液體混合裝置控制

1、液體混合裝置控制目錄摘要引言第1章 可編程序控制器（PLC1.1 PLC的概述1.11PLC的發(fā)展歷程1.12PLC的發(fā)展趨勢1.13PLC的應(yīng)用1.2 PLC的硬件結(jié)構(gòu)1.3 PLC的工作原理1.4 本章總結(jié)第2章液體混合控制裝置和控制要求1. 液體混合裝置2. 裝置潛在故障的分析2.1傳感器故障2.2輸液管閥門故障2.3攪拌機構(gòu)故障2.4上下單元的影響3. 裝置控制要求3.1正常工作進程的控制要求3.2故障的檢測要求3.2.1第一工作進程的故障檢測3.2.2第二工作進程的故障檢測3.2.3第三工作進程的故障檢測3.2.4第四工作進程的故障檢測3.2.5整個工作流程的故障檢測4. 工作進程的

2、分析第3章控制程序的編制與仿真調(diào)試1. I/O接口分配2. 外部接線圖3. 功能圖3.1正常工作進程功能圖3.2實時跟蹤故障自檢功能圖3.3出現(xiàn)故障自動報警功能圖3.4全局功能圖4. 梯形圖5. 程序的仿真調(diào)試第 4 章 控制裝置與控制系統(tǒng)的改進參考資料內(nèi)容摘要當前，PLC （可編程控制器）控制系統(tǒng)已成為實現(xiàn)工業(yè)自動化的重要手段之 一。在很多的生產(chǎn)過程中， 不同液體的混合都是不可缺少的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。 如何利用 PLC 自動控制系統(tǒng)來對兩種不同液體混合的環(huán)節(jié)進行自動的、循環(huán)的、穩(wěn)定的、 精確的、安全的控制呢？這有賴于控制裝置和程序設(shè)計的合理性、 全面性和穩(wěn)定 性，后者占有核心的地位， 所以對程序的設(shè)

3、計就顯得更為重要了。 根據(jù)液體混合 裝置的具體控制要求，利用 PLC 的程序設(shè)計方法和基本的指令系統(tǒng)編制應(yīng)用程 序是本論文的主要設(shè)計目的與內(nèi)容， 而應(yīng)用程序的可行性、 全面性和穩(wěn)定性則是 本論文的設(shè)計目標。引言這是一篇畢業(yè)設(shè)計，按照學(xué)院和教育政策的指示，我將嚴格自主完成。本論文主要論述利用PLC針對兩種不同液體混合裝置的控制編制應(yīng)用程序。首先，要對液體混合裝置有所了解，此裝置由混合池、輸液管、出液管、閥 門、液面檢測器、轉(zhuǎn)速傳感器、攪拌機構(gòu)和電動機等組成，上接不同液體的輸送 單元，下接混合液體的接受單元。其次了解控制要求，對液體的送入采用不同時依次輸送，先送完一種液體至 混合池再送入另一種液體

4、， 輸液完畢后開始進行攪拌， 攪拌完畢后將混合液體送 出，利用液位信號實現(xiàn)控制邏輯。 同時對液體混合和裝置性能的狀態(tài)也采取了監(jiān) 控措施，實時報告錯誤并中斷進程以保護生產(chǎn)和督促檢修。 由此，控制系統(tǒng)的穩(wěn) 定性和安全性方能得到保障。最后設(shè)計流程和編制程序，選擇具有代表性的 FX2 系列 PLC 的步進指令和 編程方法作為工具，F(xiàn)X2系列的PLC除了采用梯形圖以外，還可以采用 SFC順 序功能圖語言進行編制程序，利用 SFC 能較容易編寫出復(fù)雜的順序控制程序， 此種圖形簡單而直觀， 對程序的調(diào)試也很方便， 適宜用于編制液體混合裝置的控 制程序。根據(jù)繪制的順序功能圖， 采用以轉(zhuǎn)換條件為中心的編程方式來

5、設(shè)計 PLC 梯形圖程序。 這些編程的方式和思想都是較為常用的， 在實際應(yīng)用中也是很普遍 的。在本論文的最后部分， 筆者還對控制裝置和控制系統(tǒng)提出了一些改進的方面 和可行途徑，期望能另生產(chǎn)過程更為合理和安全，效果更高。對于在程序的設(shè)計和編制過程中出現(xiàn)的各種問題和波折， 本論文不再詳細講 述。提綱的安排，詳細請看目錄編排。第 1 章 可編程程序控制器（ PLC ）1.1 PLC 概述可編程序控制器（Programmabie Logic Controller,縮寫PLQ是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合計算機、 通信、聯(lián)網(wǎng)以及自動控制技術(shù)而開發(fā)的新一代工業(yè)控制 裝置?？删幊绦蚩刂破魇请S著技術(shù)的進步與現(xiàn)代社會

6、生產(chǎn)方式的轉(zhuǎn)變， 為適應(yīng)多 品種.小批量生產(chǎn)的需要，生產(chǎn).發(fā)展起來的一種新型的工業(yè)控制裝置。PLC從1969 年問世以來，雖然至今還不到 40 年，但由于其具有通用靈活的控制性能 . 簡單方便的使用性能， 可以適應(yīng)各種工業(yè)環(huán)境的可靠性， 因此在工業(yè)自動化各領(lǐng) 域取得了廣泛的應(yīng)用。有人將它與數(shù)控技術(shù)、CAD/CAMfe術(shù)工業(yè)機械人技術(shù)并稱 為現(xiàn)代工業(yè)自動化技術(shù)的四大支柱?？删幊绦蚩刂破髟谖覈陌l(fā)展與應(yīng)用已有 30 多年的歷史，現(xiàn)在它已經(jīng)廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟的各個工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，成為提 高傳統(tǒng)工業(yè)裝備水平和技術(shù)能力的重要設(shè)備和強大支柱。 隨著全球一體化經(jīng)濟的 發(fā)展，努力發(fā)展可編程序控制器在我國的大規(guī)模

7、應(yīng)用， 形成具有自主知識產(chǎn)權(quán)的 可編程序控制器技術(shù)，應(yīng)該是廣大技術(shù)人員努力的方向。1.11 PLC 的發(fā)展歷程在可編程控制器出現(xiàn)前，在工業(yè)電氣控制領(lǐng)域中，繼電器控制占主導(dǎo)地位， 應(yīng)用廣泛。 但是電器控制系統(tǒng)存在體積大、 可靠性低、 查找和排除故障困難等缺 點，特別是其接線復(fù)雜、不易更改，對生產(chǎn)工藝變化的適應(yīng)性差。1968年美國通用汽車公司（G.M為了適應(yīng)汽車型號的不斷更新，生產(chǎn)工藝 不斷變化的需要，實現(xiàn)小批量、多品種生產(chǎn)，希望能有一種新型工業(yè)控制器，它 能做到盡可能減少重新設(shè)計和更換電器控制系統(tǒng)及接線， 以降低成本，縮短周期。 于是就設(shè)想將計算機功能強大、 靈活、通用性好等優(yōu)點與電器控制系統(tǒng)簡

8、單易懂、 價格便宜等優(yōu)點結(jié)合起來， 制成一種通用控制裝置， 而且這種裝置采用面向控制 過程、面向問題的“自然語言”進行編程， 使不熟悉計算機的人也能很快掌握使 用。1969年美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC根據(jù)美國通用汽車公司的這種要求，研制 成功了世界上第一臺可編程控制器， 并在通用汽車公司的自動裝配線上試用， 取 得很好的效果。從此這項技術(shù)迅速發(fā)展起來。早期的可編程控制器僅有邏輯運算、 定時、計數(shù)等順序控制功能， 只是用來 取代傳統(tǒng)的繼電器控制 , 通常稱為可編程邏輯控制器（ Programmable Logic Controller ）。隨著微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展， 20 世紀 70 年代

9、中期微 處理器技術(shù)應(yīng)用到PLC中，使PLC不僅具有邏輯控制功能，還增加了算術(shù)運算、 數(shù)據(jù)傳送和數(shù)據(jù)處理等功能。20 世紀 80年代以后，隨著大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路等微電子技術(shù)的迅速 發(fā)展，16位和32位微處理器應(yīng)用于PLC中，使PLC得到迅速發(fā)展。PLC不僅控 制功能增強，同時可靠性提高，功耗、體積減小，成本降低，編程和故障檢測更 加靈活方便，而且具有通信和聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)處理和圖象顯示等功能，使PLC真正成 為具有邏輯控制、過程控制、運動控制、數(shù)據(jù)處理、聯(lián)網(wǎng)通信等功能的名符其實 的多功能控制器。PLC的發(fā)展過程大致可以分為如下幾個階段：19701980年：PLC的結(jié)構(gòu)定型階段。在這一階段，由于

10、PLC剛誕生，各種 類型的順序控制器不斷出現(xiàn)（如邏輯電路型、 1 位機型、通用計算機型、單板機 型等），但迅速被淘汰。最終以微處理器為核心的現(xiàn)有PLC結(jié)構(gòu)形成，取得了市場的認可，得以迅速發(fā)展.推廣。PLC的原理、結(jié)構(gòu)、軟件、硬件趨向統(tǒng)一與成 熟，PLC的應(yīng)用領(lǐng)域由最初的小范圍、有選擇使用、逐步向機床、生產(chǎn)線擴展。19801990年：PLC的普及階段。在這一階段，PLC的生產(chǎn)規(guī)模日益擴大， 價格不斷下降，PLC被迅速普及。各PLC生產(chǎn)廠家產(chǎn)品的價格.品種開始系列化， 并且形成了固定 I/O 點型、基本單元加擴展塊型、 模塊化結(jié)構(gòu)型這三種延續(xù)至今 的基本結(jié)構(gòu)模型。PLC的應(yīng)用范圍開始向順序控制的全

11、部領(lǐng)域擴展。比如三菱公 司本階段的主要產(chǎn)品有F.F1.F2小型PLC系列產(chǎn)品，K/A系列中、大型PLC產(chǎn)品 等。19902000年，PLC的高性能與小型化階段。在這一階段，隨著微電子技術(shù) 的進步，PLC的功能日益增強，PLC的CPU運算速度大幅度上升、位數(shù)不斷增加， 使得適用于各種特殊控制的功能模塊不斷被開發(fā)， PLC的應(yīng)用范圍由單一的順序 控制向現(xiàn)場控制拓展。此外，PLC的體積大幅度縮小，出現(xiàn)了各類微型化 PLC 三菱公司本階段的主要產(chǎn)品有 FX小型PLC系列產(chǎn)品，AIS/A2US/Q2A系列中，大 型PLC系列產(chǎn)品等。2000年至今：PLC的高性能與網(wǎng)絡(luò)化階段。在本階段，為了適應(yīng)信息技術(shù)的

12、 發(fā)展與工廠自動化的需要，PLC的各種功能不斷進步。一方面，PLC在繼續(xù)提高 CPU運算速度，位數(shù)的同時，開發(fā)了適用于過程控制，運動控制的特殊功能與模 塊，使PLC的應(yīng)用范圍開始涉及工業(yè)自動化的全部領(lǐng)域。與此同時，PLC的網(wǎng)絡(luò)與通信功能得到迅速發(fā)展，PLC不僅可以連接傳統(tǒng)的編程與通入/輸出設(shè)備，還 可以通過各種總線構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)， 為工廠自動化奠定了基礎(chǔ)。 三菱公司本階段的主要 產(chǎn)品有FX小型PLC系列產(chǎn)品（包括最新的FX3u系列產(chǎn)品），Qn,QnP療列中，大型PLC系列產(chǎn)品等。1.12 PLC 的發(fā)展趨勢從當前產(chǎn)品技術(shù)性能來看，PLC發(fā)展趨勢仍然主要體現(xiàn)在體積的縮小與性能 的提高兩大方面。 體積小

13、型化。 電子產(chǎn)品體積的小型化是微電子技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果。 現(xiàn)代 PLC無論從內(nèi)部元件組成還是硬件、軟件結(jié)構(gòu)都已經(jīng)與早期的PLC有了很大的不 同，PLC體積被大幅度縮小。 性能的提高。PLC的性能主要包括CPU生能與I/O性能兩大方面?？删幊绦蚩刂破髟谖覈陌l(fā)展狀況如下：（1）我國可編程序控制器的發(fā)展與國際上的發(fā)展有所不同， 國際上可編程序 控制器的發(fā)展是從研制、開發(fā)、生產(chǎn)到應(yīng)用，而我國則是從成套設(shè)備引進、可編 程序控制器引進應(yīng)用、 消化移植、 合資生產(chǎn)到廣泛應(yīng)用。 大致可劃分為下述三個 階段： 可編程序控制器的初級認識階段（70年代后期到80年代初期）國際上 可編程序控制器的發(fā)展， 首先引起了

14、國內(nèi)工程技術(shù)界的極大興趣， 所以我國對可 編程序控制器的認識始于 70 年代后期到 80 年代初期的成套設(shè)備引進中， 當時 的上海寶鋼一期工程中有多項工程引進了十幾種機型約 200 多臺可編程序控制 器。這些可編程序控制器用于原料碼頭到高爐、 軋鋼、鋼管等整個鋼鐵冶煉以及 加工生產(chǎn)線上， 取代了傳統(tǒng)的繼電器邏輯系統(tǒng)， 并部分取代了模擬量控制和小型 DDC系統(tǒng)。繼寶鋼一期工程后，國內(nèi)許多廠家陸續(xù)引進的設(shè)備和生產(chǎn)線大都配備 了可編程序控制器，其應(yīng)用范圍包括電站、石油化工、汽車制造、港口和碼頭等 各領(lǐng)域。正是在成套設(shè)備引進過程中， 我們打開了眼界， 了解認識了可編程序控 制器，這也促進了可編程序控制

15、器在我國的發(fā)展。 可編程序控制器的引進應(yīng)用和消化移植階段（80年代初期到90年代初 期） 80年代初期開始，隨著我國改革開放的不斷深入，在成套設(shè)備引進的同時， 國外原裝的可編程序控制器開始涌入國內(nèi)市場。 許多部門和單位相繼引進可編程 序控制器并自己設(shè)計組成控制系統(tǒng)，其應(yīng)用范圍也擴大到建材、輕工、煤炭、水 處理、食品、制藥、造紙、橡膠和精細化工等工業(yè)領(lǐng)域。 可編程序控制器的廣泛發(fā)展階段（ 90 年代初期到現(xiàn)在） 進入 90年代， 我國的可編程序控制器進入了廣泛發(fā)展階段，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：（2）政府重視可編程序控制器的發(fā)展得到了政府的高度重視， 在當時機械電子工業(yè)部的領(lǐng) 導(dǎo)下，于 1991

16、年成立了可編程序控制器行業(yè)協(xié)會。 可編程序控制器行業(yè)協(xié)會在 政府和企事業(yè)之間起到了橋梁作用， 溝通了情況， 為做出決策提供了依據(jù)。 同時 可編程序控制器的標準化工作也受到了有關(guān)部門的重視， 于 1993 年成立了可編 程序控制器標準化技術(shù)委員會，為我國可編程序控制器的進一步發(fā)展打下了基 礎(chǔ)。1.13 PLC 的應(yīng)用1 PLC 的應(yīng)用領(lǐng)域PLC的初期由于其價格高于繼電器控制裝置，使得其應(yīng)用受到限制。但最近 十多年來，PLC的應(yīng)用面越來越廣，其主要原因是：一方面由于微處理器芯片幾 有關(guān)元件的價格大大下降，使得PLC的成本下降；另一方面PLC的功能大大增強， 它也能解決復(fù)雜的計算和通信問題。目前PL

17、C在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、采礦、 水泥、石油、化工、電力、機械制造、汽車、裝卸、造紙、紡織、環(huán)保和娛樂等 行業(yè)。PLC的應(yīng)用范圍通?？煞殖梢韵?種類型：（1）順序控制 這是PLC應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域，也是最適合 PLC使用的領(lǐng)域。 它用來取代傳統(tǒng)的 繼電器順序控制。 PLC 應(yīng)用于單機控制、多機群控、生產(chǎn)自 動線控制等。例如：注塑機械、印刷機械、包裝機械、切紙機械、組合機床、 磨床、裝配生產(chǎn)線、電鍍流水線及電梯控制等。（2） 運動控制 PLC 制造商目前已提供了拖動步進電機或伺服電機的單軸或 多軸位置控制模塊，在多數(shù)情況下，PLC把描述目標位置的數(shù)據(jù)送給模塊，其輸 出移動一軸或數(shù)據(jù)到目標位置。

18、每個軸移動時， 位置控制模塊保持適當?shù)奈恢煤?加速度，確保運動平滑。（3）過程控制PLC還能控制大量的過程參數(shù)，例如：溫度、流量、壓力、液位和速度。PID模塊提供了使PLC具有閉環(huán)控制的功能，即一個具有 PID控制 能力的PLC可用于過程控制。當過程控制中某個變量出現(xiàn)偏差時，PID控制算法會計算出正確的輸出，把變量保持在設(shè)定植上。（4）數(shù)據(jù)處理 在機械加工中，PLC作為主要的控制和管理系統(tǒng)用于 CNCffi NC系統(tǒng)中，可以完成大量的數(shù)據(jù)處理工作。（5） 通信網(wǎng)絡(luò)PLC的通信包括主機與遠程I/O之間的通信、多臺PLC之間 的通信、PLC和其他智能控制設(shè)備（如計算機、變頻器、數(shù)控裝置）之間的通信

19、。 PLC與其他智能控制設(shè)備一起，可以組成“集中管理、分散控制”的分布式控制 系統(tǒng)。2 PLC在我國的應(yīng)用雖然我國在PLC生產(chǎn)方面比較弱，但在PLC應(yīng)用方面，我國是很活躍的， 近年來每年約新投入10萬臺套PLC產(chǎn)品，年銷售額30多億人民幣，應(yīng)用的行業(yè) 也很廣。在我國，一般按I/O點數(shù)將PLC分為以下級別（但不絕對，國外分類有 些區(qū)別）：微型：32 I/O小型： 256 I/O中型： 1024 I/O大型： 4096 I/O巨型： 8192 I/O在我國應(yīng)用的PLC系統(tǒng)中，I/O64點以下PLC銷售額占整個PLC的47% 64點256點的占31%合計占整個PLC銷售額的78%1.2 PLC 的硬

20、件結(jié)構(gòu)PLC 實質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計算機其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計算機 從結(jié)構(gòu)上分，PLC分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式PLC包括CPU板、 I/O 板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個不可拆卸的整體。模 塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機架，這些模塊可 以按照一定規(guī)則組合配置。其結(jié)構(gòu)如圖 2-1 所示。中央處理單元（CPU）是PLC的控制中樞，它按照PLC系統(tǒng)程序賦予的功能接 收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)、 檢查電源、存儲器 I/O 以及警戒定時 器的狀態(tài)；并能診斷用戶程序中的語法錯誤。當 PLC 投入運行時，首先它以掃 描的方式

21、接收現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入 I/O 映象區(qū)，然后從 用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序， 經(jīng)過命令解釋后， 按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯 或算數(shù)運算的結(jié)果送入 I/O 映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)，等所有的用戶程序執(zhí)行完 畢之后，最后將 I/O 映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的 輸出裝置，如此循環(huán)運行直到停止運行。1輸入中央處理單元出電1_/1(CPU)電路oO路LJVZ系統(tǒng)程序存儲器一|系統(tǒng)程序存儲器電源圖2-1 PLC的結(jié)構(gòu)圖1.3 PLC的工作原理PLC的CPU則采用順序邏輯掃描用戶程序的運行方式， 即如果一個輸出線圈 或邏輯線圈被接通或斷開，該線圈的所有觸點（包括其常開

22、或常閉觸點）不會立即 動作，必須等掃描到該觸點時才會動作?？紤]到繼電器控制裝置各類觸點的動作時間一般在100ms以上，而PLC掃描用戶程序的時間一般均小于100ms因此，PLC采用了一種不同于一般微型計算 機的運行方式-掃描技術(shù)。這樣在對于I/O響應(yīng)要求不高的場合，PLC與繼電 器控制裝置的處理結(jié)果上就沒有什么區(qū)別了。當PLC投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序 執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期 間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個階段。1輸入采樣階段在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它

23、 們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)得單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸 出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會改變。 因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號 的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。2用戶程序執(zhí)行階段在用戶程序執(zhí)行階段，PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序（梯 形圖）。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構(gòu)成的控 制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點構(gòu)成的控制線路進行邏輯運算， 然后根據(jù)邏輯運算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng) RAM存儲區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；

24、或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形 圖所規(guī)定的特殊功能指令。3輸出刷新階段當掃描用戶程序結(jié)束后，PLC就進入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O 映象區(qū)內(nèi)對應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動相應(yīng)的 外設(shè)。PLC的掃描工作過程如圖2-2、圖2-3所示用戶輸出設(shè)備用戶輸入設(shè)備1.4本章小結(jié)本章介紹的是PLC的產(chǎn)生、發(fā)展及應(yīng)用，通過這些基礎(chǔ)知識，更好地理解PLC 的控制，基于PLC在交通燈控制系統(tǒng)上應(yīng)用這一范疇，使下一步PLC的程序設(shè)計 開發(fā)和實際需要有機地融合在一起。第2章液體混合控制裝置和控制要求1. 液體混合裝置液體的混合裝置（如圖

25、1所示）分為液體輸送、數(shù)據(jù)檢測和液體混合三部分， 液體的輸送由兩支輸液管及控制閥門、一支出液管及控制閥門組成，輸液管A、B負責(zé)將兩種不同液體依次送入混合池，攪拌結(jié)束后出液管負責(zé)將混合液體送入 下一單元，均由控制閥門來控制管路的開閉；數(shù)據(jù)檢測部分有四只液位傳感器和 一只轉(zhuǎn)速傳感器組成，液體傳感器分別檢測四個不同的液位信號， 轉(zhuǎn)速傳感器則 對攪拌勺的轉(zhuǎn)動情況進行檢測；液體混合部分由混合池和攪拌裝置（攪拌電動機、 傳動機構(gòu)和攪拌勺）組成，這是兩種不同液體混合攪拌的場所。圖 1 液體混合裝置示意圖2. 裝置潛在故障的分析2.1 傳感器故障 傳感器故障主要是傳感器的損壞或者檢測電路故障導(dǎo)致， 在裝置的工

26、作過程 中此類故障（液面檢測器 4 故障除外）一旦出現(xiàn)，將會對上下單元產(chǎn)生影響。所 以必須采取必要措施預(yù)防此類故障的出現(xiàn)。 一種做法是采用雙套傳感器系統(tǒng)， 以 降低裝置故障出現(xiàn)的幾率， 保證生產(chǎn)過程的正常運轉(zhuǎn)， 此方法需要投入額外硬件， 增加了生產(chǎn)成本，而且因為其中一套傳感器系統(tǒng)的任何一只或幾只傳感器損壞時 對裝置的正常工作無影響， 所以只有到裝置不正常工作時才能提醒傳感器故障的 出現(xiàn)；另一種做法是采用編制軟件自動跟蹤檢測并警報故障的方法來預(yù)防， 此方 法無需投入額外硬件， 節(jié)省成本，而且有故障警報， 對故障的檢測和維修就更為 方便了，選擇此方法更為適宜。2.2 輸液管閥門故障 輸液管閥門故障

27、一般出現(xiàn)在閥門的開閉問題，屬于硬件故障；另一可能是電 磁繼電器不能工作， 失去了對閥門開閉控制， 屬于軟件故障， 此類故障會導(dǎo)致液 體無法送入或送出， 上下單元的工作也只能被迫終止， 所以輸液管閥門故障必須 得有檢測系統(tǒng)進行實時的檢測警報， 一旦故障出現(xiàn)可以及時督促維修， 保證生產(chǎn)。2.3 攪拌機構(gòu)故障 攪拌機構(gòu)故障有攪拌傳動機構(gòu)故障和攪拌電動機故障， 將引起攪拌勺不正常 的攪拌動作，導(dǎo)致液體沒有充分混合，影響產(chǎn)品的質(zhì)量。預(yù)防此故障，采用的方 法是安裝轉(zhuǎn)速傳感器檢測攪拌勺， 當攪拌勺正常動作攪拌時， 輸出信號， 當攪拌 勺不動作時，不輸出信號， 再利用信號的有無來辨別故障的產(chǎn)生與否， 編制合理

28、 的程序便可對其進行實時監(jiān)控警報了，以提醒工作人員攪拌活動的情況。2.4 上下單元的影響在裝置的正常運轉(zhuǎn)過程中， 上下單元的不正常工作也會影響到本裝置的正常 工作。上一單元無液體提供給本單元， 或者下一單元不接受本單元的液體送出的 話，本單元必須終止工作， 以免引起本單元的故障出現(xiàn)。 解決此問題的方法是利 用軟件進行檢測， 如果整個流程時間超出正常工作時間的三分之一， 則自動終止 本單元的所有進程， 再結(jié)合上下單元自身的故障檢測系統(tǒng)， 此問題便可以得到很 好地解決。3. 裝置控制要求3.1 正常工作進程的控制要求液體混合裝置正常工作流程如下圖所示:液位升至檢測器2啟動輸液管A往混合池送入液體液

29、位升至檢測器3輸液管B往混合池送入液體攪拌混合液體1min攪拌結(jié)束出液管送出液體至下一單元 i輸液管A往混合池送入液體混合液送岀完畢，暫?；蜻M入下一流程圖2混合裝置正常工作流程圖啟動后，輸液管A的控制閥門打開，液體送入混合池；液位上升至液位檢測器2時，輸液管A的控制閥門關(guān)閉，同時輸液管 B的 控制閥門打開，另一種液體自B管流入混合池；當液位上升至液位檢測器3時，輸液管B的控制閥門關(guān)閉；液體送入結(jié)束， 同時攪拌電動機啟動進行液體攪拌；一分鐘后，攪拌停止，出液管控制閥門打開，將混合好的液體送至下一單元； 液體全部送出后，一次工作流程結(jié)束，輸液管A控制閥門接著重新打開，下 一次工作流程開始。由于實際

30、生產(chǎn)過程中，人工介入是經(jīng)常的，很多時候也是必須的，所以在每 一次工作流程結(jié)束后，應(yīng)具有暫停功能，以便工作人員介入進行必要的操作， 人 工介入完成后解除暫停，啟動繼續(xù)進行下一次工作流程。3.2故障的檢測要求321第一工作進程的故障檢測第一工作進程中可能出現(xiàn)的故障有控制系統(tǒng)接收不到檢測器1或檢測器2的信號、輸液管A控制閥門失控、上一單元無液體送來等。無液位信號1會導(dǎo)致無法啟動或進入下一進程，無液位信號 2會導(dǎo)致液體A送入超過額定量，引起 控制程序紊亂失調(diào)；閥門失控和無液體送來會引起工作進程無法進行。所以需要編制合理的程序檢測預(yù)防此類故障的發(fā)生。3.2.2第二工作進程的故障檢測第二工作進程中可能出現(xiàn)

31、的故障有控制系統(tǒng)接收不到檢測器3的信號、輸液管B控制閥門失控、上一單元無液體送來等。此類故障會導(dǎo)致液體溢出混合池 并無法進入下一進程。所以需要采取安裝液位傳感器4和編制合理的程序檢測預(yù) 防此類故障的發(fā)生。323第三工作進程的故障檢測第三工作進程中可能出現(xiàn)的故障有攪拌電動機或傳動機構(gòu)無法正常工作，將會導(dǎo)致攪拌動作錯誤，液體不能充分混合，所以需要采取安裝轉(zhuǎn)速檢測器并編制 合理的程序檢測預(yù)防此類故障的發(fā)生。324第四工作進程的故障檢測第四工作進程中可能出現(xiàn)的故障有出液管控制閥門失控引起混合液無法送 至下一單元，所以也需要編制合理的程序來對它進行檢測預(yù)防。325整個工作流程的故障檢測在每一個工作進程的

32、故障出現(xiàn)后，應(yīng)該發(fā)出聲光警報以督促工作人員檢修， 維修人員可以隨時解除警報并令系統(tǒng)中斷整個流程返回到初始狀態(tài)，以便故障維修完畢后可以繼續(xù)啟動，重新開始工作流程，保證生產(chǎn)。在裝置無故障出現(xiàn)，但出現(xiàn)了其它突發(fā)情況需要立即終止生產(chǎn)時，為保護生 產(chǎn)應(yīng)該設(shè)置一個具有任意時刻終止所有進程并返回初始狀態(tài)的控制端口。4. 正常工作進程的分析所有工作進程中各器件的工作波形圖如圖 3所示：在混合池?zé)o液體的時候，按下啟動按鈕，加液管 A閥門接收信號開啟，第 一種液體自A管流入，液體到達混合池底部時，液面檢測器 1才檢測液位信號， 所以在啟動的瞬間，液面檢測器1無信號輸出，得等得片刻才有，除了這等待的 片刻之外，在整

33、個流程中的其余任何時刻液面檢測器 1都是有信號輸出的。在液面上升至液面檢測器2的位置時，液面檢測器2開始有信號輸出，同時 加液管A閥門失去信號關(guān)閉，加液管 B閥門接收信號開啟，在液面上升至液面 檢測器3的位置時，加液管A閥門失去信號關(guān)閉，同時攪拌電動機接收信號啟 動，由于慣性，轉(zhuǎn)速傳感器有信號輸出的時間會比電動機啟動有短暫的滯后，一分鐘后，攪拌電動機失去信號關(guān)閉，轉(zhuǎn)速傳感器信號輸出停止，出液管閥門接收 信號開啟，液面位置下降到液面檢測器3的位置以下時，液面檢測器3信號輸出 停止，液面位置下降到液面檢測器2的位置以下時，液面檢測器1信號輸出停止， 液體送出完畢后，液面檢測器1信號輸出接著停止。液

34、面檢測器1I?1?1丨第一進程第二進程 丨第三進程 第四進程i 7-； := =z,iHU【液面檢測器2液面檢測器3加液管A閥門加液管B閥門岀液管閥門攪拌電動機轉(zhuǎn)速傳感器圖3所有進程中各器件的工作波形圖第3章控制程序的編制與仿真調(diào)試1. I/O接口分配I/O接口分配如下表：輸入輸出符（序） 號代 號名稱符（序） 號代號名稱X0SO啟動按鈕Y0KM1加液管A閥門控制繼 電器X1V1液面檢測器1的信號Y1KM2加液管B閥門控制繼電 器X2V2液面檢測器2的信號Y2KM3出液管閥門控制繼電 器X3V3液面檢測器3的信號Y3KM4攪拌電動機控制繼電 器X4V4液面檢測器4的信號Y4KM5聲光警報1控制

35、繼電器X5V5轉(zhuǎn)速傳感器的信號Y5KM6聲光警報2控制繼電器X6S1解除警報、任意時刻中斷 返回SO步按鈕Y6KM7聲光警報3控制繼電器X7S2一次流程后暫停開關(guān)Y7KM8聲光警報4控制繼電器X0、X6都是按鈕，為系統(tǒng)提供一個脈沖信號，執(zhí)行相應(yīng)的控制。 XI、X2、 X3、X4都是液面檢測器的信號，這些信號都是經(jīng)過放大濾波和模/數(shù)轉(zhuǎn)換處理的。 X5是轉(zhuǎn)速傳感器的信號，同樣是經(jīng)過放大濾波和模 /數(shù)轉(zhuǎn)換處理的，所不同的是 只要被測件轉(zhuǎn)動則X5輸入高電平，不轉(zhuǎn)動時無輸入（處于低電平）。X7是一個 開關(guān)信號，與X0、X6的按鈕脈沖信號不同，裝置正常工作時X7處于斷開狀態(tài)， 需要人工介入的話，X7就保持

36、處于閉合狀態(tài)，所以 X7也是一種具有硬件自鎖 功能的按鈕。2夕卜部接線圖系統(tǒng)的I/O對應(yīng)、輸入輸出外部接線圖如圖 4所示：輸入部分：SO為整個控制系統(tǒng)的啟動按鈕，S1為整個系統(tǒng)的故障警報解除 和任意時刻中斷返回按鈕，S2是一次流程完成后暫停開關(guān)，V1-V5為傳感器 的數(shù)字信號輸入。輸出部分：KM1-KM4對應(yīng)于控制系統(tǒng)進程的 M1-M4，控制系統(tǒng)的正 常運行，KM5-KM8對應(yīng)于系統(tǒng)進程 M1-M4的故障警報控制。圖4外部接線圖3.功能圖3.1裝置正常工作進程功能圖M8002圖5裝置正常工作進程功能圖上圖中，M8002將M1-M4均復(fù)位，同時也將M0置位。按下啟動按鈕SO, X0導(dǎo)通，因為混合

37、池中無液體滯留，所以液位檢測器 1無信號輸出，X1處于閉 合狀態(tài)，此時M1變?yōu)榛顒硬?，?有輸出，輸液管A閥門打開，A液體流入混 合池；液位上升到液位檢測器 2的位置時，液位傳感器2有輸出，X2導(dǎo)通，M2 變?yōu)榛顒硬?，M1復(fù)位，丫0無輸出，A閥門閉合，輸液管B的控制閥門打開，B 液體自B管流入混合池；當混合池液位上升到液位傳感器3的位置時，液位傳感器3有輸出，X3導(dǎo)通，M3變?yōu)榛顒硬?，M2復(fù)位，B琺門閉合，液體停止輸 送，同時丫3有輸出，攪拌電動機啟動對液體進行攪拌，定時器 T0也同時開始 計時，一分鐘后，T0導(dǎo)通，M4變?yōu)榛顒硬剑琈3復(fù)位，攪拌停止，同時丫2有 輸出，出液管琺門打開，將混合液

38、自出液管輸送到下一單元。 因為從混合池開始 有液體時，液位檢測器1便開始有輸出，X1斷開，直到液體全部輸送出混合池 時，X1閉合，M4復(fù)位，出液管閥門閉合，同時M1重新變?yōu)榛顒硬?，本次工?流程結(jié)束，下一次工作流程開始。若想在本次工作流程結(jié)束后暫停或停止， 則在 本次流程進行時，將S2閉合，待M4步進程完成時，M0變位活動步，M4復(fù)位， 系統(tǒng)處于等待狀態(tài)，人工介入完成后，斷開S2,按下S0則系統(tǒng)又開始重新工作。3.2實時跟蹤故障自檢功能圖（圖6所示）圖6實時跟蹤故障自檢功能圖假設(shè)通過測試得出：M1進程（輸液管A往混合池加液）需要的平均工作時 間為1min； M2進程（輸液管B往混合池加液）需要

39、的平均工作時間為 1min； M3進程（液體攪拌）中，轉(zhuǎn)速檢測器自 M3進程開始時到檢測到速度信號的平 均滯后時間不超過1s，M4進程（將混合液體送往下一單元）需要的平均工作時 間為1mi n。按照實際生產(chǎn)的控制需要和控制精度，將各平均工作時間的三分之 一作為故障斷定的時間裕量，則各進程中的定時器需要的設(shè)定時間為相應(yīng)的平均 時間加上各時間裕量。那么 T1、T2、T3設(shè)定的時間均為80s（1+1/3min）; T4設(shè) 定的時間為2s。確定故障的方法為：當活動進程實際工作時間超過定時器設(shè)定的時間則視為 進程涉及的器件出現(xiàn)故障。從圖6所示可以看出，實時跟蹤故障自檢是建立在正常工作進程的基礎(chǔ)上的。 分

40、別在M1、M2、M3、M4進程里加入定時器T1、T2、T4、T3，進程開始則定 時器開始計時，如果在定時器設(shè)定的時間內(nèi)，活動進程還沒有結(jié)束，則進入相應(yīng) 的故障確定進程。比如，在M1為活動步時，80s后（M1的平均工作時間為60s） M1還是活動步，則T1導(dǎo)通，M5變?yōu)榛顒硬剑_定故障出現(xiàn)；在 80s前進程結(jié) 束，則M2變?yōu)榛顒硬剑ぷ鬟M程正常無故障。如果 M5 （或M6、M7、M8）變 為活動步，那么系統(tǒng)就確定了相應(yīng)進程 M1 （或M2、M3、M4）出現(xiàn)故障，相應(yīng) 的故障可依據(jù)第一部分的故障檢測要求分析的情況進行人工判定維修。3.3出現(xiàn)故障自動報警功能圖（圖7）-X6圖7故障自動報警功能圖檢測到系統(tǒng)故障時，控制系統(tǒng)自動進入故障確定進程 M5 (或M6、M7、M8), 在相應(yīng)的進程里輸出丫4 (或Y5、Y6、丫7)控制報警外電路發(fā)出聲光警報。發(fā) 現(xiàn)警報后，維修人員可按下按鈕 S1 (X6 )解除警報，控制系統(tǒng)自動返回到初始 步等待。3.4全局功能圖通過對系統(tǒng)正常工作進程、自動跟蹤故障自檢和自動報警功能圖的分析，可 以知道，后兩個功能圖依賴于第一個功能圖， 所以可以將三個功能圖合并成一個 全局功能圖(如圖8所示)，此功能圖包含了系統(tǒng)正常工作和自動跟蹤故障自檢 報警的程序。結(jié)合裝置的實際工作過程，在M5進程里，只有當液面檢測器2(