PLC三种液体混合的设计 毕业论文.doc

0 0 plc 三种液体混合的设计 摘要 以三种液体的混合罐装控制为例，将三种液体按一定比例混合，在电动机搅拌 后要达到一定的温度才能将混合的液体输出容器。并形成循环状态，在按停止 按钮后依然要完成本次混合才能结束。液体混合系统的控制设计考虑到其动作 的连续性以及各个被控设备动作之间的相互关联性，针对不同的工作状态，进 行相应的动作控制输出。从而实现液体混合系统从第一种液体加入到混合完成 输出的这样一个周期控制工作的程序实现。三种液体混合，主要用于建筑、制 剂、建材等部门料场中的混合作业。采系统用分批进给，逐步达到混匀混合。 自古将两种物质均匀混合就是人类日常生活和工作必不可少的，现在国内外生 活的细致程度与工程的强度更需要更为细致的混合，通过 plc 能减少劳动力的 使用，加快工程进度，增加精确度，提高系统稳定性。混合机械广泛用于各类 工业和日常生活中。做好液体混合的 plc 设计，有助于同学们加深对搅拌机工 作原理的认识，从而在以后工作当中碰到时，能更加方便的去利用、维护、修 理，同时，这也是对我们以前的有关 plc、传感器等电子设计具有十分重要的 意义。 关键词 可编程控制器 plc 传感器 混合机械 可编程控制器 plc:是一种带有指令存储器、数字的或模拟的输入/输出接口， 以位运算为主，能完成逻辑、顺序、定时、计数、和运算等功能，用于控制机 器或生产过程的自动化控制装置。 传感器：传感器是一种物理装置或生物器官，能够探测、感受外界的信号、物 理条件（如光、热、湿度）或化学组成（如烟雾），并将探知的信息传递给其 他装置或器官。 混合机械:是利用机械力和重力等，将两种或两种以上，物料均匀混合起来的机 械广泛用于各类工业，和日常生活中。 plc 三种液体混合的设计 1 目录 第一章 引 言 .2 第二章 总体方案设计 6 第三章 硬件设计 .9 3.1 硬件选型，根据 plc 的输入、出点数，控制功能选择适用型号的 plc.9 3.1.1 plc 机型选择 .9 3.1.2 plc 容量选择 .10 3.1.3 i/o 模块的选择 .11 3.1.4 电源模块的选择 11 3.1.5 plc 的选择 .13 3.3 系统安全设计，可靠性、实用性强 .13 第四章 程序设计 .15 4.1 硬件接线图 .15 4.2 i/o 分 配表 .16 4.3 顺序控制功能图 .17 4.4 梯形图 26 4.5 语句表 2 6 第五章 系统调试 .30 5.1 系统常见故障分析及维护 .30 第六章 总结 32 6.1 本次设计的心得体会 .33 结论 35 致 谢 36 参考文献 37 2 2 第一章引言 在工业控制或建筑生产中，为了能够准确按比例进行配料，液体自动混合装置 应运而生。随着经济的发展和社会的进步，各种工业经济化的不断升级，对于 工人的素质要求也逐渐提高。其中在生产的第一线有着各种各样的自动加工系 统，其中多种原材料混合在加工，是其中最为常见的一种。在工艺加工最初， 把多种原料再合适的时间和条件下进行需要的加工以得到产品，一直是在监控 或操作下进行的，在后来多用继电器系统对顺序或逻辑的操作过程进行自动化 操作，但是现在随着时代的发展，这些方式已经无法满足工业生产的实际需要。 实际生产中需要更精确、更便捷的控制装置。设计以液体混合控制系统为中心， 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 作过程做简单的设计和说明。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，产品生产正在向缩短生产周期、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，以致现场工作环境十分恶劣，不适合人工现场操作。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。 plc 三种液体混合的设计 3 第二章 总体方案设计 此次设计主要内容包括：工作过程分析，i/o 分配，梯形图，指令表，接线图， 电气原理图及情况说明，经过多次修改和调试，最中实现题目要求本文通过对 “多种液体自动混合装置的 plc 控制”的分析，解决了按下启动按钮，电磁阀 y1、y2 打开，注入液体 a 与 b，液面高度 l2 是（此时 l2 和 l3 均为 on）,停止 注入（y1、y2 为 off）。同时开启液体 c 的电磁阀 y3（y3 为 on）,注入液体 c，当液面升至 l1 时（l1 为 on）,停止注入(y3 为 off)。开启搅拌机 m 搅拌和 电炉 h 加热，搅拌时间和加热时间均为 3 秒。之后电磁阀 y4 开启，排出液体， 再延时 4 秒，y4 关闭。按启动按钮可以重新开始工作。本次设计是将 plc 用于 多种液体混合罐装设置的控制，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）使液体灌装机能够实现安全、高效的灌装； （2）满足罐装的各项技术要求；(3)具体要求包括多种液体混合控制方案的设 计、软硬件电路的设计、常见故障分析等等。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料。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 微机控制，是功能的实现由一到多而且更加趋于完善。 4 4 第三章 硬件设计 3.1 硬件选型，根据 plc 的输入、出点数，控制功能选择适用型号 的 plc 3.1.1 plc 机型选择 根据控制 系统的设计要求，考虑到系统的扩展和功能，可选择继电器输出结构 的 cpu224 小型 plc 作为控制元件。硬件设计依照 plc 的 i/o 地址分配表，结合 系统的控制要求，设多种液体自动混合控制装置当中电磁阀、搅拌机、加热炉 等采用直流 12v 电流供电，并且负载电流较小，可使 plc 输出点直接驱动。 3.1.2 plc 容量选择 plc 的容量划分为 i/o 点数和用户存储容量两个方面。 （一） i/o 点数的选择 plc 平均的 i/o 点的价格还比较高，因此应该合理选用 plc 的 i/o 点的数量， 在满足控制要求的前提下力争使用的 i/o 点最少，但必须留有一定的裕量。 通常 i/o 点数是根据被控对象的输入、输出信号的实际需要，再加上 10%15% 的裕量来确定。 （二） 存储容量的选择 用户程序所需的存储容量大小不仅与 plc 系统的功能有关，而且还与功能实现 的方法、程序编写水平有关。一个有经验的程序员和一个初学者，在完成同一 复杂功能时，其程序量可能相差 25%之多，所以对于初学者应该在存储容量估 算时多留裕量。 3.1.3 i/o 模块的选择 一般 io 模块的价格占 plc 价格的一半以上。plc 的 io 模块有开关量 io 模块、模拟量 io 模块及各种特殊功能模块等。不同的 io 模块，其电路及 功能也不同，直接影响 plc 的应用范围和价格，应当根据实际需要加以选择。 （一）开关量 io 模块的选择 1. 开关量输入模块的选择 开关量输入模块是用来接收现场输入设备的开关信号，将信号转换为 plc 内部 接受的低电压信号，并实现 plc 内、外信号的电气隔离。 2. 开关量输出模块的选择 plc 三种液体混合的设计 5 开关量输出模块是将 plc 内部低电压信号转换成驱动外部输出设备的开关信号 ，并实现 plc 内外信号的电气隔离。 （二）模拟量 io 模块的选择 模拟量 io 模块的主要功能是数据转换，并与 plc 内部总线相连，同时为了安 全也有电气隔离功能。模拟量输入（ad）模块是将现场由传感器检测而产生 的连续的模拟量信号转换成 plc 内部可接受的数字量；模拟量输出(da)模块 是将 plc 内部的数字量转换为模拟量信号输出。 (三)特殊功能模块的选择 目前，plc 制造厂家相继推出了一些具有特殊功能的 io 模块，有的还推出了 自带 cpu 的智能型 io 模块，如高速计数器、凸轮模拟器、位置控制模块、pi d 控制模块、通信模块等。 3.1.4 电源模块的选择 1 电源模块选择需要考虑的几个方面 额定功率# 封装形式 温度范围与降额使用 隔离电压 功耗和效率 2 额定功率 一般建议实际使用功率是模块电源额定功率的 3080%为宜（具体比例大小还 与其他因素有关，后面将会提到。），这个功率范围内模块电源各方面性能发 挥都比较充分而且稳定可靠。所有模块电源均有一定的过载能力，但是仍不建 议长时间工作在过载条件下，毕竟这是一种短时应急之计。 3 封装形式 主要有三个方面： 一定功率条件下体积要尽量小，这样才能给系统其他部分 更多空间更多功能； 尽量选择符合国际标准封装的产品，因为兼容性较好， 不局限于一两个供货厂家； 应具有可扩展性，便于系统扩容和升级。全部符 合国际标准，为业界广泛采用的半砖、全砖封装，与 vicor、 lambda 等着名品 6 6 牌完全兼容，并且半砖产品功率范围覆盖 50200w，全砖产品覆盖 100300w。 4 温度范围与降额使用 有两种选择方法：一是根据使用功率和封装形式选择，如果在体积（封装形式） 一定的条件下实际使用功率已经接近额定功率，那么模块标称的温度范围就必 须严格满足实际需要甚至略有裕量。二是根据温度范围来选，如果由于成本考 虑选择了较小温度范围的产品，但有时也有温度逼近极限的情况，怎么办呢？ 降额使用。即选择功率或封装更大一些的产品，这样“大马拉小车”，温升要 低一些，能够从一定程度上缓解这一矛盾。应折衷考虑。 5 变频与定频 和所有开关型器件一样，dc/dc 变换器在工作时会产生噪声，因此滤波性能的 好坏也是重要的选型依据。集成化的 dc/dc 变换器通常采用的是变频开关技术 或是定频开关技术。而定频开关变换器在这方面则简便许多，甚至可以使用 lc 滤波器。 6 工作频率 一般而言工作频率越高，输出纹波噪声就更小，电源动态响应也更好，但 是对元器件特别是磁性材料的要求也越高，成本会有增加，所以国内模块电源 产品开关频率多为在 300khz 以下，甚至有的只有 100khz 左右，这样就难以满 足负载变条件下动态响应的要求，因此高要求场合应用要考虑采用高开关频率 的产品。另外一方面当模块电源开关频率接近信号工作频率时容易引起差拍振 荡，选用时也要考虑到这一点。 7 隔离度 绝大多数的电路都必须实现隔离，即将负载连同负载对本地电源的噪声与电网 的其他负载和噪声隔开。只有隔离变换器能够达到这个要求。采用隔离变换器 除了实现上述要求之外，还可以实现差分形式的输出，以及双极型输出（见图） 。此外，将隔离型变换器的输出高压端与负载的电源地相连，就形成了负电源。 由于电压参考点不是地，因此负载可以获得更高的电压。在一定时限内（通常 是 1 秒）变换器所能承受的、施加在输入端和输出端之间的最高电压，称为变 换器的隔离强度。因此，设计低噪声电源时，应该选择隔离强度高而隔离电容 低的 dc/dc 变换器，以减小泄漏电流。 3.1.5 plc 的选择 传统的控制方法是采用继电器-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，也间接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间的通信。因此，将可编程 控制器应用于多种液体混合装置的控制，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， plc 三种液体混合的设计 7 所需的开关量输入为 6 点，开关量输出为 7 点，考虑到系统的可扩展性和维修 的方便性，选择模块式 plc。 3.3 系统安全设计，可靠性、实用性强 从上个世纪 70 年代发展起来的一种新型工业控制，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，是名副其 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。 8 8 第四章 程序设计 4.1 硬件接线图 4.2 i/o 分配表 输入 输出 i0.0 启动按钮 sb1 q0.0 a液体电磁阀 y1 i0.1 液位传感器 l1 q0.1 b液体电磁阀 y2 plc 三种液体混合的设计 9 i0.2 液位传感器 l2 q0.2 c液体电磁阀 y3 i0.3 液位传感器 l3 q0.3 排泄阀 y4 q0.4 搅拌电动机 m q0.5 加热电炉 h 4.3 顺序控制功能图 10 10 4.4 梯形图 plc 三种液体混合的设计 12 13 13 plc 三种液体混合的设计 14 15 15 4,5 语句表 plc 三种液体混合的设计 16 17 17 plc 三种液体混合的设计 18 19 19 plc 三种液体混合的设计 20 第五章 系统调试 5.1 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设备消 耗、元器件设备故障发生点有较明白的估计，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。 系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/o 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。 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造成局部印刷板或底板、接插件接口等处 的总线损坏，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坏的原因。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，故障率已将大大下降。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，加装降温措施，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。 plc 三种液体混合的设计 21 第六章 总结 6.1 本次设计的心得体会 在这次实践过程当中不但学到了一些除技能以外的其他东西，还领略到了别人 在处理专业技能问题时显示出的优秀品质，更深切地体会到人与人之间的那种 相互协调合作的机制，最重要的还是自己对一些问题的看法发生了良性的变化。 在社会这样一个大群体里面，沟通自然是为人处事的基本，如何协调彼此的关 系值得我们去深思和体会。在实习设计当中依靠与被依靠对我的触及很大，有 些人很有责任感，把这样一种事情当成是自己的重要任务，并为之付出了很大 的努力，不断的思考自己所遇到的问题。而有些人则不以为然总会觉得自己的 弱势.，其实在生活中这样的事情也是很多的，当我们面对很多问题的时候所 采取的具体行动也是不同的，这当然也会影响我们的结果。很多时候问题的出 现所期待我们的是一种解决问题的心态，而不是看我们过去的能力到底有多强， 那是一种态度的端正和目的的明确，只有这样把自己置身于具体的问题中，我 们才能更好地解决问题。 在这种相互协调合作的过程中，口角的斗争在所难免，关键是我们如何的处理 遇到的分歧，而不是一味的计较和埋怨。这不仅仅是在类似于这样的协调当中， 生活中的很多事情都需要我们有这样的处理能力，面对分歧大家要消除误解， 相互理解，增进理解，达到谅解，也许很多问题没有想象中的那么复杂，关 键还是我们的心态，那种处理和解决分歧的心态，因为毕竟我们的出发点都是 很好的。 结论 随着 plc 技术的飞速发展，人们可以对原有液体混合装置进行技术改造，提出 数据采集、自动控制、运行监控、报警，运行管理等多方面要求。按照本设计 组成的液体混合控制系统，采取了一系列可靠的设计方案，利用 plc 实现了对 混合过程的精确控制，提高了工作过程的稳定性和自动化程度，具有很高的可 靠性与实用性，因此具有广阔的市场前景，适合于各种液体的混合调配。 当然，在该系统中尚有许多