液体自动混合装置的PLC控制.doc

宁夏大学新华学院工程与应用科学系 2012 届毕业设计 液体自动混合装置的 PLC 控制 摘要 摘要 本文所介绍的多种液体自动混合装置是一种适用于工业环境下的新型通用自 动控制装置 在本设计中采用了日本三菱公司 FX 系列 FX2N可编程控制器 以三种 液体的混合控制为例 将三种液体按一定比例进行混合 之后对液体进行搅拌 搅 拌后加热 待加热到特定温度后从容器中流出 并实现整个控制系统的自动循环控 制 在控制系统中通过装置中的液位传感器控制液体流量 温度传感器控制混合液 体的温度 实现了对液体混合装置的控制 在设计中具体完成了 PLC 硬件设计和软 件编程 并通过系统调试 达到自动混合液体的目的 提高了液体混合生产的自动 化程度和生产效率 可以用于工业上液体混合及后期加工等 基本适合于工业生产 要求 其便于维修和保养 关键词 关键词 多种液体 混合装置 自动控制 PLC 宁夏大学新华学院工程与应用科学系 2012 届毕业设计 Automatic liquid mixing device PLC control ABSTRACT This text is introducing at Counts Various Liquids Automatic to mix with PLC The control system is a kind of new in general use automatic control device that be applicable to the industry environment which uses FX series model FX2N PLC made by Mitsubishi Electric of Japan to complete the control of the device that used to mix the liquid The design of the three liquid mixture in control as an example is to a certain proportion by the three liquid mixture after beat up the mixture then calefaction the mixture and form a circle It through the process liquid level sensor to control liquid flux have finished the hardware design of PLC and software programming and debugged and tested the whole system In conclusion the device is capable of mixing the liquid automatically The technique improves the automation extent of the liquid production line and productivity It can use for the liquid on the industry mix with and the post process and so on basic suitable for the industry produces the request easy operation repair and maintenance Keywords Variety Of Liquid Mixed Devices Automatic Control PLC 宁夏大学新华学院工程与应用科学系 2012 届毕业设计 目 录 1 绪 论 1 1 1 课题背景 1 1 2 技术的发展趋势 1 1 3 设计的目的 2 2 可编程控制器的基本结构及工作原理 3 2 1 可编程控制器的基本结构 3 2 1 1 中央处理器 3 2 1 2 存储器 4 2 1 3 输入 输出 I O 模块 4 2 1 4 编程器 4 2 1 5 电源 5 2 2 可编程控制器的工作原理 5 2 3 可编程控制器的主要功能 6 2 4 可编程控制器的主要特点 7 3 液体自动混合装置的 PLC 实现 8 3 1 液体混合装置示例 8 3 2 液体混合装置控制要求 9 3 3 PLC 硬件的选择 11 3 4 PLC 硬件的实现 13 3 4 1 机型选择 13 3 4 2 I O 点数分配 14 3 4 3 液体混合装置 I O 外部接线图 14 3 5 PLC 软件的实现 15 3 5 1 软件编程的基本知识 15 3 5 2 液体自动混合装置控制程序 16 3 5 3 控制梯形图 18 3 5 4 语句表 19 4 结 论 20 参考文献 21 致 谢 22 外文翻译 23 附 件 51 宁夏大学新华学院工程与应用科学系 2012 届毕业设计 1 1 1 绪绪 论论 1 1 课题背景 随着科学技术的迅猛发展 自动控制技术在人类活动的各个领域中应用越来越 广泛 它的水平已成为衡量一个国家生产和科学技术先进与否的一项重要指标 在 许多行业中 液体自动混合是必不可少的程序 也是其生产过程中十分重要的一部 分 液体自动混合装置是将多种液体按先后顺序 按一定比例混合 加热后输出的 生产装置 液体自动混合装置在很多行业中都很实用 在炼油 化工 制药等行业 中是必不可少的工序 由于生产过程中的介质多为易燃易爆 有毒有腐蚀性的物体 工作环境十分恶劣 不适合人工操作 加上现代工业生产要求 不断提高生产质量 缩短生产周期 降低生产成本等 其生产由以前简单的人工操作 机械化 半自动 化向着自动化 智能化的方向发展 确保整个液体自动混合过程混合精确和控制可 靠的要求 所以液体自动混合装置势必是现今制造行业中不可或缺的一部分 液体 混合装置的控制系统由什么来控制 怎么控制 也成为工控行业中的一大难题 1 2 技术的发展趋势 当前 液体自动混合装置的控制方式有以下四种 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 下面就来简单介绍一下它们 1 继电器控制 该系统的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 单片机是一个超大规模的集成电路 结构上包括 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 工控领域 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 它的硬件设计 制作和程序设计的工作量相当大 3 工业控制计算机控制 工业控制计算机采用总线结构 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 不如接线端可靠 宁夏大学新华学院工程与应用科学系 2012 届毕业设计 2 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制和设计外部 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 通过修改程序适应工艺条件的变化 PLC 与继电器控制的主要区别有以下几点 组成器件不同 继电器控制线路是由许多真正的硬件继电器组成的 而 PLC 是 由许多 软继电器 组成的 这些 继电器 实际上是存储器中的触发器 可以置 0 或置 1 触点的数量不同 硬继电器的触点数有限 一般只有 4 至 8 对 而 软继电器 可供编程的触点数有无限对 因为触发器状态可取用任意次 控制方法不同 继电器控制是通过元件之间的硬接线来实现的 因此其控制功 能就固定在线路中了 因此功能专一 不灵活 而 PLC 控制是通过软件编程来解决 的 只要程序改变 功能可跟着改变 控制很灵活 工作方式不同 继电器控制线路中 当电源接通时 线路中各继电器都处于受 制约状态 该合的合 该断的断 而在 PLC 的梯形图中 各 软继电器 都处于周 期性循环扫描接通中 从客观上看 每个 软继电器 受条件制约 接通时间是短 暂的 也就是说继电器控制的工作方式是并行的 而 PLC 的工作方式是串行的 由于液体混合装置以往常采用传统的继电器接触器控制 使用硬连接电器较多 可靠性差 自动化程度不高 之前国内许多地方的此类控制系统主要采用继电器接 触器控制 传统的继电接触控制系统 只能改变某些硬件接线 才能完成控制 而 PLC 可在不改变硬件接线的情况下 通过修改程序而实现控制顺序的变化 目前许 多企业采用先进控制器对传统接触控制进行改造 大大提高了控制系统的可靠性和 自控程度 为企业提供了更可靠的生产保障 所以 PLC 在工业控制系统中得到了良 好的应用 本次设计的控制系统选 PLC 控制系统 1 3 设计的目的 本次设计解决的主要问题是通过 PLC 的控制使多种液体能够安全 快速 准确 地实现自动混合 设计中所混合的液体为三种 三种液体依次定量流入缸中 在电 动机搅拌后加热到一定温度将混合液输出 其中所有环节都将由传感器 接触器 电磁阀等设备配合 PLC 的控制进行 实现整个流程的自动化 准确化和较高的精度 要求 液体自动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的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 宁夏大学新华学院工程与应用科学系 2012 届毕业设计 3 2 2 可编程控制器的基本结构及工作原理可编程控制器的基本结构及工作原理 2 1 可编程控制器的基本结构 可编程控制器可编程控制器即 PLC 是英文 ProgrammableProgrammable LogicLogic ControllerController 的缩写 可编 程控制器是以微处理器技术 电子技术和先进可靠的工艺为基础 综合了计算机 通信 自动化控制理论 结合工业生产的特定要求而发展起来的 是用于生产过程 自动化和电气传动自动化操作的工业装置 近年来 随着计算机在操作系统 应用 软件 通信等方面的发展 可编程控制器的通信能力和控制能力大大增强 因此 无论是单机控制还是多机网络控制 可编程控制器在电气传动 生产流水线以及过 程控制等领域都得到了广泛的应用 是一种面向过程控制的数字电子装置 它具有 控制能力强 操作方便灵活 价格便宜 可靠性高等特点 不仅可以取代传统的继 电接触器控制系统 还可以构成复杂的工业过程控制网络 是一种适应现代工业发 展的新型控制器 可编程控制器实际上是一种工业控制计算机 它由软件与硬件组成 软件包括 系统程序和用户程序 硬件结构与一般微机控制系统相似 甚至与之无异 可编程 控制器主要由 CPU 模块 中央处理单元 存储器 RAM 和 EPROM 输入 输出模块 简称 I O 模块 编程器和电源组成 图 1 是 PLC 的控制系统组成图 图 1 PLC 控制系统组成图 2 1 1 中央处理器 中央处理单元 CPU 一般由控制器 运算器和寄存器组成 这些电路都集成在一 个芯片内 CPU 通过数据总线 地址总线和控制总线与存储单元 输入输出接口电 路相连接 与一般计算机一样 CPU 是 PLC 的核心 它按 PLC 中系统程序赋予的功 宁夏大学新华学院工程与应用科学系 2012 届毕业设计 4 能指挥 PLC 有条不紊地进行工作 用户程序和数据事先存入存储器中 当 PLC 处于 运行方式时 CPU 按循环扫描方式执行用户程序 CPU 的主要任务有 控制用户程序 和数据的接收与存储 用扫描的方式通过 I O 部件接收现场的状态或数据 并存入 输入映像寄存器或数据存储器中 诊断 PLC 内部电路的工作故障和编程中的语法错 误等 PLC 进入运行状态后 从存储器逐条读取用户指令 经过解释后按指令规定 的任务进行数据传送 逻辑运算或算术运算等 根据运算结果 更新有关位置的状 态和输出映像寄存器的内容 再经输出部件实现输出控制 制表打印或数据通讯等 功能 不同型号的 PLC 其 CPU 芯片是不同的 有采用通用 CPU 芯片的 有采用厂家 自行设计的专用 CPU 芯片的 CPU 芯片的性能关系到 PLC 处理控制信号的能力与速 度 CPU 位数越高 系统处理的信息量越大 运算速度也越快 PLC 的功能是随着 CPU 芯片技术的发展而提高和增强的 2 1 2 存储器 PLC 的存储器包括系统存储器和用户存储器两部分 系统存储器用来存放由 PLC 生产厂家编写的系统程序 系统程序固化在 ROM 内 用户不能直接更改 它使 PLC 具有基本的功能 能够完成 PLC 设计者规定的各项工作 系统程序质量的好坏 很 大程度上决定了 PLC 的性能 其内容主要包括三部分 第一部分为系统管理程序 它主要控制 PLC 的运行 使整个 PLC 按部就班地工作 第二部分为用户指令解释程 序 通过用户指令解释程序 将 PLC 的编程语言变为机器语言指令 再由 CPU 执行 这些指令 第三部分为标准程序模块与系统调用 它包括许多不同功能的子程序及 其调用管理程序 如完成输入 输出及特殊运算等的子程序 PLC 的具体工作都是 由这部分程序来完成的 这部分程序的多少也决定了 PLC 性能的高低 用户存储器 容量的大小 关系到用户程序容量的大小 是反映 PLC 性能的重要指标之一 2 1 3 输入 输出 I O 模块 输入 输出模块是 PLC 与输入 输出设备连接的部件 输入接口接受输入设备 如按钮 行程开关 各种继电器触点 传感器等 的控制信号 输出接口是将经 主机处理过的结果通过输出电路去驱动输出设备 如继电器 接触器 电磁阀 指 示灯等 I O 接口电路一般采用光电耦合电路 以减少电磁干扰 这是提高 PLC 可 靠性的重要措施之一 继电器输出为有触点输出方式 存在触点的寿命问题 一般 用于开关通断频率较低的直流负载和交流负载 此外 还有晶体管输出接口 晶闸 管输出接口 2 1 4 编程器 编程器的作用是供用户进行程序的编制 编辑 调试和监视 编程器除了用来 输入和编辑用户程序外 还可以用来监视可编程控制器运行时梯形图中各种编程元 件的工作状态 编程器可以永久地连接在可编程控制器上 将它取下来后可编程控 宁夏大学新华学院工程与应用科学系 2012 届毕业设计 5 制器也可以运行 一般只在程序输入 调试阶段和检修时使用 一台编程器可供多 台可编程控制器共用 2 1 5 电源 可编程序控制器一般使用 220V 交流电源 可编程控制器内部的直流稳压电源为 各模块内的元件提供直流电压 某些可编程控制器可以为输入电路和少量的外部电 子检测装置 如接近开关 提供 24V 直流电源 驱动现场执行机构的直流电源一般 由用户提供 2 2 可编程控制器的工作原理 PLC 是采用 顺序扫描 不断循环 的方式进行工作的 在可编程控制器开机 后 完成内部处理 通信处理 输入刷新 程序执行 输出刷新五个工作阶段 称 为一个扫描周期 完成一次扫描后 又重新执行上述过程 可编程控制器这种周而 复始的循环工作方式称为扫描工作方式 即 PLC 运行时 CPU 根据用户按控制要求 编制好并存于用户存储器中的程序 按指令步序号 或地址号 作周期性循环扫描 如果无跳转指令 则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序 直到程序结束 然 后重新返回第一条指令 开始下一轮新的扫描 在每次扫描过程中 还要完成对输 入信号的采样和对输出状态的刷新等工作 周而复始 PLC 的扫描工作过程大致可分为输入采样 程序执行和输出刷新三个阶段 并 进行周期性循环 如图 2 所示 图 2 PLC 的扫描工作过程 1 输入采样阶段 PLC 在输入采样阶段 首先以扫描方式按顺序将所有暂存在输入锁存器中的输 入端子的通断状态或输入数据读入 并将其存入 写入 各对应的输入状态寄存器 中 即刷新输入 随即关闭输入端口 进入程序执行阶段 在程序执行阶段 即时 输入状态有变化 输入状态寄存器的内容也不会改变 变化了的输入信号状态只能 在下一个扫描周期的输入采样阶段被读入 宁夏大学新华学院工程与应用科学系 2012 届毕业设计 6 2 程序执行阶段 PLC 在程序执行阶段 按用户程序指令存放的先后顺序扫描执行每条指令 所 需的执行条件可从输入状态寄存器和当前输出状态寄存器中读入 经过相应的运算 和处理后 其结果再写入输出状态寄存器中 所以 输出状态寄存器中所有的内容 随着程序的执行而改变 3 输出刷新阶段 当所有指令执行完毕 输出状态寄存器的通断状态在输出刷新阶段送至输出锁 存器中 并通过一定方式 继电器 晶体管或晶闸管 输出 驱动相应输出设备工 作 这就是 PLC 的实际输出 经过这三个阶段 完成一个扫描周期 实际上 PLC 在程序执行后还要进行各种 错误检测 自诊断 并与外部设备进行通信 这一过程称为 监视服务 由于扫描 周期为完成一次扫描所需的时间 输入采样 程序执行 监视服务 输出刷新 其 长短主要取决于三个因素 即 CPU 执行指令的速度 每条指令占用的时间和执行指 令的数量 即用户程序长短 一般不超过 100ms 2 3 可编程控制器的主要功能 随着技术的不断发展 目前 PLC 已能完成以下功能 1 开关逻辑控制 用 PLC 取代传统的继电接触器进行逻辑控制 这是它的最基本应用 2 定时 计数控制 用 PLC 的定时 计数指令来实现定时和计数控制 3 步进控制 用步进指令实现一道工序完成后 再进行下一道工序操作的控制 4 数据处理 能进行数据传达 比较 移位 数制转换 算术运算和逻辑运算等操作 5 过程控制 可实现对温度 压力 速度 流量等非电量参数进行自动调节 6 运动控制 通过高速计数模块和位置控制模块进行单轴和多轴控制 如用于数控机床 机 器人控制 7 通信联网 通过 PLC 之间的联网及与计算机的联接 实现远程控制或数据交换 8 监控 能监视系统各部分的运行情况 并能在线修改控制程序和设定值 9 数字量与模拟量的转换 宁夏大学新华学院工程与应用科学系 2012 届毕业设计 7 能进行 A D 和 D A 转换 以适应对模拟量的控制 2 4 可编程控制器的主要特点 可编程控制器具有以下特点 1 可靠性高 抗干扰能力强 PLC 采用大规模集成电路和计算机技术 对电源采取屏蔽 对 I O 接口采取光 电耦合 在软件方面定期进行系统状态及故障检测 而这些都是继电接触器控制系 统所不具备的 2 功能完善 编程简单 组合灵活 扩展方便 PLC 采用软件编制程序来实现控制要求 编程时使用的各种编程元件 其实就 是各个寄存器中的一个存储单元 它们可提供无数个常开触点和常闭触点 从而可 以节省大量的中间继电器 时间继电器和计数继电器 使得整个控制系统大为简单 只需在外部端子上接上相应的输入输出信号线即可 这就能方便地编制程序 灵活 组合要求不同的控制系统 并能在生产工艺流程改变或生产设备更新时 不必改变 PLC 的硬设备 只要改变程序即可 PLC 能在线修改程序 也能方便地扩展 I O 点数 而继电接触器控制系统是通过各种电器和复杂的接线来实现控制要求的 功能 专一 灵活性差 如要改变控制要求 必须重新设计 重新接线 3 体积小 质量轻 功耗低 PLC 结构紧密 体积小巧 易于装入机械设备内部 是实现机电一体化的理想 控制设备 宁夏大学新华学院工程与应用科学系 2012 届毕业设计 8 3 3 液体自动混合装置的液体自动混合装置的 PLCPLC 实现实现 3 1 液体混合装置示例 为了实现液体混合装置的 PLC 控制 我们先来了解一下液体混合装置的外观结 构及内部构造 本次设计是以三种液体的自动混合为例 液体混合装置外观图如图 3 所示 图 4 为液体混合装置剖视图 图 3 液体自动混合装置外观图 宁夏大学新华学院工程与应用科学系 2012 届毕业设计 9 图 4 液体自动混合装置剖视图 液体自动混合装置是独立于生产线的一个重要环节 图 3 外观结构所示 其中 原液输入管道分别与各个原液罐连接 原液缸内使用外部加压使原液能够压进装置 中 混合液输出管道则连至生产线下一个工位 将已混合的成品送至再加工工位进 行再加工或送至包装工位进行包装下线 根据图 4 内部构造所示 其中三个液位传感器分别监控三种液体的流量 自下 而上分布 一个液位传感器控制一种液体的流入 通过这样 来保证三种液体能够 按照预定的比例进行顺序混合 搅拌电机则负责对缸内的液体进行搅拌混合 加热 器负责对搅拌后的混合液进行加热处理 温度传感器负责监控装置内部混合液的温 度 当内部混合液温度达到了系统的预定温度后 温度传感器则发出感应信号 使 加热器停止加热 3 2 液体混合装置控制要求 液体自动混合装置的示意图如图 5 所示 宁夏大学新华学院工程与应用科学系 2012 届毕业设计 10 图 5 液体自动混合装置示意图 启动电源后 第一种液体的阀门开启 开始向缸内注入第一种液体 直到注入 第一种液体的液面高度达到第一个液位传感器的高度后停止注入 随即注入第二种 液体 当第二种液体的液面高度到达第二个液位传感器的高度后 第二种液体停止 注入 随即第三种液体开始向缸内注入 当第三种液体的液面高度达到第三个液位 传感器时 第三种液体停止注入 此时三种原液已经按照液位传感器预设的位置按 比例注入缸内 随后搅拌电机启动 开始对混合液进行搅拌 搅拌 30 秒 其目的是 为了三种液体混合能够充分且均匀 而达到混合液含量高精度化的要求 30 秒搅拌 过后 对混合液进行加热处理 使混合液温度达到设计工艺上的要求 当加热温度 达到温度传感器预定的温度时 加热器停止加热 加热完成后 打开总阀 60 秒钟 输出混合液 60 秒钟后 总阀关闭 执行下一次液体混合 以达到自动循环混合的 目的 在整个混合过程中 系统的控制方法考虑到其动作的连续性以及被控设备之间 的相互关联性 针对不同的工作状态 进行相应的动作控制 从而实现液体自动混 合系统从第一种液体的加入到混合完成输出这样一个周期性控制流程的实现 宁夏大学新华学院工程与应用科学系 2012 届毕业设计 11 3 3 PLC 硬件的选择 本次设计选用三菱公司生产的 PLC 三菱公司目前拥有以下三大 PLC 系列 Q 系 列 PLC L 系列 PLC FX 系列 PLC 其中 FX 系列的 PLC 应用最为广泛 由于其系统 配置固定灵活 编程简单 运算速度快 外部机器的通讯简单化 可运用共同的外 部设备等特点 因此选 FX 系列 PLC 作为本次控制系统的硬件设备 FX 系列下的 PLC 有以下几个品种 1 FX1S 适用于小规模控制的基本型机器 小型且具有高性能及通信等的扩展性 控制规模 10 30 点 FX1S外观图如图 6 图 6 FX1S可编程控制器 2 FX1N 可以扩展输入输出的端子排型标准型机器 可以扩展为带模拟量 通信等功能 的系统 控制规模 14 128 点 FX1N外观图如图 7 图 7 FX1N可编程控制器 宁夏大学新华学院工程与应用科学系 2012 届毕业设计 12 3 FX2N 端子排型高性能标准机型 以高速 强大的基本性能 适用于一般逻辑控制以 及其他广泛用途 控制规模 16 256 点 FX2N外观图如图 8 图 8 FX2N可编程控制器 4 FX3U 第三代小型可编程控制器 具有速度 容量 性能 功能的新型 高性能机器 业内最高水平的高速处理 内置定位功能得到大幅度提升 控制规模 16 384 点 包含 CC Link I O 在内 FX3U外观图如图 9 图 9 FX3U可编程控制器 5 FX3G 同时具备多合一的易操作性和灵活的扩展性将 FX3 的易操作性带到了 128 点 1 以下的控制中 适合小规模控制的出色性价比 控制规模 14 256 点 包含 CC Link I O 在内 FX3G外观图如图 10 宁夏大学新华学院工程与应用科学系 2012 届毕业设计 13 图 10 FX3G可编程控制器 由于 FX3U及 FX3G属于三菱公司最新产品 普及与应用较少 而 FX2N功能强大 应用广泛 本次设计最终选用三菱公司 FX 系列 FX2N可编程控制器 FX2N 是 FX 系列中功能较强 速度较高的微型可编程控制器 它的基本指令执 行时间高达 0 08s 远远超过了很多大型可编程控制器 用户存储器容量可扩展到 16K 步 最大可以扩展到 256 个 I O 点 有 5 种模拟量输入 输出模块 高速计数 器模块 脉冲输出模块 4 种位置控制模块 多种 RS 232C RS 422 RS 485 串行通 信模块或功能扩展板 以及模拟定时器功能扩展板 使用特殊功能模块和功能扩展 板 可以实现模拟量控制 位置控制和联网通信等功能 3 4 PLC 硬件的实现 3 4 1 机型选择 在本设计中 输入装置有 一个启动按钮 一个停止按钮 三个液位传感器 一个温度传感器 共 6 个输入触点 输出装置有 三个原液阀门 一个混合液阀门 一个搅拌电机触点 一个加热 器触点 共 6 个输出触点 根据设计要求及控制要求 选定 PLC 型号为三菱 FX2N 16MR 该机型共有 16 个 I O 点数 8 个输入点数 8 个输出点数 AC 电源 交流电源 220V 耗电量 30VA 供电电源 250mA 以下 DC 输入 直流输入 24V 7mA 5mA 继电器输出 实际利用 6 个输入点数 6 个输出点数 输入 输出预留 25 的余量 完全满足替换要求 图 11 所示三菱 FX2N 16MR 的基本单元 宁夏大学新华学院工程与应用科学系 2012 届毕业设计 14 图 11 FX2N 16MR 基本单元 3 4 2 I O 点数分配 液体混合装置的 I O 点数分配及功用如表 1 所示 表 1 I O 点数分配表 输入输出 X000 X001 X002 X003 X004 X005 SB1 SB2 L1 L2 L3 T 启动按钮 停止按钮 液位传感器 1 液位传感器 2 液位传感器 3 温度传感器 Y001 Y002 Y003 Y004 Y005 Y006 Y1 Y2 Y3 Y M H 液体 1 阀门 液体 2 阀门 液体 3 阀门 混合液阀门 搅拌电机 加热器 3 4 3 液体混合装置 I O 外部接线图 液体混合装置 I O 外部接线图如图 12 所示 其中外部接线中接入 硬 互锁触 点 Y Y1 Y2 Y3 以保证工作过程中三种液体阀门不会同时接通 避免混合液过 量影响混合精度 宁夏大学新华学院工程与应用科学系 2012 届毕业设计 15 图 12 液体混合装置 I O 外部接线图 3 5 PLC 软件的实现 3 5 1 软件编程的基本知识 FX 系列产品 它内部的编程元件是支持该机型编程语言的软元件 俗称继电器 定时器 计数器等 其实它们与真实元件有很大的差别 一般称它们为 软继电器 这些编程用的继电器 它的工作线圈没有工作电压等级 功耗大小和电磁惯性等问 题 触点没有数量限制 没有机械磨损和电蚀等问题 它在不同的指令操作下 其 工作状态可以无记忆 也可以有记忆 还可以作脉冲数字元件使用 1 输入继电器 X PLC 的输入端子是从外部开关接受信号的窗口 PLC 内部与输入端子连接的输 入继电器 X 是用光电隔离的电子继电器 它们的编号与接线端子编号一致 按八进 制输入 线圈的吸合或释放只取决于 PLC 外部触点的状态 内部有常开 常闭触点 供编程时使用 且使用次数不限 输入电路的时间常数一般小于 10ms 各基本单元 都是八进制输入地址 输入为 X000 X007 X010 X017 X020 X027 它们 一般位于机器的上端 2 输出继电器 Y PLC 的输出端子是向外部负载输出信号的窗口 输出继电器的线圈由程序控制 输出继电器的外部输出主触点接到 PLC 的输出端子上供外部负载使用 其余常开 常 闭触点供内部程序使用 输出继电器的电子常开 常闭触点使用次数不限 输出电路 的时间常数是固定的 各基本单元都是八进制输出 输出为 Y000 Y007 Y010 Y017 Y020 Y027 它们一般位于机器的下端 宁夏大学新华学院工程与应用科学系 2012 届毕业设计 16 3 辅助继电器 M PLC 内有很多的辅助继电器 其线圈与输出继电器一样 由 PLC 内各软元件的 触点驱动 辅助继电器也称中间继电器 它没有向外的任何联系 只供内部编程使 用 它的电子常开 常闭触点使用次数不受限制 但是 这些触点不能直接驱动外部 负载 外部负载的驱动必须通过输出继电器来实现 在 FX2N中普遍采用 M0 M499 共 500 点辅助继电器 其地址按十进制编号 辅助继电器中还有一些特殊的辅助继 电器 如掉电继电器 保持继电器等 在这里就不一一介绍了 4 定时器 T 在 PLC 内的定时器是根据时钟脉冲的累积形式 当所计时间达到设定值时 其 输出触点动作 时钟脉冲有 1ms 10ms 100ms 定时器可以用用户程序存储器内的 常数 K 作为设定值 也可以用数据寄存器 D 的内容作为设定值 在后一种情况下 一般使用有掉电保护功能的数据寄存器 即使如此 若备用电池电压降低时 定时 器或计数器往往会发生误动作 定时器定时范围如下 100 ms 定时器 T0 T199 共 200 点 设定值 0 1 3276 7 秒 10 ms 定时器 T200 TT245 共 46 点 设定值 0 01 327 67 秒 1 ms 积算定时器 T246 T249 共 4 点 设定值 0 001 32 767 秒 100 ms 积算定时器 T250 T255 共 6 点 设定值 0 1 3276 7 秒 当定时器线圈 T200 的驱动输入 X000 接通时 T200 的当前值计数器对 10 ms 的 时钟脉冲进行累积计数 当前值与设定值 K123 相等时 定时器的输出接点动作 即 输出触点是在驱动线圈后的 1 23 秒 10 123ms 1 23s 时才动作 当 T200 触点 吸合后 Y000 就有输出 当驱动输入 X000 断开或发生停电时 定时器就复位 输 出触点也复位 每个定时器只有一个输入 它与常规定时器一样 线圈通电时 开 始计时 断电时 自动复位 不保存中间数值 定时器有两个数据寄存器 一个为 设定值寄存器 另一个是现时值寄存器 编程时 由用户设定累积值 3 5 2 液体自动混合装置控制程序 了解了软件编程的基本知识后 根据液体自动混合的控制工艺及控制要求 先 来确定控制程序 图 13 为液体自动混合程序框图 宁夏大学新华学院工程与应用科学系 2012 届毕业设计 17 图 13 液体自动混合控制程序框图 宁夏大学新华学院工程与应用科学系 2012 届毕业设计 18 3 5 3 控制梯形图 根据表 1 I O 点数分配表 图 12 液体自动混合装置 I O 外部接线图及控制 工艺的要求 绘制梯形图 梯形图 宁夏大学新华学院工程与应用科学系 2012 届毕业设计 19 3 5 4 语句表 根据梯形图所示 其语句表如下 步序指令器件号说明步序指令器件号说明 0LDM20626OUTM203 1ANDT127OUTY003 液体 3 阀门开启 2ORM8002 开机自检复位 28LDM203 3ORM20029ANDX004 液位传感器 3 4ANIM20130ORM204 5OUTM20031ANIM205 6LDX000 启动按钮 32OUTM204 7ORM033OUTY005 搅拌电机启动 8ANIX001 停止按钮 34OUTT0 搅拌定时 9OUTM035K300 定时 30 秒 10LDM20036LDM204 11ANDM037ANDT0 12ORM20138ORM205 13ANIM20239ANIM206 14OUTM20140OUTM205 15OUTY001 液体 1 阀门开启 41OUTY006 加热器启动 16LDM20142LDM205 17ANDX002 液位传感器 1 43ANDX005 温度传感器 18ORM20244ORM206 19ANIM20345ANIM200 20OUTM20246OUTM206 21OUTY002 液体 2 阀门开启 47OUTY004 混合液阀门开启 22LDM20248OUTT1 阀门开启定时 23ANDX003 液位传感器 2 49K600 定时 60 秒 24ORM203 25ANIM204 宁夏大学新华学院工程与应用科学系 2012 届毕业设计 20 4 4 结结 论论 以上就是本次的毕业设计 本次设计实现用 PLC 来对液体自动混合装置的控制 其中包括前期课题背景的搜集 查阅及整理 中期控制工艺和控制要求的认知 了 解与掌握 后期系统的选型 硬件的设计 软件的设计及软件编程等几个方面 从 最初对液体自动混合装置的懵懂 到对 PLC 的认知与掌握 最后根据液体自动混合 装置的控制工艺来实施系统硬件选取 软件编程等一系列操作 完全达到本次设计 的全部设计要求 完成了毕业设计的全部任务 通过这次毕业设计 不仅使我对大学中所学的专业知识有了系统的了解 也使 我对大学所学知识在实践中的应用有了更深入才对认识 本次设计是理论与实践的 结合 在设计的过程中不仅提高了能力 而且学到了许多新的知识 同时得到了以 下几方面的收获 1 首先在课题认知方面 培养了我查阅资料 收集数据的能力 了解了液体 自动混合及 PLC 控制在实际生产及工业制造领域中的作用 2 设计方面 由于大学期间从未做过电工方面的设计 本次设计也是一次新 的尝试 让我对电工类设计及程序设计有了一个系统的学习过程 3 对与设计中涉及到的结构图与流程图 使我对软件操作进一步掌握 提高 了 Solid Works AutoCAD Office 等软件的使用能力 本次毕业设计也露出了许多不足 1 不太会利用书籍查阅资料 过于依赖网络上现有的资源 遇到困难时 思 想太过于复杂 过多依赖老师的帮助 不够独立 2 学习认真程度不够 学习热情不高 电工方面基础知识相对薄弱 掌握 的太少 3 设计时对时间的合理安排不妥 但正是这次设计 让我认识到了自己的不 足 为以后的工作学习找到了方向和前进的动力 4 在设计过程中体会到了理论与实践之间的差距 要想在某个领域取得成功 除了专业知识外还需要严谨 一丝不苟的学习精神 就在这即将完成学业 走向社会的过渡阶段 学校给了我们这次设计的机会 不仅使我们对所学专业知识有了一个重新复习的过程 也使我们对大学所学知识和 今后的学习进行一次新的思考 宁夏大学新华学院工程与应用科学系 2012 届毕业设计 21 参考文献参考文献 1 廖常初主编 可编程序控制器应用技术 第四版 重庆大学出版社 2004 9 2 李建兴主编 可编程序控制器应用技术 机械工业出版社 2011 6 3 杨家树 关静等主编 电工技术 电工学 机械工业出版社 2010 6 4 秦曾煌主编 电工学电工技术 第六版 高等教育出版社 2003 12 5 齐占庆主编 机床电气控制技术 第三版 机械工业出版社 2007 2 6 廖常初主编 PLC 应用技术回答 机械工业出版社 2006 1 7 殷兴光 孙瑜主编 PLC 在液体混合装置中的应用 机电一体化 2004 3 63 65 8 李国厚主编 PLC 原理与应用设计 化学工业出版社 2005 9 9 成大先主编 机械设计课程设计手册 化工工业出版社 2004 1 10 周美兰主编 PLC 电气控制与组态 北京科学出版社 2003 6 11 陈远龄主编 机床电气自动化 重庆大学出版 2004 4 12 廖常初主编 PLC 的编程方法与工程应用 重庆大学出版 2001 2 13 贺哲荣主编 流行 PLC 实用程序及设计 西安电子科技大学出版社 2006 11 14 Ramirez Serrano A et al A hybrid PC PLC architecture for manufacturing system control implementation IEEE Int Conf Syst Man Cybern 2000 3 1679 702 宁夏大学新华学院工程与应用科学系 2012 届毕业设计 22 致致 谢谢 毕业设计已结束 本次设计从选题到完成整个过程得到了赖惠鸽老师的悉心指 导 从老师身上不仅学到了理论知识 更多的是待人接物与为人处世的道理 其严 以律己 宽以待人的崇高风范 朴实无华 平易近人的人格魅力 使人倍感温馨 在此真诚的感谢赖惠鸽老师 愿导师合家欢乐 一生平安 工作顺利 也感谢 各位老师和同学 祝愿大家以后工作顺利 谢谢 宁夏大学新华学院工程与应用科学系 2012 届毕业设计 23 外文翻译外文翻译 Development of a Web based Remote Load Supervision and Control System Abstract The ability to remotely acquire information and even to control appliances devices at fingertips over the Internet is becoming desirable to the general public as well as professionals In this paper a web based remote electric load supervision and control WBRELSAC system with automatic meter reading and demand control via programmable logic controllers PLCs is presented For both utilities and industrial commercial customers the electric load supervision and control ELSAC system is a critical function to their load management However most high voltage customers do not have enough capital to build a regular scale supervisory control and data acquisition system as the one for utilities In order to make a non web based PLC become web controllable we develop a graphical control interface and utilize Internet techniques to implement our system Based on the performance test conducted under the Laboratory environment the proposed WBRELSAC architecture is cost effective and suitable for industrial applications Keywords Web based control system PLC Load supervision and control WWW Internet 1 Introduction From the workplace to the home different types of end users make use of different kinds of devices instruments every day The need to access information concerning these devices instruments has forced technology to evolve dramatically As part of the evolution effective performance monitoring and remote control of these devices are now a primary interest for many commercial and industrial businesses Due to the advances in the Internet the ability to acquire information and even to control devices at fingertips over the Internet is becoming desirable to the general public as well as professionals The Internet is now providing a new and increasing important medium for distributing information worldwide without time constraint permitting information to be displayed numerically and graphically on any client platform This has generated the concept of 宁夏大学新华学院工程与应用科学系 2012 届毕业设计 24 Web Based Supervision and Control System to allow end users to access the real time data and to control the instruments via a web browser Medida et al 1 presented a supervisory control and data acquisition SCADA system on the Internet for energy management system EMS using Java applets and Java database co