小型配料搅拌装置电气系统设计毕业论文最终完成版本

宜宾职业技术学院毕业论文（设计）小型配料搅拌装置电气系统设计系 部 电子信息控制工程系 专 业 名 称 电气自动化技术 班 级 电气 11402 姓 名 唐宏飞 学 号 201413047 指 导 教 师 赖华 2016 年 9 月 13 日I摘 要本文介绍的配料搅拌系统以 PLC 作为控制核心，结合变频器等完成配料搅拌的自动控制系统，能够较好的满足搅拌系统的要求。本设计运用了变频电机 M1，恒速电机 M2，液位传感器，搅拌电机 M3，皮带秤等主要器件，以 PLC 为控制核心，选用了西门子公司的 S7-1200 系列机PLC，西门子生产的变频器 MM420，ZDSN 型电子式电动双调节阀， SS.45-HSP-100 型静压式液位变送器，ICS-ST4 型电子皮带称，还有断路器，熔断器，热继电器等多种电路保护元件，运用 PLC 编程语言，以及人机界面控制面板，用 PLC 的 S7_200 的仿真软件进行仿真，实现了对不同的配料按预先设定的程序进行混合搅拌的功能。关键词：可编程控制器 PLCS7-1200；变频器 MM420；电动调节阀；配料搅拌系统；PID 控制；电动调节阀ABSTRACTWith the development of modern industrial technology, material mixing technology has been rapid development, it is widely used and the chemical technology and production, but in the application, the traditional material mixing process also exists serious problems and capacity constraints。Computer technology as the core of PLC in the general automatic control equipment, it is a kind of program to change control function of the computer. As microprocessors, computer and communication technology, the rapid development of PLC programmable controller has widely applied in industrial control, and the proportion of the rapid rise in. PLC mainly consists of CPU module, input and output module and programming module device. It is applied in industry, mixing equipment mixing process realized automation control, and improved the stability, agitate equipment work for the mixing machine smoothly, orderly, accurate working creates powerful guarantee. In this paper, the material mixing system with PLC as control core, combined with frequency converter, etc material stirring of the automatic control system.Key words: PLC programmable controller S7-1200；frequency converter MM420； material mixing system；PID control; Electric control valveI目 录1 绪 论 .11.1 传统的配料混合设备的控制存在的问题 .21.2 配料设备的发展趋势用 PLC 来代替传统配料混合设备控制 .21.3 引入 PLC 来实现其配料混合设备的控制功能 .32 整体框架 .42.1 总体方案论证 .42.2 系统方案的设计思想 .62.3 系统设计 .63 硬件设计 .103.1 硬件系统构成原理 .103.2 硬件系统器件选型 .113.3 系统安全性，可靠性、实用性设计 .314 程序设计 .384.1 PLC 编程语言 .384.2 程序梯形图 .394.2.1 主程序梯形图 .394.2.2 子程序梯形 .414.2.3 中断子程序梯形图 .434.3 程序设计语句 .464.3.1 主程序语句表 .464.3.2 子程序语句表 .484.3.3 中断程序语句表 .494.4 人机界面设计 .495 系统调试 .525.1 系统模拟调试 .525.2 系统联机调试 .546 总结 .556.1 本设计的功能和优点 .55II6.2 本次设计的心得体会 .55致 谢 .57参考文献 .58附录 I: 程序 .591第 1 章 绪 论1.1 传统的配料混合设备的控制存在的问题鉴于搅拌设备的广泛应用，随着近年来工业技术的发展，配料混合技术在上世纪 60 到 80 年代期间得到了迅猛发展,其重点主要是对于常规搅拌桨在低粘和高粘非牛顿均相体系、固液悬浮和气液分散等非均相体系中的搅拌功耗、混合时间等宏观量进行实验研究。长期以来,虽然有大量设计经验和关联式可用于分析和预测混合体系,但将搅拌反应器从实验室规模直接放大到工业规模,仍是十分危险的,至今仍然需要通过逐级放大来达到搅拌设备所要求的传质、传热和混合。这种方法不但耗费巨额的资金和大量的人力物力,而且设计周期很长。据统计，在工业高度发达的美国，化学工业由于搅拌反应器设计不合理所造成的损失每年约为 10100 亿美元。因此，从更微观更本质的角度,例如采用先进的测试手段和建立合理的数学模型,获取搅拌槽中的速度场、温度场和浓度场,不仅对开发新型搅拌设备，而且对搅拌设备的优化设计具有十分重要的经济意义,对放大和混合的基础研究具有现实的理论意义。而对于搅拌设备的研究，除功率问题外，有关搅拌的流体力学研究具有重要意义。这方面已做了许多工作，但尚需扩大和深入。在液体中进行搅拌时，搅拌器的功能不仅引起液体的整个运动，而且要在液体中产生湍动，湍动程度与搅拌器使液体旋转而产生的旋涡现象有密切关系。这些旋涡因经常地互相撞击和破裂，使液体受到剧烈的搅拌。由此可见在搅拌操作中，对于流体力学理论的研究是极其重要的。1.2 配料设备的发展趋势用 PLC 来代替传统配料混合设备控制近代化学工业中，流动的配料不再只是一些低粘度的牛顿型流体，许多高粘度流体也常常遇到，尤其是各种各样的高分子溶液以及混有催化剂粒子的浆状流体等非牛顿型流体的应用日益广泛。它们与通常的牛顿型流体具有不同的2流动特性，所以对于非牛顿型液体的研究是当今的一个重要课题。对高粘度流体，特别是非牛顿型流体的搅拌传热的研究，也是近年来的一个方向。聚合釜的传热特性与其中所用的搅拌器的型式关系甚大。随着科学技术的发展。设备有大型化发展的趋势，也需求搅拌设备大型化。如国外聚合釜的容积已由最初的 840m 3 扩大到 60100m 3，最火的已达到140m3。采用大型聚台釜可大大减少操作和检修人员，有利于自动化，减少投资，提高生产率，稳定产品质量。随着容积的大型化，釜型逐渐由细长型向矮胖型发展。而且采用底部搅拌的方式越采越多，多用三叶后掠式搅拌器。三叶后掠式搅拌器是目前大型聚合釜采用的一种较好搅拌器。因它排出量大，釜内液相循环充分，每分钟可达 510 次，能促使釜内反应均匀一致。 搅拌也可以在管路中进行，采用在管路中安装装置的办法对气-液系和液-液系进行混合。例如采用喷射泵对水及醋酸丁酯进行混合；在石油精制中，也采用使液体流过设置在管路中的锐孔板或挡板，以便使两种液体进行接触。还有在管道中放入搅拌器的，即所谓管道搅拌。可见，科学技术的发展带动了搅拌应用面的扩大。搅拌技术的发展又使得搅拌设备大型化。为了提高搅拌的全自动化和稳定性能，就需要一个功能更强、性能更好的系统做支持。在本设计中我将引入 PLC 来实现其搅拌控制功能。1.3 引入 PLC 来实现其配料混合设备的控制功能本设计基于采用可编程序控制器(PLC)的设计方案，实现对配料混合搅拌的控制。以 PLC S7-1200 为主要控制器。根据搅拌设备的功能特性、运作顺序等，设计中可选用电磁阀、时间继电器来实现液体的流入和时间上的延时，从而满足其控制要求。根据控制要求，可以看出此程序是一个很典型的顺序控制问题。这样就可以先按照搅拌设备的先后运行顺序画出相应的顺序功能图，然后在根据顺序功能图画梯形图，最后再用仿真软件对其进行调试仿真。3第 2 章 总体方案设计2.1 总体方案论证就目前的现状有以下几种控制方式满足系统的要求：继电器控制系统、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 控制功能是用硬件继电器实现的。继电器串接在控制电路中根据主电路中的电压、电流、转速、时间及温度等参量变化而动作，以实现电力拖动装置的自动控制及保护。系统复杂，在控制过程中，如果某个继电器损坏，都会影响整个系统的正常运行，查找和排除故障往往非常困难，虽然继电器本身价格不太贵，但是控制柜的安装接线工作量大，因此整个控制柜价格非常高，灵活性差，响应速度慢。 2、单片机控制 单片机作为一个超大规模的集成电路，机构上包括 CPU、存储器、定时器和多种输入/输出接口电路。其低功耗、低电压和很强的控制功能，成为功控领域、尖端武器、日常生活中最广泛的计算机之一。但是，单片机是一片集成电路，不能直接将它与外部 I/O 信号相连。要将它用于工业控制还要附加一些配套的集成电路和 I/O 接口电路，硬件设计、制作和程序设计的工作量相当大。 3、工业控制计算机控制 工控机采用总线结构，各厂家产品兼容性强，有实时操作系统的支持，在要求快速、实用性强、功能复杂的领域中占优势。但工控机价格较高，将它用于开关量控制有些大材小用。且其外部 I/O 接线一般都用于多芯扁平电缆和插头、插座，直接从印刷电路板上引出，不如接线端子可靠。 4、可编程序控制器控制 可编程序控制器配备各种硬件装置供用户选择，用户不用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，同时采用梯形图语言编程，用软件取代继电器电器系统中的触点和接线，通过修4改程序适应工艺条件的变化。 可编程控制器(PLC)从上个世纪 70 年代发展起来的一种新型工业控制系统，起初它主要是针对开关量进行逻辑控制的一种装置，可以取代中间继电器、时间继电器等构成开关量控制系统。随着 30 多年来微电子技术的不断发展，PLC 也通过不断的升级换代大大增强了其功能。现在 PLC 已经发展成为不但具有逻辑控制功能、还具有过程控制功能、运动控制功能和数据处理功能、连网通讯功能等多种性能，是名符其实的多功能控制器。由 PLC 为主构成的控制系统具有可靠性高、控制功能强大、性价比高等优点，是目前工业自动化的首选控制装置。故选择 PLC 来实施本次设计。PLC 的基本功能：(1)开关量的逻辑控制 这是 PLC 最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。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)运动控制PLC 可以用于圆周运动或直线运动的控制，世界上各主要 PLC 厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。(3)闭环过程控制过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC 能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID 调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。(4)数据处理现代 PLC 具有数学运算 (含矩阵运算、函数运算、逻辑运算)、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。5(5)通信及联网PLC 通信含 PLC 间的通信及 PLC 与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各 PLC 厂商都十分重视 PLC 的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的 PLC 都具有通信接口，通信非常方便。2.2 系统方案的设计思想1、可靠性高，抗干扰能力强高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC 由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。2、配套齐全，功能完善，适用性强PLC 发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代 PLC 大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。3、易学易用，深受工程技术人员欢迎 PLC 作为通