的液體混合控制系統(tǒng)論文

1、蘭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)課 題 基于PLC液體混合控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2010年 3月23日 至 2010 年7月 9 日共 23 周專(zhuān) 業(yè) 機(jī)械制造與自動(dòng)化 年 級(jí) 11A姓 名 王永恒 學(xué) 號(hào) 20111750 所屬教學(xué)單位負(fù)責(zé)人（簽字） 指 導(dǎo) 教 師 （簽字） 年 月 日摘 要隨著科技的發(fā)展，PLC 的開(kāi)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)兩種液體混合攪拌機(jī) PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，將兩種液體按一定比例混合，經(jīng)過(guò)電動(dòng)機(jī)攪拌均勻以后才能將混合后的液體輸

2、出容器。形成循環(huán)狀態(tài)。液體混合系統(tǒng)的控制設(shè)計(jì)考慮其動(dòng)作的連續(xù)性以及被控設(shè)備動(dòng)作的之間的相互關(guān)聯(lián)性、針對(duì)不同的工作狀態(tài)，進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)作控制輸出，從而實(shí)現(xiàn)液體混合系統(tǒng)從一種液體加入到完成輸出的這樣一個(gè)周期控制工作的程序?qū)崿F(xiàn)。設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)過(guò)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)、外部連線通信等），旨在對(duì)其中的設(shè)計(jì)及制作過(guò)程做簡(jiǎn)單的介紹和說(shuō)明。設(shè)計(jì)采用PLC去實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求。本次設(shè)計(jì)的主要研究范圍及要求達(dá)到的技術(shù)參數(shù)有：（1）使液體混合能實(shí)現(xiàn)安全、高效；（2）滿(mǎn)足液體混合的各項(xiàng)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(shè)計(jì)

3、等。本課題應(yīng)解決的主要問(wèn)題是如何使PLC實(shí)現(xiàn)多種液體的混合控制功能，在相關(guān)的文獻(xiàn)當(dāng)中用PLC對(duì)其混合液體控制的研究尚不多見(jiàn)，以致人們難以根據(jù)他的具體情況正確選用參數(shù)進(jìn)行系統(tǒng)控制，也就難以滿(mǎn)足提高質(zhì)量和效率，降低成本的要求。本次設(shè)計(jì)就是基于以上問(wèn)題進(jìn)行的一些探索。關(guān)鍵詞：多種液體、混合控制、自動(dòng)控制、PLC目錄1 緒論12 多種液體混合控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)32.1 方案設(shè)計(jì)32.2 方案的介紹33 硬件電路設(shè)計(jì)53.1 總體結(jié)構(gòu)53.2 液位傳感器的選擇63.3 攪拌電機(jī)的選擇63.4 電磁閥的選擇73.5 接觸器的選擇73.6 熱繼電器的選擇73.7 PLC的選擇83.8 PLC輸入、輸出口的分配10

4、3.9 液體混合裝置輸入、輸出接線114 軟件電路設(shè)計(jì) 13 4.1 程序框圖 13 4.2 根據(jù)控制要求和I/O地址編址的控制梯形圖14 4.3 語(yǔ)句表155 系統(tǒng)常見(jiàn)故障分析及維護(hù)175.1系統(tǒng)故障的概念175.2 系統(tǒng)故障分析及處理 175.2.1 PLC 主機(jī)系統(tǒng) 175.2.2 PLC的I/O端口17 現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備 185.3 系統(tǒng)抗干擾性的分析和維護(hù) 18結(jié)束語(yǔ)20致謝21參考文獻(xiàn)22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)

5、程中十分重要的組成部分。但由于這些行業(yè)中多是易燃易爆、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。所有為了幫助相關(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。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

6、。1968年，美國(guó)最大的汽車(chē)制造商通用汽車(chē)公司（GM）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的使用。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，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

7、、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)，具有良好的課移植性和可維護(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(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)幾乎都需要到它，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)

8、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)和實(shí)用是很好的結(jié)合。本設(shè)計(jì)的主要研究范圍及要求達(dá)到的技術(shù)參數(shù)有：1） 使液體混合機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)安全、高效的灌裝；2） 滿(mǎn)足灌裝的各種技術(shù)要求；3） 具體內(nèi)容包括多種液體混合控制方案的設(shè)計(jì)、軟硬件電路的設(shè)計(jì)、常見(jiàn)故障分析等等。本課題應(yīng)解決的主要問(wèn)題是如何使PLC在灌裝中實(shí)現(xiàn)控制功能，在相關(guān)的研究文獻(xiàn)報(bào)道中用PLC對(duì)灌裝機(jī)進(jìn)行控制的研究尚不多見(jiàn)，以致人們難以根據(jù)它的具體情況正確選用參數(shù)進(jìn)行系統(tǒng)控制，也就難以滿(mǎn)足提高質(zhì)量和效率、降低成本的要求，本設(shè)計(jì)就是基于以上問(wèn)題進(jìn)行的

9、一些探討。2 多種液體混合控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1 方案設(shè)計(jì)整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程是按工藝流程設(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、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)，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)，控制裝置需要根據(jù)企業(yè)設(shè)備和工

10、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)越的如何實(shí)現(xiàn)以及選擇怎樣的方法來(lái)確定系統(tǒng)方案。2.2 方案介紹就目前的現(xiàn)狀有以下幾種控制方式滿(mǎn)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

11、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)間及溫度等參數(shù)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)的正常工作，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)控制系統(tǒng)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，結(jié)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)是一個(gè)集成電路，不能直接將它與外部I/O信號(hào)連接，要將它

12、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)、控制和程序設(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)品兼容性比較強(qiáng)，有實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的支持，在要求快速、實(shí)時(shí)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)量控制有些大才效用。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(hù)選擇，用戶(hù)不要自己設(shè)計(jì)和制作硬件裝置，只須確定可編程序控制器的硬件配置和設(shè)計(jì)外部接線圖，同時(shí)采用梯形圖語(yǔ)言編程，用軟件取代繼電器系統(tǒng)中的觸點(diǎn)和接線，通過(guò)修改程序適

13、應(yīng)工藝條件的改變?？删幊炭刂破?PLC)從上世紀(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?，F(xiàn)狀PLC已經(jīng)發(fā)展成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)通訊功能等多種功能，是名副其實(shí)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(qiáng)大、性?xún)r(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。3 硬件電路設(shè)計(jì)3.1 總體結(jié)構(gòu)從圖3-1中可知設(shè)計(jì)的液體混合裝置主要完成三種液體的自動(dòng)混合

14、攪拌。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(méi)該點(diǎn)時(shí)為ON，Y1，Y2，Y3為電磁閥，M為攪拌機(jī)。另外還有控制電磁閥和電動(dòng)機(jī)的1個(gè)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(guò)引線與相應(yīng)的控制系統(tǒng)連接從而達(dá)到控制效果。圖3-1 液體混合灌裝機(jī)要求如下：1、 初始狀態(tài)：容器是空的，各個(gè)閥門(mén)Y1、Y2、Y3均為OFF，液位傳感器L1、L2、L3均為OFF，電動(dòng)機(jī)M為OFF。2、 起動(dòng)操作：按下起動(dòng)按鈕，電磁閥Y1閉合，開(kāi)始注入液體A，當(dāng)液體到了L2的高度，停止注入液體A，同時(shí)電磁閥Y2閉合，注入液體B，當(dāng)液體到了L1的高度，停止注入液體B，開(kāi)啟攪拌機(jī)M，攪拌

15、4S，停止攪拌。同時(shí)Y3為ON，開(kāi)始放出液體至液體高度為L(zhǎng)3，在經(jīng)2S停止放出液體。同時(shí)液體A注入。開(kāi)始循環(huán)。按停止按鈕，所有操作都停止，須重新啟動(dòng)。3、 停止操作：按下停止按鈕后，要處理完當(dāng)前循環(huán)周期剩余任務(wù)后，系統(tǒng)停止在初始狀態(tài)。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(kāi)關(guān)可提供非常準(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(méi)有液面時(shí)，光被前端的棱鏡面或球面反射回來(lái)；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(kāi)關(guān)量

16、。應(yīng)用此原理可制成單點(diǎn)或多點(diǎn)液位開(kāi)關(guān)。LSF光電液位開(kāi)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)元件主要技術(shù)參數(shù)及原理如下：1）工作壓力可達(dá)2.5Mpa2）工作溫度上限為1253）觸點(diǎn)壽命為100萬(wàn)次4）觸點(diǎn)容量為70W5）開(kāi)關(guān)電壓為24V DC6）切換電流為0.5A3.3 攪拌電機(jī)的選擇選用EJ15-3型電動(dòng)機(jī)。其中“E”表示電動(dòng)機(jī)，“J”表示交流的，15為設(shè)計(jì)序號(hào)，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(dòng)機(jī)是一般用途的全封閉自扇冷式鼠籠型三相異步電動(dòng)機(jī)。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）工作溫度-

17、1540/濕度90%；3）EJ15系列電動(dòng)機(jī)效率高、節(jié)能、堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩高、噪音低、振動(dòng)小、運(yùn)行安全可靠。其硬件接線如圖3-2圖3-2 硬件接線3.4 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(shè)計(jì)序號(hào)，25表示口徑（mm）寬度。1）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-2060；3） 使用電壓：AC：220V50Hz/60Hz DC: 24V；4） 功率：AC：2.5KW；5） 操作方式：常閉：通電打開(kāi)、斷電關(guān)閉，動(dòng)作響應(yīng)迅速，高頻率。( 2 ) 出罐液體選用AVF-40型

18、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(guò)設(shè)備上的按鍵設(shè)置來(lái)控制流量，達(dá)到定時(shí)排空的效果； 其閥體材料為：聚四氟乙烯，有比較強(qiáng)的抗腐蝕能力； 使用電壓：AC：220V50Hz/60HZ DC：24V； 功率：AC：5KW。3.5 接觸器的選擇選用CJ20-10/CJ20-16型接觸器。其中“C”表示接觸器，“J”表示交流，20為設(shè)計(jì)編號(hào)，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(jī)電壽命為1000萬(wàn)次；3） 主觸頭額定電流為10/16（A

19、）；4） 額定電壓為380/220（A）；5） 功率為2.5KW。3.6 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”表示帶斷相保護(hù)。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）。3.7 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(fù)雜，并且大量的硬件接線使系統(tǒng)可靠性降低，也間接的降低了設(shè)備的工作效率。采用可編程控制器較好地解決了這一問(wèn)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(kāi)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)

20、備之間的通信。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(mǎn)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)點(diǎn)。在本控制系統(tǒng)中，所需的開(kāi)關(guān)量輸入為6點(diǎn)，開(kāi)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。由于本系統(tǒng)的控制是順序控制，選用西門(mén)子S7-200作為控制單元來(lái)控制整個(gè)系統(tǒng)，之所以選擇這種PLC，主要考慮S7系列PLC有以下特點(diǎn)：1）快速的CPU處理速度，大程序容量；2）編程及監(jiān)控功能強(qiáng)大，維修簡(jiǎn)單；3）結(jié)構(gòu)緊湊，價(jià)格低廉，具有極高的性能/價(jià)格比；4）豐富的指令系統(tǒng)。國(guó)際電工委員會(huì)( International Electrotechn

21、ical Commission,IEC)頒布的PLC的定義為：可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專(zhuān)為在工業(yè)環(huán)境下的應(yīng)用而設(shè)計(jì)，它采用可編程的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算數(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過(guò)數(shù)字的、模擬的輸入和輸出來(lái)控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。 PLC的一般結(jié)構(gòu)如圖3-3所示，由圖可見(jiàn)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。圖3-3 PLC結(jié)構(gòu)圖（1） 中央處理單元（CPU）與通用計(jì)算機(jī)中的

22、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(chēng)為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器。存放應(yīng)用軟件的存儲(chǔ)器稱(chēng)為用戶(hù)程序存儲(chǔ)器。PLC常用的存儲(chǔ)器類(lèi)型有RAM、EPROM、EEPROM等。（3）I/O模塊輸入模塊和輸出模塊通常稱(chēng)為I/O模塊或I/O單元。PLC的對(duì)外功能主要是通過(guò)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

23、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）電源模塊輸入、輸出接口電路是PLC與現(xiàn)場(chǎng)I/O設(shè)備相連接的部件。它的作用是將輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為PLC能夠接收和處理的信號(hào)，將CPU送來(lái)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)。3.8 PLC輸入、輸出口分配輸入/輸出地址分配如表3-1表3-1液體混合裝置輸入/輸出地址分配輸入繼電器功能輸出繼電器功能X000SB0啟動(dòng)按鈕Y000電磁閥Y1X001L1液位傳感器Y001電磁閥Y2X002L2液位傳感器Y002電磁閥Y3X003L3液位傳感器Y003攪拌電機(jī)MX004SB1停止按

24、鈕3.9液體混合裝置輸入/輸出接線輸入/輸出接線圖如圖3-4COMSB0X0X1X2X3圖3-4 輸入/輸出接線圖（1）第一種液體的進(jìn)入當(dāng)PLC接通電源后，按下啟動(dòng)按鈕SB0后，觸點(diǎn)X000接通，輸出繼電器得電并自鎖，與之相連的電磁閥Y1接通并保持，液體A開(kāi)始流入。（2）第二種液體的進(jìn)入當(dāng)液體達(dá)到液位傳感器L2的位置時(shí)，L2動(dòng)作，X002輸入繼電器通電使Y001關(guān)閉，同時(shí)X002接通，輸入繼電器接通并保持，與之相連的電磁閥得點(diǎn)接通，液體B流入。（3）攪拌機(jī)工作當(dāng)液體達(dá)到液位傳感器L1時(shí)，L1檢測(cè)到該信息，使X001輸入繼電器得電，在梯形圖中它的X001常開(kāi)觸點(diǎn)接通，使輸出繼電器Y002關(guān)閉，同

25、時(shí)使攪拌機(jī)Y003的輸出繼電器接通，攪拌機(jī)開(kāi)始工作。（4）混合液體開(kāi)始排出攪拌機(jī)攪拌4s后，停止攪拌，同時(shí)繼電器線圈Y002得點(diǎn)，放液閥門(mén)打開(kāi)（Y3=ON），排出攪拌均勻后的液體。（5） 混合液體排完 當(dāng)液位低于L3液位傳感器的位置時(shí)，L3液位傳感器與由通到斷，再過(guò)5s容器放空，使放液閥門(mén)Y3關(guān)閉。（7）重復(fù)液體混合過(guò)程重復(fù)液體混合過(guò)程是通過(guò)并聯(lián)在梯形圖上的T1常開(kāi)觸點(diǎn)實(shí)現(xiàn)的。第4章 軟件電路設(shè)計(jì)4.1程序框圖程序框圖如圖4-14.2 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4-2圖4-2 控制梯形圖4-3 語(yǔ)句表語(yǔ)句表如表3-1表3-1 語(yǔ)句表1 LD M80022 OR M0

26、3 LD M44 ANI M55 ORB6 ANI M17 OUT M08 AND X0009 OR M110 LD M411 AND T112 AND M513 ORB14 ANI M215 OUT M116 OUT Y00117 LD M118 AND X00319 ORM220 ANI M321 OUT M222 OUT Y00223 LD M224 AND X00225 OR M326 ANI M427 OUT M328 OUT Y00029 OUT T030 LD M331 AND T032 OR M133 ANI M034 OUT M435 OUT Y00336 ANI X0043

27、7 OUT T138 LD X00039 OR M540 ANI X00141 OUT M542 END5 系統(tǒng)常見(jiàn)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)的設(shè)備消耗、元器件設(shè)備故障發(fā)生點(diǎn)有較明白的估計(jì)，也就是說(shuō)，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(guò)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)故障的概念系統(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/O模塊及相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)和外部設(shè)備?，F(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)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

28、、接觸器、閥門(mén)、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)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)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(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(xiě)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)。

29、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(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，同時(shí)在系統(tǒng)維護(hù)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PLC最大的薄弱環(huán)節(jié)在I/O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(wú)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(mǎi)/O模塊的故障就要減少外部各種干擾對(duì)其影響，首先應(yīng)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)

30、控制設(shè)備在整個(gè)過(guò)程控制系統(tǒng)中最容易發(fā)生故障地點(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(lèi)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，電器備件消耗量最大的為各類(lèi)繼電器和空氣開(kāi)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)容易打火或氧化，然后發(fā)熱變形直至不能使用。所以減少此類(lèi)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(lèi)故障多發(fā)點(diǎn)在閥門(mén)等設(shè)備上。因?yàn)檫@類(lèi)設(shè)備的關(guān)鍵執(zhí)行部件，利用電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)推拉閥門(mén)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)

31、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(lèi)設(shè)備的巡檢，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理。（3）第3類(lèi)故障點(diǎn)是傳感器和儀表。這類(lèi)故障在控制系統(tǒng)中一般反映在信號(hào)的不正常。這類(lèi)設(shè)備安裝時(shí)信號(hào)線的屏蔽層應(yīng)單端可靠接地，并盡量和動(dòng)力電纜分開(kāi)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(lèi)故障的發(fā)生及處理也和日常巡檢有關(guān)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)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(zhuān)門(mén)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施就能直接用于工業(yè)環(huán)境中。單如果工業(yè)環(huán)境過(guò)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

32、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有必要的。外界干擾的主要來(lái)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?chē)徑拇笕萘吭O(shè)備啟動(dòng)和停止時(shí)，因電磁感應(yīng)引起的干擾；其他設(shè)備或空中強(qiáng)電場(chǎng)通過(guò)分布電容串入PLC引起的干擾。3） 輸入輸出信號(hào)的干擾輸入設(shè)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，輸出信號(hào)由斷開(kāi)-閉合時(shí)產(chǎn)生的突變電流和由閉合-斷開(kāi)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