[優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計(jì)精品] 基于西門(mén)子PLC液體藥品成分混合的控制設(shè)計(jì)

1、 畢業(yè)設(shè)計(jì) 基于西門(mén)子基于西門(mén)子 plcplc 液體藥品成分混合的控制設(shè)計(jì)液體藥品成分混合的控制設(shè)計(jì)系系 部部 電子信息工程電子信息工程 專(zhuān)專(zhuān) 業(yè)業(yè) 名名 稱(chēng)稱(chēng) 電子信息科學(xué)與技術(shù)電子信息科學(xué)與技術(shù) 班班 級(jí)級(jí) 電子信息科學(xué)與技術(shù)電子信息科學(xué)與技術(shù) 2 2 班班 姓姓 名名 學(xué)學(xué) 號(hào)號(hào) 指指 導(dǎo)導(dǎo) 教教 師師 2010 年 11 月 28 日 基于西門(mén)子基于西門(mén)子 plcplc 液體藥品成分混合的控制設(shè)計(jì)液體藥品成分混合的控制設(shè)計(jì) 摘 要 plc 是以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心的通用自動(dòng)控制裝置，也可以說(shuō)它是一種用程序來(lái)改變控制功能的計(jì)算機(jī)。隨著微處理器、計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)的飛速發(fā)展，可編程序控制器 pl

2、c 已在工業(yè)控制中得到廣泛應(yīng)用，而且所占比重在迅速的上升。plc 主要由 cpu 模塊、輸入模塊、輸出模塊和編程裝置組成。它應(yīng)用于工業(yè)混合攪拌設(shè)備，使得攪拌過(guò)程實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化控制、并且提升了攪拌設(shè)備工作的穩(wěn)定性，為攪拌機(jī)械順利、有序、準(zhǔn)確的工作創(chuàng)造了有力的保障。本文所介紹的多種液體混合的 plc 控制程序可進(jìn)行單周期或連續(xù)工作，具有斷電記憶功能，復(fù)電后可以繼續(xù)運(yùn)行。另外，plc 還有通信聯(lián)網(wǎng)功能，再通過(guò) wincc 組態(tài)，可直接對(duì)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控、更方便工作和管理。關(guān)鍵詞：可編程序控制器 plc；液位傳感器； 定時(shí)器；based on plc control system of mixing effci

3、eng abstractcomputer technology as the core of plc in the general automatic control equipment, it is a kind of program to change control function of the computer. as microprocessors, computer and communication technology, the rapid development of plc programmable controller has widely applied in ind

4、ustrial control, and the proportion of the rapid rise in. plc mainly consists of cpu module, input and output module and programming module device. it is applied in industry, mixing equipment mixing process realized automation control, and improved the stability, agitate equipment work for the mixin

5、g machine smoothly, orderly, accurate working creates powerful guarantee. this paper introduces various liquid mixture of plc control procedures can be a single cycle or continuous working memory function, can continue running after, wired back. in addition, plc and communications, networking wincc

6、configuration, but through direct to site monitoring and management, and more convenient.key words: : plc programmable controller, level sensor, the timer,目錄目錄第一章 引言.1第二章 總體方案設(shè)計(jì).3第三章第三章 硬件設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì).53.1 硬件選型，根據(jù) plc 的輸入、出點(diǎn)數(shù)，控制功能選擇適用型號(hào)的 plc.53.1.1 plc 機(jī)型選擇.53.1.2 plc 容量選擇.73.1.3 i/o 模塊的選擇.73.1.4 電源模塊的選擇.

7、93.1.5 設(shè)備型號(hào)選擇.103.2 外部接線圖.103.3 系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)，可靠性、實(shí)用性強(qiáng).11第四章 程序設(shè)計(jì).134.1 設(shè)計(jì)程序的流程圖 .134.2 i/o 分配表.144.3 控制程序設(shè)計(jì)，最大限度的滿足被控對(duì)象的控制要求.154.3.2 程序設(shè)計(jì).17第六章 系統(tǒng)調(diào)試.226.1 系統(tǒng)模擬調(diào)試，在編程軟件和仿真軟件對(duì)控制程序調(diào)試.22第七章 總結(jié).247.1 本設(shè)計(jì)的整體內(nèi)容和要求.247.2 本設(shè)計(jì)的功能和優(yōu)點(diǎn).247.3 本次設(shè)計(jì)的心得體會(huì).25結(jié)論.26致 謝.27參考文獻(xiàn).28第一章引第一章引 言言1.1plc 的創(chuàng)始和發(fā)展過(guò)程為了提高產(chǎn)品質(zhì)量，縮短生產(chǎn)周期，適應(yīng)產(chǎn)品迅

8、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(guò)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(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

9、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(jiàn)于工業(yè)生產(chǎn)中，適合大中型飲料生產(chǎn)廠家，尤其見(jiàn)于化學(xué)化工業(yè)中，便于學(xué)以致用。 plcplc 的中國(guó)現(xiàn)狀的中國(guó)現(xiàn)狀 我國(guó)工業(yè)企業(yè)的自動(dòng)化程度普遍偏低，plc 產(chǎn)品的應(yīng)用空間還很大。例如機(jī)械行業(yè)，80%以上的設(shè)備仍使用傳統(tǒng)的繼電器和接觸器控制?？梢哉f(shuō)，plc 在我國(guó)工業(yè)中的應(yīng)用潛力還遠(yuǎn)沒(méi)有得到充分發(fā)揮，大部分小型企業(yè)尚未完全應(yīng)用自動(dòng)化系統(tǒng)和產(chǎn)品。在未來(lái)愈見(jiàn)激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中，這部分企業(yè)勢(shì)必需要應(yīng)用自動(dòng)化系統(tǒng)以提升自身實(shí)力，這將是 plc 市場(chǎng)壯大的一塊良好培養(yǎng)基。 中國(guó)加入 wto 后，越來(lái)越多跨國(guó)企業(yè)把制造基地轉(zhuǎn)移至中國(guó)。制造業(yè)的控制主要以離

10、散控制為主，plc 是該領(lǐng)域控制系統(tǒng)的首選，制造企業(yè)為提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量，必然會(huì)大量采用 plc，從而為 plc 的應(yīng)用提供廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景。 2007-2012 年中國(guó) plc 市場(chǎng)規(guī)模及預(yù)測(cè)(單位：億元)資料來(lái)源：中國(guó)自動(dòng)化網(wǎng) plc 市場(chǎng)研究報(bào)告我國(guó)開(kāi)始研制 plc 產(chǎn)品是上世紀(jì) 70 年代中期。90 年代，由于 plc 應(yīng)用不斷深入，國(guó)內(nèi)又掀起研制 plc 的高潮，雖然仍是小型 plc，批量亦不大，但其功能、質(zhì)量和可靠性比 70 年代的產(chǎn)品有明顯的提高。 為盡快提升我國(guó) plc 的技術(shù)水平，引進(jìn) plc 的先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)，中外合資或外商獨(dú)資企業(yè)在國(guó)內(nèi)開(kāi)始批量生產(chǎn) plc。西門(mén)子公

11、司率先在大連建立 plc 生產(chǎn)企業(yè)；歐姆龍公司在上海生產(chǎn)的 plc 遠(yuǎn)銷(xiāo)海內(nèi)外。 目前，中國(guó) plc 市場(chǎng)的 95以上被國(guó)外品牌占領(lǐng)。值得欣慰的是，國(guó)內(nèi)已有具有較強(qiáng)實(shí)力的公司開(kāi)始拓展 plc 業(yè)務(wù)，并在中國(guó) plc 市場(chǎng)有了一定響應(yīng)。北京和利時(shí)系統(tǒng)工程股份有限公司就是一個(gè)典范。 plcplc 的行業(yè)應(yīng)用的行業(yè)應(yīng)用 冶金作為大型 plc 最大的應(yīng)用行業(yè)，占據(jù)了大約 1/4 的市場(chǎng)。冶金行業(yè)各控制環(huán)節(jié)要求精度高，控制點(diǎn)數(shù)多，故而是大中型 plc 應(yīng)用的主要行業(yè)。就中國(guó)而言，我們的冶金行業(yè)的現(xiàn)狀是非常落后、裝備技術(shù)水平低，相信隨著下游市場(chǎng)要求的提高和競(jìng)爭(zhēng)的加劇，將帶來(lái)大量的技術(shù)改造項(xiàng)目和高端生產(chǎn)線的

12、投資。中國(guó)已有 6000 多家冶金企業(yè)，有大量在用的 plc 產(chǎn)品和眾多升級(jí)換代及備品備件市場(chǎng)。汽車(chē)業(yè)是最有潛力的 plc 行業(yè)之一，主要需對(duì)各生產(chǎn)線的工位進(jìn)行控制，plc 的應(yīng)用數(shù)量多，但控制點(diǎn)數(shù)并不高，多在 300 個(gè) i/o 左右，以中型 plc 為主。 電力行業(yè)本身的自動(dòng)化水平很高，對(duì) plc 的應(yīng)用規(guī)?；鶖?shù)很大，是大中型plc 應(yīng)用的又一大行業(yè)。plc 系統(tǒng)在電力施工機(jī)械中得到廣泛應(yīng)用，并有良好的市場(chǎng)和空間。在化工行業(yè)，plc 市場(chǎng)保持著穩(wěn)定增長(zhǎng)。未來(lái)化工行業(yè)在合成材料和有機(jī)化工領(lǐng)域投資應(yīng)該會(huì)增大，這些領(lǐng)域項(xiàng)目對(duì)于自動(dòng)化產(chǎn)品的需求量比較大。同時(shí)，由于對(duì)化工行業(yè)環(huán)保要求的提高，化工廠需

13、要對(duì)周邊的水處理和循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行改造，會(huì)對(duì)自動(dòng)化產(chǎn)品產(chǎn)生一些新增要求。 plcplc 的未來(lái)發(fā)展的未來(lái)發(fā)展 許多年前就有人預(yù)言，plc 將要被 pc-based 控制系統(tǒng)取代。但 plc 的銷(xiāo)售仍以十分穩(wěn)定的增長(zhǎng)率逐年上升。目前的 plc 已經(jīng)與十年前大不相同，十年后的 plc 與如今的 plc 也勢(shì)必不同；但有兩個(gè)方面是不變的：其一，plc 會(huì)提供穩(wěn)定的控制響應(yīng)；其二，高度的可靠性。可以預(yù)見(jiàn)的 plc 發(fā)展趨勢(shì)如下： 一是向高速度、大容量方向發(fā)展。為提高 plc 的處理能力，要求 plc 具有更好的響應(yīng)速度和更大的存儲(chǔ)容量。目前，有的 plc 的掃描速度可達(dá) 0.1ms/k 步左右。存儲(chǔ)容量方

14、面，有的 plc 最高可達(dá)幾十兆字節(jié)。為擴(kuò)大存儲(chǔ)容量，有的公司已使用了磁泡存儲(chǔ)器或硬盤(pán)。 二是向超大型、超小型兩個(gè)方向發(fā)展。當(dāng)前中小型 plc 比較多，為了適應(yīng)市場(chǎng)的多種需要，今后 plc 要向多品種方向發(fā)展，特別是向超大型和超小型兩個(gè)方向發(fā)展?，F(xiàn)已有 i/o 點(diǎn)數(shù)達(dá) 14336點(diǎn)的超大型 plc，使用 32 位微處理器，多 cpu 并行工作和大容量存儲(chǔ)器。最小配置的 i/o 點(diǎn)數(shù)為 816 點(diǎn)，以適應(yīng)單機(jī)及小型自動(dòng)控制的需要。 三是 plc 大力開(kāi)發(fā)智能模塊，加強(qiáng)聯(lián)網(wǎng)通信能力。 plc 廠商不斷開(kāi)發(fā)出許多功能模塊，如高速計(jì)數(shù)模塊、溫度控制模塊、遠(yuǎn)程 i/o 模塊、通信和人機(jī)接口模塊等。這些帶

15、 cpu 和存儲(chǔ)器的智能 i/o 模塊，既擴(kuò)展了 plc 功能，又使用靈活方便，擴(kuò)大了 plc 應(yīng)用范圍。四是增強(qiáng)外部故障的檢測(cè)與處理能力。根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料表明：在 plc 控制系統(tǒng)的故障中，cpu 占 5%，i/o 接口占15%，輸入設(shè)備占 45%，輸出設(shè)備占 30%，線路占 5%。前兩項(xiàng)共 20%故障屬于plc 的內(nèi)部故障；其余 80%的故障屬于 plc 的外部故障。因此，plc 生產(chǎn)廠商都致力于研制、發(fā)展用于檢測(cè)外部故障的專(zhuān)用智能模塊，以期進(jìn)一步提高系統(tǒng)的可靠性。 五是編程語(yǔ)言多樣化。在 plc 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不斷發(fā)展的同時(shí)，plc 的編程語(yǔ)言也越來(lái)越豐富，功能也不斷提高。除了大多數(shù) plc 使用

16、的梯形圖語(yǔ)言外，陸續(xù)出現(xiàn)了面向順序控制的步進(jìn)編程語(yǔ)言、面向過(guò)程控制的流程圖語(yǔ)言、與計(jì)算機(jī)兼容的高級(jí)語(yǔ)言等。多種編程語(yǔ)言的并存、互補(bǔ)與發(fā)展是 plc 進(jìn)步的一種趨勢(shì)。 我們一同簡(jiǎn)略回顧 plc 一路走來(lái)的歷程，分析在中國(guó)所處的現(xiàn)狀，展望未來(lái)可能發(fā)展的趨勢(shì)。我們同所有開(kāi)發(fā)生產(chǎn) plc、受益于 plc 的人們一樣，樂(lè)于見(jiàn)到 plc 在未來(lái)的年月里，有更穩(wěn)健的發(fā)展，更廣闊的空間。尤其希望看到中國(guó)的 plc 自主開(kāi)發(fā)能力的提升，和應(yīng)用市場(chǎng)的拓展。plc（可編程控制器）在現(xiàn)代的自動(dòng)化行業(yè)中應(yīng)用廣泛，為適應(yīng)工業(yè)環(huán)境使用，與一般控制裝置相比較，plc 機(jī)有以下特點(diǎn)： 1.1. 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)可靠性高，

17、抗干擾能力強(qiáng)工業(yè)生產(chǎn)對(duì)控制設(shè)備的可靠性要求：平均故障間隔時(shí)間長(zhǎng)故障修復(fù)時(shí)間（平均修復(fù)時(shí)間）短任何電子設(shè)備產(chǎn)生的故障，通常為兩種：偶發(fā)性故障。由于外界惡劣環(huán)境如電磁干擾、超高溫、超低溫、過(guò)電壓、欠電壓、振動(dòng)等引起的故障。這類(lèi)故障，只要不引起系統(tǒng)部件的損壞，一旦環(huán)境條件恢復(fù)正常，系統(tǒng)也隨之恢復(fù)正常。但對(duì) plc 而言，受外界影響后，內(nèi)部存儲(chǔ)的信息可能被破壞。永久性故障。由于元器件不可恢復(fù)的破壞而引起的故障。如果能限制偶發(fā)性故障的發(fā)生條件，如果能使 plc 在惡劣環(huán)境中不受影響或能把影響的后果限制在最小范圍，使 plc 在惡劣條件消失后自動(dòng)恢復(fù)正常，這樣就能提高平均故障間隔時(shí)間；如果能在 plc 上

18、增加一些診斷措施和適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)手段，在永久性故障出現(xiàn)時(shí)，能很快查出故障發(fā)生點(diǎn)，并將故障限制在局部，就能降低 plc 的平均修復(fù)時(shí)間。為此，各 plc 的生產(chǎn)廠商在硬件和軟件方面采取了多種措施，使 plc 除了本身具有較強(qiáng)的自診斷能力，能及時(shí)給出出錯(cuò)信息，停止運(yùn)行等待修復(fù)外，還使 plc 具有了很強(qiáng)的抗干擾能力。硬件措施：主要模塊均采用大規(guī)?；虺笠?guī)模集成電路，大量開(kāi)關(guān)動(dòng)作由無(wú)觸點(diǎn)的電子存儲(chǔ)器完成，i/o 系統(tǒng)設(shè)計(jì)有完善的通道保護(hù)和信號(hào)調(diào)理電路。 屏蔽對(duì)電源變壓器、cpu、編程器等主要部件，采用導(dǎo)電、導(dǎo)磁良好的材料進(jìn)行屏蔽，以防外界干擾。 濾波對(duì)供電系統(tǒng)及輸入線路采用多種形式的濾波，如 lc 或

19、型濾波網(wǎng)絡(luò)，以消除或抑制高頻干擾，也削弱了各種模塊之間的相互影響。 電源調(diào)整與保護(hù)對(duì)微處理器這個(gè)核心部件所需的+5v 電源，采用多級(jí)濾波，并用集成電壓調(diào)整器進(jìn)行調(diào)整，以適應(yīng)交流電網(wǎng)的波動(dòng)和過(guò)電壓、欠電壓的影響。 隔離在微處理器與 i/o 電路之間，采用光電隔離措施，有效地隔離 i/o 接口與 cpu 之間電的聯(lián)系，減少故障和誤動(dòng)作；各 i/o 口之間亦彼此隔離。 采用模塊式結(jié)構(gòu)這種結(jié)構(gòu)有助于在故障情況下短時(shí)修復(fù)。一旦查出某一模塊出現(xiàn)故障，能迅速更換，使系統(tǒng)恢復(fù)正常工作；同時(shí)也有助于加快查找故障原因。軟件措施：有極強(qiáng)的自檢及保護(hù)功能。故障檢測(cè)軟件定期地檢測(cè)外界環(huán)境，如掉電、欠電壓、鋰電池電壓過(guò)低

20、及強(qiáng)干擾信號(hào)等。以便及時(shí)進(jìn)行處理。信息保護(hù)與恢復(fù)當(dāng)偶發(fā)性故障條件出現(xiàn)時(shí)，不破壞 plc 內(nèi)部的信息。一旦故障條件消失，就可恢復(fù)正常，繼續(xù)原來(lái)的程序工作。所以，plc 在檢測(cè)到故障條件時(shí)，立即把現(xiàn)狀態(tài)存入存儲(chǔ)器，軟件配合對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行封閉，禁止對(duì)存儲(chǔ)器的任何操作，以防存儲(chǔ)信息被沖掉。設(shè)置警戒時(shí)鐘 wdt（看門(mén)狗）如果程序每循環(huán)執(zhí)行時(shí)間超過(guò)了 wdt規(guī)定的時(shí)間，預(yù)示了程序進(jìn)入死循環(huán)，立即報(bào)警。加強(qiáng)對(duì)程序的檢查和校驗(yàn)一旦程序有錯(cuò)，立即報(bào)警，并停止執(zhí)行。對(duì)程序及動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行電池后備停電后，利用后備電池供電，有關(guān)狀態(tài)及信息就不會(huì)丟失。plc 的出廠試驗(yàn)項(xiàng)目中，有一項(xiàng)就是抗干擾試驗(yàn)。它要求能承受幅值為100

21、0v，上升時(shí)間 1ns，脈沖寬度為 1s 的干擾脈沖。一般，平均故障間隔時(shí)間可達(dá)幾十萬(wàn)上千萬(wàn)小時(shí)；制成系統(tǒng)亦可達(dá) 45 萬(wàn)小時(shí)甚至更長(zhǎng)時(shí)間。 2 .通用性強(qiáng)，控制程序可變，使用方便plc 品種齊全的各種硬件裝置，可以組成能滿足各種要求的控制系統(tǒng)，用戶不必自己再設(shè)計(jì)和制作硬件裝置。用戶在硬件確定以后，在生產(chǎn)工藝流程改變或生產(chǎn)設(shè)備更新的情況下，不必改變 plc 的硬設(shè)備，只需改編程序就可以滿足要求。因此，plc 除應(yīng)用于單機(jī)控制外，在工廠自動(dòng)化中也被大量采用。 3.功能強(qiáng)，適應(yīng)面廣現(xiàn)代 plc 不僅有邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、順序控制等功能，還具有數(shù)字和模擬量的輸入輸出、功率驅(qū)動(dòng)、通信、人機(jī)對(duì)話、自檢

22、、記錄顯示等功能。既可控制一臺(tái)生產(chǎn)機(jī)械、一條生產(chǎn)線，又可控制一個(gè)生產(chǎn)過(guò)程。 4.編程簡(jiǎn)單，容易掌握目前，大多數(shù) plc 仍采用繼電控制形式的“梯形圖編程方式”。既繼承了傳統(tǒng)控制線路的清晰直觀，又考慮到大多數(shù)工廠企業(yè)電氣技術(shù)人員的讀圖習(xí)慣及編程水平，所以非常容易接受和掌握。梯形圖語(yǔ)言的編程元件的符號(hào)和表達(dá)方式與繼電器控制電路原理圖相當(dāng)接近。通過(guò)閱讀 plc 的用戶手冊(cè)或短期培訓(xùn)，電氣技術(shù)人員和技術(shù)工很快就能學(xué)會(huì)用梯形圖編制控制程序。同時(shí)還提供了功能圖、語(yǔ)句表等編程語(yǔ)言。 5.減少了控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及施工的工作量由于 plc 采用了軟件來(lái)取代繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時(shí)間繼電器、計(jì)數(shù)器等器件

23、，控制柜的設(shè)計(jì)安裝接線工作量大為減少。同時(shí)，plc 的用戶程序可以在實(shí)驗(yàn)室模擬調(diào)試，更減少了現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)試工作量。并且，由于plc 的低故障率及很強(qiáng)的監(jiān)視功能，模塊化等等，使維修也極為方便。6.體積小、重量輕、功耗低、維護(hù)方便plc 是將微電子技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)設(shè)備的產(chǎn)品，其結(jié)構(gòu)緊湊，堅(jiān)固，體積小，重量輕，功耗低。并且由于 plc 的強(qiáng)抗干擾能力，易于裝入設(shè)備內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。以三菱公司的 f1-40m 型 plc 為例：其外型尺寸僅為 305110110mm，重量 2.3kg，功耗小于 25va；而且具有很好的抗振、適應(yīng)環(huán)境溫、濕度變化的能力?，F(xiàn)在三菱公司又有 fx 系列 plc

24、，與其超小型品種f1 系列相比：面積為 47%,體積為 36%，在系統(tǒng)的配置上既固定又靈活，輸入輸出可達(dá) 24128 點(diǎn)。計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)給大規(guī)模工業(yè)自動(dòng)化帶來(lái)了曙光。1968 年，美國(guó)最大的汽車(chē)制造廠商通用汽車(chē)（gm）公司提出了公開(kāi)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，把計(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(guò)程、面向問(wèn)題的“自然語(yǔ)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(fèi)大量的精力進(jìn)行計(jì)算機(jī)編程，也能像繼電器那樣方便地使用。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

25、的工業(yè)控制器，命名為可編程邏輯控制器（programmable logic controller），簡(jiǎn)稱(chēng) plc（有的稱(chēng)為 pc），并在 gm 公司的汽車(chē)自動(dòng)裝配線上試驗(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?chē)?guó)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(yīng)用，使 plc的功能不斷得到增強(qiáng)，產(chǎn)品得到飛速發(fā)展。采用基于 plc 的控制系統(tǒng)來(lái)取代原來(lái)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，

26、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(kāi)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)幾乎都需用到它，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(lái)取代傳統(tǒng)的繼電器控制。本次設(shè)計(jì)是將 plc 用于多種液體混合灌裝設(shè)置的控制，對(duì)學(xué)習(xí)與實(shí)用是很好的結(jié)合。1.2 西門(mén)子 plc s7 200作為全球自動(dòng)化領(lǐng)域技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)與時(shí)常的領(lǐng)導(dǎo)者，有著 150 余年歷史的西門(mén)子公司，以其一貫的樸實(shí)、穩(wěn)健的作風(fēng)和博大精深的創(chuàng)新文化，致力于以最先進(jìn)

27、的自動(dòng)化技術(shù)與產(chǎn)品，向用戶提供具有前瞻性的和最優(yōu)可靠的解決方案，以現(xiàn)實(shí)用戶最大限度的可持續(xù)發(fā)展和長(zhǎng)期的利益保障。全集成自動(dòng)化技術(shù)tia（totally intergrated automation）是西門(mén)子自動(dòng)化系統(tǒng)技術(shù)與產(chǎn)品的核心思想和主導(dǎo)理念。tia 集高度的集成統(tǒng)一性和前所未有的開(kāi)放性于一身，標(biāo)準(zhǔn)化的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)、統(tǒng)一的編程組態(tài)環(huán)境和高度一致的數(shù)據(jù)集成，使 tia 為企業(yè)實(shí)現(xiàn)了橫向和縱向的信息集成：領(lǐng)先的通訊標(biāo)準(zhǔn)、基于組件的自動(dòng)化技術(shù)（cba）與 it 集成，使 tia 對(duì)全球自動(dòng)化市場(chǎng)的產(chǎn)品和服務(wù)范圍真正開(kāi)放。 simatic s200 系列可編程控制器是西門(mén)子全集成自動(dòng)化系統(tǒng)中的控制

28、核心，是其集成與開(kāi)放特性的重要體現(xiàn)。該系列 plc 繼承了西門(mén)子上一代 plc simatic s5 系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠和故障率低的精髓，將先進(jìn)的控制思想、現(xiàn)代通訊技術(shù)和 it 技術(shù)的最新發(fā)展集于一身，在 cpu 運(yùn)算速度、程序執(zhí)行效率故障自診斷、聯(lián)網(wǎng)通訊、面向工藝和運(yùn)動(dòng)控制的功能集成以及實(shí)現(xiàn)故障安全的容錯(cuò)與冗余技術(shù)等方面取得了業(yè)界公認(rèn)的成績(jī)。不斷創(chuàng)新的 plc 編程組態(tài)工具 step7 采用 simatic 軟件的集成統(tǒng)一架構(gòu)，為實(shí)現(xiàn) plc 編程組態(tài)的易用性和友好性以及與上位機(jī)組態(tài)系統(tǒng)的集成統(tǒng)一性提供了一個(gè)功能強(qiáng)大、風(fēng)格一貫的軟件平臺(tái)，符合 iec611313 的多種高級(jí)編程語(yǔ)言的補(bǔ)充，使 p

29、lc 在實(shí)現(xiàn)復(fù)雜工藝編程、多重回路調(diào)節(jié)、甚至模糊控制（fuzzy control）和神經(jīng)元控制（neuron control）等智能控制算法時(shí)具有類(lèi)似高級(jí)編程語(yǔ)言的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。此外，simatic s7200plc 集成強(qiáng)大通訊功能，是其得以成功的另一個(gè)重要方面。如今profibus 有超過(guò) 1200 余家會(huì)員單位，全球的總安裝節(jié)點(diǎn)已經(jīng)突破 1000 萬(wàn)，是全球公認(rèn)的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)的領(lǐng)跑者；新一代工業(yè)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn) proflnet 的提出，為以太網(wǎng)在工業(yè)領(lǐng)域更大范圍的應(yīng)用提供了技術(shù)保障，憑借集成統(tǒng)一的通訊，simatic s7200 在現(xiàn)實(shí)車(chē)間級(jí)、工廠級(jí)、企業(yè)級(jí)乃至全球企業(yè)鏈的生產(chǎn)控制與協(xié)同管

30、理中起到中堅(jiān)作用。幾年以前，當(dāng)控制界在圍繞 plc、dcs 和基于 pc 的解決方案，爭(zhēng)論何者將成為控制系統(tǒng)主流時(shí)，當(dāng)人們?cè)跒槿绾瓮黄啤白詣?dòng)化孤島”而積極思考、探索和憂慮時(shí)，攜全集成自動(dòng)化的利念，西門(mén)子提出通過(guò)不斷豐富和發(fā)展 plc 的控制功能和總線通訊技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了橫跨工廠自動(dòng)化和過(guò)程自動(dòng)化兩大自動(dòng)化領(lǐng)域的統(tǒng)一的控制策略。如今 simatic s7200 plc 在全球自動(dòng)化各個(gè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用和成功經(jīng)驗(yàn)，充分證明了 plc 解決方案的強(qiáng)大生命力和多種不同控制系統(tǒng)在技術(shù)、歷年突飛猛進(jìn)的過(guò)程中殊途同歸的必然趨勢(shì)。cpu 224 cn本機(jī)集成14 輸入/10 輸出共24 個(gè)數(shù)字量i/o 點(diǎn)?？蛇B接7

31、 個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至168 路數(shù)字量i/o 點(diǎn)或35 路模擬量i/o 點(diǎn)。16k 字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。6 個(gè)獨(dú)立的30khz 高速計(jì)數(shù)器，2 路獨(dú)立的20khz 高速脈沖輸出，具有pid 控制器。1 個(gè)rs485 通訊/編程口，具有ppi 通訊協(xié)議、mpi 通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。i/o 端子排可很容易地整體拆卸。是具有較強(qiáng)控制能力的控制器。四種cpu 具有 集成的24v 負(fù)載電源：可直接連接到傳感器和變送器（執(zhí)行器），cpu 221，cpu222 cn 具有180ma 輸出， cpu 224 cn，cpu 224xp cn，cpu 226 cn 分別輸出280，400ma。可用作

32、負(fù)載電源。 不同的設(shè)備類(lèi)型cpu 221 和cpu 222226 cn 各有2 種類(lèi)型cpu，具有不同的電源電壓和控制電壓。 本機(jī)數(shù)字量輸入/輸出點(diǎn)cpu 221 具有6 個(gè)輸入點(diǎn)和4 個(gè)輸出點(diǎn)，cpu 222 cn 具有8 個(gè)輸入點(diǎn)和6 個(gè)輸出點(diǎn)，cpu 224cn 具有14 個(gè)輸入點(diǎn)和10 個(gè)輸出點(diǎn)，cpu 224xp cn 具有14個(gè)輸入點(diǎn)和10 個(gè)輸出點(diǎn)，cpu226 cn 具有24 個(gè)輸入點(diǎn)和16 個(gè)輸出點(diǎn)。 本機(jī)模擬量輸入/輸出點(diǎn)cpu 224xp cn 具有2 個(gè)輸入點(diǎn)，1 個(gè)輸出點(diǎn)。 中斷輸入允許以極快的速度對(duì)過(guò)程信號(hào)的上升沿作出響應(yīng)。 高速計(jì)數(shù)器cpu 221 和cpu 22

33、2 cn4 個(gè)高速計(jì)數(shù)器（30khz），可編程并具有復(fù)位輸入，2 個(gè)獨(dú)立的輸入端可同時(shí)作加、減計(jì)數(shù)，可連接兩個(gè)相位差為90的a/b 相增量編碼器cpu 224 cn/224xp cn/226 cn6 個(gè)高速計(jì)數(shù)器，具有cpu221/cpu 222 cn 相同的功能。 cpu 222 cn/224 cn/224xp cn/226 cn可方便地用數(shù)字量和模擬量擴(kuò)展模塊進(jìn)行擴(kuò)展。可使用仿真器（選件）對(duì)本機(jī)輸入信號(hào)進(jìn)行仿真，用于調(diào)試用戶程序。 模擬電位器cpu 221/cpu 222 cn 1 個(gè)cpu224 cn/224xp cn/226 cn2 個(gè)cpu 221 和cpu 222 cn /224

34、cn/224xp cn/226 cn 還具有 脈沖輸出2 路高頻率脈沖輸出，用于控制步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)實(shí)現(xiàn)定位任務(wù)。 實(shí)時(shí)時(shí)鐘例如為信息加注時(shí)間標(biāo)記，記錄機(jī)器運(yùn)行時(shí)間或?qū)^(guò)程進(jìn)行時(shí)間控制。 eeprom 存儲(chǔ)器模塊（選件）可作為修改與拷貝程序的快速工具（無(wú)需編程器），并可進(jìn)行輔助軟件歸檔工作。 電池模塊：用于長(zhǎng)時(shí)間數(shù)據(jù)后備。用戶數(shù)據(jù)（如標(biāo)志位狀態(tài)，數(shù)據(jù)塊，定時(shí)器，計(jì)數(shù)器）可通過(guò)內(nèi)部的超級(jí)電容存貯大約5天。選用電池模塊能延長(zhǎng)存貯時(shí)間到200 天（10 年壽命）。電池模塊插在存儲(chǔ)器模塊的卡槽中。1.4 傳統(tǒng)的液體混合設(shè)備的控制存在的問(wèn)題鑒于攪拌設(shè)備的廣泛應(yīng)用，隨著近年來(lái)工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，流體混合技術(shù)

35、在上世紀(jì) 60 到 80 年代期間得到了迅猛發(fā)展,其重點(diǎn)主要是對(duì)于常規(guī)攪拌槳在低粘和高粘非牛頓均相體系、固液懸浮和氣液分散等非均相體系中的攪拌功耗、混合時(shí)間等宏觀量進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。長(zhǎng)期以來(lái),雖然有大量設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和關(guān)聯(lián)式可用于分析和預(yù)測(cè)混合體系,但將攪拌反應(yīng)器從實(shí)驗(yàn)室規(guī)模直接放大到工業(yè)規(guī)模,仍是十分危險(xiǎn)的,至今仍然需要通過(guò)逐級(jí)放大來(lái)達(dá)到攪拌設(shè)備所要求的傳質(zhì)、傳熱和混合。這種方法不但耗費(fèi)巨額的資金和大量的人力物力,而且設(shè)計(jì)周期很長(zhǎng)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在工業(yè)高度發(fā)達(dá)的美國(guó)，化學(xué)工業(yè)由于攪拌反應(yīng)器設(shè)計(jì)不合理所造成的損失每年約為 10100 億美元。 因此，從更微觀更本質(zhì)的角度,例如采用先進(jìn)的測(cè)試手段和建立合理的數(shù)學(xué)

36、模型,獲取攪拌槽中的速度場(chǎng)、溫度場(chǎng)和濃度場(chǎng),不僅對(duì)開(kāi)發(fā)新型攪拌設(shè)備，而且對(duì)攪拌設(shè)備的優(yōu)化設(shè)計(jì)具有十分重要的經(jīng)濟(jì)意義,對(duì)放大和混合的基礎(chǔ)研究具有現(xiàn)實(shí)的理論意義。 而對(duì)于攪拌設(shè)備的研究，除功率問(wèn)題外，有關(guān)攪拌的流體力學(xué)研究具有重要意義。這方面已做了許多工作，但尚需擴(kuò)大和深入。在液體中進(jìn)行攪拌時(shí)，攪拌器的功能不僅引起液體的整個(gè)運(yùn)動(dòng)，而且要在液體中產(chǎn)生湍動(dòng)，湍動(dòng)程度與攪拌器使液體旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的旋渦現(xiàn)象有密切關(guān)系。這些旋渦因經(jīng)常地互相撞擊和破裂，使液體受到劇烈的攪拌。由此可見(jiàn)在攪拌操作中，對(duì)于流體力學(xué)理論的研究是極其重要的。1.5 液體混合設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)用 plc 來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)液體混合設(shè)備控制近代化學(xué)工業(yè)中

37、，流動(dòng)的物料不再只是一些低粘度的牛頓型流體，許多高粘度流體也常常遇到，尤其是各種各樣的高分子溶液以及混有催化劑粒子的漿狀流體等非牛頓型流體的應(yīng)用日益廣泛。它們與通常的牛頓型流體具有不同的流動(dòng)特性，所以對(duì)于非牛頓型液體的研究是當(dāng)今的一個(gè)重要課題。對(duì)高粘度流體，特別是非牛頓型流體的攪拌傳熱的研究，也是近年來(lái)的一個(gè)方向。聚合釜的傳熱特性與其中所用的攪拌器的型式關(guān)系甚大。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。設(shè)備有大型化發(fā)展的趨勢(shì)，也需求攪拌設(shè)備大型化。如國(guó)外聚合釜的容積已由最初的 840m3擴(kuò)大到 60100m3，最火的已達(dá)到140m3。采用大型聚臺(tái)釜可大大減少操作和檢修人員，有利于自動(dòng)化，減少投資，提高生產(chǎn)率，穩(wěn)定

38、產(chǎn)品質(zhì)量。隨著容積的大型化，釜型逐漸由細(xì)長(zhǎng)型向矮胖型發(fā)展。而且采用底部攪拌的方式越來(lái)越多，多用三葉后掠式攪拌器。三葉后掠式攪拌器是目前大型聚合釜采用的一種較好攪拌器。因它排出量大，釜內(nèi)液相循環(huán)充分，每分鐘可達(dá) 510 次，能促使釜內(nèi)反應(yīng)均勻一致。 攪拌也可以在管路中進(jìn)行，采用在管路中安裝裝置的辦法對(duì)氣-液系和液-液系進(jìn)行混合。例如采用噴射泵對(duì)水及醋酸丁酯進(jìn)行混合；在石油精制中，也采用使液體流過(guò)設(shè)置在管路中的銳孔板或擋板，以便使兩種液體進(jìn)行接觸。還有在管道中放入攪拌器的，即所謂管道攪拌?？梢?jiàn)，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展帶動(dòng)了攪拌應(yīng)用面的擴(kuò)大。攪拌技術(shù)的發(fā)展又使得攪拌設(shè)備大型化。為了提高攪拌的全自動(dòng)化和穩(wěn)定性

39、能，就需要一個(gè)功能更強(qiáng)、性能更好的系統(tǒng)做支持。在本設(shè)計(jì)中我將引入 plc 來(lái)實(shí)現(xiàn)其攪拌控制功能。1.6 引入 plc 來(lái)實(shí)現(xiàn)其液體藥品混合設(shè)備的控制功能本設(shè)計(jì)基于采用可編程序控制器（plc）的設(shè)計(jì)方案，實(shí)現(xiàn)對(duì)液體混合攪拌的控制。以 plc s7-200 為主要控制器。根據(jù)攪拌設(shè)備的功能特性、運(yùn)作順序等，設(shè)計(jì)中可選用電磁閥、時(shí)間繼電器來(lái)實(shí)現(xiàn)液體的流入和時(shí)間上的延時(shí)，從而滿足其控制要求。根據(jù)控制要求，可以看出此程序是一個(gè)很典型的順序控制問(wèn)題。這樣就可以先按照攪拌設(shè)備的先后運(yùn)行順序畫(huà)出相應(yīng)的順序功能圖，然后在根據(jù)順序功能圖畫(huà)梯形圖，最后再用仿真軟件對(duì)其進(jìn)行調(diào)試仿真。這樣就可以實(shí)現(xiàn) plc 對(duì)混合攪拌

40、控制程序的設(shè)計(jì)。第二章 總體方案設(shè)計(jì)2.1 方案設(shè)計(jì)整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)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(xiě)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(xiě)。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(jì)、合理、合用，減小設(shè)備成本。在方案的選擇、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，由模擬控制到微機(jī)控制，使功能的實(shí)現(xiàn)由一到多而且更加趨于完善。對(duì)于本課題來(lái)說(shuō)，如果液體混合系統(tǒng)部分是一個(gè)較大規(guī)模工業(yè)控制系統(tǒng)的改造升級(jí)，新控制裝置需要

41、根據(jù)企業(yè)設(shè)備和工藝現(xiàn)況來(lái)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(lèi)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(kāi)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(kāi)關(guān)以及電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)的控制這個(gè)角度去考慮，現(xiàn)在就這個(gè)問(wèn)題的如何實(shí)現(xiàn)以及選擇怎樣的方法來(lái)確定系統(tǒng)方案。2.2 總體方案論證，系統(tǒng)是將計(jì)算機(jī)技術(shù)、plc 、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)緊密結(jié)合起來(lái)，采用分布式的數(shù)據(jù)采集，集中式的數(shù)據(jù)處理。就目前的現(xiàn)狀有以下幾種

42、控制方式滿足系統(tǒng)的要求：繼電器控制系統(tǒng)、單片機(jī)控制、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)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(shí)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(shí)間及溫度等參量變化而動(dòng)作，以實(shí)現(xiàn)電力拖動(dòng)裝置的自動(dòng)控制及保護(hù)。系統(tǒng)復(fù)雜，在控制過(guò)程中，如果某個(gè)繼電器損壞，都會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，查找和排除故障往往非常困難，雖然繼電器本身價(jià)格不太貴，但是控制柜的安裝接線工作量大，因此整個(gè)控制柜價(jià)格非常高，靈活性差，響應(yīng)速度慢。 （2）單片機(jī)控制 單片機(jī)作為一個(gè)超大規(guī)模的集成電路，機(jī)構(gòu)上包括 cpu、存儲(chǔ)器、定時(shí)器和多種輸入/輸出接口電路。其低功耗、低電壓和

43、很強(qiáng)的控制功能，成為功控領(lǐng)域、尖端武器、日常生活中最廣泛的計(jì)算機(jī)之一。但是，單片機(jī)是一片集成電路，不能直接將它與外部 i/o 信號(hào)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(shè)計(jì)、制作和程序設(shè)計(jì)的工作量相當(dāng)大。 （3）工業(yè)控制計(jì)算機(jī)控制 工控機(jī)采用總線結(jié)構(gòu)，各廠家產(chǎn)品兼容性強(qiáng)，有實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的支持，在要求快速、實(shí)用性強(qiáng)、功能復(fù)雜的領(lǐng)域中占優(yōu)勢(shì)。但工控機(jī)價(jià)格較高，將它用于開(kāi)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

44、戶不用自己設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)外部接線圖，同時(shí)采用梯形圖語(yǔ)言編程，用軟件取代繼電器電器系統(tǒng)中的觸點(diǎn)和接線，通過(guò)修改程序適應(yīng)工藝條件的變化。 可編程控制器(plc)從上個(gè)世紀(jì) 70 年代發(fā)展起來(lái)的一種新型工業(yè)控制系統(tǒng)，起初它主要是針對(duì)開(kāi)關(guān)量進(jìn)行邏輯控制的一種裝置，可以取代中間繼電器、時(shí)間繼電器等構(gòu)成開(kāi)關(guān)量控制系統(tǒng)。隨著 30 多年來(lái)微電子技術(shù)的不斷發(fā)展，plc也通過(guò)不斷的升級(jí)換代大大增強(qiáng)了其功能。現(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(guò)程控制功能、運(yùn)動(dòng)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(shí)的多功能控制器。由 plc 為主構(gòu)

45、成的控制系統(tǒng)具有可靠性高、控制功能強(qiáng)大、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)，是目前工業(yè)自動(dòng)化的首選控制裝置。故選擇 plc 來(lái)實(shí)施本次設(shè)計(jì)。 (1) 開(kāi)關(guān)量的邏輯控制 這是 plc 最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺(tái)設(shè)備的控制，也可用于多機(jī)群控及自動(dòng)化流水線。如注塑機(jī)、印刷機(jī)、訂書(shū)機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。 (2) 運(yùn)動(dòng)控制plc 可以用于圓周運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)的控制，世界上各主要 plc 廠家的產(chǎn)品幾乎都有運(yùn)動(dòng)控制功能，廣泛用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、電梯等場(chǎng)合。 (3) 閉環(huán)過(guò)程控制過(guò)程控制是指對(duì)溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)

46、控制計(jì)算機(jī)，plc 能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。pid 調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。過(guò)程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場(chǎng)合有非常廣泛的應(yīng)用。 (4) 數(shù)據(jù)處理現(xiàn)代 plc 具有數(shù)學(xué)運(yùn)算（含矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。數(shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無(wú)人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過(guò)程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。 (5) 通信及聯(lián)網(wǎng)plc 通信含 plc 間的通信及 plc 與其它智能設(shè)備間的通信。隨著計(jì)算機(jī)控制的發(fā)展，工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展得很快，各 p

47、lc 廠商都十分重視 plc 的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的 plc 都具有通信接口，通信非常方便。2.3 系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)思想，控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、使用和維護(hù)方便。物料混合設(shè)備要節(jié)能、安全、高效和滿足生產(chǎn)及應(yīng)用要求。 （1）可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。plc 由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。 （2）配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng)plc 發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品?？梢杂糜诟鞣N規(guī)模的工業(yè)控制場(chǎng)合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代 plc 大多具有完善的數(shù)據(jù)運(yùn)算能

48、力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。 （3）易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎 plc 作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易，編程語(yǔ)言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語(yǔ)言的圖形符號(hào)與表達(dá)方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近，只用 plc 的少量開(kāi)關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實(shí)現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計(jì)算機(jī)原理和匯編語(yǔ)言的人使用計(jì)算機(jī)從事工業(yè)控制打開(kāi)了方便之門(mén)。 （4）系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造plc 用存儲(chǔ)邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及建造的周期大為縮短，同時(shí)維護(hù)也變得容易起來(lái)。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過(guò)改變程序改變生產(chǎn)過(guò)程成

49、為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場(chǎng)合。 （5）體積小，重量輕，能耗低 （6）硬件配套齊全，擁護(hù)使用方便，適應(yīng)性強(qiáng)第三章 硬件設(shè)計(jì)3.1 硬件選型，根據(jù) plc 的輸入、出點(diǎn)數(shù)，控制功能選擇適用型號(hào)的 plc 3.1.1 plc 機(jī)型選擇 機(jī)型選擇的基本原則是在滿足控制功能要求的前提下，保證系統(tǒng)工作可靠、維護(hù)使用方便及最佳的性能價(jià)格比。具體應(yīng)考慮的因素如下所述。 （1）結(jié)構(gòu)合理 對(duì)于工藝過(guò)程比較固定、環(huán)境條件較好、維修量較小的場(chǎng)合，選用整體式結(jié)構(gòu)的 plc；否則，選用模塊式結(jié)構(gòu)的 plc，物料混合控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)選用整體式結(jié)構(gòu)的 plc 能夠達(dá)到要求。 （2）功能強(qiáng)、弱適當(dāng) 對(duì)于開(kāi)關(guān)量控制的工

50、程項(xiàng)目，若控制速度要求不高，一般選用低檔的plc，西門(mén)子公司的 s7-200 系列機(jī)或歐姆龍公司的 com1。 （3）機(jī)型統(tǒng)一 plc 的結(jié)構(gòu)分為整體式和模塊式兩種。整體式結(jié)構(gòu)把 plc 的 i/o 和 cpu 放在一塊印刷電路板上，并封裝在一個(gè)殼體內(nèi)，省去了插接環(huán)節(jié)，因此體積小、價(jià)格便宜。但由于整體式結(jié)構(gòu)的 plc 功能有限，只適用于控制要求比較簡(jiǎn)單的系統(tǒng)。一般大型的控制系統(tǒng)都使用模塊式結(jié)構(gòu)，這樣功能易擴(kuò)展，比整體式靈活。一個(gè)大型企業(yè)選用 plc 時(shí)，盡量要做到機(jī)型統(tǒng)一。由于同一機(jī)型的 plc，其模塊可互為備用，以便備件的采購(gòu)和管理；另外，功能及編程方法統(tǒng)一，有利于技術(shù)人員的培訓(xùn)；其外部設(shè)備

51、通用也有利于資源共享。若配備了上位計(jì)算機(jī)，可把各獨(dú)立系統(tǒng)的多臺(tái) plc 聯(lián)成一個(gè)多級(jí)分布式控制相互通信，集中協(xié)調(diào)管理。物料混合控制系統(tǒng)控制要求比較簡(jiǎn)單選擇整體式結(jié)構(gòu)的 plc （4）是否在線編程 plc 的特點(diǎn)之一是使用靈活。當(dāng)被控設(shè)備的工藝過(guò)程改變時(shí)，只需用編程器重新修改程序，就能滿足新的控制要求，給生產(chǎn)帶來(lái)很大方便。plc 的編程分為離線編程和在線編程兩種。離線編程的 plc，其主機(jī)和編程器共用物料混合控制系統(tǒng)采用離線編程 （5）plc 的環(huán)境適應(yīng)性由于 plc 是直接用于工業(yè)控制的工業(yè)控制器，生產(chǎn)廠家都把它設(shè)計(jì)成能在惡劣的環(huán)境條件下可靠地工作。盡管如此，每種 plc 都有自己的環(huán)境技術(shù)條

52、件，用戶在選用時(shí)，特別是在設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)，對(duì)環(huán)境條件要進(jìn)行充分的考慮。一般plc 及其外部電路（i/o 模塊、輔助電源等）都能在下列環(huán)境條件下可靠工作：溫度 工作溫度 055，最高為 60儲(chǔ)存溫度 -4085濕度 相對(duì)濕度 5%95%(無(wú)凝結(jié)霜)振動(dòng)和沖擊 滿足國(guó)際電工委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)電源 交流 200v，允許變化范圍為-15%15%，頻率為 4753hz 瞬間停電保持 l0ms環(huán)境 周?chē)諝獠荒芑煊锌扇夹?、爆炸性和腐蝕性氣體對(duì)于需要應(yīng)用在特殊環(huán)境下的 plc，要根據(jù)具體的情況進(jìn)行合理的選擇。可編程序控制器( plc) 選用cpu 224 ac/dc/ rly, 型號(hào)為6es7 214 - 1bd2

53、0 0xb0 ,共有14 點(diǎn)輸入, 10 點(diǎn)輸出。該cpu指令處理周期短, 每執(zhí)行1k語(yǔ)句僅需0. 8 ms , 并有浮點(diǎn)數(shù)學(xué)運(yùn)算, 加、減計(jì)數(shù)器同時(shí)運(yùn)行, 硬件、定時(shí)控制中斷, 內(nèi)部數(shù)據(jù)和信息采用后備鋰電池保存, 保存時(shí)期1 年。cpu 224 最多可擴(kuò)展35 路模擬量、168 路開(kāi)關(guān)量, 完全可以滿足2 期增加的撈渣機(jī)和碎渣機(jī)聯(lián)鎖控制的需求。本期在cpu 上擴(kuò)展了一塊模擬量輸入模塊em231 用于過(guò)流檢測(cè), 型號(hào)為6es7231 - 0hc20 - 0xb0。同時(shí)在控制柜中設(shè)一臺(tái)控制變壓器bk-250 ,380/ 120 v ,110 v ,100 v , 其中120 v 作為plc 電源

54、, 110 v 作為模塊電源, 100 v 用作電流變送器電源。在變壓器380 伏側(cè)設(shè)一帶鎖電源開(kāi)關(guān), 作為控制系統(tǒng)電源總開(kāi)關(guān)。 3.1.2 plc 容量選擇 plc 容量包括兩個(gè)方面：一是 i/o 的點(diǎn)數(shù)；二是用戶存儲(chǔ)器的容量（字?jǐn)?shù)）。plc 容量的選擇除滿足控制要求外，還應(yīng)留有適當(dāng)?shù)脑Ａ浚宰鰝溆?。根?jù)經(jīng)驗(yàn)，在選擇存儲(chǔ)容量時(shí)，一般按實(shí)際需要的 10%25%考慮裕量。對(duì)于開(kāi)關(guān)量控制系統(tǒng)，存儲(chǔ)器字?jǐn)?shù)為開(kāi)關(guān)量 i/o 乘以 8；對(duì)于有模擬量控制功能的 plc，所需存儲(chǔ)器字?jǐn)?shù)為模擬內(nèi)存單元數(shù)乘以 100。通常，一條邏輯指令占用存儲(chǔ)器一個(gè)字。計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、移位及算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳輸?shù)戎噶钫加么鎯?chǔ)器兩個(gè)字

55、。各種指令占存儲(chǔ)器的字?jǐn)?shù)可查閱 plc 產(chǎn)品使用手冊(cè)。i/o 點(diǎn)數(shù)也應(yīng)留有適當(dāng)裕量。由于目前 i/o 點(diǎn)數(shù)較多的 plc 價(jià)格也較高，若備用的 i/o 點(diǎn)的數(shù)量太多，將使成本增加。根據(jù)被控對(duì)象的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的總點(diǎn)數(shù)，并考慮到今后的調(diào)整和擴(kuò)充，通常 i/o 點(diǎn)數(shù)按實(shí)際需要的 10%15%考慮備用量。 3.1.3 i/o 模塊的選擇plc 是一種工業(yè)控制系統(tǒng)，它的控制對(duì)象是工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備或工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程，它的工作環(huán)境是工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)。它與工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的聯(lián)系是通過(guò) i/o 接口模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 通過(guò) i/o 接口模塊可以檢測(cè)被控生產(chǎn)過(guò)程的各種參數(shù)，并以這些現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)作為控制器對(duì)被控制對(duì)象進(jìn)行控制的依據(jù)。

56、同時(shí)控制器又通過(guò) i/o 接口模塊將控制器的處理結(jié)果送給工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的被控設(shè)備，驅(qū)動(dòng)各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)控制。外部設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程中的信號(hào)電平各種各樣，各種機(jī)構(gòu)所需的信息電平也是各種各樣的，而 plc 的 cpu 所處理的信息只能是標(biāo)準(zhǔn)電平，所以 i/o 接口模塊還需實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換。plc 從現(xiàn)場(chǎng)收集的信息及輸出給外部設(shè)備的控制信號(hào)都需經(jīng)過(guò)一定距離。為了確保這些信息的正確無(wú)誤，plc 的 i/o 接口模塊都具有較好的抗干擾能力。根據(jù)實(shí)際需要，plc 相應(yīng)有許多種 i/o 接口模塊，包括開(kāi)關(guān)量輸入模塊、開(kāi)關(guān)量輸出模塊、模擬量輸入模塊及模擬量輸出模塊，可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇使用。 （1）確定 i/o

57、 點(diǎn)數(shù)i/o 點(diǎn)數(shù)的確定要充分的考慮到裕量，能方便地對(duì)功能進(jìn)行擴(kuò)展。對(duì)一個(gè)控制對(duì)象，由于采用不同的控制方法或編程水平不一樣，i/o 點(diǎn)數(shù)就可能有所不同。 （2）開(kāi)關(guān)量 i/o標(biāo)準(zhǔn)的 i/o 接口用于同傳感器和開(kāi)關(guān)（如按鈕、限位開(kāi)關(guān)等）及控制（開(kāi)/關(guān)）設(shè)備（如指示燈、報(bào)警器、電動(dòng)機(jī)起動(dòng)器等）進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。典型的交流 i/o信號(hào)為 24240v（ac），直流 i/o 信號(hào)為 524v（dc）。 （3）選擇開(kāi)關(guān)量輸入模塊主要從下面兩方面考慮：一是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)輸入信號(hào)與plc 輸入模塊距離的遠(yuǎn)近來(lái)選擇電平的高低。一般 24v 以下屬于低電平，其傳輸距離不宜太遠(yuǎn)。如 12v 電壓模塊一般不超過(guò) 10m，距離

58、較遠(yuǎn)的設(shè)備選用較高電壓模塊比較可靠。二是高密度的輸入模塊，如 32 點(diǎn)輸入模塊，能允許同時(shí)接通的點(diǎn)數(shù)取決于輸入電壓和環(huán)境溫度。一般同時(shí)接通的點(diǎn)數(shù)不得超過(guò)總輸入點(diǎn)數(shù)的 60%。 （4）選擇開(kāi)關(guān)量輸出模塊時(shí)應(yīng)從以下三個(gè)方面來(lái)考慮：一是輸出方式選擇。輸出模塊有三種輸出方式：繼電器輸出、晶閘管輸出、晶體管輸出。其中，繼電器輸出價(jià)格便宜，使用電壓范圍廣，導(dǎo)通壓降小，承受瞬時(shí)過(guò)電壓和過(guò)電流的能力強(qiáng)，且有隔離作用。但繼電器有觸點(diǎn)，壽命較短，且響應(yīng)速度較慢，適用于動(dòng)作不頻繁的交直流負(fù)載。當(dāng)驅(qū)動(dòng)電感性負(fù)載時(shí)，最大開(kāi)閉頻率不得超過(guò) 1hz。晶閘管輸出（交流）和晶體管輸出（直流）都屬于無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)輸出，適用于通斷頻繁

59、的感性負(fù)載。感性負(fù)載在斷開(kāi)瞬間會(huì)產(chǎn)生較高反電壓，必須采取抑制措施。二是輸出電流的選擇。模塊的輸出電流必須大于負(fù)載電流的額定值，如果負(fù)載電流較大，輸出模塊不能直接驅(qū)動(dòng)時(shí)，應(yīng)增加中間放大環(huán)節(jié)。對(duì)于電容性負(fù)載、熱敏電阻負(fù)載，考慮到接通時(shí)有沖擊電流，要留有足夠的余量。三是允許同時(shí)接通的輸出點(diǎn)數(shù)。在選用輸出點(diǎn)數(shù)時(shí)，不但要核算一個(gè)輸出點(diǎn)的驅(qū)動(dòng)能力，還要核算整個(gè)輸出模塊的滿負(fù)荷負(fù)載能力，即輸出模塊同時(shí)接通點(diǎn)數(shù)的總電流值不得超過(guò)模塊規(guī)定的最大允許電流值。 3.1.4 電源模塊的選擇電源模塊的選擇一般只需考慮輸出電流。電源模塊的額定輸出電流必須大于處理器模塊、i/o 模塊、專(zhuān)用模塊等消耗電流的總和。以下步驟為選

60、擇電源的一般規(guī)則： （1）確定電源的輸入電壓； （2）將框架中每塊 i/o 模塊所需的總背板電流相加，計(jì)算出 i/o 模塊所需的總背板電流值； （3）i/o 模塊所需的總背板電流值再加上以下各電流： 框架中帶有處理器時(shí)，則加上處理器的最大電流值； 當(dāng)框架中帶有遠(yuǎn)程適配器模塊或擴(kuò)展本地 i/o 適配器模塊時(shí)，應(yīng)加上其最大電流值。 （4）如果框架中留有空槽用于將來(lái)擴(kuò)展時(shí)，可做以下處理； 列出將來(lái)要擴(kuò)展的 i/o 模塊所需的背板電流； 將所有擴(kuò)展的 i/o 模塊的總背板電流值與步驟。 （5）在框架中是否有用于電源的空槽，否則將電源裝到框架的外面。 （6）根據(jù)確定好的輸入電壓要求和所需的總背板電流值，