基于PLC的多種液體控制系統(tǒng)設(shè)計

1、 畢業(yè)論文（設(shè)計）論文題目：基于PLC的多種液體混合控制系統(tǒng)設(shè)計學(xué)生姓名：所在院系： 所學(xué)專業(yè)： 導(dǎo)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(tǒng)是一種適用于工業(yè)環(huán)境下的新型通用自動控制裝置。在本設(shè)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(xiàn)整個控制系統(tǒng)的自動循環(huán)控制。在控制系統(tǒng)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(xiàn)了對液體混合裝置的控制。在設(shè)計中具體完成了PLC硬件設(shè)計和軟件編程，并通過系統(tǒng)調(diào)試，達到自動混合液體的目

2、的，提高了液體混合生產(chǎn)的自動化程度和生產(chǎn)效率，可以用于工業(yè)上液體混合及后期加工等，基本適合于工業(yè)生產(chǎn)要求，其便于維修和保養(yǎng)。關(guān)鍵詞：多種液體，混合裝置，自動控制 目 錄1緒論12總體方案設(shè)計.22.1方案設(shè)計22.2 控制方案介紹23硬件電路設(shè)計43.1 總體結(jié)構(gòu)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93.4.1電動機主電路93.4.2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143.11 液體混

3、合裝置輸入/輸出裝置接線圖144 軟件電路設(shè)計144.1 程序框圖144.2 控制程序梯形圖164.3 語句表175系統(tǒng)常見故障分析及維護185.1 系統(tǒng)故障的概念195.2 系統(tǒng)故障分析及處理195.2.1 PLC故障分析195.2.2 PLC控制系統(tǒng)故障分布和分層排除205.3 系統(tǒng)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(tǒng)中干擾的主要來源及途徑215.3.3 主要抗干擾措施226 結(jié)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(yù)定的溫度然后進行混合。在現(xiàn)在的很多行業(yè)中，如煉油、化工、制藥等行業(yè)中，多種液體

4、和混合罐裝是必不可少的工序，在整個生產(chǎn)過程中占有重要的地位，由于其生產(chǎn)過程中介質(zhì)多為易爆易燃、有毒有腐蝕性的物體，工作環(huán)境十分惡劣，不適合人工操作，加上現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)要求不斷提高生產(chǎn)質(zhì)量，縮短生產(chǎn)周期，降低生產(chǎn)成本的需要，其生產(chǎn)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(fā)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(tǒng)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(dāng)前國內(nèi)許多地方的此類控制系統(tǒng)主要是采用DCS，這是由于液位控制系統(tǒng)的儀表信號較多，采用此系統(tǒng)性價比相對較好，但隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，PLC在儀表控制方面的功能已經(jīng)不斷強化。用于回

5、路調(diào)節(jié)和組態(tài)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(zhì)量要求比較低。目前已有許多企業(yè)采用先進控制器對傳統(tǒng)接觸控制進行改造，大大提高了控制系統(tǒng)的可靠性和自控程度，為企業(yè)提供了更可靠的生產(chǎn)保障，所以PLC在工業(yè)控制系統(tǒng)中得到了良好的應(yīng)用?？删幊炭刂破魇菍樵诠I(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的一種數(shù)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(zhí)行指令、進行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作，并通過數(shù)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(shè)備和生產(chǎn)過程。隨著科學(xué)技術(shù)的進步和微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，可編程序控制器技術(shù)廣泛應(yīng)用于自動化控制領(lǐng)域，

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

7、。隨著技術(shù)的進步，其控制功能由簡單的邏輯控制、順序控制發(fā)展為復(fù)雜的連續(xù)控制和過程控制，成為自動化領(lǐng)域的三大技術(shù)支柱。特別是在機器人、CAD/CAM方面有著廣泛的應(yīng)用，主要應(yīng)用的技術(shù)領(lǐng)域有：順序控制、過程控制、位置控制、生產(chǎn)過程的監(jiān)控和管理、結(jié)合網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等。在本文中用采用日本松下公司生產(chǎn)PLC來實現(xiàn)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(jiān)控控制，其電路結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)備投資少，監(jiān)控系統(tǒng)不僅自動化程度高，還具有在線修改功能，靈活性強等優(yōu)點，適用于多段液位控制的監(jiān)控場合?？梢詫崿F(xiàn)對整個液體混合過程的準(zhǔn)確、快速、高效、安全、自動化控制并且維修方便，可以滿足工業(yè)生產(chǎn)需求。本設(shè)計的主要內(nèi)容為

8、：控制方案的設(shè)計、硬件電路設(shè)計、軟件電路設(shè)計、整個系統(tǒng)可能出現(xiàn)的故障以及相應(yīng)的保養(yǎng)維修措施。本設(shè)計要解決的主要問題是使液體灌裝機能夠安全、快速、準(zhǔn)確全自動地實現(xiàn)對液體的混合。在相關(guān)的研究文獻報道中用PLC灌裝機進行控制的控制系統(tǒng)設(shè)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(jù)生產(chǎn)的具體情況，正確選用相關(guān)技術(shù)參數(shù)的控制系統(tǒng)對其進行控制，也就難以在提高產(chǎn)品質(zhì)量和高的生產(chǎn)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(shè)計2.1方案設(shè)計整個設(shè)計過程是按時液體混合生產(chǎn)工藝流程為中心來進行相關(guān)的軟硬件電路設(shè)計，對于本中所用到的電氣符號符合國家關(guān)于電氣工程自動化

9、設(shè)計的國家標(biāo)準(zhǔn)(GB4728)。其設(shè)計準(zhǔn)則為：在滿足液體混合條件和現(xiàn)場生產(chǎn)條件，使整個液體混合符合相關(guān)技術(shù)參數(shù)的條件下，整個生產(chǎn)控制系統(tǒng)安全、可靠、穩(wěn)定，盡量做到經(jīng)濟、合理、降低生產(chǎn)成本。在設(shè)計方案元器件選擇時考慮其實用性、經(jīng)濟性，在滿足相關(guān)技術(shù)要求的前提下，發(fā)行量選用新技術(shù)、新產(chǎn)品，整個控制過程完全實現(xiàn)自動化控制。要實現(xiàn)用PLC控制系統(tǒng)來實現(xiàn)液體混合灌裝系統(tǒng)需要考慮：(1)各個閥門開關(guān)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(jié)束；(4)整個混合過程如何實現(xiàn)自動循環(huán)控制。對于整個控制系統(tǒng)的設(shè)計主從以上四個方面進行考慮來確定系統(tǒng)控制方案。2.2 控

10、制方案介紹目前常用的控制系統(tǒng)有以下幾種：繼電器控制系統(tǒng)、單片機控制、工業(yè)控制計算機和可編程控制器控制?，F(xiàn)在將這幾種控制系統(tǒng)相比較，并結(jié)合并本設(shè)計的實際確定控制方案。(1)繼電器控制系統(tǒng)PLC與繼電器均可以用于開關(guān)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(guān)系。繼電器控制系統(tǒng)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(xiàn)的，PLC的控制功能主要是用軟件(即程序)來實現(xiàn)的。PLC采用的計算機技術(shù)、順序控制、定時、計數(shù)、運動控制、數(shù)據(jù)處理、閉環(huán)控制和通信聯(lián)網(wǎng)功等功能，比繼電器控制系統(tǒng)的功能強大的多。繼電器系統(tǒng)的可靠性差，診斷與復(fù)雜的繼電器系統(tǒng)的故障非常困難。梯形圖

11、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(xiàn)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(shè)計方法，設(shè)計復(fù)雜的繼電器電路既困難又費時，設(shè)計出的電路也很難閱讀理解。PLC有大量用軟件實現(xiàn)的輔助繼電器，定時器和計數(shù)器等編程元件供梯形圖的設(shè)計者使用。用先進的順序控制設(shè)計法來設(shè)計梯形圖，比設(shè)計相同功能的繼電器電路花費的時間要少得多。繼電器要在硬件安裝，接線

12、全部完成后才能進行調(diào)試，發(fā)展問題后修改電路花的時間也很多。PLC控制系統(tǒng)的開關(guān)柜制作，現(xiàn)場施工和梯形圖設(shè)計可以同時進行，梯形圖可以在實驗室模擬調(diào)試，發(fā)現(xiàn)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(shù)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(yīng)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(shè)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(nèi)部的硬件結(jié)構(gòu)。將單片機用于工業(yè)控制，對開發(fā)人員的硬件設(shè)計水平和軟件設(shè)計水平的要求都很高。此外，用單片機設(shè)計測控產(chǎn)品需

13、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(wěn)定可靠的運行。有的專業(yè)公司開發(fā)的單片機產(chǎn)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(yè)廠家來開發(fā)，現(xiàn)在很少有最終用戶開發(fā)單件或小批量的單片機測控裝置。(3) 工業(yè)控制計算機控制控制用的個人計算機(PC)稱為工業(yè)控制計算機，簡稱為工控機。工控機是在個人計算機的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，采用總線結(jié)構(gòu)，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(xiàn)管理控制網(wǎng)絡(luò)的一體化。PLC的體積小巧緊湊，硬件和操作系統(tǒng)的可靠性總體上比工控機高。工控機則來源于個人計算機，主要

14、用于過程控制或控制系統(tǒng)中的上位機和人機接口。在高端應(yīng)用方面，很難區(qū)分PLC和工業(yè)PC之間的差異，因主兩者均采用同樣的微機處理器和內(nèi)存芯片。PLC與PC相比有以下優(yōu)點：1) 對低端應(yīng)用，PLC具有極大的性能價格比優(yōu)勢。工控機的價格比較高，將它用于小型開關(guān)量控制系統(tǒng)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(xiàn)場應(yīng)用環(huán)境設(shè)計的，結(jié)構(gòu)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(yán)密的措施。4) PLC使用專門為工控設(shè)計的各種編程語言，這些語言簡單易學(xué)。與PC機發(fā)展太快相比

15、，PLC產(chǎn)品可以長期供貨，并提供長期的技術(shù)支持。5) PLC有龐大的有經(jīng)驗的設(shè)計人員，維護人員和技術(shù)支持系統(tǒng)。（4）可編程程序控制器控制PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)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(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設(shè)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、性價比高；5）編程簡單、

16、容易掌握；6）設(shè)計、施工、調(diào)試周期短?？删幊炭刂破鞯陌l(fā)展特點是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需要。從控制規(guī)模上來說，這個時期發(fā)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(zhuǎn)速、位移等各式各樣的控制場合；從產(chǎn)品的配套能力來說，生產(chǎn)了各種人機界面單元、通信單元，使應(yīng)用可編程控制器的工業(yè)控制設(shè)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(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用都得到了長足的發(fā)展。通過以上幾種控制方案的比較，選用PLC來實現(xiàn)對液體混合過程的控制。3硬件電路設(shè)計3.1 總體結(jié)構(gòu) 從圖中可知設(shè)計的液體混合裝置主要完成三種液體的自動混合攪拌并控制溫度，

17、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(shù)字量控制，可以通過引線與相應(yīng)的控制系統(tǒng)連接從而達到控制效果。混合液體罐示意圖如圖1所示：(1)初始狀態(tài)容器是空的，各電磁閥門均關(guān)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(guī)律動作。1)，液體和同時注入容器。當(dāng)液面達到是，使，即關(guān)閉和閥門，打

18、開液體的閥門。2)液面達到時，即關(guān)閉閥門，攪拌機啟動，開始攪拌。圖1 液體混合3)經(jīng)過10s后攪拌均勻后，停止攪拌，加熱器開始加熱。4)當(dāng)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(jīng)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(dāng)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(tài)上。3.2 液位傳感器的選擇本設(shè)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(fā)生變化，相應(yīng)的晶體管或繼電器動作并輸出一個開關(guān)量。其檢測精度與被測液體的密度、壓力大小及導(dǎo)電性無關(guān) ,無機械傳動

19、 、無活動觸點 、無需任何附加聯(lián)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(tǒng)、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(tài)、動態(tài)液位的測量和控制。光電式液位傳感器結(jié)構(gòu)及原理光電式液位傳感器結(jié)構(gòu)主要有 5個部分：接觸被測介質(zhì)的探頭部分 (導(dǎo)光罩 )、紅外收發(fā)組件、信號調(diào)理電路部分、外殼結(jié)構(gòu)部分和信號引出線部分。 圖2光電式傳感器結(jié)構(gòu)其工作原理為：光發(fā)射器發(fā)射的紅外波在導(dǎo)光罩內(nèi)傳播；當(dāng)無液體介質(zhì)時 ,光經(jīng)反射大部分集中在接收器上，當(dāng)有液體介質(zhì)時，光在反射時，部分光被折射出去，接收器上的光強

20、變?nèi)?，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(jié)構(gòu)示意圖。相關(guān)元件主要參數(shù)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(wěn)定性：0.2%F.S；(6)響應(yīng)時間：1ms；(7)壽命：1X10壓力循環(huán)；(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 溫度傳感器的選擇在本設(shè)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(wěn)

21、定性好，可靠性強，產(chǎn)品壽命長等優(yōu)點，該溫度傳感器已廣泛應(yīng)用于電機變頻調(diào)速溫度控制，太陽能熱水器溫度測量領(lǐng)域彩印設(shè)備溫控，汽車油溫測量、發(fā)動機冷卻系統(tǒng)、工業(yè)控制系統(tǒng)中過熱保護、加熱控制系統(tǒng)、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(yōu)點是在其適用溫區(qū)范圍內(nèi)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(shù)可以將感溫電路、信號放大電路、電源電路、補償電路等制作在一塊芯片上，構(gòu)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

22、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(dāng)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(shè)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(diào)節(jié)其上限溫度、下限溫度在所要求的溫度范圍內(nèi)，當(dāng)混合液體溫度在規(guī)定的范圍內(nèi)時，溫度傳感器向外輸出信號，供使用。與生產(chǎn)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(dǎo)通，管壓降近似為0，傳感器的輸出晶體管相當(dāng)于一個觸點。相關(guān)元件主要參數(shù)如下：(

23、1) 測量溫度范圍為-50150oC；(2) 溫度系數(shù)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(wěn)定性： 年變化率80度工作壓差：0.4pa工作介質(zhì)：具有腐蝕性動作頻率：要求不高介質(zhì)清潔度：當(dāng)介質(zhì)清潔度不高時，在電磁閥配裝反沖過濾網(wǎng)，本設(shè)計中壓力較低可用直動膜片式。根據(jù)以上條件選用耐高度，塑料王或全不銹鋼先導(dǎo)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(wěn)壓措施，在本設(shè)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(guān)元件主要技

24、術(shù)參數(shù)：標(biāo)準(zhǔn)電壓：AC110V；線圖及位置數(shù)：單頭雙位置；接線形式：引線式；動作方式：內(nèi)部先導(dǎo)式；使用壓力：0.150.8MPa；電壓范圍：10%；絕緣性及防護等級：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(jù)需要進行選擇。其結(jié)構(gòu)簡圖為圖：圖8 二位三通電磁閥內(nèi)部結(jié)構(gòu)(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(jīng)驗常數(shù)，一般取11.4，本設(shè)計中取1； 電動機機率(kw)，本設(shè)計為1.5kw；接觸器主觸點電流；電動機額定線電

25、壓；代入相關(guān)數(shù)據(jù)，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。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(shè)計中為3.7；代入相關(guān)數(shù)字得，=3.523.89A，取3.9選用JB16B20/3型熱繼電器相關(guān)主要技術(shù)參數(shù)如下：(1)額定電流為20；(2)熱元件額定電流5；(3)電流調(diào)節(jié)范圍：3.55.0；(4)在本設(shè)計中將其調(diào)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(shè)計中取3.

26、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(shè)計中選用RL1-15型熔斷器，額定電流10A。正常工作條件：（）周圍空氣溫度不超過40，24h測得的平均值不超過35，一年內(nèi)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(fā)生。注：若熔斷器在不同于1，2和3規(guī)定條件下使用，尤其是在無防護的戶外條件使用，應(yīng)與制造廠協(xié)商。若熔斷器

27、用在有煙霧或不正常的工業(yè)沉積物的場所，亦應(yīng)與制造廠協(xié)商。（）電壓系統(tǒng)電壓的最大值不超過熔斷器額定電壓的110%；注：應(yīng)注意到若熔斷體在大大低于額定電壓下熔斷，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(shè)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(guān)量輸出模塊為繼電器型，輸出電壓AC 220V，可直接驅(qū)動執(zhí)行器件?？紤]到以后控制內(nèi)容及

28、方案的改變，可根據(jù)自己的需要，將PLC的輸入觸點和輸出觸點進行適當(dāng)增加擴展接口，同時要選用較大的內(nèi)存（本設(shè)計中所有程序為3.41），一般要留有10%的裕量。在本設(shè)計中選用輸入14點，輸出16點，內(nèi)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(yīng)元器件輸出口相應(yīng)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

29、圖4 軟件電路設(shè)計4.1 程序框圖液體控制過程如下：（1）兩種液體的進入當(dāng)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(dāng)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(guān)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(dāng)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

30、梯形圖中它的X1常用觸點接通，通過KP介紹信復(fù)位端，使輸出繼電器X3閉合，與之相連的電磁閥關(guān)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(guān)閉Y5使攪拌機M停止。（5）混合液體開始排出 當(dāng)液體溫度達到預(yù)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(guān)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

31、攪拌均勻后的混合液體。（6）混合液體熱排完當(dāng)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(dāng)于一個下降沿，驅(qū)使產(chǎn)生一個掃描周期的脈沖，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(fù)液體混合過程重復(fù)液體混合過程是對通過并聯(lián)在梯形圖地址為位置上的定時器常開觸點實現(xiàn)的。同時常開觸點也接通，通過保持指令使復(fù)位，定時器關(guān)閉。根據(jù)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(guān)，開，進液體按停止按鈕？到，關(guān)，開，即開始攪拌結(jié)束到預(yù)定溫度時，關(guān)，開，即排出混合液體當(dāng)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

32、形圖根據(jù)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 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

33、X538 DF39 OR T140 KP Y441 ST X342 DF/43 ST T144 DP RO45 ST RO46 TMY 1 K 550 ED5系統(tǒng)常見故障分析及維護為了延長PLC控制系統(tǒng)的壽命，確保整個生產(chǎn)過程的順利進行，需要對控制系統(tǒng)中以及在生產(chǎn)過程中會出現(xiàn)的故障，比如設(shè)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(fā)生前采用必要的措施防止故障發(fā)生或在出現(xiàn)故障后能夠很快的排除。5.1 系統(tǒng)故障的概念為了使控制系統(tǒng)在一定時間內(nèi)可以正常的運行，在系統(tǒng)設(shè)計和生產(chǎn)過程中要對系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的故障，設(shè)備損耗、電子元器件等可能出現(xiàn)的問題有一個比較清晰的認識，以便在沒有發(fā)生故障以前采取

34、必要的措施防止故障的發(fā)生，或者當(dāng)故障發(fā)生以后能夠很快的判斷出故障點，盡快維修，以免影響生產(chǎn)。5.2 系統(tǒng)故障分析及處理系統(tǒng)故障是指在整個控制系統(tǒng)中，包括PLC控制系統(tǒng)、機械設(shè)備和電子元器件等一切相關(guān)現(xiàn)場設(shè)備出現(xiàn)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(yīng)的控制程序和一些外部設(shè)備。現(xiàn)場設(shè)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(tǒng)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(tǒng)內(nèi)部只有少量故障出現(xiàn)約占裝置總故障的%5，這些故障包括1）CPU故障約占內(nèi)部故障的30%，出

35、現(xiàn)在處理器和貯存器、總線系統(tǒng)、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(nèi)部故障70%。(2)大量故障(約占裝置總故障的% 95)是發(fā)生在傳感器，驅(qū)動器等控制執(zhí)行器上以及連接控制執(zhí)行器件的電纜方面。5.2.2 PLC控制系統(tǒng)故障分布和分層排除PLC控制系統(tǒng)大多數(shù)故障95在外設(shè)，僅有5發(fā)生在PLC本身，故維修系統(tǒng)的注意力應(yīng)該首先集中在外部設(shè)備。而在5的PLC故障中，控制器內(nèi)的故障只占10%，90發(fā)生在I/O模板中。 故障發(fā)生時，首先定位故障發(fā)生在PLC內(nèi)部還是外部（第一層）；是在I/O回路還是在控制器內(nèi)部（第二層）；是PLC硬件故障還是軟件故障（第三層）。 (1)利用PLC輸

36、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(fā)現(xiàn)故障的手段。 外設(shè)故障一般發(fā)生在繼電器、接觸器；閥門、閘板；開關(guān)、限位開關(guān)、安全保護、就地和遠控轉(zhuǎn)換開關(guān)；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(nèi)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(nèi)部短路，輸出自我保護；3）控制器內(nèi)其他電路；4）控制器部分。 (2)利用上位監(jiān)控系統(tǒng)（monitor）功能判斷第二層故障 利用上位監(jiān)控機在線監(jiān)控狀態(tài)，通過梯形圖進行監(jiān)控，如軟觸點顯示不同的顏色代表不同的狀態(tài)。查找輸

37、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(tài)為ON表明輸出信號已在控制器內(nèi)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(fù)正常運行。 (3)通過故障現(xiàn)象分析診斷PLC第三層故障 控制器內(nèi)部電路實際上是一個單片機或單片機系統(tǒng)。若應(yīng)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(yīng)仔細檢查相關(guān)電路及元件，必要時替換之；如果僅僅是某一組分路都有故障，則可能是某一塊鎖存器芯片已損壞，更換之。判斷控制器內(nèi)CPU是否出現(xiàn)故障，可

38、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?shù)紺PU，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(tài)啟動，如果冷態(tài)啟動仍然失敗，只能說明包括CPU在內(nèi)的主機箱系統(tǒng)的硬件需要再檢查。當(dāng)冷態(tài)啟動正常時，說明主機系統(tǒng)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(qū)地投入，去尋找故障點。 總之，當(dāng)PLC控制系統(tǒng)出現(xiàn)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(tǒng)抗干擾性

39、的分析與維護PLC是一種專門用于工業(yè)生產(chǎn)自動化控制的設(shè)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(chǎn)生干擾，造成程序誤變或運算錯誤，從而產(chǎn)生誤輸入井引起誤輸出，這將會造成設(shè)備的失控和誤動作。因此在設(shè)計時，我們就采用必要的抗干擾措施提高PLC控制系統(tǒng)的可靠性。要提高PLC控制系統(tǒng)可靠性，一方面要求PLC生產(chǎn)廠家用提高設(shè)備的抗干擾能力；另一方面，要求工程設(shè)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(tǒng)的抗干擾性能。5.3.1 干擾源及一般分類 影響PLC控制系統(tǒng)的干擾源與一般影響工業(yè)控制設(shè)備的干擾源一樣，大都產(chǎn)生在電流或電壓劇烈變化的部

40、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(tǒng)中干擾的主要來源及途徑 對于系統(tǒng)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(wǎng)絡(luò)、電氣設(shè)備的暫態(tài)過程、雷電、無線電廣播、電視、雷達、高頻感應(yīng)加熱設(shè)備等產(chǎn)生的，通常稱為輻射干擾，其分布極為復(fù)雜。 （2）來自系統(tǒng)外引線的干擾主要通過電源和信號線引入，通常稱為傳導(dǎo)干擾。這種干擾在我國工業(yè)現(xiàn)場較嚴(yán)重。 （3）來自電源的干擾 PLC系統(tǒng)的正常供電電源均由電網(wǎng)供電。由于電網(wǎng)覆蓋范圍廣，它將受到所有空間電磁干擾而在線路上感應(yīng)電壓和電路。 （4）來自信號線引入的干擾與PLC控制系統(tǒng)連

41、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(wǎng)干擾，這往往被忽視；二是信號線受空間電磁輻射感應(yīng)的干擾，即信號線上的外部感應(yīng)干擾，這是很嚴(yán)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(yán)重時將引起元器件損傷。 （5）來自接地系統(tǒng)混亂時的干擾 接地是提高電子設(shè)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(shè)備向外發(fā)出干擾；而錯誤的接地，反而會引入嚴(yán)重的干擾信號，使PLC系統(tǒng)將無法正常工作。 （6）來自PLC系統(tǒng)內(nèi)部的干擾主要由系統(tǒng)內(nèi)部元器件及

42、電路間的相互電磁輻射產(chǎn)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(tǒng)內(nèi)部進行電磁兼容設(shè)計的內(nèi)容，比較復(fù)雜，作為應(yīng)用部門是無法改變，可不必過多考慮，但要選擇具有較多應(yīng)用實績或經(jīng)過考驗的系統(tǒng)。 5.3.3 主要抗干擾措施 在系統(tǒng)中主要的抗干擾措施有以下： (1)采用性能優(yōu)良的電源，抑制電網(wǎng)引入的干擾 在PLC控制系統(tǒng)中，電源占有極重要的地位。電網(wǎng)干擾串入PLC控制系統(tǒng)主要通過PLC系統(tǒng)的供電電源（如CPU 電源、I/O電源等）、變送器供電電源和與PLC系統(tǒng)具有直接電氣連接的儀表供電電源等耦合進入的?，F(xiàn)在，對于PLC系統(tǒng)供

43、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(tǒng)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(shù)大，抑制干擾能力差，經(jīng)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(yīng)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(shù)）的配電器，以減少PLC系統(tǒng)的干擾。 此外，位保證電網(wǎng)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還具有較強的干擾隔離性能，是一種PLC控制系統(tǒng)的理想電源。 (2)電纜選擇的敖設(shè) 為了減少動力電纜輻射電磁干擾，尤其是

44、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(yīng)按傳輸信號種類分層敖設(shè)。嚴(yán)禁用同一電纜的不同導(dǎo)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(shè)，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(fù)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(tǒng)的軟件設(shè)計和組態(tài)時，還應(yīng)在軟件方面進行抗干擾處理，進一步提高系統(tǒng)的可靠性。常用的一些措施：數(shù)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(tài)零點，可有效防止電位漂移；采用信息冗余技術(shù)，設(shè)計相應(yīng)的軟件標(biāo)志位；采用間接跳轉(zhuǎn)，設(shè)置軟件陷阱等提高軟件結(jié)構(gòu)可靠性。 信號在接入計算機前，在

45、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(yè)環(huán)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(tǒng)運行的可靠性，使PLC在信號出錯倩況下能及時發(fā)現(xiàn)錯誤，并能排除錯誤的影響繼續(xù)工作，在程序編制中可采用軟件容錯技術(shù)。 (4)正確選擇接地點，完善接地系統(tǒng) 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(tǒng)是PLC控制系統(tǒng)抗電磁干擾的重要措施之一。 系統(tǒng)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(tǒng)而言，它屬高速低電平控制裝置，應(yīng)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

46、響，裝置之間的信號交換頻率一般都低1MHz，所以PLC控制系統(tǒng)接地線采用一點接地和串聯(lián)一點接地方式。集中布置的PLC系統(tǒng)適于并聯(lián)一點接地方式，各裝置的柜體中心接地點以單獨的接地線引向接地極。如果裝置間距較大，應(yīng)采用串聯(lián)一點接地方式。用一根大截面銅母線（或絕緣電纜）連接各裝置的柜體中心接地點，然后將接地母線直接連接接地極。接地線采用截面大于22 mm2的銅導(dǎo)線，總母線使用截面大于60mm2的銅排。接地極的接地電阻小于2，接地極最好埋在距建筑物10 15m遠處(或與控制器間不大于50m)，而且PLC系統(tǒng)接地點必須與強電設(shè)備接地點相距10m以上。 信號源接地時，屏蔽層應(yīng)在信號側(cè)接地；不接地時，應(yīng)在P

47、LC側(cè)接地；信號線中間有接頭時，屏蔽層應(yīng)牢固連接并進行絕緣處理，一定要避免多點接地；多個測點信號的屏蔽雙絞線與多芯對絞總屏電纜連接時，各屏蔽層應(yīng)相互連接好，并經(jīng)絕緣處理。選擇適當(dāng)?shù)慕拥靥巻吸c接點。6 結(jié)束語經(jīng)過實驗證明，用AFP12147型PLC設(shè)計的液體混合灌裝系統(tǒng)的控制系統(tǒng)完全可以滿足控制要求，在實際的操作過程中，由于PLC自身可靠性高，靈活性強，對工作環(huán)境要求不高，抗干擾性能強等優(yōu)點，可以保證整個控制過程的快速，高速，高質(zhì)量。由于PLC來控制整個混合過程，當(dāng)混合液體的工序過程發(fā)生改變時，可以通過改變PLC的程序來滿足控制要求，以適應(yīng)多樣化生產(chǎn)的要求。用該系統(tǒng)可以用較少的成本達到很高的控制

48、精度。本設(shè)計已通過模擬仿真試驗檢驗，可以推廣。本設(shè)計中已經(jīng)過了模擬仿真實驗，不過由于實驗條件跟現(xiàn)場條件有較大的差距，另外本設(shè)計所用時間較短，還用許多因素沒有考慮到，還需要經(jīng)過較長時間的考驗對其各方面進行完善，以滿足更高的控制要求。致謝本論文是在指導(dǎo)老師的悉心指導(dǎo)下完成的，指導(dǎo)老師淵博的專業(yè)知識，老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)作風(fēng)，務(wù)實的科學(xué)作態(tài)度對我有很深的影響。在此過程中，我不僅掌握了基本的科學(xué)研究方法，還學(xué)會了許多書本上學(xué)不到的知識，在此，我謹(jǐn)向指導(dǎo)老師表示崇高的敬意和衷心的感謝。此外，在本論文的設(shè)計當(dāng)中，還受到了多位老師的幫助和指導(dǎo)他們無私的奉獻、兢兢業(yè)業(yè)的精神，教書育人的態(tài)度深深打動了我。在論文資料和

49、實驗期間，多位同學(xué)給予了我很多幫助，在此也感謝他們。在即將告別母校的時候，我想衷心的感謝母校五年來對我的培養(yǎng)，大學(xué)里，我感受到了人格魅力的偉大，受到了很多淵博思想的熏陶?！奥仿湫捱h兮，吾將上下而求索?！比松牡缆愤€很漫長，我會堅持不懈地走下去。也許會有失敗和挫折，但我會繼續(xù)努力。參考文獻1廖常初. PLC應(yīng)用技術(shù)回答M.機械工業(yè)出版社.2006,12李國厚.PLC原理與應(yīng)用設(shè)計M.化學(xué)工業(yè)出版社,2005,93殷興光,孫瑜.在液體混合裝置中的應(yīng)用J.機電一體化,2004,3:63654陸振曦,陸守道.食品機械原理與設(shè)計M.中國輕工業(yè)出版社,1995,55成大先.機械設(shè)計手冊M.化學(xué)工業(yè)出版