液體自動混合監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)論文

1、 . . . 嶺南職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 液體自動混合監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué)生 梁燕恒 指導(dǎo)教師 冠成 專 業(yè) 機(jī)電一體化 班 級 12機(jī)電3班 二級學(xué)院 現(xiàn)代制造學(xué)院 2014年 11 月液體自動混合監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(shí)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(yīng)用極為廣泛的一種工業(yè)控制設(shè)備。它是一種專為工業(yè)實(shí)現(xiàn)自動化生產(chǎn)而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)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(shí)、記數(shù)、運(yùn)算和一些確定的功能來控制各種類型的機(jī)械或設(shè)備生產(chǎn)過程。由于PLC的性能優(yōu)越，兼顧

2、多種輔助軟件。例如：組態(tài)王軟件，組態(tài)王是一個(gè)模擬加工現(xiàn)場的一個(gè)軟件，有最為逼真畫面監(jiān)控。而PLC具計(jì)算機(jī)的功能完備，靈活性強(qiáng)，通用性好和繼電接觸器控制簡單易懂，維修方便等優(yōu)點(diǎn),形成以微電腦為核心的電子控制設(shè)備?？删幊绦蚩刂破骷夹g(shù)在世界上己廣泛應(yīng)用，很多工業(yè)利用PLC來控制設(shè)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(shí)現(xiàn)自動化監(jiān)控。本論文首先介紹PLC的發(fā)展與應(yīng)用，以與它的基本功能和特點(diǎn)。然后鑒于PLC的原理與其優(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(shè)計(jì)可進(jìn)行單周期或連續(xù)工作，正常工作時(shí)，至少完成一個(gè)周期，該程序具有一定的防止誤動作能力。本論文從硬件設(shè)計(jì)，軟件設(shè)計(jì)，組態(tài)王

3、監(jiān)控設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行分析，對西門子PLC S7-200系列的應(yīng)用有一定的指導(dǎo)意義。關(guān)鍵詞：可編程控制器，液體混合裝置，傳感器，畫面監(jiān)控36 / 39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(shè)計(jì)52.1液體混合裝置結(jié)構(gòu)與控制要求52.2 硬件選用62.2.1選擇接觸器62.2.2選擇攪拌電機(jī)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(shè)計(jì)143.1控制要求與分析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圖18第4章

4、液體混合裝置的控制的組態(tài)王監(jiān)控設(shè)計(jì)224.1組態(tài)王選擇224.2組態(tài)畫面監(jiān)視設(shè)計(jì)22第5章系統(tǒng)常見故障分析與維護(hù)295.1 系統(tǒng)常見故障分析與維護(hù)295.2 系統(tǒng)故障分析與處理295.3 系統(tǒng)抗干擾性的分析和維護(hù)30結(jié)論32辭33參考文獻(xiàn)34附錄35前言隨著科技的發(fā)展，PLC的開發(fā)與應(yīng)用把工業(yè)推向自動化和智能化。具計(jì)算機(jī)的功能完備，靈活性強(qiáng)，通用性好和繼電接觸器控制簡單易懂，還有強(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。本設(shè)計(jì)主要是對兩種液體自動混合系統(tǒng)基于PLC控制的設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)中對控制對象：三個(gè)傳感器監(jiān)視容器液位，設(shè)三電磁

5、閥控制液體A、B輸入與混合液體輸出液位，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)，對攪拌機(jī)的控制，關(guān)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(dāng)液面到達(dá)液體B液位時(shí)，關(guān)閉液體B入口；打開液體A入口，液體A流入容器；當(dāng)液面到達(dá)液體A液位時(shí)，關(guān)閉液體A入口；混合液體攪拌均勻后（設(shè)時(shí)間為l0s），打開混合液體出口，釋放混合液體；當(dāng)混合液體下降到報(bào)警液位時(shí)，提示報(bào)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(shí)繼續(xù)釋放混合液體直到放空。至此，完成一個(gè)操作周期；若未按停止按鈕，則自動進(jìn)入下一循環(huán)周期；按下

6、停止按鈕，則在當(dāng)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(shè)計(jì)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(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），以與組態(tài)王監(jiān)控畫面設(shè)計(jì)，旨在對其中的設(shè)計(jì)與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(shí)代的進(jìn)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(jìn)行混合加工，其監(jiān)控或

7、操作由工人進(jìn)行的，后來多用繼電器系統(tǒng)，對順序或邏輯的操作過程進(jìn)行半自動化的操作。但是現(xiàn)在隨著時(shí)代的發(fā)展，plc這種新型的控制工具進(jìn)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(shí)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(yīng)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、控制可靠等特點(diǎn), 這

8、也是人工操作和半自動化控制所難以實(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控制, 從而達(dá)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≒LC）是采用微機(jī)技術(shù)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(shù)改造和發(fā)展自動化工業(yè)具有重大的實(shí)際意義。但PLC發(fā)展很快，國外PLC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一樣，都是以微處理器位核心的結(jié)構(gòu)，其功能的實(shí)現(xiàn)不僅基于硬件的作用，更要靠軟件支持，實(shí)際上可編程控制器就是一種新型的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。

9、1.2國外相關(guān)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀可編程序控制器(PLC)從起源到現(xiàn)在，因?yàn)橛捎谄渚幊毯唵巍⑹褂梅奖?、維護(hù)容易、可靠性高、價(jià)格適中等優(yōu)點(diǎn)，使其迅猛的發(fā)展，在冶金、機(jī)械、化工、紡織、石油、輕工、建筑、運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。可編程序控制器技術(shù)以與CAD/CAM技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)并列為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)自動化的重要技術(shù)之一，乃至整個(gè)工廠的生產(chǎn)自動化，PLC均擔(dān)當(dāng)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(yīng)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

10、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(shí)現(xiàn)自動化監(jiān)控廣泛的應(yīng)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(gè)：1、PLC朝著簡易、小型、價(jià)格低廉方向發(fā)展。近年來，單片機(jī)的出現(xiàn)，促進(jìn)了PLC向緊湊型發(fā)展、體積減小、價(jià)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(yīng)用于單機(jī)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(yīng)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研究意義在國的許多煉油、化工、制藥，尤其是

11、中小企業(yè)，其控制系統(tǒng)還是使用過時(shí)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(shè)備和試驗(yàn)設(shè)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(dá)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)展以與計(jì)算機(jī)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(lǐng)域中，可編程序控制技術(shù)的應(yīng)用十分廣泛,在自動控制的設(shè)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(xué)技術(shù)日新月異的發(fā)展,特別是大規(guī)模集成電路的問世和

12、微型處理機(jī)技術(shù)的應(yīng)用,使可編程序控制技術(shù)進(jìn)入了一個(gè)嶄新的階段，因此為了了解和學(xué)習(xí)這些重要技術(shù)已是必不可少。1.4研究容本論文研究的是兩種液體的混合，具體設(shè)計(jì)容和控制要求如下設(shè)計(jì)容：1）利用PLC實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場控制，要求對兩種液體A和B，在容器按照1:2的比例進(jìn)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(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，通過監(jiān)控畫面遠(yuǎn)程顯示實(shí)時(shí)動態(tài)數(shù)據(jù)，要求系統(tǒng)控制既可以通過按鈕進(jìn)行現(xiàn)場控制，又可以通過監(jiān)控畫面進(jìn)行遠(yuǎn)程控制?？刂埔螅?）初始狀態(tài)：各閥門關(guān)閉，容器無液體，攪拌器不工作。 2）起動操作：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(dāng)液面到達(dá)

13、液體B液位時(shí)，關(guān)閉液體B入口；打開液體A入口，液體A流入容器；當(dāng)液面到達(dá)液體A液位時(shí)，關(guān)閉液體A入口；混合液體攪拌均勻后（設(shè)時(shí)間為l0s），打開混合液體出口，釋放混合液體；當(dāng)混合液體下降到報(bào)警液位時(shí)，提示報(bào)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(shí)繼續(xù)釋放混合液體直到放空。至此，完成一個(gè)操作周期；若未按停止按鈕，則自動進(jìn)入下一循環(huán)周期。3）停止操作：按下停止按鈕，則在當(dāng)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(shè)計(jì)2.1液體混合裝置結(jié)構(gòu)與控制要求下圖為混合液體控制裝置示意圖，Y2為B液體液位傳感器，Y3為加入A液體后

14、混合液體液位傳感器，Y1為剩余100時(shí)液面液位傳感器，液體A、B進(jìn)料與混合液體出料由電磁閥F1、F2、F3控制,攪拌電動機(jī)由F4電磁閥控制，報(bào)警由電磁閥F5控制，M為攪勻電動機(jī)。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(shè)計(jì)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、AC-3使用類別）的電力線路中供遠(yuǎn)距離接通或分?jǐn)嚯娐?/p>

15、之用，可頻繁地起動與控制交流電動機(jī)。適用于控制交流電動機(jī)的起動、停止與反轉(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(shí)不超過50%，低溫時(shí)允許有較大的相對濕度；大氣條件：沒有會引起爆炸危險(xiǎn)的介質(zhì)，也沒有會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°；在無顯著搖動和沖擊的地方；在沒有雨雪侵襲的地方；控制電壓允許變動圍：85%110%US。2.2.2選擇攪拌電機(jī)三相異步電動機(jī)應(yīng)用非常廣泛，因而正確的選擇電動機(jī)顯得極為重要。三相異步電動機(jī)的選擇包括它的功率、電壓和轉(zhuǎn)速等。1 功率選擇合理選擇電動機(jī)的

16、功率是運(yùn)行安全的可靠保證。所選電動機(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)行電動機(jī)功率的選擇 原則：對于連續(xù)運(yùn)行的電動機(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)律求出等效的恒定負(fù)載，然后選擇電動機(jī)）。 2). 短時(shí)運(yùn)行電動機(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。工作時(shí)間愈短，過載可以愈大。但電動機(jī)的過載是受限制的）。電動機(jī)的額定功率是生產(chǎn)機(jī)械所要求功率的1/。2 電壓和轉(zhuǎn)速的選擇電壓等級選擇原則：要

17、根據(jù)電動機(jī)類型、功率以與使用地點(diǎn)的電源電壓來決定。Y系列籠型電動機(jī)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(jī)械的要求而選定。圖2-3 電動機(jī)型號為Y90S-4/1.1KWY系列電動機(jī)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(hù)方便、起動轉(zhuǎn)矩大等優(yōu)點(diǎn)。安裝尺寸和功率等級完全符合IEC標(biāo)準(zhǔn)。采用B級絕緣、外殼防護(hù)等級為IP44，冷卻方式IC418. 2.2.3選擇斷路器圖2-4 施耐德EA9RN2C6330C斷路器適用圍：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護(hù)之用

18、，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)。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(guān)可提非常準(zhǔn)確、可靠的液位檢測，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。相關(guān)

19、元件主要技術(shù)參數(shù)與原理如下：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。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(shè)計(jì)序號，25表示口徑（mm)寬度。 相關(guān)元件主要技術(shù)參數(shù)與原理如下： 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:24V

20、；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(yīng)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(guān)量輸入為6點(diǎn)，開關(guān)量輸出為5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：0°C55°C，水平安裝 0°C45°C，垂直安裝 

21、相對濕度95%，不結(jié)露 西門子還提供S7-200的寬溫度圍產(chǎn)品（SIPLUS S7-200）：工作溫度圍：-25°C+70°C 相對濕度：55°C時(shí)98%，70°C時(shí)45% 其他參數(shù)與普通S7-200產(chǎn)品一樣 2 S7200 PLC運(yùn)行示意圖圖2-8 S7-200PLC的運(yùn)行示意圖3 S7200 PLC結(jié)構(gòu) S7-200 CPU將一個(gè)微處理器、一個(gè)集成電源和數(shù)字量I/O點(diǎn)集成在一個(gè)緊湊的封裝中，從而形成了一個(gè)功能強(qiáng)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(yīng)用程序

22、。，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S7-200的掃描工作過程知，PLC可自動檢測I/O口是否出錯(cuò)，CPU可強(qiáng)制為STOP，但是本設(shè)計(jì)，出錯(cuò)后報(bào)警，報(bào)警燈要閃爍，所以不能強(qiáng)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(shè)計(jì)3.1控制要求與分析：1.初始狀態(tài)各閥門關(guān)閉，容器無液體，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(yùn)行：1)打開液體B入口，液體B流入容器；當(dāng)液面到達(dá)液體B液位時(shí)，關(guān)閉液體B入口；打開液體A入口，液體A流入容器；當(dāng)液

23、面到達(dá)液體A液位時(shí)，關(guān)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液體作為注入A液體的順序開關(guān)。而用初始狀態(tài)結(jié)束作為注入A液體的順序開關(guān)。2)混合液體攪拌均勻后（設(shè)時(shí)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(guān)。3)當(dāng)混合液體下降到報(bào)警液位時(shí)，提示報(bào)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(shí)繼續(xù)釋放混合液體直到放空。至此，完成一個(gè)操作周期；對3）的分析：假設(shè)是在液面降到1

24、00時(shí)，提示報(bào)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(bào)警當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，報(bào)警燈閃爍，停止混合系統(tǒng)運(yùn)行。對報(bào)警的分析：停止混合系統(tǒng)運(yùn)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(wù)和選擇好PLC的機(jī)型后，即可安排輸入、輸出的配置，并對輸入、輸出進(jìn)行地址編號。分配I/O地址時(shí)要注意以下問題：1、設(shè)備I/O地址盡量連續(xù)；2、相鄰設(shè)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(kuò)

25、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，減少它們之間的部連線。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(yīng)元件對應(yīng)外部設(shè)備I0.0SB1啟動按鈕I0.1SB2停止按鈕M0.0SL0B液體注入液位到達(dá)狀態(tài)M0.1SL1A液體注入液位到達(dá)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(yīng)元件對應(yīng)外部設(shè)備Q0.0F1B液體進(jìn)料電磁閥Q0.1F2A液體進(jìn)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(bào)警電

26、磁閥表3-3 定時(shí)器分配表定時(shí)器定時(shí)時(shí)間作用T3720S注入B液時(shí)間T3810S注入A液時(shí)間T3910S攪拌時(shí)間T4010S放液至Y1T4120S報(bào)警指示燈時(shí)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(jìn)料電磁閥T37為注入B液時(shí)間，定時(shí)20S則按下啟動按鈕，開始注入B液，20S后，關(guān)閉B液體進(jìn)料電磁閥F2為A液體電磁閥 SL0為B液體注入液位到達(dá)狀態(tài)T38為注入A液時(shí)間，定時(shí)10S則B液體注入液位到達(dá)完成后，A液體電磁閥打開，注

27、入A液體，到設(shè)定液位關(guān)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(dá)狀態(tài)F4為攪拌電磁閥T39為攪拌定時(shí)器，定時(shí)10S 則注入A液體，到設(shè)定液位關(guān)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(shí)的時(shí)間，定時(shí)10S3 報(bào)警F5為報(bào)警電磁閥T41為報(bào)警提示顯示時(shí)間定時(shí)器，定時(shí)20msI0.1為停止輸入當(dāng)混合液排出到100時(shí)，報(bào)警電磁閥打開，顯示提示“20S將排完”按下停止，將停止一切運(yùn)作。第4章 液體混合裝置的控制的組態(tài)王監(jiān)控設(shè)計(jì)4.1組態(tài)王選擇組態(tài)王6.53（64點(diǎn)）版號6.5.3.31 亞

28、控科技發(fā)展4.2組態(tài)畫面監(jiān)視設(shè)計(jì)1 主畫面設(shè)計(jì)圖 4-1 兩種液體混合設(shè)計(jì)組態(tài)王主畫面 如上圖所示，可顯示反應(yīng)罐B注入的B液體的體積，與反應(yīng)罐A注入的A液體的體積，以與反應(yīng)罐混合液體體積。而報(bào)警畫面可自動跳出。2 畫面數(shù)據(jù)設(shè)置如下圖圖 4-2畫面數(shù)據(jù)設(shè)置如上圖，A液位，B液位與反應(yīng)液位都為I/O實(shí)數(shù)，只讀，并且設(shè)置了報(bào)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(shè)置圖 4-4 B原料罐液位數(shù)據(jù)設(shè)置圖 4-5 反應(yīng)罐液位數(shù)據(jù)設(shè)置數(shù)據(jù)設(shè)置好之后，可關(guān)聯(lián)畫面，關(guān)聯(lián)的是模擬值輸出，如下圖圖4-6 圖中模擬值輸出設(shè)置圖3 報(bào)警畫面的設(shè)置如下圖圖4-7 報(bào)警畫面設(shè)置圖畫面顯示可通過主畫面的命令

29、語言顯示，如下圖，有報(bào)警，顯示報(bào)警畫面，報(bào)警確認(rèn)后，重新顯示主畫面。圖4-8 主畫面與報(bào)警畫面轉(zhuǎn)換的設(shè)置圖報(bào)警是由報(bào)警數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)的，如下圖，本站點(diǎn)原料罐液位1.Hilimit=290 ，優(yōu)先級為10本站點(diǎn)原料罐液位2.Hilimit=290 ，優(yōu)先級為5本站點(diǎn)反應(yīng)罐液位1.Hilimit=390 ，優(yōu)先級為1根據(jù)實(shí)際情況，只需設(shè)計(jì)最高至報(bào)警，而報(bào)警優(yōu)先級反應(yīng)（與混合液體）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(yīng)（反應(yīng)罐液位）報(bào)警設(shè)置歷史報(bào)警設(shè)置如下圖圖4-10 歷史報(bào)警設(shè)置圖第5章 系統(tǒng)常見故障分析與維護(hù)5.1 系統(tǒng)常見故障分析與維護(hù)系統(tǒng)故障一般指整個(gè)生產(chǎn)控制系統(tǒng)失效

30、的總和，它又可分為PLC部故障和現(xiàn)場生產(chǎn)控制設(shè)備的外部故障兩大部分。PLC系統(tǒng)包括中央處理器、主機(jī)箱、擴(kuò)展機(jī)箱、I/0模塊與相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)和外部設(shè)備。現(xiàn)場生產(chǎn)控制設(shè)備包括I/O端口、現(xiàn)場控制檢測設(shè)備如繼電器、接觸器、閥門、電動機(jī)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故障分析與處理5.2.1 PLC的I/O端口故障分析與處理PLC最大故障的薄弱環(huán)節(jié)在I/0端口，在PLC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(jìn)行隔離或處

31、理。5.2.2 PLC主機(jī)系統(tǒng)部故障分析與處理目前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(guān)外，還與底板的供電、CPU模塊制作水平有關(guān)。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(jī)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(shè)計(jì)和處理系統(tǒng)故障的時(shí)候應(yīng)考慮到空氣、塵埃、紫外線、磁場等因素對設(shè)備的破壞。關(guān)于

32、PLC主機(jī)系統(tǒng)的部故障的預(yù)防與處理主要是提高控制人員的管理水平，加裝降溫設(shè)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)防人為的對主機(jī)系統(tǒng)造成損害。5.2.3現(xiàn)場控制設(shè)備故障分析與處理在整個(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，現(xiàn)場中最容易出故障的有以下幾個(gè)方面。1故障點(diǎn)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(guān)。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(diǎn)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(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，以減少其對系統(tǒng)運(yùn)行的影響。2.

33、故障點(diǎn)是傳感器和儀表，這類故障在控制系統(tǒng)中一般反映在信號的不正常。這類設(shè)備安裝時(shí)信號線的屏蔽層應(yīng)單端可靠接地，并盡量與動力電纜分開放設(shè)，特別是高干擾的變頻器輸出電纜，而且要在PLC部進(jìn)行軟件濾波。這類故障的發(fā)現(xiàn)與處理也和日常點(diǎn)巡檢有關(guān)，發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)與時(shí)處理。3.故障多發(fā)生在閥門等設(shè)備上。這類設(shè)備的關(guān)鍵執(zhí)行部位，利用電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)推拉閥門的位置轉(zhuǎn)換，機(jī)械、電氣、液壓等各環(huán)節(jié)稍有不到位就會產(chǎn)生誤差或故障。長期使用缺乏維護(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)對此類設(shè)備的巡檢，發(fā)現(xiàn)問題與時(shí)處理。5.3 系統(tǒng)抗干擾性的分析與維護(hù)PLC是專門為工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境設(shè)計(jì)的裝置，一般不需要再采取特

34、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(qiáng)烈，可能使PLC引起錯(cuò)誤的輸入信號；運(yùn)算出錯(cuò)誤的結(jié)果；產(chǎn)生出錯(cuò)誤的輸出信號；造成錯(cuò)誤的動作，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. 電源的干擾注：供電電源的波動以與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(shè)備得電和斷電的過程中，因電磁感應(yīng)引起的于擾；其它設(shè)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間的共模干擾；在感性負(fù)載的場

35、合，輸出信號由斷開一閉合時(shí)產(chǎn)生的突變電流和由閉合一斷開的反向感應(yīng)電勢以與電磁接觸器的接點(diǎn)產(chǎn)生電弧等產(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(shè)計(jì)和生產(chǎn)使用中要對該系統(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PLC 過程控制系統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和維護(hù)有所幫助。結(jié)論隨著畢業(yè)設(shè)計(jì)的開展大學(xué)時(shí)期基本已經(jīng)落下帷幕，在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中我遇到了很多很多的困難，主要

36、表現(xiàn)在對控制系統(tǒng)的設(shè)備和整體運(yùn)行過程不太了解，尤其是對各個(gè)控制點(diǎn)的動作情況和關(guān)聯(lián)性很難掌握，其次是PLC梯形圖的編寫，可能由于控制過程復(fù)雜，而覺得難以下手。通過本次設(shè)計(jì)，我學(xué)到了很多有關(guān)專業(yè)知識，認(rèn)識到了很多東西。畢業(yè)設(shè)計(jì)是我們對所學(xué)知識理論和專業(yè)技能的檢驗(yàn)，能夠培養(yǎng)和提高設(shè)計(jì)者獨(dú)立分析和解決問題的能力；是我在校期間把所學(xué)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(shè)計(jì)終于完成了。在沒有做畢業(yè)設(shè)計(jì)以前覺得畢業(yè)設(shè)計(jì)只是對這三年來所學(xué)知識的總結(jié)，但是真的面對畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)發(fā)現(xiàn)自己的想法是錯(cuò)誤的。通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)使我明白了自己的知識太理論化了，當(dāng)面對單獨(dú)的課題設(shè)計(jì)時(shí)的感覺是多么茫然。才意識到自己要學(xué)習(xí)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(diǎn)眼高手低。通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我才明白學(xué)習(xí)是一個(gè)長期的過程，所以在以后的工作、生活中都應(yīng)該不斷的學(xué)習(xí)，努力提高自己知識和綜合素質(zhì)，在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)采用PLC和組態(tài)王對液體混合控制系統(tǒng)進(jìn)行控制，簡化