基于欧姆龙C40P型的两种液体混合控制系统设计（全套含CAD图纸）
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毕业设计（论文）任务书 填表时间： 2010年 3月 5日 （指导教师填表）学生姓名专业班级指导教师课题类型工程设计题目基于欧姆龙C40P型的两种液体混合控制系统设计主要研究目标(或研究内容)本课题在透彻了解混料灌工作工程及功能的基础上，设计出简单实用的应用程序。主要内容有：1、开题报告；2、混料灌硬件设计；3、混料灌软件设计；4、编写说明书；5、翻译与设计有关的外文资料 通过设计过程以考察学生的对于PLC设计和电气控制系统设计能力，平培养学生用以解决实际工程能力。课题要求、主要任务及数量（指图纸规格、张数，说明书页数、论文字数等）1、通过调查研究，撰写开题报告。2、通过分析论证，确定设计方案，正确大型广告屏的硬件连接图；并且编制其应用程序。3、查阅19篇以上与题目相关的文献。4、按要求的格式独立撰写50008000字以上的说明书。5、翻译一篇本专业外文文献（500010000个以上印刷符号），并附译文进度计划57周，查阅资料，熟悉设计内容，拟订设计方案。814周，进行硬件设计，并编写应用程序。1516周，修改完善设计，翻译资料，写说明书，准备答辩。主要参考文献1、电气控制及plc应用技术2、PLc技术手册3、Plc应用技术 指导教师签字： 教研室主任签字： 年 月 日购买后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q 197216396基于欧姆龙C40P型的两种液体混合控制系统设计摘 要以两种液体的混合罐装控制为例，将两种液体按一定的比例混合，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，并形成液态。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和完成输出的这样一个周期控制工作的程序实现。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、梯形图设计等），旨在对其中的设计及制作过程做简单的介绍和说明。设计采用日本欧姆龙（OMRON）公司的C40P型PLC去实现设计要求。关键词：多种液体、混合装置、自动控制 Based on the Omron C40P PLC two fluids mix control system design ABSTRACTIn two of the liquid mix canned control as an example, the two liquid rata mixed, stir in the motor must reach a certain temperature can be mixed with the liquid output container, and forming liquid. Liquid mixed system of control design taking into account the continuity of its actions and individual charged device action between the relevance, for different work status, make the appropriate actions to control the output, enabling liquid hybrid system from the first liquid added to the mix and the complete output of such a cycle control of program implementation. Design to liquid mixture control system for the Centre, from the control system hardware systems, software selection to system design process (including the design, design processes, design requirements, ladder diagram, etc), designed to entice them to design and production processes do simple introduction and description. Design use Omron (OMRON) company of C40P PLC to implement design requirements.KEYWORDS: multiple liquid, mixing equipment, automatic control 10目录前言2第1章 液体混料装置控制系统的方案设计41.1总体方案设计41.2 PLC的选择5第2章 硬件电路设计102.1 总体设计102.1.1 传感器的选择122.1.2 传感器接头形式132.1.3传感器的性能142.1.4电动机的选型152.1.5电磁阀的选择172.1.6电源条件202.2 输入/输出接线图21第3章 软件的设计233.1 流程图233.2 梯形图243.3 语句表32第4章 系统常见故障分析及维护364.1系统故障的概念364.2故障分析及处理364.2.1 PLC主机系统364.2.2 PLC的I/O端口374.2.3 现场控制设备374.3 系统抗干扰性的分析和维护38结 论39谢 辞40参考文献41外文资料翻译42前言从上世纪四、五十年代到七十年代初期，模拟式仪表控制系统经历了基地式气动、电动仪表、单元组合式仪表和组装式智能仪表等几个阶段。随着工业生产规模日益扩大，生产能力不断提高，要求有更高水平的控制系统，常规的模拟式仪表控制暴露它的局限性。计算机技术的应用，使仪表控制无法达到的功能得以实现，计算机控制系统首先实现了开环监视、闭环控制，同时引入了现代控制方法，如自适应控制，最优控制及分级控制等等，提高了控制精度；实现了集中显示和操作；但是由于整个生产过程控制集中到一台计算机上，对计算机的可靠性提出了苛刻的要求，一旦计算机出现故障，整个生产系统将处于瘫痪，甚至产生危险。随着现代工业控制的分散性和管理的集中性的不断的提高，分布型或集散型配料控制系统应运而生。分布型配料控制系统由分散的仪表控制系统组成，它将控制系统分成若干个独立的局部控制系统，用以完成受控制生产过程自动控制任务。由于微型计算机的出现与发展，为实现分散控制提供了物质和技术基础。集散型控制系统是采用标准化、模块化和系列化设计，有过程控制级、控制管理级和生产管理级所组成的一个通信网络为纽带的集中显示操作管理、控制相对分散、具有灵活配置、组态方便的多级计算机网络系统结构。集散控制系统不同于集中控制系统，它由多个微处理器组成的分布式控制系统，有分散的控制站来控制分散的生产部分，实现了功能、负荷和危险的分散，从而克服了集中型集中性计算机控制系统的致命弱点；它也不同于分散的仪表控制系统，它的集中在于各操作员站可以生产监控，从而克服了二者的缺陷而集中了二者的优势，利用计算机技术对生产过程进行集中监测、操作、管理和分算控制。在现代工业生产中，如化工、冶金、建材、矿山、电力、食品、饲料加工等行业，有许多产品是将一种原料和其他多种原料按事先设定的比例进行混合配料，在通过加工而成。这种按一定的比例混合原料的过程就是配料的过程。配料过程中，物料混合比例是否按预先的配比进行，将直接影响产品的质量。现在各行业对配料的效率和精度要求越来越高，人工配料己远远不能满足连续化、自动化生产化的要求。所以研制高效率、高精度自动配料生产线势在必行，而配料控制器是关键的设备之一。一般配料工业现场要保持良好的环境、噪音污染小、通风设施好，有利于操作人员的身心健康。第1章 液体混料装置控制系统的方案设计1.1总体方案设计整个设计过程是按思想工艺流程设计，为设备安装、运行和保护检修服务，设计的编写按照国家关于电气自动化工程设计中的电气设备常用基本图形符号及其他相关标准和规范编写。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、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，有模拟控制到微机控制，使功能的实现一到多而且更加趋于完善。对于本课题来说，如果液体混合系统部分是一个较大规模工业控制系统的改造升级，新控制装置需要根据企业设备和工艺现况来构成并需要尽可能的利用旧系统中的元器件。对于人机交互方式改造后系统的操作模式应尽量和改造前的相类似，以便于操作人员迅速掌握，从企业的改造要求可以看出在新控制系统中急需要处理模拟量也需要处理大量的开关量，系统的可靠性要高，人机交互界面友好，应具备数据储存和分析汇总的能力。要实现整个液体混合控制系统的设计，需要从怎样实现个电磁阀的开关以及电动机启动的控制这个角度去考虑，现在就这个问题的如何实现以及选择怎样的方法来确定系统方案。1.1.1方案的介绍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、工业控制计算机工业、可编程控制器控制。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贵，但是控制柜的安装接线工作量大，因此整个控制柜价格昂贵，灵活性差，影响速度慢。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、定时器和多种输入和输出接口电路。其低功耗、低电压和很强的控制功能，成为控制领域、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. 工业控制计算机工业 工业控制采用总线结构，各厂家产品兼容性强，有时操作系统的支持，在要求快速、实用性功能复杂的领域中占优势。但工业控制价格较高，将它用于开关控制有些大材小用。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. 可编程控制器控制可编程控制器配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，只需确定可编程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电和接线，通过修改程序适应工艺条件的变化。 可编程控制器从上个世纪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、价格低等优点，是目前工业自动化的首选控装置。1.2 PLC的选择随着PLC的推广普及，PLC产品的种类和数量越来越多，而且功能也日趋完善。近年来，从美国、日本、德国等国引进的PLC产品及国内厂家组装或自行开发的产品已有几十个系列、上百种型号。PLC的品种繁多，其结构型式、性能、容量、指令系统、编程方法、价格等各不相同，适用场合也各有侧重。因此，合理选择PLC，对于提高PLC在控制系统中的应用起着重要作用。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，也间接的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灌装机，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。PLC机型选择的基本原则是，在功能满足要求的前提下，选择最可靠、维护使用最方便以及性能价格比的最优化机型。 在工艺过程比较固定、环境条件较好（维修量较小）的场合，建议选用整体式结构的PLC；其它情况则最好选用模块式结构的PLC。 对于开关量控制以及以开关量控制为主、带少量模拟量控制的工程项目中，一般其控制速度无须考虑，因此，选用带A/D转换、D/A转换、加减运算、数据传送功能的低档机就能满足要求。 而在控制比较复杂，控制功能要求比较高的工程项目中（如要实现PID运算、闭环控制、通信联网等），可视控制规模及复杂程度来选用中档或高档机。其中高档机主要用于大规模过程控制、全PLC的分布式控制系统以及整个工厂的自动化等。根据不同的应用对象，表1列出了PLC的几种功能选择。PLC的功能及应用场合序号、应用对象、功能要求、应用场合 1 替代继电器 继电器触点输入/输出、逻辑线圈、定时器、计数器 替代传统使用的继电器，完成条件控制和时序控制功能。 2 数学运算 四则数学运算、开方、对数、函数计算、双倍精度的数学运算 设定值控制、流量计算；PID调节、定位控制和工程量单位换算。 3 数据传送 寄存器与数据表的相互传送等 数据库的生成、信息管理、BAT-CH（批量）控制、诊断和材料处理等。 4 矩阵功能 逻辑与、逻辑或、异或、比较、置位（位修改）、移位和变反等 这些功能通常按“位”操作，一般用于设备诊断、状态监控、分类和报警处理等。 5 高级功能 表与块间的传送、校验和、双倍精度运算、对数和反对数、平方根、PID调节等 通信速度和方式、与上位计算机的联网功能、调制解调器等。 6 诊断功能 PLC的诊断功能有内诊断和外诊断两种。内诊断是PLC内部各部件性能和功能的诊断，外诊断是中央处理机与I/O模块信息交换的诊断。 7 串行接口（RS-232C） 一般中型以上的PLC都提供一个或一个以上串行标准接口（RS-232C），以例连接打印机、CRT、上位计算机或另一台PLC。 8 通信功能 现在的PLC能够支持多种通信协议。比如现在比较流行的工业以太网等 对通信有特殊要求的用户。 对于一个大型企业系统，应尽量做到机型统一。这样，同一机型的PLC模块可互为备用，便于备品备件的采购和管理；同时，其统一的功能及编程方法也有利于技术力量的培训、技术水平的提高和功能的开发；此外，由于其外部设备通用，资源可以共享，因此，配以上位计算机后即可把控制各独立系统的多台PLC联成一个多级分布式控制系统，这样便于相互通信，集中管理。在本控制系统中，所需的开关量输入为6点，开关量输出为5点，考虑到系统的可扩展性和维修的方便性，选择模块式PLC。由于本系统的控制是顺序控制，选用西门子S7-200作为控制单元来控制整个系统，之所以选择这种PLC，主要考虑S7系列PLC有以下特点：1）快速的CPU处理速度，大程序容量；2）编程及监控功能强大，维修简单；3）结构紧凑，价格低廉，具有极高的性能/价格比；4）丰富的指令系统。输入/输出的选择 PLC是一种工业控制系统，它的控制对象是工业生产设备或工业生产过程，工作环境是工业生产现场。它与工业生产过程的联系是通过I/O接口模块来实现的。 通过I/O接口模块可以检测被控生产过程的各种参数，并以这些现场数据作为控制信息对被控对象进行控制。同时通过I/O接口模块将控制器的处理结果送给被控设备或工业生产过程，从而驱动各种执行机构来实现控制。PLC从现场收集的信息及输出给外部设备的控制信号都需经过一定距离，为了确保这些信息的正确无误，PLC的I/O接口模块都具有较好的抗干扰能力。根据实际需要，一般情况下，PLC都有许多I/O接口模块，包括开关量输入模块、开关量输出模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块以及其它一些特殊模块，使用时应根据它们的特点进行选择。输入模块和输出模块通常称为I/O模块或I/O单元。PLC的对外功能主要是通过各种I/O接口模块与外界联系而实现的。输入模块和输出模块是PLC与现场I/O装置或设备之间的连接部件，起着PLC与外部设备之间传递信息的作用。通常I/O模块上还有状态显示和I/O接线端子排，以便于连接和监视。PLC的一般结构如图1-1所示，由图可见主要有6个部分组成，包括CPU（中央处理器）、存储器、输入/输出接口电路、电源、外设接口、I/O扩展接口。 图1-1 PLC结构图中央处理单元（CPU）与通用计算机中的CPU一样，PLC中的CPU也是整个系统的核心部件，主要有运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的地址总线、数据总线和控制总线构成，此外还有外围芯片、总线接口及有关电路。CPU在很大程度上决定了PLC的整体性能，如整个系统的控制规模、工作速度和内存容量等。存储器存储器存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。PLC常用的存储器类型有RAM、EPROM、EEPROM等。（1）I/O模块输入模块和输出模块通常称为I/O模块或I/O单元。PLC的对外功能主要是通过各种I/O接口模块与外界联系而实现的。输入模块和输出模块是PLC与现场I/O装置或设备之间的连接部件，起着PLC与外部设备之间传递信息的作用。通常I/O模块上还有状态显示和I/O接线端子排，以便于连接和监视。（2）电源模块输入、输出接口电路是PLC与现场I/O设备相连接的部件。它的作用是将输入信号转换为PLC能够接收和处理的信号，将CPU送来的弱电信号转换为外部设备所需要的强电信号。 第2章 硬件电路设计2.1 总体设计从图2-1中可知设计的液体混合装置主要完成两种液体的自动混合搅拌并控制温度，如图2-1所示。此装置需要控制的元件有：其中SL1、SL2、L分别为低位液面传感器、中位液面传感器、高位液面传感器，液面淹没该点为ON。YV1、YV2、YV3为电磁阀，控制液体A、液体B的流入和混合液体的流出，M为搅拌电机。控制要求如下：初始：容器内为防空状态启动：液体A阀门打开，液体A进入混和液体装置；当液面达到中位传感器时，关闭液体A阀门，打开液体B阀门。液体B流入，当液面达到高液位传感器时，关闭液体B阀门，搅拌电机开始转动，进行液体混合搅拌，先正传二秒，停一秒 ，再反转二秒，停一秒；当搅拌电机正反转三次后，停止搅拌，同时启动YV3，混合液体放出；当液面达到低液位传感器时，延时二秒，延时时间到，关闭混合液体卸料阀门YV3关闭，重新开始下一循环。停止操作：按下停止按钮SB2，要处理完当前周期之后，系统才会停在初始位置。 图2-1 混料罐控制流程：当混合液体装置中的液体放空时，液体A阀门打开，液体A进入混和液体装置；当液面达到中位传感器时，关闭液体A阀门，打开液体B阀门，液体B进入混和液体装置；当液面达到高液位传感器时，关闭液体B阀门，搅拌电机开始转动，进行液体混合搅拌，先正传二秒，停一秒 ，再反转二秒，停一秒；当搅拌电机正反转三次后，停止搅拌，混合液体卸料阀门打开，开始放出混合液体；当液面达到低液位传感器时，延时二秒，延时时间到，关闭混合液体卸料阀们，然后开始下以混合液体操作。在该控制系统中，其中进料和卸料使用的是电磁阀来控制，液体混合中搅拌电机（三相交流异步电动机）来完成，液体在装置中的液位有三个反射式光电传感器进行检测，对应位置有液位时信号为1，否则为0。2.1.1 传感器的选择（1）传感器的灵敏度与量程范围传感器的灵敏度是传感器的最基本指标之一。灵敏度的大小直接影响到传感器对振动信号的测量。不难理解，传感器的灵敏度应根据被测振动量（加速度值）大小而定，但由于压电加速度传感器是测量振动的加速度值，而在相同的位移幅值条件下加速度值与信号的频率平方成正比，所以不同频段的加速度信号大小相差甚大。大型结构的低频振动其振动量的加速度值可能会相当小，例如当振动位移为 1mm, 频率为1 Hz 的信号其加速度值仅为0.04m/s2(0.004g)；然而对高频振动当位移为0.1mm，频率为10 kHz的信号其加速度值可达4 x 105m/s2 (40000g)。因此尽管压电式加速度传感器具有较大的测量量程范围，但对用于测量高低两端频率的振动信号，选择加速度传感器灵敏度时应对信号有充分的估计。最常用的振动测量压电式加速度计灵敏度，电压输出型（IEPE 型）为50100 mV/g，电荷输出型为10 50 pc/g。（2）传感器的灵敏度与量程范围传感器的灵敏度是传感器的最基本指标之一。灵敏度的大小直接影响到传感器对振动信号的测量。不难理解，传感器的灵敏度应根据被测振动量（加速度值）大小而定，但由于压电加速度传感器是测量振动的加速度值，而在相同的位移幅值条件下加速度值与信号的频率平方成正比，所以不同频段的加速度信号大小相差甚大。大型结构的低频振动其振动量的加速度值可能会相当小，例如当振动位移为 1mm, 频率为1 Hz 的信号其加速度值仅为0.04m/s2(0.004g)；然而对高频振动当位移为0.1mm，频率为10 kHz的信号其加速度值可达4 x 105m/s2 (40000g)。因此尽管压电式加速度传感器具有较大的测量量程范围，但对用于测量高低两端频率的振动信号，选择加速度传感器灵敏度时应对信号有充分的估计。最常用的振动测量压电式加速度计灵敏度，电压输出型（IEPE 型）为50100 mV/g，电荷输出型为10 50 pc/g。一般情况下传感器的高频截止频率与输出信号的形式（即电荷型或低阻电压型）无关；而与传感器的结构设计，制造以及安装形式和安装质量都密切相关。以下表格是对不同型式加速度传感器的高频响应作一个定性的归类，供用户在选用时对比和参考。如表2-1表 2-1传感器的灵敏度与量程范围高频响应外形, 重量和灵敏度敏感芯体形式总体设计安装形式最好体积小, 重量轻, 低灵敏度压缩型单层壳通用型螺钉安装好通用型剪切型单层壳带绝缘座吸铁, 粘接差个头大, 体重, 高灵敏度弯曲梁形式双层屏蔽壳手持2.1.2 传感器接头形式M5 (M6) 接头是加速度传感器最为常用的输出接头形式。M5接头特点是尺寸较小，一般用直径较细的电缆 (2mm 或 3mm )，比较适合振动实验的测试。另外M5 (M6) 的结构型式对信号屏蔽较好，所以对电荷输出型加速度传感器因其输出为较容易受干扰的高阻抗信号一般均采用M5 (M6) 接头。测量振动的加速度传感器接头一般避免使用Q9 (BNC), 原因是Q9(BNC),接头组件没有螺纹联接，构件之间的机械耦合刚度较低；因此如果加速度传感器输出采用Q9(BNC),，其将会影响传感器的高频响应。如下图2-2 图2-2 传感器输出接头形式2.1.3传感器的性能从广义上讲，传感器就是能感知外界信息并能按一定规律将这些信息转换成可用信号的装置；简单说传感器是将外界信号转换为电信号的装置。所以它由敏感元器件（感知元件）和转换器件两部分组成，有的半导体敏感元器件可以直接输出电信号，本身就构成传感器。敏感元器件品种繁多，就其感知外界信息的原理来讲，可分为物理类，基于力、热、光、电、磁和声等物理效应。化学类，基于化学反应的原理。生物类，基于酶、抗体、和激素等分子识别功能。通常据其基本感知功能可分为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏元件、声敏元件、放射线敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大类（还有人曾将传感器分46类）。下面对常用的热敏、光敏、气敏、力敏和磁敏传感器及其敏感元件介绍如下。1、温度传感器及热敏元件 温度传感器主要由热敏元件组成。热敏元件品种教多，市场上销售的有双金属片、铜热电阻、铂热电阻、热电偶及半导体热敏电阻等。以半导体热敏电阻为探测元件的温度传感器应用广泛，这是因为在元件允许工作条件范围内，半导体热敏电阻器具有体积小、灵敏度高、精度高的特点，而且制造工艺简单、价格低廉。2、半导体热敏电阻的工作原理 按温度特性热敏电阻可分为两类，随温度上升电阻增加的为正温度系数热敏电阻，反之为负温度系数热敏电阻。（1） 正温度系数热敏电阻的工作原理 此种热敏电阻以钛酸钡（BaTio3）为基本材料，再掺入适量的稀土元素，利用陶瓷工艺高温烧结尔成。纯钛酸钡是一种绝缘材料，但掺入适量的稀土元素如镧（La）和铌（Nb）等以后，变成了半导体材料，被称半导体化钛酸钡。它是一种多晶体材料，晶粒之间存在着晶粒界面，对于导电电子而言，晶粒间界面相当于一个位垒。当温度低时，由于半导体化钛酸钡内电场的作用，导电电子可以很容易越过位垒，所以电阻值较小；当温度升高到居里点温度（即临界温度，此元件的 温度控制点 一般钛酸钡的居里点为120）时，内电场受到破坏，不能帮助导电电子越过位垒，所以表现为电阻值的急剧增加。因为这种元件具有未达居里点前电阻随温度变化非常缓慢，具有恒温、调温和自动控温的功能，只发热，不发红，无明火，不易燃烧，电压交、直流3440V均可，使用寿命长，非常适用于电动机等电器装置的过热探测。（2） 负温度系数热敏电阻的工作原理 负温度系数热敏电阻是以氧化锰、氧化钴、氧化镍、氧化铜和氧化铝等金属氧化物为主要原料，采用陶瓷工艺制造而成。这些金属氧化物材料都具有半导体性质，完全类似于锗、硅晶体材料，体内的载流子（电子和空穴）数目少，电阻较高；温度升高，体内载流子数目增加，自然电阻值降低。负温度系数热敏电阻类型很多，使用区分低温（-60300）、中温（300600）、高温（600）三种，有灵敏度高、稳定性好、响应快、寿命长、价格低等优点，广泛应用于需要定点测温的温度自动控制电路，如冰箱、空调、温室等的温控系统。 热敏电阻与简单的放大电路结合，就可检测千分之一度的温度变化，所以和电子仪表组成测温计，能完成高精度的温度测量。普通用途热敏电阻工作温度为-55+315，特殊低温热敏电阻的工作温度低于-55，可达-273。2.1.4电动机的选型电动机的选用，首先要了解电动机的机械负载特性，根据机械负载的类型和特性来选择电动机的额定容量、额定转速、额定电压以及型式。要为某一生产机械选配一台电动机，首先要合理选择电动机的功率。通常根据生产机械负载的需要来选择电动机的功率，同时，还要考虑负载的工作制问题，也就是说，所选的电动机应适应机械负载的连续、短时或间断周期工作性质。功率选用时不能太大，也不能太小。选小了，保证不了电动机和生产机械的正常工作；选大了，虽然能保证正常运行，但是不经济，电动机容量不能被充分利用，而且电动机经常不能满载运行，使得效率和功率因数不高。其次，根据电源电压条件，要求所选用的电动机的额定电压与频率同供电电源电压与频率相符合。电动机的转速一定要按生产机械铭牌上的要求选择，否则可能改变生产机械的性能。此外，电动机的结构、防护、冷却和安装形式，应适应使用环境条件的要求，并且要力求安装、调试、检修方便，以保证电机能安全可靠的运行。所以我选着的搅拌电动机的型号为Y90S-4，功率1.1kw,转速1400r/mm,如图2-3 图2-3 Y90S-4搅拌电动机其硬件接线如图2-4图2-4 硬件接线2.1.5电磁阀的选择1. 阀型的选择： （1）确定公称压力，不是用Pmax去套PN，而是由温度、压力、材质三个条件从表中找出相应的PN并满足于所选阀之PN值。 （2）确定的阀型，其泄漏量满足工艺要求。 （3）确定的阀型，其工作压差应小于阀的允许压差，如不行，则须从特殊角度考虑或另选它阀。 （4）介质的温度在阀的工作温度范围内，环境温度符合要求。 （5）根据介质的不干净情况考虑阀的防堵问题。 （6）根据介质的化学性能考虑阀的耐腐蚀问题。 （7）根据压差和含硬物介质，考虑阀的冲蚀及耐磨损问题。 （8）综合经济效果考虑的性能、价格比。需考虑三个问题： a结构简单（越简单可靠性越高）、维护方便、备件有来源； b使用寿命； c价格。2、材料的选择： （1）阀体耐压等级、使用温度和耐腐蚀性能等方面应不低于工艺连接管道的要求，并应优先选用制造厂定型产品。 （2）水蒸汽或含水较多的湿气体和易燃易爆介质，不宜选用铸铁阀。 （3）环境温度低于20时（尤其是北方），不宜选用铸铁阀。 （4）对汽蚀、冲蚀较为严重的介质温度与压差构成的直角坐标中，其温度为300，压差为1.5MPa两点连线以外的区域时，对节流密封面应选用耐磨材料，如钴基合金或表面堆焊司特莱合金等。 （5）对强腐蚀性介质，选用耐蚀合金必须根据介质的种类、浓度、温度、压力的不同，选择合适的耐腐蚀材料。 （6）阀体与节流件分别对待，阀体内壁节流速度小并允许有一定的腐蚀，其腐蚀率可以在lmm年左右；节流件受到高速冲刷、腐蚀会弓起泄漏增大，其腐蚀率应小于0.1mm年。 （7）对衬里材料（橡胶、塑料）的选择时该工作介质的温度、压力、浓度都必须满足该材料的使用范围，并考虑阀动作时对它物理、机械的破坏（如剪切破坏）。 （8）真空阀不宜选用阀体内衬橡胶、塑料结构。 （9）水处理系统的两位切断阀不宜选用衬橡胶材料。 （10）典型介质的典型耐蚀合金材料选择： （11）到目前为止，最万能的耐腐蚀材料是四氟，称为“耐蚀王”。因此，应首先选用四氟耐腐蚀阀，不得已的情况下（如温度180，PN16）才选用合金。3、电磁阀的性能 （1）介质温度不同规格产品，否则线圈会烧掉，密封件老化，严重影响寿命。（2）介质粘度，通常在50cSt以下。若超过此值，通径大于15mm用ZDF系列多功能电磁阀作特殊订货。通径小于15mm订高粘度电磁阀。（3）介质清洁度不高时都应在电磁阀前配装反冲过滤阀，压力低时尚可选用直动膜片式电磁阀。（4）介质若是定向流通，且不允许倒流和单需用双向流通，请作特殊要求提出。（5）介质温度应选在电磁阀允许范围之内。4、管道参数（1）根据介质流向要求及管道连接方式选择阀门通口及型号。 （2）根据流量和阀门KV值选定公称通径，也可选同管道内径。请注意有的厂家未标有KV值，往往阀孔尺寸小于接口管径，切不可贪图价低而误事。（3）工作压差 最低工作压差在0.04Mpa以上是可选用间接先导式；最低工作压差接近或小于零的必须选用直动式或分步直接式。相关元件主要技术参数及原理如下：1、其最大特点就是能通过设备上的按键设置来控制流量，达到定时排空的效果。2、其阀体材料为：聚四氟乙烯，有比较强的抗腐蚀能力。3、使用电压：AC:220V50Hz/60HZ DC:24V。4、功率：AC:5KW。（如下图2-5） 图2-5 AVF-40型电磁阀本机选择C40P型机，输入、输出点数为40，其中输入点24个，通道0的0015和通道1的0007，编号为I0000I0107，输出点16个，起编号05000511可以直接接负载。输入点I0000I0001可以为高速计数器的输入与复位端，此处作一般输入点使用。有上述情况可知它是属于输入输出点可重叠编号的机型。输入/输出地址分配如表如下图2-2表2-2 液体混合装置输入/输出地址分配输入设备输入点编号输出设备输出点编号启动按钮I0000电磁阀YV10500SQ1液位传感器I0002电磁阀YV20501SQ2液位传感器I0003电磁阀YV30502L液位传感器I0004搅拌机M0508停止按钮I00012.1.6电源条件1根据供电电源种类，分别选用交流和直流电磁阀。一般来说交流电源取用方便。2电压规格用尽量优先选用AC220V.DC24V。3电源电压波动通常交流选用+%10%.-15%，直流允许%10左右，如若超差，须采取稳压措施或提出特殊订货要求。4应根据电源容量选择额定电流和消耗功率。须注意交流起动时VA值较高，在容量不足时应优先选用间接导式电磁阀。所以根据以上的条件要求电磁阀的选择如下：（1）入罐液体选用VF4-25型电磁阀其中“V”表示电磁阀，“F”表示防腐蚀， 40表示口径（mm）宽度。相关元件主要技术参数及原理如下：1、材质：聚四氟乙烯；使用介质：硫酸、盐酸、有机溶剂、化学试剂等酸碱性的液体。2、介质温度150/环境温度-2060。3、使用电压：AC:220V50Hz/60Hz DC:24V.4、功率：AC:2.5KW。5、操作方式：常闭、通电打开、断电关闭，动作响应迅速，高频率。2.2 输入/输出接线图输入/输出接线图如图3-1 图3-1 I/O接线图（1）第一种液体的进入当PLC接通电源后，按下启动按钮SB1后，触点I0003接通，得与之相连的电磁阀YV1接通并保持，液体A开始流入，当液体达到液面传感器SQ2的位置时，YV1动作。（2）第二种液体的进入当液体达到液位传感器SQ1的位置时，SQ1动作，I0002接通得电并自锁，与之相连的电磁阀YV2接通并保持，液体B开始流入液罐，同时I0002的动断辅助触点I0002断开，液体A停止流入。（3）搅拌机工作当液体达到液位传感器L时，L动作，I0004接通与之相连的电磁阀接通并保持，同时I0004的动断辅助触点I0004断开，搅拌机开始搅拌，搅拌完成，然后开始下一混合液体操作。（4）混合液体开始排出搅拌完成间继电器VF4-25计时时间到，其动合辅助触点VF4-25闭合，0502得电并自锁，与之相连的电磁阀YV4接通并保持，同时0502的动断辅助触点0502断开，断开0500、0501，液体开始排出（5） 混合液体排完0502得电，液体排出的同时SQ1、SQ2、L相继复位，当液面下降到L时，L由接通变为断开，其动断辅助触点L复位闭合，时间继电器VF4-25得电开始计时，2s后VF4-25计时时间到，其动断辅助触点VF4-25断开，0502失电停止排放液体（6）重复液体混合过程及停止VF4-25动合辅助触点闭合，0500得电自锁，其动断辅助触点0500断开，VF4-25失电复位，开始循环，当需要停止时按下停止按钮SB2，等待本次液体混合操作处理完毕，停止混合操作，且停止系统运行。23洛阳理工学院毕业设计（论文）第3章 软件的设计3.1 流程图流程图如图3-1图3-1程序框3.2 梯形图根据控制要求和I/O地址编制的控制梯形图3-2图3-2 控制梯形图3.3 语句表表3-4 语句表LD I0000ANI 1115DIFU 1100LD 1115OUT HL1LD I0001DIFU 1101LD I0002DIFU 1102LD I0003DIFU 1103LD I0004DIFD 1104LD 1100LD 1101KEEP 1115LD 1115AND T001OR 1100LD 1103KEEP 0500 YV1LD 1103LD 1102KEEP 0501 YV2LD CNTR 002DIFU 1105LD 1105LD T001KEEP YV3LD 1104LD T001KEEP 1114LD 1114TIM 001 #0020LD T001LD 25314LD 25314CNTR 001 #1600LD CNTR 001LD 1101KEEP 0001LD 0001SPED 000 001 #0002LD 1101INI 000 003 000LD 01000OUT HL2SDEC CNTR 001 0030 IR 000LD T001IORF IR 000 IR000LD 1102OR T005LD 0509OR T002OR CNTR 002KEEP 0508LD 0508TOM 002 #0020LD T002LD T003KEEP 1011LD 1011TIM 003 #0010LD T003LD 0508OR T004KEEP 0509LD 0509TIM 004 #0020LD T004LD T005KEEP 1013LD 1013TIM 004 #0010LD T005LD 25314LD CNTR 002CNTR 002 #0003END36 第4章 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。4.1系统故障的概念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、4.2故障分析及处理4.2.1 PLC主机系统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耗的原因。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、故障率已经大大下降。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，同时在系统维护时，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。4.2.2 PLC的I/O端口PLC最大的薄弱环节在I/O端口。PLC的技术优势在于其I/O端口，在主机系统的技术水平相差无几的情况下，I/O模块是体现PLC性能的关键部件，因此它也是PLC损坏中的突出环节。要减少I/O模块的故障就要减少外部各种干扰对其影响，首先应按照其使用的要求进行使用，不可随意减少其外部保护设备，其次分析主要的干扰因素，对主要干扰源要进行隔离或处理。4.2.3 现场控制设备在整个过程控制系统中最容易发生故障地点在现场，现场中最容易出故障的有以下几个方面1、第1类故障点是在继电器。接触器、PLC控制系统的日常维护中，电器备件消耗量最大的为各类继电器和空气开关，主要原因除产品本身外，就是现场环境比较恶劣，接触器触点容易打火或氧化，然后发热变形直至不能使用。所以减少此类故障应尽量选用高性能继电器，改善元器件使用环境，减少更换的频率，以减少其对系统运行的影响。2、第2类故障多发点在阀门等设备上。因为这类设备的关键执行部件，利用电动执行机构推拉阀门或闸板的位置转换，机械、电气、液压等各环节稍有不到位就会产生误差或故障。长期使用缺乏维护，机械、电气失灵是故障产生的主要原因，因此在系统运行时要加强对此类设备的巡检，发现问题及时处理。3、第3类故障点是传感器和仪表，这类故障在控制系统中一般反映在信号的不正常。这类设备安装时信号线的屏蔽层应单端可靠接地，并尽量和动力电缆分开敷设，特别是高干扰的变频器输出电缆，而且要在PLC内部进行软件滤波。这类故障的发生及处理也和日常巡检有关，发现问题应及时处理。4.3 系统抗干扰性的分析和维护由于PLC是专门为工业生产环境设计的装置，因此一般不需要再采取特殊措施就能直接用于工业环境中。单如果工业环境过于恶劣，如干扰特别强烈，可能使PLC引起错误的输入信号；运算出错误的结果；产生出错误的输出信号；造成错误的动作，就不能保证控制系统正常、安全运行。因此为提高控制系统的可靠性，在设计时采取相应有效的抗干扰措施是非常有必要的。外界干扰的主要来源有：（1）电源的干扰供电电源的波动以及电源电压中高次谐波产生的干扰。（2） 感应电压的干扰PLC周围邻近的大容量设备启动和停止时，因电磁感应引起的干扰；其他设备或空中强电场通过分布电容串入PLC引起的干扰。（3）输入输出信号的干扰输入设备的输入信号线间寄生电容引起的差模干扰和输入信号线与大地间的共模干扰；在感性负载的场合，输出信号由断开-闭合时产生的突变电流和由闭合-断开的反向感应电势以及电磁接触器的接点产生电弧等产生的干扰。（4）外部配线干扰因各种电缆选择不合理，信号线绝缘降低，安装、布线不合理等产生的干扰。提高PLC控制系统抗干扰性能的措施：1、科学选型；2、选择高性能电源，抑制电网干扰；3、正确的选择接地点，完善接地系统；4、柜内合理选线配线，降低干扰。39结 论通过写这次的毕业论文，让我对知识有了全面而深刻的认识，大学这几年，我学到了很多东西，但是，由于缺乏实践，笼统的理论知识，也变形而上学，不符合实际。我们掌握了课本上所涉及的本专业基础知识，但是由于我们的知识太独立，总是出现与实际脱节的现象。做毕业设计，是一个机会，有助于我们独立思考，勤于发问，不断创新，通过做设计，我们可以重新温故所学知识，并能养成发现问题，解决问题的好习惯，这为以后的工作积累了宝贵经验。刚开始的时候，由于缺乏经验，当确定题目后，需要去查阅大量的相关资料，并且还要总结概括将零碎的知识化为一个有机的整体，以及对每个具体问题的分析。实践经验的缺乏，让我不停的反复修改、校核，过程很复杂。当设计完后感觉自己又学会了很多有用知识，尽管还还存在一些问题，还是很欣慰自己的成果。由于题目很宽泛，所以灵活性也就很大。这次的毕业设计就充分的检测了我们大学所学的知识。也让我意识到了知识的重要性。所以以后有机会还要更加努力地学习。这一次让我认识到自己真的还有很多的不足之处，虽然即将离校，但我相信，在以后的工作过程中，还将不断的努力，改正以前的缺点，作一名合格的职员，贡献自己的力量。都知道实践是检验真理的唯一标准，我们更应该将知识运用于实践中来检验真理。47谢 辞时间没有任何预兆的从我们指间悄悄流走，留下了属于我自己的劳动成果和努力过后的喜悦，终于，我的毕业论文也画上了句号。虽然它也算不上是圆满，但却也是我付出心血和汗水的见证。这次毕业论文能顺利完成离不开指导老师的大力支持和同学的帮助，在这里，我尤其要感谢我的指导老师梁莉老师；同时，也非常感谢学校能给予我这样一个机会，让我能够独立完成一个课题，使我们在即将毕业的最后一段时间里，掌握更多的理论知识。在完成毕业论文的整个过程中，综合用到了我们大学三年学到的知识，这让我对所学的专业课知识有了更牢固的掌握，同时也学习到了一些实践应用知识，增强了我们实践操作和动手应用能力，有利于我们理论结合实践、运用实践，再一次对我的母校表示深深的感谢。在老师的指导下我学会了发现问题，寻找问题，在遇到问题的过程中能够冷静的分析问题，解决问题，这让我获益匪浅。同学们的帮助也让我学会很多，在大学即将结束的日子里，我们共同演绎了团结合作的童话，把一个以前未曾接触过的庞大论文顺利的完成了，正是因为有了你们的帮助，才让我取长补短，学到了更多书本外的有用知识。是他们给我营造了一个良好的创作环境，互相讨论，互相帮助，我才逐渐有了思路，完成本次毕业论文。通过这次毕业论文，我才真正意识到，自己还存在很多的缺点和不足，实践是最好的老师，在让我发现不足，改正缺点的同时，还积累了丰富的知识，吸取教训，最终找到解决问题的方法，为以后的工作和学习打下坚实的基础。最后，我要再次真诚地感谢在这次毕业论文中给予我鼓励和支持的老师和同学们，谢谢大家的团结和帮助。参考文献1 张文明， 全自动液体灌装机.，机电一体化，20032 张桂香、马全广，电器控制与PLC应用，化学工业出版社，20043 陈士瑞、王祥群，高精度灌装生产线中的自动化技术应用，包装与食品机械，20044 朱旦，PLC在纯净水灌装设备中的应用，给水排水，20005 王东梅、李玉成等，PLC在啤酒灌装压盖机上的应用，包装工程，20006 李国厚，PLC原理及应用设计，北京：化学工业出版社，20057 齐占庆主编，机床电气控制技术，机械工业出版社，19998 熊光楞，机电一体化系统,武汉：武汉理工大学出版社，19969 田瑞庭，可编程控制器及其应用技术，机械工业出版社，199410 刘美俊，提高PLC控制系统可靠性的措施，电工技术杂志，200111 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PLC原理与应用. 北京:清华大学出版社，200919 王兆义. 可编程控制器教程. 北京:机械工业出版社，199720 史国生. 电气控制与可编程控制器技术. 北京:化学工业出版社，2003外文资料翻译Automatic mixture system developmentIn order to extend the life of a PLC control system, in system design and production use on the system of the equipment, components and equipment failure point has a clear estimate, in other words, you want to know what part of the entire system most likely to fail, to take measures, hope PLC process control system design and maintenance of the system. System failure generally refers to the entire production control system failure, the sum of it can be divided into PLC fault and field production control device failure in two parts. PLC system including Central processors, host box, expansion chassis, i/o modules and related network and an external device. Field production control equipment including i/o ports and on-the-spot control detection equipment, such as relays, contactors, valves, motors, etc. PLC host system where the fault in power system, power supply, heat in continuous work, the voltage and current shock wave is inevitable. The system bus due to damage to the plugin structure is now PLC, long-term use of insertion module will cause local printing plate or floor, connectors interface of bus, in the air temperature change damaged, humidity change under the influence of the bus routes, printing plastic ageing aging, the points of contact oxidation is the reason the system bus loss. So in system design and processing system failure to consider the air and dust, uv damage to equipment of factors. Currently the main memory of PLC is used mostly erasable ROM, its service life and production process related except the floor, and the power supply, the CPU module technology level. The CPU and PLC are using high-performance processor chips, failure has been dramatically reduced. The host system for PLC fault prevention and treatment basically is to improve the management level of concentration control, while in system maintenance, strictly according to the procedures, beware of artificial damage to host system.In the whole process control system fault location in the field, in the field of the fault is the following respects(1) Slass 1 breakdown in relays. Contactor, PLC control system, electrical parts in the maintenance of the largest consumption for all kinds of relays and air switch, the main reason except the product itself, the comparison is bad, contactor contacts to spark or oxidation, then hot deformation until cannot use. So reduce such failure should try to choose high-performance relays, improve environment, reduce use components change of frequency, in order to reduce the influence of system operation.(2) The second type of fault in the valve determine equipment. Because this kind of equipment, use of the key parts of execution of electric actuators push-pull valve disc position or, mechanical, electrical, hydraulic and so on each link slightly inadequate will produce error or malfunction. Long-term use of maintenance, mechanical, electrical failure is the main reason causing trouble, so in the system operation to strengthen such equipment inspection, find out problems timely treatment.(3) Of article 3 fault sensors and instrumentation, this is in control system fault signal reflected in general. This kind of equipment installation of shielding layer signal should be single, and reliable grounding and power cables apart installation, especially high frequency interference, and output cables in PLC internal filter. This kind of fault and processing and daily inspection relevant, found that the problem should be handled in a timely manner.The systematic anti-interference 5.3 analysis and maintenanceBecause of PLC is dedicated to the design of industrial production environment, so the device generally do not need to adopt measures can be directly used for special industrial environments. Too bad single if industrial environments, such as interference especially strong, can make the mistake caused by PLC input signal, The results of the wrong, Produce the output signal error, Errors, cannot guarantee the normal control system, safety operation. So as to improve the reliability of the control system, in the design of the corresponding effective anti-interference measures are necessary.The input signal input device parasit
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