1、機(jī)電工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)設(shè)計(jì)題目： 液體混合裝置的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 20094805 專業(yè)班級(jí)： 機(jī)制F09 指導(dǎo)教師： 2012年 12月 14日內(nèi)容摘要PLC是以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心的通用自動(dòng)控制裝置，也可以說(shuō)它是一種用程序來(lái)改變控制功能的計(jì)算機(jī)。隨著微處理器、計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)的飛速發(fā)展，可編程序控制器PLC已在工業(yè)控制中得到廣泛應(yīng)用，而且所占比重在迅速的上升。PLC主要由CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊和編程裝置組成。它應(yīng)用于工業(yè)混合攪拌設(shè)備，使得攪拌過(guò)程實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化控制、并且提升了攪拌設(shè)備工作的穩(wěn)定性，為攪拌機(jī)械順利、有序、準(zhǔn)確的工作創(chuàng)造了有力的保障。本文所介紹的多種液體

2、混合的PLC控制程序可進(jìn)行單周期或連續(xù)工作，具有斷電記憶功能，復(fù)電后可以繼續(xù)運(yùn)行。另外，PLC還有通信聯(lián)網(wǎng)功能，再通過(guò)組態(tài)，可直接對(duì)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控、更方便工作和管理。關(guān)鍵詞：PLC；液位傳感器；定時(shí)目錄前言1第1章 液體自動(dòng)混合系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)31.1 方案設(shè)計(jì)原則31.2 系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)要求31.3 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)4繼電器控制系統(tǒng)4單片機(jī)控制4工業(yè)控制計(jì)算機(jī)控制4可編程序控制器控制4第2章 液體自動(dòng)混合系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)62.1 硬件選型62.1.1 PLC機(jī)型選擇62.1.2 PLC容量選擇72.1.3 I/O模塊的選擇72.1.4 電源模塊的選擇82.2 PLC I/O點(diǎn)分配10控制系統(tǒng)I/0數(shù)量10

3、2.2.2 PLC的I/O接線圖112.3 主電路的設(shè)計(jì)12第3章 液體自動(dòng)混合系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)133.1 程序設(shè)計(jì)的一般方法133.1.2 經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法133.1.2 邏輯設(shè)計(jì)法133.1.3 順序設(shè)計(jì)法133.2 PLC控制的相關(guān)流程圖143.2.1 控制流程圖143.3 可編程控制器梯形圖15第4章 系統(tǒng)調(diào)試18結(jié)論25設(shè)計(jì)總結(jié)26謝 辭27參考文獻(xiàn)28附錄29前言為了提高產(chǎn)品質(zhì)量，縮短生產(chǎn)周期，適應(yīng)產(chǎn)品迅速更新?lián)Q代的要求，產(chǎn)品生產(chǎn)正向縮短生產(chǎn)周期、降低成本、提高生產(chǎn)質(zhì)量等方向發(fā)展。在煉油、化工、制藥等行業(yè)中，多種液體混合是必不可少的工序，而且也是其生產(chǎn)過(guò)程中十分重要的組成部分。但是由于這些

4、行業(yè)中多為易燃易爆、有毒有腐蝕性的介質(zhì)，以至現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境十分惡劣，不適合人工現(xiàn)場(chǎng)操作。另外，生產(chǎn)要求該系統(tǒng)要具有混合精確、控制可靠等特點(diǎn)，這也是人工操作和半自動(dòng)化控制所難以實(shí)現(xiàn)的。所以為了幫助相關(guān)行業(yè)，特別是中小型企業(yè)實(shí)現(xiàn)多種液體混合的自動(dòng)控制，從而達(dá)到液體混合的目的，液體混合自動(dòng)配料勢(shì)必是擺在我們眼前的一大課題，借助實(shí)驗(yàn)室設(shè)備熟悉工業(yè)生產(chǎn)中PLC的應(yīng)用，了解不同公司的可編程控制器的型號(hào)和原理，熟悉其編程方式，而多種液體混合裝置的控制更常見(jiàn)于工業(yè)生產(chǎn)中，適合大中型飲料生產(chǎn)廠家，尤其見(jiàn)于化學(xué)工業(yè)中，便于學(xué)以致用。計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)給大規(guī)模工業(yè)自動(dòng)化帶來(lái)了曙光。1968年，美國(guó)最大的汽車(chē)制造廠商通用汽車(chē)

5、（GM）公司提出了公開(kāi)招標(biāo)方案，設(shè)想將功能完備、靈活、通用的計(jì)算機(jī)技術(shù)與繼電器便于使用的特點(diǎn)相結(jié)合，把計(jì)算機(jī)的編程方法和程序輸入方式加以簡(jiǎn)化，用面向過(guò)程、面向問(wèn)題“自然語(yǔ)言”編程，生產(chǎn)一種新型的工業(yè)通用繼電器，使人們不必花費(fèi)大量的精力進(jìn)行計(jì)算機(jī)編程，也能像繼電器那樣方便的使用。這個(gè)方案首先得到了美國(guó)數(shù)字設(shè)備（DEC）公司的積極響應(yīng)，并中標(biāo)。該公司于1969年研制出了第一臺(tái)符合招標(biāo)要求的工業(yè)控制器，命名為可編程邏輯控制器（PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER），簡(jiǎn)稱PLC（有的稱為PC),并在GM公司的汽車(chē)自動(dòng)裝配線上實(shí)驗(yàn)獲得了成功。PLC一經(jīng)出現(xiàn)，由于它的自動(dòng)化程度高、可

6、靠性好、設(shè)計(jì)周期短、使用和維護(hù)簡(jiǎn)便等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，備受?chē)?guó)內(nèi)外技術(shù)人員和工商業(yè)界廠商的極大關(guān)注，生產(chǎn)PLC的廠商云起。隨著大規(guī)模集成電路和微處理器在PLC中的應(yīng)用，使PLC的功能不斷得到增強(qiáng)，產(chǎn)品得到飛速發(fā)展。采用基于PLC的控制系統(tǒng)來(lái)取代園林單片機(jī)、繼電器等構(gòu)成的控制系統(tǒng)，采用模塊化結(jié)構(gòu)，具有良好的可移植性和可維護(hù)性，對(duì)提高企業(yè)生產(chǎn)和管理自動(dòng)水平有很大的幫助，同時(shí)又提高了生產(chǎn)線的效率、使用壽命和質(zhì)量，減少了企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量的波動(dòng)，因此具有廣闊是市場(chǎng)前景。用PLC進(jìn)行開(kāi)關(guān)量控制的實(shí)例很多，在冶金、機(jī)械、紡織、輕工、化工、鐵路等行業(yè)幾乎都需要它，例如燈光照明、機(jī)床電控、食品加工、印刷機(jī)械、電梯、自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)

7、、液體混合系統(tǒng)、生產(chǎn)流水線等方面的邏輯控制，都廣泛應(yīng)用PLC來(lái)取代傳統(tǒng)的繼電器控制。本次設(shè)計(jì)是將PLC用于兩種液體混合裝置的設(shè)計(jì)的控制，對(duì)學(xué)習(xí)與實(shí)用是很好的結(jié)合。 第1章 液體自動(dòng)混合系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)1.1 方案設(shè)計(jì)原則整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程是按工藝流程設(shè)計(jì)，為設(shè)備安裝、運(yùn)行和保護(hù)檢修服務(wù)，設(shè)計(jì)的編寫(xiě)按照國(guó)家關(guān)于電氣自動(dòng)化工程設(shè)計(jì)中的電氣設(shè)備常用基本圖形符號(hào)（GB4728）及其他相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范編寫(xiě)。設(shè)計(jì)原則主要包括：工作條件：工程對(duì)電氣控制線路提供的具體資料，系統(tǒng)在保證安全、可靠、穩(wěn)定、快速的前提下，盡量做到經(jīng)濟(jì)、合理、合用，減小設(shè)備成本。在方案的選擇、元器件的選型時(shí)更多的考慮新技術(shù)、新產(chǎn)品。控制由人工控制

8、到自動(dòng)控制，由模擬控制到微機(jī)控制，使功能的實(shí)現(xiàn)由一到多而且更加趨于完善。對(duì)于本課題來(lái)說(shuō)，液體混合系統(tǒng)部分是一個(gè)較大規(guī)模工業(yè)控制系統(tǒng)的改適升級(jí)，控制裝置需要根據(jù)企業(yè)設(shè)備和工藝現(xiàn)況來(lái)構(gòu)成并需盡可能的利用舊系統(tǒng)中的元器件。對(duì)于人機(jī)交互方式改造后系統(tǒng)的操作模式應(yīng)盡量和改造前的相類(lèi)似，以便于操作人員迅速掌握。從企業(yè)的改造要求可以看出在新控制系統(tǒng)中既需要處理模擬量也需要處理大量的開(kāi)關(guān)量。系統(tǒng)的可靠性要高。人機(jī)交互界面友好，應(yīng)具備數(shù)據(jù)儲(chǔ)存和分析匯總的能力。要實(shí)現(xiàn)整個(gè)液體混合控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，需要從怎樣實(shí)現(xiàn)多個(gè)電磁閥的開(kāi)關(guān)以及電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)的控制這個(gè)角度去考慮，現(xiàn)在就這個(gè)問(wèn)題的如何實(shí)現(xiàn)以及選擇怎樣的方法來(lái)確定系統(tǒng)方

9、案。1.2 系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)要求在該混合液體裝置中，需要完成兩種液體的進(jìn)料、混合、卸料的功能，控制要求如下：1.混合過(guò)程：開(kāi)始排放混合液體閥打開(kāi)放完液體后自動(dòng)關(guān)閉，A液體閥YV1打開(kāi)，注入A液體。當(dāng)液面上升到SL2時(shí)，關(guān)閉A液體閥YV1，同時(shí)注入B液體閥YV2打開(kāi)，注入B液體。當(dāng)液面上升到SL3時(shí)，關(guān)閉B液體閥，并開(kāi)始定時(shí)攪拌，攪拌1分鐘后停止。2.停止過(guò)程：停止攪拌后自動(dòng)排放混合液體，當(dāng)混合液體的頁(yè)面下降到SL1時(shí)，開(kāi)始計(jì)時(shí)到2秒后關(guān)閉排氣閥YV3。一個(gè)循環(huán)結(jié)束。3.本設(shè)計(jì)使用液位H、I、L 3個(gè)傳感器、控制液體A、液體B的進(jìn)入和混合液排出的3個(gè)電磁閥門(mén)及攪拌機(jī)的啟停。1.3 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)就

10、目前的現(xiàn)狀有以下幾種控制方式滿足系統(tǒng)的要求：繼電器控制系統(tǒng)、單片機(jī)控制、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)控制、可編程序控制器控制。 1.3.1繼電器控制系統(tǒng)控制功能是用硬件繼電器實(shí)現(xiàn)的。繼電器串接在控制電路中根據(jù)主電路中的電壓、電流、轉(zhuǎn)速、時(shí)間及溫度等參量變化而動(dòng)作，以實(shí)現(xiàn)電力拖動(dòng)裝置的自動(dòng)控制及保護(hù)。系統(tǒng)復(fù)雜，在控制過(guò)程中，如果某個(gè)繼電器損壞，都會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，查找和排除故障往往非常困難，雖然繼電器本身價(jià)格不太貴，但是控制柜的安裝接線工作量大，因此整個(gè)控制柜價(jià)格非常高，靈活性差，響應(yīng)速度慢。 1.3.2單片機(jī)控制單片機(jī)作為一個(gè)超大規(guī)模的集成電路，機(jī)構(gòu)上包括CPU、存儲(chǔ)器、定時(shí)器和多種輸入/輸出接口電

11、路。其低功耗、低電壓和很強(qiáng)的控制功能，成為功控領(lǐng)域、尖端武器、日常生活中最廣泛的計(jì)算機(jī)之一。但是，單片機(jī)是一片集成電路，不能直接將它與外部I/O信號(hào)相連。要將它用于工業(yè)控制還要附加一些配套的集成電路和I/O接口電路，硬件設(shè)計(jì)、制作和程序設(shè)計(jì)的工作量相當(dāng)大。 1.3.3工業(yè)控制計(jì)算機(jī)控制 工控機(jī)采用總線結(jié)構(gòu)，各廠家產(chǎn)品兼容性強(qiáng)，有實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的支持，在要求快速、實(shí)用性強(qiáng)、功能復(fù)雜的領(lǐng)域中占優(yōu)勢(shì)。但工控機(jī)價(jià)格較高，將它用于開(kāi)關(guān)量控制有些大材小用。且其外部I/O接線一般都用于多芯扁平電纜和插頭、插座，直接從印刷電路板上引出，不如接線端子可靠。 1.3.4可編程序控制器控制 可編程控制器配備各種硬件裝

12、置供用戶選擇，用戶不用自己設(shè)計(jì)和制作硬件裝置，只須確定可編程序控制器的硬件配制和設(shè)計(jì)外部接線圖，同時(shí)采用梯形圖語(yǔ)言編程，用軟件取代繼電器電器系統(tǒng)中的觸點(diǎn)和接線，通過(guò)修改程序適應(yīng)工藝條件的變化。 可編程控制器(PLC)從上個(gè)世紀(jì)70年代發(fā)展起來(lái)的一種新型工業(yè)控制系統(tǒng)，起初它主要是針對(duì)開(kāi)關(guān)量進(jìn)行邏輯控制的一種裝置，可以取代中間繼電器、時(shí)間繼電器等構(gòu)成開(kāi)關(guān)量控制系統(tǒng)。隨著30多年來(lái)微電子技術(shù)的不斷發(fā)展，PLC也通過(guò)不斷的升級(jí)換代大大增強(qiáng)了其功能。現(xiàn)在PLC已經(jīng)發(fā)展成為不但具有邏輯控制功能、還具有過(guò)程控制功能、運(yùn)動(dòng)控制功能和數(shù)據(jù)處理功能、連網(wǎng)通訊功能等多種性能，是名符其實(shí)的多功能控制器。由PLC為主構(gòu)

13、成的控制系統(tǒng)具有可靠性高、控制功能強(qiáng)大、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)，是目前工業(yè)自動(dòng)化的首選控制裝置。故選擇PLC來(lái)實(shí)施本次設(shè)計(jì)。1 開(kāi)關(guān)量的邏輯控制 這是PLC最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺(tái)設(shè)備的控制，也可用于多機(jī)群控及自動(dòng)化流水線。如注塑機(jī)、印刷機(jī)、訂書(shū)機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。 2 運(yùn)動(dòng)控制PLC可以用于圓周運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)的控制，世界上各主要PLC廠家的產(chǎn)品幾乎都有運(yùn)動(dòng)控制功能，廣泛用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、電梯等場(chǎng)合。3 閉環(huán)過(guò)程控制過(guò)程控制是指對(duì)溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，PLC能編制各種各

14、樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。過(guò)程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場(chǎng)合有非常廣泛的應(yīng)用。4 數(shù)據(jù)處理現(xiàn)代PLC具有數(shù)學(xué)運(yùn)算（含矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。數(shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無(wú)人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過(guò)程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。5 通信及聯(lián)網(wǎng)PLC通信含PLC間的通信及PLC與其它智能設(shè)備間的通信。隨著計(jì)算機(jī)控制的發(fā)展，工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展得很快，各PLC廠商都十分重視PLC的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。新

15、近生產(chǎn)的PLC都具有通信接口，通信非常方便。根據(jù)本控制系統(tǒng)的控制要求應(yīng)該選擇可編程序控制器控制。第2章 液體自動(dòng)混合系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 2.1 硬件選型 PLC機(jī)型選擇機(jī)型選擇的基本原則是在滿足控制功能要求的前提下，保證系統(tǒng)工作可靠、維護(hù)使用方便及最佳的性能價(jià)格比。具體應(yīng)考慮的因素如下所述。1結(jié)構(gòu)合理對(duì)于工藝過(guò)程比較固定、環(huán)境條件較好、維修量較小的場(chǎng)合，選用整體式結(jié)構(gòu)的PLC；否則，選用模塊式結(jié)構(gòu)的PLC，物料混合控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)選用整體式結(jié)構(gòu)的PLC能夠達(dá)到要求。2功能強(qiáng)、弱適當(dāng) 對(duì)于開(kāi)關(guān)量控制的工程項(xiàng)目，若控制速度要求不高，一般選用低檔的PLC，西門(mén)子公司的S7-200系列機(jī)或歐姆龍公司的COM

16、1。3機(jī)型統(tǒng)一 PLC的結(jié)構(gòu)分為整體式和模塊式兩種。整體式結(jié)構(gòu)把PLC的I/O和CPU放在一塊印刷電路板上，并封裝在一個(gè)殼體內(nèi)，省去了插接環(huán)節(jié)，因此體積小、價(jià)格便宜。但由于整體式結(jié)構(gòu)的PLC功能有限，只適用于控制要求比較簡(jiǎn)單的系統(tǒng)。一般大型的控制系統(tǒng)都使用模塊式結(jié)構(gòu)，這樣功能易擴(kuò)展，比整體式靈活。一個(gè)大型企業(yè)選用PLC時(shí)，盡量要做到機(jī)型統(tǒng)一。由于同一機(jī)型的PLC，其模塊可互為備用，以便備件的采購(gòu)和管理；另外，功能及編程方法統(tǒng)一，有利于技術(shù)人員的培訓(xùn)；其外部設(shè)備通用也有利于資源共享。若配備了上位計(jì)算機(jī)，可把各獨(dú)立系統(tǒng)的多臺(tái)PLC聯(lián)成一個(gè)多級(jí)分布式控制相互通信，集中協(xié)調(diào)管理。物料混合控制系統(tǒng)控制要

17、求比較簡(jiǎn)單選擇整體式結(jié)構(gòu)的PLC。4是否在線編程PLC的特點(diǎn)之一是使用靈活。當(dāng)被控設(shè)備的工藝過(guò)程改變時(shí)，只需用編程器重新修改程序，就能滿足新的控制要求，給生產(chǎn)帶來(lái)很大方便。PLC的編程分為離線編程和在線編程兩種。離線編程的PLC，其主機(jī)和編程器共用物料混合控制系統(tǒng)采用離線編程。5PLC的環(huán)境適應(yīng)性由于PLC是直接用于工業(yè)控制的工業(yè)控制器，生產(chǎn)廠家都把它設(shè)計(jì)成能在惡劣的環(huán)境條件下可靠地工作。盡管如此，每種PLC都有自己的環(huán)境技術(shù)條件，用戶在選用時(shí)，特別是在設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)，對(duì)環(huán)境條件要進(jìn)行充分的考慮。一般PLC及其外部電路（I/O模塊、輔助電源等）都能在下列環(huán)境條件下可靠工作：溫度：工作溫度055

18、，最高為60儲(chǔ)存溫度： -4085濕度：相對(duì)濕度5%95%(無(wú)凝結(jié)霜)振動(dòng)和沖擊： 滿足國(guó)際電工委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)電源：交流220V，允許變化范圍為-15%15%，頻率為4753Hz瞬間停電保持l0ms環(huán)境：周?chē)諝獠荒芑煊锌扇夹浴⒈ㄐ院透g性氣體對(duì)于需要應(yīng)用在特殊環(huán)境下的PLC，要根據(jù)具體的情況進(jìn)行合理的選擇。 PLC容量選擇PLC容量包括兩個(gè)方面：一是I/O的點(diǎn)數(shù)；二是用戶存儲(chǔ)器的容量（字?jǐn)?shù)）。PLC容量的選擇除滿足控制要求外，還應(yīng)留有適當(dāng)?shù)脑Ａ浚宰鰝溆谩８鶕?jù)經(jīng)驗(yàn)，在選擇存儲(chǔ)容量時(shí)，一般按實(shí)際需要的10%25%考慮裕量。對(duì)于開(kāi)關(guān)量控制系統(tǒng)，存儲(chǔ)器字?jǐn)?shù)為開(kāi)關(guān)量I/O乘以8；對(duì)于有模擬量控制功能的

19、PLC，所需存儲(chǔ)器字?jǐn)?shù)為模擬內(nèi)存單元數(shù)乘以100。通常，一條邏輯指令占用存儲(chǔ)器一個(gè)字。計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、移位及算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳輸?shù)戎噶钫加么鎯?chǔ)器兩個(gè)字。各種指令占存儲(chǔ)器的字?jǐn)?shù)可查閱PLC產(chǎn)品使用手冊(cè)。I/O點(diǎn)數(shù)也應(yīng)留有適當(dāng)裕量。由于目前I/O點(diǎn)數(shù)較多的PLC價(jià)格也較高，若備用的I/O點(diǎn)的數(shù)量太多，將使成本增加。根據(jù)被控對(duì)象的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的總點(diǎn)數(shù)，并考慮到今后的調(diào)整和擴(kuò)充，通常I/O點(diǎn)數(shù)按實(shí)際需要的10%15%考慮備用量。 I/O模塊的選擇PLC是一種工業(yè)控制系統(tǒng)，它的控制對(duì)象是工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備或工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程，它的工作環(huán)境是工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)。它與工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的聯(lián)系是通過(guò)I/O接口模塊可以檢測(cè)被控生產(chǎn)過(guò)程

20、的各種參數(shù)，并以這些現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)作為控制器對(duì)被控制對(duì)象進(jìn)行控制的依據(jù)。同時(shí)控制器又通過(guò)I/O接口模塊將控制器的處理結(jié)果送給工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的被控設(shè)備，驅(qū)動(dòng)各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)控制。外部設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程中的信號(hào)電平各種各樣，各種機(jī)構(gòu)所需的信息電平也是各種各樣的，而PLC的CPU所處理的信息只能是標(biāo)準(zhǔn)電平，所以I/O接口模塊還需實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換。PLC從現(xiàn)場(chǎng)收集的信息及輸出給外部設(shè)備的控制信號(hào)都需經(jīng)過(guò)一定距離。為了確保這些信息的正確無(wú)誤，PLC的I/O接口模塊都具有較好的抗干擾能力。根據(jù)實(shí)際需要，PLC相應(yīng)有許多種I/O接口模塊，包括開(kāi)關(guān)量輸入模塊、開(kāi)關(guān)量輸出模塊、模擬量輸入模塊及模擬量輸出模塊，可以根據(jù)實(shí)際需

21、要進(jìn)行選擇使用。1確定I/O點(diǎn)數(shù)I/O點(diǎn)數(shù)的確定要充分的考慮到裕量，能方便地對(duì)功能進(jìn)行擴(kuò)展。對(duì)一個(gè)控制對(duì)象，由于采用不同的控制方法或編程水平不一樣，I/O點(diǎn)數(shù)就可能有所不同。2開(kāi)關(guān)量I/O標(biāo)準(zhǔn)的I/O接口用于同傳感器和開(kāi)關(guān)（如按鈕、限位開(kāi)關(guān)等）及控制（開(kāi)/關(guān)）設(shè)備（如指示燈、報(bào)警器、電動(dòng)機(jī)起動(dòng)器等）進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。典型的交流I/O信號(hào)為24240V（AC），直流I/O信號(hào)為524V（DC）。 3選擇開(kāi)關(guān)量輸入模塊主要從下面兩方面考慮：一是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)輸入信號(hào)與PLC輸入模塊距離的遠(yuǎn)近來(lái)選擇電平的高低。一般24V以下屬于低電平，其傳輸距離不宜太遠(yuǎn)。如12V電壓模塊一般不超過(guò)10m，距離較遠(yuǎn)的設(shè)備選用較

22、高電壓模塊比較可靠。二是高密度的輸入模塊，如32點(diǎn)輸入模塊，能允許同時(shí)接通的點(diǎn)數(shù)取決于輸入電壓和環(huán)境溫度。一般同時(shí)接通的點(diǎn)數(shù)不得超過(guò)總輸入點(diǎn)數(shù)的60%。4選擇開(kāi)關(guān)量輸出模塊時(shí)應(yīng)從以下三個(gè)方面來(lái)考慮：一是輸出方式選擇。輸出模塊有三種輸出方式：繼電器輸出、晶閘管輸出、晶體管輸出。其中，繼電器輸出價(jià)格便宜，使用電壓范圍廣，導(dǎo)通壓降小，承受瞬時(shí)過(guò)電壓和過(guò)電流的能力強(qiáng)，且有隔離作用。但繼電器有觸點(diǎn)，壽命較短，且響應(yīng)速度較慢，適用于動(dòng)作不頻繁的交直流負(fù)載。當(dāng)驅(qū)動(dòng)電感性負(fù)載時(shí)，最大開(kāi)閉頻率不得超過(guò)1Hz。晶閘管輸出（交流）和晶體管輸出（直流）都屬于無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)輸出，適用于通斷頻繁的感性負(fù)載。感性負(fù)載在斷開(kāi)瞬間

23、會(huì)產(chǎn)生較高反電壓，必須采取抑制措施。二是輸出電流的選擇。模塊的輸出電流必須大于負(fù)載電流的額定值，如果負(fù)載電流較大，輸出模塊不能直接驅(qū)動(dòng)時(shí)，應(yīng)增加中間放大環(huán)節(jié)。對(duì)于電容性負(fù)載、熱敏電阻負(fù)載，考慮到接通時(shí)有沖擊電流，要留有足夠的余量。三是允許同時(shí)接通的輸出點(diǎn)數(shù)。在選用輸出點(diǎn)數(shù)時(shí)，不但要核算一個(gè)輸出點(diǎn)的驅(qū)動(dòng)能力，還要核算整個(gè)輸出模塊的滿負(fù)荷負(fù)載能力，即輸出模塊同時(shí)接通點(diǎn)數(shù)的總電流值不得超過(guò)模塊規(guī)定的最大允許電流值。2.1.4 電源模塊的選擇電源模塊的選擇一般只需考慮輸出電流。電源模塊的額定輸出電流必須大于處理器模塊、I/O模塊、專用模塊等消耗電流的總和。以下步驟為選擇電源的一般規(guī)則：1確定電源的輸入

24、電壓；2將框架中每塊I/O模塊所需的總背板電流相加，計(jì)算出I/O模塊所需的總背板電流值；3I/O模塊所需的總背板電流值再加上以下各電流： 1） 框架中帶有處理器時(shí)，則加上處理器的最大電流值； 2） 當(dāng)框架中帶有遠(yuǎn)程適配器模塊或擴(kuò)展本地I/O適配器模塊時(shí)，應(yīng)加上其最大電流值。4如果框架中留有空槽用于將來(lái)擴(kuò)展時(shí)，可做以下處理； 1） 列出將來(lái)要擴(kuò)展的I/O模塊所需的背板電流； 2） 將所有擴(kuò)展的I/O模塊的總背板電流值與步驟。5在框架中是否有用于電源的空槽，否則將電源裝到框架的外面。6根據(jù)確定好的輸入電壓要求和所需的總背板電流值，從用戶手冊(cè)中選擇合適的電源模塊。具體應(yīng)考隨著PLC技術(shù)的發(fā)展，PLC

25、產(chǎn)品的種類(lèi)越來(lái)越多，而且功能也日益完善。PLC的種類(lèi)繁多，其結(jié)構(gòu)、性能、容量、指令系統(tǒng)、編程方式、價(jià)格等各有不同，當(dāng)然使用場(chǎng)合也有所不同。因此選擇合理的PLC對(duì)提高PLC控制系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)意義重大。因此在選擇機(jī)型時(shí)不僅要滿足其功能要求及維護(hù)等方面的慮：1）合理的結(jié)構(gòu)形式2）安裝方式的選擇3）相當(dāng)?shù)墓δ芤?）系統(tǒng)可靠性的要求綜上所述，根據(jù)控制系統(tǒng)要求選擇S7-200系列PLC，S7-200系列PLC屬于小型整體式結(jié)構(gòu)的PLC，本機(jī)自帶RS485通信接口，內(nèi)置電源和I/O接口，它的結(jié)構(gòu)小巧，運(yùn)行速度快，可靠性高，具有極其豐富的指令系統(tǒng)和擴(kuò)展模塊，實(shí)時(shí)性和通信能力強(qiáng)大，便于操作，易于掌握，性價(jià)比

26、高，是中小規(guī)模控制系統(tǒng)的理想控制設(shè)備。2.2 PLC I/O點(diǎn)分配 控制系統(tǒng)I/0數(shù)量通過(guò)分析控制任務(wù)，共需要6個(gè)數(shù)字量輸入和4個(gè)數(shù)字量輸出，CPU型號(hào)可以選擇S7-200PLC的CPU222（本機(jī)上有8個(gè)數(shù)字量輸入和6個(gè)數(shù)字量輸出）。SL1(L)、SL2(I)、SL3(H)為3個(gè)液位傳感器，液體淹沒(méi)時(shí)接通。進(jìn)液閥QO.1、QO.2分別控制A液體和B液體進(jìn)液，出液閥Q0.4控制混合液體出液。該系統(tǒng)所使用的輸入輸出設(shè)備的I/O分配如表2-1所示。表2-1輸入和輸出設(shè)備I/O分配表控制信號(hào)信號(hào)名稱元件名稱元件符號(hào)地址編碼輸入信號(hào)啟動(dòng)信號(hào)常開(kāi)按鈕SB1I0.0停止信號(hào)常開(kāi)按鈕SB2I0.1液位傳感信

27、號(hào)L液位傳感器SL1I0.2液位傳感信號(hào)I液位傳感器SL2I0.3液位傳感信號(hào)H液位傳感器SL3I0.4初始化信號(hào)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)QSI0.5輸出信號(hào)電動(dòng)機(jī)M控制信號(hào)線圈KMQ0.0電磁閥YV1控制信號(hào)電磁閥YV1Q0.1電磁閥YV2控制信號(hào)電磁閥YV2Q0.2電磁閥YV3控制信號(hào)電磁閥YV3Q0.4 2.2.2 PLC的I/O接線圖根據(jù)表2-1及I/O分配表畫(huà)出圖2-1 I/O接線圖如下： 圖2-1 I/O接線圖2.3 主電路的設(shè)計(jì)根據(jù)以上所選的器件可畫(huà)出其硬件電氣原理圖如圖2-2所示。其中本次設(shè)計(jì)中的混合液體攪拌由電動(dòng)機(jī)M驅(qū)動(dòng)。該電路帶有短路保護(hù)、過(guò)載保護(hù)、失壓零壓保護(hù)等，短路保護(hù)由FU熔斷器來(lái)實(shí)

28、現(xiàn)保護(hù)功能，過(guò)載保護(hù)由FR熱繼電器來(lái)實(shí)現(xiàn)其保護(hù)功能，失壓零壓保護(hù)功能由接觸器來(lái)實(shí)現(xiàn)其保護(hù)功能。 圖2-2主電路第3章 液體自動(dòng)混合系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)3.1 程序設(shè)計(jì)的一般方法 經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法也叫湊試法。在掌握一些典型控制環(huán)節(jié)和電路設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，根據(jù)被控對(duì)象對(duì)控制系統(tǒng)的具體要求，憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行選擇、組合。這種方法對(duì)于一些簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是比較湊效的，可以收到快速、簡(jiǎn)單的效果。經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法的具體步驟如下：1確定輸入/輸出電器；2確定輸入和輸出點(diǎn)的個(gè)數(shù)、選擇PLC機(jī)型、進(jìn)行I/O分配；3做出系統(tǒng)動(dòng)作工程流程圖；4選擇PLC指令并編寫(xiě)程序； 5編寫(xiě)其它控制要求的程序；將各個(gè)環(huán)節(jié)編寫(xiě)的程序聯(lián)系起來(lái)，即得

29、到一個(gè)滿足控制要求的程序。 邏輯設(shè)計(jì)法工業(yè)電氣控制線路中，有很多是通過(guò)繼電器等電器元件來(lái)實(shí)現(xiàn)的。而繼電器、交流接觸器的觸點(diǎn)都只有兩種狀態(tài)即：斷開(kāi)和閉合，因此用“0”和“1”兩種取值的邏輯代數(shù)設(shè)計(jì)電氣控制線路是完全可以的。該方法是根據(jù)數(shù)字電子技術(shù)中的邏輯設(shè)計(jì)法進(jìn)行PLC程序的設(shè)計(jì)，它使用邏輯表達(dá)式描述問(wèn)題。在得出邏輯表達(dá)式后，根據(jù)邏輯表達(dá)式畫(huà)出梯形圖。3.1.3 順序設(shè)計(jì)法對(duì)那些按動(dòng)作的先后順序進(jìn)行控制的系統(tǒng)，非常適合使用順序控制設(shè)計(jì)法進(jìn)行編程。順序控制法規(guī)律性很強(qiáng)，雖然編程相當(dāng)長(zhǎng)，但程序結(jié)構(gòu)清晰、可讀性。在用順序控制設(shè)計(jì)法編程時(shí)，功能圖是很重要的工具。功能圖能夠清楚地表現(xiàn)出系統(tǒng)各工作步的功能、

30、步與步之間的轉(zhuǎn)換順序及其轉(zhuǎn)換條件。綜上所述，本控制系統(tǒng)采用順序設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)。3.2 PLC控制的相關(guān)流程圖 控制流程圖液體混合動(dòng)作的循環(huán)過(guò)程為：開(kāi)閥門(mén)YV1關(guān)閥門(mén)YV1開(kāi)閥門(mén)YV2關(guān)閥門(mén)YV2攪拌定時(shí)放液體定時(shí)關(guān)閥門(mén)YV3開(kāi)始下一個(gè)循環(huán)。系統(tǒng)的控制流程圖 ，如圖3-1所示。圖3-1控制流程圖3.3 可編程控制器梯形圖標(biāo)準(zhǔn)語(yǔ)言梯形圖語(yǔ)言也是我們最常用的一種語(yǔ)言，它有以下特點(diǎn)1. 它是一種圖形語(yǔ)言，沿用傳統(tǒng)控制圖中的繼電器觸點(diǎn)、線圈、串聯(lián)等術(shù)語(yǔ)和一些圖形符號(hào)構(gòu)成，左右的豎線稱為左右母線，左邊畫(huà)輸入、右邊畫(huà)輸出。2. 梯形圖中接點(diǎn)（觸點(diǎn)）只有常開(kāi)和常閉，接點(diǎn)可以是PLC輸入點(diǎn)接的開(kāi)關(guān)也可以是PLC內(nèi)部

31、繼電器的接點(diǎn)或內(nèi)部寄存器、計(jì)數(shù)器等的狀態(tài)。3. 梯形圖中的接點(diǎn)可以任意串、并聯(lián)，但線圈只能并聯(lián)不能串聯(lián)。4. 內(nèi)部繼電器、計(jì)數(shù)器、寄存器等均不能直接控制外部負(fù)載，只能做中間結(jié)果供CPU內(nèi)部使用。5. PLC是按循環(huán)掃描事件，沿梯形圖先后順序執(zhí)行，在同一掃描周期中的結(jié)果留在輸出狀態(tài)暫存器中所以輸出點(diǎn)的值在用戶程序中可以當(dāng)作條件使用。梯形圖的編制采用STEP7Micro/WIN32軟件，STEP7Micro/WIN32軟件是西門(mén)子S7200PLC的開(kāi)發(fā)工具，主要用于開(kāi)發(fā)程序，也可用于實(shí)時(shí)監(jiān)控用戶程序的執(zhí)行狀態(tài)，該軟件具有Windows應(yīng)用軟件的通用界面,易學(xué)易用。梯形圖分析：1.初始狀態(tài) 當(dāng)裝置投

32、入運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)QS（即I0.5得電），進(jìn)液閥QO.1、QO.2關(guān)閉，出液閥QO.4打?qū)⑷萜髦械臍埓嬉后w放空后關(guān)閉。2.控制過(guò)程如下：(1) 啟動(dòng)電源，按下啟動(dòng)按鈕SB1，中間繼電器M0.0接通，使Q0.1接通，即A液體閥門(mén)打開(kāi)，流入A液體，液體B閥門(mén)關(guān)閉，當(dāng)液體達(dá)到傳感器SL2的高度，SL2發(fā)出信號(hào)，切斷YV1接通YV2。(2) YV2接通，即Q0.2接通，流進(jìn)液體B，當(dāng)液位高度達(dá)到SL3，SL3發(fā)出信號(hào)，關(guān)斷YV2，接通Q0.0，使得電動(dòng)機(jī)M得電。(3) M得電接通，攪拌液體，使之混合，攪拌1分鐘后，切斷電動(dòng)機(jī)M，同時(shí)接通YV3即排放閥接通。(4) 當(dāng)液面下降到SL1處時(shí)再過(guò)2秒，放

33、液閥門(mén)YV3關(guān)閉，開(kāi)始下一個(gè)循環(huán)周期。(5) 當(dāng)按停止按鈕SB2，系統(tǒng)停止工作。第4章 系統(tǒng)調(diào)試根據(jù)所設(shè)計(jì)攪拌控制系統(tǒng)的梯形圖，選用STEP7Micro/WIN32軟件進(jìn)行調(diào)試。本次設(shè)計(jì)的梯形圖運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控調(diào)試圖如下：當(dāng)裝置投入運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)QS（即I0.5得電），進(jìn)液閥QO.1、QO.2關(guān)閉，出液閥QO.4打?qū)⑷萜髦械臍埓嬉后w放空后關(guān)閉。按下啟動(dòng)按鈕SB1（即I0.0得電）,M0.0得電自鎖,同時(shí)電磁閥YV1接通(即線圈Q0.1得電)液體A流進(jìn)容器。當(dāng)容器液面高度上升到I時(shí)（即I0.3得電），此時(shí)電磁閥YV2接通（即Q0.2得電）液體B流進(jìn)容器,電磁閥YV1斷開(kāi)(即Q0.1失電)液體A

34、不再進(jìn)入容器。當(dāng)容器液面高度上升到H時(shí)（即I0.4得電），攪拌電動(dòng)機(jī)開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)（即Q0.0得電），并啟動(dòng)定時(shí)器T37定時(shí)1分鐘，同時(shí)電磁閥YV2斷開(kāi)(即Q0.2失電)液體B不再進(jìn)入容器。定時(shí)1分鐘到，定時(shí)器常開(kāi)觸點(diǎn)閉合（即T37得電），電磁閥YV3接通（即Q0.4得電）開(kāi)始放出混合液。當(dāng)容器內(nèi)液面下降到L時(shí)（即I0.2得電），M0.1得電自鎖，啟動(dòng)定時(shí)器T38定時(shí)2秒。圖4-1 梯形圖的運(yùn)行監(jiān)控調(diào)試圖定時(shí)器T38定時(shí)到，T38常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，電磁閥YV1接通，液體A流進(jìn)容器開(kāi)始新一輪循環(huán)，常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，電磁閥YV3斷開(kāi)不在放出混合液。 結(jié)論本設(shè)計(jì)主要闡述液體混料罐的自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)液體混料全過(guò)程：即

35、進(jìn)料、混料、出料的自動(dòng)控制。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行穩(wěn)定可靠。使用了西門(mén)子S7-200型號(hào)PLC，設(shè)計(jì)了控制程序。盡管課程設(shè)計(jì)內(nèi)容繁多，過(guò)程繁瑣但我的收獲卻更加豐富。各種系統(tǒng)的適用條件，各種設(shè)備的選用標(biāo)準(zhǔn)，各種繼電器的安裝方式，我都是隨著設(shè)計(jì)的不斷深入而不斷熟悉并學(xué)會(huì)應(yīng)用的。與老師的交流溝通也使我從各種角度對(duì)設(shè)計(jì)有了新的認(rèn)識(shí)也對(duì)自己提出了新的要求由于客觀條件的限制，在本設(shè)計(jì)中沒(méi)有對(duì)硬件系統(tǒng)進(jìn)行安裝、對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和安裝運(yùn)行都無(wú)法完成。若以后條件允許，可以對(duì)以上設(shè)計(jì)進(jìn)行進(jìn)一步完善。設(shè)計(jì)總結(jié)通過(guò)此次課程設(shè)計(jì)，使我更加扎實(shí)的掌握了有關(guān)PLC應(yīng)用方面的知識(shí)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中尤其是自己動(dòng)手編制程序時(shí)，遇

36、到了很多困難，但經(jīng)過(guò)一次又一次的思考，一遍又一遍的檢查終于找出了原因所在，也暴露出了前期我在這方面的知識(shí)欠缺和經(jīng)驗(yàn)不足。實(shí)踐出真知，通過(guò)親自動(dòng)手制作，使我掌握的知識(shí)不再是紙上談兵，而是學(xué)以致用。同時(shí)，這次課程設(shè)計(jì)讓我感受到了我對(duì)所學(xué)習(xí)的內(nèi)容是多么的不熟練，在設(shè)計(jì)過(guò)程中總是需要翻書(shū)，還總是會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，同時(shí)這些問(wèn)題也提醒了我那些地方?jīng)]學(xué)好，加深了對(duì)這部分知識(shí)的印象。課程設(shè)計(jì)不僅僅是一門(mén)專業(yè)課，使我學(xué)到很多專業(yè)知識(shí)以及提升了專業(yè)技能上，同時(shí)又是一門(mén)提升自我綜合能力的課程，給了我莫大的發(fā)展空間，不僅培養(yǎng)了獨(dú)立思考、動(dòng)手操作的能力，在各種其它能力上也都有了提高；更重要的是，在課程設(shè)計(jì)中，我們學(xué)會(huì)了很多學(xué)習(xí)的方法，而這些都將為日后做準(zhǔn)備，會(huì)使我們終身都受益匪淺。面對(duì)社會(huì)的挑戰(zhàn)，只有不斷的學(xué)習(xí)、實(shí)踐，再學(xué)習(xí)、再實(shí)踐，才能在最大程度上發(fā)掘自己。這對(duì)于我們的將來(lái)也有很大的幫助。以