1、畢業設計（論文）中文摘要應用PLC的恒溫箱控制系統設計摘 要：PLC的恒溫箱控制系統應用了溫度傳感器，流量傳感器，液位傳感器。通過撥碼開關輸入設定溫度。設定溫度與所測溫度進行比較，通過PLC的控制使恒溫箱溫度恒定。恒溫控制系統要求控制恒溫箱水溫在2080之間的某設定數值。當水溫低于設定值時，采用電加熱升溫。當水溫高于設定值時，放出部分熱水，啟動冷卻風扇使水流經冷卻器向恒溫箱供水。本系統以PLC控制器為核心，設計控制系統的硬件電路和軟件程序，完成要求的控制任務。本系統設計還對PLC特殊功能擴展模塊和BCD譯碼器做了簡單介紹。關鍵詞：PLC；恒溫箱；傳感器畢業設計（論文）外文摘要Using PLC

2、 thermostat control system designAbstract: The PLC thermostat control system has applied the temperature sensor, the flow sensor, the fluid position sensor. Through dials the code switching input hypothesis temperature. The hypothesis temperature with measured that the temperature carries on the com

3、parison,causes the thermostat temperature through the PLC control to be constant. Constant temperature control system request control thermostat water temperature in 20-80 between some hypothesis value. When the water temperature is lower than the setting value, uses the electric heating elevation o

4、f temperature. When the water temperature is higher than the setting value, emits the partial hot water, the start cooling fan causes the current of water after the chiller to the thermostat water supply. This system take the PLC controller as the core, designing control systems hardware circuit and

5、 the software routine, completes the request the control duty. This system design also has made the simple introduction to the PLC special function expansion module and the BCD decoder.Keywords:PLC；Thermostat；Sensor目 錄1 緒論12 FX2N系列PLC33 FX2N-4AD模塊介紹43.1 通道選擇43.2 程序實例64 傳感器簡介74.1 熱電偶傳感器應用94.2 葉輪式流量傳感

6、器104.3 光電開關115 BCD譯碼器156 攪拌部分166.1攪拌過程分類166.2攪拌槳葉分類176.3 流體攪拌基本原理及參數187 冷卻器簡介188 程序設計198.1恒溫箱的工藝過程及控制要求198.2控制方案分析208.3系統的配置208.4主要控制程序說明218.5 恒溫箱控制總梯形圖258.6 恒溫箱控制語句表32結論 38致謝 39參考文獻401 緒論可編程控制器簡稱PC（英文全稱：Programmable Controller），它經歷了可編程序矩陣控制器PMC、可編程序順序控制器PSC、可編程序邏輯控制器PLC（英文全稱：Programmable Logic Cont

7、roller）和可編程序控制器PC幾個不同時期。為與個人計算機（PC）相區別，現在仍然沿用可編程邏輯控制器這個老名字。1987年國際電工委員會（International Electrical Committee）頒布的PLC標準草案中對PLC做了如下定義：“PLC是一種專門為在工業環境下應用而設計的數字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內部存儲執行邏輯運算、順序運算、計時、計數和算術運算等操作的指令，并能通過數字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。PLC及其有關的外圍設備都應該按易于與工業控制系統形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設計。”目前，PLC

8、在國內外已廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環保及文化娛樂等各個行業，使用情況大致可歸納為如下幾類。開關量的邏輯控制這是PLC最基本、最廣泛的應用領域，它取代傳統的繼電器電路，實現邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設備的控制，也可用于多機群控及自動化流水線。如注塑機、印刷機、訂書機械、組合機床、磨床、包裝生產線、電鍍流水線等。模擬量控制在工業生產過程當中，有許多連續變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實現模擬量（Analog）和數字量（Digital）之間的A/D轉換及D/A轉換。PLC廠家都生產配套的A/

9、D和D/A轉換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。運動控制PLC可以用于圓周運動或直線運動的控制。從控制機構配置來說，早期直接用于開關量I/O模塊連接位置傳感器和執行機構，現在一般使用專用的運動控制模塊。如可驅動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要PLC廠家的產品幾乎都有運動控制功能，廣泛用于各種機械、機床、機器人、電梯等場合。過程控制過程控制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環控制。作為工業控制計算機，PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環控制。PID調節是一般閉環控制系統中用得較多的調節方法。大中型PLC都有PID模塊，目前許多小型PLC也具有此功能模塊。PID處

10、理一般是運行專用的PID子程序。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應用。數據處理現代PLC具有數學運算（含矩陣運算、函數運算、邏輯運算）、數據傳送、數據轉換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數據的采集、分析及處理。這些數據可以與存儲在存儲器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或將它們打印制表。數據處理一般用于大型控制系統，如無人控制的柔性制造系統；也可用于過程控制系統，如造紙、冶金、食品工業中的一些大型控制系統。通信及聯網PLC通信含PLC間的通信及PLC與其它智能設備間的通信。隨著計算機控制的發展，工廠自動化網絡發展得很快，各PL

11、C廠商都十分重視PLC的通信功能，紛紛推出各自的網絡系統。新近生產的PLC都具有通信接口，通信非常方便。2 FX2N系列PLCFX2N系列是FX家族中功能最強、速度最高的微型PLC 。它的基本指令執行時間高達0.08s。內置的用戶存儲器為8K步，最大可以擴展到256個I/O點，有多種特殊功能模塊和功能擴展板，可以實現多軸定位控制。機內有時鐘，PID指令用于模擬量閉環控制。有功能很強的數學指令集，例如浮點數運算、開平方和三角函數等。每個FX2N基本單元可以擴展8個特殊單元。FX2N系列PLC具有豐富的元件資源，有3072點輔助繼電器。提供了多種特殊功能模塊，可實現過程控制位置控制。有多種RS23

12、2C/RS422/RS485串行通信模塊或功能擴展板支持網絡通信。基本單元是構成PLC系統的核心部件，內有CPU、存儲器、I/O模塊、通信接口和擴展接口等。 FX2N基本單位有16/32/48/64/80/128點，六個基本FX2N單元中的每一個單元都可以通過I/O擴展單元擴充為256 I/O點，其基本單元如表所示。表2-1 FX2N基本單元（繼電器輸出）繼電器輸出輸入點數輸出點 數擴展模塊可用點數FX2n-16MR-001882432FX2n-32MR-00116162432FX2n-48MR-00124244864FX2n-64MR-00132324864FX2n-80MR-0014040

13、4864FX2n-128MR-00164644864表2-2 FX2N基本單元（ 可控硅輸出 ）可控硅輸出輸入點數輸出點 數擴展模塊可用點數FX2n-16MS882432FX2n-32MS16162432FX2n-48MS24244864FX2n-64MS32324864FX2n-80MS40404864表2-3 FX2N基本單元（晶體管輸出）晶體管輸出輸入點數輸出點 數擴展模塊可用點數FX2n-16MT882432FX2n-32MT16162432FX2n-48MT24244864FX2n-64MT32324864FX2n-80MT40404864FX2n-128MT64644864本設計中

14、用到的是FX2N-60MT PLC一臺,配合FX2N-4AD一臺及FX2N-2DA一臺構成控制系統。FX2N-60MTPLC中數字及字母的含義如下：60：60個輸入輸出觸點。M：單元類型為基本單元。T：（輸出形式）晶體管輸出（無觸點直流負載用）。MT后面沒有符號表示電源和輸入輸出類型等特性為AC100/200V電源，DC24V輸入（內部供電）。3 FX2N-4AD模塊介紹本系統使用了FX2N-4AD和FX2N-2DA特殊功能模塊。這里只對FX2N-4AD模塊做主要介紹。FX2N-4AD是一種具有4輸入通道、接受模擬信號并將其轉化為數字量的（A/D）模塊，它可以接受的模擬量范圍為電壓DC -10

15、 - +10V（分辨率為5mV）、電流 +4 - +20mA、-20 - +20mA（分辨率為20A）。它占用FX2N擴展總線的8個點，這8個點可以分配成輸入或輸出。它與主單元FX2N之間是通過緩沖存儲器交換數據的。FX2N-4AD共有32個緩沖存儲器，每個16位。3.1 通道的選擇FX2N-4AD要選擇通道，對通道進行初始化。初始化由緩沖器BFM#0中4位十六進制數字H控制，從右到左第1位字符控制通道1（CH1），而第4位字符控制通道4等。字符的意義如下：=0，預設電壓輸入（-10 - +10V）；=1，預設電流輸入（-20 - +20mA）；=2，預設電流輸入（+4 - +20mA）；=3

16、，通道關閉，OFF。例如H3310，其意義為選擇第一通道（CH1）做電壓輸入（-10 - +10V），選擇第2通道（CH2）為電流輸入（+4 - +20mA），選擇第3通道（CH3）及選擇第4通道（CH4）關閉。FX2N-4AD的輸入電流、電壓與輸出數字之間的關系如下圖所示。圖a對應于電壓輸入（-10 - +10V），其數字輸出為（-2000 - +2000）；圖b對應于電流輸入（-20 - +20mA），其數字輸出為（-1000 - +1000）；圖c對應于電流輸入（+4 - +20mA），其數字輸出為（0 - +1000）。a)預設0（-10 - + 10V） b）預設1（+4 - +20

17、mA）c）預設2（-20 - +20mA）3.2 程序實例如將FX2N-4AD模塊連接在特殊功能模塊的0號（K0）位置，編程如下圖3.2。圖中第1行是讀出FX2N-4AD的識別碼，它的識別碼為K2010，放在BFM#30中。執TO指令，將放在0號位置的特殊功能模塊的BFM#30的內容寫到D4中去。執行CMP指令；當K2010與FX2N-4AD的識別碼相同時，M1置1.下一行，執行第一個TO指令，對通道進行初始化，將H3300寫入到得BFM#0，建立模擬通道CH1及CH2。執行第二個TO指令，將K4寫入BFM#1及#2，將CH1和CH2的平均采樣設為4。執行FROM指令，將FX2N-4AD的操作

18、狀態由BFM#29中讀出。并輸入到FX2N-4AD的K4M10。當BFM#29的b0為OFF,表示無錯，當b10為OFF，表示數字輸入值正常。如果FX2N-4AD沒有錯誤，將BFM#5和#6采樣內容的平均值讀入到FX2N主單元的D0、D1中去。圖3.2 FX2N-4AD使用實例4 傳感器簡介在本設計中用到了溫度傳感器、液位傳感器、流量傳感器，所以在此對傳感器做簡要介紹。國家標準GB7665-87對傳感器下的定義是：“能感受規定的被測量并按照一定的規律轉換成可用信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉換元件組成”。傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將檢測感受到的信息，按一定規律變換成為

19、電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。它是實現自動檢測和自動控制的首要環節。傳感器的分類目前對傳感器尚無一個統一的分類方法，但比較常用的有如下三種：1、按傳感器的物理量分類，可分為位移、力、速度、溫度、流量、氣體成份等傳感器2、按傳感器工作原理分類，可分為電阻、電容、電感、電壓、霍爾、光電、光柵、熱電偶等傳感器。3、按傳感器輸出信號的性質分類，可分為：輸出為開關量（“1”和0”或“開”和“關”）的開關型傳感器；輸出為模擬型傳感器；輸出為脈沖或代碼的數字型傳感器。傳感器的靜態特性傳感器的靜態特性是指對靜態的輸入信號，傳感器的輸出量與輸入量之間所具有

20、相互關系。因為這時輸入量和輸出量都和時間無關，所以它們之間的關系，即傳感器的靜態特性可用一個不含時間變量的代數方程，或以輸入量作橫坐標，把與其對應的輸出量作縱坐標而畫出的特性曲線來描述。表征傳感器靜態特性的主要參數有：線性度、靈敏度、分辨力和遲滯等。傳感器的動態特性所謂動態特性，是指傳感器在輸入變化時，它的輸出的特性。在實際工作中，傳感器的動態特性常用它對某些標準輸入信號的響應來表示。這是因為傳感器對標準輸入信號的響應容易用實驗方法求得，并且它對標準輸入信號的響應與它對任意輸入信號的響應之間存在一定的關系，往往知道了前者就能推定后者。最常用的標準輸入信號有階躍信號和正弦信號兩種，所以傳感器的動

21、態特性也常用階躍響應和頻率響應來表示。傳感器的線性度通常情況下，傳感器的實際靜態特性輸出是條曲線而非直線。在實際工作中，為使儀表具有均勻刻度的讀數，常用一條擬合直線近似地代表實際的特性曲線、線性度（非線性誤差）就是這個近似程度的一個性能指標。擬合直線的選取有多種方法。如將零輸入和滿量程輸出點相連的理論直線作為擬合直線；或將與特性曲線上各點偏差的平方和為最小的理論直線作為擬合直線，此擬合直線稱為最小二乘法擬合直線。傳感器的靈敏度靈敏度是指傳感器在穩態工作情況下輸出量變化y對輸入量變化x的比值。它是輸出一輸入特性曲線的斜率。如果傳感器的輸出和輸入之間顯線性關系，則靈敏度S是一個常數。否則，它將隨輸

22、入量的變化而變化。靈敏度的量綱是輸出、輸入量的量綱之比。例如，某位移傳感器，在位移變化1mm時，輸出電壓變化為200mV，則其靈敏度應表示為200mV/mm。當傳感器的輸出、輸入量的量綱相同時，靈敏度可理解為放大倍數。提高靈敏度，可得到較高的測量精度。但靈敏度愈高，測量范圍愈窄，穩定性也往往愈差。傳感器的分辨力分辨力是指傳感器可能感受到的被測量的最小變化的能力。也就是說，如果輸入量從某一非零值緩慢地變化。當輸入變化值未超過某一數值時，傳感器的輸出不會發生變化，即傳感器對此輸入量的變化是分辨不出來的。只有當輸入量的變化超過分辨力時，其輸出才會發生變化。通常傳感器在滿量程范圍內各點的分辨力并不相同

23、，因此常用滿量程中能使輸出量產生階躍變化的輸入量中的最大變化值作為衡量分辨力的指標。上述指標若用滿量程的百分比表示，則稱為分辨率。電阻式傳感器電阻式傳感器是將被測量，如位移、形變、力、加速度、濕度、溫度等這些物理量轉換式成電阻值這樣的一種器件。主要有電阻應變式、壓阻式、熱電阻、熱敏、氣敏、濕敏等電阻式傳感器件。電阻應變式傳感器傳感器中的電阻應變片具有金屬的應變效應，即在外力作用下產生機械形變，從而使電阻值隨之發生相應的變化。電阻應變片主要有金屬和半導體兩類，金屬應變片有金屬絲式、箔式、薄膜式之分。半導體應變片具有靈敏度高（通常是絲式、箔式的幾十倍）、橫向效應小等優點。壓阻式傳感器壓阻式傳感器是

24、根據半導體材料的壓阻效應在半導體材料的基片上經擴散電阻而制成的器件。其基片可直接作為測量傳感元件，擴散電阻在基片內接成電橋形式。當基片受到外力作用而產生形變時，各電阻值將發生變化，電橋就會產生相應的不平衡輸出。用作壓阻式傳感器的基片（或稱膜片）材料主要為硅片和鍺片，硅片為敏感 材料而制成的硅壓阻傳感器越來越受到人們的重視，尤其是以測量壓力和速度的固態壓阻式傳感器應用最為普遍。熱電阻傳感器熱電阻傳感器主要是利用電阻值隨溫度變化而變化這一特性來測量溫度及與溫度有關的參數。在溫度檢測精度要求比較高的場合，這種傳感器比較適用。目前較為廣泛的熱電阻材料為鉑、銅、鎳等，它們具有電阻溫度系數大、線性好、性能

25、穩定、使用溫度范圍寬、加工容易等特點。用于測量-200+500范圍內的溫度。傳感器的遲滯特性遲滯特性表征傳感器在正向（輸入量增大）和反向（輸入量減小）行程間輸出-一輸入特性曲線不一致的程度，通常用這兩條曲線之間的最大差值MAX與滿量程輸出FS的百分比表示。遲滯可由傳感器內部元件存在能量的吸收造成。4.1 熱電偶傳感器應用4.1.1 溫度傳感器熱電偶測溫基本原理 將兩種不同材料的導體或半導體A和B焊接起來，構成一個閉合回路，當導體A和B的兩個執著點1和2之間存在溫差時，兩者之間便產生電動勢,因而在回路中形成一個大小的電流,這種現象稱為熱電效應。溫度傳感器熱電偶就是利用這一效應來工作的。4.1.2

26、 溫度傳感器熱電偶的種類及結構形成 常用溫度傳感器熱電偶可分為標準溫度傳感器熱電偶和非標準溫度傳感器熱電偶兩大類。所調用標準溫度傳感器熱電偶是指國家標準規定了其熱電勢與溫度的關系、允許誤差、并有統一的標準分度表的溫度傳感器熱電偶，它有與其配套的顯示儀表可供選用。非標準化溫度傳感器熱電偶在使用范圍或數量級上均不及標準化溫度傳感器熱電偶，一般也沒有統一的分度表，主要用于某些特殊場合的測量。標準化溫度傳感器熱電偶我國從1988年1月1日起，溫度傳感器熱電偶和溫度傳感器熱電阻全部按IEC國際標準生產，并指定S、B、E、K、R、J、T七種標準化溫度傳感器熱電偶為我國統一設計型溫度傳感器熱電偶。 溫度傳感

27、器熱電偶的結構形式為了保證溫度傳感器熱電偶可靠、穩定地工作，對它的結構要求如下：組成溫度傳感器熱電偶的兩個熱電極的焊接必須牢固；兩個熱電極彼此之間應很好地絕緣，以防短路；補償導線與溫度傳感器熱電偶自由端的連接要方便可靠；保護套管應能保證熱電極與有害介質充分隔離。4.1.3 溫度傳感器熱電偶冷端的溫度補償 由于溫度傳感器熱電偶的材料一般都比較貴重（特別是采用貴金屬時），而測溫點到儀表的距離都很遠，為了節省熱電偶材料，降低成本，通常采用補償導線把溫度傳感器熱電偶的冷端（自由端）延伸到溫度比較穩定的控制室內，連接到儀表端子上。必須指出，溫度傳感器熱電偶補償導線的作用只起延伸熱電極，使溫度傳感器熱電偶

28、的冷端移動到控制室的儀表端子上，它本身并不能消除冷端溫度變化對測溫的影響，不起補償作用。因此，還需采用其他修正方法來補償冷端溫度t00時對測溫的影響。 在使用溫度傳感器熱電偶補償導線時必須注意型號相配，極性不能接錯，補償導線與溫度傳感器熱電偶連接端的溫度不能超過100。4.2 葉輪式流量傳感器葉輪式流量計是應用流體動量矩原理測量流量的裝置。葉輪的旋轉角速度與流量成線形關系，測得旋轉角速度就可測得流量值。常用水表、煤氣表均是按照這種原理工作的流量計。我國目前市場上供應的水表，流量測定范圍3-1400m3/h，最大累計流量指示值達108m3。常用的葉輪式流量計有切線葉輪式流量計，軸流葉輪式流量計，

29、子母式流量計等類型。在恒溫箱控制系統中用到的流量傳感器為葉輪式流量傳感器。4.2 葉輪式微流量傳感器圖該葉輪式流量傳感器是利用電容的變化來進行流量檢測的非熱式微流量傳感器，其工藝結構如上圖所示。利用MEM技術將硅片制成可圍繞轉子進行轉動的葉輪，作為電容的上下電極，在玻璃板上蒸發的金屬作為電容的下電極，形狀與葉輪相對應。其工作原理是利用流體造成葉輪轉動，流量的大小直接影響到葉輪的轉動速度，當轉速和流量大小之間的對應關系確定后，如果能檢測出轉速就能反映流量的大小。而轉速的測量則是運用了傳感器結構中電容的變化。作為上電極的葉輪轉動時，下電極時鐘不動，因此相對面積發生改變，在間距、介質材料都不變的情況

30、下，電容跟著變，轉的越快，檢測電容變化越快。因此轉速與電容的變化率之間有了一定得對應關系。檢測電路設計中主要考慮電容的變化引起電路相應頻率的變化，只要把頻率的變化檢測出來，就可以反應電容變化快慢，而電容的變化，反應了葉輪轉速的變化，從而反應了流量的大小。4.3 光電開關光電液位傳感器是利用光在兩種不同介質界面發生反射折射原理測控液位的裝置。本設計中主要應用為光電開關。光電開關的定義：此種產品以光源為介質、應用光電效應，當光源受物體遮蔽或發生反射、輻射和遮光導致受光量變化來檢測對象的有無、大小和明暗，而向產生接點和無接點輸出信號的開關元件。光電開關包括幾種類型，自身不具備光源，利用被測物體發射的

31、光的變化量進行檢測的；利用自然光對光電開關的照射，物體遮蔽自然光產生的關變化量；光電開關自身具備光源，發射的光源對被檢測物體反射、吸收、和透射光的變化量進行檢測。常用的光源為紫外光、可見光、紅外光等波段的光源，光源的類型有燈泡、LED、激光管等；輸出信號有開關量或模擬量和通訊數據信息等。光電開關的叫法，主要是輸出為開關量的開關元件。光電傳感器的叫法，涵蓋了輸出開關量、模擬量、通訊數據等。4.3.1 光電開關原理與分類（1）按檢測形式的分類對射式對射式是由一個發射器與一個接收器相對配置的，發射器發射出的光指向接收器，發射器與接收器之間組成一個閉合光路，通過對光路的光被遮斷或光衰減來進行檢測的一種

32、檢測形式。這種檢測形式作用距離比較長，但需要一個發射器并需要配電；在某些應用場合比如空間狹小，不合適配電的運用上比較麻煩。如圖4.3圖4.3對射式光電開關原理圖發射器與接收器一體化，光傳輸為直流方式的非調制信號，主要小型縫隙光電開關，如U型、C型的槽型光電開關。直接反射式：這種方式是把發射器與接收器構為一體，發射器發射的光直接照射到被檢測物上，根據反射光的變化情況來進行檢測的。可以說是近似人的眼睛的一種檢測器。與對射式相比作用距離比較短，只需要單線配電即可，屬于通用檢測器。圖4.4直接反射式光電開關原理圖鏡面反射式這種方式是把發射器與接收器構為一體，光電開關對置反角矩陣射鏡，發射器的光被反射鏡

33、后反饋回接收器，光電開關與角矩陣反射鏡（多棱鏡）形成閉合光路，通過對光路的光被遮斷或光衰減來進行檢測的一種檢測形式，這種檢測形式作用距離比對射式短，比直接反射式較長。只需要單線配電即可，由于采用反射鏡光軸的調整比對射式容易；反射鏡由多棱鏡角矩陣板或微晶玻璃顆粒反射膜等。具有功能的反射器式光電開關，如果被檢測物是平面而且有光澤，則會產生誤動作，欲解決此問題，可采用功能，它的主要工作原理是基于角矩陣反射器能使偏振光方向改變90，采用互相垂直的偏振光膜片放在雙鏡頭前，所以使用角矩陣反射器，光路閉合。如果是平面鏡或反光率比較的物體（如：玻璃瓶等）不能改變偏振方向，由它阻擋而產生的反射光不能進入受光器，

34、因此它可以很容易被檢測到，從而解決了由它表面反射而它引起的誤動作問題。輻射光檢測形式通過對被檢測物體輻射出的光進行檢測的形式。如用于鋼鐵行業的對加熱的鐵輻射出的紅外線進行檢測的光電開關。限定反射式這種方式是把發射器與接收器構為一體，發射器與接收器形成一個角度，發射光軸與接收光軸交叉區域靈敏度最佳。夾角式這種方式是把發射器與接收器構為一體，發射器與接收器形成一個角度，發射光聚焦點與接收光聚焦交叉區域檢測物體，用于精細檢測，如標記檢測等。同軸檢測式（單鏡頭）這種方式是把發射器與接收器構為一體，發射光通過鍍膜的半透明鏡片45折射后通過鏡頭聚焦發射出去，接收光線通過聚焦鏡頭入射到接收器，主要用于標志檢

35、測。目前主流的顏色傳感器、標志傳感器大多采用這樣方式。（2）按檢測方法的分類光量法:目前大多數光電開關用來檢測物體有無的均為光量方式，既光源受物體遮蔽或發生反射、輻射和遮光導致受光量變化來檢測對象的有無。三角測距法:光量方式容易受到物體表面的光潔度、粗糙度、顏色所影響，因此在一些要求比較高的場合就需要采用距離法檢測。激光測量法:由激光器對被測目標發射一個光信號， 然后接受目標反射回來的光信號，通過測量光信號往返經過的時間， 計算出目標的距離。 （3）按光源種類的分類 光源目前采用的大多是發光二極管（LED），根據不同使用目的的區別使用。白熾燈式（可見光）:用于需要白光的標志檢測器，由于壽命與抗

36、震性能，現在使用比較少。發光二極管（LED）式（可見光、近紅外光）:具有調制容易、壽命長、小型、功耗小、抗震等優點是光電開關理想的光源，可用于各種用途。熒光式（可見光）:主要用于需要長度的光電系統（圖像傳感器等）。紫外光式（不可見光）:通過照射紫外線用于檢測發生可見光的物體（熒光整理疵點、食品中的異物等）。氣體激光式（可見光）:光束比較強，用于探傷系統、條形碼系統、及強光衰減大的場合，如蒸汽、煙霧、火焰等場合。半導體激光式（紅光、近紅外光）:具有較強的透射率和容易調制的特性，用于如蒸汽、煙霧、火焰等場合鋼鐵行業與安防。（4）按光源調制種類的分類直流光式：使發射器的光線為不變的直流光，包括白熾燈

37、和用直流驅動的發光二極管。這種方式有線路簡單、響應速度快的特點，但是抗光干擾比較弱，目前僅在較短的距離檢測中使用。調制式脈沖調制式：使發射器發的出光線為具有一定頻率的脈沖波，一般稱為調制光，采用這種方式除了可以獲得峰值很高的光脈沖功率外，還可以對接收器輸出采用具有頻率選擇的交流放大器進行放大，從而減少周圍光線和電氣噪聲的影響，這是目前國內外使用最廣的一種方式。機械旋轉調制式：對光源用棱鏡或轉盤孔旋轉后，提取脈沖信號，如用于區域檢測和熱金屬輻射的掃描檢測等。掃描式：將多個發射器與接收器組合，通過同步信號逐一掃描，防止相互干擾。如用于光幕傳感器。（5）按供電種類的分類直流式：采用直流電壓供電的形式

38、，一般大多采用12-24V（10-30V）的直流電壓的供電。交流式：采用交流電壓供電，電壓范圍為90-240V交流電，滿足110VAC與220VAC場合的供電。直流交流混合式：直流電壓與交流電壓都可以直接接入同一個供電回路的形式，直流電壓范圍12-240V，交流電壓范圍24-240V，此形式適應性比較靈活，不需要考慮配電的問題。 （6）按結構種類的分類內藏放大器式：即把發光、感光元件和放大電路、信號處理電路、開關驅動電路裝配在一個殼體里，接通直流電源就可以獲取ON-OFF開關輸出，不需要專用放大器，抗噪音能力強，壽命長，電纜線可延長等優點，是主流的一種光電開關。放大器分離式：這是種早期采用比較

39、多的方式，發光、感光元件裝在探頭內，用屏蔽線與專用放大器（光電開關主體）連接。主要是探頭可以安裝在比較狹小的空間對比較小的物體進行檢測，但是有抗噪聲能力的問題。隨著技術的發展，內藏放大器式的光電開關的體積越來越小；這種形式采用相對較少，尤其是光纖傳感器的發展。光纖式：這種光電開關是放大器分離式與內藏放大器式結合的產品，通過光纖才傳輸光信號，光電開關主體上套上光纖線，另一頭光纖探頭可以對被檢測物體進行檢測，其優點光纖探頭比較小，可以檢測比較微小的物體，光纖線傳輸的只是光信號，所以不用考慮放大器分離式那樣需要考慮抗噪聲能力的問題。自控式：這種光電開關是具有一定功能性的。把發光、感光元件和放大電路、

40、信號處理電路、開關驅動電路、電源、繼電器等都裝配在一起，接上交流或直流電源就可以工作。同時還具有其他一些功能如動作信號的延時、光電開關的信號靈敏度調節等。5 BCD譯碼器簡介譯碼和編碼的過程相反。編碼是將某種信號或十進制的十個數碼（輸入）編成二進制代碼（輸出）。譯碼是將二進制代碼（輸入）按其編碼時的原意譯成對應的信號或十進制數碼（輸出）。BCD七段譯碼器的輸入是一位BCD碼(以D、C、B、A表示)，輸出是數碼管各段的驅動信號(以FaFg表示)，也稱47譯碼器。如果用BCD譯碼器來驅動共陰LED數碼管，則輸出應為高有效，即輸出為高(1)時，相應顯示段發光。例如，當輸入8421碼DCBA=0100

41、時，應顯示4， 即要求同時點亮b、c、f、g段， 熄滅a、d、e段，故譯碼器的輸出應為FaFg=0110011，這也是一組代碼，常稱為段碼。同理，根據組成09這10個字形的要求可以列出8421BCD七段譯碼器的真值表，如下圖5.15.1 BCD七段譯碼器真值表BCD七段數碼管顯示譯碼器電路,發光二極管(LED)由特殊的半導體材料砷化鎵、 磷砷化鎵等制成，可以單獨使用，也可以組裝成分段式或點陣式LED顯示器件(半導體顯示器)。 分段式顯示器(LED數碼管)由7條線段圍成8型，每一段包含一個發光二極管。外加正向電壓時二極管導通，發出清晰的光，有紅、黃、綠等色。只要按規律控制各發光段的亮、滅，就可以

42、顯示各種字形或符號。 圖5.2 (a)是共陰式LED數碼管的原理圖，圖5.2 (b)是其表示符號。使用時，公共陰極接地，7個陽極a g由相應的BCD七段譯碼器來驅動(控制)，如圖5.2(c)所示。 圖5.2圖5.2(c)是BCD七段譯碼器驅動LED數碼管(共陰)的接法。圖中，電阻是上拉電阻，也稱限流電阻，當譯碼器內部帶有上拉電阻時，則可省去。數字顯示譯碼器的種類很多，現已有將計數器、鎖存器、譯碼驅動電路集于一體的集成器件，還有連同數碼顯示器也集成在一起的電路可供選用。6 攪拌部分6.1 攪拌過程分類從攪拌技術觀點看，流體攪拌可分為五種基本攪拌應用，而每一種攪拌應用又可根據物理過程和化學過程分為

43、兩種類型。因此，總共有十種基本的攪拌應用。每一種基本攪拌應用都有各自的攪拌特點，過程要求和放大設計準則。實際應用時，每種攪拌應用往往會有幾種基本攪拌應用組成，如絮凝攪拌過程由液液混合和固體懸浮兩個基本攪拌應用組成。6.2 攪拌槳葉分類攪拌機主要有電機、減速裝置、攪拌軸和槳葉等組成。攪拌槳葉的形式多種多樣，但無論何種槳葉形式，攪拌機在操作時，其軸功率消耗都產生兩部分作用，一部分是槳葉產生的排液量，另一部分是槳葉產生的壓頭。槳葉產生的壓頭又可分成兩部分，即靜壓頭和剪切力；攪拌機槳葉在操作時，必須克服靜壓頭，而剪切力使得物料分散、混合。因此，根據槳葉產生排液量，克服靜壓頭和產生剪切力能力的大小，可將

44、所有槳葉分成三種基本類型，即流動型、壓頭型和剪切型。每一種槳葉在提供某種基本作用的同時（如流動型槳葉的基本作用是產生排液量），也提供另外兩種作用（產生剪切和克服靜壓頭）。根據不同的攪拌工程對攪拌要求的不同，選擇一種合理的槳葉形式，使得攪拌槳葉提供的排液量，靜壓頭和剪切之匹配能最大限度地滿足攪拌過程的攪拌要求。如固體懸浮及互容液體的混合，要求槳葉能提供大排液量、低剪切。而氣一液分散，要求槳葉能同時提供剪切、排液量和靜壓。攪拌槳葉的分類，也可以按照槳葉對流體作用所產生的流動型態來分，可將槳葉分成兩種類型-軸流式槳葉及徑流式槳葉。所謂軸流式槳葉，是指槳葉的主要排液方向與攪拌軸平行，螺旋推進式槳葉即是

45、一種典型的軸流式槳葉；所謂徑流式槳葉，是指槳葉的主要排液方向與攪拌軸垂直。帶有“Sabre形狀葉片的攪拌槳，攪拌能耗量小，產生的流動為主導軸向型，確保非常有效的水泵效應，這種攪拌槳葉對大多數應用均非常理想，特別是那些需要高速低能耗的場合。帶有450傾斜平板葉片的軸向攪拌槳，對中小體積的攪拌最為經濟。這種攪拌槳葉產生的流動為主導軸向型帶徑向流，產生剪切擾動。在不粘的介質中被用于進行懸浮或熱交換。傾斜的槳葉低速運轉，產生較高的擾動。這種基本攪拌槳葉通常對一些簡單攪拌應用有效。在無粘性的介質中，適合于氣-液交換及熱交換產生徑向流，具高抗動性和高能耗，專用于特殊應用。6.3 流體攪拌基本原理及參數攪拌

46、機是由多個參數決定的，用任何一個單一參數來描述一臺攪拌機是不可能的。軸功率（P）、槳葉排液量（Q）、壓頭（H）、槳葉直徑（D）及攪拌轉速（N）是描述一臺攪拌機的五個基本參數。槳葉的排液量與槳葉本身的流量準數，槳葉轉速的一次方及槳葉直徑的三次方成正比。而攪拌消耗的軸功率則與流體比重，槳葉本身的功率準數，轉速的三次方及槳葉直徑的五次方成正比。在一定功率及槳葉形式情況下，槳葉排液量（Q）以及壓頭（H）可以通過改變槳葉的直徑（D）和轉速（N）的匹配來調節，即大直徑槳葉配以低轉速（保證軸功率不變）的攪拌機產生較高的流動作用和較低的壓頭，而小直徑槳葉配以高轉速則產生較高的壓頭和較低的流動作用。 在攪拌槽中

47、，要使微團相互碰撞，唯一的辦法是提供足夠的剪切速率。從攪拌機理看，正是由于流體速度差的存在，才使流體各層之間相互混合，因此，凡攪拌過程總是涉及到流體剪切速率。剪切應力是一種力，是攪拌應用中氣泡分散和液滴破碎等的真正原因。必須指出的是，整個攪拌槽中流體各點剪切速率的大小并不是一致的。通過對剪切速率分布的研究表明，在一個攪拌槽中至少存在四種剪切速率數值，它們是：槳葉區最大剪切速率、槳葉區平均剪切速率、全槽區最大剪切速率、全槽區平均剪切速率。實驗研究表明，就槳葉區而言，無論何種漿型，當槳葉直徑一定時，最大剪切速率和平均剪切速率都隨轉速的提高而增加。但當轉速一定時，最大剪切速率和平均剪切速率與槳葉直徑

48、的關系與漿型有關。當轉速一定時，徑向型槳葉最大剪切速率隨槳葉直徑的增加而增加，而平均剪切速率與槳葉直徑大小無關。這些有關槳葉區剪切速率的概念，在攪拌機縮小及放大設計中需要特別當心。因小槽與大槽相比，小槽攪拌機往往具有高轉速（N）、小槳葉直徑（D）及低葉尖速度（ND）等特性，而大槽攪拌機往往具有低轉速（N）大槳葉直徑（D）及高葉尖速度（ND）等特性。7 冷卻器簡介冷卻器換熱設備的一類，用以冷卻流體。通常用水或空氣為冷卻劑以除去熱量。冷卻器 以間壁式、混合式、蓄熱式交換器為主要對象，冷卻器的工作原理、傳熱計算、結構計算、流動阻力計算和設計程序，在熱交換器一書中均有較多插圖和詳盡的例題。冷卻器分列管

49、式：（固定折板式，浮頭式，雙重管式，U形管式，立式、臥式等），風冷式：（間接式、固定式及浮動式或支撐式和懸掛式等），水冷式等。其中風冷式安裝方便，運行費用低，適合水資源不足的地方；而水冷式具有體積小，冷卻效率高，能用于高溫、高濕、多塵的環境中。水冷式冷卻器特點:冷卻水從管內流過，油從列管間流過，中間折板使油折流，并采用雙程或四程流動方式，強化冷卻效果。但是風冷式冷卻器在夏季高溫下難以冷卻，過高的進風溫度是一座難以克服的大山，所以在隨著科學技術的發展，在原風冷的基礎上，吸收水冷卻的優點，出現了閉式循環水風冷卻器，又名閉式冷卻塔，它是水冷和風冷相結合的產兒，刷新了常溫冷卻器的新紀元，對傳統的水冷、

50、風冷進行了有效改造。由風冷式冷卻器特點:用風冷卻油，結構簡單、體積小、重量輕、熱阻小、換熱面積大、使用、安裝方便。本設計中采用風冷式冷卻器，即風扇降溫。7.1風冷式冷卻器8 程序設計8.1 恒溫箱的工藝過程及控制要求恒溫控制裝置的構成示意圖請見附圖1。它由恒溫水箱、加熱裝置、攪拌電動機、冷卻器、冷卻風扇電動機、儲水箱、溫度檢測裝置、溫度顯示、功率顯示、流量顯示、閥門及有關的狀態指示器等部件構成。恒溫控制系統要求控制恒溫箱水溫在2080之間的某設定數值。設定值可通過撥碼開關設定。當水溫低于設定值時，向外放出部分熱水并從儲備水箱中泵如冷水，當儲水箱中水溫高于設定值時，啟動冷卻風扇并使水流經冷卻器。

51、恒溫水箱中間的攪拌器是為了水溫均勻使用的，兩個液位檢測開關分別用來檢測水的溢出及不足兩種特殊狀態，為開關量傳感器。系統中設有三處溫度傳感器，分別用于測量恒溫水箱入水口處的水溫、水箱中的水溫及儲備水箱中水的溫度。溫度傳感器為模擬量傳感器，測量范圍為0-100，輸出0-10v DC電壓量。系統中水的流動可采用電磁閥或手動閥開關控制。水泵為水流提供動力，水的流速由流量計計量。系統要求為恒溫箱中的水溫、入水口處的水溫，儲水箱中的水溫、水的流速及加熱功率設置LED顯示。兩個電磁閥的通、斷，攪拌電機和冷卻風扇電機的工作設置指示燈顯示。本系統的控制過程是這樣的，當設定水溫后啟動水泵向恒溫水箱中注水，當上升到

52、液位檢測點2時啟動攪拌電動機，測量水溫并與設定值比較，若溫度差小于設定值則開始加熱。當水溫高于設定值時，進冷水，當儲備水箱中水溫高于設定值時，采用進水與風機冷卻同時進行的方法實現降溫控制。系統還要求具報警功能，如當啟動泵時無流量，或加熱時無溫度變化則發出報警信號。8.2 控制方案分析由系統的工藝過程及控制要求知，本系統的工作實質是根據恒溫水箱及儲備水箱中水的溫度，決定系統的工作狀態：加熱攪拌，或經兩個路徑（冷卻及不冷卻）為恒溫箱供入冷水。由于溫度傳感器為模擬量傳感器，系統中三處溫度對應的模擬量均需要變換為數字量供PLC運算處理。為了提高加熱的快速性及系統的穩定性，加熱系統采用可以調壓的可控電源

53、。可調壓電源為電壓量控制方式。這樣系統輸入及輸出均需模擬量的控制系統。需為PLC配置A/D、D/A轉換單元。本系統中還有流量顯示要求，擬選用葉輪式流量計，采用PLC的高速計數器對流量計輸出脈沖計數的方式測定流量。從總體控制功能來說，系統為溫度值控制下的加熱或冷卻系統，輸入量為溫度值、液位值、流量值，輸出為攪拌電動機，冷卻風扇電動機及電磁閥的動作及自動調節的加熱功率。為了方便溫度、流量、功率的顯示并減少投資，擬采用同一組數碼管分時完成。數碼管的驅動及譯碼片選信號選用可編程控制器的輸出口，因而PLC應選用晶體管輸出的品種。8.3 系統的配置統計本系統的輸入信號有啟動開關、停止開關、液位開關、流量檢測開關、溫度傳感器等。對于傳感器本設計在前面作了簡要介紹和所用到的傳感器也做了一些說明。輸出信號的控制對象有水泵、水閥、冷卻風機、攪拌電動機、加熱裝置、狀態及溫度顯示裝置等，系統中所用到的元器件型號及功能請見附圖2。結合輸入輸出信號及控制功能，本系統選用FX2N-60MTPLC一臺，配合FX2N-4AD一臺及FX2N-2DA一臺構成控制系統。控制系統的接線圖請參見附圖2。8.4 主要控制程序系統控制流程圖在附圖3上。程序中使用了較多的可編程控制器