PLC在液体混合装置控制中的运用-论文.doc

PLC在液体混合装置控制中的运用-论文目 录摘 要 2 Abstract 2前 言 3第一章 毕业设计课题11第二章 工艺分析13第三章 设计方案14第一节 工作流程图14第二节 PLC 的选型14 第三节OMRON公司的PLC常用指令介绍16第四节PLC输入/输出端子分配表接线图18第五节 PLC 控制梯形图的设计及指令表20小 结 24致 谢 25参考文献26摘 要本论文首先介绍PLC的产生和发展及应用，以及它的基本功能和特点。然后鉴于PLC的原理及其优越性，应用PLC控制多种液体的自动混合，该程序可进行单周期或连续工作，具有断电记忆功能，复电后可以断电步进继续运行。正常工作时，至少完成一个周期，成品与传送带配合分装，该程序具有一定的防止误动作能力。关键词：可编程控制器 液体混合装置 传感器 AbstractThis passage firstly introduce the producation，development of Programmable Logic Controller( Called PLC for short), and its basically funcation and characteristic. Then according to the principle and the excellent quality of the PLC,It can use PLC to control different kinds of liquid. This controlling process can make a single circuit or make in succession, it has the function of breaking off the electricity and storing in memory, it can restore electricity then break off the electricity step to continue moving. At work time, it can finish one circle at least.Accomplished product and moving belt can distribute to assemble. This procedure also has the ability of preventing bad moving.Key Words: PLC Liquid mixing device Sensors20世纪60年代末，美国最大的汽车制造商通用汽车公司（GM），为了适应汽车型号不断更新的需要，想寻找一种方法，尽可能重新设计继电接触器控制系统和接线的工作量，降低成本，缩短周期，于是设想把计算机功能完备、灵活性、通用性好等优点和继电接触器控制系统简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来，制造一种新型的工业控制装置。为此，1968年美国通用汽车公司公开招标，要制造商为其装配线提供一种新型的通用控制器，提出了十项招标指标：1）编程简单，可在现场修改和调程序；2）维护方便，各部件最好采用插件方式；3）设备体积要小于继电器控制柜；4）可靠性高于继电接触器控制系统；5）数据可以直接送给管理计算机；6）成本可与继电接触器控制系统相竞争；7）输入量是115V交流电压；8）输出量为115V交流电压，输出电流在2A以上能直接驱动电磁阀9）系统扩展时，原系统只需做很小的变动10）用户程序存储器容量能扩展到4KB。美国数字设备公司（DEC）中标，于1969年研制成功一台符合要求的控制器，在通用汽车公司（GM）的汽车装配线上试验获得成功。由于这种控制器适于工业环境，便于安装，可以重复使用，通过编程来改变控制规律，完全可以取代继电接触器控制系统，因此在短时间内该控制器的用运用很快就扩展到其他工业领域。美国电气制造商协会（National Electrical Manufacturers Association,NEMA)于1980年把这种控制器正式命名为可编程序控制器(PLC).为使这一新型的工业控制装置的生产和发展规范化,国际电工委员会(IEC)制定了了PLC的标准,给出PLC的定义如下:可编程序控制是一种数字运算操作的电子系统,专为在工业环境下运用而设计的.他采用可编程的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、记数和算术运算等操作指令，并通过数字式和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，都应按易于与工业控制系统形成一整体，易于扩展其功能的原则设计。585PLC在液体混合装置控制中的运用PLC的发展从1969年出现的第一台PLC，经过几十年的发展，PLC已经发展到了第四代。其发展过程大致如下：第一代在1969-1972年。这个时期是PLC发展的初期，该时期的产品，CPU由中小规模集成电路组成，存储器为磁芯存储器。其功能也比较单一，仅能实现逻辑运算、定时、记数和顺序控制等功能，可能性比以前的顺序控制器有较大的提高，灵活性也有所增加。第二代在1973-1975年。该时期是PLC的发展中期，随着微处理器的出现，该时期的产品已开始使用微处理器作为CPU，存储器采用半导体存储器。其功能上进一步发展和完善，能够实现数字运算、传送、比较、PID调节、通信等功能，并初步具备自诊断功能，可能性有了一定的提高，但扫描速度不太理想。第三代在1976-1983年。PLC进入大发展阶段，这个时期的产品已采用8位和16位微处理器作为CPU,部分的产品还采用了多微处理器结构。其功能显著增强,速度大大提高,并能进行多种复杂的数字运算,具备完善的通信功能和较强的远程I/O能力,具有较强的自诊断功能并采用了容错技术.在规模上向两极发展,即向小型、超小型和大型发展。第四代为1983年到现在。这个时期的产品除采用16位以上的微处理器作为CPU外,内存容量更大,有的以达到数兆字节；可以将多台PLC链接起来，实现资源共享；可以直接用于一些规模较大的复杂控制系统；编程语言除了可使用传统的梯形图、流程图等外，还可以使用高级语言；外设多样化，可以配置CRT和打印机等。随着微处理器技术的发展，可编程序控制器也得到了迅速发展，其技术和产品日趋完善。它不仅以其良好的性能特点满足了工业生产控制的广泛需要，而且将通信技术和信息处理技术融为一体，使得其功能日趋完善化。目前PLC技术和产品发展非常活跃，个厂家不同类型的PLC品种繁多，各具特色，各有千秋。综合起来看，PLC的发展趋势有以下几方面:1）系统功能完善化2）人体结构开放化及通讯功能标准化3）I/O模块智能化及安装现场化4）功能模块专用化5）编程组态软件图形化6）硬件结构集成化、冗于化7）控制与管理功能一体化8）向控制的开放性、SoftPLC的方向发展可编程序控制器从产生到现在，由于其编程简单、可靠性高、使用方便、维护容易、价格适中等优点，使其得到了迅猛的发展，在冶金、机械、石油、化工、纺织、轻工、建筑、运输、电力等部门得到了广泛的运用。可编程序控制器技术以与机器人技术、CAD/CAM技术并列为现代工业生产自动化到生产线的自动化、柔性制造系统，乃至整个工厂的生产自动化，PLC均担当着重要的角色。三、PLC的基本功能PLC在工业中的广泛运用是由其功能决定的，其功能主要有以下几个方面：1）开关量的逻辑控制逻辑控制功能实际上就是位处理功能，是PLC的最基本功能之一，用来取代继电器控制系统，实现逻辑控制和顺序控制。PLC根据外部现场（开光、按钮或其他传感器）的状态，按照指定的逻辑进行运算处理后，控制机械运动部件进行相应的操作。另外，在PLC中一个逻辑位的状态可以无限制的使用，逻辑关系的修改和变更也十分方便。2）定时控制PLC中有许多供用户使用的定时器，并设置了记时指令，定时器的设定值可以在编程是设定，也可以在运行的过程中根据需要进行修改，使用方便灵活。同时PLC还提供了高精度的时钟脉冲，用于准确的实时控制。3）计数控制PLC为用户提供了许多计数器，计数器计数到某一数值时，产生一个状态信号（计数值到），利用该状态信号实现对某个操作的计数控制。计数器的设定值可以在编程是设定，也可以在运行的过程中根据需要进行修改。4）步进控制PLC为用户提供了若干个移位寄存器，可以实现有时间、计数器或其他指定逻辑信号为转步条件的步进控制。即在一道工序完成以后，在转步条件控制下，自动进行下一道工序。有些PLC还专门设置了用于步进控制的步进指令，编程和使用都很方便。5）数据处理PLC的数据处理功能，可以实现算术运算、逻辑运算、数据比较、数据传送、数据移位、数据转换、译码编辑等操作。中、大型PLC数据处理功能更加齐全，可完全开方、PID运算、浮点运算等操作，还可以和CRT、打印机相联，实现程序、数据的显示和打印。6)回路控制有些PLC具有A/D、D/A转换功能，可以方便的完成对模拟量的控制和调节。一般情况下，模拟量为4-20mA的电流,或1-5V0-10V的电压;数字量为8位或12位的二进制数。7）通信联网有些PLC采用通信技术，实现远程I/O控制、多台PLC之间的同位链PLC在液体混合装置控制中的运用接、PLC与计算机之间的通信等。利用PLC的同位链，可以把数十台PLC采用同级或分级的方式连成网络，使各台PLC的I/O状态相互透明。采用PLC与计算机之间的通信联结，可以用计算机作为上位机，下面联结数十台PLC作为现场控制机，构成“集中管理、分散控制”的分布式控制系统，以完成较大规模的复杂控制。8）监控PLC设置了较强的监控功能。利用编程器或监控器，操作人员可以对PLC有关部分的运行状态进行监视。9）停电记忆PLC内部的部分存储器所使用的RAM设置了停电保持器件（如备用电池等），以保证断电后着部分存储器中的信息能够长期保存。利用某些记忆指令可以对工作状态进行记忆，以保持PLC断电后的数据内容不变。PLC电源恢复后，可以在原工作的基础上继续工作。10）故障诊断PLC可以对系统构成、某些硬件状态、指令的合法性等进行自诊断，发现异常情况，发出报警并显示错误类型，如属严重错误则自动中止运行。PLC的故障自诊断功能，大大提高了PLC控制系统的安全性和可维护性。四、PLC的特点1.编程、操作简单方便、编程修改灵活目前PLC的编程可采用与继电接触器电极为相似的梯形图语言，直观易懂，只要熟悉继电接触器线路都能极快地进行编程、操作和程序修改，深受现场技术人员的欢迎。近几年发展起来的其他编程语言（如功能图语言和BASIC等计算机通用语言）也都使编程更加方便，并且适合于不同的人员。2）体积小、功耗低由于PLC是将微电子技术运用于工业控制设备的新型产品，因此PLC的结构紧凑、坚固、体积小、重量轻、耗低低。3）抗干扰能力强、稳定可靠由于PLC采用大规模集成电路，器件数量大大减少、故障率低、可靠性高，而且PLC本身配有完善的自诊断功能，可迅速判断故障，从而进一步提高可靠性。PLC通过设置光耦合电路、滤波电路和故障检测与诊断程序第一系列硬件和软件的抗抗干扰措施，有效的屏蔽了一些干扰信号对系统的影响，极大的提高了系统的可靠性。4）采用模块化结构，扩充、安装方便，组合灵活由于PLC以实现了产品系列化、标准化和通用化，用PLC组成控制系统在设计、安装、调试和维护等方面，表现了明显的优越性。由于PLC按模块化结构和标准单元结构进行设计、用户可以灵活的扩充、缩小或更换模块数量、规格及连接方式。根据需要可在极短的时间内设计和实现一个工业控制系统，大大缩短了设计时间调试周期。5）通用性好、使用方便由于PLC中继电器是“软元件”，其接线也是程序实现的软接线，可以根据需要灵活组合。一旦控制系统的硬件配置确定以后，用户可以通过修改运用程序来适应生产工艺的变化，实现不同的控制。6）修改时间短、维护方便、输入输出是接口功率大由于PLC采用插件结构，当PLC的某一部分发生故障时，只要把该模块更换下来，就可以继续工作。平均修复时间为10min左右。一般PLC平均无故障率为3-5年，使用寿命在10年以上。输入输出模块可直接与AC 220V、110V和DC 24V、48V输入输出信号相连接，输出可直接驱动2A以下的负载。而且PLC也有TTL和CMOS电平输入输出模块，驱动TTL或CMOS设备。PLC在液体混合装置控制中的运用第一章 PLC的设计课题在第一章中 谈论到PLC的优点让我们知道在当今的工业领域中PLC是工业发展方向的主流，那么在这个技术型工业领域就必须了解PLC 这次实践的课题也就是为了达到这个目的故我们把这次设计的课题定为：PLC在液体混合装置控制中的应用设计题目： PLC在液体混合装置控制中的应用设计设计目的：毕业设计是综合检验大学所学知识应用能力的重要环节，也是使理论知识系统化、强化实践能力的有力工具，它能巩固所学知识、加强系统设计能力，起到启发新思想的效果。预备知识：电工与电子技术机床电气控制技术、AUTOCAD或PROTEL、单片机原理及应用、自动控制原理、机床概论、检测技术及电机知识等。设计要求：1、装置结构图示为两种液体混合装置的结构，SL1、SL2、SL3为三个液面传感器，液面淹没时触点接通，两种液体的注入和混合液体流出阀门分别由电磁阀YV1、YV2、YV3控制，M为搅拌电动机。2、控制要求（1）初始控制装置投入运行时，液体A、B阀门关闭，混合液阀门打开1min，将容器放空后关闭。（2启动控制按下启动按钮SB1，开始按下述要求动作：液体A阀门打开，液体A流入容器。当液面到达SL2时，SL2接通，关闭液体A阀门，打开液体B阀门，流入液体B。当液面到达SL1时，关闭液体B阀门，启动搅拌电动机，搅拌1min后停止搅动，混合液体阀门打开，开始放出混合液体。当液面下降到SL3时，SL3断开，再经过2s后，容器放空，混合液体阀门关闭，开始下一周期操作。（3）按下停止按钮SB2后，在当前的混合操作处理完毕后才停止操作，即停在初始状态上。3、对PLC控制系统的要求：1）、I/O分配表、I/O接线图；2）、设计流程图、梯形图、指令表。4、编制设计说明书、使用说明书、设计小结；列出参考文献。第二章 工艺分析物料的混合操作是一些工厂关键的或不可或缺的一环，对物料混合装置的要求是设备对物料的混合质量高、生产效率和自动化程度高、适应范围广、抗恶劣工作环境等。采用PLC对物料混合装置进行控制恰恰能满足这些要求，因此多种物料混合的PLC控制具有广泛的应用。多种液体按一定比例的混合是物料混合的一种典型形式。本设计以两种液体的混合装置为例，说明PLC在其中的应用如图，混合装置的工作过程如下：l按启动按钮SB1后，电磁阀YV1通电打开，液体A流入容器；l当液位高度到达I(SL2)时，液位传感器I(SL2)接通，此时电磁阀YV1断电关闭，而电磁阀YV2通电打开，液体B流入容器；l当液位高度到达H(SL1)时，液位传感器H(SL1)接通，这时电磁阀YV2断电关闭，同时启动电动机M搅拌；l一分钟后，电动机M停止搅拌，这时电磁阀YV3通电打开，放出混合后的液体到下一道工序；l当液位高度下降到L(SL3)后，在延时2S，使电磁阀YV3断电关闭，并自动开始新的工作周期。此外，该液体混合装置在按下停机按钮SB2时，要求不要立即停止工作，而是将停机信号记忆下来，直到完成一个工作循环时才停止工PLC在液体混合装置控制中的运用第一节 工作流程图由上一个章节的分析可以得到以下这个工作流程图：在设计的过程中我们需要接触到PLC的选型第二节 PLC 的选型对于工艺过程比较固定、环境条件较好、维修量较小的场合，往往选用整体式结构的PLC机型较好。反之，应考虑选用模块单元式机型。机型选择的基本原则应是在功能满足要求的前提下，保证可靠、维护使用方便以及最佳的性价比。具体应该考虑以下几个方面的要求。(一)性能与任务相适应对于开关量控制的应用系统，当对控制速度要求不高时，如对小型泵的顺序控制、单台机械的自动控制等时，可选用小型PLC如OMRON公司的CPM2A型PLCa或三菱FX2N型PLC就能满足要求。对于以开关量控制为主，还带有部分模拟量控制的应用系统，如工业生产中常遇到的温度、压力、流量、液位等连续量的控制，应选用带有A/D转换的模拟量输入模块和带有D/A转换的模拟量输出模块，配接相应的传感器、变送器（对温度控制系统可选用温度传感器直接输入的温度模块）和驱动装置，并且选择运算功能较强的小型PLC（如OMRON公司的CQM型PLC）。特别应提出的，西门子公司的S7-200系列微型PLC在进行小型数字模拟混合系统控制时具有较高的性能价格比，实施起来也较方便。对于比较复杂、控制系统功能要求较高的，如需要PID调节、闭环控制、通信联网等功能时，可选用中、大型PLC，如OMRON公司的C200H、C10000H，西门子公司的S7-300、S7-400或三菱公司的Q、A系列PLC等。当系统的各个部分分布在不同的地域时，应根据各部分的要求来选择PLC，以组成一个分布式的控制系统，可考虑选择MODICON的QUANTUM系列PLC产品。(二)PLC的处理速度应满足实时控制的要求(三)指令系统(四)机型选择的其他考虑(五)是否采取在线编程在我们的设计中，从工艺分析和第一节的流程图看以看出：系统的输入信号有：按钮2个，液位传感器3个，共5个输入信号；系统的输出信号有；电磁阀3个，电动机接触器1个，共4个输出点。考虑到留有15%的备用点，可选用OMROM公司的CPMIA-20CDR-A型PLC，它有12个输入点，8个输出点，交流供电，满足设计的要求。CPMIA-20CDR-A型PLC的地址分配表名称点数通信号继电器地址输入继电器160点(10字节)000009CH0000000915输出继电器160点(10字节)010019CH0100001915保持继电器(HR)320点(20字节)HR0019CHHR0000HR1915定时器/计算器(TC)128点TIM/CNTT000127第三节OMRON公司的PLC常用指令介绍一、保持继电器指令：格式：KEEP B B:操作对象功能：相当于一个锁存继电器，S端位ON时，B被置位（ON），R端位ON时，B被复位（OFF），S、R端同位ON时，B位OFF。B位HR区继电器时有断电保护功能。二、微分指令DIFU/DIFD 格式：DIFU B/DIFD B B:操作对象 功能：前沿/后沿微分指令。当执行条件由OFF变为ON时（前沿）或由ON变为OFF时（后沿），B在一个扫描周期内位ON。三、CPM1A的数据移位指令 格式：SFT D1 D2 D1:开始通道 D2:结束通道 功能：当复位端R为OFF时，在SP移位脉冲输入端的每个移位脉冲的上升时刻，D1到D2通道中的所有数据按位依次左移一位。D2通道中数据的最高位溢出丢失，IN端的数据则移进D1通道的最低位；当复位端R位ON时，D1到D2所有通道均复位为零，SP移位脉冲不起作用 。五、定时指令TIM格式：TIM N SVPLC在液体混合装置控制中的运用N：定时器编号，其范围为000127。SV：定时设定值。BCD码,定时单位为0.1s。取值范围为00009999,即定时范围为0999.9s功能：减一定时器指令。当定时器输入条件变为ON时，定时器开始记时，当前值PV每隔0.1S减1，当PV变为0时，定时器输出为ON，并自保ON直至定时器输入条件变为OFF，当定时器输入条件变为OFF或电源断电时，定时器复位，当前值PV恢复为设定值SV，定时器输出为OFF。四、MOV单字长送指令MOV（21）/MOV(21) 格式：MOV S D S:源数据。 D：目的通道。功能：据S送到目的通道D中。 五、单字节取反传送指令MON/MVN 格式：MVN S D S:源数据 D：目的通道功能：将源数据S按位取反后传送的目的通道D中。第四节PLC的输入输出端子分配表 接线图根据我们设计的课题的要求：系统的输入信号有：按钮2个，液位传感器3个，共5个输入信号；系统的输出信号有；电磁阀3个，电动机接触器1个，共4个输出点。考虑到留有15%的备用点，选择用了OMROM公司的CPMIA-20CDR-A型PLC 绘制出其I/O分配表以及接线图 I/O 分配表序号输入原件输出地址输入元件输出地址1启动按钮SB100000接触器KM010002停止按钮SB200001电磁阀YV1010013液位传感器SL100002电磁阀YV2010024液位传感器SL200003电磁阀YV3010035液位传感器SL300004接口图 选好了我们需要的PLC型，画号了分配图和接线图，一下一节就可以来设计我们的梯形图了第五节 PLC 控制梯形图的设计及指令表在第一节中我们根据该液体的混合装置的控制要求，并考虑到各个执行机构动作的转步条件，已画出其控制流程图，从图可以看出这是一种典型的步进控制，可以用位移寄存器指令（SFT）很方便地实现步进控制l考虑到移位寄存器的移位脉冲用窄脉冲较为合适，所以将各启动按钮信号和各液体传感器信号用微分指令均转换城窄脉冲。l按下启动按钮时，用MOV指令将位移寄存器通道的最低位HR000置“1”，并由该位控制输出继电器01001接通，使外接的YV1电磁阀通电打开，液体A流入容器。在按下启动按钮的同时，保持继电器HR0100接通并锁存。l当液位高度上升到SL2时，液位传感器SL2闭合，输入继电器00003接通，其上升沿经微分后使20100接通一个扫描周期，而20100就作为移位寄存器的移动脉冲，使HR00通道中的各位依次移一位，即HR0001=1。由于移位继电器的输入端逻辑为25314，这是始终保持OFF的特殊功能寄存器，从而保证每次移位时均是“0”移入HR00通道的最低位。这时输出继电器01001断开使YV1电磁阀断电，而HR0001=1控制输出继电器01002接通，使外接的YV2电磁阀通电打开，液体B流入容器。l当液体高度到达SL1时，输入继电器00003接通，其上升沿经PLC在液体混合装置控制中的运用微分后20100又接通一个扫描周期，使移位寄存器通道HR00中的各位在移一位，即HR0002=1，此时输出继电器01002断开使YV2电磁阀断电，而输出继电器01000接通，使外接的接触器KM线圈通电，电动机启动运转，同时内部定时器TIM000开始定时。l当定时器TIM000定时60S时间到时，其常开触点闭合使20100接通，移位寄存器通道HR00中的各位再移移位，即HR003=1此时输出继电器01000断开使KM接触器线圈断电，电动机停转，而输出基继电器01003接通，使外接的YV3电磁阀通电，混合后的液体排放到下一道工序去。l当液体下降到传感器位置SL3时，液位传感器SL3断开，输入继电器00004断开，经下降沿微分后使20100接通一个扫描周期，位移寄存器HR00中的各位再移一位，即HR0004=1，它一方面控制YV3电磁阀继续通电，同时使内部定时器TIM001开始定时。l当定时器TIM定时2S时间到时，其常开触点闭合使20100接通，位移寄存器通道HR00中的各位再移一位，即HR0005=1。此时输出继电器01003断开使YV3电磁阀断电，完成一个循环的工作。同时HR0005节点闭合使MOV指令被执行，将位移寄存器通道的最顶位HR000置“1”，从而又开始新的循环。l当按下停止按钮SB2时，输入继电器00001接通，使保持继电器HR0100复位，HR0100的常开触点断开。因此在液体放完、定时器TIM001的延时时间到时，不再接通内部继电器20100，而是执行MOV指令，将移位寄存器通道HR00全部清“0”，使整机停止工作 梯形图梯形图的指令表LD 00000 OR LDDIFU 20000 OUT 20100LD 00002LD HR0000DIFU 20002OUT 01001L