液体混合自动控制系统。
一、工艺流程及分析。
ⅰ、工艺流程。
图1 液体自动混合原理图。
液体自动混合原理图如图1所示。从图中可知，本混合装置用来将两种液体进行混合。s1、s2、s3是液面传感器，液体a、b的阀门由电磁阀v1、v2和v3进行控制，m为搅拌电机。
它们的控制要求如下：
①装置投入运行前，要将液体a、b的阀门关闭，混合液的阀门打开30s，将容器内的液体排空后关闭。
②按下启动按钮sb1，液体a的阀门打开，液体a流入容器；当液体a的液面达到l2时，s2会接通，从而关闭液体a的阀门，打开液体b的阀门。当液面达到l1时，液体b的阀门会自动关闭，搅拌电机则开始运转，将液体a和b的混合液体进行搅匀。搅拌电机运转60s后停止，然后混合液体的阀门打开，开始将搅拌均匀的混合液体排出。
当容器内的液面下降到l3时，l3由接通变为断开。再过10s，容器内的液体排空，混合液的阀门关闭。
③按下停止按钮sb2后，回到开机初始化状态，混合液的阀门打开30s后关闭，等待按下启动按钮，开始下一个周期的操作。
ⅱ、分析。工艺流程框图。
按照工艺流程的要求，可知有五个输入（启动、停止、三个液面传感器）、四个输出（三个阀门及电机），需要用到定时器。由于两种液体混合时可能发生相溶现象，导致液面波动，为此，需要用到plc内部的中间继电器，以保证工艺的可靠性。停止按钮具有的优先权最高，在程序中应保证任何情况下，程序都能够停止。
操作工艺流程：按下启动按钮sb1后，打开a阀，液体a流入反应罐；当中限位传感器s2被淹没变on时，阀a关闭，阀b打开；当上限位传感器s1被淹没变on时，阀b关闭，电机m开始运行，搅动液体，60s后停止搅动，阀c打开放出混合液体；当液面降至下限位传感器s3变off时，开始定时，10s后容器已放空，关闭阀c。按下停止按钮sb2后，回到开机初始化状态，混合液的阀门打开30s后关闭，等待按下启动按钮，开始下一个周期的操作。
如图4-2所示。
plc液体混合控制流程图。
plc系统组成图。
本设计选用三菱公司的fx2n-32mr的plc，它是一种整体式结构的小型plc，并且指令丰富，功能强大，可靠性高，适应性好，结构紧凑，便于扩展，性价比高。并且有多种特殊功能模块或功能扩展板，可以实现多轴定位控制，设计中使用的plc所用的模块共有i/o总数32点，其中输入点16点，输出点16点。可带8个特殊扩展单元。
用户程序存储器容量为16k字。内置高速计数器，具有pid控制器功能。
plc的编程有三种方法：经验法、**法、顺序控制设计法。在本系统中，采用的是顺序控制设计法。
所谓顺序控制设计法就是针对顺序控制系统的一种专门的设计方法。这种设计方法很容易被初学者接受，对于有经验的工程师，也会提高设计的效率，程序的调试、修改和阅读也很方便。plc的设计者们为顺序控制系统的程序编制提供了大量通用和专用的编程元件，开发了专门供编制顺序控制程序用的功能表图，使这种先进的设计方法成为当前plc程序设计的主要方法。
图3-1 plc程序流程框图。
3、详细过程分析。
1）启动操作。
按下启动按钮sb1,x0的常开触点闭合，y3、t2同时得电并通过y3常开触点自锁，y3常开触点闭合，使y3接通排放剩余混合液体，经t10延时30s后y3断电，即关闭混合液体阀门。同时液体a电磁阀y0打开，液体a流入容器。
2）液面上升到sl2
当液面上升到sl2时，sl2触点接通，即y1接通，x3置位，其常闭触点打开，使y0断电，y0控制的电磁阀关闭，液体a停止流入；同时y1常开触点接通，使其控制输出的电磁阀接通，液体b电磁阀y2打开，液体b流入。
3）液面上升到sl1
当液面上升到sl1时，sl1触点接通，即x2接通，y2置位，其常闭打开，使输出端断开，y2控制的电磁阀关闭，液体b停止注入，同时km和t0接通，搅拌电动机开始工作。
4）搅匀后放混合液。
搅拌电机工作时，t0计时，60s后km断开，搅拌电机停止工作。混合液电磁阀y3打开，开始放混合液体。
5）液面下降到sl3
当液面传感器sl3（x4）由接通变为断开时，y3置位，其常开触点接通，t2开始工作，10s后混合液体放完，t2常开触点闭合，复位所用的内部继电器m，使y3断开，其控制的电磁阀y3关闭，同时t2常开使x0得电y0接通，y0打开，液体a流入，开始进入下一个循环。
6）停止操作。
按下停止按钮sb2，x1接通，其常闭触点断开，切断循环信号。在当前的操作处理完毕后，使x1不能再接通，即停止操作。
在操作结束后进行判断，当按下停止按钮后，plc程序将返回到初始状态，如果想再次激活，需要提供plc一个上电脉冲m8002，若是在plc执行完一个工作过程后，期间没有按下停止按钮，那么plc将返回到程序自动运行的下一循环点进行下一次的操作。
2、设备选型。
各设备名称及型号表。
三、输入输出端口分配。
输入输出端口分配图
四、输入输出硬件接线图。
s7-300硬件接线图。
五、程序设计。
1、创新设计内容。
此次设计过程中，我有一些自己的想法。
1）搅拌桶内的液位传感器的可靠性不强，可以试着改为灵敏性强、可靠性高的检测仪器。避免因为输入液体时，飞溅的液体触碰到液位传感器而导致发出错误信号。
2）在电路中提供一个备用电源，这样做的目的就是保证掉电之后也能使系统完成该周期的工作，从而保证系统在完成当前周期的操作时，停止在初始状态，使容器为空。以便在恢复电源后能顺利的从第一步开始进行循环。这样就避免了在混合某些化学物质，比如具有腐蚀性的物质时。
因为掉电，长时间储存在容器中，从而造成对装置的腐蚀或损坏；也避免了引起环境污染的可能。同时取代了掉电保持这样一个麻烦和考虑不周的过程。
2、系统调试及结果分析。
1）系统调试。
运用调试程序进行系统静调。模拟两种液体混合装置的操作过程，对控制程序作一些改动，使之变成可连续运行的调试程序。具体作法如下：
设plc进入运行方式后：
经过一定的准备时间，模拟按下启动按钮，y001的指示灯亮；
一段时间后，液面上升到i位置，y001的指示灯灭，y002的指示灯亮；一段时间后，液面上升到h位置，y002的指示灯灭，y000的指示灯亮；一段时间后，y000的指示灯灭，y003的指示灯亮；
一段时间后，液面低于l位置，y003的指示灯灭，y001的指示灯亮，当前操作周期结束，自动进入下一个操作周期。
在系统运行过程中，模拟按下停止按钮，所有运行立即结束。调试结束。
2、结果分析。
基于以上设计与调试，两种液体混合装置的系统设计基本结束。测试结果满足课题给定要求。
6、总结。为期两周的课程设计基本已经落下帷幕了，在本次课程设计的过程中我遇到了很多困难，主要表现在对控制系统的设备和整体运行过程不太熟悉，尤其是对各个控制点的动作情况很难掌握，其次梯形图的编写由于控制过程的复杂而觉得难以下手。通过查找资料，这些问题还是基本得到了解决。
本设计采用plc对掺混控制系统进行控制，简化了控制系统的设计和硬件结构，提高了该系统的可靠性、可维护性和安全性。梯形图采用步进指令（stl），这样使程序的条理更加清晰易懂，这是本设计的优点，但是由于时间，经验和能力的关系，本系统存在很多明显的不足，没有操作界面和人机对话操作，仅能在理论上运行的可能。希望这些缺陷，我能在以后的实际工作中能加以注意。
通过本次plc课程设计，让我对西门子s7-300的硬件组态配置与软件编程有了进一步的理解，在课程设计中遇到了各种各样的困难，最终通过自己的学习克服了。让自己设计的梯形图能够完成实际工艺的要求，这是本次课程做大的收获，同时也对梯形图的编程以及一些触点、中点继电器、定时器的应用有了更好的掌握，并能够熟练的使用其完成要求。提高了自己对事情的处理能力与运用能力，虽然遇到过困难，但是本着坚持的信念，始终未曾放弃，磨砺了自己的意志与决心。
最终取得了圆满的成功。总之，通过这次课程设计，让我学到了很多东西，充实了自己。整体来说，这次设计给了我很大的帮助，不仅仅熟悉的plc的控制系统和各种元器件，并提高了实践的能力，这些都将成为我以后步入社会参加工作的一笔宝贵经验。
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