1、第1章緒論1.1 課題的目的、意義及現狀目前，我國的液體攪拌機控制系統大部分采用傳統的繼電器進行控制，這種方法耗能大，浪費大，攪拌效果不好，給工廠浪費很多資金，同時對噪聲污染也很嚴重。 而且，在煉油、化工、制藥等行業中，多種液體混合是必不可少的工序，但由于這些 行業中多為易燃易爆、有毒有腐蝕性的介質，以致現場工作環境十分惡劣，不適合人工現場操作。隨著計算機技術的飛速發展，生產廠家對生產的自動化水平有了更高 的要求。采用PLC實現液體攪拌控制，不但可以對液體攪拌過程的各個環節精確控 制，而且可以大大降低成本，可直接應用于工業現場，對現場操作人員的要求也不高。 此外，對攪拌機控制系統進行改進，使它

2、可以靈活的根據液體的不同而進行混料的濃 度調節，從而達到節能環保，改善工作環境的效果。用 PLC對液體混合進行控制，系 統的硬件結構簡單、服務功能增強、系統的可靠性大大提高，且節省了成本，使液體 混合系統的性價比提高。應用PLC作為主控制器設計液體混合控制系統，完成兩種液體的混合和攪拌工 藝。通畢業設計，使我們的綜合素質和動手能力有所提高， 能夠真正做到自己發現問 題、分析問題和解決問題。通過本畢業設計使我們掌握 PLC的軟、硬件結構、工作原 理、指令系統和梯形圖編程的基本方法， 以及開發PLC控制生產過程的基本方法。使 我們能初步對生產過程或設備的 PLC控制系統進行開發、設計并了解 PLC

3、與PC之間 的網絡化通信控制，為畢業后從事工業生產過程自動化打下良好的基礎。本課題應解決的主要問題是如何使 PLC在液體攪拌器中實現控制功能，在相關的 研究文獻報道中用PLC對液體攪拌器進行控制的研究尚不多見，以致人們難以根據它 的具體情況，正確選用參數進行系統控制，也就難以滿足提高質量和效率、 降低成本 的要求，本設計就是基于以上問題進行的一些探索。 國外的可編程自動控制設備技術 順應時代潮流，與計算機技術同步發展，向著通用化、模塊化、智能化、標準化、數 字化、網絡化方向迅猛發展。國內的發展從全盤引進、仿制到自行研究，取得了舉世 矚目的成績，但從整體上看，我們在技術性能、制造工藝等方面與國際

4、先進水平還存 在很大差距。因此，改變原有的落后設備和技術，設計以可編程序器與計算機結合的自動控制系統，提高工業自動化的程度。此液體混合PLC控制系統，其目的就是以PLC為核心，配合智能儀表，完成系統功能控制，狀態顯示，信息檢測和報警硬件組 建所需要的PLC和傳感器等元件的選現對液體混合的自動控制以及運行狀態的檢測 功能和顯示功能。1.2 液體攪拌系統的簡介目前，我國的液體攪機控制系統大部分采用傳統的繼電器進行控制，這種方法 耗能大，浪費也大，而且攪拌效果不好，給工廠浪費很多資金，同時噪聲污染也很嚴 重。隨著計算機技術的飛速發展，生產廠家對生產的自動化水平有了更高的要求。 所 以，對攪拌機控制系

5、統應該進行改進，使它可以靈活的根據液體的不同而進行混料的 濃度可調，從而達到節能環保，降低成本的目的。液體攪拌系統由原料罐，混料罐， 出料罐組成。它先將兩種原料送混料罐，然后在混料罐內混合，最后，送出料罐出料。 兩種原料液體進料時達到設定的液面時停止進料，且攪拌器攪拌時間可根據濃度的不 同而自行設定。為了實現液體攪拌系統的控制需要，系統使用PLC為控制核心。系統通過液位變 送器采集現場液位高度并將其轉換成 420mA勺電流彳S號送PLC PLC根據現場狀況 及外部輸入指令控制攪拌系統，并顯示操作指示及發出報警。系統的控制框圖如圖 1-1所示。圖1-1系統控制框圖根據系統的工藝流程整個液體攪拌控

6、制系統過程可分成多個階段：基本液位控制過程、模擬量信號采集、報警指示。(1)基本液位控制過程：按控制要求，實現進料及出料時進料罐和出料罐的基本 液位控制。(2)模擬量信號采集：通過液位變送器及A/D轉換器完成現場液位的采集過程。(3)報警指示：當超過所設定的液位時，報警輸出1.3 液體攪拌機的組成1.3.1 攪拌機機械部分的組成攪拌機機械部分主要由攪拌軸、機架、軸封、攪拌器、攪拌容器(筒體)、傳動 裝置組成。本次設計的攪拌機為立式容器中心攪拌機，具結構形式如圖1-2所示。此攪拌機將攪拌裝置安裝在立式設備筒體的中心線上，驅動方式為齒輪傳動，用普通電8機直接聯接。一般認為功率3.7kW一下為小型，

7、5.522kM中型。本次設計中所采用 的電機功率為18.5kW,故為中型電機。本次設計主要進行的是攪拌機控制系統的設計， 對攪拌機的機械部分直接進行簡單的結構設計。1、電動機2、減速器3、進料口 14、封頭5、筒體6、夾套7、攪拌器葉片8、出料口9、進料口 210、攪拌軸圖1-2攪拌機的結構形式1.3.2 攪拌機控制系統的組成為實現液位的采樣、自動控制，系統必須包括硬件部分和軟件部分。硬件部分由 可編程控制器、液位變送器、電磁閥、電機、泵、A/D轉換器、RS-232電纜接口組成。 軟件部分由PLC編程軟件組成。(1)系統硬件組成及功能：1 )可編程控制器：系統下位機選用三菱 FR-FX2N型P

8、LC作為整個系統的控制 核心，主要用于實現自動控制。2）電磁閥：選用DF2型二位二通（常閉）電磁閥，用來控制進料及出料時液體 的流動。3）接觸器：選用CJ10-20交流接觸器，用于控制電機、泵。4）中間繼電器：選用JZ14-44Z型中間繼電器，主要起中繼作用，與接觸器配合 使用。5）液位變送器：選用 HP-31B液位變送器，并轉換成420mA的電流輸入FR-FX2N,用于采集現場液位數據。6） A/D轉換器：選用三菱四通道模擬量輸入模塊 FR-FX2N,用于將采集到的現場液位數據傳送給PLG7） RS-232電纜接口：用于連接PLC及上位機。（2）系統軟件組成：PLC編程軟件：由于系統采用三菱

9、的 PLC故也是使用三菱 PLC編程軟件GX Developer ,用于編寫PLC控制程序。1.3.3 PLC在液體攪拌系統中的應用在化工、機械等行業的生產過程中，液體攪拌是十分重要也是必不可少的重要環 節，液體攪拌的關鍵是保證混料過程中原料的準確性和比例以及保證原料的充分混 合。采用通用計算機控制，盡管可以達到控制精度，但成本高，對工作環境要求高， 對現場操作人員要求也高。采用PLC實現液體攪拌控制，不但可以對液體攪拌過程的 各個環節精確控制，而且大大降低成本，可直接應用于工業現場，對現場操作人員的 要求也不高。以往常采用傳統的繼電器控制液體攪拌系統，使用硬件連接電器多，可靠性差， 自動化程

10、度不高，為了克服上述缺點，目前采用先進控制器對傳統接觸控制進行改造， 大大提高了控制系統的可靠性和自控程度，為生產提供了更可靠的保障。本文在此介紹一種采用可編程控制器對液體攪拌系統進行控制的方法，其電路結構簡單，投資少，可靠性好，自動化程度高。第2章攪拌機的結構設計2.1 攪拌容器(筒體)的尺寸確定及結構選型2.1.1 筒體及封頭型式的選擇攪拌機的料斗筒體用于盛裝混合液， 選擇圓柱形筒體，簡單實用；封頭采用標準 橢圓形封頭，降低設計成本2.1.2 內筒體及封頭的直徑確定發酵罐類設備長徑比取值范圍是1.72.5 ,綜合考慮罐體長徑比對攪拌功率、傳熱以及物料特性的影響選取長徑比 H/ Di = 2

11、 ,根據制作工藝要求，裝料系數月=0.6 ,罐體全容積V=8m3,罐體公稱容積(操作時盛裝物料的容積)Vq =" =8M0.6=4.8m3。 g1、初算筒體直徑，由圓柱形體積公式Di 2V = ：()2H2而 H/Di =2 ,則 Di2 4.83.14 0.6= 1.72m圓整到公稱直徑系列，取 Di=1700mm。封頭取與內筒體相同內經，封頭直邊高度 h2 =40mm。2 、確定內筒體高度H(1)當 Di =1700mm , h2 =40mm時，查壓力容器封頭GB-T25198-2010表 C.1得封頭的容積v=0.734m3,則H = = = 4八8一。.734) =3.213

12、取 H = 3.2nr23.14 1.72；Di(2)核算長徑比H/Di與裝料系數"計算長徑比H/Di =3.2/1.7=1.88,該值處于1.72.5之間，故合理。計算裝料系數 刈=Vg = V =M48= 0.559，該值接近所V 23.14 1.73.7 0.734Di H V 4取值0.6 ,故也是合理的。(3)選取夾套直徑夾套直徑與內通體直徑的關系如表2-1所示表2-1夾套直徑與內通體直徑的關系內筒徑Di (mm)500600700180020003000夾套Dj (mm)Di +50Di +100Di +200由表 2-1 ,取 Dj =Di +100=1700+ 100

13、 = 1800mm。夾套封頭也采用標準橢圓形，并與夾套筒體取相同直徑2.2內筒體及夾套的壁厚計算此筒體采用內筒體和夾套筒體，使用夾套筒體的目的是加熱或冷卻內筒及其內 部的介質，當然也可以作為內筒的密封絕熱室。 這樣的攪拌機筒體在石油、天然氣等 方面得到廣泛應用。夾套筒體的型式如圖 2-1所示。圖2-1夾套筒體的型式2.2.1 選擇筒體材料，確定設計壓力1 、按照鋼制壓力容器(GB150-1998)規定【13-20，決定選用0Cr18Ni9 (GB/T 14976高合金不銹鋼板)為內筒材料，該板材在150rC下的許用應力由過程設備設計附表D-4查取許用應力&t=103Mpa,常溫屈服極限

14、o=137Mpa。2 、計算夾套內壓力由介質密度P=1000kg/m3 ,液柱靜壓力PgH =1000M10M3.7=0.037MPa和最高壓力Pmax =0.5MPa以及設計壓力P=1.1Rax = 0.55MPa得液柱靜壓力大于5%P所以計 算壓力Pc=P + PgH =0.55+ 0.037 = 0.587MPa。內筒體和底封頭既受內壓作用又受外 壓作用，按內壓則取FC=0.587MPa,按外壓則取Pc = 0.55MPa。2.2.2 夾套筒體和夾套封頭厚度計算夾套材料的選擇由鋼制壓力容器(GB150-1998)13-18頁】規定，決定選用 Q235-B熱軋鋼板，由鋼制壓力容器表 4-1

15、知其極限應力3=235MPa, 150c的 需用應力I I=113MPa由夾套筒體壁厚弓的計算公式0= rFcDj=零:100) (過程設備設計公2112卜"£式4-12)和夾套采用的雙面焊接以及局部探傷檢查，查過程設備設計表 4-3得 鋼制壓力容器的焊接接頭系數 邛=0.85 ,則.Pc(Di 100) j 21 t ;： - PC0.55 18002 113 0.85-0.55=5.17mm鋼板或鋼管厚度負偏差 C1應按相應的規定選取。按熱軋鋼板和鋼帶的尺寸、 外形、重量及允許差的規定，鋼板負偏差值為固定，其 C1=0.8mm對于不 銹鋼材料，當介質的腐蝕性極其微弱時，

16、可取腐蝕裕量即腐蝕深度 C2 = 0,對于碳鋼 則取腐蝕裕量即腐蝕深度C2=2mm16，故內筒體厚度附加量Ca =G+C2 = 0.8mm , 此處C2取0.8mm 夾套厚度附加量 Cb = C1+C2 = 2.8mm ,止匕處C2取2mm根據鋼板規格，取夾套筒體名義厚度 6nj=14mm夾套封頭計算壁厚電為0.55 1800PC(Di 100)、kj = CV = 5.16 mmj 21 t -0.5PC2 113 0.85-0.5 0.55取厚度附加量C=2.8mm,確定取夾套封頭壁厚與夾套筒體壁厚相同。2.2.3 內筒體壁厚計算1、按承受0.587 MPa的內壓力計算此焊縫系數同夾套一樣

17、，取 中=0.85,則內筒體計算壁厚為：PCDj0.587 1700八0 =5.72 mm。211 R 2 103 0.85-0.5872、按承受0.55MPa外壓計算設內筒體名義厚度6n =12mm,則有效厚度 露=孰Ca =12-0.8=11.2mm,內筒體外徑 D。=Di +26n =1700 + 2M11.2 = 1722.4mm,1 D：1內筒體計算長度 L =H十(一十6n) =3200+(425+12) = 3345.7mm。 3 43所以長徑比L/D=1.94, 口。/6廣153.79,由過程設備設計圖4-6查得周向應變系數A =0.0005 ,然后再根據設計溫度150 C ,

18、由圖4-9查得最大許用應力B=55MPa,此時許用外壓P】為1=史& = 55><11.2 =0.36MPa <0.55MPa【17】D01722.4所以不滿足強度要求。再假設名義厚度6n = 16mm ,則有效厚度 6e=5n-Ca =16-0.8 = 15.2mm,內筒外徑 D0 =Di +26n =1700 + 2M15.2=1730.4mm,1 D1內筒體計算長度L = H +(+&)=3200+(425+16) =3347mm ,3 43則L/D =1.93, D0/3=153.79,由過程設備設計圖 4-6查得周向應變系數A =0.0006,然后再

19、根據設計溫度150 C,圖4-9得最大許用應力B=60MPa ,此時 許用外壓P1為pLBie = 60 15.2 =0.562MPa 0.55MPaD01730.4故取內筒體壁6n = 16mm可以滿足強度要求。3、壁厚校核考慮到為使料斗加工制造的方便，取封頭與夾套筒體相等厚度，即取封頭名義厚 度也取%=16mm。按內壓計算肯定是滿足強度要求的，下面僅按封頭受外壓情況進 行校核。封頭有效厚度 露=6n-Ca =16-0.8=15.2mm。由過程設備設計表4-5查得標準橢圓形封頭的形狀系數K1 =0.9 ,則橢圓形封頭的當量球殼內徑Ri =KQi =0.9 m 1700 = 1530mm,則計

20、算系數 A 為e15.2A =0.125 e =0.125萬 =0.001242R1530查過程設備設計圖 4-9得最大許用應力 B = 110MPa ,所以許用外壓力：卜：=辿=11° 15Z=1.09MPa 0.55MPaRi 1530故封頭壁厚取16mm可以滿足穩定性要求。4、水壓試驗校核(1)試驗壓力內筒試驗壓力取 PT =FC =0.1 =0.587 0.1 =0.687MPa夾套試驗壓力取 PT =FC =0.1 =0.55 0.1 =0.65MPa(2)內壓試驗校核內筒筒體應力與 J 癡J687 (1700 152)=91.2MPa2、e ：2 15.2 0.85夾套筒

21、體應力；、i =Pj。65 (1800 11Z=61.83MPa2、ej2 11.2 0.85而內筒體的0.9倍的極限應力0.9% =0.9x137 = 123.3Mpa ,大于內筒筒體應力， 故內筒筒體滿足水壓試驗時的應力要求；夾套筒體的0.9倍的極限應力0.9%j =0.9父235 = 211.5MPa ,大于夾套筒體應力， 故夾套筒體滿足水壓試驗時的應力要求。2.3攪拌器的選型2.3.1 攪拌器的參數選擇攪拌器的分類方法有很多，主要由以下幾種。1、按葉片的結構：分為平葉、斜(折)葉、彎葉、螺旋面葉式攪拌器。漿式、 渦輪式攪拌器都有平葉和斜葉結構；推進式、螺桿式和螺帶式的槳葉為螺旋面葉結

22、構。2、按攪拌器的用途：分為低黏流體用攪拌器、高黏流體用攪拌器。用于低黏流 體的攪拌器有：推進式、漿式、開啟渦輪式、圓盤渦輪式、布魯馬金式、板框漿式、 三葉后完式等。用于高黏流體的攪拌器有：錨式、框式、鋸齒圓盤式、螺旋漿式、螺 帶式等。3、按流體流動形態：分為軸向流動攪拌器和徑向流動攪拌器。有些攪拌器在運 轉時，流體即產生軸向流又產生徑向流的稱為混合流型攪拌器。推進式攪拌器是軸流型的代表，平直葉圓盤渦輪攪拌器是徑流型的代表，而斜葉渦輪攪拌器是混合流型的 代表。此次設計采用的是渦輪式平葉攪拌器。攪拌器槳徑與罐內徑之比叫槳徑罐徑比d / D ,這次設計選用的渦輪式葉輪的d/D一般為0.250.5,

23、渦輪式的葉輪為快速型，快速型攪拌器一般在高度H>1.3倍的罐內徑長度D時要設置比較多層的攪拌器，而且相鄰攪拌器間的距離不小于葉輪 的直徑d,其適應的最高黏度為50Pa s左右。攪拌器在圓形罐中心直立安裝時，渦輪式下層葉輪離罐底面的高度 C一般為槳徑 的11.5倍。如果為了防止底部有沉降，也可將葉輪放置低些，比如離底高度取C =D/10 ,而最上層葉輪高度離液面至少要有1.5d的深度17,345-349。渦輪式攪拌器的結構簡圖如圖2-2所示。圖2-2渦輪式攪拌器結構簡圖查HG-T 3796.112-2005,選取攪拌器參數如下：b :鍵槽的寬度，取b=22mmB：攪拌器槳葉的寬度，取B=1

24、10mmd :輪轂內經，取d=80mmd°:攪拌器槳葉連接螺栓孔徑，取 M10d2輪轂外徑,取d2=120mmd"攪拌器緊定螺釘孔徑，取 M10Dj :攪拌器直徑，取Dj =550mmDi :攪拌器圓盤的直徑，取 D1=370mmG :攪拌器參考質量，G=14.9Kg%:輪轂高度，取h1二120mmh2 :圓盤到輪轂底部的高度，取h2=40mmL:攪拌器葉片的長度，L=137mmM :攪拌器許用扭矩 N m ,取M=252mmt:輪轂內經與鍵槽深度之和，取 t=85.4mm6:攪拌器槳葉的厚度，取6=5 mm攪拌器圓盤的厚度，取6i=6mm2.3.2攪拌附件的選擇攪拌附件一

25、般包括擋板和導流筒。擋板一般是指長條形的豎向固定在攪拌罐壁上的板，主要是在湍流狀態微粒消除槽中央的“圓柱狀回轉區”而增設的。擋板還可以提高槳葉的剪切性能，如有的懸浮 聚合的攪拌裝置，在設有擋板時可使顆粒細而均勻。此設計攪拌罐內徑為 1700mm 選才14塊豎式擋板，且沿攪拌罐壁周圍均勻分布地直立安裝。導流筒主要用于推進式、螺桿式攪拌器的導流，渦輪式攪拌器有時也用導流筒。 此次設計主要為兩種液體的混合，黏度不高，且選用的攪拌器為渦輪式，所以不用導 流筒。第3章可編程控制器（PLQ概述3.1可編程控制器（PLQ概述3.1.1 PLC的產生與發展1、PLC的產生按照IEC（國際電工協會）國標標準定義

26、，可編程序邏輯控制器（Programmable Logic Controller）,又稱PC或PLC它是以微型計算機為基礎，綜合計算機技術， 自動控制技術和通信技術而發展的工業自動控制裝置，這種裝置用可編程序的存儲 器，用來在其內部存儲執行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算數運算等操作命令， 并通過數字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。 可編程控制 器及其有關的設備，都應按易于與工業控制系統連成一個整體，易于擴充功能的原則 而設計。可編程序控制器問世于20世紀60年代末期。以往的順序控制主要由繼電器組成， 由此構成的控制系統都是按預先設定好的時間或條件順序的工作，若要改變控

27、制的順序就必需改變控制器的硬件接線， 使用起來不靈活。196處美國數字設備公司（DEC 根據通用汽車公司向全球招標開發研制新型的工業控制裝置取代繼電器控制裝置的 招標技術要求，研制了第一臺可編程控制器。當時的可編程序控制器功能都很簡單， 只有邏輯、定時、計數等功能；硬件方面用于可編程序控制器的集成電路還沒有投入 大規模工業化生產，CP以分立元件組成；存儲器為磁心存儲器，存儲容量有限；用 戶指令一般只有二三十條，還沒有成型的編程語言；機型單一，沒有形成系列。一臺 可編程序控制器最多只能替代200300個繼電器組成的控制系統，在體積方面，與現 在的可編程序控制器相比，可以說是龐然大物。2、PLC的

28、發展概述1968年，美國最大的汽車制造商通用汽車公司為了適應生產工藝不斷更新的需 要，要求尋找一種更好的控制器。1969年，美國數字設備公司（DE公司）研制出第 一臺可編程序控制器PDP-14在美國通用汽車公司的生產線上試用成功，PLg此誕生。進入70年代，隨著中小規模集成電路的工業化生產， 可編程序控制器技術得到了較大的發展。可編程序控制器功能除邏輯運算外，增加了數值運算、計算機接口、模 擬量控制等，可靠性進一步提高，初步形成系列，結構上開始有模塊式和整體式的區 分，整機功能從專用向通用過渡。軟件開發有自診斷程序，程序存儲開始使用EPROM 70年代中期，由于大規模集成電路的出現，使 8位微

29、處理器和位片處理器相繼問世， 使可編程控制技術產生了飛躍。 在邏輯運算功能的基礎上，增加了數值運算，閉環控 制，提高了運算速度，擴大了輸入輸出規模。在這個時期，日本、德國和法國相繼研 制出自己的PLC我國在1974年也開始研制。70年代末由于超大規模集成電路的出現， 使PLC)大規模、高性能方向發展，形成了多種系列化產品。這時面向工程技術人員 的編程語言發展成熟，出現了工藝人員使用的圖形語言。在功能上PLCE可以代替某些模擬控制裝置和小型機的DD保統。進入八九十年代后，PLC的軟硬件功能進一步得到加強，PLC已發展成為一種可 提供諸多功能的成熟的控制系統，能與其他設備通信，生成報表，調度產出，

30、可診斷 自身故障及機器故障。這些改進使 PLC符合今天對高質量高產出的要求。盡管PLC功能越來越強，但它仍然保留了先前的簡單與易于使用的特點。PLC未來的發展不僅依賴于對新產品的開發，還在于PLC與其他工業控制設備和工廠管理技術的綜合。無 疑，PLC將在今后的工業自動化中扮演重要角色。目前 PLC朝以下幾個方向發展：(1)大型網絡化：網絡化和強通信能力是PLC發展的一個主要的方面，向下與多 個智能裝置相連，向上與工業計算機、以太網等相連構成特殊的控制任務。(2)多功能：為了適應特殊功能的需要，連續推出多種智能模塊，如模擬量輸入 輸出、回路控制、通信控制、機械運動控制、高速計數、中斷輸入等。這些

31、智能模塊 以處理器為基礎，其CPUf PLC的CP而行工作，占用主機CPU寸間很少，有利于提 高PLC掃描速度和完成特殊的控制任務。(3)高可靠性、好兼容性：由于現代控制系統的可靠性和兼容性日漸受到人們的 重視，一些公司將自診斷技術、冗余技術、容錯技術廣泛應用到現有產品中。3、PLC的優點PLC產品在抗電磁干擾、噪聲干擾、有害廢氣的腐蝕、高溫、粉塵等方面有很高 的能力，能直接和現場的各種單元、部件連接，堅固耐用。在可靠性方面，PLC的平均無故障時間一般在5萬小時以上，操作與維修十分方便，功能十分強大。目前，PLC 已廣泛應用于冶金、能源、化工、交通、電力等行業，并躍居現代工業控制三大支柱(PL

32、G機器人和CAD/CAM)然而，技術的日新月異、突飛猛進是 PLC迅速擴展市場 的根本原因。具體表現在:PLC在設計和制造上采取了許多抗干擾措施，有著運算速 度高、指令豐富、功能強大、可靠性高、使用方便、編程靈活、擴展容易、抗干擾能 力強等特點。與繼電一接觸器系統相比，PLC控制系統具有以下特點：(1)可靠性高，抗干擾能力強。高的可靠性是電氣控制設備的關鍵性能。PLC由于采用現代大規模集成電路技術，采用嚴格的生產工藝制造，內部電路采取了先進的 抗干擾技術，具有很高的可靠性。從 PLC的機外電路來說，使用PLC構成控制系統， 和同等規模的繼電接觸器系統相比，電氣接線及開關接點已減少到數百甚至數千

33、分之 一，故障也就大大降低。(2)配套齊全，功能完善，適用性強。PLC發展到今天，已經形成了大、中、小 各種規模的系列化產品。可以用于各種規模的工業控制場合。除了邏輯處理功能以外， 現代PL隊多具有完善的數據運算能力，可用于各種數字控制領域。加上PLC通信能 力的增強及人機界面技術的發展，使用 PLC組成各種控制系統變得非常容易。(3)易學易用，深受工程技術人員歡迎。 PLC作為通用工業控制計算機，是面向 工礦企業的工控設備。它接口容易，編程語言易于為工程技術人員接受。梯形圖語言 的圖形符號與表達方式和繼電器電路圖相當接近，只用PLC的少量開關量邏輯控制指 令就可以方便地實現繼電器電路的功能。

34、(4)系統的設計、建造工作量小，維護方便，容易改造。PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設備外部的接線，使控制系統設計及建造的周期大為縮短， 同時維護也變得容易起來。更重要的是使同一設備經過改變程序改變生產過程成為可 能。這很適合多品種、小批量的生產場合。(5)體積小，重量輕，能耗低。由于體積小很容易裝入機械內部，是實現機電一 體化的理想控制設備。PLC取代繼電一接觸系統己經成為大的趨勢，且PLC控制較之微機控制更有價格 優勢，基于上述原因，控制系統選擇用可編程控制器來組成以完成對自動擺餅機的控 制。4、PLC的分類可編程控制器一般從點數、功能、結構形式和流派等方面進行分類。(1)根據

35、點數和功能進行分類根據點數和功能可以分為小型、中型和大型 PLG小型PLC的輸入/輸出端子數 量為256點以下；中型PLC的輸入/輸出端子數量為1024點以下；大型PLC的輸入/ 輸出端子數量為1024以上。小型PLC中型PLC和大型PLC不光體現在輸入輸出端子數量上，更重要的是功 能的差別。小型PLC主要用于完成邏輯運算、計時、計數、移位、步進控制等功能。 中型PLC的功能，除完成小型PLC的功能外，還有模擬量控制、算術運算、數據傳送 和矩陣等功能。大型PLC除完成中型PLC的功能外，還有更強的連網、監視、記錄、 打印、中斷、智能、遠程控制等功能。另外，小型、中型和大型PLC的分類不是絕對的

36、，有些小型PLC的功能可以具備 部分中型PLC的功能。(2)根據結構形式進行分類按照結構形式分，PLC有整體式和模塊式兩種。1)整體式PLC是一個整體，其所有部件均在一個盒內。它的優點是結構緊湊、 體積較小，成本低，安裝方便，缺點是輸入輸出點數是固定的，不一定能適應具體的 控制現場的需要。整體PLC艮據需要也可以進行擴展。2)模塊式PLC是由多個模塊組成的，通過內部總線連接在一起，用戶可以根據 需要組建自己的PLC系統。模塊式PLC的優點是1/O模塊及I/O點數可根據用戶需要 靈活組合，擴展能力強、使用方便、便于維修。缺點是體積較大、插件較多，影響工 作的可靠性，并且價格較高。5、PLC的工作

37、原理由于PLC具有比計算機更強的與工業過程相連的接口， 具有更適應與控制要求的 編程語言，因此，PLC可以被視為是一種特殊的工業控制計算機。但由于有特殊的接 口器件及監控軟件，其外形不像計算機，編程語言、工作原理與普通計算機相比也有 一定的區別。另一方面它作為繼電器控制電路的替代物，由于其核心是計算機芯片， 因而與繼電器控制邏輯的工作過程也有很大差別。普通計算機一般采用等待命令的工 作方式，如常見的鍵盤掃描方式或I/O掃描方式。當按下鍵盤或I/O動作后，計算機 轉入相應的子程序運行，無鍵按下或無I/O動作責則繼續掃描；PLC則采用循環掃描 的方式，整個掃描過程分為輸入采樣、內部處理、用戶程序執

38、行、輸出刷新4階段。PLC周而復始的循環執行這4個階段，這種工作方式稱為掃描工作方式。PLC每重復 一次這4個階段所用的時間稱為一個掃描周期(或稱循環周期、工作周期)。內部處理階段是運行PLC內部系統的管理程序，該程序是廠家在PLC出廠時就已 經固化好了的,與用戶的控制程序無關,一般比較固定,其運行時間與用戶程序運行 時間相比要短的多。因此，為了理解上的方便，通常忽略內部處理階段，而認為 PLC 的工作過程為3個階段：輸入采樣階段、用戶執行階段、輸入刷新階段。并近似的認 為每重復一次這3個階段所用的時間為一個掃描周期。PLC的工作過程圖如圖2-1所 小0輸入信號輸入端子輸 入 映 像 區輸輸A

39、出出鎖端存-子輸出信號輸入采樣程序執行輸出刷新» -A V圖2-1 PLC的工作過程圖(1)輸入采樣階段PLC以掃描工作方式，按順序將所有信號輸入到寄存輸入狀態的輸入映像寄存器 中存儲，這一過程稱為采樣。在這個工作周期內，這個采樣結果的內容不會變，而且 這個采樣結果將在PLC執行程序時被執行。(2)程序執行階段PLC按順序對程序進行掃描，即從上到下、從左到右的掃描每條指令，并分別從 輸入映像寄存器、內部元件寄存器(內部寄存器、定時器、計數器等)和輸出映像寄 存器中獲取所需的數據進行運算、處理，再將程序執行的結果寫入寄存執行結果的輸 出映像寄存器中進行保存。但這個結果在整個程序未執行完

40、畢之前不會送到輸出端口 ±o這就是說反映各輸出元件狀態的輸出元件映像存儲器中所儲存的內容才固定下 來。這里要注意，當執行控制程序時，如果程序要求某個輸出繼電器動作， 此時這個 動作要求并沒有直接實時的傳送到該繼電器， 而只是將輸出映像存儲器中代表該繼電 器的對應位置“ 1”，在所有程序段都執行完畢后，才將全部程序執行后產生的輸出結果（輸出映像存儲器的內容）一次送到輸出鎖存器。PLC的這種工作方式同一般單純用硬件組成的控制電路或由控制計算機組成的控制電路是不同的。（3）輸出刷新階段在執行完所有用戶程序后PLCa映像寄存器中的內容送入到寄存輸出狀態的輸 出鎖存器中，再去驅動用戶設備，這就

41、是輸出刷新。PLC重復執行上述三個階段，每重復一次的時間即為一個掃描周期，用 T表示。 PLC在一個掃描周期中，輸入掃描和輸出刷新的時間一般為 4ms左右，而程序執行時 問可因程序的長度不同而不同。PLC的一個掃描周期一般為40100m&PLC的掃描工作是重復進行的，因此，其輸出和輸入存儲器不斷被刷新（I/O刷新）。一個掃描周期內輸入刷新之前，若外部輸入信號狀態沒有變化，則此次的輸入 刷新就沒有變化，經運算處理后，相應的輸出刷新和輸出控制信號也沒有變化，只是重新被刷新一次。若在一個掃描周期內，輸入刷新之前，輸入的外部輸入信號狀態發 生了變化，則此次輸入刷新就有了變化，經運算處理后，其輸

42、出刷新和輸出的控制信 號也可能有變化。不管輸出控制信號有沒有變化，一個掃描周期內對所有輸出只刷新 一次，即前一次和后一次的輸出狀態的變化，至少要經歷一個掃描周期的時間。PLC工作的主要特點是輸出信號集中批處理，執行過程集中批處理，輸出控制 也集中批處理。PLC的這種“串行工作方式”，可以避免繼電器、接觸器控制系統 中觸點競爭和時序失配的問題，還可以增強系統抗干擾能力。由于干擾一般是脈沖 式的、短時的，只要 PLC不是正好工作在輸入刷新階段，就不會受到干擾的影響， 因此，瞬間干擾所引起的誤動作就會大大減少，從而增強了系統的抗干擾能力，這 是PLC可靠性高的原因之一。但是這種工作方式又導致輸出對輸

43、入在時間上的滯 后，對于要求快速響應的控制系統，這也是 PLC的缺點之一。還需要指出一點，在PLC中常采用一種被稱為“看門狗” （Watchdog）的監視定 時器來監視PLC的實際工作周期是否超出預定的時間，以避免 PLCft執行程序過程中 進入死循環，或“跑飛” （PLC執行非預定的程序）而造成系統癱瘓。6、PLC的選擇三菱FX系列PLC是日本三菱的產品，是在工業領域使用比較廣泛的PLC品種之一，此次設計采用其中的FX2N型，其功能強大，有較高的性價比。3.2三菱FX2N可編程控制器的簡述3.2.1 三菱FX2N PLC的一般技術指標FX2NPLC的一般技術指標如表3-1所示表3-1 FX

44、2N plc的一般技術指標項目性能指標注釋操作控制方式反復掃描程序有邏輯才$制器LSI執行I/O刷新方式批處理方式（在END旨令執行時成批刷新）有直接I/O指令及輸入濾波器時間 常數指令操作處理時間基本指令：0.08 “S/步功能指令：1.52幾百“S/步梯形圖、助記符語言可用SFC方式編程編程語言程序容量/存貯器類型2K步RAM（標準配置）使用附加寄存器盒可擴展到16K8K步RAM（標準配置）EEPROMEEPR球盒（選配）指令數基本邏車t指令20條，步進順空指令2條，功能指令128條輸入繼 電器DC輸入24VDC 7mA,光電隔離X0X177 （8進制）I/O點數共256點輸出繼 電器繼電

45、器250VAC 30VDC 2A（電阻負載）X0X177（8進制）晶閘管242VAC 0.3A/ 點，0.8A/4 點Y0Y177（8進制）晶體管30VDC 0.5A/ 點，0.8A/4 點輸出繼電器通用型非電池后備MO- M499 （500 點）范圍可通 過參數設 置來改變鎖存型電池后備M500M3071 （ 2572點）特殊型非電池后備M800O- M8255 （256 點）狀態繼 電器初始化用使用初始狀態S0S9 （10 點）通用非電池后備S0S499 （500 點）范圍可通 過參數設 置來改變鎖存電池后備S500S899 （400 點）報警電池后備S900S999 （100 點）續表見

46、下頁定時器100ms0.1 3676.7sT0 T199（100 點）10ms0.01 327.67sT200T245 （46 點）1ms（積算）0.001 32.767s電池后備T246T249（4 點）100ms （積算）0.1 3276.7sT250T255 （6 點）計數器加計數器16bit 1-32767通用型C0C99 （ 100 點）范圍可通 過參數設 置來改變電池后備C100- C199 （100 點）力口/減計數器32bit , -2147483648通用型C200- C219 （20 點）范圍可通 過參數設 置來改變2147483648電池后備C220- C234 （15

47、點）高速計數器32位加/減計數電池后備C23&C255 （6點）（單相計數）寄存器通用寄存器16bit組合處理32bit通用型D0D199 （200 點）范圍可通 過參數設 置來改變16bit電池后備D200 D7999 （ 7800點）特殊寄存器16bitD8000D8255 （256 點）變址寄存器16bitV0 V7, Z0 Z7 （16 點）文件寄存器16bit（存于程序中）電池后備D1000D2999,由參數設置嵌套標志主控線路用N0N7 （8 點）指針JUMP/CALL128點P0P127 （ 128 點）中斷X0X5為中斷輸入，計時器中斷I0 I8 （9 點）常數十進制1

48、6bit : -32768 32768 32bit : -2147483648 2147483647十六進制16bit : 0000H FFFFH 32bit : 00000000HFFFFFFFFH3.2.2 FX 2n系列PLC的編程元件在PLC中，常利用其內部存儲單元來模擬各種控制電器元件。我們把這些存儲單 元成為PLC的編程元件，也成PLC的軟元件。其作用相當于高級語言的數據結構。 使 用邏輯指令和功能指令對PLC進行編程時，經常要使用到這些編程元件。FX2N系列PLC的編程元件有4種類型：（1）位元件。這是 PLC最基本的編程元件，它們分別是：X-輸入繼電器；Y- 輸出繼電器；M-輔

49、助繼電器；S-狀態繼電器等。（2）字元件。典型的字元件是數據寄存器 D,在程序中用于數據存儲和處理。一 個數據寄存器可以存放16位二進制數（字），也可以存放 32位二進制數（雙字）。（3）位元件的組合。FX2N系列PLC用KnP的形式表示連續的位元件組，每組由4個連續的位元件，P為位元件的首地址，n為組數，32位操作數時n=18,16位操 作數時n=14。例如，K2M“示由M3M7組成的兩個位元件組，M0為數據的最低 位（首位）。（4）位與字混合元件。例如，定時器和計數器的線圈和觸點是位元件，其當前值 寄存器盒設定值寄存器是字元件。3.2.3輸入/輸出繼電器（X/Y）（1）輸入繼電器（X）輸入

50、繼電器是PLC接收外部輸入的開關量信號的元件。PLC通過光電耦合器，將 外部信號的狀態讀入并存儲在輸入映像寄存器區中。輸入端可以外接控制開關、按鈕、 限位開關、傳感器、常開觸點或常閉觸點，也可以接多個觸點組成的串并聯電路。在 梯形圖中，可以無限次使用輸入繼電器的常開觸點和常閉觸點。PLC在每次掃描周期開始時采樣外部輸入點的狀態，采樣結果以“1”或“0”寫入輸入映像寄存器，供PLC程序執行時調用。（2）輸出繼電器（Y）輸出繼電器是PLC向外部負載發送信號的元件。輸出繼電器用來將PLC的輸出信 號傳送給輸出模塊，再由后者驅動外部負載。輸出繼電器的通斷狀態（ ON/OFF用程 序執行結果決定，在編程

51、時可以反復使用輸出繼電器的觸點。FX系列PLC輸出采用批處理方式，在每次掃描周期的最后，CPUt以批處理方式刷新輸出映像寄存器區的內容，并傳送到輸出端子，驅動外部負載。表3-2給出了 FX2N系列PLC的輸入/輸出繼電器元件編號編 號FX -16M2NFX -32M2NFX -48M2NFX2N -64MFX -80M2NFX2N-128M擴展時輸入X0 X78點X0- X716點X0 X2724點X0- X3732點X0 X4740點X0 X7764點X0 X267184點輸出丫0Y78點Y0丫1716點Y0丫2724點Y0- Y3732點Y0Y4740點Y0Y7764點Y0丫267184點

52、表3-2 FX 2N系列PLC的輸入/輸出繼電器元件編號需要注意的是，輸入繼電器和輸出繼電器的點數總和不得超過256。3.3.4輔助繼電器（MPLC中有許多輔助繼電器，采用 M與十進制數共同組成編號（只有輸入輸出繼電 器才用八進制數）。輔助繼電器是PLC中數量最多的一種繼電器，一般的輔助繼電器 與繼電器控制系統中的中間繼電器相似， 在程序中用于邏輯變換和邏輯記憶。 輔助繼 電器不能不能接收外部的輸入信號，也不能直接驅動外部負載，是一種內部的狀態標 志。負載只能由輸出繼電器的外部觸點驅動。輔助繼電器的常開與常閉觸點在PLC內部編程時可無限次使用。FX2N系列PLC的輔助繼電器分為通用輔助繼電器，

53、斷電 保持輔助繼電器和特殊輔助繼電器 3種。（1）通用輔助繼電器通用輔助繼電器的編號為 M3M499共500點，在用戶程序中可做中間繼電器 使用。通用輔助繼電器在PLC運行時，如果電源突然斷電，輸出繼電器和輔助繼電器 則全部線圈均變為OFF當電源再次接通時，除了因外部輸入信號而變為 ON勺以外， 其余的仍將保持OFF狀態，它們沒有斷電保護功能。通用輔助繼電器常在邏輯運算中 作為輔助運算、狀態暫存、移位等。（2）斷電保持輔助繼電器FX2N系列PLC有M503 M3071共2572個斷電保持輔助繼電器。它與普通輔助 繼電器不同的是具有斷電保護功能，即能記憶電源中斷瞬時的狀態，并在重新通電后 再現其

54、狀態。它之所以能在電源斷電時保持其原有的狀態，是因為電源中斷時用 PLC 中的鋰電池保持它們映像寄存器中的內容。 其中M503M1023可由軟件將其設定為通 用輔助繼電器。而M1024-M3071 （共2048點）為斷電保持專用輔助繼電器，不可以 用軟件設定使其非斷電保持輔助繼電器。所示。卜面通過小車往復運動控制來說明斷電保持輔助繼電器的應用，如圖XO XI一I |-右行 MCOOT Pxi xa一11左行M6O1T MM500I IQo 12> 右行M6O1 IUZLXm 左行圖3-4小車的正反向運動中，用 M600 M601控制輸出繼電器驅動小車運動。XI、X0為 限位輸入信號。運行

55、的過程是：X0=ON>M600=ONY0=ON>小車右行一電源中斷一小車中途停止一上電（M600=ONY0=ON再右行一 X1=ON>M600=OFF同時 M601=ON Y1=ON左行）。可見由于M600和M601具有斷電保持，所以在小車中途因停電停止后， 一旦電源恢復，M600或M601仍記憶原來的狀態，將由它們控制相應輸出繼電器，小 車繼續朝原方向運動。若不用斷電保護輔助繼電器當小車中途斷電后，再次得電的小車也不能運動了。（3）特殊輔助繼電器PLC內有大量的特殊輔助繼電器， 編號為M8000-M8255共256點。它們都有各 自的特殊功能。提供時鐘脈沖和標志（如進位、借位標志），設定PLC的運行方式，或 者用于步進順控、禁止中斷、計數器的加減、減計數設定等。其可分成觸點型和線圈 型兩大類。1）觸點型其線圈由PLC自動驅動，用戶只可使用其觸點，用戶程序中不出現它們的線圈。例如：M8000 :運行監視繼電器，在 PLC運行中接通為ON，停止時中斷為OFFM8001與M800M目反邏輯；M8002 :初始脈沖繼電器（僅在運行開始時瞬間接通）；M8003與M8002相反邏輯；M8011、M8012 M8013ffi M801的另是產生 10ms 100ms、1s 和 1min 時鐘脈沖 的特殊輔助繼電器若Y000接一指示燈輸出，則在該指示燈上將以100ms為周