毕业设计（论文）-基于PLC掺混控制系统设计.doc

广师天河学院毕 业 设 计（论 文）题 目： PLC掺混控制系统 （英文）：Hybrid Control System Implemented by Programmable Logical controller 系 别： 电气工程系 专 业： 电力系统及其自动化 姓 名： 学 号： 指导教师： 日 期： 2010 年 4 月 IPLC掺混控制系统PLC掺混控制系统内容摘要本次设计是用三菱公司FX2NPLC机实现对掺混系统控制。PLC在掺混控制系统中的应用，大大简化了控制系统的设计过程和硬件结构，使该系统在恶劣的工作环境中也能够保持很高的可靠性和可维护性，降低了事故率，提高了控制系统的可靠性和安全性。PLC控制具有功能强，通用灵活，可靠性高，环境适应性好，编程简单，使用方便，以及体积小、重量轻、功耗低等一系列优点。在设计中具体分析了掺混控制系统的结构，控制方式，工艺流程图和软硬件设计。在对该控制系统的设备状况及控制方式、工艺要求有一个基本了解的基础上，开始进行该控制系统的硬件设计，其主要包括确定系统输入输出元件及I/O点数，PLC型号的选择和硬件配置。由于I/O点较多，在本系统中采用了整体式可编程序控制器，其基本单元的型号为FX2N-80MR-001，扩展单元为FX2N-48ER。然后根据I/O点数设计出可编程序控制器的外部硬件接线图，以及可编程序控制器的编程元件表，包括程序中使用的输入/输出继电器、辅助继电器M、状态继电器S、定时器T、数据寄存器D的元件号、名称和功能。在系统的软件设计这一部分，较详细地讨论了系统中PLC的程序设计。基于系统的特点，大部分梯形图采用步进指令（STL）。关键词：可编程序控制器（PLC）；掺混控制系统；步进梯形指令（STL）Hybrid Control System Implementedby Programmable Logical controllerABSTRACT This paper mainly introduces the hybrid control system by Mitsubishi FX2N programmable controller. The application of programmable controller in the hybrid control system simplifies the design of control system and hardware structure. The system offers high reliability and maintainability in harsh environment. Meanwhile it can reduce the proportion of accident and improve the reliability and security of the control system.PLC has lots of advantages such as powerful function, flexible usage, high reliability, good environmental suitability, low power dissipation, simple programming and so on. The structure of the control, the control scheme, flowchart and the design of hardware and software are analyzed concretely. Hardware design includes deciding input/output and the type of PLC. According to the input /output, the outer hardware connection diagram of the PLC is designed. Because of many I/O puts, we adopt entire type program controller. The model of its basic unit is expanded the unit for FX2N-48ER for FX2N-80MR-001. Component tables of program controller including I/O, the component name and function of relay, auxiliary relays (M), state latches (S), timers (T) and data registers (D) are present. Meanwhile at this part of software design of system the programming of PLC in the system is discussed in detail. Most of the ladder diagrams are applied by step ladder instruction (STL) for the features of the control system. The program design for PLC in this system is presented in detail, the ladder logic program of PLC and instructions are given. Keywords: Programmable Logical Controller (PLC); Hybrid Control system;Step Ladder Instruction (STL)目 录内容摘要IABSTRACTII1 绪论11.1 掺混控制系统简介11.2 可编程序控制器的概述11.3 本课题的主要任务和基本参数11.3.1设计课题名称及主要技术参数和要求11.3.2 主要任务22 掺混控制系统设备状况及控制要求22.1 设备概况22.2 控制要求22.2.1 进料过程（过渡仓到混仓）32.2.2 进料过程停止32.2.3 循环过程（混仓内进行）52.2.4 循环过程停止（以混仓1为例）62.2.5 输送过程（混仓到包装仓）72.2.6 输送过程停止82.2.7 部分参数的可调节范围92.2.8 报警提示设计93 控制系统的方案选择103.1 确定方案103.1.1 PLC与微机的主要差异及各自的特点113.1.2 PLC与继电器之间的异同114 PLC选型124.1 机型选择134.1.1 机型选择的原则134.2 FX2N系列PLC 的主要特点134.3 确定I/O点及选择PLC144.3.1 可编程控制器控制系统I/O点数估计144.3.2 PLC的I/O分配表154.4 元件选型154.4.1 音叉式料位开关154.4.2 电磁阀164.4.3 泄压阀164.4.4 切换阀165 控制系统的软件设计165.1 控制系统的工艺流程说明165.1.1 过渡仓1到混仓1的进料过程175.1.2 过渡仓1到混仓2的进料过程175.1.3 过渡仓2到混仓1的进料过程185.1.4 过渡仓2到混仓2的进料过程195.1.5 过渡仓1、2交替到混仓1的进料过程（以先开过渡仓1为例）195.1.6 过渡仓1、2交替到混仓2的进料过程（以先开过渡仓1为例）205.1.7 自动进料过程215.2 循环过程215.3 输送过程225.4 梯形图程序设计235.4.1 PLC程序框图245.4.6 该控制系统梯形图25结 束 语36参考文献37致 谢38附录A39附录B41附录C 原理图43附录D 元件编号图44附录E 外部接线图45PLC掺混控制系统1 绪论1.1 掺混控制系统简介掺混控制系统广泛应用于粉末、水泥、合金、粮食、化工原料、饲料生产等的混合控制中。随着微电子技术和计算机技术的迅速发展，PLC（可编程控制器）不仅用逻辑编程取代了硬接线逻辑，还增加了运算、数据传送和处理的功能，真正成为一种计算机工业控制装置。PLC的功能远远超出逻辑控制、顺序控制的范围，所以在工业发达国家，PLC在其自动化设备中的比例占首位。近年来，我国的PLC技术也从初期的引进、消化走向吸收和推广应用阶段，并且在许多工业领域取得了良好的经济效益和社会效益。在国内的掺混在国内的掺混控制系统中，主要存在三种控制类型： 继电器控制 微机控制 PLC控制在现代控制系统中，前两种方法因其自身的局限性，多不采用。而多是采用PLC控制系统，这是一种工业控制机，具有抗干扰能力强，工作可行性高，平均无故障时间长，可在恶劣环境下正常工作，并可与计算机联网运行。此外，PLC系统还可大大缩短系统的设计，加快工作进度。在本次设计中我们采用了可编程控制系统。1.2 可编程序控制器的概述可编程控制器的英文为:Programmable Logic Controller，简称PLC，是1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。是在20世纪60年代末面向工业环境由美国科学家首先研制成功的。它采用可编程序的存储器，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指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，取代各种类型的机械或生产过程的继电器控制系统。可编程序控制器及其有关设备，都是按易于与工业控制系统形成一体、易于扩充其功能的原则设计的。PLC（可编程序控制器）技术是研究自动化领域广泛使用的工业控制计算机设备的原理、功能、编程和使用方法，是自动化专业及相关专业的一门专业性质较强且与生产实践紧密相联的技术。1.3 本课题的主要任务和基本参数1.3.1设计课题名称及主要技术参数和要求课题名称：掺混PLC控制系统设计要求： 以PLC为核心。 主要完成系统功能控制、状态显示、信息检测和报警硬件组建所需要的PLC和传感器等元器件的选择。 完成系统控制软件设计。 实現对掺混的自动控制以及运行状态的检测功能和显示功能。1.3.2 主要任务系统的方案及总体设计：设计的主要内容是完成自动控制功能、状态显示和信息检测所需要的硬件和传感器等元器件的选择。并完成控制软件设计和PLC与单片机通讯的通信协议的设计。包括： 总体方案的确定； PLC的选择； 各模块电路的设计； 软件设计； 编写设计说明书等。 2 掺混控制系统设备状况及控制要求 2.1 设备概况对工业控制系统中调整介质的方向、流量、速度和其他的参数。电磁阀有很多种，不同的控制系统来说，设备是具体的控制对象。只有掌握了设备状况，对控制系统的设计才有了基本的依据。因此在掌握设备状况时，既要掌握设备的种类、多少，也要掌握设备的新旧程度。整个设备包括过渡仓1、2，混仓1、2，包装仓1、2，音叉料位开关，气动阀，切换阀，松动风，泄压阀，仓壁振动器，电磁阀等部分组成。2.2 控制要求该掺混控制系统有过渡仓2个，混仓2个，包装仓2个（分别用1、2标记区别）。控制系统有进料，循环，输送三种工作状态。分自动控制和手动控制两种工作模式。根据控制系统的工程要求自行选择PLC，要求PLC功能能够完全满足所有要求。要求控制系统有报警的软硬件，新增包装仓松动风独立手控点2个，增加反吹风伴管电磁阀独立手动顺序控制点8个（以工艺要求为准），控制程序以达到工艺标准为准。下面分别对三种工作状态加以说明(图中编号见附录原理图有详细说明)：2.2.1 进料过程（过渡仓到混仓）该过程有两种工作模式：自动控制和手动控制。当过渡仓内有物料时（图中（17），（18）不一定显示有料）即可运行进料过程，运行过程如下：以过渡仓1输送到混仓1为例。（本说明流程图中，“，”表示顺序动作，“-”表示同时动作。） 图1 进料过程流程图2.2.2 进料过程停止 情况一：由键盘输入停止进料指令，则系统各控制点发生如下动作：（以过渡仓到混仓1为例）图2 进料过程正常停止流程图 情况二：紧急停车在发生故障或其他紧急事件时，输入紧急停止指令后，则系统控制点发生如下动作：（以过渡仓1到混仓1为例）图3 进料过程紧急停止流程图在自动控制模式下两过渡仓只能够交替运行，不允许同时运行。当过渡仓的两料位计（21）、（22）发出有料信号，开启先发出有料信号的过渡仓进行送料。若同时发出有料信号，则优先1仓，然后再1、2仓交替运行。（即1仓（7）、（9）、（19）开启时，（8）、（10）、（20）关闭，在此时间段内2仓同时完成（16）由闭到开的过程，反之，当（7）、（9）、（19）关闭时，而（12）显示有料，则立即开启（8）、（10）、（20）送料，此时间段内仓同时完成（15）由开到闭的过程。）在自动进料过程运行之前需要对进料仓工作状态进行选择。同一混仓在进行循环或输送时不能同时进行进料过程。如果有一混仓允许进行进料过程，则自动选择该混仓。如有两个及以上混仓允许运行时，则发出报警声，并弹出菜单，由操作人员进行确认。确认后报警声自动消失，如在两分钟内无确认，则自动按1、2仓的顺序优先选择小序号。如无允许运行进料过程的混仓，进料过程不动作，并发出报警声，在操作人员确认后报警消失。在手动模式下共分为8种过程，当存在允许运行进料过程的混仓时，就能够启动一种进料过程，并且能够随时停止任一进料过程（包括自动模式下的进料过程）。手动控制的8种过程为： 单一运行: a 过渡仓1 混仓1 b 过渡仓2 混仓1c 过渡仓1 混仓2d 过渡仓2 混仓2 交替运行:a 过渡仓1、2 混仓1b 过渡仓1、2 混仓2 停止过程:a 过渡仓1停止 b 过渡仓2停止2.2.3 循环过程（混仓内进行）当启动一个混仓的循环过程必须保证该仓没有进行输送或者是进料过程。在此条件下，只要混仓内有料（不管音叉状态如何）即可进行循环，且允许2个混仓同时进行循环，运行顺序如下：（以混仓1循环为例）图4 循环过程流程图2.2.4 循环过程停止（以混仓1为例）图5 循环过程正常停止流程图循环过程紧急停止（以混仓1为例）： 图6 循环过程紧急停止流程图循环过程分四种情况：混仓1循环，混仓2循环，混仓1循环停止，混仓2循环停止。在循环过程中，振动器在两组之间交替运行，运行周期位3分钟。2.2.5 输送过程（混仓到包装仓）当混仓有料且没有进行进料和输送过程，并存在未全满的包装仓就可进行输送过程。输送过程也分为：自动控制和手动控制两种模式。开始输送过程前需先进行自动或手动的确认。在自动控制模式下，同一混仓的输送过程在两个包装仓之间交替进行。且按照先1后2的顺序选择未满的包装仓（即包装仓的音叉显示无料）轮流输送。当一个音叉显示有料时则自动切换到下一个未满的包装仓，如此周而复始。当所有的包装仓全满时，则自动停止输送过程，延时20到60分钟后再自动运行。当一混仓的所有音叉（包括输送罐上的音叉）全部发出无料信号，3分钟后发出报警声，在一分钟内如果无新的指令输入 ，就自动停止输送过程，且不再自动启动。在输送的过程中，随时可以人为发出停止指令停止输送过程，手动停止后就不再自动启动。 在手动模式下，当存在允许运行输送过程的混仓和包装仓时，就可以启动一种输送过程且可以随时停止一种输送过程。在一种手动输送过程中，当输送的包装仓的音叉显示有料时则报警，如两分钟无新的指令输入，按程序自动停止输送过程。输送过程就按如下程序启动（以混仓1到包装仓1为例）图7 输送过程流程图2.2.6 输送过程停止输送过程应按如下程序停止：（以混仓1到包装仓1为例）图8 输送过程正常停止流程图输送过程紧急停止：（以混仓1到包装仓1为例）图9 输送过程紧急停止流程图在输送过程中，振动器也在两组之间自动进行交替运行，交替运行以3分钟为周期。 同一混仓的进料、循环、输送过程不能同时进行，只能运行一种，当计算机接到由一种状态变为另一种状态的指令时，必须先人工停止前一过程再启动后一过程。2.2.7 部分参数的可调节范围 气刀、仓风、锥风开放时为断续供气，具体调节范围如下：气刀（9）（10）（29）（35）（36）（30）开1-8秒，仓风、锥风（17）（18）（55）（56）（49）（50）（41）（4）开0-10秒，关0-10秒。 管延时启动时间 一般报警告知维持时间 进料抽真空时间；进料过程停止，总清过渡仓时间；进料过程紧急停止，清进料管道时间。 循环时延时检测混仓底部上音叉信号时间；循环停止时，总清混仓时间；循环紧急停止时，清混仓循环管道时间。 输送时延时检测混仓底部上音叉信号时间；输送停止时，总清混仓时间；输送紧急停止时，清输送管道时间。2.2.8 报警提示设计任何控制系统在最大限度地满足生产控制要求的同时，还要做到安全、可靠、经济和使用维修方便。现代的PLC为工业自动控制提供了十分完善的控制手段。但随着工业生产过程的复杂化和功能要求的不断提高，对PLC控制系统的要求也越来越高。总线技术的开发应用，更使PLC控制系统不断扩大化了，因而对远程控制、群控、数控、数据的修改与交换、故障的自动检测、自动报警、各控制点的状态显示以及历史事件记录的查询等智能化控制技术提出了新的更高的要求。生产厂家已使PLC具有自我诊断功能来检测其自身的故障，但PLC外部设备的故障检测需要用户自己设计处理。下面对本次设计的报警功能进行设计.一般报警告知：所有音叉正常料位有料时，发出一个短音，主要用于提示工作人员对整个系统运行正常与否进行判断。第二种报警告知：报警音维持1060秒（可调）后消失 在自动控制模式下（21）或（22）有料 在输送过程中（69）或（70）有料 在输送过程中（57）（53）（51）（43）（37）（27）或（58）（54）（52）（44）（38）（28）全无料第三种报警告知：报警音必须在操作人员作出处理后才能消除 混仓上料位计有料时 罐中上音叉有料而罐中下音叉无料，出现故障即：a. （11）有（5）无 ， b. （12）有（6）无c. （37）有（27）无 ， d. （38）有（28）无e. （57）有（53）无 ， f. （58）有（54）无 计算机发出指令后，20秒钟内没有返回阀门已打开的信号故障 在手动控制模式下（21）或（22）有料。3 控制系统的方案选择3.1 确定方案系统方案选择的原则是在满足生产机械工艺要求确保产品质量的前提下，力求投资少，效益高和操作方便。掺混控制系统可分为进料、循环、输送三种状态，要求该系统有定时、报警、计数、计时等功能，并且可以实现自动控制和手动操作。根据课题要求，可以采用继电器控制，PLC控制，微机控制三种方法控制。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储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，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，都应按易于使工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。同时可编程序控制器具有可靠性高、抗干扰能力强，适应性强、应用灵活，编程方便、易于使用，控制系统设计、安装、调试方便，维修方便、维修工作量小，功能完善等特点。从微型计算机的应用范围来说，微型计算机是在以往计算机与大规模集成电路的基础上发展起来的，其最大特征是运算速度快，功能强，应用范围广。例如，近代科学计算，科学管理和工业控制都离不开它。而PLC是一种为适应工业控制环境而设计的专用计算机，选配对应的模块便可适用于各种工业控制系统，而用户只需改变用户程序即可满足工业控制系统的具体控制要求。3.1.1 PLC与微机的主要差异及各自的特点 应用范围。微机除了用在控制领域外，还大量用于科学计算、数据处理、计算机通信等方面。而PLC主要用于工业控制。 使用环境。微机对环境要求较高，一般要在干扰小，具有一定的温度和湿度要求的机房内使用。PLC可靠性高，可适用于工业现场环境。 输入/输出。微机系统的I/O设备与主机之间采用微电联系，一般不需要电气隔离。而PLC一般控制强电设备，需要电气隔离，输入输出均用光电耦合，输出还采用继电器、可控硅或大功率晶体管进行功率放大。 程序设计。微机具有丰富的程序设计语言，如汇编语言、FORTRAN语言、C语言、PASCAL语言等，其语句多，语法关系复杂，要求使用者必须具有一定水平的计算机硬件和软件知识。PLC提供给用户的编程语句数量少，编程简单，采用易于用户学习、理解、接受和掌握。 系统功能。微机系统一般配有较强的系统软件，例如操作系统，能进行设备管理、文件管理、存储器管理等。它还配有许多应用软件，以方便用户。而PLC一般只有简单的监控程序，能完成故障检查、用户程序的输入和修改、用户程序的执行和监督等。 价格。微机是通用机，功能完善，故价格较高。而PLC是专用机，功能较少，其价格是微机的十分之一左右。如果采用微机作为某一设备的控制器，就必须根据实际需要考虑抗干扰问题和硬件软件设计，以适应设备控制的专门需要。从以上的比较可知，PLC是一种用于工业自动化控制的专用微机控制系统，结构简单，抗干扰能力强，可靠性高，价格也比一般的微机系统低。3.1.2 PLC与继电器之间的异同 从某种意义上看，PLC是从继电器控制发展而来的，但PLC的控制与继电器的控制又有不同之处，主要表现在以下几方面： 控制逻辑。继电器控制逻辑采用硬接线逻辑，利用继电器机械触点的串联或并联及延时继电器的滞后动作等组合成控制逻辑，其接线多而复杂，体积大，功耗大，一旦系统构成后，想再改变或增加功能都很困难。另外，继电器触点数目有限，每只只有48对触点，因此灵活性和扩展性很差。而PLC采用存储器逻辑，其控制逻辑以程序方式存储在内存中，要改变控制逻辑，只需改变程序，故称为“软接线”，其接线少，体积小，而且PLC中每只软继电器的触点数在理论上无限制，因此灵活性和扩展性很好。PLC由中大规模集成电路组成，功耗小。 工作方式。当电源接通时，继电器控制线路中各继电器都处于受约状态，即该吸合的都应吸合，不该吸合的都因受某种条件限制不能吸合。而PLC的控制逻辑中，各继电器都处于周期性循环扫描接通之中，从宏观上看，每个继电器受制约接通的时间是短暂的。控制速度。继电器控制逻辑依靠触点的机械动作实现控制，工作频率低，还会出现抖动问题。而PLC是由程序指令控制半导体电路来实现控制，速度极快，不会出现抖动问题。 计数控制。PLC能实现计数功能，而继电器控制逻辑一般不具备计数能。 设计和施工。使用继电器控制逻辑完成一项控制工程，其设计、施工与调试必须依次进行，周期长，而且修改困难。而用PLC完成一项控制工程，在系统设计完成后，现场施工和控制逻辑的设计（包括梯形图设计）可以同时进行，周期短，且调试和修改都很方便。 可靠性和可维护性。继电器控制逻辑使用了大量的机械触点，连线也多。触点开闭时会受到电弧的损坏，并有机械磨损，寿命短，因此可靠性和可维护性差。PLC采用微电子技术，大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成，它体积小，寿命长，可靠性高。PLC还配有自检和监督功能，能检查出自身的故障，并随时显示给操作人员，还能动态地监视控制程序的执行情况，为现场调试和维护提供了方便。 价格。继电器控制逻辑使用机械开关、继电器和接触器，价格比较低。而PLC采用大规模集成电路，价格比较高。从以上几个方面的比较可知，PLC在性能上比继电器控制逻辑优异，特别是可靠性高、设计施工周期短、调试修改方便，而且体积小、功耗低、使用维护方便。根据PLC，微机控制，继电器控制三者之间的优缺点，可知选用PLC控制比较合理、经济、可靠，所以本课题采用PLC控制系统。4 PLC选型 4.1 机型选择随着PLC的推广普及，PLC产品的种类越来越多，而且功能也日趋完善。PLC的品种繁多，其结构形式、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控制系统的技术经济指标起着重要的作用。4.1.1 机型选择的原则机型选择的基本原则应是在功能满足要求的情况下，保证可靠、维护使用方便以及最佳的性能价格比。具体应考虑以下几方面： 结构合理 功能合理 指令系统的选择 CPU能力 机型统一 在考虑上述性能后，还要根据工程应用实际考虑其他一些因素，这些因素包括：性能价格比，备品备件的统一考虑，技术支持等。综合以上各种因素，决定选用三菱FX2N系列可编程序控制器。FX2N系列PLC是日本三菱公司近年推出的小型高性能整体式PLC。它是FX2的更新换代型，由基本单元、扩展单元、扩展模块、特殊模块和特殊单元组成。FX2N系列PLC的输出电路也有三种：继电器型，双向晶闸管型和晶体管型。基本单元、扩展单元和扩展模块均可选择不同的输出方式。产品有FX2N-16M128M型。4.2 FX2N系列PLC 的主要特点FX2N系列是小型化，高速度，高性能和所有方面都是相当于FX系列中最高档次的超小型程序装置。除输入出16256点的独立用途外，还可以适用于在多个基本组件间的连接，模拟控制，定位控制等特殊用途，是一套可以满足多样化广泛需要的PLC。其特点如下： 一个程序包的单元型可编程控制器 FX系列是由电源、CPU、存储器和输入出器件组成的单元型可编程控制器。而且，AC电源、DC输入型的内装DC24V电源作为传感器的辅助电源。 采用装卸端子台 基本单元及扩展单元采用易于维修的装卸式端子台。 内装RUN/STOP开关 在编程端子罩内装有RUN/STOP开关。 程序存储器标准型内装8K步有备用电池的RAM存储器。另外，若采用可选用的存储卡盒，那么，最大可扩充到16K步。关于存储器的类型，可以选用RAM、EEPROM和EPROM。 RUN写入PC使用A7PHP/A7HGP、A6GPP/A6PHP相对应的编程软件，可以在RUN时改变程序。 元件注释通过设定参数可以确保编程存储器内元件注释（日文字母/字母数字）区域。此外，还具有利用可输入汉字的外围设备给程序加汉字注释的显示功能。 丰富的输入出扩展设备 可以接各种输入出扩充设备。 输入类型：DC输入（24V） 输出类型：继电器输出，三端双向可控硅开关件输出，晶体管输出 式 样：标准型端子台 丰富的特殊扩展设备 模拟输入设备 模拟输出设备 温度传感器输入 高速计数器 热电偶输入设备 1轴定位设备 双轴（内插）定位设备 脉冲输出设备 并联连接 ID机器连接设备 RS485通信设备 NELSECLNET/MINIS3连接设备 RS232C通信设备 模拟容量模块等 用SFC表现的编程可表现SFC（顺序功能图）方式程序，可设计适合机器运行的顺控程序。此外，程序也可以和指令表、梯形电路图互相转换。 简便的应用指令群FX2N系列可编程控制器是由简便指令到复杂控制指令支持。简便指令是为减轻序列编辑负担，复杂控制指令则要求控制复杂。4.3 确定I/O点及选择PLC4.3.1 可编程控制器控制系统I/O点数估计输入设备用以产生输入控制信号（如按钮、指令开关、限位开关、接近开关、传感器、变送器等）。本系统中包括音叉料位开关20个和启动按钮20个。输出设备由PLC的输出信号驱动的执行元件，如继电器、接触器、电磁阀、指示灯等。该系统中有切换阀8个、气刀阀6个、泄压阀2个、气动阀12个、松动风18个、振动器2台、电磁阀2个，伴管8个。本系统中实际需要输入点40点，输出点61点，根据输入输出点数，以及考虑到今后对系统的维护和扩充使用，要保留1/8的裕量，因此我们选用的PLC型号为三菱公司的FX2N系列，其选择如下：基本单元：FX2N-80MR-001（输入点40点，输出点40点）扩展单元：FX2N-48ER（输入点24点、输出点24点）在确定了控制对象的控制任务和选择好PLC的机型后，即可安排输入、输出的配置，并对输入、输出进行地址编号。分配I/O地址时要注意以下问题： 设备I/O地址尽可能连续； 相邻设备I/O地址尽可能连续； 输入/输出I/O地址分开； 每一框架I/O地址不要全部占满，要留有一定的余量，便于系统扩展和工艺流程的改，但不宜保留太多，否则会增加系统成本； 充分考虑控制柜与控制柜之间、框架与框架之间、模块与模块之间的信号联系，合理地安排I/O地址，减少它们之间的内部连线。4.3.2 PLC的I/O分配表掺混控制系统输入点X分配表（见附录A）掺混控制系统输入点Y分配表（见附录B）4.4 元件选型4.4.1 音叉式料位开关 物位检测仪表的种类有多种，最常用的是机械接触式料位计，它又可以分为旋转叶轮式、重锤式和音叉式等几种。重锤探测式料位计是机械-电子系统模拟人工探测方式来检测料位的。可用于高温及粉尘环境，量程大，可连续测量。但由于接触式测量，易受物料的影响，如加料时不能测量，因为此时重锤易被覆盖，影响电动机的正常运转，机械故障率高，维护量大，大量程时测量周期长。另外，还有一种超声波式物位计，它是非接触式的，能实现非接触测量，但是价格较高，太贵了，不是很划算，经过比较决定选用实惠一点的音叉式料位计。CTS-YG型音叉式料位限位开关依靠压电晶体使叉体产生振动。当叉体被物料覆盖时,振动减弱,这一变化通过电子电路检出后输出一个开关量,可用于上、下限位控制或上下限报警。使用简单,运行可靠,在冶金、建材、化工、轻工、 煤碳、粮食等行业中应用广泛。该产品的特点是：一运行可靠。该限位开关无可动元件.机械及电路结构简单,一经安装投运后无需维护。二无需调校由于该限位开关的检测不受介质电特性及密度变化的影晌,所以无论检测何种物料，安装完毕即可使用，无需现场调试。共计20个CTS-YG型音叉式料位限位开关。4.4.2 电磁阀电磁阀是以电磁铁为动力元件进行阀门开闭动作的电动执行器。它的特点是结构紧凑、尺寸小、重量轻、维护简单、可靠性高、并且价格低廉。它的零部件数量通常仅为电动阀的1/3左右，而高度也只有电动阀或气动阀的1/31/2。无填料函型电磁阀是最常见的电磁阀。按动作原理可分为两类，一类是直动式，另一类是先导式，它的特点是通过先导阀的先导作用，使主阀发生开闭动作，以控制管路内工作介质的流通。经过比较，决定选用ZCLF-50型无填料函型直接连系的先导式电磁阀 ，共计2个。4.4.3 泄压阀可将给管道中超过向导阀安全设定值之压力释放，并维持管中压力于一安全设定值以下，以防止管中高压或突压（SURGE）毁损管线或设备。可用高层大楼消防测试循环系统之泄压用，以防止水压过高造成系统危险。LA802Y-600型安全泄压阀，该阀适用于油田采油设备和管路上，作为系统压力瞬间升高的安全保护装置。4.4.4 切换阀选用D4-03-2B2型电磁切换阀，共计2个。5 控制系统的软件设计5.1 控制系统的工艺流程说明工艺流程说明是指具体对每个过程的工作流程进行说明，整个控制系统共分为三个部分，即进料、循环、输送，现对每一个部分的每一个过程将进行说明（说明以流程图的形式，针对软件中的步进指令，本流程图将只说明在每一过程中执行到每一步需要执行的元件）具体过程如下：5.1.1 过渡仓1到混仓1的进料过程图10 过渡仓1到混仓1进料过程工作流程图5.1.2 过渡仓1到混仓2的进料过程图11 过渡仓1到混仓2进料过程工作流程图5.1.3 过渡仓2到混仓1的进料过程图12 过渡仓2到混仓1进料过程工作流程图5.1.4 过渡仓2到混仓2的进料过程图13 过渡仓2到混仓2进料过程工作流程图5.1.5 过渡仓1、2交替到混仓1的进料过程（以先开过渡仓1为例）图14 过渡仓1、2交替到混仓1进料过程工作流程图5.1.6 过渡仓1、2交替到混仓2的进料过程（以先开过渡仓1为例）图15 过渡仓1、2交替到混仓2进料过程工作流程图5.1.7 自动进料过程即过渡仓1、2自动交替到混仓1或混仓2，在开启此过程时，首先须进行混仓选择。在开启自动进料过程时，若Y020关、Y030开则选择混仓1，若Y020开、Y030关则选择混仓2，若两个同时关则报警并弹出菜单，由M30来选择混仓1还是混仓2。流程图与第二章里的对应流程图基本相同，只是在发送罐上音叉有料时，要检测Y020及Y030的状态，是选择混仓1还是选择混仓2。5.2 循环过程 在进行循环过程时，不允许与该混仓有关的进料和输送过程，但允许两个混仓同时进行循环。流程图以混仓1为例。图16 循环过程工作流程图5.3 输送过程 在进行此过程时，不能与该输送过程有关的混仓进料和循环，以混仓1到包装仓1为例。图17 输送过程工作流程图5.4 梯形图程序设计 编程序时要注意编程序的方法。一般地，PLC的编程有三种方法：经验法、解析法和图解法。其中图解法是靠画图进行PLC程序设计，常见的主要有三种方法：梯形图法、波形图法和流程图法。梯形图法是很基本的方法，无论经验法还是解析法，若把PLC程序等价成梯形图后，就要用到梯形图法。波形图法很适合于时间控制电路。流程图是用框图表示PLC程序执行过程及输入条件与输出间关系。在使用步进指令的情况下，用它进行设计，是很方便的。梯形图是使用得最多的可编程序控制器图形编程语言。梯形图与继电器控制系统电路图很相似具有直观易懂的优点，很容易被掌握，特别适用于开关量逻辑控制。把梯形图称为电路或程序，把梯形图的设计叫作编程。在该系统的程序设计中，我先画出系统工作状态的流程图，然后根据流程图编写梯形图，其中大部分程序用到了步进指令STL。STL指令是步进梯形指令，程序最终采用RET指令返回。在三菱公司的可编程序控制器中，采用S状态寄存器来表示步。例如，S0表示初始步。使用STL指令的状态的常开触点称为STL触点。STL触点驱动的电路块具有以下三个功能，即对负载的驱动处理、指定转换条件和指定转换目标。STL指令又以下一些特点：1、与STL触点相连的触点应使用LD或LDI指令，即LD点移到STL触点的右侧，直到出现下一条STL指令或出现RET指令，RET指令使LD点返回左侧母线。2、STL触点可以直接驱动或通过别的触点驱动Y,M,S,T等元件的线圈。3、由于CPU只执行活动步对应的电路块，使用STL指令时允许双线圈输出，即不同的STL触点可以分别驱动同一编程元件的一个线圈。在不同的产品中，步对应的S状态寄存器编号，即分配的寄存器数量和编号是不同的。在我选用的FX2N系列产品中，状态S0S9用于初始步，S10S19用于返回原点，S20S499是通用状态，S500S899有断电保持功能，S900S999用于报警。程序包括从过渡仓到混仓的进料过程，混仓及混仓间的循环过程，混仓到包装仓的输送过程，另外还有系统报警程序。5.4.1 PLC程序框图图18 PLC程序框图475.4.6 该控制系统梯形图本梯形图中继电器编号见附录元件编号图结 束 语设计进行到这里，为期一个学期的毕业设计终于完成。本次设计的课题是掺混PLC控制系统， 其间遇到了很多困难，在唐晓明老师的讲解后，开始明白了大概的原理和思路。开始时因对原理图理解不够充分，导致画流程图时遗漏了好多步骤，后来通过华南理工大学的彭海涛同学的启发，对流程图进行了修改；梯形图编程时也遇到了瓶颈，不知从哪入手，后来经过了同学的帮助，才把梯形图设计出来。本设计采用PLC对掺混控制系统进行控制，大大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。此外，大部分梯形图采用步进指令（STL），这样使程序的条理更加清晰易懂！作者初次设计,经验不足,水平有限,本设计虽完成基本要求,但存在有很多明显的不足之处,主要有没有详细设计人机对话的控制操作面板及指示灯，因各方面原因和局限，对应用到实际中的一些问题考虑不足，只能满足理论上对掺混控制系统的设计！不足之处请老师们批评和谅解。参考文献1 廖常初. 可编程序控制器的编程方法和工程应用M.重庆：重庆大学出版社.20032 欧阳三泰，欧阳希，周琴. 可编程控制器发展综述J.机床电器.2005.13 陈润泰，许琨. 检测技术与智能仪表 中南工业大学出版社. 2002 4 王永华，现代电气控制及PLC应用技术 北京航空航天大学. 20045 李景学，金广业编可编程控制器应用系统设计方法北京：电子工业出版社，19956 李仁， 电器控制北京：机械工业出版社，19987 梁剑雄，邓水先. 高可靠性的PLC控制系统的设计. 2005.18 何国金. 机械电气自动控制M.重庆：重庆大学出版社，20029 欧阳三泰，欧阳琳，周琴. 浅谈PLC高级运用程序设计与技术要点.2002.410 中国工控网提供. 2004年中国PLC市场分析J.电气时代.2005.111 邱敏. 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