润滑油脱水净化挂车控制系统设计【2013年最新整理毕业论文】

重庆理工大学毕业设计 润滑油脱水净化挂车控制系统设计 目 录 摘 要 . I Abstract . II 1 绪论 . 1 1.1 本题设计的背景 . 1 1.2 本题设计的内容 . 1 1.3 本课题设计的目的和意义 . 2 2 系统控制方案的设计 . 3 2.1 润滑油脱水净化挂车的描述 . 3 2.2 控制系统的选定 . 3 2.2.1 PLC 的特点 . 3 2.2.2 PLC 的选定及其在本设计中的应用 . 4 2.3 系统设计的基本步骤 . 5 3 润滑油脱水净化挂车系统硬件方面的设计 . 7 3.1 润滑油脱水净化挂车的基本结构 . 7 3.2 定位控制系统结构设计 . 8 3.2.1 定位控制系 统的组成 . 8 3.2.2 润滑油脱水净化挂车控制系统的原理 . 8 3.3 各执行元件的选择 . 9 4 润滑油脱水净化挂车系统软件方面的设计 . 10 4.1 可编程控制器的选择 . 11 4.1.1 PLC 的概述 . 11 4.1.2 PLC 的选型 . 12 4.2 定位控制系统程序设计 . 16 4.2.1 检测点分布 . 16 4.2.2 电气系统部分设计 . 17 4.3 PLC 控制系统的梯形图设计 . 18 4.4 PLC 控制系统的调试 . 19 总结 . 21 致谢 . 22 参考文献 . 23 文献综述 . 25 附录一： PLC 程序 . 30 重庆理工大学毕业设计 润滑油脱水净化挂车控制系统设计 重庆理工大学毕业设计 润滑油脱水净化挂车控制系统设计 I 摘 要 本设计针对目前 润滑油脱水净化挂车 ，结合目前科学技术领域的最新研究成果，设计了一种技术较先进、性能可靠、自动化程度较高的 润滑油脱水净化挂车控制 系统。本设计的指导思想立足于提高 润滑油脱水净化挂车 系统的可靠性、安全性和高效性。本系统所采用的 PLC 技术 对其他控制 系统也有一定的借鉴意义。 本文针对 润滑油脱水净化挂车 控制系统中存在的问题，把 PLC 可编程序控制器应用于 润滑油脱水净化挂车 控制系统上，并进行了较深入的研究。 本文阐述了 润滑油脱水净化挂车 系统 的 PLC 控制的一些基本思路和方法，并着重介绍了 PLC 工作特点及运行原理，还介绍了 艾默生 EC20-2012BRA 可编程控制器的 主要功能模块及应用。 关键词 : 润滑油脱水净化挂车 控制系统 PLC 重庆理工大学毕业设计 润滑油脱水净化挂车控制系统设计 II Abstract The design of the current oil dehydration trailer, combined with the latest research achievements of the current field of science and technology, the design of the lubricating oil dehydration is a more advanced technology, reliable performance, high degree of automation of the cleaning Trailer control system. The design of the guiding ideology based on the improvement of lubricating oil purification trailer system reliability, safety and efficiency. This system uses PLC technology also has certain reference significance for other control system. Aiming at oil dehydration Trailer control problems in the system, the PLC programmable controller is applied to the lubricating oil purification Trailer control system, and a more in-depth studies. This paper expounds the trailer system lubricating oil dewatering and purification of PLC control of some of the basic ideas and methods, and emphatically introduces the working characteristic and operation principle of PLC, the main function module and application of Emerson EC20-2012BRA programmable controller is also presented. Keywords: oil dehydration trailer control system PLC 重庆理工大学毕业设计 润滑油脱水净化挂车控制系统设计 1 全套资料带 CAD 图， QQ 联系 414951605 或 1304139763 1 绪论 1.1 本题设计的背景 水、空气、固体颗粒是机械设备的润滑油中最常见的外来污染物。水使油品产生乳化，加速油液氧化变质，生成酸，使添加剂水解和油膜强度变差，降低其润滑性能；细微的水滴使油液变浑浊、粘度发生变化，低温性能差，同时，还会导致金属腐蚀和疲劳。空气会加速油液氧化，产生泡沫，降低液压系统刚度，动作反应迟缓，因气穴而损坏油泵。固体颗粒会严重损坏系统元件，如果长期在油液系统中循环，它将起研磨剂的作用，加速机械元件的 磨损。所以，机械设备的润滑油使用一段时间后，必须进行净化处理，排除其中的外来污染物，恢复润滑油的使用性能。 已经开发出的润滑油净化机或装置的型号规格很多，但多数是独立的机体，使用时需要起吊装在运输车上运到现场，很不方便。特别是需要在线净化处理大型船舶、工程机械使用的润滑油以及储油容器中的润滑油时，其适应性显得更差。因此，需要对已有的润滑油净化机或装置加以改进，而润滑油脱水净化挂车具有以下优点 :采用先进的大面积组合脱水技术，脱气脱水效率高；采用强风冷凝除水，增强了设备输出功率，延长了真空泵使用寿命； 采用复合微孔过滤技术，可满足各种过滤精度要求；结构紧凑，装拆容易。 1.2 本题设计的内容 本课题的主要内容是基于艾默生 EC20系列 PLC的润滑油脱水净化挂车控制系统的设计，通过对挂车控制系统的设计 ,实现对润滑油脱水净化的控制。在本设计中我主要做了一下几方面的工作： 1.PLC 控制系统的硬件选择 2.PLC 电路图设计 3.PLC 控制软件的设计 4.完成对 PLC 软件的调试。在本次课题设计过程中主要考虑以下几点： 1深入的了解和分析润滑油脱水净化挂车的工艺条件和控制要求。 重庆理工大学毕业设计 润滑油脱水净化挂车控制系统设计 2 2根据润滑油脱水净化挂车的控制系统 的功能要求，确定系统的设计系统结构。 3根据所设计的场所，选择电动机的类型。 4根据 I/O 的点数选择合适的 PLC 的类型。 5分配 I/O 点，分配 PLC 的输入、输出点。 6设计润滑油脱水净化挂车控制系统的梯形图设计。 7将程序输入 PLC 程序进行调试，查出错误，让程序更加完善。 1.3 本课题设计的目的和意义 本课题设计的目的是设计出一个能有效的控制挂车完成对润滑油进行脱水净化的系统，并且此系统要尽量简洁明朗，便于人员操作。 本课题的意义在于能够使润滑油脱水净化挂车工作更加智能化，让润 滑油脱水净化挂车能更有效的脱除润滑油中的水分、气体和杂质，还能脱除润滑油中的挥发物，如酒精、汽油、柴油等，使其恢复质量，能方便的在线净化处理各种大型装备、工程机械、储油容器等各类设备中的润滑油，适合于船舶、电力、交通等机械设备上各种被污染的润滑油的净化。 本课题能够提高我自身的能力，让我更深入了解 PLC 系统设计，能够掌握控制系统的设计步骤流程以及方案设计，能够具备控制系统硬件设计、软件编程与调试等能力。 重庆理工大学毕业设计 润滑油脱水净化挂车控制系统设计 3 2 系统控制方案的设计 2.1 润滑油脱水净化挂车的描述 已经开发出的润滑油净化机或装置的型号规格很多，但多数是独立的机体，使用时需要起吊装在运输车上运到现场，很不方便。特别是需要在线净化处理大型船舶、工程机械使用的润滑油以及储油容器中的润滑油时，其适应性显得更差。因此，需要对已有的润滑油净化机或装置加以改进，使之具有更强的适应性。润滑油脱水净化挂车能方便的在线净化处理各种大型装备、工程机械、储油容器等各类设备中的润滑油。因此，最终确定研究对象为润滑油脱水净化挂车。 2.2 控制系统的选定 2.2.1 PLC 的特点 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。例如三菱公司生产的 F 系列 PLC 平均无故障时间高达 30 万小时。一些使用冗余 CPU的 PLC 的平均无故障工作时间则更长。从 PLC 的机外电路来说，使用 PLC 构成控制系统和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低 ,此外， PLC 带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊 断程序，使系统中除 PLC 以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。 2.配套齐全，功能完善，适用性强 重庆理工大学毕业设计 润滑油脱水净化挂车控制系统设计 4 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。近年来 PLC 的功能单元大量涌现，使 PLC 渗透到了位置控制、温度控制、 CNC 等各种工业控制中。加上 PLC 通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用 PLC 组成各种控制系统变得非常容易。 3.易学易用，深受工程技术人员欢迎 PLC 作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用 PLC 的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事打开了方便之门。 4.系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造 PLC 用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短 ,同时维护也变得 容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种 ,小批量的生产场合。 5.体积小，重量轻，能耗低 以超小型 PLC 为例，新近出产的品种底部尺寸小于 100mm，重量小于 150g，功耗仅数瓦。由于体积小很机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。 2.2.2 PLC 的选定及其在本设计中的应用 根据以上 PLC 的各种特点，并全面考虑润滑油脱水净化挂车控制系统的要求，本设计选用 PLC 作为润滑油脱水净化挂车的控制系统。在本设计中， PLC 会有以下几个方面的应用： 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.模拟量控制 重庆理工大学毕业设计 润滑油脱水净化挂车控制系统设计 5 在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了控制器处理模拟量，必须实现模拟量（ Analog）和数字量（ Digital）之间的 A/D 转换及 D/A 转换。 PLC 产配套的 A/D 和 D/A 转换模块，使可编程控制器用于模拟 量控制。 3.运动控制 PLC 可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量 I/O 模块连接位和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制。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 4.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。大中型 PLC 都有 PID 模块目前许多小型 PLC 也具有此功能模块。PID 处理一般是运行专用的 PID 子程序。过程控制在冶金、化工、热炉控制等场合有非常广泛的应用。 5.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、功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统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。 2.3 系统设计的基本步骤 润滑油脱水净化挂车系统设计与调试的主要步骤，如图 2.1 所示 重庆理工大学毕业设计 润滑油脱水净化挂车控制系统设计 6 图2.1 润滑油脱水净化挂车控制系统的设计步骤 在本次课题设计过程中主要考虑以下几点： 1深入的了解 和分析润滑油脱水净化挂车的工艺条件和控制要求。 2根据净化挂车的控制系统的功能要求，确定系统的设计系统结构。 3根据所设计的场所，选择各执行元件的类型。 4根据 I/O 的点数选择合适的 PLC 的类型。 5分配 I/O 点，分配 PLC 的输入 、输出点。 6设计润滑油脱水净化挂车控制系统的梯形图设计。 7将程序输入 PLC 程序进行调试，查出错误，让程序更加完善。 重庆理工大学毕业设计 润滑油脱水净化挂车控制系统设计 7 3 润滑油脱水净化挂车系统硬件方面的设计 3.1 润滑油脱水净化挂车的基本结构 润滑油脱水净化挂车的立体示意图如图 3.1 所示： 图 3.1 润滑油脱水净化挂车的立体示意图 1.润滑油脱水净化挂车，由挂车底盘和润滑油净化机组组成；挂车底盘包括车身（ 1）、车轮（ 2）、连接在车身前部的中轴管（ 3）、连接在中轴管中下部的前导轮（ 4）、连接在中轴管前端的牵引杆（ 5）、连接在中轴管上且位于 牵引杆之后的制动装置（ 6），其特征在于：润滑油净化机组设在挂车底盘的车身（ 1）上。 2.所述的润滑油脱水净化挂车，其特征在于：所述的润滑油净化机组包括连接在挂车底盘的车身上的方舱箱体（ 7）、设在方舱箱体内的真空罐（ 8），通过管道与真空罐连接的真空泵（ 9）；通过管道与真空罐连接的加热器（ 10）、与加热器连接的粗滤器（ 11）、重庆理工大学毕业设计 润滑油脱水净化挂车控制系统设计 8 粗滤器与进油管连接；通过管道与真空罐连接的氮膜分离器（ 14）；还包括设在方舱箱体（ 7）一侧的电控箱及操作面板（ 15）。 3.所述的润滑油脱水净化挂车，其特征在于：在真空罐与真空泵连接管道间 设有冷却风扇（ 16）、冷凝器（ 17）和冷凝水收集器（ 18）。 4.所述的润滑油脱水净化挂车，其特征在于：方舱箱体（ 7）内设有进油管卷盘（ 19）、储油罐卷盘（ 20）和电缆卷盘（ 21）。 3.2 定位控制系统结构设计 3.2.1 定位控制系统的组成 系统主要由： PLC、电气传动部分、检测部分、手动控制部分、支架模型组成。 PLC 程序设计要求： 1.能手动控制真空泵、油泵、加热器、冷却风扇启动跟停止 2.能基本实现润滑油自动脱水净化 3.真空泵和冷却风扇要最先启动 4.在真空罐中压力到达一定值时油泵启动 5.在油液温度没达到指定温度时，油液路线要形成内循环，循环加热 6.温度到达指定值，整个控制整个系统开始脱水净化 7.设计时要考虑到进油速率过慢导致油泵空载 8.设计时要考虑到精滤器堵塞导致过载，要做好过载保护 3.2.2 润滑油脱水净化挂车控制系统的原理 整个润滑油脱水净化挂车控制系统设计由一台 PLC 对挂车上的装置进行统一的管理和监控，通过 PLC 控制载挂车上各装置以完成对润滑油脱水净化的操作。各装置的启动停止由 PLC 根据当前脱水净化需要的步骤，按照相应的需求开停。 润滑油脱水净化挂车控制系 统使用弱电系统实现控制。弱电系统主要包括各种信号的采集、报警与控制输出。 PLC 输出信号给接触器线圈，控制接触器的接通与关断。当发生意外时，按下急停开关，断掉所有电机的电源，使个装置无法继续运行，以保护人员及设备的安全。 系统输出控制信号包括控制电机运行信号，控制电磁阀得、失电信号，控制加重庆理工大学毕业设计 润滑油脱水净化挂车控制系统设计 9 热器运行信号。 润滑油脱水净化挂车是一种比较典型的跨学科机电一体化产品，集机械、电子、信息技术于一体。其中，电子技术、信息技术和传感技术的合理运用与组合构成了挂车的控制系统。润滑油脱水净化挂车的控制系统是 整个车库系统的重要组成部分，也是挂车系统的核心。执行机构是“四肢”，框架是“躯体”，那么控制系统就是“大脑”。它指挥着挂车的每个运作过程，并对整个系统的状态过程进行监控。 润滑油脱水净化挂车的系统控制原理：操作者 (人 )要通过控制系统信息交流的平台 (界面 )把启动信息传送给控制系统，经系统处理后，系统把可识别的控制信息通过辅助设备驱动执行结构，来完成润滑油脱水净化的运作。 3.3 各执行元件的选择 1.确定真空泵 根据整个润滑油脱水净化挂车真空系统参数要求：工作真空度要小于 0.09MPa，抽气 速度达到 15L/S。本设计选用了 2X-15A 型号的真空泵，该型号真空泵的主要技术参数如下： 抽气速率： 15L/S 极限压力： 6x10-2Pa 转速： 470 r/min 额定功率： 1.5 KW 2.确定输油泵 根据整个润滑油脱水净化挂车对处理流量参数要求：处理流量为 6M3/h。本设计选用了 Y100L1-4型号的输油泵，该型号输油泵的主要技术参数如下： 功率： 2.2KW 电压： 380V 电流： 5A 转速： 1430 r/min 3.确定加热器 根据整个挂车加热系统的要求：加热器要分成两组，刚开始内循环加热时需要重庆理工大学毕业设计 润滑油脱水净化挂车控制系统设计 10 大功率 加热，后期只需 小功率 加热。本设计选用了额定电压为 AC380V 的加热器 ，其加热电阻分为两组，一组为大功率 36KW（ 12KWx3），一组为小功率 18KW（ 6KWx3)。 4.确定冷 却 风扇 根据整个净化挂车系统的相关性能要求：噪音要小于 90dB，抽气速度要达到15L/S。本设计选用了电机额定功率为 0.1KW、额定电压为 220V 的冷 却 风扇。 根据以上执行元件可以绘制出主电路图如图 3.2： 图 3.2 PLC 主电路图 4 润滑油脱水净化挂车系统软件方面的设计 重庆理工大学毕业设计 润滑油脱水净化挂车控制系统设计 11 4.1 可编程控制器的选择 4.1.1 PLC 的概述 PLC 英文全称 Programmable Logic Controller ,中文全称为可编程逻辑控制器，定义是 :一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算 ,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入 /输出控制各种类型的机械或生产过程。 可编程序控制器是六十年代末在美国首先出现 的，目的是用来取代继电器，以执行逻辑判断、计时、计数等顺序控制功能，由此日本称它为顺序控制器（ Sequence Controller)。 提出 PLC 概念的是美国通用汽车公司。当时，根据汽车制造业生产线的需要，希望用电子化的新型控制器替代继电器控制盘，以减少汽车改型时，重新设计制造继电器控制盘的成本和时间。随着半导体技术尤其是微处理器和微型计算机技术的发展， 到七十年代中期以后， PLC 已广泛地使用微处理器作为中央处理器，输入输出组件和外围电路也都采用了中 、大规模甚至超大规模的集成电路，这时的“ PLC”已不再是仅有逻辑 （ Logic）判断功能了，同时具有数据处理、 PID 调节和数据通讯功能。 美国电气制造商协会 NEMA（ National Electrical Manu-factory Association）从 1976 年开始，经过四年的调查，于 1980 年把它正式命名为可编程序控制器，简称“ PC” . 可编程序控制器硬件由部分构成 : 1.中央处理器（ Central Processor Unit 简称 CPU）：它是可编程序控制器的心脏部分。 CPU 由微处理器（ Microproce-ssor）存储 实际控制逻辑的程序存储器和存储数据、变量的数据储器构成。 2.电源 （ Power Supply）：给中央处理器提供必需的工作电源。 输入组件（ Inputs）：输入组件的功能是将操作开关和现场信号送给中央处理器。现场信号可能是开关量、模拟量或针对某一特定目的使用的特殊变量。 3.输出组件（ Outputs）：输出组件接收 CPU 的控制信号，并把它转换成电压或电流等现场执行机构所能接收的信号后，传送控制命令给现场设备的执行器。 输入输出（简称 I/O）是可编程序控制器的“手”和“脚”或者叫作系统的“眼睛”和“视觉”。输重庆理工大学毕业设计 润滑油脱水净化挂车控制系统设计 12 入信 号包括按扭开关、限位开关、接近开关、光电传感器、热电偶、热电阻、位置检测开关和编码器等。输出信号包括继电器、指示灯、显示器、电机启动等直流和交流设备。 4.编程器（ Programmer）：在正常情况下，编程器用于系统初始状态的配置，控制逻辑程序编制和加载，不能对系统操作。编程器也可用于控制程序的调试和控制系统故障时作为检查故障的有效工具。 4.1.2 PLC 的选型 首先应估计需要的 PLC 规模，然后选择功能和容量满足要求的 PLC 1. PLC 规模的估算 能否完成预定的控制人任务所需要的 PLC 的规模 ，主要取决于设备对输入、输出点的需求量和控制过程的难易程度。估算 PLC 需要的各种类型的输入、输出点数，并据此估算出用户的存储容量，是系统设计中的主要环节。 （ 1） 输入、输出点统计 为了准确地统计出被控设备对输入、输出点的总需求量，可以把被控设备的信号源一一列出，并认真分析输入、输出点的信号类型。 除统计大量的开关量输入、输出点外，其他类型的输入、输出点也要分别进行统计。 PLC 与真空泵电机、输油泵电机、加热器、冷凝风扇电机等设备连接，所需专用接口也应一起列出来。输入 /输出（ I/O） 地址分配如图 4.1： 输入信号 输 出 信号 名称 代号 输入点编号 名称 代号 输入点编号 SB1 X0 手动 /自动 KM1 Y0 真空泵 SB2 X2 急停 KM3 Y1 加热 1 SB3 X4 真空泵启动 KM5 Y2 冷却风扇 SB4 X6 油泵启动 YA2 Y3 中间阀 SB5 X10 加热 1 启动 KM4 Y4 加热 2 SB6 X12 加热 2 启动 YA1 Y5 进油阀 SB7 X14 真空泵停止 KM2 Y6 油泵 重庆理工大学毕业设计 润滑油脱水净化挂车控制系统设计 13 SB8 X16 油泵停止 YA3 Y7 出油阀 SB9 X20 加热 1 停止 SB10 X22 加热 2 停止 SB11 X13 停止 X1 压力传感器 X3 高液位传感器 X5 温度传感器 X7 低液位传感器 X11 过压传感器 SB12 X15 启动 图 4.1 输入 /输出（ I/O）地址分配 考虑到在实际安装、调式和应用中还可能会发现一些估算中未预见到的因素，需要根据实际情况增加一些输入、输出信号。因此，要按统计数再增加 15%到 20%的输入、输出点数，以备将来调整、 扩充使用。 （ 2） 存储容量的估算 小型的 PLC 的用户存储器是固定的，不能随意的扩充选择。因此，选购 PLC 时，要注意它的用户存储器容量是否够用。 用户程序占用内存的多少与多种因素有关，例如，输入、输出点的数量和类型，输入、输出量之间关系的复杂程度，需要进行运算的次数，处理量的多少，程序结构的优劣等，这些都与内存容量有关。因此，在用户程序编写、调试好以前，很难估算出 PLC 所应配置的存储容量。一般只能根据输入、输出的点数及其类型，控制的繁简程度加以估算。一般粗略的估计方法是： （输入点数 +输出点数） X（ 10 12） =指令语句数 在按上述数据估算后，通常再增加 15% 20%的备用量，作为选择 PLC 内存容量的依据。 2. PLC 的选择 根据图 4.1 可以看出需要 16 个输入， 8 个输出，所以初步选取了艾默生重庆理工大学毕业设计 润滑油脱水净化挂车控制系统设计 14 EC20-2012BRA 型号的 PLC。该 PLC 的特性如图 4.2 型号 电源电压 输入 /输出点数 输入信号电压 输出类型 中断脉冲输入 脉冲输出 EC20-2012BRA 90 264VAC 20/12 24VDC 继电器 有 无 图 4.2 该 PLC 硬件图如下图 4.3，说明见图 4.4 图 4.3 1数据备份用钮扣电池安装座，安装一只 CR2032钮扣型锂电池 9 35mmDIN 槽安装锁扣，用于 DIN 槽安装方式 2电源输入端子 10信号输出端子 3信号输入端子 11系统工作状态指示灯 4输入信号状态指示灯 12通讯端口 COM1，同时提供 RS485和 RS232两种电平 5 26pin 母线插座，用于连接扩展模块 13通讯端口 COM0， RS232电平，插座为 Mini DIN8 6输出信号状态指示灯 14系统运行控制开关，有 ON、 TM、 OFF 三个 档位 7主模块结构紧固螺钉，用于紧固 PLC 结构上下盖 15模拟电位器（两只） 8模块安装孔，用于螺钉安装方式 图 4.4 PLC 产品的种类、型号很多，他们的功能、价格、使用条件各不相同。在选用时，重庆理工大学毕业设计 润滑油脱水净化挂车控制系统设计 15 除输入，输出点外，一般还应考虑 以下 几个方面的问题 ： （ 1） PLC 的功能 PLC 的功能要与说完成的控制任务相适应，这是最基本的要求。如果选用的 PLC功能不恰当或功能太强，则很多功能用不上，就会造成不必要的浪费；如果所选的功能不强，又满足不了控制任务的要求。 一般 机械设备的单机自动控制多属简单的顺序控制，只要选用具有逻辑运算、定时器、计数器等基本功能的小型 PLC 就可以了。 如果控制任务复杂，包括了数值计算、模拟信号处理等内容，就必须选用具有数值计算功能、模 /数和数 /模转换功能的中型 PLC。 在本设计中只需用单机自动控制，所以 PLC 选取 EC20-2012BRA 可以满足本设计的功能要求。 （ 2） 输 入 电路模块 PLC 的输入直接与被控设备的一些输出量相连。因此，除按前述统计结果考虑输入点数外，还要选好传感器等。考虑输入点的参数，主要是选择它们的 工作电压和工作电流。 输入点的工作电压、工作电流的范围应与被控设备的输出值（包括传感器等的输出）相适应，最好不经过转换就能直接相连。 本设计中输入信号的电压只需要 24V， EC20-2012BRA 型 PLC 满足条件。 (3)输出电路模块 输出电路模块的任务是将 PLC 的内部输出信号变换成可以驱动执行机构的控制信号。除考虑输出点数外，在选择时通常还要注意下面两个问题 : 1.输出电路模块允许的工作电压、电流应大于负载的额定工作电压、电流值。对于灯丝负载、容性负载、电动机负载等， 要注意启动冲击电流的影响，应留有较大的余量。 2.对于感性负载，应注意在断开瞬间可能产生很高的反向感应电动势。为避免这种感应电动势击穿元器件或干扰 PLC 主机的正常工作，应采取必要的抑制措施。 在本设计中负载大多都是电动机负载，负载额定电压比较大， EC20-2012BRA 型重庆理工大学毕业设计 润滑油脱水净化挂车控制系统设计 16 号的 PLC 采用继电器输出可以控制，且 输出电路形式外接电源既可以是直流，也可以是交流。 所以 EC20-2012BRA 型号的 PLC 完全符合本设计的要求，本设计最终选定艾默生EC20-2012BRA 型号的 PLC。 4.2 定位 控制系统程序设计 4.2.1 检测点分布 （ 1）真空罐内压力是否到达检测 采用压敏传感器在真空罐内进行检测。压敏传感器在真空罐内，当真空泵启动后，真空罐内压力开始减小，当压力减小到压敏传感器设定的值时，传感器得电，经PLC 程序使进油阀打开，加热 1启动，冷却风扇启动。 （ 2）油液是否到达真空罐高位检测 采用液位传感器在真空罐高位进行检测。液位传感器在真空罐内高位，当真空罐内油液因为负压作用到达指定高度的时候，高液位传感器得电，经 PLC 程序使进油阀关闭，中间阀打开，油泵打开，使油液能够在系统 内部循环加热。 （ 3）油液温度是否到达指定温度检测 采用温敏传感器在真空罐内进行检测。温敏传感器在真空罐内，当真空罐油液温度经过循环加热后，油液温度上升到指定温度，温敏传感器得电，经 PLC 程序使出油阀、进油阀打开，中间阀关闭，并是加热器换到加热 2 模式。 （ 4）油液是否到达真空罐低位检测 采用液位传感器在真空罐低位进行检测。液位传感器在真空罐内低位，真空罐内的出油速度高于进油速度，真空罐内油液高度降低，当到达低位传感器位置时，传感器得电，经 PLC 程序控制油泵关闭，停止出油，液位升高，直至到 达高液位。 （ 5）精滤器是否过载检测 采用压敏传感器在精滤器内进行检测。压敏传感器在精滤器内，当精滤器内堵塞，造成压力过大，传感器得电，经 PLC 程序控制整个系统急停，全部停止工作。 重庆理工大学毕业设计 润滑油脱水净化挂车控制系统设计 17 4.2.2 电气系统部分设计 PLC 接线设计：在润滑油脱水净化挂车中，控制系统中主控单元的主要控制对象首先是真空泵、油泵、风扇电机和加热器，控制系统就是使它们在不同的时间内实现按一定的顺序开停，其次是挂车内的各种辅助装置，如各阀门的开闭等。同时在车库中还采用了一些传感器如温度传感器、压力传感器、液位传感器， 其控制原理图见图4.5 所示。 图 4.5 PLC 控制原理图 传感器选型： 1.液位传感器 高低液位传感器都选用液位传感器，该液位传感器 全不锈钢结构，具有精度高，抗干扰、防雷击等特点。广泛用于水箱水位、消防水池水位、污水处理池液位、水罐水位测量与控制场合。也称为投入式液位传感器，水箱液位传感器、水重庆理工大学毕业设计 润滑油脱水净化挂车控制系统设计 18 库水位传感器、水池水位传感器。 2.温度传感器 温度传感器选用金诺的型号温度传感器，该传感器 经精密的封装工艺生产而成，具有灵敏度高，稳定性好，耐腐蚀，寿命长，安装方便等优点。可用于 任何高低及潮湿等恶劣环境。能迅速准确地检测被测物体的温度，并把信号送到控制系统中，适用于钢轨，油缸，可直接投入液体中，使用方便。 适用温度： -40-+200 供电电压： 12V 24V 3.压力传感器 真空罐中压力传感器和过载压力传感器都选用英国 Druck 的 PMP4000 放大输出压力传感器，其测量范围为 7KMa 70MPa。 4.3 PLC 控制系统的梯形图设计 根据本设计的需求， PLC 控制系统设计的控制流程图如图 4.6 重庆理工大学毕业设计 润滑油脱水净化挂车控制系统设计 19 图 4.6 程序流程图 根据 程序流程图编写润滑油脱水净化挂车控制系统的程序梯形图见 附录 1 4.4 PLC 控制系统的调试 PLC 控制 系统的调试工作，一般来说都是由系统硬件，软件设计者本人承担，调试者应对设备，生产现场的控制要求非常了解，对自己设计的 PLC 程序了如指掌，因此，调试所需要的基本技术资料准备一般比较充分与具体。通常情况下，调试人员应具备以下资料，以开展并完成调试工作。 1.设备的控制要求汇总表 2.设备电气控制控制原理图 3.设备电气接线图 4.设备电气元件布置图 5.PLC 使用手册，编程手册 6.设备 PLC 程 序清单（初稿） 7.PLC 特殊功能模块，专用控制装置（如变频器，驱动器等）的使用说 明书等。 重庆理工大学毕业设计 润滑油脱水净化挂车控制系统设计 20 设备的控制要求汇总表是系统设计的依据，也是检验系统软件，硬件设计正确与否的标准，在调试阶段，需要根据以上要求， 逐一试验 PLC 的用户程序的设计 正确性。 设备电气控制原理示意图，电气接线图，电气元件布置图是检查系统硬件连接，安装的技术文件。在调试阶段或维修时必须以此为依据来检查系统的硬件连接情况或确认故障部位，资料必须与实际线路，元器件安装相等。 PLC 使用与编程说明书，既是调试人员调 试用户程序，对 PLC 程序进行修改的参考资料，也是其他人员分析，理解 PLC 程序，详细了解，分析机床的动作过程，动作条件动作顺序以及各信号之间的逻辑关系的依据。用于最终调试或维修的 PLC 程序清单应是设备生产厂家的设计人员在完成调试后的最终版本。 结合以上资料完成系统调试的调试工作。 重庆理工大学毕业设计 润滑油脱水净化挂车控制系统设计 21 总结 随着世界的发展，我国的技术水平也不断提高。所以对技术的要求也越来越高，我们所研发的设备也更加追求高智能化，所以本设计针对润滑油脱水净化挂车研究了一套智能化较高 的控制系统。在这次设计中我深入了解了有关 PLC 的知识，我知道了要完成一个 PLC 系统设计是必须按照一定步骤进行的。为了能更好的完成此次设计我查阅的很多相关资料，从资料中我学习到了， PLC 也是分为很多型号的，每个型号的功能各不相同。要想选择一个合适润滑油脱水净化挂车的 PLC，是必须经过多方面考虑的，首先最先就是要确定输入输出点，然后根据输入输出的数量去粗选 PLC 型号。然而要想确定 PLC 型号，我们还要考虑所选 PLC 功能是否满足，输入输出电压是否合适等条件。 在本设计中我明白了 PLC 的软件设计，程序的编写是一项非 常严谨的工作，我们必须在编写程序梯形图前先画好程序流程图，这样我们才能更高效有条不紊的完成程序的编写工作。 完成此次设计对我帮助很大，让我对 PLC 有了比较深的理解，但 PLC 作为我们专业发展的一个方向，要想真正学好它，我还有很长的路要走，而此次的毕业设计恰为我的发展方向奠定了一个基础。 重庆理工大学毕业设计 润滑油脱水净化挂车控制系统设计 22 致 谢 为期一个学期的毕业论文已接近尾声了，我的 四 年大学生涯也即将 画 上句号。毕业设计是我对这 四 年来的大学生活进行总结，是对我们学的知识的一个测试，也是一个自我的检验。 在这 里我要特别感谢我的指导老师 龚 老师的热情关怀和悉心指导。一个好的设计，仅仅依靠自己的力量是很难完成的，因为你总会遇见困难，或许老师的一个简单提示就可以让你豁然开朗、让你茅塞顿开，在此次设计过程中，我深刻体会到了这一点的重要性，在我 做毕业设计 的过程中，老师倾注了大量的心血和汗水，无论是在 设计的 构思和资料的收集方面，还是在论文的研究方法以及成文定稿方面，我都得到了龚 老师悉心细致的教诲和无私的帮助，特别是他广博的学识、深厚的学术素养、严谨的治学精神和一丝不苟的工作作风使我终生受益，在此表示真诚地感谢和深深的谢意。如 果没有他的努力工作，此次设计的完成将变得非常困难。 然后还要感谢大学 四 年来所有的老师，为我打下扎实的专业知识基础；同时还要感谢所有的同学们，正是因为有了他们的支持和鼓励，此次毕业设计才会顺利完成。 重庆理工大学毕业设计 润滑油脱水净化挂车控制系统设计 23 参考文献 1王永华 .现代电气控制及 PLC应用技术 M.北京 :北京航空航天大学出版社 ,2010 2王岩 .浅谈 PLC控制技术的特点及发展方向 J.兰州工业高等专科学校 ,2011, 18(1): 41-42 3陈彬兵 ,魏跃国 .PLC技术的发展趋势 J.四川大学 ,2008, 10(22): 76-77 4秦雪峰 .PLC的未来发展趋势 J.（天津）自动化科技有限公司 ,2011, 2(12): 29-31 5施尚英 .PLC的现状与发展浅谈 J.四川职业技术学院 ,2010, 17(10): 20-22 6陈洁 .新技术形势下 PLC的发展前景 J.机械工程与自动化 ,2004, 20(4): 84-84 7李正吾等编著，机电一体化技术及其应用 M，机械工业出版社， 1990 8史殿义 ,刘吉东 .PLC的现状及发展分析 J.计算机与网络 ,2004, 27(22): 53-55 9王广才 ,王蕾 .二十一世纪 PLC发展方向 J.油气田地面工程 ,2004, 15(3): 26-27 10陈洁 .现代 PLC控制技术与发展 J.电机电器技术 ,2004, 12(3): 19-20 11陈有根 ,危韧勇 .可编程序控制器概述 J.大众用电杂志 ,2003, 22(1): 34-35 12黄晚青 .试论 PLC技术及其应用 J.中国高新技术企业 ,2009, 17(14): 55-56 13魏志精 .可编程控制器应用技术 M.北京 :电子工业出版社 ,1994 14廖常初 .PLC的发展趋势 J.电气时代 ,2003, 19(12): 10-12 15陈凤兰 .软 PLC技术的发展趋势与应用前景 J.电力学报 ,2006, 21(2): 2-3 16张华龙 .图解 PLC与电气控制 M.北京 :人民邮电出版社 ,2009 17于庆广 .可编程控制器原理及系统设计 .北京：清华大学出版社， 2004 18陈宏 .可编程控制器 (PLC)的选型 J.化工进展 .2003， 22(12)： 1354 1356. 19钟肇新等 .可编程控制器原理及应用 . 华南理工大学出版社 .第 4版 .2008.2 20殷洪义，吴建华， PLC原理与实践 M.北京：清华大学出版社， 2008.10 重庆理工大学毕业设计 润滑油脱水净化挂车控制系统设计 24 21冯清秀，邓星钟，机电传动控制 .武汉：华中科技大学出版社， 2011.6 22廖晓钟 .电力电子技术与电气传动 M.北京：北京理工大学出版社， 2000 23陈坚 .电力电子学 M.2版 .北京：高等教育出版社， 2004 重庆理工大学毕业设计 润滑油脱水净化挂车控制系统设计 25 文献综述 一、 前言 水、空气、固体颗粒是机械设备的润滑油中最常见的外来污染物。水使油品产生乳化，加速油液氧化变质，生成酸，使添加剂水解和油膜 强度变差，降低其润滑性能；细微的水滴使油液变浑浊、粘度发生变化，低温性能差，同时，还会导致金属腐蚀和疲劳。空气会加速油液氧化，产生泡沫，降低液压系统刚度，动作反应迟缓，因气穴而损坏油泵。固体颗粒会严重损坏系统元件，如果长期在油液系统中循环，它将起研磨剂的作用，加速机械元件的磨损 1。所以，机械设备的润滑油使用一段时间后，必须进行净化处理，排除其中的外来污染物，恢复润滑油的使用性能。已经开发出的润滑油净化机或装置的型号规格很多，但多数是独立的机体，使用时需要起吊装在运输车上运到现场，很不方便。特别是需要在线 净化处理大型船舶、工程机械使用的润滑油以及储油容器中的润滑油时，其适应性显得更差。因此，需要对已有的润滑油净化机或装置加以改进，而润滑油脱水净化挂车具有以下优点 :采用先进的大面积组合脱水技术，脱气脱水效率高；采用强风冷凝除水，增强了设备输出功率，延长了真空泵使用寿命；采用复合微孔过滤技术，可满足各种过滤精度要求；结构紧凑，装拆容易。 本设计即是基于日趋成熟和自动化程度不断提高的 PLC 技术，是针对目前润滑油脱水净化挂车的控制系统设计， 本文根据目前国内外学者对可编程控制器和 润滑油脱水净化挂车 的研究成果，借鉴他们 的理论和原理，将它们运用在 润滑油脱水净化挂车控制系统 设计中。这些文献给与本文很大的参考价值，本文主要查阅了近几年中外有关于可编程控制和 润滑油脱水净化挂车 的书籍，论文和文献期刊。 二、 PLC 的相关论述 工业控制计算机 (简称工控机 )是以计算机技术为基础的新型工业控制装置，目前已成为工业控制的标准设备，被广泛地应用于各行各业，工控机是实现生产自动化的最佳配套产品，而工业可编程序控制器 (PLC)则在工控领域中占有主要的地位。 plc具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。重庆理工大学毕业设计 润滑油脱水净化挂车控制系统设计 26 PLC 的定义有许多种。国际电工委员会（ iec）对 plc 的定义是：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计 2。从结构上， PLC 分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式 plc 包括 cpu板、 i/o 板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合 成一个不可拆卸的整体。模块式 plc 包括 cpu 模块、 i/o 模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。 1、 我国工业控制计算机的发展 20 世纪 40 年代末 50年代初，我国的流程工业规模很小，设备陈旧，必要的调节主要靠最简单的测量仪表由人工操作运行。 50 年代末 60 年代初，我国研制生产的传感器、变送器、调节器、执行器等，基本上能显示过程状态，实现调节意图，最终命令执行器完成对工艺流程的调节要求。 70 年代初，我国自行研制的工控机开始应用于工业过程控制，它部分地取代了原来控制室内的仪 表。但由于受当时电子器件性能的限制，工控机本身的可靠性远不如现在，工控机带来的控制集中引起“危险”集中。70 年代末，分散型控制系统 (DCS)进入工控领域，解决了“危险”集中的问题，还解决了一些复杂的控制。 dcs 可建立通信网络，为大工厂生产带来许多方便，但其价格一直居高不下。 80 年代初，适应性较强的总线型工控机 (std)应运而生， std 总线技术的推广和应用，使工控机的功能更加强化 8。 2、 工业可编程序控制器 (PLC)发展趋势 PLC 作为工控机的一员，在主要工业国家中成为自动化系统的基本电 控装置。它具有控制方便、可靠性高、容易掌握、体积小、价格适宜等特点。据统计，当今世界plc 生产厂家约 150 家，生产 300 多个品种。 2000 年销售额约为 86 亿美元，占工控机市场份额的 50%， plc 将在工控机市场中占有主要地位，并保持继续上升的势头。PLC 在 60年代末引入我国时，只用作离散量的控制，其功能只是将操作接到离散量输出的接触器等，最早只能完成以继电器梯形逻辑的操作。新一代的 plc 具有 pid 调节重庆理工大学毕业设计 润滑油脱水净化挂车控制系统设计 27 功能，它的应用已从开关量控制扩大到模拟量控制领域，广泛地应用于航天、冶金、轻工、建材等行业 3。但 plc 也面 临着其它行业工控产品的挑战，各厂家正采取措施不断改进产品，主要表现为以下几个方面： (1).微型、小型 PLC 功能明显增强 很多有名的 PLC 厂家相继推出高速、高性能、小型、特别是微型的 plc。三菱的fxos14 点 (8 个 24vdc 输入， 6 个继电器输出 )，其尺寸仅为 58mm 89mm，仅大于信用卡几个毫米，而功能却有所增强，使 plc 的应用领域扩大到远离工业控制的其它行业，如快餐厅、医院手术室、旋转门和车辆等，甚至引入家庭住宅、娱乐场所和商业部门。 (2).集成化发展趋势增强 由于控制内容的复杂化和高难度化，使 PLC 向集成化方向发展， plc 与 pc 集成、plc 与 DCS 集成、 plc 与 pid 集成等，并强化了通讯能