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1、廣東嶺南職業(yè)技術學院廣東嶺南職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文） 液體自動混合監(jiān)控系統(tǒng)設計 學生姓名 梁燕恒 指導教師 謝冠成 專 業(yè) 機電一體化 班 級 12機電3班 二級學院 現(xiàn)代制造學院 2014年 11 月液體自動混合監(jiān)控系統(tǒng)設計摘 要液體自動混合監(jiān)控系統(tǒng)是基于PLC和組態(tài)王來實現(xiàn)自動化監(jiān)控。PLC簡稱可編程序控制器，是近年來發(fā)展極為迅速，應用極為廣泛的一種工業(yè)控制設備。它是一種專為工業(yè)實現(xiàn)自動化生產(chǎn)而設計的數(shù)字運行的電子系統(tǒng)，它采用可編程程序的存儲器，用來存儲用戶指令，通過數(shù)字或模擬的輸入/輸出完成確定的邏輯順序、定時、記數(shù)、運算和一些確定的功能來控制各種類型的機械或設備生產(chǎn)過程。由于PLC

2、的性能優(yōu)越，兼顧多種輔助軟件。例如：組態(tài)王軟件，組態(tài)王是一個模擬加工現(xiàn)場的一個軟件，有最為逼真畫面監(jiān)控。而PLC具計算機的功能完備，靈活性強，通用性好和繼電接觸器控制簡單易懂，維修方便等優(yōu)點,形成以微電腦為核心的電子控制設備。可編程序控制器技術在世界上己廣泛應用，很多工業(yè)利用PLC來控制設備。而液體自動混合監(jiān)控系統(tǒng)是基于PLC和組態(tài)王來實現(xiàn)自動化監(jiān)控。本論文首先介紹PLC的發(fā)展及應用，以及它的基本功能和特點。然后鑒于PLC的原理及其優(yōu)越性，基于PLC控制和組態(tài)王監(jiān)控的液體自動混合，該工程設計可進行單周期或連續(xù)工作，正常工作時，至少完成一個周期，該程序具有一定的防止誤動作能力。本論文從硬件設計，

3、軟件設計，組態(tài)王監(jiān)控設計等方面進行分析，對西門子PLC S7-200系列的應用有一定的指導意義。關鍵詞：可編程控制器，液體混合裝置，傳感器，畫面監(jiān)控 1目錄前言1第1章 緒言2第2章 液體混合裝置的控制的硬件設計52.1液體混合裝置結(jié)構(gòu)及控制要求52.2 硬件選用62.2.1選擇接觸器62.2.2選擇攪拌電機72.2.3選擇斷路器82.2.4選擇液位傳感器92.2.5選擇電磁閥102.3 S7-200的CPU的選擇11第3章 液體混合裝置的控制的軟件設計143.1控制要求及分析143.2兩種液體混合裝置的輸入/輸出分配163.3兩種液體混合裝置的輸入/輸出接線圖173.4兩種液體混合裝置的梯形

4、圖18第4章 液體混合裝置的控制的組態(tài)王監(jiān)控設計224.1組態(tài)王選擇224.2組態(tài)畫面監(jiān)視設計22第5章 系統(tǒng)常見故障分析及維護295.1 系統(tǒng)常見故障分析及維護295.2 系統(tǒng)故障分析及處理295.3 系統(tǒng)抗干擾性的分析和維護30結(jié)論32謝 辭33參考文獻34附錄35前言隨著科技的發(fā)展，PLC的開發(fā)與應用把工業(yè)推向自動化和智能化。具計算機的功能完備，靈活性強，通用性好和繼電接觸器控制簡單易懂，還有強大的抗干擾能力使它在工業(yè)方面取代了微型計算機，方便的軟件編程使他代替了繼電器的繁雜連線，靈活、方便，效率高。本設計主要是對兩種液體自動混合系統(tǒng)基于PLC控制的設計，在設計中對控制對象：三個傳感器監(jiān)

5、視容器液位，設三電磁閥控制液體A、B輸入與混合液體輸出液位，設攪拌電機M。攪拌機是一種將兩種或多種以上材料攪拌混合的系統(tǒng)，對攪拌機的控制，關系到產(chǎn)品的質(zhì)量。工藝流程是：按下起動按鈕，開始下列操作，打開液體B入口，液體B流入容器；當液面到達液體B液位時，關閉液體B入口；打開液體A入口，液體A流入容器；當液面到達液體A液位時，關閉液體A入口；混合液體攪拌均勻后（設時間為l0s），打開混合液體出口，釋放混合液體；當混合液體下降到報警液位時，提示報警信息（監(jiān)控系統(tǒng)提示“20S后容器將放空！”，PLC控制系統(tǒng)提示紅色指示燈），同時繼續(xù)釋放混合液體直到放空。至此，完成一個操作周期；若未按停止按鈕，則自動進

6、入下一循環(huán)周期；按下停止按鈕，則在當前混合操作周期結(jié)束后，停止操作，使系統(tǒng)停止于初始狀態(tài)。 本設計采用的PLC是德國西門子S7系列S7-200的PLC作為液體自動混合系統(tǒng)控制中心，從控制系統(tǒng)的硬件組成，軟件選用到系統(tǒng)的設計過程（包括設計方案、設計流程、設計要求、梯形圖設計、外部連接通信等），以及組態(tài)王監(jiān)控畫面設計，旨在對其中的設計及制作過程做簡單的介紹和說明 第1章 緒言1.1 課題背景隨著科技的發(fā)展和時代的進步，各種工業(yè)自動化產(chǎn)業(yè)的不斷升級，對于工人的素質(zhì)要求也不斷提高。其中生產(chǎn)第一線有著各種各樣的自動化加工系統(tǒng)，其中液體混合加工，是其中最為常見的一種。最初工藝加工，把多種原料在合適條件下進

7、行混合加工，其監(jiān)控或操作由工人進行的，后來多用繼電器系統(tǒng)，對順序或邏輯的操作過程進行半自動化的操作。但是現(xiàn)在隨著時代的發(fā)展，plc這種新型的控制工具進入了人們的視野，它體積比一般繼電器要小、輕,并能代替了以往傳統(tǒng)的控制方式，并且與組態(tài)王監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)合來實現(xiàn)新監(jiān)控方式，因此大受青睞。為了提高產(chǎn)品質(zhì)量，縮短生產(chǎn)周期，適應產(chǎn)品迅速更新?lián)Q代的要求，產(chǎn)品生產(chǎn)正在向縮短生產(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之一,但由于該行業(yè)中多為易燃易爆、有毒有腐蝕性的介質(zhì), 以致現(xiàn)場工作環(huán)境十分惡劣, 不適合人工現(xiàn)場操作。另外, 生產(chǎn)要求該系統(tǒng)要具有混合精確、

8、控制可靠等特點, 這也是人工操作和半自動化控制所難以實現(xiàn)的。所以為了幫助相關行業(yè), 特別是其中的中小型企業(yè)實現(xiàn)多種液體混合的自動控制, 從而達到液體混合的目的，液體混合自動配料勢必就是擺在我們眼前的一大課題?？删幊炭刂破鳎?P L C ）是采用微機技術的通用工業(yè)自動化裝置，能與多種軟件結(jié)合使用。集散型控制和監(jiān)控系統(tǒng)改變著工廠自動控制的面貌，對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的技術改造和發(fā)展自動化工業(yè)具有重大的實際意義。但P L C發(fā)展很快，國外P L C產(chǎn)品更新?lián)Q代更是如此?？删幊炭刂破鞯慕Y(jié)構(gòu)多種多樣，但其組成的一般原理基本相同，都是以微處理器位核心的結(jié)構(gòu)，其功能的實現(xiàn)不僅基于硬件的作用，更要靠軟件支持，實際上可編程

9、控制器就是一種新型的工業(yè)控制計算機。1.2國內(nèi)外相關領域的研究現(xiàn)狀可編程序控制器(PLC)從起源到現(xiàn)在，因為由于其編程簡單、使用方便、維護容易、可靠性高、價格適中等優(yōu)點，使其迅猛的發(fā)展，在冶金、機械、化工、紡織、石油、輕工、建筑、運輸?shù)阮I域得到了廣泛的應用?？删幊绦蚩刂破骷夹g以與CAD/CAM技術、機器人技術并列為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)自動化的重要技術之一，乃至整個工廠的生產(chǎn)自動化，PLC均擔當著重要的角色。為了提高產(chǎn)品質(zhì)量，縮短生產(chǎn)周期，適應產(chǎn)品迅速更新?lián)Q代的要求，產(chǎn)品生產(chǎn)正在向縮短生產(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之一,但由于該行業(yè)中

10、多為易燃易爆、有毒有腐蝕性的介質(zhì), 以致現(xiàn)場工作環(huán)境十分惡劣, 不適合人工現(xiàn)場操作。液體自動混合監(jiān)控系統(tǒng)是基于PLC和組態(tài)王來實現(xiàn)自動化監(jiān)控廣泛的應用。綜合起來看，由于工業(yè)生產(chǎn)對自動控制系統(tǒng)需求的多樣性，液體自動混合監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展方向有兩個：1、PLC朝著簡易、小型、價格低廉方向發(fā)展。近年來，單片機的出現(xiàn)，促進了PLC向緊湊型發(fā)展、體積減小、價格降低、可靠性不斷提高。這種PLC可以廣泛取代繼電器控制系統(tǒng)，應用于單機控制和規(guī)模比較小的自動性控制，如日本立石公司的C60PC20H C20PC40P C40H等。2、組態(tài)王軟件應朝操作簡單、功能齊全、畫面逼真和畫面二維、三維多元化方向發(fā)展。1.3研究

11、意義在國內(nèi)的許多煉油、化工、制藥，尤其是中小企業(yè)，其控制系統(tǒng)還是使用過時的模擬控制，甚至是全人工控制操作。人工控制由于勞動量大、成本高、生產(chǎn)的產(chǎn)品不夠精確、安全隱患大、增加了系統(tǒng)故障的可能性，還有就是工廠的生產(chǎn)設備和試驗設備存在一定的相差度，以致影響了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效益。而隨著產(chǎn)品性能的提高，對自動控制系統(tǒng)的要求也越來越高，傳統(tǒng)的控制要求已達不到系統(tǒng)要求。隨著大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路的發(fā)展以及計算機的出現(xiàn)，控制系統(tǒng)開始由傳統(tǒng)控制向自動、模擬控制方向發(fā)展。在生產(chǎn)過程和其他產(chǎn)業(yè)領域中，可編程序控制技術的應用十分廣泛,在自動控制的設備中, 可編程序控制比傳統(tǒng)的控制方法使用得更為普遍。隨著科學技術日新

12、月異的發(fā)展,特別是大規(guī)模集成電路的問世和微型處理機技術的應用,使可編程序控制技術進入了一個嶄新的階段，因此為了了解和學習這些重要技術已是必不可少。1.4研究內(nèi)容本論文研究的是兩種液體的混合，具體設計內(nèi)容和控制要求如下設計內(nèi)容：1）利用PLC實現(xiàn)現(xiàn)場控制，要求對兩種液體A和B，在容器內(nèi)按照1:2的比例進行混合攪拌，裝置結(jié)構(gòu)如圖所示。圖1-1混合液體控制裝置結(jié)構(gòu)圖2）利用組態(tài)王組態(tài)遠程監(jiān)控系統(tǒng)，通過監(jiān)控畫面遠程顯示實時動態(tài)數(shù)據(jù)，要求系統(tǒng)控制既可以通過按鈕進行現(xiàn)場控制，又可以通過監(jiān)控畫面進行遠程控制?？刂埔螅?）初始狀態(tài)：各閥門關閉，容器內(nèi)無液體，攪拌器不工作。 2）起動操作：按下起動按鈕，開始下

13、列操作：打開液體B入口，液體B流入容器；當液面到達液體B液位時，關閉液體B入口；打開液體A入口，液體A流入容器；當液面到達液體A液位時，關閉液體A入口；混合液體攪拌均勻后（設時間為l0s），打開混合液體出口，釋放混合液體；當混合液體下降到報警液位時，提示報警信息（監(jiān)控系統(tǒng)提示“20S后容器將放空！”，PLC控制系統(tǒng)提示紅色指示燈），同時繼續(xù)釋放混合液體直到放空。至此，完成一個操作周期；若未按停止按鈕，則自動進入下一循環(huán)周期。3）停止操作：按下停止按鈕，則在當前混合操作周期結(jié)束后，停止操作，使系統(tǒng)停止于初始狀態(tài)。 第2章 液體混合控制的硬件設計2.1液體混合裝置結(jié)構(gòu)及控制要求下圖為混合液體控制裝

14、置示意圖，Y2為B液體液位傳感器，Y3為加入A液體后混合液體液位傳感器，Y1為剩余100時液面液位傳感器，液體A、B進料與混合液體出料由電磁閥F1、F2、F3控制,攪拌電動機由F4電磁閥控制，報警由電磁閥F5控制，M為攪勻電動機。圖2-1混合液體控制裝置示意圖2.2 硬件選用2.2.1選擇接觸器1 選用CJX21810，220V型接觸器，如圖2-2所示： 圖2-2 CJX21810，220V型交流接觸器其中“C”表示接觸器，“J”表示交流，2為設計編號2 用途CJX2系列交流接觸器(以下簡稱接觸器)適用于交流50Hz 或 60Hz，壓至660V，額定絕緣電壓至660V；電流1895A（380V

15、、AC-3使用類別）的電力線路中供遠距離接通或分斷電路之用，可頻繁地起動及控制交流電動機。適用于控制交流電動機的起動、停止及反轉(zhuǎn)。3 工作條件 海拔高度不超過2000米；周圍環(huán)境溫度：-5+40；空氣相對濕度：在40時不超過50%，低溫時允許有較大的相對濕度；大氣條件：沒有會引起爆炸危險的介質(zhì)，也沒有會腐蝕金屬和破壞絕緣的氣體和導電塵埃 。安裝位置：安裝面與垂直面的傾斜度不超過5；在無顯著搖動和沖擊的地方；在沒有雨雪侵襲的地方；控制電壓允許變動范圍：85%110%US。2.2.2選擇攪拌電機三相異步電動機應用非常廣泛，因而正確的選擇電動機顯得極為重要。三相異步電動機的選擇包括它的功率、電壓和轉(zhuǎn)

16、速等。1 功率選擇 合理選擇電動機的功率是運行安全的可靠保證。所選電動機的功率是由生產(chǎn)機械所需的功率確定的。 1). 連續(xù)運行電動機功率的選擇 原則：對于連續(xù)運行的電動機，若負載是恒定負載，先算出生產(chǎn)機械的功率，所選電動機的額 定功率稍大于或等于生產(chǎn)機械功率（即若負載是變化的，計算比較復雜，通常根據(jù)生產(chǎn)機械負載的變化規(guī)律求出等效的恒定負載，然后選擇電動機）。 2). 短時運行電動機功率的選擇 原則：通常是根據(jù)過載系數(shù)來選擇短時運行電動機的功率。 （原因由于發(fā)熱慣性，在短時運行時可以容許過載。工作時間愈短，過載可以愈大。但電動機的過載是受限制的）。電動機的額定功率是生產(chǎn)機械所要求功率的1/。2

17、電壓和轉(zhuǎn)速的選擇 電壓等級選擇原則：要根據(jù)電動機類型、功率以及使用地點的電源電壓來決定。Y系列籠型電動機的額定電壓用380V；Y90S-4轉(zhuǎn)速為1500r/min。 轉(zhuǎn)速選擇原則：根據(jù)生產(chǎn)機械的要求而選定。圖2-3 電動機型號為Y90S-4/1.1KWY系列電動機具有高效、節(jié)能、性能好、振動小、噪聲低、壽命長、可靠性高、維護方便、起動轉(zhuǎn)矩大等優(yōu)點。安裝尺寸和功率等級完全符合IEC標準。采用B級絕緣、外殼防護等級為IP44，冷卻方式IC418. 2.2.3選擇斷路器圖2-4 施耐德EA9RN2C6330C斷路器適用范圍：交流50Hz額定工作電壓至380V額定電流至63A額定短路分斷能力不超過60

18、00A的配電線路中作為過載和短路保護之用，亦可作為線路不頻繁通斷操作與轉(zhuǎn)換之用，斷路器符合GB10963.1標準。2.2.4選擇液位傳感器選用LSF-2.5型液位傳感器（圖2-5） 圖 2-5 LSF-2.5型液位傳感器其中“L”表示光電的，“S”表示傳感器，”F“表示防腐蝕的，2.5為最大工作壓力。LSF系列液位開關可提非常準確、可靠的液位檢測，其原理是依據(jù)光的反射折射原理，當沒有液體時，光被前端的棱鏡面或球面反射回來；有液體覆蓋光電探頭球面時，光被折射出去，這使得輸出發(fā)生變化，相應的晶體管或繼電器動作并輸出一個開關量。應用此原理可制成單點或多點液位開關。LSF光電液位開關具有較高的適應環(huán)境

19、的能力，在耐腐蝕方面有較好的抵抗能力。相關元件主要技術參數(shù)及原理如下：1. 工作壓力可達2.5Mpa；2. 工作溫度上限為125；3. 觸點壽命為100萬次；4. 觸點容易為70W；5. 開關電壓為24VDC；6. 切換電流為0.5A。2.2.5選擇電磁閥1 電磁閥的選用VF4-25型如圖2-6所示：圖2-6 VF4-25型電磁閥其中“v”表示電磁閥，“F”表示防腐蝕，4表示設計序號，25表示口徑（mm)寬度。 相關元件主要技術參數(shù)及原理如下： l) 材質(zhì)：聚四氟乙烯。使用介質(zhì)：硫酸、鹽酸、有機溶劑、化學試劑等酸堿性的液體； 2). 介質(zhì)溫度150環(huán)境溫度-20一60； 3). 使用電壓：AC

20、:220V50HZ/60HZ DC:24V；4). 功率：AC:2.5KW；5). 操作方式：常閉：通電打開，斷電關閉，動作響應迅速，高頻率。2.3 S7-200的CPU的選擇在本控制系統(tǒng)中，所需的開關量輸入為6點，開關量輸出為5點，考慮到系統(tǒng)的可擴展性和維修的方便性，選擇模塊式PLC。由于輸入輸出數(shù)比較少，所以我們的PLC控制器選用西門子的S7-200，CPU為224的模塊就足夠了。1下圖為S7-200PLC的結(jié)構(gòu)分布示意圖：圖2-7 S7-200PLC的結(jié)構(gòu)分布示意圖S7-200的工作環(huán)境要求為： 0C55C，水平安裝 0C45C，垂直安裝 相對濕度95%，不結(jié)露 西門子還提供S7-200

21、的寬溫度范圍產(chǎn)品（SIPLUSS7-200）： 工作溫度范圍：-25C+70C 相對濕度：55C時98%，70C時45% 其他參數(shù)與普通S7-200產(chǎn)品相同2 S7200 PLC運行示意圖圖2-8 S7-200PLC的運行示意圖3 S7200 PLC結(jié)構(gòu) S7-200 CPU將一個微處理器、一個集成電源和數(shù)字量I/O點集成在一個緊湊的封裝中，從而形成了一個功能強大的微型PLC， 在下載了程序之后，S7-200將保留所需的邏輯，用于監(jiān)控應用程序。，下圖為PLC控制液體混合的示意圖。圖2-9 PLC控制液體混合的示意圖4 下圖為S7-200的掃描工作過程圖2-10 S7-200的掃描工作過程 如圖

22、S7-200的掃描工作過程知，PLC可自動檢測I/O口是否出錯，CPU可強制為STOP，但是本設計，出錯后報警，報警燈要閃爍，所以不能強制為STOP，只能用程序控制停止程序。第3章 液體混合裝置的控制的軟件設計3.1控制要求及分析：1.初始狀態(tài)各閥門關閉，容器內(nèi)無液體，攪拌器不工作。2.起動操作按下啟動按鈕后，裝置開始按下列規(guī)律運行：1)打開液體B入口，液體B流入容器；當液面到達液體B液位時，關閉液體B入口；打開液體A入口，液體A流入容器；當液面到達液體A液位時，關閉液體A入口；對1）的分析，由于B液體電磁閥動作兩次，分別表示注入B液體和停止B液體的注入，所以為了便于分析，用停止注入B液體作為

23、注入A液體的順序開關。而用初始狀態(tài)結(jié)束作為注入A液體的順序開關。2)混合液體攪拌均勻后（設時間為l0s），打開混合液體出口，釋放混合液體；對2）的分析：由于初始狀態(tài)也有混合液體電磁閥的動作，所以用攪拌結(jié)束作為第二次混合液體電磁閥的動作的順序開關。3)當混合液體下降到報警液位時，提示報警信息（監(jiān)控系統(tǒng)提示“20S后容器將放空！”，PLC控制系統(tǒng)提示紅色指示燈），同時繼續(xù)釋放混合液體直到放空。至此，完成一個操作周期；對3）的分析：假設是在液面降到100時，提示報警信息（監(jiān)控系統(tǒng)提示“20S后容器將放空！提示紅色指示燈亮，20S之后，混合液體停止排放。3報警當系統(tǒng)發(fā)生故障時，報警燈閃爍，停止混合系統(tǒng)

24、運行。對報警的分析：停止混合系統(tǒng)運行可視為，停止所有操作。下圖為兩種液體混合裝置的流程圖：圖 3-1 液體混合程序流程圖3.2兩種液體混合裝置的輸入/輸出分配在確定了控制對象的控制任務和選擇好PLC的機型后，即可安排輸入、輸出的配置，并對輸入、輸出進行地址編號。分配I/O地址時要注意以下問題：1、設備I/O地址盡量連續(xù)；2、相鄰設備I/O地址盡量連續(xù)；3、輸入/輸出I/O地址分開；4、每一框架I/O地址不要全部占滿，要留有一定的余量，便于系統(tǒng)擴展和工藝流程的改，但不宜保留太多，否則會增加系統(tǒng)成本；5、充分考慮控制柜與控制柜之間、框架與框架之間、模塊與模塊之間的信號聯(lián)系，合理地安排I/O地址，減

25、少它們之間的內(nèi)部連線。因此系統(tǒng)輸入輸出分配如下：表3-1 輸入分配表輸入地址對應元件對應外部設備I0.0SB1啟動按鈕I0.1SB2停止按鈕M0.0SL0B液體注入液位到達狀態(tài)M0.1SL1A液體注入液位到達狀態(tài)M0.2SL2攪拌完成狀態(tài)M0.3SL3混合液體排出至100狀態(tài)表3-2 輸出分配表輸出地址對應元件對應外部設備Q0.0F1B液體進料電磁閥Q0.1F2A液體進料電磁閥Q0.2F3混合液體出料電磁閥Q0.3F4攪拌電磁閥Q0.4F5報警電磁閥表3-3 定時器分配表定時器定時時間作用T3720S注入B液時間T3810S注入A液時間T3910S攪拌時間T4010S放液至Y1T4120S報警

26、指示燈時間3.3兩種液體混合裝置的輸入/輸出接線圖圖3-2 兩種液體混合裝置的輸入/輸出接線圖3.4兩種液體混合裝置的梯形圖圖3-3 兩種液體混合裝置的梯形圖其工作過程分析：1. 起動操作I0.0為啟動按鈕F1為B液體進料電磁閥T37為注入B液時間，定時20S則按下啟動按鈕，開始注入B液，20S后，關閉B液體進料電磁閥F2為A液體電磁閥 SL0為B液體注入液位到達狀態(tài)T38為注入A液時間，定時10S則B液體注入液位到達完成后，A液體電磁閥打開，注入A液體，到設定液位關閉A液體電磁閥，停止注入A液體。 SL0為A液體注入液位到達狀態(tài)F4為攪拌電磁閥T39為攪拌定時器，定時10S 則注入A液體，到

27、設定液位關閉A液體電磁閥，停止注入A液體，攪拌電磁閥打開，開始攪拌混合液體。10S之后，停止攪拌。F3為混合液體排出閥 T40為混合液體排出至100時的時間，定時10S3 報警F5為報警電磁閥T41為報警提示顯示時間定時器，定時20msI0.1為停止輸入當混合液排出到100時，報警電磁閥打開，顯示提示“20S將排完”按下停止，將停止一切運作。第4章 液體混合裝置的控制的組態(tài)王監(jiān)控設計4.1組態(tài)王選擇組態(tài)王6.53（64點）版號6.5.3.31版權(quán) 北京亞控科技發(fā)展有限公司4.2組態(tài)畫面監(jiān)視設計1 主畫面設計圖 4-1 兩種液體混合設計組態(tài)王主畫面 如上圖所示，可顯示反應罐B注入的B液體的體積，

28、與反應罐A注入的A液體的體積，以及反應罐混合液體體積。而報警畫面可自動跳出。2 畫面數(shù)據(jù)設置如下圖圖 4-2畫面數(shù)據(jù)設置如上圖，A液位，B液位及反應液位都為I/O實數(shù)，只讀，并且設置了報警的數(shù)值最大值，具體見下圖。圖 4-3 A原料罐液位數(shù)據(jù)設置圖 4-4 B原料罐液位數(shù)據(jù)設置圖 4-5 反應罐液位數(shù)據(jù)設置數(shù)據(jù)設置好之后，可關聯(lián)畫面，關聯(lián)的是模擬值輸出，如下圖圖4-6 圖中模擬值輸出設置圖3 報警畫面的設置如下圖圖4-7 報警畫面設置圖畫面顯示可通過主畫面的命令語言顯示，如下圖，有報警，顯示報警畫面，報警確認后，重新顯示主畫面。圖4-8 主畫面與報警畫面轉(zhuǎn)換的設置圖報警是由報警數(shù)據(jù)實現(xiàn)的，如下

29、圖，本站點原料罐液位1.Hilimit=290 ，優(yōu)先級為10本站點原料罐液位2.Hilimit=290 ，優(yōu)先級為5本站點反應罐液位1.Hilimit=390 ，優(yōu)先級為1根據(jù)實際情況，只需設計最高至報警，而報警優(yōu)先級反應（及混合液體）優(yōu)先級最高，A原料罐液位優(yōu)先級最低。圖 4-9 A液位 B液位 反應（反應罐液位）報警設置歷史報警設置如下圖圖4-10 歷史報警設置圖第5章 系統(tǒng)常見故障分析及維護 5.1 系統(tǒng)常見故障分析及維護系統(tǒng)故障一般指整個生產(chǎn)控制系統(tǒng)失效的總和，它又可分為PLC內(nèi)部故障和現(xiàn)場生產(chǎn)控制設備的外部故障兩大部分。PLC系統(tǒng)包括中央處理器、主機箱、擴展機箱、I/0模塊及相關的

30、網(wǎng)絡和外部設備?，F(xiàn)場生產(chǎn)控制設備包括I/O端口、現(xiàn)場控制檢測設備如繼電器、接觸器、閥門、電動機等。發(fā)生故障比例分布圖如下：圖5-1 系統(tǒng)故障比例分布圖5.2 PLC故障分析及處理5.2.1 PLC的I/O端口故障分析及處理PLC最大故障的薄弱環(huán)節(jié)在I/0端口，在PLC主機系統(tǒng)的技術水平相差無幾的情況下，I/O模塊是體現(xiàn)PLC性能的關健部份，它也是PLC損壞的突出環(huán)節(jié)。為了減少I/O模塊的故障就要減少外部各種干擾對其影響，分析主要的干擾因素，對主要干擾源要進行隔離或處理。5.2.2 PLC主機系統(tǒng)內(nèi)部故障分析及處理目前PLC的主存儲器大多采用可讀寫ROM，其使用壽命除了主要與制作水平相關外，還與

31、底板的供電、CPU模塊制作水平有關。PLC的中央處理器大多都采用高性能的處理芯片，故障率已經(jīng)大大下降。PLC主機系統(tǒng)容易發(fā)生故障的部位一般在電源系統(tǒng)，電源在連續(xù)工作，電流和電壓的波動沖擊是不可避免的。系統(tǒng)總線的損壞主要由于現(xiàn)在PLC多為插件結(jié)構(gòu)，長期使用插拔模塊會使局部印刷板、底板、接插件接口等處的總線損壞，隨著空氣溫度變化和濕度變化的影響下，總線的塑料老化是系統(tǒng)總線損耗的原因。所以在系統(tǒng)設計和處理系統(tǒng)故障的時候應考慮到空氣、塵埃、紫外線、磁場等因素對設備的破壞。關于PLC主機系統(tǒng)的內(nèi)部故障的預防及處理主要是提高控制人員的管理水平，加裝降溫設施，定期除塵，使PLC的外部環(huán)境符合其安裝運行要求；

32、同時在系統(tǒng)維修時，嚴格按照操作規(guī)程進行操作，謹防人為的對主機系統(tǒng)造成損害。5.2.3 現(xiàn)場控制設備故障分析及處理在整個過程控制系統(tǒng)中最容易發(fā)生故障地的地點在現(xiàn)場，現(xiàn)場中最容易出故障的有以下幾個方面。1故障點是在繼電器、接觸器。電氣備件消耗量最大的為各類繼電器或空氣開關。主要原因除產(chǎn)品自本身外，就是現(xiàn)場環(huán)境比較惡劣，接觸器觸點易產(chǎn)生火花或氧化，然后發(fā)熱變形直至不能使用。所以減少此類故障應盡量選用高性能繼電器，改善元器件使用環(huán)境，減少更換的頻率，以減少其對系統(tǒng)運行的影響。2.故障點是傳感器和儀表，這類故障在控制系統(tǒng)中一般反映在信號的不正常。這類設備安裝時信號線的屏蔽層應單端可靠接地，并盡量與動力電

33、纜分開放設，特別是高干擾的變頻器輸出電纜，而且要在PLC內(nèi)部進行軟件濾波。這類故障的發(fā)現(xiàn)及處理也和日常點巡檢有關，發(fā)現(xiàn)問題應及時處理。3.故障多發(fā)生在閥門等設備上。這類設備的關鍵執(zhí)行部位，利用電動執(zhí)行機構(gòu)推拉閥門的位置轉(zhuǎn)換，機械、電氣、液壓等各環(huán)節(jié)稍有不到位就會產(chǎn)生誤差或故障。長期使用缺乏維護，機械、電氣失靈是故障產(chǎn)生的主要原因，因此在系統(tǒng)運行時要加強對此類設備的巡檢，發(fā)現(xiàn)問題及時處理。5.3 系統(tǒng)抗干擾性的分析與維護PLC是專門為工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境設計的裝置，一般不需要再采取特殊措施就能直接用于工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境中。如果工作環(huán)境過于惡劣，如干擾特別強烈，可能使PLC引起錯誤的輸入信號；運算出錯誤的結(jié)果；

34、產(chǎn)生出錯誤的輸出信號；造成錯誤的動作，就不能保證控制系統(tǒng)正常、安全運行。因此為提高控制系統(tǒng)的可靠性，在設計時采取相應有效的抗干擾措施是非常必要的。外界干擾的主要來源有：1. 電源的干擾注：供電電源的波動以及電源電壓中高次諧波產(chǎn)生的干擾。2. 磁場的干擾注：PLC周圍鄰近的大容量設備得電和斷電的過程中，因電磁感應引起的于擾；其它設備或空中的磁場也會使PLC引起的干擾。3. 輸入輸出信號的干擾輸入沒備的輸入信號線間寄生電容引起的差模干擾和輸入信號線與大地間的共模干擾；在感性負載的場合，輸出信號由斷開一閉合時產(chǎn)生的突變電流和由閉合一斷開的反向感應電勢以及電磁接觸器的接點產(chǎn)生電弧等產(chǎn)生的干擾。提高PL

35、C控制系統(tǒng)抗干擾性能的措施：(1) 科學選型；(2) 選擇高性能電源，抑制電網(wǎng)干擾；(3) 正確選擇接地點，完善接地系統(tǒng)；(4) 柜內(nèi)合理選線配線，降低干擾。為了延長PLC 控制系統(tǒng)的壽命，在系統(tǒng)設計和生產(chǎn)使用中要對該系統(tǒng)的沒備消耗、元器件設備故障發(fā)生點有比較準確的估計，也就是說，要知道整個系統(tǒng)哪些部件最容易出故障，以便采取措施，希望能對PLC 過程控制系統(tǒng)的系統(tǒng)設計和維護有所幫助。32結(jié)論隨著畢業(yè)設計的開展大學時期基本已經(jīng)落下帷幕，在本次畢業(yè)設計的過程中我遇到了很多很多的困難，主要表現(xiàn)在對控制系統(tǒng)的設備和整體運行過程不太了解，尤其是對各個控制點的動作情況和關聯(lián)性很難掌握，其次是PLC梯形圖的

36、編寫，可能由于控制過程復雜，而覺得難以下手。通過本次設計，我學到了很多有關專業(yè)知識，認識到了很多東西。畢業(yè)設計是我們對所學知識理論和專業(yè)技能的檢驗，能夠培養(yǎng)和提高設計者獨立分析和解決問題的能力；是我在校期間把所學的知識和技能向?qū)W校所交的一份綜合性的作業(yè)。在不懈努力下我的畢業(yè)設計終于完成了。在沒有做畢業(yè)設計以前覺得畢業(yè)設計只是對這三年來所學知識的總結(jié)，但是真的面對畢業(yè)設計時發(fā)現(xiàn)自己的想法是錯誤的。通過這次畢業(yè)設計使我明白了自己的知識太理論化了，當面對單獨的課題設計時的感覺是多么茫然。才意識到自己要學習的知識還欠太多太多，以前老是覺得自己什么東西都會，什么東西都懂，有點眼高手低。通過這次畢業(yè)設計，

37、我才明白學習是一個長期的過程，所以在以后的工作、生活中都應該不斷的學習，努力提高自己知識和綜合素質(zhì)，在本次畢業(yè)設計所遇到的難題經(jīng)過查找知料和向老師請教，這些問題還是基本得到了解決。本設計采用PLC和組態(tài)王對液體混合控制系統(tǒng)進行控制，簡化了控制系統(tǒng)的設計和硬件結(jié)構(gòu)，提高了該控制系統(tǒng)的可靠性、可維護性和安全性。PLC梯形圖采用步進指令（STL），使程序的條理更加清晰易懂，這是本設計的優(yōu)點，但是由于時間，經(jīng)驗和能力的關系，本系統(tǒng)存在很多明顯的不足，沒有操作界面和人機對話操作，僅能在理論上運行。希望這些缺陷，我能在以后的實際工作中積累經(jīng)驗能加以完善。整體來說，這次設計給了我很大的幫助，不僅僅熟悉的PL

38、C的控制系統(tǒng)和各種元器件，并提高了實踐的能力，這些都將成為我以后步入社會參加工作的一筆寶貴經(jīng)驗。廣東嶺南職業(yè)技術學院謝 辭畢業(yè)設計已如期完成，這是一個辛苦卻令人感到充實的過程，讓我從中學到了不少新的知識。首先對培育了我三年的母校致謝！在此，我想對我的指導老師表達我深深的謝意，感謝他在緊張而繁忙的工作中，還能不厭其煩的回答我的種種疑問，耐心地幫助我深入了解課題，我的畢業(yè)設計才能如期順利的完成。老師以廣博的才識、嚴謹?shù)闹螌W作風，精益求精的態(tài)度引領我走過了整個設計過程，對我的成長起到了深刻的影響。最后，我還要感謝在整個設計中幫助我的同學們。謝謝你們。36參考文獻1 廖常初. 可編程序控制器的編程方法

39、和工程應用M.重慶：重慶大學出版社.20032 方承遠.王炳勛.電氣控制原理與設計M.常熟：寧夏人民出版社，1989.3：60-703 歐陽三泰.周琴.胡俊達. PLC控制系統(tǒng)自動報警程序的設計方法. 2004.24 歐陽三泰.歐陽琳.周琴. 淺談PLC高級運用程序設計與技術要點.2002.45 李景學.金廣業(yè)編可編程控制器應用系統(tǒng)設計方法北京：電子工業(yè)出版社，19956 王寧.任思璟.李忠勤編PLC電氣控制與組態(tài)王設計北京：電子工業(yè)出版社，2010.57 廖常初.周林. PLC的功能指令. 電工技術， 1999（7）2000（4）8 賴指南. 一種節(jié)省PLC輸入點的新方法邏輯組合法. 200

40、19 歐陽三泰.歐陽希.周琴. 可編程控制器發(fā)展綜述J.機床電器.2005.110 祝福.陳貴銀編著.西門子S7-200系列PLC應用技術北京：電子工業(yè)出版社，2011.4附錄 附錄1 硬件選用硬件名稱型號個數(shù)接觸器CJX21810，220V1個電動機Y90S-4/1.1KW1個斷路器施耐德EA9RN2C6330C1個傳感器LSF-2.53個入罐液體電磁閥VF4-254個出罐液體電磁閥VF4-251個附錄2 軟件輸入輸出分配表1 輸入分配表輸入地址對應元件對應外部設備I0.0SB1啟動按鈕I0.1SB2停止按鈕M0.0SL0B液體注入液位到達狀態(tài)M0.1SL1A液體注入液位到達狀態(tài)M0.2SL2攪拌完成狀態(tài)M0.3SL3混合液體排出至100狀態(tài)表2 輸出分配表輸出地址對應元件對應外部設備Q0.0F1B液體進料電磁閥Q0.1F2A液體進料電磁閥Q0.2F3混合液體出料電磁閥Q0.3F4攪拌電磁閥Q0.4F5報警電磁閥表3 定時器分配表定時器定時時間作用T3720S注入B液時間T3810S注入A液時間T3910S攪拌時間T4010S放液至Y1T4120S報警指示燈時間