毕业设计（论文）基于PLC控制的液体混合加热系统设计

1、南京化工职业技术学院南京化工职业技术学院 毕业论文设计毕业论文设计 题目题目: :基于plc控制的液体混合加热系统设计 姓姓 名：名： 所在系部：所在系部： 自动控制系自动控制系 班级名称：班级名称： 检测检测 08210821 学学 号：号： 08032501200803250120 指导老师：指导老师： 20102010 年年 1212 月月 南京化工职业技术学院毕业设计（论文） i 摘 要 可编程控制器 plc 是以计算机技术为核心的通用自动控制装置，也可以说它是一 种用程序来改变控制功能的计算机。随着微处理器、计算机和通信技术的飞速发展， 可编程序控制器 plc 已在工业控制中得到广泛

2、应用，而且所占比重在迅速的上升。 plc 主要由 cpu 模块、输入模块、输出模块和编程装置组成。它应用于工业混合搅拌 设备，使得搅拌过程实现了自动化控制、并且提升了搅拌设备工作的稳定性，为搅拌 机械顺利、有序、准确的工作创造了有力的保障。 本文主要对可编程控制器的特点，用途和发展进行一些介绍。液体混合加热系统 的控制设计考虑到其动作之间的连续性以及各个被控制设备的动作之间的相互关联性， 针对不同的工作状态，进行定时的动作控制输出，从而实现液体混合加热系统从加入 一种液体到混合加热完成输出的这样一个周期控制工作的程序实现。根据控制要求， 对控制系统的分析给出 i/o 列表、控制梯形图以及程序的

3、调试，并给出了调试过程和 控制系统逻辑控制部分的方法;另外还对可编程控制器在现代工业中的作用进行了相应 的介绍。 关键词：可编程控制器；液体混合加热；传感器；控制系统 南京化工职业技术学院毕业设计（论文） ii 目 录 第 1 章 可编程控制器(plc)概述.1 1.1 可编程控制器简介.1 1.1.1 可编程控制器的基本概念.1 1.1.2 plc 的指导思想.1 1.1.3 plc 的历史和发展过程.1 1.1.4 可编程控制器的特点.3 1.1.5 plc 的工作原理.4 1.2 可编程控制器的基本组成.5 1.2.1 可编程控制器的基本结构.5 1.2.2 可编程控制器的分类.7 1.

4、3 fx2n 系列可编程控制器的概述.8 1.3.1 fx 系列 plc 的特点.8 1.3.2 fx2n 系列 plc.9 1.3.3 fx2n 的软元件.10 第 2 章 传感器及应用技术.15 2.1 传感器概述.15 2.1.1 传感器的定义和作用.15 2.1.2 传感器的组成.15 2.2 温度传感器.16 2.2.1 温度传感器热电偶.16 2.2.2 温度传感器热电阻的应用原理.16 2.3 液位传感器.17 2.3.1 液位传感器的应用.17 2.3.2 液位传感器的工作原理.18 2.3.3 液位传感器的特点.18 第 3 章 plc 控制混合液体加热程序设计.19 3.1

5、 课题背景介绍.19 南京化工职业技术学院毕业设计（论文） iii 3.2 硬件设计.19 3.2.1 i/o 分配表.19 3.2.2 混合液体装置示意图.19 3.2.3 外部接线图.20 3.3 程序设计.20 3.3.1 plc 梯形图.21 3.3.2 plc 指令表.22 参考文献.23 致 谢.24 南京化工职业技术学院毕业设计（论文） 1 第 1 章 可编程控制器(plc)概述 1.1 可编程控制器简介 1.1.1 可编程控制器的基本概念 可编程控制器(programmable controller)简称 pc，个人计算机(personal computer)也 简称 pc，为

6、了避免混在一起，人们将最初用于逻辑控制的可编程器叫做 plc(programmable logic controller)，通常也称为可编程控制器。它是以微处理器为基 础，综合了计算机技术、自动控制技术而发展起来的一种通用的工业自动控制装置； 具有体积小、功能强、程序设计简单、灵活通用、维护方便等优点，本系统采用在工 业领域有着广泛应用的三菱公司 fx 系列系列 plc 作为主控制器。 1.1.2 plc 的指导思想 plc 是采用“顺序扫描，不断循环”的方式进行工作的。即在 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

7、，如无跳转指令，则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至程序 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。 plc 扫描一个周期必经输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段。 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。 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，经相 应的运算和处理后，其结果再写入输出状态寄存器中，输出状态寄存器中所有的内容 随

8、着程序的执行而改变。 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，并通过一定的方式(继电器、晶体管或晶闸管)输出，驱动相应输 出设备工作。 1.1.3 plc 的历史和发展过程 世界上公认的第一台 plc 是 1969 年美国数字设备公司(dec)研制的。限于当时的 南京化工职业技术学院毕业设计（论文） 2 元件条件及计算机发展水平，早期的 plc 主要由分立元件和中小规模集成电路组成， 可以完成简单的逻辑控制及定时、计数功能。20 世纪 70 年代初出现了微处理器。人们 很快将其引入可编程控制器，使 plc 增加了运算、数据传送及处理等功能，成

9、为真正 具有计算机特征的工业控制装置。为了方便熟悉继电器、接触器系统的工程技术人员 使用，可编程控制器采用和继电器电路图类似的梯形图作为主要编程语言，并将参加 运算及处理的计算机存储单元都以继电器命名。因而人们称可编程控制器为微机技术 和继电器常规控制概念相结合的产物。 plc 的发展与计算机技术、半导体集成技术、控制技术、数字技术、通讯网络技 术等高新技术的发展是分不开的，他们推动了 plc 的发展，而 plc 的发展又对这些高 新技术提出了更高更新的要求。 plc 的发展经历了以下四个阶段： (1)初始阶段：第一台 plc 的问世到 70 年代中期 产品主要用于逻辑运算和计时、计数运算，c

10、pu 由中小规模的集成电路组成，控 制功能较简单。因为它能完成逻辑运算功能，又被称为可编程序逻辑控制器(plc)。典 型的产品：modicon 公司的 084、allen-badley 公司的 pdqii、dec 公司的 pdp14、日本日立公司的 scy022。 (2)扩展阶段：70 年代中期到 70 年代末期 产品主要在控制功能上得到较大的发展，来自两个方面： 从可编程序控制器发展的控制器完成的是逻辑运算及扩展了其它运算功能，称 之为可编程序控制器(programmable control)即 pc(plc)； 从模拟仪表发展的控制器完成的是模拟运算及扩展其它逻辑运算功能，称之为 单回路或

11、多回路控制器(数字调节仪表)。典型的产品：modicon 公司的 184，284 和 384、西门子公司的 simatic s3 系列、日本立石公司(omron)的 sysmacc 系列 等、日本三菱公司的 fx1 系列和 fx2 系列等。 (3)通讯阶段：70 年代末期到 80 年代中期 与计算机通讯的发展相联系，初步形成了分布式的通讯网络体系，但各制造厂各自 为政，通讯系统自成体系，产品的功能得到发展，可靠性也大大提高。典型的产品： 西门子公司的 simatic s6 系列、gould 公司的 m84，884 等 (4)开放阶段：80 年代中期开始至现在。 开放系统的提出，使 plc 得到

12、了较大的发展，主要表现在通讯系统的开放，通讯 南京化工职业技术学院毕业设计（论文） 3 协议的标准化使各厂家的产品可以通讯。这期间产品的规模增大功能不断的完善，大 中型产品多数有 crt 显示功能，采用标准软件，增加高级编程语言等。典型的产品： 西门子公司的 simatic s5 系列、allenbradley 公司的 plc5 等。 1.1.4 可编程控制器的特点 作为一种新型的工业自动控制装置，plc 有以下一些特点。 (1)高可靠性和强抗干扰能力 高可靠性和强抗干扰能力是 plc 最突出的特点之一，主要表现在： 用软件代替传统继电器控制系统中大量的中间继电器和时间继电器，仅有与输入 和输

13、出有关的少量硬件，接线大大减少，因触点接触不良造成的故障大为减少； 所有的 i/o 接口电路均采用光电隔离，使工业现场的外电路与 plc 内部电路之间 电气上隔离； 各输入端均采用 rc 滤波器，并采取屏蔽措施；采用性能优良的开关电源；对采 用的器件进行严格的筛选； 良好的自诊断功能，一旦电源或其他软，硬件发生异常情况，cpu 立即采用有效 措施，以防止故障扩大； 大型 plc 还可以采用由双 cpu 构成冗余系统或有 3 个 cpu 构成的表决系统，使 可行性更进一步增强。因此，plc 具有很高的可靠性和很强的抗干扰能力，平均无故 障工作时间可达数万小时，可以直接用于有强烈干扰的工业生产现场

14、并持续工作。 (2)丰富的 i/o 接口模块 为了实现与工业生产过程控制中的各种工业现场设备的相互连接，plc 除具有普 通计算机的基本部分(如 cpu，存储器等)外,卷板机，还有丰富的 i/o 接口模块。对不 同的工业现场信号(交流或直流，开关量或模拟量，电压或电流，脉冲或电位，强电或 弱电等)设计有相应的 i/o 模块与工业现场的器件或设备(按钮，行程开关，传感器及变 送器，电磁线圈，控制阀等)直接连接。另外，为了提高系统的操作灵活性，许多 plc 还有多种人机对话的接口模块，为了组成工业局部网络，还有多种通信联网的接口模 块等。 (3)灵活性好 为了适应各种工业控制需要，除了一些小型 p

15、lc 以外，绝大多数 plc 均采用模块 化结构。plc 的各个部件，包括 cpu,蒸汽喷射器，电源，i/o 等均采用模块化设计， 由机架及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。 南京化工职业技术学院毕业设计（论文） 4 相对于传统的电气控制线路，plc 为改进和修改原设备提供了极其方便的手段， 通过修改或重新编写应用软件，就可以用一台 plc 实现不同的控制功能。 (4)编程简单易学 plc 大多采用梯形图作为主要的编程语言。梯形图是一种面向用户的编程语言， 它的表达方式类似于继电器控制系统电路图，具有形象直观，易学易懂的特点。 对于熟悉继电器控制电路图的电气技术人

16、员来讲，很快就可以学会梯形图语言， 并用来编制用户所需程序。 (5)系统安装简单，维修方便 plc 不需要专门的机房,喷射器，可以在各种工业环境下直接运行。使用时只需现 场的各种设备与 plc 相应的 i/o 端相连接，即可投入运行。 plc 的各种模块上大多都有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找 故障。由于采用模块化结构，因此一旦某模块发生故障，用户可以通过更换模块的方 法，使系统迅速恢复运行。 1.1.5 plc 的工作原理 由于 plc 以微处理器为核心，故具有微机的许多特点，但它的工作方式却与微机 有很大不同。微机一般采用等待命令的工作方式，如常见的键盘扫描方式或 i/o

17、扫描 方法，若有键按下或有 i/o 变化，则转入相应的子程序，若无则继续扫描等待。 plc 则是采用循环扫描的工作方式。对每个程序，cpu 从第一条指令开始执行， 按指令步序号做周期性的程序循环扫描，如果无跳转指令，则从第一条指令开始逐条 执行用户程序，直至遇到结束符后又返回第一条指令，如此周而复始不断循环，每一 个循环称为一个扫描周期。扫描周期的长短主要取决于以下几个因素：一是 cpu 执行 指令的速度；二是执行每条指令占用的时间；三是程序中指令条数的多少。一个扫描 周期主要可分为 3 个阶段。 (1)输入刷新阶段 在输入刷新阶段，cpu 扫描全部输入端口，读取其状态并写入输入状态寄存器。

18、完成输入端刷新工作后，将关闭输入端口，转入程序执行阶段。在程序执行期间即使 输入端状态发生变化，输入状态寄存器的内容也不会改变，而这些变化必须等到下一 工作周期的输入刷新阶段才能被读入。 (2)程序执行阶段 在程序执行阶段，根据用户输入的控制程序，从第一条开始逐步执行，并将相应 南京化工职业技术学院毕业设计（论文） 5 的逻辑运算结果存入对应的内部辅助寄存器和输出状态寄存器。当最后一条控制程序 执行完毕后，即转入输入刷新阶段。 (3)输出刷新阶段 当所有指令执行完毕后，将输出状态寄存器中的内容，依次送到输出锁存电路(输 出映像寄存器)，并通过一定输出方式输出，驱动外部相应执行元件工作，这才形成

19、 plc 由此可见，输入刷新、程序执行和输出刷新三个阶段构成 plc 一个工作周期，由此循 环往复，因此称为循环扫描工作方式。由于输入刷新阶段是紧接输出刷新阶段后马上 进行的，所以亦将这两个阶段统称为 i/o 刷新阶段。实际上，除了执行程序和 i/o 刷新 外，plc 还要进行各种错误检测(自诊断功能)并与编程工具通讯，这些操作统称为“监 视服务”，一般在程序执行之后进行。综上述，plc 的扫描工作过程如图 1.1 所示。 图 1.1 plc 的扫描过程 显然扫描周期的长短主要取决于程序的长短。扫描周期越长，响应速度越慢。由 于每个扫描周期只进行一次 i/o 刷新，即每一个扫描周期 plc 只

20、对输入、输出状态寄 存器更新一次，所以系统存在输入输出滞后现象，这在一定程度上降低了系统的响应 速度。但是由于其对 i/o 的变化每个周期只输出刷新一次，并且只对有变化的进行刷 新，这对一般的开关量控制系统来说是完全允许的，不但不会造成影响，还会提高抗 干扰能力。这是因为输入采样阶段仅在输入刷新阶段进行，plc 在一个工作周期的大部 分时间是与外设隔离的，而工业现场的干扰常常是脉冲、短时间的，误动作将大大减 小。但是在快速响应系统中就会造成响应滞后现象，这个一般 plc 都会采取高速模块。 南京化工职业技术学院毕业设计（论文） 6 总之，plc 采用扫描的工作方式，是区别于其他设备的最大特点之

21、一。 1.2 可编程控制器的基本组成 1.2.1 可编程控制器的基本结构 可编程控制器虽然外观各异，但其硬件结构大体相同。主要由中央处理器(cpu)、 存储器(ram、rom)、输入输出器件(i/o 接口)、电源及编程设备几大部分构成。plc 的硬件结构框图如图 1.2 所示。 (1)cpu 模块 cpu 模块主要由微处理器(cpu 芯片)和存储器组成，在可编程控制器系统中， cpu 模块相当于人的大脑和心脏，它不断地采集输入信号，执行用户程序，刷新系统 的输入输出。存储器用来储存程序和数据。 (2)i/o 模块 输入(input)模块和输出(output)模块简称为 i/o 模块，它们是系统

22、的眼、耳、手、 脚，是联系外部现场和 cpu 模块的桥梁。输入模块用接收和采集输入信号，输入信号 有两类：一类是从按钮、选择开关、数字拔码开关、限位开关、接近开关、光电开关、 压力继电器等开关量输入信号；另一类是由电位器、热电偶、测速发电机、各种变送 器提供的连续变化的模拟量输入/输出信号电压一般较高，如直流 24v 和交流 220v。 从外部引入的尖锐电压和干扰噪声可能损坏 cpu 模块中的元器件，或使用权可编程控 制器不能正常工作。在 i/o 模块中，用光电耦合器，光电可控硅、小型继电器等器件 来隔离外部输入电路和负载，i/o 模块除了传递信号外，还有电平转换与隔离的作用。 图 1.2 p

23、lc 控制系统示意图 南京化工职业技术学院毕业设计（论文） 7 (3)编程器 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，将编程取下来后系统也可以运行。一 般只在程序逻辑输入、调试和检修时使用编程器，一台编程器可供多台编程序控制器 公用。 (4)电源 可编程控制器使用 220v 交流电源或 24v 直流电源。可编程控制器内部的直流稳 压电源为各模块内的电路供电，某些可编程控制器可以输入电路和外部电子检测装置 (如接近开关)提供 24v 真流电源，驱动现场执行机构的直流电源一般由用户提供。 1.2.2 可编

24、程控制器的分类 根据硬件结构的不同，可以将可编程控制器分整体式、模块式和叠装式。 (1)整体式可编程序控制器 整体式又叫做单元式或箱体式 cup 模块、i/o 模块和电源装在一个箱状机壳内， 结构非常紧凑，它的体积小，价格低，小型可编程序控制器一般采用整体式结构。图 1.3 中示出三菱公司的 f1 系列整体式可编程序控制器，上面是编程器，后面的小开头是模 拟调试用户程序用的。整体式可编程序控制器提供多种不同 i/o 点数的基本元和扩展 单元供用户选用，基本单元内有 cpu 模块，i/o 模块和电源，扩展单元内只有 i/o 模 块和电源，基本单元之间用扁平电缆连接。各单元的输入点与输出点的比例一

25、般是固 定的，有的可编程序控制器有全输入型和全输出型的扩展单元。选择不同的基本单和 扩展单元，可以满足用户的不同要求。 整体式可编程控制器一般配备有许多专用的特殊功能单元 ，如模拟量 i/o 单元、 位置控制单元、数据输入输出单元等，使可编程控制器的功能得到扩展。 图 1.3 整体式可编程控制器 南京化工职业技术学院毕业设计（论文） 8 (2)模块式可编程控制器 大、中型可编程控制器和部分小型可编程控制器采用模块式结构。模块式可编程 控制器用搭积木的方式组成系统，它由框架和模块组成(见图 1.4)。模块插在模块插座 上，后者焊在框架中的总线连接板上，可编程控制器厂家备有不同的槽数的框架供用 户

26、选用，如果一个框架容纳不下所选用的模块，可以增设一个或数个扩展框架，各框 架之间用 i/o 扩展电缆相连。有的可编程控制器没有框架，各各种模块安装在基板上。 用户可以选用不同档次的 cpu 模块，品种繁多的 i/o 模块和特殊功能模块，对硬件配 置的选择余地较大，维修时更换模块也很方便。 (3)叠装式可编程控制器 三菱公司的 fx 系列可编程控制器吸取了整体式和模块式可编程控制器的优点，它 的基本单元 、扩展单元和扩展模块的高度和深度相同，但是宽度不同，它们不用基板， 仅用扁平电缆连接，紧密拼接后组成一个整齐的长方体，输入，输出点数的配置也相 当灵活，有人将这种结构成为叠装式，如图 1.5 所

27、示。 图 1.4 模块式 plc 的系统 南京化工职业技术学院毕业设计（论文） 9 1.3 fx2n 系列可编程控制器的概述 1.3.1 fx 系列 plc 的特点 (1)先进美观的外部结构三菱公司 fx 系列 plc 吸收了整体式和模块式可编程序控 制器的优点，它的基本单元、扩展单元和扩展模块的高度和宽度相同。它们的相互连 接不用基板，仅用扁平电缆连接，紧密拼装后组成一个整齐的长方体。其体积小，很 适于在机电一体化产品中使用。 (2)多种系列机型供用户选择 fx0s、fx0n 和 fx2n 外观相似，其性能有很大差别 (见表 1-1)。 表 1-1 fx0s、fx0n 和 fx2n 的性能比

28、较 型号 i/o点数用户程序步数功能指令通信 功能 模拟量 模块 基本指 令条 步进指令 fx0s10-30800 步 eprom50无无202 fx0n24-1282000 步 eprom55较强有202 fx2n16-256内附 8k 步 ram 298强有272 fx0s 的功能简单实用,价格便宜，可用于小型开关量控制系统；fx0n 可用于要求 较高的中小型控制系统；fx2n 的功能最强，可用于要求很高的系统。由于不同的 fx 系列 plc 可供不同的用户系统选用，避免了功能的浪费，使用户用最少的投资来满足 系统的要求。 (3)灵活多变的系统配置 fx 系列 plc 的系统配置灵活，用户

29、除了可以选用不同型 号的 fx 系列 plc 外，还可以选用各种扩展单元和扩展模块，组成不同 i/o 点和不同 功能的控制系统。 1.3.2 fx2n 系列 plc fx2n 是 fx 系列中功能最强、速度最高的微型可编程序控制器。其基本单元如表 1-2 所示，扩展单元如表 1-3 所示。用户存储器容量可扩展到 16k 步。i/o 点最大可扩 展到 256 点。它有 27 条基本指令，其基本指令的执行速度超过了很多大型 plc。有多 种特殊功能模块，使用特殊功能模块和功能扩展板，可实现模拟量控制、位置控制和 联网通信等功能。 图 1.5 叠装式可编程序控制器 南京化工职业技术学院毕业设计（论文

30、） 10 fx2n 有 3000 多点辅助继电器、1000 点状态继电器、200 多点定时器、200 点 16 位加计数器、35 点 32 位加/减计数器、800 多点 16 位数据寄存器、128 点跳步指针、 15 点中断指针。这为应用程序的设计提供了丰富的资源。 表 1-2 fx2n 系列 plc 基本单元 型号 输入 继电器输出可控硅输出晶体管输出 输出 点数 扩展 点数 模块可 用点数 fx2n-16mr-001fx2n-16mt-001882432 fx2n-32mr-001fx2n-32ms-001fx2n-32mt-00116162432 fx2n-48mr-001fx2n-48

31、ms-001fx2n-48mt-00124244864 fx2n-64mr-001fx2n-64ms-001fx2n-64mt-00132324864 fx2n-80mr-001fx2n-80ms-001fx2n-80mt-00140404864 fx2n-128mr-001fx2n-128mt-00164644864 表 1-3 fx2n 系列 plc 扩展单元 1.3.3 fx2n 的软元件 fx 系列 plc 内部有 cpu、存储器、输入/输出接口单元等硬件资源，按存储数据 的性质把这些数据寄存器 ram 命名为输入继电器 x、输出继电器 y、辅助继电器 m、状态继电器 s、定时器 t、

32、计数器 c、数据寄存器 d、变址寄存器、指针、常数等。 (1)输入继电器 x 输入继电器与 plc 的输入端子相连，是 plc 接收外部开关信号的窗口，plc 通过 输入端子将外部信号的状态读入并存储在输入映像寄存器中。 在 plc 内部，与输入端子相连的输入继电器是光电隔离的电子继电器，采用八进 制编号，用无数个常开和常闭触点。 型号 输入 继电器输出可控硅输出晶体管输出 输出 点数扩展 点数模块可用 点 数 fx2n-32erfx2n-32et16162432 fx2n-48erfx2n-48et24244864 南京化工职业技术学院毕业设计（论文） 11 输入继电器不能用程序驱动。如图

33、1.6 所示 y0 com x0x0 com1 y0 x0x1 y0 y0 y0 x0 x0 常常开开触触点点 常常闭闭触触点点输输入入信信号号 输输入入端端子子 梯梯形形图图 电电源源 公公共共端端 输输入入继继电电器器 输输出出继继电电器器 公公共共端端 输输出出端端子子 输输出出负负载载 y0 com x0x0 com1 y0 x0x1 y0 y0 y0 x0 x0 常常开开触触点点 常常闭闭触触点点输输入入信信号号 输输入入端端子子 梯梯形形图图 电电源源 公公共共端端 输输入入继继电电器器 输输出出继继电电器器 公公共共端端 输输出出端端子子 输输出出负负载载 (2)输出继电器 输出

34、继电器与 plc 的输出端子相连，是 plc 向外部负载发送信号的窗口。输出继 电器将 plc 的输出信号传送给输出单元，再由后者驱动负载。 输出继电器采用八进制编号，有内部触点和外部输出触点(继电器触点、双向可控 硅、晶体管等输出元件)之分，由程序驱动。 在 plc 内部，外部输出触点输出端子相连，向外部负载输出信号，且一个输出继 电器只有一个常开型外部输出触点。 输出继电器有无数个内部常开和常闭触点，编程时可随意使用。 (3)辅助继电器 辅助继电器是一种内部的状态标志，它相当于继电器控制系统中的中间继电器， 用于信息的传递、转移等功能。 特点：常开、常闭触点在 plc 的梯形图内可以无限次

35、的自由使用，但是不能直接 驱动负载。 种类：通用型辅助继电器、电池后备/锁存辅助继电器、特殊辅助继电器 (4)状态继电器 状态继电器是构成状态转换图的重要元件，它与后述的步进指令配合使用。 特点：常开、常闭触点在 plc 的梯形图内可以自由使用，不用步进指令时也可作 图 1.6 输入继电器 南京化工职业技术学院毕业设计（论文） 12 为 m 使用，也不能直接驱动负载。 种类：初始状态继电器、回零状态继电器、通用状态继电器、保持状态继电器、 报警用状态继电器。如表 1-4 表 1-4 状态继电器 plcfx2n 初始状态继电器10 点，s0s9 通用状态继电器490 点，s10s499 锁存状态

36、继电器400 点，s500s899 信号报警器100 点，s900s999 (5)定时器 定时器在 plc 中的作用相当于一个时间继电器，它有一个设定值寄存器、一个当 前值寄存器以及无限个触点。 种类：通用型、积算型.定时器如表 1-5 表 1-5 定时器 100ms 一 般用途 100ms 可用于子 程序或中断程序 10ms 一般 用途 1ms 中断 累计型 100ms 累计型 t0t191 共 192 点 t192t199 共 8 点 t200 t245 共 46 点 t246 t249 共 4 点 t250 t255 共 6 点 定时器包括：一个线圈、一对触点、一个设定值和一个经过值，设

37、定值与经过值 均为 16 位。 定时器的工作原理如图 1.9 南京化工职业技术学院毕业设计（论文） 13 x0 t10当前值 y1 设定值 加法计数器加法计数器 设定值设定值 k、h或或d 触点动作触点动作 tx tx 时钟脉冲时钟脉冲 驱动驱动 t10k123 x0 t10 y1 相相 等等 比比 较较 器器 t10t10 (6)计数器 计数器在 plc 中用于计数功能，它有一个设定值寄存器、一个当前值寄存器以及 无限个触点。 种类：内部计数器、高速计数器 如表 1-6 表 1-6 计数器 16 位加计数器 032767 32 位加/减计数器 -214783648+214783647 一般用

38、停电保持用一般用停电保持用 c0c99 共 100 点 c100c199 共 100 点 c200c219 共 20 点 c220c234 共 15 点 高速计数器(外部计数器)c235c255 共 21 点 (与 m235m255 有关) 单相无起动/复位端子高速计数器 c235c240； 图 1.9 普通定时器的工作原理 南京化工职业技术学院毕业设计（论文） 14 单相带起动/复位端子高速计数器 c241c245； 单相双输人(双向)高速计数器 c246c250； 双相输入(ab 相型)高速计数器 c250c255。 (7)数据寄存器 通用数据寄存器 d0d199 共 200 点。只要不写

39、入其它数据，已写入的数据不会变 化。但是 plc 状态由运行停止时，全部数据均清零。 断电保持数据寄存器 d200d511 共 312 点，只要不改写，原有数据不会丢失。 特殊数据寄存器 d8000d8255 共 256 点这些数据寄存器供监视 plc 中各种元件 的运行方式用。 文件寄存器 d1000d2999 共 2000 点。 南京化工职业技术学院毕业设计（论文） 15 第 2 章 传感器及应用技术 2.1 传感器概述 2.1.1 传感器的定义和作用 信息处理技术取得的进展以及微处理器和计算机技术的高速发展，都需要在传感 器的开发方面有相应的进展。微处理器现在已经在测量和控制系统中得到了

40、广泛的应 用。随着这些系统能力的增强，作为信息采集系统的前端单元，传感器的作用越来越 重要。传感器已成为自动化系统和机器人技术中的关键部件，作为系统中的一个结构 组成，其重要性变得越来越明显。 目前，无论在生产、科学实验，还是在日常生活中，计算机都已得到了极大的发 展和应用。人们常把计算机比做人的大脑而称之为“电脑” ，而计算机发出各种指令的 依据，则是对各种被控制量的测量结果。对被控制量的测量一般是由传感器来完成的， 因此，传感器的作用就像人的五官一样，可称之为“电五官” 。 随着科技的进步，传感器的应用越来越广泛，早已引起世界各国的重视。日本在 20 世界 80 年代将传感技术列为该国优先

41、发展的十大技术之首；美国学术界认为 20 世 纪 80 年代是传感器的时代。目前，传感器已渗入到各行各业的各个角落。 2.1.2 传感器的组成 传感器的作用一般是把被测的非电量转换成电量输出，因此它首先应包括一个元 件去感受被测非变量的变化。在完成非电量到电量的转换时，并非所有的非电量都能 用现有的技术直接转换为电量，而是先进行预转换，然后再转换为电量。传感器中完 成这一功能的元件称为敏感元件(或预变换器)。 传感器中将敏感元件输出的中间非变量转换成电量输出的元件称为转换元件(或转 换器)，它是利用某种物理的、化学的、生物的、或其他的效应来达到这一目的。 转换元件输出的电量常常难以直接进行显示

42、、记录、处理和控制，这时需要将其 进一步变换成可直接利用的电信号，而传感器中完成这一功能的部分成为测量电路。 测量电路的选择视转换元件的类型而定，经常采用的有电桥电路、脉冲调制电路等。 有的传感器还需要辅助电源。 综上所述，传感器一般由敏感元件、转换元件、测量电路和辅助电源四部分，如 图 2.1 所示。其中敏感元件和转换元件可能和二为一，而有的传感器不需要辅助电源。 南京化工职业技术学院毕业设计（论文） 16 图 2-1 传感器的组成框图 2.2 温度传感器 2.2.1 温度传感器热电偶 温度传感器热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一。其优点是测量精度高； 测量范围广；构造简单，使用方便。

43、(1)温度传感器热电偶测温基本原理 将两种不同材料的导体或半导体 a 和 b 焊接起来，构成一个闭合回路，当导体 a 和 b 的两个执着点 1 和 2 之间存在温差时，两者之间便产生电动势,因而在回路中形成 一个大小的电流,这种现象称为热电效应。温度传感器热电偶就是利用这一效应来工作 的。 (2)温度传感器热电偶的种类 常用温度传感器热电偶可分为标准温度传感器热电偶和非标准温度传感器热电偶 两大类。所谓标准温度传感器热电偶是指国家标准规定了其热电势与温度的关系、允 许误差、并有统一的标准分度表的温度传感器热电偶，它有与其配套的显示仪表可供 选用。非标准化温度传感器热电偶在使用范围或数量级上均不

44、及标准化温度传感器热 电偶，一般也没有统一的分度表，主要用于某些特殊场合的测量。标准化温度传感器 热电偶 我国从 1988 年 1 月 1 日起，温度传感器热电偶和温度传感器热电阻全部按 iec 国际标准生产，并指定 s、b、e、k、r、j、t 七种标准化温度传感器热电偶为我 国统一设计型温度传感器热电偶。 2.2.2 温度传感器热电阻的应用原理 温度传感器热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。它的主要特点是测量精 度高，性能稳定。其中铂热电阻的测量精确度是最高的，它不仅广泛应用于工业测温， 而且被制成标准的基准仪。 (1)温度传感器热电阻测温原理及材料 温度传感器热电阻测温是基于金属导体的

45、电阻值随温度的增加而增加这一特性来 南京化工职业技术学院毕业设计（论文） 17 进行温度测量的。温度传感器热电阻大都由纯金属材料制成，目前应用最多的是铂和 铜，此外，现在已开始采用镍、锰和铑等材料制造温度传感器热电阻。如 omega 公司 的 pt100 温度传感器，就包含一个 100 欧姆的铂金电阻温度探头。 (2)温度传感器热电阻的结构 精通型温度传感器热电阻：工业常用温度传感器热电阻感温元件(电阻体)从温度 传感器热电阻的测温原理可知，被测温度的变化是直接通过温度传感器热电阻阻值的 变化来测量的，因此，温度传感器热电阻的引出线等各种导线电阻的变化会给温度测 量带来影响。为消除引线电阻的影

46、响一般采用三线制或四线制。 铠装温度传感器热电阻：铠装温度传感器热电阻是由感温元件(电阻体)、引线、 绝缘材料、不锈钢套管组合而成的坚实体，它的外径一般为 28mm，最小可达 mm。与普通型温度传感器热电阻相比，它有下列优点：体积小，内部无空气隙，热 惯性上，测量滞后小；机械性能好、耐振，抗冲击；能弯曲，便于安装；使用寿命长。 端面温度传感器热电阻：端面温度传感器热电阻感温元件由特殊处理的电阻丝 材绕制，紧贴在温度计端面。它与一般轴向温度传感器热电阻相比，能更正确和快速 地反映被测端面的实际温度，适用于测量轴瓦和其他机件的端面温度。 隔爆型温度传感器热电阻：隔爆型温度传感器热电阻通过特殊结构的

47、接线盒， 把其外壳内部爆炸性混合气体因受到火花或电弧等影响而发生的爆炸局限在接线盒内， 生产现场不会引超爆炸。隔爆型温度传感器热电阻可用于 blab3c 级区内具有爆炸危 险场所的温度测量。 2.3 液位传感器 液位传感器(静压液位计液位变送器液位传感器水位传感器)是一种测量液 位的压力传感器静压投入式液位变送器(液位计)是基于所测液体静压与该液体的高 度成比例的原理，采用国外先进的隔离型扩散硅敏感元件或陶瓷电容压力敏感传感器， 将静压转换为电信号，再经过温度补偿和线性修正，转化成标准电信号(一般为 420ma15vdc)。 2.3.1 液位传感器的应用 静压投入式液位变送器(液位计)适用于石

48、油化工、冶金、电力、制药、供排水、环 保等系统和行业的各种介质的液位测量。精巧的结构，简单的调校和灵活的安装方式 南京化工职业技术学院毕业设计（论文） 18 为用户轻松地使用提供了方便。420ma、05v、010ma 等标准信号输出方式由用 户根据需要任选。 dx130 液位传感器利用流体静力学原理测量液位，是压力传感器的一项重要应用。 采用特种的中间带有通气导管的电缆及专门的密封技术，既保证了传感器的水密性， 又使得参考压力腔与环境压力相通，从而保证了测量的高精度和高稳定性。 dx130f1 防腐液位传感器是针对化工工业中强腐蚀性的酸性液体而特制，壳体采 用聚四氟乙烯材料制成，采用特种氟胶电

49、缆及专门的密封技术进行电气连接，既保证 了传感器的水密性、耐腐蚀性，又使得参考压力腔与环境压力相通，从而保证了测量 的高精度和高稳定性。 2.3.2 液位传感器的工作原理 用静压测量原理：当液位变送器投入到被测液体中某一深度时，传感器迎液面受 到的压力公式为： =gh+po。 式中 p-变送器迎液面所受压力； -被测液体密度； g-当地重力加速度； po-液面上大气压； h-变送器投入液体的深度； 同时，通过导气不锈钢将液体的压力引入到传感器的正压腔，再将液面上的大气 压 po 与传感器的负压腔相连，以抵消传感器背面的 po，使传感器测得压力为 gh， 显然通过测取压力 p，可以得到液位深度。 2.3.3 液位传感器的特点 (1)稳定性好，满度、零位长期稳定性可达 0.%fs/年。在补偿温度 070范围 内，温度飘移低于 0.1%fs，在整个允许工作温度范围内低