畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于FX1N的液體混料罐控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、高等教育自學(xué)考試本科畢業(yè)論文 基于fx1n的液體混料罐控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)考生姓名： 準(zhǔn)考證號(hào)： 專業(yè)層次： 本科 院（系）：機(jī)械與動(dòng)力工程院 指導(dǎo)教師： 職 稱： 講 師 重慶科技學(xué)院二o一0年 十二月 二十日 高等教育自學(xué)考試本科畢業(yè)論文 基于fx1n的液體混料罐控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)考生姓名： 準(zhǔn)考證號(hào)： 專業(yè)層次： 本科 指導(dǎo)教師： 院 （系）：機(jī)械與動(dòng)力工程院重慶科技學(xué)院二o一0年十二 月 二十日摘 要隨著科技的發(fā)展，plc的開發(fā)與應(yīng)用把各國(guó)的工業(yè)推向自動(dòng)化、智能化。強(qiáng)大的抗干擾能力使它在工業(yè)方面取代了微型計(jì)算機(jī)，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。本次設(shè)計(jì)主要是對(duì)兩種液體混

2、合攪拌機(jī)plc控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)中針對(duì)控制對(duì)象：三只傳感器監(jiān)視容器高、中、低液位，設(shè)三電磁閥控制液體a、b輸入與混合液體c輸出，設(shè)攪拌電機(jī)m。攪拌機(jī)是一種將兩種或多種以上材料攪拌混合的系統(tǒng)，對(duì)攪拌機(jī)的控制，關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量，工藝流程是：?jiǎn)?dòng)后開閥放出混合液體c，低液位后延時(shí)20s 放空后關(guān)閥，放入液體a經(jīng)低液位再注入至中液位，關(guān)a，放液體b至高液位，關(guān)b，啟動(dòng)攪拌電機(jī)m，攪60s后停，開閥放出混合液體c，低液位后延時(shí)20s 放空后關(guān)閥，又重復(fù)上述過程，要求工作過程中按下停止按紐后攪拌器不立即停止工作，對(duì)當(dāng)前混合操作處理完畢后才停止攪拌器。本設(shè)計(jì)采用日本三菱公司的fx1n系列plc以液體混料

3、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(shè)計(jì)過程（包括設(shè)計(jì)方案、設(shè)計(jì)流程、設(shè)計(jì)要求、梯形圖設(shè)計(jì)、外部連接通信等）。關(guān)鍵詞：液體混料裝置，自動(dòng)控制，plc，電動(dòng)機(jī)，傳感 liquid mixing tank fx1n based control syste designabstractwith the development of technology, plc development and application of the industrial countries into the automation and intelligence.strong anti-inte

4、rference ability to make it in the industry replaced the micro-computer to facilitate software programming to enable him to replace the relay of complex connections, flexible, convenient and efficient.the system is mainly of two liquids mixing and blending machine plc control system, for controlling

5、 the object in the design: three sensors jianshirongqi high, medium and low level, she three solenoid control liquid a, b input and the mixed liquid c output, set stirring motor m. mixer is a two or more above the mixing material system, on the mixer control, related to the quality of the product, p

6、rocess is: a post placed in the liquid to be injected by the low level of liquid level, the relevant .a up to high level of liquid b, guan b, start stirring motor m, after mixing 60s stop, open mixed liquid release valve c, the low level off after the delay after 20s emptying valve, then repeat the

7、process, the course work required.press the stop button to stop working immediately after the mixer is not on the current operations have been disposed of to stop mixing blender. this design uses the japanese mitsubishi company to liquid mixture fx1n series plc control system for the center, from th

8、e control system hardware system components, software used to the system design process (including design, design process, design requirements, ladder design, external connect communications, etc.), aims to design and manufacturing process which presents a brief introduction and explanation.keywords

9、： liquid mixing equipment, automatic control, plc, motor, sensor目 錄摘要iabstractii1 緒論12混料罐控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)32.1 方案設(shè)計(jì)原則32.2 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)要求32.3 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案32.4 控制對(duì)象分析43 混料罐控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)53.1 選擇plc53.2 選擇接觸器63.2.1 用途73.2.2 工作條件73.2.3 結(jié)構(gòu)特征73.3 選擇攪拌電機(jī)83.3.1 功率選擇83.3.2 種類和型式的選擇83.3.3 電壓和轉(zhuǎn)速的選擇93.4 小型三極斷路器的選擇93.5 液位傳感器的選擇103.6 選擇

10、電磁閥113.6.1 入罐液體的選用113.6.2 出罐液體的選用123.7 選擇熱繼電器123.8 plc i/o點(diǎn)分配133.8.1 輸入和輸出設(shè)備及i/o點(diǎn)分配143.9 主電路的設(shè)計(jì)144 混料罐控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)164.1分析控制要求164.2 系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖164.3 液體混料罐裝置狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖174.4 梯形圖執(zhí)行原理分析184.4.1初始狀態(tài)梯形圖分析194.4.2進(jìn)液體梯形圖分析204.4.3 混合液體梯形圖分析214.5 系統(tǒng)指令表225系統(tǒng)常見故障分析及維護(hù)235.1 系統(tǒng)常見故障分析及維護(hù)235.2 系統(tǒng)故障分析及處理235.2.1 plc主機(jī)系統(tǒng)故障分析及處理235.2

11、.2 plc的i/o端口系統(tǒng)故障分析及處理235.2.3 現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備故障分析及處理245.3 系統(tǒng)抗干擾性的分析和維護(hù)246 結(jié)論26致謝27參考文獻(xiàn)28論文原創(chuàng)性聲明291 緒 論為了提高產(chǎn)品質(zhì)量，縮短生產(chǎn)周期，適應(yīng)產(chǎn)品迅速更新?lián)Q代的要求，產(chǎn)品生產(chǎn)正想縮短生產(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)，以至現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境十分惡劣，不適合人工現(xiàn)場(chǎng)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(diǎn)，這也是人工操作和半自動(dòng)化控制所難以實(shí)現(xiàn)的。所以為了

12、幫助相關(guān)行業(yè)，特別是其中的中小型企業(yè)實(shí)現(xiàn)多種液體混合的自動(dòng)控制，從而達(dá)到液體混合的目的，液體混合自動(dòng)配料勢(shì)必就是擺在我們眼前的一大課題，借助實(shí)驗(yàn)室設(shè)備熟悉工業(yè)生產(chǎn)中plc的應(yīng)用，了解不同公司的可編程控制器的型號(hào)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(xué)化工業(yè)中，便于學(xué)以致用。計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)給大規(guī)模工業(yè)自動(dòng)化帶來了曙光。1968年，美國(guó)最大的汽車制造廠商通用汽車（gm）公司提出了公開招標(biāo)方案，設(shè)想將功能完備、靈活、通用的計(jì)算機(jī)技術(shù)與繼電器便于使用的特點(diǎn)相結(jié)合，吧計(jì)算機(jī)的編程方法和程序輸入方式加以簡(jiǎn)化，用面向過程、面向問題“自然語(yǔ)言”編程

13、，生產(chǎn)一種新型的工業(yè)通用繼電器，使人們不必花費(fèi)大量的精力進(jìn)行計(jì)算機(jī)編程，也能想幾點(diǎn)起那樣方便地使用。這個(gè)方案首先得到了美國(guó)數(shù)字設(shè)備（dec）公司的積極響應(yīng)，并中標(biāo)。該公司于1969年研制出了第一臺(tái)符合招標(biāo)要求的工業(yè)控制器，命名為可編程邏輯控制器（programmable logic controller），簡(jiǎn)稱plc（有的稱為pc），并在gm公司的汽車自動(dòng)裝配線上實(shí)驗(yàn)獲得了成功。plc一經(jīng)出現(xiàn)，由于它的自動(dòng)化程度高、可靠性好、設(shè)計(jì)周期短、使用和維護(hù)簡(jiǎn)便等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，備受國(guó)內(nèi)外工程技術(shù)人員和工商業(yè)界廠商的極大關(guān)注，生產(chǎn)plc的廠商云起。隨著大規(guī)模集成電路和微處理器在plc中的應(yīng)用，是plc的功能不

14、斷得到增強(qiáng)，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(jī)、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(hù)性，對(duì)提高企業(yè)生產(chǎn)和管理自動(dòng)水平有很大的幫助，同時(shí)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(dòng)，因此具有廣闊的市場(chǎng)前景。用plc進(jìn)行開關(guān)量控制的實(shí)例很多，在冶金、機(jī)械、紡織、輕工、化工、鐵路等行業(yè)幾乎都需要它，如燈光照明、機(jī)床電控、食品加工、印刷機(jī)械、電梯、自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)、液體混合自動(dòng)配料系統(tǒng)、生產(chǎn)流水線等方面的邏輯控制，都廣泛應(yīng)用plc來取代傳統(tǒng)的繼電氣控制。本次設(shè)計(jì)是將plc用于兩種液體混合灌裝設(shè)置的控制，對(duì)學(xué)習(xí)與實(shí)用是很好的結(jié)合。本設(shè)計(jì)

15、的主要研究范圍及要求達(dá)到的技術(shù)參數(shù)有：1.、液體灌裝機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)混料罐安全、高效的加料、混料、出料的控制；2、.滿足混料罐的各項(xiàng)技術(shù)要求；3、.具體內(nèi)容包括兩種液體混料控制方案的設(shè)計(jì)、軟硬件電路的設(shè)計(jì)、常見故障分析等等。2 混料罐控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)2.1 方案設(shè)計(jì)原則整個(gè)設(shè)計(jì)過程是按思想工藝流程設(shè)計(jì)，為設(shè)備安裝、運(yùn)行和保護(hù)檢修服務(wù)，設(shè)計(jì)的編寫按照國(guó)家關(guān)于電氣自動(dòng)化工程設(shè)計(jì)中的電氣設(shè)備常用基本圖形符號(hào)(gb4728）及其他相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范編寫。設(shè)計(jì)原則主要包括：工作條件；工程對(duì)電氣控制線路提供的具體資科，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(jì)、合理、合用，減小設(shè)備成本。在方案的選擇、

16、元器件的選型時(shí)更多的考慮新技術(shù)、新產(chǎn)品?？刂朴扇斯た刂频阶詣?dòng)控制，由模擬控制到徽機(jī)控制，使功能的實(shí)現(xiàn)由一到多而且更加趨于充善。對(duì)于本課題來說，液體混合系統(tǒng)部分是一個(gè)較大規(guī)模工業(yè)控制系統(tǒng)的改適升級(jí)，新控制裝置需要報(bào)據(jù)企業(yè)設(shè)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(duì)于人機(jī)交互方式改造后系統(tǒng)的操作模式應(yīng)盡量和改造前的相類似，以便于操作人員迅逮掌握。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(jī)交互界面友好，應(yīng)具備數(shù)據(jù)儲(chǔ)存和分析匯總的能力。要實(shí)現(xiàn)整個(gè)液體混合控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，需要從怎樣實(shí)現(xiàn)各電磁閥的開關(guān)以及電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)的控制這個(gè)角度去考慮，

17、現(xiàn)在就這個(gè)問越的如何實(shí)現(xiàn)以及選擇怎樣的方法來確定系統(tǒng)方案。2.2 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)要求1.、本設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)對(duì)混料罐的加料、混料、出料的控制。2、本設(shè)計(jì)使用液位h、i、l3個(gè)傳感器控制液體a、液體b的進(jìn)入和混合液排出的3個(gè)電磁閥門及攪拌機(jī)的啟停。2.3 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案 h、i、l分別為高、中、低液位傳感器，液位淹沒時(shí)接通，液體a、b電磁閥與混合液電磁閥由yv1、yv2、yv3控制，m為攪勻電動(dòng)機(jī)。圖2.1 攪拌控制系統(tǒng)示意圖2.4 控制對(duì)象分析控制要求：如圖2.1所示，sl1、sl2、sl3為3個(gè)液位傳感器，液體淹沒時(shí)接通。進(jìn)液閥q00、q01分別控制a液體和b液體進(jìn)液，出液閥控制混合液體出液。

18、1、初始狀態(tài) 當(dāng)裝置投入運(yùn)行時(shí)，進(jìn)液閥q00、q01關(guān)閉，出液閥q03打開20秒將容器中的殘存液體放空后關(guān)閉。2、起動(dòng)操作 按下起動(dòng)按鈕sb1，液體混合裝置開始按以下順序工作：（1）進(jìn)液閥q00打開，a液體流入容器，液位上升。（2）當(dāng)液位上升到sl2處時(shí)，進(jìn)液閥q00關(guān)閉，a液體停止流入，同時(shí)打開進(jìn)液閥q01，b液體開始流入容器。（3）當(dāng)液位上升到sl1處，進(jìn)液閥q01關(guān)閉，b液體停止流入，同時(shí)攪拌電動(dòng)機(jī)開始工作。（4）攪拌1分鐘后，停止攪拌，放液閥q02打開，開始放液，液位開始下降。（5）當(dāng)液位下降到sl3處時(shí)，開始計(jì)時(shí)且裝置繼續(xù)放液，將容器放空，計(jì)時(shí)滿20秒后關(guān)閉放液閥q02，自動(dòng)開始下一

19、個(gè)循環(huán)。3、停止操作 工作中，若按下停止按鈕sb2，裝置不會(huì)立即停止，而是完成當(dāng)前工作循環(huán)后再停止。3 混料罐控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3.1 選擇plc傳統(tǒng)的控制方法是采用維電器一接觸器控制。這種控制系統(tǒng)較復(fù)雜，并且大量的硬件接線使系統(tǒng)可靠性降低，也簡(jiǎn)潔地降低了設(shè)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(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)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(dòng)控制設(shè)備，不僅能實(shí)現(xiàn)對(duì)開關(guān)量信號(hào)的邏輯控制，還能實(shí)現(xiàn)與上位計(jì)算機(jī)等智能設(shè)備之問的通信。因此，將可編程控制器應(yīng)用于多種液體混合灌裝機(jī)，完全能滿足控制要求。且具有操作簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠、工藝參數(shù)修改方便、自動(dòng)化程度高等優(yōu)

20、點(diǎn)。在本控制系統(tǒng)中，所需的開關(guān)量輸入為5點(diǎn)，開關(guān)量輸出為4點(diǎn)，考慮到系統(tǒng)的可擴(kuò)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，選用日本三菱公司生產(chǎn)的fx1n-14mr-001型（輸入8點(diǎn)/輸出6點(diǎn)）plc作控制單元來控制整個(gè)系統(tǒng)。圖3.1 fx1n-14mr-001型plcplc的一般結(jié)構(gòu)如圖3.2所示，由圖可見主要有6個(gè)部分組成，包括cpu（中央處理器）、存儲(chǔ)器、輸入輸出接口電路、電源、外設(shè)接口、i/o擴(kuò)展接口。1、中央處理單元（cpu)cpu一樣，plc中的cpu也是整個(gè)系統(tǒng)的核心部件，主要有運(yùn)算器、控制器、寄存器及實(shí)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

21、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(gè)系統(tǒng)的控制規(guī)模、工作速度和內(nèi)存容量等2、存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器存放系統(tǒng)軟件的存儲(chǔ)器稱為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器。存放應(yīng)用軟件的存儲(chǔ)器稱為用戶程序存儲(chǔ)器。plc常用的存儲(chǔ)器類型有ram、eprom、eeprom等。圖3.2 plc機(jī)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(duì)外功能主要是通過各種i/o接口模塊與外界聯(lián)系而實(shí)現(xiàn)的。輸入模塊和輸出模塊是plc與現(xiàn)場(chǎng)i/o裝置或設(shè)備之間的連接部件。起著plc與外部設(shè)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、

22、電源模塊輸入、輸出接口電路是plc與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備相連接的部件。它的作用是將槍入信號(hào)轉(zhuǎn)換為plc能夠接收和處理的信號(hào)，將cpu送來的弱電信號(hào)轉(zhuǎn)換為外部設(shè)備所需要的強(qiáng)電信號(hào)。3.2 選擇接觸器選用cjx1-9，220v型接觸器，如圖3.3所示：其中“c”表示接觸器，“j”表示交流，20為設(shè)計(jì)編號(hào)，10/16為主觸頭額定電流。圖3.3 cjx1-9，220v型交流接觸器3.2.1 用途cjx1系列交流接觸器(以下簡(jiǎn)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9475a（380v、ac-3使用類別）的電力線路中供遠(yuǎn)距離接通或分?jǐn)嚯娐分?，可頻繁地起動(dòng)及控制交流電動(dòng)

23、機(jī)。適用于控制交流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、停止及反轉(zhuǎn)。3.2.2 工作條件海拔高度不超過2000米；周圍環(huán)境溫度：-25+40；空氣相對(duì)濕度：在40時(shí)不超過50%，在較低溫度下允許有較大的相對(duì)濕度；大氣條件：沒有會(huì)引起爆炸危險(xiǎn)的介質(zhì)，也沒有會(huì)腐蝕金屬和破壞絕緣的氣體和導(dǎo)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(dòng)和沖擊的地方；在沒有雨雪侵襲的地方；控制電壓允許變動(dòng)范圍：85%110%us。3.2.3 結(jié)構(gòu)特征總體結(jié)構(gòu)：接觸器為e字形鐵芯，雙斷點(diǎn)觸頭的直動(dòng)式運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)。接觸器動(dòng)作機(jī)構(gòu)靈活，手動(dòng)檢查方便，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)緊湊，可防止外界雜物及灰塵落入接觸器活動(dòng)部位。接線端有罩蓋，人手不會(huì)直接接觸帶

24、電部位，可確保使用安全。接觸器外形尺寸小巧，安裝面積小。安裝方式可用螺釘堅(jiān)固，938a也可扣裝在35毫米寬的標(biāo)準(zhǔn)安裝導(dǎo)軌上，具有裝卸迅速、方便之優(yōu)點(diǎn)。觸頭系統(tǒng)：主觸頭、輔助觸頭均為橋式雙斷點(diǎn)結(jié)構(gòu)，觸頭材料由導(dǎo)電性能優(yōu)越的銀合金制成，具有使用壽命長(zhǎng)及良好的接觸可靠性，滅弧室成封閉型，并由阻燃性材料阻擋電弧向外噴濺，保證人身及鄰近電器的安全。磁系統(tǒng)：938a接觸器的磁系統(tǒng)是通用的，電磁鐵工作可靠、損耗小、具有很高的機(jī)械強(qiáng)度，線圈的接線端裝有電壓規(guī)格的標(biāo)志牌，標(biāo)志牌按電壓等級(jí)著有特定的顏色，清晰醒目，接線方便，可避免因接錯(cuò)電壓規(guī)格而導(dǎo)致線圈燒毀。3.3 選擇攪拌電機(jī)三相異步電動(dòng)機(jī)應(yīng)用非常廣泛，因而正

25、確的選擇電動(dòng)機(jī)顯得極為重要。三相異步電動(dòng)機(jī)的選擇包括它的功率、種類、方式、電壓和轉(zhuǎn)速等。3.3.1 功率選擇合理選擇電動(dòng)機(jī)的功率是運(yùn)行安全和經(jīng)濟(jì)的可靠保證。所選電動(dòng)機(jī)的功率是由生產(chǎn)機(jī)械所需的 功率確定的。 1、連續(xù)運(yùn)行電動(dòng)機(jī)功率的選擇 原則：對(duì)于連續(xù)運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)，若負(fù)載是恒定負(fù)載，先算出生產(chǎn)機(jī)械的功率，所選電動(dòng)機(jī)的額 定功率稍大于或等于生產(chǎn)機(jī)械功率，（即若負(fù)載是變化的，計(jì)算比較復(fù)雜，通常根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械負(fù)載的變化規(guī)律（負(fù)載圖）求出等效的恒定負(fù)載，然后選擇電動(dòng)機(jī)。） 2.、短時(shí)運(yùn)行電動(dòng)機(jī)功率的選擇 原則：通常是根據(jù)過載系數(shù)來選擇短時(shí)運(yùn)行電動(dòng)機(jī)的功率。 （原因由于發(fā)熱慣性，在短時(shí)運(yùn)行時(shí)可以容許過載。工

26、作時(shí)間愈短，過載可以愈大。但電動(dòng)機(jī)的過載是受限制的）電動(dòng)機(jī)的額定功率是生產(chǎn)機(jī)械所要求功率的1/。3.3.2 種類和型式的選擇種類選擇原則：主要從交流或直流、機(jī)械特性、調(diào)速與起動(dòng)性能、維護(hù)及價(jià)格等方面來考慮。 結(jié)構(gòu)型式選擇原則：根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的周圍環(huán)境條件來確定。 電動(dòng)機(jī)常用的結(jié)構(gòu)型式有：開啟式、防護(hù)式、封閉式、防爆式。3.3.3 電壓和轉(zhuǎn)速的選擇電壓等級(jí)選擇原則：要根據(jù)電動(dòng)機(jī)類型、功率以及使用地點(diǎn)的電源電壓來決定。y系列籠型電動(dòng)機(jī)的額定電壓只有380v一個(gè)等級(jí)；大功率異步電動(dòng)機(jī)才采用3000v、6000v的電壓等級(jí)。 轉(zhuǎn)速選擇原則：根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的要求而選定。3.4 電動(dòng)機(jī)型號(hào)為y90s-6/0.

27、75kwy系列三相異步電動(dòng)機(jī)是一般用途低壓三相鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)基本系列。該系列可以滿足國(guó)內(nèi)外一般用途的需要，機(jī)座范圍80-315，是全國(guó)統(tǒng)一設(shè)計(jì)的系列產(chǎn)品。y系列電動(dòng)機(jī)具有高效、節(jié)能、性能好、振動(dòng)小、噪聲低、壽命長(zhǎng)、可靠性高、維護(hù)方便、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大等優(yōu)點(diǎn)。安裝尺寸和功率等級(jí)完全符合iec標(biāo)準(zhǔn)。采用b級(jí)絕緣、外殼防護(hù)等級(jí)為ip44，冷卻方式ic418.3.4 小型三極斷路器的選擇圖3.5 dz47-63系列小型斷路器適用范圍：dz47-63系列小型斷路器(以下簡(jiǎn)稱斷路器)，主要用于交流50hz，額定工作電壓至380v，額定電流至63a，額定短路分?jǐn)嗄芰Σ怀^6000a的配電線路中，作為過載和短路保

28、護(hù)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(biāo)準(zhǔn)。3.5 液位傳感器的選擇選用lsf-2.5型液位傳感器（圖3.6）圖3.6 lsf-2.5型液位傳感器其中“l(fā)”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)可提非常準(zhǔn)確、可靠的液位檢測(cè)，其原理是依據(jù)光的反射折射原理，當(dāng)沒有液體時(shí)，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(shí)，光被折射出去，這使得輸出發(fā)生變化，相應(yīng)的晶體管或繼電器動(dòng)作并輸出一個(gè)開關(guān)量。應(yīng)用此原理可制成單點(diǎn)或多點(diǎn)液位開關(guān)。lsf光電液位開關(guān)具有較高的適應(yīng)環(huán)境的能力，在耐腐蝕方面有較好的抵抗能力。

29、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(dá)2.5mpa；2、工作溫度上限為125；3、觸點(diǎn)壽命為100萬次；4、觸點(diǎn)容易為70w；5、開關(guān)電壓為24vdc；6、切換電流為0.5a。3.6 選擇電磁閥3.6.1 入罐液體的選用入罐液體的選用vf4-25型電磁閥，如圖3.7所示：圖3.7 vf4-25型電磁閥其中“v”表示電磁閥，“f”表示防腐蝕，4表示設(shè)計(jì)序號(hào)，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：l、材質(zhì)：聚四氟乙烯。使用介質(zhì)：硫酸、鹽酸、有機(jī)溶劑、化學(xué)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:220v50hz/60hz dc:2

30、4v；4、功率：ac:2.5kw；5、操作方式：常閉：通電打開，斷電關(guān)閉，動(dòng)作響應(yīng)迅速，高頻率。3.6.2 出罐液體的選用出罐液體的選用avf-40型電磁閥，如圖3.8所示：圖3-8 -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(diǎn)就是能通過設(shè)備上的按健設(shè)置來控制流量，達(dá)到定時(shí)排空的效果；2、 其閥體材料為：abs，有比較強(qiáng)的抗腐蝕能力；3、 使用電壓：ac:220v 50hz/60hz dc:24v；4、 功率：ac:5kw。3.7 選擇熱繼電器選用jr16b-60/3d型熱繼電器，如圖3

31、.9所示：圖3.9 jr16b-60/3d型熱繼電器其中“j”表示繼電器，“d”帶斷相保護(hù)相關(guān)元件主要技術(shù)參數(shù)及原理如下：l、 額定電流為20(a)2、 熱元件額定電流為32/45(a)3.8 plc i/o點(diǎn)分配分析原理從混料罐裝置的工作過程可以看出，整個(gè)工作過程主要分為初始準(zhǔn)、進(jìn)液1、進(jìn)液2、攪拌等5個(gè)階段，各階段是按順序，在相應(yīng)的轉(zhuǎn)換信號(hào)指令下從一個(gè)階段向另一個(gè)階段轉(zhuǎn)換，屬于順序控制。三菱plc具有專門的順序控制指令步進(jìn)指令，用步進(jìn)指令編程簡(jiǎn)單直觀、方便易讀。下面結(jié)合液體混料罐裝置，用步進(jìn)指令編程實(shí)現(xiàn)對(duì)它的控制。分析控制要求，輸入輸出設(shè)備。1、起動(dòng)操作。分析系統(tǒng)控制要求，可將系統(tǒng)的工作流

32、程分解為5個(gè)工作不，如圖3-1所示。第一步：初始準(zhǔn)備階段，出液閥q03打開，放液20s.第二步：按下起動(dòng)按鈕sb1，進(jìn)液閥q00打開，進(jìn)1液。第三步：sl2動(dòng)作，打開進(jìn)液閥q01，進(jìn)2液。第四步：sl1動(dòng)作，攪拌電動(dòng)機(jī)m工作，攪拌混合液1分鐘。第五步：1分鐘時(shí)間到，打開放液閥q02.放液至sl3處，開始計(jì)時(shí)且繼續(xù)放液，計(jì)時(shí)滿20s后，開始下一個(gè)循環(huán)。2、停止操作。在工作過程中，按下停止按鈕后，裝置不會(huì)立即停止，而是完成當(dāng)前工作循環(huán)后才會(huì)自動(dòng)停止。1）確定輸入設(shè)備 根據(jù)上述分析，系統(tǒng)有5個(gè)輸入信號(hào)：起動(dòng)、停止、液位傳感器sl1、sl2和sl3檢測(cè)信號(hào)。由此確定，系統(tǒng)的輸入設(shè)備有兩只按鈕和三只傳感

33、器，plc需要用5個(gè)輸入點(diǎn)分別與之相連。2）確定輸出設(shè)備 系統(tǒng)由進(jìn)液閥q00、q01分別控制1液和2液的進(jìn)液；出液閥q02控制放液；電動(dòng)機(jī)m進(jìn)行混合液體的攪拌。由此確定，系統(tǒng)的輸出設(shè)備有三只電磁閥和一只接觸器，plc需要用4個(gè)輸出點(diǎn)分別驅(qū)動(dòng)它們。根據(jù)確定的輸入|輸出設(shè)備及輸入|輸出點(diǎn)數(shù)，分配i/o點(diǎn)如下表3.1。3.8.1 輸入和輸出設(shè)備及i/o點(diǎn)分配表3.1 輸入和輸出設(shè)備及i/o點(diǎn)分配表輸入輸出元件代號(hào)功能輸入點(diǎn)元件代號(hào)功能輸入點(diǎn)sb1系統(tǒng)起動(dòng)x0km控制攪拌電動(dòng)機(jī)y0sb2系統(tǒng)停止x1q00進(jìn)液閥y4sl1液位傳感器x2q01進(jìn)液閥y5sl2液位傳感器x3q02進(jìn)液閥y6sl3液位傳感器

34、x43.9 主電路的設(shè)計(jì)根據(jù)以上所選的cjx1-9，220v型接觸器、dz47-63系列小型斷路器、jr16b-60/3d型熱繼電器和型號(hào)為y90s-6/0.75kw的電動(dòng)機(jī)可畫出其硬件接線圖，如圖3.10所示:圖3.10 硬件接線圖4 混料罐控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)4.1分析控制要求圖4.1 混料罐裝置工作流程圖4.2 系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖根據(jù)液體混合裝置工作流程圖可畫出狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，如圖4.2所示圖4.2 由工作流程圖演變而成的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖4.3 液體混料罐裝置狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖根據(jù)圖4.2由工作流程圖演變而成的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖可畫出液體混料罐裝置狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如4.3所示圖4.3 液體混料罐裝置狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖4.4 梯形圖執(zhí)

35、行原理分析1、s0狀態(tài)。plc運(yùn)行的第一個(gè)掃描周期，m8002接通（轉(zhuǎn)移條件成立），激活s0狀態(tài)，建立子母線。在子母線上，定時(shí)器t0開始定時(shí)20秒，y006動(dòng)作開始放液。定時(shí)時(shí)間到，y006復(fù)位停止放液。按下起動(dòng)按鈕，x000動(dòng)作，初始狀s0向一般狀態(tài)s20轉(zhuǎn)移2、s20狀態(tài)。stl s20激活s20狀態(tài)，建立子母線。在子母線上，y004動(dòng)作進(jìn)1液。當(dāng)液位上升至sl2處，x003動(dòng)作，向s21狀態(tài)轉(zhuǎn)移。3、s21狀態(tài)。stl s21激活s21狀態(tài)，建立子母線。在子母線上，y005動(dòng)作進(jìn)2液。液位上升至sl1處，x002動(dòng)作，向s22狀態(tài)轉(zhuǎn)移。4、s22狀態(tài)。stl s22激活s22狀態(tài)，建立子

36、母線。在子母線上，t1開始計(jì)時(shí)，y000動(dòng)作，開始攪拌混合體。60秒時(shí)間到，向s23狀態(tài)轉(zhuǎn)移。5、s23狀態(tài)。stl s23激活s23狀態(tài)，建立子母線。在子母線上，y006動(dòng)作開始放液。液位下降至sl3處，x004復(fù)位，開始定時(shí)20秒，時(shí)間到向s20狀態(tài)轉(zhuǎn)移，自動(dòng)進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。圖4.4 液體混料裝置梯形圖4.4.1初始狀態(tài)梯形圖分析系統(tǒng)的初始狀態(tài)s0被激活，y006動(dòng)作，開始放液、定時(shí)器t0線圈接通，開始計(jì)時(shí)，如圖4.5所示。圖4.5 初始狀態(tài)梯形圖4.4.2進(jìn)液體梯形圖分析按下起動(dòng)按鈕sb1后，x000動(dòng)作，s0狀態(tài)被關(guān)閉，s20狀態(tài)被激活，y004動(dòng)作，進(jìn)a液，如圖4.6所示。圖4.6

37、進(jìn)液體梯形圖4.4.3 混合液體梯形圖分析動(dòng)作sl1，x002動(dòng)作，s21狀態(tài)被關(guān)閉，s22狀態(tài)被激活，y000動(dòng)作，攪拌混合液體、定時(shí)器t1開始計(jì)時(shí)，如圖4.7所示：圖4.7 液位上升至sl1處的梯形圖窗口4.5 系統(tǒng)指令表表4-1 系統(tǒng)指令表程序步指令元件號(hào)程序步指令元件號(hào)0ldm800220sets221sets022stls223stls023outy0004outt0 k20024outt1 k6007ldit027ldt18outy00628sets239ldx00030stls2310sets2031outy00612stls2032ldix00413outy00433outt2

38、 k20014ldx00336ldt215sets2137sets2017stls2139ret18outy00540end19ldx0025 系統(tǒng)常見故障分析及維護(hù)為了延長(zhǎng)plc 控制系統(tǒng)的壽命，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)使用中要對(duì)該系統(tǒng)的沒備消耗、元器件設(shè)備故障發(fā)生點(diǎn)有比較準(zhǔn)確的估計(jì)，也就是說，要知道整個(gè)系統(tǒng)哪些部件最容易出故障，以便采取措施，希望能對(duì)plc 過程控制系統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和維護(hù)有所幫助。5.1 系統(tǒng)常見故障分析及維護(hù)統(tǒng)故障一般指整個(gè)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(chǎng)生產(chǎn)控制設(shè)備故障兩部分。plc系統(tǒng)包括中央處理器、主機(jī)箱、擴(kuò)展機(jī)箱、i/0模塊及相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)和外部設(shè)備?，F(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)

39、控制設(shè)備包括i/o端口和現(xiàn)場(chǎng)控制檢測(cè)設(shè)備，如繼電器、接觸器、閥門、電動(dòng)機(jī)等。5.2 系統(tǒng)故障分析及處理5.2.1 plc主機(jī)系統(tǒng)故障分析及處理plc主機(jī)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(dòng)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(zhǎng)期使用插拔模塊會(huì)適成局部印刷板或底板、接插件接口等處的總線很壞，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(diǎn)的氧化等都是系統(tǒng)總線損耗的原因。所以在系統(tǒng)設(shè)計(jì)和處理系統(tǒng)故障的時(shí)候要考慮到空氣、塵埃、紫外線等因素對(duì)設(shè)備的破壞。目前plc的主存儲(chǔ)器大多采用可擦寫rom，其使用壽命除

40、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，故降率已經(jīng)大大下降。對(duì)于plc主機(jī)系統(tǒng)的故障的預(yù)防及處理主要是提高集中控制室的管理水平，加裝降溫描施，定期除塵，使plc的外部環(huán)境符合其安裝運(yùn)行要求；同時(shí)在系統(tǒng)維修時(shí)，嚴(yán)格按照操作規(guī)程進(jìn)行操作，謹(jǐn)防人為的對(duì)主機(jī)系統(tǒng)造成損害。5.2.2 plc的i/o端口系統(tǒng)故障分析及處理plc最大的薄弱環(huán)節(jié)在i/0端口。plc的技術(shù)優(yōu)勢(shì)在于其i/o端口，在主機(jī)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)健部件，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

41、干擾對(duì)其影響，首先要按照其使用的要求進(jìn)行使用，不可隨意減少其外部保護(hù)設(shè)備，其次分析主要的干擾因素，對(duì)主要干擾源要進(jìn)行隔離或處理。 5.2.3 現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備故障分析及處理在整個(gè)過程控制系統(tǒng)中最容易發(fā)生故障地的地點(diǎn)在現(xiàn)場(chǎng)，現(xiàn)場(chǎng)中最容易出故障的有以下幾個(gè)方面。1、第1類故障點(diǎn)是在繼電器、接觸器。plc控制系統(tǒng)的日常維護(hù)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(chǎng)環(huán)境比較惡劣，接觸器觸點(diǎn)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(yīng)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(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的影響。2、第2類故障多發(fā)生在閥門等設(shè)備上。因?yàn)檫@

42、類設(shè)備的關(guān)鍵執(zhí)行部位，利用電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)推拉閥門或閘板的位置轉(zhuǎn)換，機(jī)械、電氣、液壓等各環(huán)節(jié)稍有不到位就會(huì)產(chǎn)生誤差或故障。長(zhǎng)期使用缺乏維護(hù)，機(jī)械、電氣失靈是故障產(chǎn)生的主要原因，因此在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)要加強(qiáng)對(duì)此類設(shè)備的巡檢，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理。3、第3類故障點(diǎn)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(hào)的不正常。這類設(shè)備安裝時(shí)信號(hào)線的屏蔽層應(yīng)單端可靠接地，并盡量與動(dòng)力電纜分開敷設(shè)，特別是高干擾的變頻器輸出電纜，而且要在plc內(nèi)部進(jìn)行軟件濾波。這類故障的發(fā)現(xiàn)及處理也和日常點(diǎn)巡檢有關(guān)，發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)及時(shí)處理。5.3 系統(tǒng)抗干擾性的分析和維護(hù) 由于plc是專門為工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境設(shè)計(jì)的裝置，因此一般不需要再采取特殊措

43、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(qiáng)烈，可能使plc引起錯(cuò)誤的輸入信號(hào)；運(yùn)算出錯(cuò)誤的結(jié)果；產(chǎn)生出錯(cuò)誤的輸出信號(hào)；造成錯(cuò)誤的動(dòng)作，就不能保證控制系統(tǒng)正常、安全運(yùn)行。因此為提高控制系統(tǒng)的可靠性，在設(shè)計(jì)時(shí)采取相應(yīng)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、電源的干擾供電電源的波動(dòng)以及電源電壓中高次諧波產(chǎn)生的干擾。2、感應(yīng)電壓的干擾plc周圍鄰近的大容量設(shè)備啟動(dòng)和停止時(shí)，因電磁感應(yīng)引起的于擾；其它設(shè)備或空中強(qiáng)電場(chǎng)通過分布電容串入plc引起的干擾。3、輸入輸出信號(hào)的干擾輸入沒備的輸入信號(hào)線間寄生電容引起的差模干擾和輸入信號(hào)線與大地間的共模干擾；在感性負(fù)載的場(chǎng)合，輸出

44、信號(hào)由斷開一閉合時(shí)產(chǎn)生的突變電流和由閉合一斷開的反向感應(yīng)電勢(shì)以及電磁接觸器的接點(diǎn)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(hào)線絕緣降低，安裝，布線不合理等產(chǎn)生的干擾。提高plc控制系統(tǒng)抗干擾性能的措施：(1) 科學(xué)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(diǎn)，完善接地系統(tǒng)；(4) 柜內(nèi)合理選線配線，降低干擾。6 結(jié) 論本設(shè)計(jì)主要闡述液體混料罐的自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)液體混料全過程：即進(jìn)料、混料、出料的自動(dòng)控制。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行穩(wěn)定可靠。使用了三菱fx1n-14mr-001型號(hào)plc，設(shè)計(jì)了控制程序。由于客觀條件的限制，在本設(shè)計(jì)中沒有將指令程序通過編程器送入plc，并且還未進(jìn)行系統(tǒng)模擬調(diào)試和完善程序。至于后面的硬件系統(tǒng)的安裝、對(duì)整個(gè)系