基于PLC的多種液體混合灌裝機控制系統(tǒng)設計,基于,plc,多種,液體,混合,灌裝,控制系統(tǒng),設計 學生姓名 胡洪飛 班級 機教043 指導教師 王玉萍 論文（設計）題目 基于PLC的多種液體混合灌裝機控制系統(tǒng)設計 目前已完成任務 1. 已經(jīng)從圖書館和網(wǎng)上查閱出與本設計相關(guān)的一些資料，并認真的閱讀了這些相關(guān)資料，對畢業(yè)設計有了整體全面的認識。 2. 根據(jù)查閱的相關(guān)資料分析了基于PLC的多種液體混合灌裝機控制系統(tǒng)設計的優(yōu)越性。 3. 已完成了多種液體混合攪拌控制系統(tǒng)的設計方案、硬件電路的設計和部分軟件電路的設計。 4. 完成了兩千字的外文翻譯。 是否符合任務書要求進度：符合 尚需完成的任務 1. 系統(tǒng)部分軟件電路的設計。 2. 系統(tǒng)常見問題的分析和維護。 能否按期完成論文（設計）：能按期完成 存在問題和解決辦法 存 在 問 題 1. 系統(tǒng)的工藝流程還不全面和完善。 2. 硬件電路的設計還需進一步的改善。 3. PLC程序的編寫和調(diào)試。 擬 采 取 的 辦 法 1. 繼續(xù)查閱相關(guān)資料，找出更加合理的方案。 2. 繼續(xù)對PLC程序進行修改和調(diào)試。 指導教師簽 字 日期 年 月 日 教學院長（系主任） 意 見 簽字： 年 月 日 河南科技學院本科畢業(yè)論文（設計）中期進展情況檢查表 河南科技學院本科生畢業(yè)論文（設計）任務書 題目名稱 基于PLC的多種液體混合灌裝機控制系統(tǒng)設計 學生姓名 胡洪飛 所學專業(yè) 機電技術(shù)教育 班級 042班 指導教師姓名 王玉萍 所學專業(yè) 機電一體化 職稱 高級實驗師 完成期限 2008年12月22日 至 2009年6月5日 一、 畢業(yè)設計主要內(nèi)容及主要技術(shù)指標 1.主要內(nèi)容 該控制系統(tǒng)以PLC為控制核心，實現(xiàn)多種液體的混合調(diào)配、攪拌、灌裝等過程的自動化，研究內(nèi)容包括主電路設計，檢測電路設計、PLC控制電路設計等。 2.技術(shù)指標 （1）系統(tǒng)要求使用標準電源； （2）傳感器檢測信號的轉(zhuǎn)換； （3）系統(tǒng)有很好的抗干擾性。 二、畢業(yè)論文（設計）的基本要求 1.畢業(yè)設計（論文）一份：有300字左右的中英文摘要，正文后有20篇左右的參考文獻，正文中要引用5篇以上文獻，并注明文獻出處。論文字數(shù)在8000字以上； 2.有不少于2000漢字的與本課題有關(guān)的外文翻譯資料； 3.畢業(yè)設計總字數(shù)在10000字以上； 4.編寫相關(guān)梯形圖。 三、畢業(yè)設計進度安排 1.2008年12月12日-12月16日，下達畢業(yè)設計任務書；寒假期間完成英文資料翻譯 和開題報告。 2. 2009年2月25-3月9日（第1-2周），指導教師審核開題報告和設計方案。 3. 2009年3月10日-5月4日（第3-10周），畢業(yè)設計單元部分設計。 4. 2009年5月5-11日（第11周），畢業(yè)設計中期檢查。 5. 2009年5月12-6月1日（第12-14周），設計仿真、程序調(diào)試、線路板制作調(diào)試， 整理、撰寫畢業(yè)設計報告。 6. 2009年6月2-15日（第15-16周）上交畢業(yè)設計報告，指導教師、評閱教師審查 評閱設計報告，畢業(yè)設計答辯資格審查。畢業(yè)設計答辯，學生修改整理設計報告。 河南科技學院 2009屆本科畢業(yè)論文（設計） 論文題目：基于PLC的多種液體混合灌裝機控制 系統(tǒng)設計 學生姓名：胡洪飛 所在院系：機電學院 所學專業(yè)：機電技術(shù)教育 導師姓名：王玉萍 完成時間：2009年6月15日 摘 要 以三種液體的混合灌裝控制為例，將三種液體按一定比例混合，在電動機攪拌后要達到一定的溫度才能將混合的液體輸出容器。并形成循環(huán)狀態(tài)。液體混合系統(tǒng)的控制設計考慮到其動作的連續(xù)性以及各個被控設備動作之間的相互關(guān)聯(lián)性，針對不同的工作狀態(tài)，進行相應的動作控制輸出，從而實現(xiàn)液體混合系統(tǒng)從第一種液體加入到混合完成輸出的這樣一個周期控制工作的程序?qū)崿F(xiàn)。設計以液體混合控制系統(tǒng)為中心,從控制系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)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）,旨在對其中的設計及制作過程做簡單的介紹和說明。設計采用日本松下公司的AFP12417系列PLC去實現(xiàn)設計要求。 關(guān)鍵詞 ：多種液體，混合裝置，自動控制 The design of the liquid mixture in three control as an example Abstract the request is to a certain proportion by the three liquid mixture, stirring after the motor to reach a certain temperature can be mixed containers of liquids output. And form a cycle. Liquid hybrid systems of control designed taking into account the continuity of its action and charged with various equipment moves between the interrelated, and for different working conditions, and make the appropriate motor control output, thus realizing the liquid hybrid systems from the first liquid Added to the mixture to complete the output of such a cycle control of the program. Designed to liquid mixed as the central control system, control system from the hardware components, software system to choose the design process (including design, design process, design requirements, the ladder design, external communications link, etc.), which seeks to The design and production process of doing brief introduction and description. Designed with the AFP2417 Corporation PLC to achieve the design requirements. Keywords ：Variety of liquid； Mixed devices； Automatic control 目 錄 1緒論 1 2 多種液體混合灌裝機控制系統(tǒng)設計 2 2.1方案設計 2 2.2方案的介紹 2 3 硬件電路設計 3 3.1 總體結(jié)構(gòu) 3 3.2液位傳感器的選擇 5 3.3溫度傳感器的選擇 5 3.4攪拌電機的選擇 6 3.5 電磁閥的選擇 6 3.6 接觸器 7 3.7熱繼電器的選擇 7 3.8 PLC的選擇 7 3.9 PLC輸人、輸出口分配 9 3.10液體混合裝置輸人/輸出接線 10 4 軟件電路設計 11 4.1 程序框圖 11 4.2 根據(jù)控制要求和I/O地址編制的控制梯形圖 12 4.3 語句表 14 5 系統(tǒng)常見故障分析及維護 15 5.1 系統(tǒng)故障的概念 15 5.2系統(tǒng)故障分析及處理 15 5.2.1 PLC主機系統(tǒng) 15 5.2.2 PLC的I／O端口 15 5.2.3 現(xiàn)場控制設備 15 5.3 系統(tǒng)抗干擾性的分析和維護 16 6 結(jié)束語 17 致謝 17 參考文獻 18 1緒論 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, 而且也是其生產(chǎn)過程中十分重要的組成部分。但由于這些行業(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、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(guān)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。借助實驗室設備熟悉工業(yè)生產(chǎn)中PLC的應用，了解不同公司的可編程控制器的型號和原理，熟悉其編程方式，而多種液體混合裝置的控制更常見于工業(yè)生產(chǎn)中，適合大中型飲料生產(chǎn)廠家，尤其見于化學化工業(yè)中，便于學以致用。 計算機的出現(xiàn)給大規(guī)模工業(yè)自動化帶來了曙光。1968年，美國最大的汽車制造廠商通用汽車（GM）公司提出了公開招標方案，設想將功能完備、靈活、通用的計算機技術(shù)與繼電器便于使用的特點相結(jié)合，把計算機的編程方法和程序輸入方式加以簡化，用面向過程、面向問題的“自然語言”編程，生產(chǎn)一種新型的工業(yè)通用控制器，使人們不必花費大量的精力進行計算機編程，也能像繼電器那樣方便地使用。這個方案首先得到了美國數(shù)字設備（DEC）公司的積極響應，并中標。該公司于1969年研制出了第一臺符合招標要求的工業(yè)控制器，命名為可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller），簡稱PLC（有的稱為PC），并在GM公司的汽車自動裝配線上試驗獲得了成功。 PLC一經(jīng)出現(xiàn)，由于它的自動化程度高、可靠性好、設計周期短、使用和維護簡便等獨特優(yōu)點，備受國內(nèi)外工程技術(shù)人員和工業(yè)界廠商的極大關(guān)注，生產(chǎn)PLC的廠家云起。隨著大規(guī)模集成電路和微處理器在PLC中的應用，使PLC的功能不斷得到增強，產(chǎn)品得到飛速發(fā)展。 采用基于PLC的控制系統(tǒng)來取代原來由單片機、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性。對提高企業(yè)生產(chǎn)和管理自動水平有很大的幫助，同時又提高了生產(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，因此具有廣闊的市場前景。用PLC進行開關(guān)量控制的實例很多，在冶金、機械、紡織、輕工、化工、鐵路等行業(yè)幾乎都需用到它，如燈光照明、機床電控、食品加工、印刷機械、電梯、自動化倉庫、液體混合自動配料系統(tǒng)、生產(chǎn)流水線等方面的邏輯控制，都廣泛應用PLC來取代傳統(tǒng)的繼電器控制。本次設計是將PLC用于多種液體混合灌裝設置的控制，對學習與實用是很好的結(jié)合。 本設計的主要研究范圍及要求達到的技術(shù)參數(shù)有(1)使液體灌裝機能夠?qū)崿F(xiàn)安全、高效的灌裝；(2)滿足灌裝的各項技術(shù)要求；(3) 具體內(nèi)容包括多種液體混合控制方案的設計、軟硬件電路的設計、常見故障分析等等。 本課題應解決的主要問題是如何使PLC在飲料灌裝中實現(xiàn)控制功能，在相關(guān)的研究文獻報道中用PLC對灌裝機進行控制的研究尚不多見，以致人們難以根據(jù)它的具體情況，正確選用參數(shù)進行系統(tǒng)控制，也就難以滿足提高質(zhì)量和效率、降低成本的要求，本設計就是基于以上問題進行的一些探索。 2 多種液體混合灌裝機控制系統(tǒng)設計 2.1方案設計 整個設計過程是按思想工藝流程設計，為設備安裝、運行和保護檢修服務。設計的編寫按照國家關(guān)于電氣自動化工程設計中的電氣設備常用基本圖形符號（GB4728）及其他相關(guān)標準和規(guī)范編寫。設計原則主要包括：工作條件；工程對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、合理、合用，減小設備成本。在方案的選擇、元器件的選型時更多的考慮新技術(shù)、新產(chǎn)品?？刂朴扇斯た刂频阶詣涌刂疲赡M控制到微機控制，使功能的實現(xiàn)由一到多而且更加趨于完善。 對于本課題來說，如果液體混合系統(tǒng)部分是一個較大規(guī)模工業(yè)控制系統(tǒng)的改造升級，新控制裝置需要根據(jù)企業(yè)設備和工藝現(xiàn)況來構(gòu)成并需盡可能的利用舊系統(tǒng)中的元器件。對于人機交互方式改造后系統(tǒng)的操作模式應盡量和改造前的相類似，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關(guān)量，系統(tǒng)的可靠性要高，人機交互界面友好，應具備數(shù)據(jù)儲存和分析匯總的能力。 要實現(xiàn)整個液體混合控制系統(tǒng)的設計，需要從怎樣實現(xiàn)各電磁閥的開關(guān)以及電動機啟動的控制這個角度去考慮，現(xiàn)在就這個問題的如何實現(xiàn)以及選擇怎樣的方法來確定系統(tǒng)方案。 2.2方案的介紹 就目前的現(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)、單片機控制、工業(yè)控制計算機控制、可編程序控制器控制。 （1）繼電器控制系統(tǒng) 控制功能是用硬件繼電器實現(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、時間及溫度等參量變化而動作，以實現(xiàn)電力拖動裝置的自動控制及保護。系統(tǒng)復雜，在控制過程中，如果某個繼電器損壞，都會影響整個系統(tǒng)的正常運行，查找和排除故障往往非常困難，雖然繼電器本身價格不太貴，但是控制柜的安裝接線工作量大，因此整個控制柜價格非常高，靈活性差，響應速度慢。 （2）單片機控制 單片機作為一個超大規(guī)模的集成電路，機構(gòu)上包括CPU、存儲器、定時器和多種輸入/輸出接口電路。其低功耗、低電壓和很強的控制功能，成為功控領域、尖端武器、日常生活中最廣泛的計算機之一。但是，單片機是一片集成電路，不能直接將它與外部I/O信號相連。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，硬件設計、制作和程序設計的工作量相當大。 （3）工業(yè)控制計算機控制 工控機采用總線結(jié)構(gòu)，各廠家產(chǎn)品兼容性強，有實時操作系統(tǒng)的支持，在要求快速、實用性強、功能復雜的領域中占優(yōu)勢。但工控機價格較高，將它用于開關(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。 （4）可編程序控制器控制 可編程序控制器配備各種硬件裝置供用戶選擇，用戶不用自己設計和制作硬件裝置，只須確定可編程序控制器的硬繭配制和設計外部接線圖，同時采用梯形圖語言編程，用軟件取代繼電器電器系統(tǒng)中的觸點和接線，通過修改程序適應工藝條件的變化。 可編程控制器(PLC)從上個世紀70年代發(fā)展起來的一種新型工業(yè)控制系統(tǒng)，起初它主要是針對開關(guān)量進行邏輯控制的一種裝置，可以取代中間繼電器、時間繼電器等構(gòu)成開關(guān)量控制系統(tǒng)。隨著30多年來微電子技術(shù)的不斷發(fā)展，PLC也通過不斷的升級換代大大增強了其功能?，F(xiàn)在PLC已經(jīng)發(fā)展成為不但具有邏輯控制功能、還具有過程控制功能、運動控制功能和數(shù)據(jù)處理功能、連網(wǎng)通訊功能等多種性能，是名符其實的多功能控制器。由PLC為主構(gòu)成的控制系統(tǒng)具有可靠性高、控制功能強大、性價比高等優(yōu)點，是目前工業(yè)自動化的首選控制裝置。 3 硬件電路設計 3.1 總體結(jié)構(gòu) 從圖1中可知設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，如圖1所示。 此裝置需要控制的元件有：其中L1、L2、L3為液面?zhèn)鞲衅?，液面淹沒該點時為ON。Y1、Y2、Y3、Y4為電磁閥，M為攪拌電機，T為溫度傳感器，H為加熱器。另外還有控制電磁閥和電動機的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的控制系統(tǒng)連接從而達到控制效果。 圖1 液體混合灌裝機 （1）初始狀態(tài) 容器是空的，各個閥門Yl、Y2、Y3、Y4均為OFF，液位傳感器L1、L2、L3均為OFF，電動機M為OFF，加熱器H為OFF。 （2）啟動操作 按下啟動按扭，開始下列操作: 1) Y1=Y2=ON，液體A和B同時注人容器。當液面達到L2時，L2=ON，使Y1=Y2=OFF，Y3=ON，即關(guān)閉Y1和Y2閥門，打開液體C的閥門Y3。 2) 液面達到L1時，Y3=OFF，M=ON，即關(guān)閉閥門Y3，攪拌機M啟動，開始攪拌。 3) 經(jīng)10s鐘攪勻后，M=OFF，停止攪動，H=ON，加熱器開始加熱。 4) 當混合液溫度達到某一指定值時，T=ON，H=OFF，停止加熱，使電磁閥Y4=ON，開始放出混合液體。 5) 液面低于L3時，L3從ON到OFF,再經(jīng)過5s，容器放空，使Y4=OFF，開始下一周期。 （3）停止操作 按下停止鍵，無論處于什么狀態(tài)均停止。 3.2 液位傳感器的選擇 選用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(guān)可提供非常準確、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(guān)量。應用此原理可制成單點或多點液位開關(guān)。LSF 光電液位開關(guān)具有較高的適應環(huán)境的能力，在耐腐蝕方面有較好的抵抗能力。 相關(guān)元件主要技術(shù)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°C （3）觸點壽命為100萬次 （4）觸點容量為70w （5）開關(guān)電壓為24V DC （6）切換電流為0.5A 3.3 溫度傳感器的選擇 選用KTY81-210A型溫度傳感器 其中“T” 表示溫度 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)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用于電機變頻調(diào)速溫度控制，太陽能熱水器溫度測量領域彩印設備溫控，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。選用KTY81-210A型溫度傳感器。 相關(guān)元件主要技術(shù)參數(shù)及原理如下： （1）測量溫度范圍為 -50℃~150℃ （2）溫度系數(shù)TC?為 0.79%/K （3）精度等級為 0.5% （4）公稱壓力為 0.6MPa? 3.4 攪拌電機的選擇 選用EJ15-3型電動機 其中“E”表示電動機，“J”表示交流的，15為設計序號，3為最大工作電流 相關(guān)元件主要技術(shù)參數(shù)及原理如下： EJ15系列電動機是一般用途的全封閉自扇冷式鼠籠型三相異步電動機。 （1）額定電壓為220V，額定頻率為50Hz，功率為2.5KW，采用三角形接法。 （2）電動機運行地點的海拔不超過1000m。工作溫度-15～40°C /濕度≤90%。 （3）EJ15系列電動機效率高、節(jié)能、堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩高、噪音低、振動小、運行安全可靠。其硬件接線如圖2。 圖2 硬件接線 3.5 電磁閥的選擇 （1）入罐液體選用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(guān)元件主要技術(shù)參數(shù)及原理如下： 1）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-20～60°C。 3）使用電壓：AC：220 V50Hz/60Hz? DC：24V。 4）功率：AC：2.5KW。 5）操作方式：常閉：通電打開、斷電關(guān)閉，動作響應迅速，高頻率。 （2）出罐液體選用AVF-40型電磁閥 其中“A”表示可調(diào)節(jié)流量，“V”表示電磁閥，“F”表示防腐蝕，40為口徑(mm) 相關(guān)元件主要技術(shù)參數(shù)及原理如下： 1）其最大特點就是能通過設備上的按鍵設置來控制流量，達到定時排空的效果。 2）其閥體材料為：聚四氟乙烯，有比較強的抗腐蝕能力。 3）使用電壓：AC：220 V50Hz/60Hz? DC：24V。 4）功率：AC：5KW。 3.6 接觸器 選用CJ20-10/CJ20-16型接觸器 其中“C”表示接觸器，“J”表示交流，20為設計編號，10/16為主觸頭額定電流 相關(guān)元件主要技術(shù)參數(shù)及原理如下： （1）操作頻率為1200/h （2）機電壽命為1000萬次 （3）主觸頭額定電流為10/16（A） （4）額定電壓為380/220（A） （5）功率為2.5KW 3.7 熱繼電器的選擇 選用JR16B-60/3D型熱繼電器 其中“J”表示繼電器，“D”帶斷相保護 相關(guān)元件主要技術(shù)參數(shù)及原理如下： （1）額定電流為20（A） （2）熱元件額定電流為32/45（A） 3.8 PLC的選擇 傳統(tǒng)的控制方法是采用繼電器—接觸器控制。這種控制系統(tǒng)較復雜，并且大量的硬件接線使系統(tǒng)可靠性降低，也間接地降低了設備的工作效率。采用可編程控制器較好地解決了這一問題，可編程控制器是一種將計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)結(jié)合在一起的新型工業(yè)自動控制設備，不僅能實現(xiàn)對開關(guān)量信號的邏輯控制。還能實現(xiàn)與上位計算機等智能設備之間的通信。因此，將可編程控制器應用于多種液體混合灌裝機，完全能滿足控制要求。且具有操作簡單、運行可靠、工藝參數(shù)修改方便、自動化程度高等優(yōu)點[1]。 在本控制系統(tǒng)中，所需的開關(guān)量輸入為6點，開關(guān)量輸出為7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。由于本系統(tǒng)的控制是順序控制，選用日本松下電工公司生產(chǎn)的AFP12417 PLC作控制單元來控制整個系統(tǒng)。之所以選擇這種PLC，主要考慮FP系列PLC有以下特點[2]： （1）豐富的指令系統(tǒng)。在FP系列PLC中，即使是小型機，也具有近200條指令。除能實現(xiàn)一般的邏輯控制外，還可進行運動控制、復雜數(shù)據(jù)處理，甚至可直接控制變頻器實現(xiàn)電動機調(diào)速控制。而且各類PLC產(chǎn)品的指令系統(tǒng)都具有向上兼容性，便于應用程序的移植。 （2）快速的CPU處理速度、大程序容量。 （3）大的網(wǎng)絡通信功能。可直接連接調(diào)制解調(diào)器，可方便地與其他PLC或上位機連成通信網(wǎng)絡，通過上位計算機對生產(chǎn)現(xiàn)場的PLC進行實時監(jiān)控。在生產(chǎn)規(guī)模較大，所控制的機床達到兩臺以上時，可采用1：n上位鏈接通信方式，用一臺計算機管理多臺床，構(gòu)成一個二級分布式集一散控制系統(tǒng)。 （4）編程及監(jiān)控功能強大、維護簡單、價格適中。 國際電工委員會（International Electrotechnical Commission, IEC）頒布的PLC的定義為：可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下的應用而設計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算數(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出來控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)設備，都應該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則設計。 PLC的一般結(jié)構(gòu)如圖3所示，由圖可見主要有6個部分組成，包括CPU(中央處理器)、存儲器、輸入／輸出接口電路、電源、外設接口、I/O擴展接口。 （1）中央處理單元（CPU） 與通用計算機中的CPU一樣。PLC中的CPU也是整個系統(tǒng)的核心部件，主要有運算器、控制器、寄存器及實現(xiàn)它們之間聯(lián)系的地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線構(gòu)成，此外還有外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。CPU在很大程度上決定了PLC的整體性能，如整個系統(tǒng)的控制規(guī)模、工作速度和內(nèi)存容量等。 （2）存儲器 存儲器存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器。存放應用軟件的存儲器 稱為用戶程序存儲器。PLC常用的存儲器類型有RAM、EPROM、 EEPROM等。 圖3 PLC結(jié)構(gòu)圖 （3）I/O模塊 輸入模塊和輸出模塊通常稱為I/O模塊或I/O單元。PLC的對外功能主要是通過各種I/O接口模塊與外界聯(lián)系而實現(xiàn)的。輸入模塊和輸出模塊是PLC與現(xiàn)場I/O裝置或設備之間的連接部件，起著PLC與外部設備之間傳遞信息的作用。通常I/O模塊上還有狀態(tài)顯示和I/O接線端子排，以便于連接和監(jiān)視。 （4）電源模塊 輸入、輸出接口電路是PLC與現(xiàn)場I/O設備相連接的部件。它的作用是將輸入信號轉(zhuǎn)換為PLC能夠接收和處理的信號，將CPU送來的弱電信號轉(zhuǎn)換為外部設備所需要的強電信號。 3.9 PLC輸人、輸出口分配 輸入/輸出地址分配如表1 表1 液體混合裝置輸入/輸出地址分配 輸入點地址 功能 輸出點地址 功能 X0 SB0啟動按鈕 Y0 報警燈HL X1 L1液位傳感器 Y1 電磁閥Y1 X2 L2液位傳感器 Y2 電磁閥Y2 X3 L3液位傳感器 Y3 電磁閥Y3 X4 T溫度傳感器 Y4 電磁閥Y4 X5 SB1停止按鈕 Y5 攪拌機M X6 FR常閉觸點 Y6 加熱器H Y7 熱繼電器FR 3.10 液體混合裝置輸人/輸出接線 輸人/輸出接線圖如圖4 （1）兩種液體的進人 當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，通過保持指令KP使Y1、Y2輸出繼電器線圈得電并保持，分別與之相接的Y1、Y2電磁閥帶電接通，流進兩種不同成分的液體。 （2）第三種液體的進人 當液體達到L2液位傳感器的位置時，X2輸人繼電器接通使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3種液體流進液罐。 圖4 液體混合裝置輸人/輸出接線圖 （3）攪拌機工作 當液位到達L1液位傳感器的位置時，該傳感器檢測到該信息，使Xl輸人繼電器線圈得電，在梯形圖中它的X1常開觸點接通，通過KP指令復位端，使輸出繼電器Y3關(guān)閉，與之相連的硯電磁閥關(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TIMY0定時器定時，定時時間為10s。10s到后，地址為45的定時器常開觸點T0接通，使Y6輸出繼電器得電，與之相連的加熱器H這時接通，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 當液體溫度達到預定溫度時，溫度傳感器T檢測到該信息，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X4常開觸點，使X4接通，與之相連的Y4電磁閥打開，排出攪拌均勻后的混合液體。 （6）混合液體排完 當液位低于L3液位傳感器的位置時，L3液位傳感器由通到斷，使X3也由通到斷，這樣相當于一個下降沿，驅(qū)使DF產(chǎn)生一個掃描周期的脈沖，通過KP指令置位端使輔助繼電器R0接通，接通后使定時器TMY1定時，大約5s時間，液體排完。 （7）重復液體混合過程 重復液體混合過程是通過并聯(lián)在梯形圖地址為2位置上的定時器TMY1常開觸點實現(xiàn)的。同時T1常開觸點也接通，通過保持保持指令KP使R0復位，定時器關(guān)閉。 4 軟件電路設計 4.1 程序框圖 程序框圖如圖5 啟動 Y1Y2?開，進液體A、B 到L2, Y1、Y2關(guān)、Y3開 進液體C 到L1,Y3關(guān)、Y5開，即開始攪拌 10s后，Y6開，即開始加熱 Y5關(guān)， 到預定溫度時，Y6關(guān)，Y4開，即排出混合液體 當液位低于L3時,L3由通到斷TMY1定時，5s后，Y4關(guān) 按停止按鈕？ 結(jié)束 圖5 程序框圖 4.2 根據(jù)控制要求和I/O地址編制的控制梯形圖 控制梯形圖如圖6 圖6 控制梯形圖 4.3 語句表 表2 語句表 0 ST X0 45 ST T0 1 DF 46 AN/ T2 2 OR T1 47 ST X4 3 ST X2 48 OR X5 4 OR X5 49 DF 5 DF 50 KP Y6 6 AN/ T2 51 ST X4 7 KP Y1 52 DF 8 ST X0 53 ST X6 9 DF 54 DF 10 OR T1 55 OR T1 11 ST X5 56 AN/ T2 12 OR X2 57 KP Y4 13 DF 58 ST X3 14 AN/ T2 59 DF/ 15 KP Y2 60 ST T1 16 ST X2 61 KP R0 17 DF 62 ST R0 18 ST X1 63 TMY 1 19 OR X5 K 5 20 DF 67 ST X6 21 AN/ T2 68 OT Y7 22 KP Y3 69 ED 23 ST Y3 24 OR Y2 25 OR Y1 26 TMY 2 K 20 30 ST T2 31 OT Y0 32 ST X2 33 DF 34 ST X5 35 DF 36 OR T0 37 AN/ T2 38 AN/ Y7 39 KP Y5 40 ST Y5 41 TMY 0 K 10 5 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，在系統(tǒng)設計和生產(chǎn)使用中要對該系統(tǒng)的設備消耗、元器件設備故障發(fā)生點有較明白的估計，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。 5.1 系統(tǒng)故障的概念 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故障和現(xiàn)場生產(chǎn)控制設備故障兩部分。PLC系統(tǒng)包括中央處理器、主機箱、擴展機箱、I／O模塊及相關(guān)的網(wǎng)絡和外部設備?，F(xiàn)場生產(chǎn)控制設備包括I／O端口和現(xiàn)場控制檢測設備，如繼電器、接觸器、閥門、電動機等。 5.2系統(tǒng)故障分析及處理 5.2.1 PLC主機系統(tǒng) PLC主機系統(tǒng)最容易發(fā)生故障的地方一般在電源系統(tǒng)，電源在連續(xù)工作、散熱中，電壓和電流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造成局部印刷板或底板、接插件接口等處的總線損壞，在空氣溫度變化、濕度變化的影響下，總線的塑料老化、印刷線路的老化、接觸點的氧化等都是系統(tǒng)總線損耗的原因。所以在系統(tǒng)設計和處理系統(tǒng)故障的時候要考慮到空氣、塵埃、紫外線等因素對設備的破壞。目前PLC的主存儲器大多采用可擦寫ROM，其使用壽命除了主要與制作工藝相關(guān)外，還和底板的供電、CPU模塊工藝水平有關(guān)。而PLC的中央處理器目前都采用高性能的處理芯片，故障率已經(jīng)大大下降。對于PLC主機系統(tǒng)的故障的預防及處理主要是提高集中控制室的管理水平，加裝降溫措施，定期除塵，使PLC的外部環(huán)境符合其安裝運行要求；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。 5.2.2 PLC的I／O端口 ?PLC最大的薄弱環(huán)節(jié)在I／O端口。PLC的技術(shù)優(yōu)勢在于其I／O端口，在主機系統(tǒng)的技術(shù)水平相差無幾的情況下，I／O模塊是體現(xiàn)PLC性能的關(guān)鍵部件，因此它也是PLC損壞中的突出環(huán)節(jié)。要減少I／O模塊的故障就要減少外部各種干擾對其影響，首先要按照其使用的要求進行使用，不可隨意減少其外部保護設備，其次分析主要的干擾因素，對主要干擾源要進行隔離或處理。 5.2.3 現(xiàn)場控制設備 在整個過程控制系統(tǒng)中最容易發(fā)生故障地點在現(xiàn)場，現(xiàn)場中最容易出故障的有以下幾個方面。 (1)第1類故障點是在繼電器、接觸器。PLC控制系統(tǒng)的日常維護中，電氣備件消耗量最大的為各類繼電器或空氣開關(guān)。主要原因除產(chǎn)品本身外，就是現(xiàn)場環(huán)境比較惡劣，接觸器觸點易打火或氧化，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)第2類故障多發(fā)點在閥門等設備上。因為這類設備的關(guān)鍵執(zhí)行部位，利用電動執(zhí)行機構(gòu)推拉閥門或閘板的位置轉(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。 (3)第3類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，并盡量與動力電纜分開敷設，特別是高干擾的變頻器輸出電纜，而且要在PIC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(guān)，發(fā)現(xiàn)問題應及時處理。 5.3 系統(tǒng)抗干擾性的分析和維護 由于PLC是專門為工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境設計的裝置，因此一般不需要再采取特殊措施就能直接用 于工業(yè)環(huán)境中。但如果工作環(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；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[3]： （1）電源的干擾 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）感應電壓的干擾 PLC周圍鄰近的大容量設備啟動和停止時，因電磁感應引起的干擾;其它設備或空中強電場通過分布電容串入PLC引起的干擾。 （3）輸入輸出信號的干擾 輸入設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。 （4）外部配線干擾 因各種電纜選擇不合理，信號線絕緣降低，安裝、布線不合理等產(chǎn)生的干擾。 提高 P L 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。 6 結(jié)束語 實踐證明，本設計所采用日本松下公司生產(chǎn)的AFP12417型可編程控制器的硬件配置和程序設計是完全可行的，在實際控制中，由于PLC產(chǎn)品自身具有可靠性高、靈活性強、對工作環(huán)境無要求和抗干擾性能好等諸多優(yōu)點,使之完全可以將操作人員從惡劣的現(xiàn)場環(huán)境中解放出來,因而深受用戶歡迎。同時采用PLC控制液體混合裝置，還能容易地隨時修改可編程控制器程序，以改變液體混合裝置的工作時間和工作狀況，滿足不同液體混合的需要。該控制系統(tǒng)可用較少的資金投入,達到很高的控制精度。本設計已通過模擬仿真檢驗,有很好的推廣價值。 任何設計的控制系統(tǒng)都是要經(jīng)過實踐和時間的考驗方能不斷的完善。就如同我們做畢業(yè)設計，這畢業(yè)設計是對我們所學知識的考驗，也是對我們對知識綜合運用能力的考驗。更是對我們做一件事情態(tài)度考研。經(jīng)過設計我們應該學會認真、專心、更有毅力的做一件事情，這樣我們在以后的工作和生活中才能經(jīng)得起實踐和時間的考驗，我們才能走得更遠！ 致謝 本論文是在指導老師的悉心指導下完成的，指導老師淵博的專業(yè)知識，嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度，精益求精的工作作風，誨人不倦的高尚師德，樸實無華、平易近人的人格魅力對我影響深遠。不僅使我掌握基本的研究方法，還使我明白了許多待人接物與為人處事的道理。在此，我謹向指導老師表示崇高的敬意和忠心的感謝！ 此外，在本論文的設計當中，還受到了多位老師的指導和幫助，他們無私奉獻，兢兢業(yè)業(yè)，教書育人的態(tài)度深深打動了我，在此我也向在本論文設計過程中曾給予我?guī)椭椭笇У睦蠋焸冋f聲謝謝！ 與此同時，還要感謝同組同學的幫忙，在論文資料收集和實驗期間，不管遇到什么困難同組同學都主動給予幫助，認真討論學習，在此也感謝他們！ 最后向我五年大學中給予指導和幫助的老師和同學真摯地說聲謝謝！也再一次感謝我的指導老師！ 參考文獻 [1] 張文明.全自動液體灌裝機.機電一體化. 2003 [2] 張桂香,馬全廣.電器控制與PLC應用.化學工業(yè)出版社,2004 [3] 陶光才.P I E控制系統(tǒng)的抗干擾措施[J]．有色設備2003 [4] 陳士祥,王祥群,高精度灌裝生產(chǎn)線中的自動化技術(shù)應用[J].?包裝與食品機械.2004 [5] 羅芹芝.基于網(wǎng)絡的啤酒灌裝控制系統(tǒng)[J].啤酒科技 2001 [6] 啤酒灌裝壓蓋機PLC控制系統(tǒng)設計[J]. 劉永波,趙軍等.本溪冶金高等?？茖W校學報.2001 [7] 朱旦.PLC在純凈水灌裝設備中的應用[J].給水排水.2000 [8] 楊旭東,王天杰,劉海等.PLC在飲料灌裝機控制系統(tǒng)中的應用.唐山學院院報[J].2000 [9] 蔡詠德.西門子PLC在酸奶生產(chǎn)線自動化系統(tǒng)中的應用[J].上海西門子工業(yè)自動化有限公司 [10] 王冬梅,李玉成等.PLC在啤酒灌裝壓蓋機上的應用[J].包裝工程 2000 [11] 李國厚.PLC原理與應用設計[M].北京:化學工業(yè)出版社,2005 [12] 齊占慶主編. 機床電氣控制技術(shù)［Ｍ］，機械工業(yè)出版社，1999 [13] 廖常初.可編程序控制器應用技術(shù)[M].重慶大學出版社,1999 [14] 索軍才,閆繼宏.自動灌裝線控制系統(tǒng)改造[J].石油化工自動化, 2001 [15] 熊光楞.機電一體化系統(tǒng)[M].武漢:華中理工大學出版社,1996 [16] 田瑞庭.可編程控制器及其應用技術(shù)［Ｍ］．機械工業(yè)出版社，1994 [17] 李景學, 金廣業(yè) 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