1、 屆本科畢業論文（設計）論文題目：基于PLC的多種液體混合控制系統設計學生姓名：所在院系： 機電學院所學專業： 機電導師姓名： 完成時間： 年月 日摘 要本文所介紹的多種液體混合控制系統是一種適用于工業環境下的新型通用自動控制裝置。在本設計中采用了日本松下公司FP1系列AFP可編程控制器，以三種液體的混合控制為例，將三種液體按一定比例進行混合，加熱到特定溫度后進行攪拌，待攪拌均勻后從容器中流出，并實現整個控制系統的自動循環控制。在控制系統中通過程序中的液位傳感器控制液體流量，溫度傳感器控制混合液體的溫度，實現了對液體混合裝置的控制。在設計中具體完成了PLC硬件設計和軟件編程，并通過系統調試，達

2、到自動混合液體的目的，提高了液體混合生產的自動化程度和生產效率，可以用于工業上液體混合及后期加工等，基本適合于工業生產要求，其便于維修和保養。關鍵詞：多種液體，混合裝置，自動控制 The Design of Multi-Liquid Mixing Control System based on PLCAbstractThis text is introducing at Counts Various Liquids Automatic to mix with PLC.The control system is a kind of new in general use automatic con

3、trol device that be applicable to the industry environment,which uses FP1 serise model AFP12417 PLC made by Panasoic of japan to complete the control of the device that used to mix the liquid.The design of the liquid mixture in three control as an example,is to a certain proportion by the three liqu

4、id mixture,strirring after the motor to reach a certain temperature can be mixed contains of liquid output,and form a ctcle.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

5、conclusion,the device is capable of mixing the liquid automaticallly.The menthod improve the automation atandard of the liquid production line and productivity.It can used for the liquid on the industry mixs with and the post-process and so on,basic suitable for the industry produces the request,eas

6、y operation,repair and maintenance.Keywords: Variety Of Liquid， Mixed Devices， Automatic Control目 錄1緒論12總體方案設計.22.1方案設計22.2 控制方案介紹23硬件電路設計43.1 總體結構43.2 液位傳感器的選擇63.3 溫度傳感器的選擇73.4 攪拌電機的選擇9電動機主電路9計算攪拌器的理論功率103.4.3 選用電動機103.5 電磁閥的選擇113.6 接觸器的選用123.7 熱繼電器的選擇123.8 熔斷器的選擇133.9 PLC的選擇133.10 PLC輸入輸出口的分配143.1

7、1 液體混合裝置輸入/輸出裝置接線圖144 軟件電路設計144.1 程序框圖144.2 控制程序梯形圖164.3 語句表175系統常見故障分析及維護185.1 系統故障的概念195.2 系統故障分析及處理195.2.1 PLC故障分析195.2.2 PLC控制系統故障分布和分層排除205.3 系統抗干擾性的分析與維護215.3.1 干擾源及一般分類215.3.2 PLC系統中干擾的主要來源及途徑215.3.3 主要抗干擾措施226 結束語23致謝23參考文獻241緒論多種液體混合是將多種液體按照先后順序，按照一定比例，加熱到預定的溫度然后進行混合。在現在的很多行業中，如煉油、化工、制藥等行業中

8、，多種液體和混合罐裝是必不可少的工序，在整個生產過程中占有重要的地位，由于其生產過程中介質多為易爆易燃、有毒有腐蝕性的物體，工作環境十分惡劣，不適合人工操作，加上現代工業生產要求不斷提高生產質量，縮短生產周期，降低生產成本的需要，其生產由簡單的人工操作、機械化、半自動化向著自動化，智能化的方向發展，以確保整個液體混合過程的混合精確，控制可靠的要求。 以往常采用傳統的繼電器接觸器控制，使用硬連接電器多、可靠性差、自動化程度不高當前國內許多地方的此類控制系統主要是采用DCS，這是由于液位控制系統的儀表信號較多，采用此系統性價比相對較好，但隨著電子技術的不斷發展，PLC在儀表控制方面的功能已經不斷強

9、化。用于回路調節和組態畫面的功能不斷完善，而且PLC的抗干擾的能力也非常強大，對電源的質量要求比較低。目前已有許多企業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，為企業提供了更可靠的生產保障，所以PLC在工業控制系統中得到了良好的應用?？删幊炭刂破魇菍樵诠I環境下應用而設計的一種數字運算操作的電子裝置，是帶有存儲器，可以編制程序的控制器。它能夠存儲和執行指令、進行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作，并通過數字式和模擬式的輸入和輸出，來控制各種類型的機電一體化設備和生產過程。隨著科學技術的進步和微電子技術的迅猛發展，可編程序控制器技術廣泛應用于自動化

10、控制領域，可編程序控制器以其高可靠性的操作簡便等特點，已經形成了一種工業控制趨勢。一直以來，可編程序控制器簡稱PLC在工業自動化控制方面發揮著巨大作用，為各種各樣的自動化控制設備提供了廣泛、可靠的控制應用。PLC主要能夠為自動化控制應用提供安個可靠和比較完善的解決方案，適合當前自動化工業企業的需要。隨著計算機技術和通信技術的發展，工業控制領域有了翻天覆地的變化，而PLC不斷地采用新技術以及增強系統的開放性，在工業自動化領域中的應用范圍不斷擴大。PLC將計算機技術、自動控制技術和通訊技術融為一體，成為實現單機、車間、工廠自動化的核心設備，其具有可靠性高、抗干擾能力強、組合靈活、編程簡單、維修方便

11、等諸多優點。隨著技術的進步，其控制功能由簡單的邏輯控制、順序控制發展為復雜的連續控制和過程控制，成為自動化領域的三大技術支柱。特別是在機器人、CAD/CAM方面有著廣泛的應用，主要應用的技術領域有：順序控制、過程控制、位置控制、生產過程的監控和管理、結合網絡技術等。在本文中用采用日本松下公司生產PLC來實現多種液體混合過程的控制，采用液位傳感器對容器中的液位進行監控控制，其電路結構簡單，設備投資少，監控系統不僅自動化程度高，還具有在線修改功能，靈活性強等優點，適用于多段液位控制的監控場合?？梢詫崿F對整個液體混合過程的準確、快速、高效、安全、自動化控制并且維修方便，可以滿足工業生產需求。

12、0;本設計的主要內容為：控制方案的設計、硬件電路設計、軟件電路設計、整個系統可能出現的故障以及相應的保養維修措施。本設計要解決的主要問題是使液體灌裝機能夠安全、快速、準確全自動地實現對液體的混合。在相關的研究文獻報道中用PLC灌裝機進行控制的控制系統設計研究已有，但是絕大多部分公是以介紹控制工作原理為主，以致人們難以根據生產的具體情況，正確選用相關技術參數的控制系統對其進行控制，也就難以在提高產品質量和高的生產效率的，降低成本的前提下，保證整個液體混合過程的順序進行。2總體方案設計2.1方案設計整個設計過程是按時液體混合生產工藝流程為中心來進行相關的軟硬件電路設計，對于本中所用到的電氣符號符合

13、國家關于電氣工程自動化設計的國家標準(GB4728)。其設計準則為：在滿足液體混合條件和現場生產條件，使整個液體混合符合相關技術參數的條件下，整個生產控制系統安全、可靠、穩定，盡量做到經濟、合理、降低生產成本。在設計方案元器件選擇時考慮其實用性、經濟性，在滿足相關技術要求的前提下，發行量選用新技術、新產品，整個控制過程完全實現自動化控制。要實現用PLC控制系統來實現液體混合灌裝系統需要考慮：(1)各個閥門開關的先后順序，彼此之間的時間間隔；(2)何時攪拌和攪拌時間；(3)何時加熱和加熱到多少溫度結束；(4)整個混合過程如何實現自動循環控制。對于整個控制系統的設計主從以上四個方面進行考慮來確定系

14、統控制方案。2.2 控制方案介紹目前常用的控制系統有以下幾種：繼電器控制系統、單片機控制、工業控制計算機和可編程控制器控制?，F在將這幾種控制系統相比較，并結合并本設計的實際確定控制方案。(1)繼電器控制系統PLC與繼電器均可以用于開關量邏輯控制。PLC的梯形圖與繼電器電路圖都是用線圈和觸點來表示邏輯關系。繼電器控制系統的控制功能是用硬件繼電器(或稱物理繼電器)和硬件接線來實現的，PLC的控制功能主要是用軟件(即程序)來實現的。PLC采用的計算機技術、順序控制、定時、計數、運動控制、數據處理、閉環控制和通信聯網功等功能，比繼電器控制系統的功能強大的多。繼電器系統的可靠性差，診斷與復雜的繼電器系統

15、的故障非常困難。梯形圖程序中的輸出繼電器是一種“軟繼電器”，它們的功能是用軟件來實現的，因此沒有硬件繼電器那樣的觸點易于接觸不良的。PLC的可靠性高，故障率極低，并且很容易診斷和排除故障。繼電器的控制功能被固定在線路中，其功能單一，不易修改，靈活性差。PLC的控制方式靈活，有很強的柔性，僅需修改梯形圖就可以改變控制功能。至今還沒有一套通用的容易掌握的繼電器電路設計方法，設計復雜的繼電器電路既困難又費時，設計出的電路也很難閱讀理解。PLC有大量用軟件實現的輔助繼電器，定時器和計數器等編程元件供梯形圖的設計者使用。用先進的順序控制設計法來設計梯形圖，比設計相同功能的繼電器電路花費的時間要少得多。繼

16、電器要在硬件安裝，接線全部完成后才能進行調試，發展問題后修改電路花的時間也很多。PLC控制系統的開關柜制作，現場施工和梯形圖設計可以同時進行，梯形圖可以在實驗室模擬調試，發現問題后修改起來非常方便。（2）單片機控制單片機又稱單片微控制器，將CPU、并行輸入/輸出接口、定時器/計數器、存儲器和通信接口集成在一個芯片中，最便宜的8位單片機銷售僅為幾元，其功能強，響應速度快，性能價格比極高。但是除了單片機芯片外，單片機還需要設計硬件電路圖和印制電路板。單片機一般用匯編語言或C語言編程，編程時需要了解單片機內部的硬件結構。將單片機用于工業控制，對開發人員的硬件設計水平和軟件設計水平的要求都很高。此外，

17、用單片機設計測控產品需要采用大量的硬件，軟件方面的抗干擾措施，才能保證長期穩定可靠的運行。有的專業公司開發的單片機產品的可靠性都難達到PLC的水平。使用單機機的專用測控裝置都早專業廠家來開發，現在很少有最終用戶開發單件或小批量的單片機測控裝置。(3) 工業控制計算機控制控制用的個人計算機(PC)稱為工業控制計算機，簡稱為工控機。工控機是在個人計算機的基礎上發展起來的，采用總線結構，硬件的兼容性較強。IPC有各種各樣的輸入/輸出板卡供用戶選用，有很強的高速浮點去處、圖像運算、通信和人機交互等功能，容易實現管理控制網絡的一體化。PLC的體積小巧緊湊，硬件和操作系統的可靠性總體上比工控機高。工控機則

18、來源于個人計算機，主要用于過程控制或控制系統中的上位機和人機接口。在高端應用方面，很難區分PLC和工業PC之間的差異，因主兩者均采用同樣的微機處理器和內存芯片。PLC與PC相比有以下優點：1) 對低端應用，PLC具有極大的性能價格比優勢。工控機的價格比較高，將它用于小型開關量控制系統以取代繼電器控制，無論在體積和價格上都很難接受，可靠性也遠不如PLC。2) PLC的可靠性無可比擬，故障停機時間最少。3) PLC是專門為工廠現場應用環境設計的，結構上采用整體密封或插件組合型，對印制板，電源，機架，插座的制造和密閉，均采用了嚴密的措施。4) PLC使用專門為工控設計的各種編程語言，這些語言簡單易學

19、。與PC機發展太快相比，PLC產品可以長期供貨，并提供長期的技術支持。5) PLC有龐大的有經驗的設計人員，維護人員和技術支持系統。（4）可編程程序控制器控制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。有以下主要特點： 1）使用靈活、通用性強；2）可靠性高、抗干擾能力強；3）接口簡單、維護方便；4）體積小、功耗小、性

20、價比高；5）編程簡單、容易掌握；6）設計、施工、調試周期短?？删幊炭刂破鞯陌l展特點是更加適應于現代工業的需要。從控制規模上來說，這個時期發展了大型機和超小型機；從控制能力上來說，誕生了各種各樣的特殊功能單元，用于壓力、溫度、轉速、位移等各式各樣的控制場合；從產品的配套能力來說，生產了各種人機界面單元、通信單元，使應用可編程控制器的工業控制設備的配套更加容易。目前，可編程控制器在機械制造、石油化工、冶金鋼鐵、汽車、輕工業等領域的應用都得到了長足的發展。通過以上幾種控制方案的比較，選用PLC來實現對液體混合過程的控制。3硬件電路設計3.1 總體結構 從圖中可知設計的液體混合裝置主要完成三種液體的自

21、動混合攪拌并控制溫度，如圖1所示。完成此控制功能需要的元件有：液位傳感器L1、L2和L3，Y1，Y2，Y3，Y4為電磁閥，M為攪拌機，T為溫度傳感器，為加熱器，另外還有控制電磁器和電動機的1個交流接觸器KM。所有這些元件的控制都屬于數字量控制，可以通過引線與相應的控制系統連接從而達到控制效果?；旌弦后w罐示意圖如圖1所示：(1)初始狀態容器是空的，各電磁閥門均關閉(Y1=Y2=Y3=Y4=OFF)，液體傳感器無液時為斷開(L1=L2=L3=OFF)，電動M=OFF，加熱電爐H=OFF，溫度傳感器T=OFF。(2)啟動操作按下啟動按鈕，裝置開始按下列規律動作。1)，液體和同時注入容器。當液面達到是

22、，使，即關閉和閥門，打開液體的閥門。2)液面達到時，即關閉閥門，攪拌機啟動，開始攪拌。圖1 液體混合3)經過10s后攪拌均勻后，停止攪拌，加熱器開始加熱。4)當混合液體溫度達到指定什時，停止加熱，使電磁閥，開始放出混合液體。5)液面低于時，從到，再經過s，容器放空，使Y4OFF，開始下一周期。(3)停止操作任何時候按下停止按鈕后，要將當前容器中的混合工處理完后，才能停止操作，即停在初始狀態上。3.2 液位傳感器的選擇本設計中選用LSF-2.5型傳感器光電式液位傳感器利用了光的反射與折射原理制成 ,使輸出發生變化，相應的晶體管或繼電器動作并輸出一個開關量。其檢測精度與被測液體的密度、壓力大小及導

23、電性無關 ,無機械傳動 、無活動觸點 、無需任何附加聯動裝置 ,操作十分簡便，使用壽命較長。     廣泛用于水廠、煉油廠、化工廠、玻璃廠、污水處理廠、高樓供水系統、水庫、河道、海洋等對供水池、配水池、水處理池、水井、水罐、水箱、油井、油罐、油池及對各種液體靜態、動態液位的測量和控制。光電式液位傳感器結構及原理光電式液位傳感器結構主要有 5個部分：接觸被測介質的探頭部分 (導光罩 )、紅外收發組件、信號調理電路部分、外殼結構部分和信號引出線部分。     圖2光電式傳感器結構其工作原理為：光發射器發射的紅外波在導光

24、罩內傳播；當無液體介質時 ,光經反射大部分集中在接收器上，當有液體介質時，光在反射時，部分光被折射出去，接收器上的光強變弱，通過光在接收器上的強弱變化，可感知液體界位。圖2為光電式液位傳感器結構示意圖。相關元件主要參數如下：(1)量程范圍：0200m；(2)過載壓力：2.5a；(3)供電電壓：24V；(4)精確度：±0.2.；(5)長期穩定性：0.2%F.S；(6)響應時間：1ms；(7)壽命：>1X10壓力循環；(8)防爆等級：ExiaIICT6；(9)防護等級：IP67。光電傳感器有四根接線，其中有兩條是電源線，其它兩條信號線與接線圖如下：圖3 光電傳感器與PLC接線3.3

25、 溫度傳感器的選擇在本設計中采用KTY81-201型傳感器KTY系列溫度傳感器采用進口Philips硅電阻元件精心制作而成，具有精度高，穩定性好，可靠性強，產品壽命長等優點，該溫度傳感器已廣泛應用于電機變頻調速溫度控制，太陽能熱水器溫度測量領域彩印設備溫控，汽車油溫測量、發動機冷卻系統、工業控制系統中過熱保護、加熱控制系統、電源供電保護等。系列溫度傳感器屬于集成溫度傳感器，按輸出信號形式分為電流型、電壓型和頻率型。它們的突出優點是在其適用溫區范圍內具有靈敏度高、線性好、功能全和使用簡單方便。無論電壓輸出、電流輸出還是頻率輸出都適合于與微機直接接口。圖4 溫度傳感器電路圖利用硅集成電路工藝技術可

26、以將感溫電路、信號放大電路、電源電路、補償電路等制作在一塊芯片上，構成單片式硅集成溫度傳感器。集成溫度傳感器的基本感溫電路如圖4所示它們是一對匹配的晶體管，使之分別工作在不同的電流密度之下，當I1、I2為恒流時，兩晶體管的U be之差 Ube與 T成線性變化。采用這種基本感溫電路，可以設計出各種不同的電路形式和不同輸出類型的集成溫度傳感器。在使用時可以通過調節其上限溫度、下限溫度在所要求的溫度范圍內，當混合液體溫度在規定的范圍內時，溫度傳感器向外輸出信號，供使用。與生產線圖如下：圖5 溫度傳感器與PLC接線傳感器與PLC的連接，兩個端子接直流電源的正極和負極，另一個端子是傳感器的輸出端。傳感器

27、未動作時，輸出電流近似為為0。傳感器動作時，輸出晶體管飽和導通，管壓降近似為0，傳感器的輸出晶體管相當于一個觸點。相關元件主要參數如下：(1) 測量溫度范圍為-50150oC；(2) 溫度系數為TC0.79%/K；(3) 精度等級0.5%；(4) 探頭保護直徑6：(5) 公稱壓力1.6MPa；(6) 穩定性： 年變化率<=0.01oC；(7) 開關電壓：DC24V；(8) 德式球型接線盒出線或硅膠電纜直接出線，便于與其它電器設備連接。3.4 攪拌電機的選擇3.4.1電動機主電路圖6 電動機主電路計算攪拌器的理論功率在本實驗中采用六片平直葉渦輪式無擋板攪拌裝置，其槳徑d=0.1m，轉速n=

28、16 r/s，液位粘度=0.08Ns/，密度 =900kg/m。計算： 從Re曲線查得 =3.4 (為功率因數)由公式 (g=9.81N/kg)式中 查值表，得=1.0，=40， =3.2553得 =-2.75/40=-0.05638 =256x0.1/9.8=2.610 =2.610=0.9479 得N=2.2x900x4096x0.00001x0.9794=76.88W 3.4.3 選用電動機根據其功率選取YZ90L-4型電動電動機。Y異步電動機，90中心高(mm)，4極數此電動機的主要性能及結構特點為：效率高、耗電少、性能好、噪聲低、振動小、體積小、重量輕、運行可靠、維修方便，為B級絕緣

29、。結構為全封閉、自扇冷式，能防止灰塵、鐵屑，雜物侵入電機內部，冷卻方式為IC411。工作條件：(1)海拔不超過1000m；(2)溫度不超過40C，最低溫度為-15C軸承允許溫度(溫度計法)不超過95oC；(3)最濕月月平均最高相對濕度為90%，同時該月月平均最低溫度不超過25C ；(4)額定電壓為380V，額定頻率為50Hz；(5)3kW以下為Y 接法。相關技術參數為：(1)額定功率：1.5kW；(2)額定電流：3.7A；(3)轉速1400r/min；(4)振動速度：1.8mm/s，(5)轉速慣量0.0027kg·m(6)重量26kg。3.5 電磁閥的選擇選用電磁閥的條件：介質溫度：

30、>80度工作壓差：>0.4pa工作介質：具有腐蝕性動作頻率：要求不高介質清潔度：當介質清潔度不高時，在電磁閥配裝反沖過濾網，本設計中壓力較低可用直動膜片式。根據以上條件選用耐高度，塑料王或全不銹鋼先導式直動電磁閥，電源種類為交流，電源電壓220V，電源電壓波動范圍可以滿足要求不需要考慮穩壓措施，在本設計中采用以下電磁閥。 (1) 入罐液體選用VF31-30-AC220V-W型電磁閥圖7 電磁閥30為順序號相關元件主要技術參數：標準電壓：AC110V；線圖及位置數：單頭雙位置；接線形式：引線式；動作方式：內部先導式；使用壓力：0.150.8MPa；電壓范圍：±10%；絕緣性

31、及防護等級：F級 IP65；最高動作頻率：每秒五次；最短勵磁時間：0.05秒。對于其通徑寬度可根據需要進行選擇。其結構簡圖為圖：圖8 二位三通電磁閥內部結構(2)出罐液體選用VF31-50-AC220V-W型電磁閥 3.6 接觸器的選用選用條件：（1）電源種類：交流；（2）主觸點額定電壓：380V額定電流可由公式求得：； 式中K為經驗常數，一般取11.4，本設計中取1； 電動機機率(kw)，本設計為1.5kw；接觸器主觸點電流；電動機額定線電壓；代入相關數據，得（）電磁線圈電源種類：交流;頻率：50；額定電壓：220。選用CJ10-5型交流接觸器，主觸點和輔助觸點的額定都為5A，線圈電壓220

32、。3.7 熱繼電器的選擇熱電器元件的額定電流：為電動機額定電流，本設計中為3.7；代入相關數字得，=3.523.89A，取3.9選用JB16B20/3型熱繼電器相關主要技術參數如下：(1)額定電流為20；(2)熱元件額定電流5；(3)電流調節范圍：3.55.0；(4)在本設計中將其調為3.9。3.8 熔斷器的選擇選擇熔器的條件：（）種類：螺旋式；（）額定電壓：380；（3）熔體額定電流=(1.52.5)Ied 為電動機額定電流，本設計中取3.7。 代入以上式子中，得=5.559.25A，取10。（4）熔體額定電流：選用15。 在本設計中選用RL1-15型熔斷器，額定電流10A。正常工作條件：（

33、）周圍空氣溫度不超過40，24h測得的平均值不超過35，一年內測得的平均值低于該值。周圍空氣溫度最低值為-5；（）海拔：安裝地點的海拔不超過2000m；（）大氣條件：空氣是干凈的，它的相對濕度在最高溫度為40時不超過50%；在較低溫度下可以有較高的相對濕度，例如，在20下，相對濕度可達90%；在這些條件下，由于溫度變化，中等的凝露可能偶然發生。注：若熔斷器在不同于1，2和3規定條件下使用，尤其是在無防護的戶外條件使用，應與制造廠協商。若熔斷器用在有煙霧或不正常的工業沉積物的場所，亦應與制造廠協商。（）電壓系統電壓的最大值不超過熔斷器額定電壓的110%；注：應注意到若熔斷體在大大低于額定電壓下熔

34、斷，熔斷指示器或熔斷撞擊器可能不動作。3.9 PLC的選擇在本設計中輸入裝置有：三個液位傳感器，一個溫度傳感器，一個啟動按鈕，一個停止按鈕和熱繼電器的輔助觸點，共計七個輸入觸點。輸出裝置有：一個報警燈，四個電磁閥，一個攪拌電動機觸點，一個加熱器觸點和熱電器線圈觸點，共計八個輸出觸點。選用日本松下的AFP12417型PLC，采用模塊式，輸入電壓DC24V，開關量輸出模塊為繼電器型，輸出電壓AC 220V，可直接驅動執行器件?？紤]到以后控制內容及方案的改變，可根據自己的需要，將PLC的輸入觸點和輸出觸點進行適當增加擴展接口，同時要選用較大的內存（本設計中所有程序為3.41），一般要留有10%的裕量

35、。在本設計中選用輸入14點，輸出16點，內存5.0K。3.10 PLC輸入輸出口的分配表1輸入/輸出地址分配表輸入口相應元器件輸出口相應元器件X0SB0啟動按鈕Y0報警燈HLX1L1液位傳感器Y1電磁閥Y1X2L2液位傳感器Y2電磁閥Y2X3L3液位傳感器Y3電磁閥Y3X4T溫度傳感器Y4電磁閥Y4X5SB1停止按鈕Y5攪拌機M接觸器X6FR常閉觸點Y6加熱器H接觸器Y7熱繼電器FR3.11 液體混合裝置輸入/輸出裝置接線圖圖9 輸入輸出接線圖4 軟件電路設計4.1 程序框圖液體控制過程如下：（1）兩種液體的進入當PLC接通電源后，按下啟動按鈕SB0后，觸點X0接通，由于有微分指令DF，使該路

36、只接通一掃描周期，通過保護指令KP使Y1、Y2輸出繼電器線圈得電并保持，分別與之相相接的Y1、Y2電磁閥帶電接通，流進兩種不同的液體。（2）第三種液體的進入 當液體達到L2液位傳感器的位置時，X2輸入繼電器接通使Y1、Y2關閉，同時地址為16的X2接通，利用KP指令使輸出繼電器Y3接通并保持，與之相連的Y3電磁閥得電接通，第三種液體流進液罐。（3）攪拌機工作 當液位達到L1液位傳感器的位置時，該傳感器檢測到該信息，使X1輸入繼電器線圈得電，在梯形圖中它的X1常用觸點接通，通過KP介紹信復位端，使輸出繼電器X3閉合，與之相連的電磁閥關閉，同時接通地址為32的X1常開觸點，使代表攪拌機Y5的輸出繼

37、電器接通。（4）加熱器工作攪拌機通過Y5的輸出信號得電并開始攪拌，并用TMY0定時器定時，定時時間為10S，10S后，地址為45的定時器觸點T0接通，使Y6輸出繼電器得電，與之相連的加熱器H這里接通，開始加熱液體，同時關閉Y5使攪拌機M停止。（5）混合液體開始排出 當液體溫度達到預定溫度時，溫度傳感器檢測到該信號，同時梯形圖中地址為47的X4接通使Y6失電，從而使加熱器H關閉，同時接通地址為51的常開觸點，命名X接通，與相連的電磁閥打開，捐出攪拌均勻后的混合液體。（6）混合液體熱排完當液位低于液位傳感器的位置時，液位傳感器由能到斷，使也由通到斷，這樣相當于一個下降沿，驅使產生一個掃描周期的脈沖

38、，通過指令置位端使輔助繼電器R0接通，接通后使定時器1定時，大約5時間，液體排完。(7)重復液體混合過程重復液體混合過程是對通過并聯在梯形圖地址為位置上的定時器常開觸點實現的。同時常開觸點也接通，通過保持指令使復位，定時器關閉。根據液體混合過程繪制程序框圖如圖10所示。、開，進液體、啟動到，、關，開，進液體按停止按鈕？到，關，開，即開始攪拌結束到預定溫度時，關，開，即排出混合液體當液體低于時，由通到斷定時，后，圖10程序框圖4.2 控制程序梯形圖根據液體混合過程，以及PLC梯形圖的特點，編寫PLC及語句表如下：4.3 語句表0 ST X01 DF2 OR T13 ST X24 DF/5 OR

39、T16 KP Y17 ST X08 DF 9 OR T110 ST X511 OR X212 KP13 KP Y214 ST X215 DF16 ST X117 OR X516 ST X118 DF/19 KP Y320 ST X121 DF22 ST X523 DF/24 OR TO25 KP Y526 ST Y527 TMY 0 K 1031 ST TO32 ST X433 OR X534 KP Y635 ST X436 DF37 ST X538 DF39 OR T140 KP Y441 ST X342 DF/43 ST T144 DP RO45 ST RO46 TMY 1 K 550 E

40、D5系統常見故障分析及維護為了延長PLC控制系統的壽命，確保整個生產過程的順利進行，需要對控制系統中以及在生產過程中會出現的故障，比如設備損耗，元器件老化等問題有一個清晰的判斷，以便在故障發生前采用必要的措施防止故障發生或在出現故障后能夠很快的排除。5.1 系統故障的概念為了使控制系統在一定時間內可以正常的運行，在系統設計和生產過程中要對系統中可能出現的故障，設備損耗、電子元器件等可能出現的問題有一個比較清晰的認識，以便在沒有發生故障以前采取必要的措施防止故障的發生，或者當故障發生以后能夠很快的判斷出故障點，盡快維修，以免影響生產。5.2 系統故障分析及處理系統故障是指在整個控制系統中，包括P

41、LC控制系統、機械設備和電子元器件等一切相關現場設備出現故障或者失效的總和。PLC控制部分，主要包括中央處理器、主機箱、擴展部分、輸入/輸出部分以及相應的控制程序和一些外部設備?，F場設備包括各種傳感器、電磁閥、接觸器、閥門、線路、電動機等。5.2.1 PLC故障分析下面是系統故障分布圖圖11 故障分布圖由上圖可知PLC的常見故障為：(1)在電子控制系統內部只有少量故障出現約占裝置總故障的%5，這些故障包括1）CPU故障約占內部故障的30%，出現在處理器和貯存器、總線系統、通訊模塊和電源模塊四方面，機率均等；2）輸入/輸出模塊故障約占內部故障70%。(2)大量故障(約占裝置總故障的% 95)是發

42、生在傳感器，驅動器等控制執行器上以及連接控制執行器件的電纜方面。5.2.2 PLC控制系統故障分布和分層排除PLC控制系統大多數故障95在外設，僅有5發生在PLC本身，故維修系統的注意力應該首先集中在外部設備。而在5的PLC故障中，控制器內的故障只占10%，90發生在I/O模板中。    故障發生時，首先定位故障發生在PLC內部還是外部（第一層）；是在I/O回路還是在控制器內部（第二層）；是PLC硬件故障還是軟件故障（第三層）。    (1)利用PLC輸入、輸出指示燈判斷第一層故障    指示燈亮與否是一個有效而又直觀的檢查和發現故障

43、的手段。    外設故障一般發生在繼電器、接觸器；閥門、閘板；開關、限位開關、安全保護、就地和遠控轉換開關；接線盒、接線端子、螺栓螺母處；傳感器、儀表；電源、地線和信號線的噪音等等，排除比較容易。    PLC本身故障原因一般有1）輸入模塊故障；2）電源（內部）電壓不正常，但電壓不正常不一定都是電源電路有問題，有時由于內部短路，輸出自我保護；3）控制器內其他電路；4）控制器部分。    (2)利用上位監控系統（monitor）功能判斷第二層故障    利用上位監控機在線監控狀態，通過梯形圖進行監控，如軟觸點顯示不同

44、的顏色代表不同的狀態。查找輸入元件X0，若為ON表明輸入信號已送入第二層控制器，然后查找輸出元件YO，若其狀態為ON表明輸出信號已在控制器內的寄存器中形成。如果輸入輸出的某端口壞了，可以利用冗余端口，將程序稍作改動，就可以恢復正常運行。    (3)通過故障現象分析診斷PLC第三層故障    控制器內部電路實際上是一個單片機或單片機系統。若應用程序有誤（如刪改）可以重新輸入備份程序。若不正常，可以編制一個簡單的試驗程序插入原程序之前，單獨運行。如果所有分路都有故障，則故障可能在編碼控制單元，應仔細檢查相關電路及元件，必要時替換之；如果僅僅是某一組分路都有

45、故障，則可能是某一塊鎖存器芯片已損壞，更換之。判斷控制器內CPU是否出現故障，可以將CPU主板中鋰電池取出，用短接線在CPU與電池正、負極連接處短接放電，從而用戶程序消失，然后再接好鋰電池，再通過編程器，將一個僅有一個語句的用戶軟件傳輸到CPU，這個程序僅有一個，“END”語句。斷開所有的外部I/O控制與掃描、通信等，對CPU進行冷態啟動，如果冷態啟動仍然失敗，只能說明包括CPU在內的主機箱系統的硬件需要再檢查。當冷態啟動正常時，說明主機系統沒有故障。這時可以通過編程器或上位機重新下載用戶程序，再將硬件和軟件一點點地或分片與分區地投入，去尋找故障點。    總之，當PLC控

46、制系統出現故障，首先定位故障點，然后借助測試工具加上邏輯推理逐層分析，最終把故障排除。5.3 系統抗干擾性的分析與維護PLC是一種專門用于工業生產自動化控制的設備。其制造商采取了一些措施，使得它的可靠性較高，但還有許多外部因素也會使它產生干擾，造成程序誤變或運算錯誤，從而產生誤輸入井引起誤輸出，這將會造成設備的失控和誤動作。因此在設計時，我們就采用必要的抗干擾措施提高PLC控制系統的可靠性。要提高PLC控制系統可靠性，一方面要求PLC生產廠家用提高設備的抗干擾能力；另一方面，要求工程設計、安裝施工和使用維護中引起高度重視，多方配合才能完善解決問題，有效地增強系統的抗干擾性能。5.3.1 干擾源

47、及一般分類 影響PLC控制系統的干擾源與一般影響工業控制設備的干擾源一樣，大都產生在電流或電壓劇烈變化的部位，這些電荷劇烈移動的部位就是噪聲源，即干擾源。 5.3.2 PLC系統中干擾的主要來源及途徑 對于系統其干擾的主要來源而言途徑為以下幾種： （1）來自空間的輻射干擾空間的輻射電磁場（EMI）主要是由電力網絡、電氣設備的暫態過程、雷電、無線電廣播、電視、雷達、高頻感應加熱設備等產生的，通常稱為輻射干擾，其分布極為復雜。 （2）來自系統外引線的干擾主要通過電源和信號線引入，通常稱為傳導干擾。這種干擾在我國工業現場較嚴重。 （3）來自電源的干擾 PLC系統的正常供電電源均由電網供電。由于電網覆

48、蓋范圍廣，它將受到所有空間電磁干擾而在線路上感應電壓和電路。 （4）來自信號線引入的干擾與PLC控制系統連接的各類信號傳輸線，除了傳輸有效的各類信息之外，總會有外部干擾信號侵入。此干擾主要有兩種途徑：一是通過變送器供電電源或共用信號儀表的供電電源串入的電網干擾，這往往被忽視；二是信號線受空間電磁輻射感應的干擾，即信號線上的外部感應干擾，這是很嚴重的。由信號引入干擾會引起I/O信號工作異常和測量精度大大降低，嚴重時將引起元器件損傷。 （5）來自接地系統混亂時的干擾 接地是提高電子設備電磁兼容性（EMC）的有效手段之一。正確的接地，既能抑制電磁干擾的影響，又能抑制設備向外發出干擾；而錯誤的接地，反

49、而會引入嚴重的干擾信號，使PLC系統將無法正常工作。 （6）來自PLC系統內部的干擾主要由系統內部元器件及電路間的相互電磁輻射產生，如邏輯電路相互輻射及其對模擬電路的影響，模擬地與邏輯地的相互影響及元器件間的相互不匹配使用等。這都屬于PLC制造廠對系統內部進行電磁兼容設計的內容，比較復雜，作為應用部門是無法改變，可不必過多考慮，但要選擇具有較多應用實績或經過考驗的系統。 5.3.3 主要抗干擾措施 在系統中主要的抗干擾措施有以下： (1)采用性能優良的電源，抑制電網引入的干擾 在PLC控制系統中，電源占有極重要的地位。電網干擾串入PLC控制系統主要通過PLC系統的供電電源（如CPU 電源、I/

50、O電源等）、變送器供電電源和與PLC系統具有直接電氣連接的儀表供電電源等耦合進入的?，F在，對于PLC系統供電的電源，一般都采用隔離性能較好電源，而對于變送器供電的電源和PLC系統有直接電氣連接的儀表的供電電源，并沒受到足夠的重視，雖然采取了一定的隔離措施，但普遍還不夠，主要是使用的隔離變壓器分布參數大，抑制干擾能力差，經電源耦合而串入共模干擾、差模干擾。所以，對于變送器和共用信號儀表供電應選擇分布電容小、抑制帶大（如采用多次隔離和屏蔽及漏感技術）的配電器，以減少PLC系統的干擾。 此外，位保證電網饋點不中斷，可采用在線式不間斷供電電源（UPS）供電，提高供電的安全可靠性，并且UPS還具有較強的

51、干擾隔離性能，是一種PLC控制系統的理想電源。 (2)電纜選擇的敖設 為了減少動力電纜輻射電磁干擾，尤其是變頻裝置饋電電纜。不同類型的信號分別由不同電纜傳輸，信號電纜應按傳輸信號種類分層敖設。嚴禁用同一電纜的不同導線同時傳送動力電源和信號，避免信號線與動力電纜靠近平行敖設，以減少電磁干擾。 (3) 硬件濾波及軟件抗 如果措施由于電磁干擾的復雜性，要根本消除迎接干擾影響是不可能的，因此在PLC控制系統的軟件設計和組態時，還應在軟件方面進行抗干擾處理，進一步提高系統的可靠性。常用的一些措施：數字濾波和工頻整形采樣，可有效消除周期性干擾；定時校正參考點電位，并采用動態零點，可有效防止電位漂移；采用信

52、息冗余技術，設計相應的軟件標志位；采用間接跳轉，設置軟件陷阱等提高軟件結構可靠性。 信號在接入計算機前，在信號線與地間并接電容，以減少共模干擾；在信號兩極間加裝濾波器可減少差模干擾。 由干工業環境惡劣，干擾信號較多， I O信號傳送距離較長，常常會使傳送的信號有誤。為提高系統運行的可靠性，使PLC在信號出錯倩況下能及時發現錯誤，并能排除錯誤的影響繼續工作，在程序編制中可采用軟件容錯技術。 (4)正確選擇接地點，完善接地系統 接地的目的通常有兩個，其一為了安全，其二是為了抑制干擾。完善的接地系統是PLC控制系統抗電磁干擾的重要措施之一。 系統接地方式有：浮地方式、直接接地方式和電容接地三種方式。對PLC控制系統而言，它屬高速低電平控制裝置，應采用直接接地方式。由于信號電纜分布電容和輸入裝置濾波等的影響，裝置之間的信號交換頻率一般都低1MHz，所以PLC控制系統接地線采用一點接地和