器MIK-P260溫度傳感器WZP-PT100變頻器M4403.4PLC的外部接線圖外部接線圖的繪制的目的主要是方便以后對系統(tǒng)的外部線路的接線，后期維修維護(hù)的慘老記錄，在上屬合理配置I/O表后，外部接線圖更深一層的展現(xiàn)各輸出輸出端的輸入元件和輸出負(fù)載的情況，其控制線路的連接方式，是在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中必不可少的部分，不僅可以在實(shí)際工作中指導(dǎo)工作方法，而且是設(shè)備后期存檔的必要文件。本次使用CAD軟件對外部接線圖進(jìn)行繪制，繪制的外部接線圖如下所示，詳查源文件。圖3.10PLC外部接線圖（詳見源文件）第4章多種液體自動(dòng)混合系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)4.1程序編程介紹基于西門子PLC開發(fā)的專用程序設(shè)計(jì)軟件STEP7-Micro/Win經(jīng)歷了多個(gè)版本的更替，程序設(shè)計(jì)能力原來越強(qiáng)大，可以實(shí)現(xiàn)對程序的編寫，程序運(yùn)行的實(shí)時(shí)監(jiān)控，程序的上載與下載，實(shí)現(xiàn)用戶的信息交流。通過PC/PPI通訊電纜可以實(shí)現(xiàn)電腦與可編程序邏輯控制器的通信。編程軟件的主界面主要包括一下幾個(gè)方面：用戶窗口、指令樹、工具條、輸出窗口、狀態(tài)條、信息欄等部分。在S7-200系列PLC支持的指令集有SIMATIC和IEC1131-3兩種方式，其中使用SIMATIC指令集編寫程序時(shí)簡單方便快捷，可以使用LAD、STL、FBD三種方式供設(shè)計(jì)者選擇。目前可編程序邏輯控制器在工業(yè)控制中應(yīng)用十分廣泛，它的出現(xiàn)在一定程度上取代了繼電器的控制方式，將工業(yè)控制變得更加簡單、高效、智能?？删幊踢壿嬁刂破鲀?nèi)部集成了諸多中間繼電器、時(shí)間繼電器、計(jì)時(shí)器并包含諸多的指令，設(shè)計(jì)人員就是在此基礎(chǔ)上通過對梯形圖的編寫，使用不同的指令將若干內(nèi)部繼電器串聯(lián)起來從而形成特定的邏輯關(guān)系，負(fù)載改變負(fù)載端的輸出狀態(tài)，使其滿足運(yùn)行要求。其中輸入端和負(fù)載段可以實(shí)現(xiàn)與多種不同電氣元件的連接，比如溫度傳感器、形成開關(guān)、光電開關(guān)等可以與輸入端連接對環(huán)境溫度進(jìn)行檢測并將特定的信號(hào)傳入控制器，經(jīng)過控制器編寫的邏輯命令關(guān)系控制負(fù)載端的輸出，在負(fù)載段可以與指示燈、接觸器、繼電器、步進(jìn)電機(jī)控制器、溫控器等原件進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)對相應(yīng)動(dòng)作的執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)對工業(yè)設(shè)備以及流水線的控制。圖4.1編程軟件窗口圖4.2PLC的I/O表地址分配在對程序編寫前，需要對輸入端和輸出端合理分配，合理分配I/O表不僅可以使得程序編寫、修改清晰方便，而且可以防止在程序編寫時(shí)漏編，并能防止在編寫程序時(shí)出現(xiàn)多線圈的錯(cuò)誤，是程序編寫的重要步驟，可以提高程序編寫的質(zhì)量，本次設(shè)計(jì)留有一定輸入端和輸出端的設(shè)計(jì)裕量，經(jīng)過對程序運(yùn)行步驟的分析，從而進(jìn)行以下I/O表的分配，并繪制以下表格。表4.1I/O分配表輸入信號(hào)輸出信號(hào)名稱代號(hào)輸入點(diǎn)編號(hào)名稱代號(hào)輸出點(diǎn)編號(hào)程序啟動(dòng)SB1I0.0攪拌電機(jī)正轉(zhuǎn)變頻器端子Din2YA1Q0.0液位開關(guān)L1SA1I0.1液體A電磁閥YV1Q0.1液位開關(guān)L2SA2I0.2液體B電磁閥YV2Q0.2液位開關(guān)L3SA3I0.3液體C電磁閥YV3Q0.3程序停止SB2I0.4液體D電磁閥YV4Q0.4溫度開關(guān)SAI0.5加熱棒YV5Q0.5變頻器段速1Din3YA2Q0.6變頻器段速2Din4YA3Q0.74.3繪制控制流程圖系統(tǒng)控制流程圖的繪制其主要作用是用圖表的形式將控制流程通過箭頭指向展現(xiàn)出來，表明其動(dòng)作先后順序和包含關(guān)系等，可以明確程序設(shè)計(jì)的思路，是程序設(shè)計(jì)的先頭兵，十分關(guān)鍵。一個(gè)程序的好壞跟系統(tǒng)控制流程圖的設(shè)計(jì)十分關(guān)鍵，一個(gè)好的程序流程設(shè)計(jì)不僅可以簡化后期程序，而且可以避免后期編寫程序時(shí)不必要的錯(cuò)誤，使程序的編寫事半功倍。繪制本次程序流程圖如下圖所示。圖4.2控制流程圖4.4PLC控制系統(tǒng)梯形圖的編寫經(jīng)過編寫程序前對控制流程圖、I/O表分配、硬件設(shè)備確定以及選型后，根據(jù)以上選擇選擇適合本次硬件、程序流程的指令對程序進(jìn)行編寫，本次編寫的梯形圖如下圖所示。圖4.3程序梯形圖4.5程序在線仿真4.5.1程序調(diào)試要求在程序編寫完成后需要進(jìn)行程序的調(diào)試，程序的調(diào)試分為模擬調(diào)試和現(xiàn)場調(diào)試兩部分。在對程序調(diào)試前有諸多要求，比如環(huán)境的要求，調(diào)試方法的要求等。在對調(diào)試的環(huán)境方面選擇接近現(xiàn)場工況的環(huán)境，避免電磁干擾，如實(shí)際環(huán)境電磁干擾強(qiáng)烈，使用一定的手段對干擾進(jìn)行屏蔽，比如進(jìn)行防護(hù)套的使用或者使用屏蔽線。因?yàn)樵趯?shí)際的控制過程中一些脈沖信號(hào)等在收到電磁干擾后會(huì)出現(xiàn)丟失的現(xiàn)象，比如我們在控制步進(jìn)電機(jī)伺服電機(jī)時(shí)，如果脈沖信號(hào)收到電磁干擾，就會(huì)出現(xiàn)丟步的現(xiàn)象發(fā)生，使得位置控制十分不準(zhǔn)確。調(diào)試時(shí)避免線纜過長，從而收到干擾的能力減弱。在程序調(diào)試時(shí)，應(yīng)分塊、分功能對程序進(jìn)行調(diào)試，在每一部分程序調(diào)試通過后，在整體進(jìn)行調(diào)試，有助于對程序的檢查和發(fā)現(xiàn)程序不足的地方，必須要遵循先分后總的原則。4.5.2程序的在線模擬調(diào)試本次使用在線模擬調(diào)試軟件，S7-200仿真器進(jìn)行仿真，其主要的步驟是打開軟件，選擇相應(yīng)的型號(hào)、模塊，然后載入程序，在裝載程序完成后，其仿真方式方法和實(shí)際仿真完全一樣，可以通過PLC輸入輸出信號(hào)燈的變化，模擬程序的進(jìn)程，從而檢察程序的不足，并改成。本此程序在多次在線模擬調(diào)試的基礎(chǔ)上，經(jīng)過對程序的不斷完善，確定最終的程序。其中模擬過程不再論述，模擬界面圖片如下圖所示：圖4.4程序調(diào)試畫面4.6組態(tài)畫面設(shè)計(jì)目前在很多設(shè)備中，很多采用觸摸屏的方式對設(shè)備進(jìn)行控制，通過觸摸屏對參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，本次設(shè)計(jì)對組態(tài)控制畫面進(jìn)行設(shè)計(jì)，分析本次程序編寫的變量和開關(guān)量，對其進(jìn)行畫面控制設(shè)計(jì)，在設(shè)備使用中簡單的改變其參數(shù)，使得程序的使用性更強(qiáng)。本次設(shè)計(jì)控制畫面如下所示：圖4.5控制畫面組態(tài)總結(jié)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)主要是對一種溶液滴定藥品成分混合控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，通過對多種液體自動(dòng)混合相關(guān)背景資料的分析，現(xiàn)今幾種控制系統(tǒng)的方式對比，確定