畢業(yè)設(shè)計-基于PLC的多種液體混合控制系統(tǒng)設(shè)計

1、 屆本科畢業(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： 機電學(xué)院所學(xué)專業(yè)： 機電導(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(jìn)行混合，加熱到特定溫度后進(jìn)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(dá)

2、到自動混合液體的目的，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 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(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

7、出口的分配143.11 液體混合裝置輸入/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(hù)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(hù)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(xiàn)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(jìn)行混合。在現(xiàn)在的很多行業(yè)中，如煉油

8、、化工、制藥等行業(yè)中，多種液體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

9、方面的功能已經(jīng)不斷強化。用于回路調(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(jìn)控制器對傳統(tǒng)接觸控制進(jìn)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(jìn)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(jìn)步和微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，可編程序控制器

10、技術(shù)廣泛應(yīng)用于自動化控制領(lǐng)域，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

11、、編程簡單、維修方便等諸多優(yōu)點。隨著技術(shù)的進(jìn)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(jìn)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

12、業(yè)生產(chǎn)需求。 本設(shè)計的主要內(nèi)容為：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(xiàn)報道中用PLC灌裝機進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)行相關(guān)的軟硬件電路設(shè)計，對于本中

13、所用到的電氣符號符合國家關(guān)于電氣工程自動化設(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(jì)、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(jì)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

14、方面進(jìn)行考慮來確定系統(tǒng)控制方案。2.2 控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

15、斷與復(fù)雜的繼電器系統(tǒng)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(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(jìn)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

16、費的時間要少得多。繼電器要在硬件安裝，接線全部完成后才能進(jìn)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(jìn)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

17、的要求都很高。此外，用單片機設(shè)計測控產(chǎn)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(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(dá)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

18、比工控機高。工控機則來源于個人計算機，主要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(yuǎn)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

19、言，這些語言簡單易學(xué)。與PC機發(fā)展太快相比，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(hù)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(hù)方便；4

20、）體積小、功耗小、性價比高；5）編程簡單、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

21、主要完成三種液體的自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(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(dá)到控制效果?；旌弦后w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

22、入容器。當(dāng)液面達(dá)到是，使，即關(guān)閉和閥門，打開液體的閥門。2)液面達(dá)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(dá)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

23、的密度、壓力大小及導(dǎo)電性無關(guān) ,無機械傳動 、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

24、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(hù)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

25、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(jìn)口Philips硅電阻元件精心制作而成，具有精度高，穩(wěn)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(hù)、加熱控制系統(tǒng)、電源供電保護(hù)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

26、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(fù)極，另一個端子是傳

27、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：(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(hù)直徑6：(5) 公稱壓力1.6MPa；(6) 穩(wěn)定性： 年變化率<=0.01oC；(7) 開關(guān)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(shè)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3.4.2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

28、，其槳徑d=0.1m，轉(zhuǎn)速n=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(shù))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(jù)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(shù)此電動機的主要性能及結(jié)構(gòu)特點為：效率高、耗電少、性能好、噪聲低、振動小、體積小、重量輕、

29、運行可靠、維修方便，為B級絕緣。結(jié)構(gòu)為全封閉、自扇冷式，能防止灰塵、鐵屑，雜物侵入電機內(nèi)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(guān)技術(shù)參數(shù)為：(1)額定功率：1.5kW；(2)額定電流：3.7A；(3)轉(zhuǎn)速1400r/min；(4)振動速度：1.8mm/s，(5)轉(zhuǎn)速慣量0.0027kg·m(6)重量26kg。3.5 電磁閥的選

30、擇選用電磁閥的條件：介質(zhì)溫度：>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

31、圍：±10%；絕緣性及防護(hù)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(jìn)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

32、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3.7。 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

33、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(dá)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(hù)的戶外條件使用，應(yīng)與制造廠協(xié)商。若熔斷器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

34、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(jìn)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.

35、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(jìn)入當(dāng)PLC接通電源后，按下啟動按鈕SB0后，觸點X0接

36、通，由于有微分指令DF，使該路只接通一掃描周期，通過保護(hù)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(jìn)兩種不同的液體。（2）第三種液體的進(jìn)入 當(dāng)液體達(dá)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(jìn)液罐。（3）攪拌機工作 當(dāng)液位達(dá)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(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

37、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(dá)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

38、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(jìn)液體、啟動到，、關(guān)，開，進(jìn)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

39、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 X538 DF39 OR T140 KP Y441 ST X342 DF/43 ST T144 DP RO45 ST RO4

40、6 TMY 1 K 550 ED5系統(tǒng)常見故障分析及維護(hù)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(jìn)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(rèn)識，以便在沒有發(fā)生故障以前采取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

41、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?，F(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(

42、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輸入、輸出指示燈判斷第一層故障    指示燈亮與否是一

43、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(hù)、就地和遠(yuǎn)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(hù)；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

44、形圖進(jìn)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(xì)檢查相關(guān)電路及元件，必要時替

45、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，可以將CPU主板中鋰電池取出，用短接線在CPU與電池正、負(fù)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(jìn)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。 

46、  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)抗干擾性的分析與維護(hù)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(hù)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

47、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(dá)、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

48、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

49、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(jìn)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

50、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(jìn)入的?，F(xiàn)在，對于PLC系統(tǒng)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(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

51、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(jìn)行抗干擾處理，進(jìn)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

52、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