基于PLC的攪拌機(jī)控制系統(tǒng)參考模板

1、廈門工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 題 目： 基于PLC的攪拌機(jī)控制系統(tǒng) 姓 名： 劉佳盛 學(xué) 號： 1208102022 系 別： 電氣工程 專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 年 級： 12級電氣2班 指導(dǎo)教師： 黃永杰 年 月 日 / 36基于PLC的攪拌機(jī)控制系統(tǒng)摘要攪拌機(jī)作為現(xiàn)代工業(yè)中不可缺少的部分，在現(xiàn)代技術(shù)的支持下攪拌機(jī)得到了較大的發(fā)展，以前的攪拌機(jī)都是由繼電器控制組成，系統(tǒng)相對來說比較復(fù)雜，響應(yīng)速度緩慢。由于現(xiàn)代PLC控制技術(shù)的迅速發(fā)展，采用軟件就可以取代繼電器系統(tǒng)，所以，越來越多的企業(yè)和工廠都選用PLC作為對攪拌機(jī)的系統(tǒng)的控制。該課題設(shè)計的主要控制是運用可編程控制的技術(shù)來實現(xiàn)的。先是

2、根據(jù)需求畫出工藝流程圖，再按照工藝流程圖來設(shè)計硬件配置，最后是根據(jù)設(shè)計要求進(jìn)行系統(tǒng)的主要電路和控制電路的設(shè)計，從而達(dá)到系統(tǒng)的控制要求。然后再按照控制的要求進(jìn)行軟件部分的設(shè)計，為了將自動化控制加入系統(tǒng)中，該設(shè)計是運用PLC來控制主要的電路。其中包括PLC、電動機(jī)、電磁閥、泵、液位變送器等元件的選型。其中液位傳送器負(fù)責(zé)收集攪拌容器中液位的實時高度，再將采集到的信息轉(zhuǎn)化后送給PLC，PLC再對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，然后根據(jù)程序輸出控制命令，進(jìn)而促使整個系統(tǒng)按要求進(jìn)程。從而達(dá)到降低制造成本和維護(hù)成本的目的。關(guān)鍵詞：PLC，攪拌機(jī)，液位變送器，自動控制Based on PLC the mixer control

3、 systemAbstractMixer as an integral part of the modern industry, with the support of modern technology blender got greater development, previous mixer is composed of relay control, system is relatively complicated, the response speed is slow. Due to the rapid development of modern PLC control techno

4、logy, the software could replace relay system, therefore, more and more companies and factories all use PLC as the control of the mixer system.This design is to use PLC technology to realize the main control of the mixing system. First is carries on the process of system design, hardware configurati

5、on according toprocess flow design, and then design the system of the main circuit, control circuit, so as to achieve control requirements. Then according to the requirement of the control software design, in order to achieve the automatic control of the liquid mixing system PLC control technology a

6、re adopted in this design. Including PLC, motor, solenoid valve, pump, liquid level transmitter components selection, etc. Collected in the liquid level transmitter site liquid level height will be transmitted to the PLC, and through the PLC logic of data processing, and then send the requirements o

7、f the control command, prompting the complete command control system. So as to achieve the aim of reducing manufacturing costs and maintenance costs. Key words: PLC,Mixer,Liquid level transmitter,automatic control目 錄第一章 緒論11.1設(shè)計攪拌機(jī)控制系統(tǒng)的目的11.2 設(shè)計攪拌機(jī)控制系統(tǒng)的意義11.3 本設(shè)計的主要工作2第二章 基于PLC的攪拌機(jī)控制系統(tǒng)總體方案32.1 攪拌機(jī)控制

8、系統(tǒng)的組成32.2 攪拌機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計內(nèi)容32.3 攪拌機(jī)控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計方案32.4 攪拌機(jī)控制系統(tǒng)的基本運行原理42.5 攪拌機(jī)控制系統(tǒng)的需求分析52.6 攪拌機(jī)控制的自動化控制概述52.6.1 PLC應(yīng)用方面的特點5第三章 基于PLC的攪拌機(jī)控制系統(tǒng)的硬件部分73.1 攪拌機(jī)控制系統(tǒng)的硬件選型73.1.1攪拌機(jī)控制系統(tǒng)的PLC選型73.1.2 電磁閥的選擇73.1.3 液位傳感器的選擇83.1.4 變頻器的選擇83.1.5 攪拌電動機(jī)的選擇93.2 攪拌機(jī)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)93.3 攪拌機(jī)控制系統(tǒng)的主電路設(shè)計103.3.1 攪拌機(jī)控制系統(tǒng)的檢測電路113.3.2 攪拌機(jī)控制系統(tǒng)的控制部分

9、11第四章 攪拌機(jī)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計124.1 攪拌機(jī)控制系統(tǒng)的工作流程124.2 PLC的I/O分配134.3 攪拌機(jī)控制系統(tǒng)梯形圖的設(shè)計134.3.1 系統(tǒng)的啟動停止144.3.2 系統(tǒng)的自動入液控制144.3.3 系統(tǒng)的自動加熱部分154.3.4攪拌機(jī)出液控制164.3.5 檢測電路16第五章 仿真及調(diào)試185.1 仿真軟件的簡介185.2 軟件編程的仿真195.2.1 系統(tǒng)的正確運行195.2.2 仿真調(diào)試的誤區(qū)205.3 仿真調(diào)試結(jié)果21總結(jié)22參考文獻(xiàn)23謝辭24附錄 基于PLC的攪拌機(jī)控制系統(tǒng)程序梯形圖25第一章 緒論 隨著工業(yè)發(fā)展速度的加快，人們越來越注重科學(xué)、穩(wěn)定、簡便以及安

10、全的工業(yè)生產(chǎn)方式。生產(chǎn)方式又依賴于生產(chǎn)機(jī)器的穩(wěn)定、可靠、高效的運行，而這樣子的運行是可以通過一定的技術(shù)手段對生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行改善來達(dá)到實現(xiàn)的。目前大部分的企業(yè)對液體攪拌系統(tǒng)都是采用繼電器技術(shù)進(jìn)行控制，這種方法不僅消耗大，而且攪拌效果也很難達(dá)到設(shè)計要求，這使得企業(yè)的能源和資源不能得到充分的利用。隨著計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展起來，生產(chǎn)廠家對生產(chǎn)的自動化水平有了更高的需求，因此，對攪拌機(jī)系統(tǒng)應(yīng)該加以改進(jìn)。經(jīng)過不斷的改良后，一款基于PLC的攪拌機(jī)控制系統(tǒng)出現(xiàn)，它既可以靈活的根據(jù)設(shè)計的要求進(jìn)行混合材料，并且還能達(dá)到節(jié)能、高效、環(huán)保的目的。1.1設(shè)計攪拌機(jī)控制系統(tǒng)的目的近年來隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，工廠機(jī)器制造業(yè)

11、進(jìn)程不斷的加快，功能的需求也逐漸增加。攪拌已經(jīng)成為了現(xiàn)代工業(yè)制造不可缺少的部分，由繼電器控制組成的攪拌機(jī)，因為系統(tǒng)比較復(fù)雜，反應(yīng)速度也跟不上工序的需求，應(yīng)此，需要一款更加高效的控制裝置來代替繼電器為主的系統(tǒng)控制。伴隨著技術(shù)的進(jìn)步、工藝的改進(jìn)、系統(tǒng)的完善以及人類需求的增加，對于攪拌機(jī)的控制便有了更高的要求，本系統(tǒng)就是一款具多功能的攪拌機(jī)控制系統(tǒng)，設(shè)計中將自動控制的方式融入其中，不僅減少了人員的使用，而且還減輕了員工的日常工作強(qiáng)度，不僅很好的提高了人員的使用效率，而且還能在工作環(huán)境惡劣的行業(yè)中進(jìn)行工作，具有良好的經(jīng)濟(jì)和社會效益，逐步提高了系統(tǒng)的自動控制的水平。1.2 設(shè)計攪拌機(jī)控制系統(tǒng)的意義本系統(tǒng)

12、的設(shè)計就是將攪拌機(jī)工業(yè)化的自動性能進(jìn)行控制，攪拌機(jī)的自動化設(shè)計，不但可以對液體攪拌過程的每個部分進(jìn)行準(zhǔn)確的自動控制，并且還能很大程度的降低生產(chǎn)成本，這樣便可以直接的用在現(xiàn)場作業(yè)，對現(xiàn)場人員的要求也不是很高，對企業(yè)提高自動化管理水平具有很大的幫助，同時也提高了生產(chǎn)線的使用壽命和流水線的工作效率，減輕了企業(yè)生產(chǎn)過程中的質(zhì)量波動性。因此，攪拌機(jī)在未來的市場中具有廣闊的發(fā)展前景。由于工業(yè)的快速發(fā)展，技術(shù)的不斷前進(jìn)，自動化和智能化越來越多的被用在工業(yè)生產(chǎn)中。在化學(xué)、食品加工等行業(yè)的生產(chǎn)中，液體攪拌是不可缺少的重要環(huán)節(jié)，液體攪拌最重要的部分是保證原料的混合過程中的準(zhǔn)確性，并要求比例精準(zhǔn)和保證原料充分混合。

13、所以我自動化的攪拌機(jī)控制系統(tǒng)不管是從技術(shù)的角度或者發(fā)展的潛力來說都是具有深遠(yuǎn)的意義的。希望通過本次設(shè)計能夠更加熟悉攪拌機(jī)在工業(yè)生產(chǎn)中的作用并且能夠更好地運用。1.3 本設(shè)計的主要工作 本設(shè)計主要是基于PLC的攪拌機(jī)控制系統(tǒng)，設(shè)計步驟如下： (1) 深入對攪拌機(jī)結(jié)構(gòu)組成和工作原理進(jìn)行詳細(xì)的了解。(2) 分析攪拌機(jī)控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)，確定控制系統(tǒng)整體的設(shè)計思路。 (3) 確定好系統(tǒng)的整體控制，根據(jù)控制中要實現(xiàn)的要求進(jìn)行I/O點數(shù)的設(shè)計，再根據(jù)要求選擇PLC型號，編寫I/O分布表或I/O端子的接線圖。 (4) 根據(jù)控制要求畫出流程圖，學(xué)習(xí)使用編程軟件，并且根據(jù)流程圖編寫梯形圖，然后進(jìn)行編譯調(diào)試。 (

14、5) 學(xué)習(xí)使用仿真軟件，并進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試。第2章 基于PLC的攪拌機(jī)控制系統(tǒng)總體方案2.1 攪拌機(jī)控制系統(tǒng)的組成該系統(tǒng)的主要部分包括PLC、液位檢測裝置、CPU、電機(jī)、現(xiàn)場控制柜以及報警裝置組成。系統(tǒng)控制圖如圖2-1所示。計算機(jī)PLC 液位裝置報警裝置 電機(jī)圖2-1 攪拌機(jī)控制系統(tǒng)示意圖液位傳送器通過對現(xiàn)場液位的高度的采集后，并將其轉(zhuǎn)換成電流信號傳給PLC中心分析，PLC依據(jù)現(xiàn)場的狀況以及外部輸入的信號來控制攪拌機(jī)系統(tǒng)，并將信號傳送至計算機(jī)中心處理，最后再顯示操作指示如操作錯誤及發(fā)出報警。2.2 攪拌機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計內(nèi)容液體攪拌系統(tǒng)由進(jìn)/出液閥、攪拌機(jī)組成。它先讓兩種液體流入攪拌機(jī)內(nèi)，然后在攪拌

15、機(jī)的攪拌下混合，最后出液閥打開，流出混合好的液體。兩種原料液體進(jìn)液時達(dá)到設(shè)定的液面時，進(jìn)液閥立即停止放入液體，且攪拌機(jī)的攪拌時間可根據(jù)濃度不同而另行設(shè)計。 要攪拌混合兩種液體，首先要確定攪拌機(jī)內(nèi)無殘留的液體，所以，在控制啟動前，同時讓出液閥打開，然后打開系統(tǒng)啟動鍵，此時進(jìn)液閥A打開液體進(jìn)入，當(dāng)液體在容器中的位置到中限位的時候入液閥關(guān)閉，使液體停止流入，同時B入液閥打開開始注液，當(dāng)液體的位置在上限位時，液體停止注入，同時電動機(jī)開始工作，攪拌均勻后，出液閥C打開混合液體流出，當(dāng)液位的位置到下限位時，再使閥C繼續(xù)保持打開的狀態(tài)，使混合液體流干凈，再開始新一輪的循環(huán)。2.3 攪拌機(jī)控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

16、方案在圖2-2中的上、中、下液位傳感器只有當(dāng)液體淹沒時才會接通，液體A、B電磁閥和C電磁閥分別由YV1、YV2、YV3控制的，M為攪拌電機(jī)，如下圖所示：圖2-2 攪拌機(jī)控制系統(tǒng)示意圖2.4 攪拌機(jī)控制系統(tǒng)的基本運行原理如圖2-2中所示分為上限位SL1（上）、中限位SL2（中）、下限位SL3(下)3個液位傳感器，被淹沒時接通信號為ON。電磁閥線圈通電時打開。其中液體A和液體B的進(jìn)液分別由進(jìn)液閥A和B控制，混合液體的液出由出液閥C控制。（1）起始操作：為了確保攪拌容器是空的，不殘留前次混合液體，在運行時，進(jìn)液閥A和B處于關(guān)閉狀態(tài)，此時出液閥C打開，使容器中所殘存液體放空，放空后出液閥C關(guān)閉。 （2

17、）打開啟動按鈕，進(jìn)液閥A打開，A液體注入，液體高度持續(xù)上升。 （3）當(dāng)液位高度到中限位SL2（中）時，開關(guān)量變?yōu)镺N，A液體立即停止注入，同時打開進(jìn)液閥B，B液體便開始注。 （4）當(dāng)液位高度至上限位SL1（上）處，進(jìn)液閥B立即關(guān)閉，B液體注入停止，同時電動機(jī)便開始工作。 （5）電動機(jī)帶動攪拌器攪動液體，混合攪拌時間設(shè)定60s。 （6）當(dāng)電機(jī)攪拌到達(dá)設(shè)定時間后，電機(jī)線圈失電打開，停止工作，此時出液閥C打開，液位開始下降。 （7）當(dāng)液體高度到下限位SL3(下)處時，出液閥C保持打開狀態(tài)8s，液體繼續(xù)流出，直至攪拌容器放空為止。 （8）8s后放液閥C線圈失開關(guān)閉合，系統(tǒng)將自動開始下一個循環(huán)。 （9）

18、停止操作：設(shè)計當(dāng)工作時，如果按下停止按鈕，系統(tǒng)不會立即停止，而是按照流程需要完成當(dāng)前的操作直至一個流程結(jié)束方會自動停止操作。2.5 攪拌機(jī)控制系統(tǒng)的需求分析（1）功能需求 控制系統(tǒng)應(yīng)具有可靠性能高，功能強(qiáng)大等顯著特點，并且需要做到擴(kuò)展容易及連接方便，并且能夠?qū)崟r的滿足I/O口多樣化的控制、I/O端的選擇性多和實時信號通訊等功能；系統(tǒng)還要能夠進(jìn)行實時的信號采集工作，并且要更保證傳輸過程的可靠性和穩(wěn)定性。（2）實時性需求在生產(chǎn)過程中，根據(jù)液體的混合進(jìn)度設(shè)計具有實時性能是非常有必要的，特別是在各種材料的混合測量方面，必須以確保所有種類的液位動態(tài)精度能夠?qū)崟r的傳送給傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集分析，在適當(dāng)?shù)臅r間

19、，系統(tǒng)可以更快的響應(yīng)做出相應(yīng)的操作步驟，或關(guān)閉閥門運動。也就是說，要有一個時間限制，系統(tǒng)也必須在規(guī)定的時間內(nèi)采取行動，并且執(zhí)行器的響應(yīng)時間盡可能要短，系統(tǒng)必須能夠響應(yīng)快。2.6 攪拌機(jī)控制的自動化控制概述 隨著微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，本設(shè)計以PLC作為攪拌機(jī)的控制中心，PLC通過逐步升級也極大的增強(qiáng)了其自身大多功能?，F(xiàn)在PLC已經(jīng)發(fā)展成為企業(yè)生產(chǎn)不可缺少的部分，是名副其實的聚多功能控制于一身的裝置器。由于PLC的主要控制系統(tǒng)具有控制功能完整強(qiáng)大、可靠性能高、性價比高等特點，并且具有順序性、周期性等優(yōu)良工作特征，即成為工業(yè)自動化的首選控制裝置器2.6.1 PLC應(yīng)用方面的特點根據(jù)實際的應(yīng)用來分析可

20、編程控制器，且具有以下特點： （1）準(zhǔn)確性較高：因為PLC的時間動量是由晶振效果發(fā)生的，所以準(zhǔn)確性非常之高，其數(shù)據(jù)儲存范圍也比較寬；并且具有計數(shù)/定時的功能。其內(nèi)部是通過半導(dǎo)體組成的，控制響應(yīng)速度快，同時信號也不因外界環(huán)境溫度改變而受到影響。 （2）裝置體積?。涸诠I(yè)生產(chǎn)過程中主要運用微處理器和大規(guī)模的集成電路進(jìn)行組裝，這樣使安裝更加方便，并逐步實現(xiàn)了體積向小型化方向發(fā)展。 （3）使用方便：PLC是串行工作，所以不受禁錮，并且I/O控制有很好的傳輸保護(hù)模塊與信號調(diào)節(jié)整理模塊；在受熱性能、防塵性能、受潮性能等方面都考慮的非常周全。在不同的控制系統(tǒng)中，當(dāng)硬件結(jié)構(gòu)的選擇確定后，如果I/O作為很小的變

21、量時，這時只需根據(jù)要求改變對程序做改變即可，并對系統(tǒng)的I/O口連接線做小范圍的調(diào)整，不僅能夠使現(xiàn)場調(diào)試的工作量減少，而且操作也變得靈活簡便。 （4）穩(wěn)定性能高：因為PLC的I/O口均采用光電耦合器件，并運用了隔離和抗干擾等方法，使其具有了較強(qiáng)抗干擾的能力，因而能夠工作在惡劣的外界因素下；PLC是無觸點結(jié)構(gòu)，并采用了密封、防塵、防潮的外殼封裝，具有自我診斷的功能和監(jiān)控程序執(zhí)行的功能。 （5）通用性能好： 由于PLC采用的是模塊化結(jié)構(gòu)，一般有計算機(jī)模塊、PID模塊、模擬I/O模塊等，可以用這些模塊靈活的組成要求不同的控制系統(tǒng)，對不同的控制系統(tǒng)中，只要選取需要的模塊完成，因而具有較好的通用性能；本課

22、題攪拌機(jī)控制系統(tǒng)，是通過液位變送器對攪拌容器內(nèi)的液位信號進(jìn)行實時的采集，并通過A/D轉(zhuǎn)換將信號輸送給CPU進(jìn)行處理，實現(xiàn)PLC對系統(tǒng)的控制。該系統(tǒng)的總體方案主要的目的在于保證混合原料過程中的準(zhǔn)確性以及保證原料的能夠充分的混合。基于PLC的上述優(yōu)點便能夠?qū)崿F(xiàn)和滿足本課題的設(shè)計內(nèi)容，所以我選擇攪拌機(jī)控制系統(tǒng)為采用西門子的PLC，提高系統(tǒng)的自動化水平。系統(tǒng)的水位，溫度，壓力均可以進(jìn)行監(jiān)測和控制，減少了人力資源的浪費；變頻器可以根據(jù)實際負(fù)荷的大小來調(diào)節(jié)電動機(jī)的運轉(zhuǎn)頻率，減少能量的損失；對電動機(jī)進(jìn)行軟啟動，會減小電流和機(jī)械的沖擊，使系統(tǒng)設(shè)備的使用壽命延長。第三章 基于PLC的攪拌機(jī)控制系統(tǒng)的硬件部分3.

23、1 攪拌機(jī)控制系統(tǒng)的硬件選型根據(jù)上面對于攪拌機(jī)系統(tǒng)的了解，控制要求的設(shè)定，首先清楚了解系統(tǒng)中會使用到的相關(guān)元件和性能，然后先對整體的硬件結(jié)構(gòu)進(jìn)行介紹。3.1.1攪拌機(jī)控制系統(tǒng)的PLC選型在該系統(tǒng)中，有5個開關(guān)輸入量，7個開關(guān)輸出量，對系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和維護(hù)進(jìn)行考慮，可編程控制器可以選擇模塊化裝置。因為本控制系統(tǒng)是一個連續(xù)性的，所以選擇PLC的型號為西門子S7-200 作為控制單元。S7-200PLC的一般結(jié)構(gòu)包括CPU(中央處理單元)、存儲器、輸入輸出接口電路、電源、外設(shè)接口、I/O擴(kuò)展接口。3.1.2 電磁閥的選擇由于電磁閥是進(jìn)出入液體的流通管道，所以必須考慮攪拌液體的種類、化學(xué)性質(zhì)、濃度密度

24、等方面進(jìn)行選擇相應(yīng)的電磁閥，然后經(jīng)過種種方面比較與選擇，最后該系統(tǒng)的電磁閥決定采用“VF4-25”型。 其中的“V”所表示的是電磁閥，而“F”所表示的是電磁閥得耐腐蝕性，“4”所表示的是設(shè)計的序列號，最后的“25”所表示的是電磁閥口徑的（mm）寬度。 “VF4-25”型電磁閥得主要技術(shù)參數(shù)如下所示： （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)試劑等酸堿性液體；（2）介質(zhì)溫度150、環(huán)境溫度 -20+60；（3）使用電壓：220V 50HZ/24V 60HZ ；（4）功率：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。3.1.3 液位傳感器的選擇現(xiàn)

25、在我們先介紹液位傳感器，在系統(tǒng)設(shè)計中采用的是光電式液位傳感器。導(dǎo)管內(nèi)裝有測量元件，它可以將所測量的液面信號轉(zhuǎn)換成正比于液位變化的電阻信號，并轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號輸出。設(shè)計中，在攪拌容器中安裝液位傳感器，監(jiān)測水位情況，并且跟設(shè)定上限水位和下限水位做比較，使得相應(yīng)的線圈動作，發(fā)出信號。首先要求液位傳感器精準(zhǔn)性，可靠性強(qiáng)，其次應(yīng)選擇抗液體腐蝕能力以及抗老化能力好。最后，本系統(tǒng)決定采用“LSF-2.5”液位傳感器。其中“L”所表示的是光電的，“S”所表示的是傳感器，“F”表示的是防腐蝕的，“2.5”所表示為最大工作壓力?！癓SF-2.5”液位傳感器主要技術(shù)參數(shù)如下：(1)工作壓力可達(dá)2.5Mpa；(2)工作

26、溫度上限為+125；(3)觸點壽命為100萬次；(4)觸點功率為70W；(5)開關(guān)電壓為24V；(6)切換電流為0.5A。該型號是基于光的反射和折射的原理，當(dāng)容器是空的時候，光經(jīng)過棱鏡面或球面反射回接觸點；液體淹沒傳感器的光電探頭球面時，光通過棱鏡表面折射出來，使其輸出量發(fā)生相應(yīng)的變化，相應(yīng)的晶體管或繼電器的動作便會伴隨著一個開關(guān)量的輸出而變化。該設(shè)計還采用壓力傳感器，壓力傳感器是一種轉(zhuǎn)換壓力變量，可以將測量儀器的輸出信號的標(biāo)準(zhǔn)化，并將其輸出信號與給定的連續(xù)函數(shù)關(guān)系進(jìn)行壓力。主要用于工業(yè)過程壓力參數(shù)的測量和控制。在系統(tǒng)中檢測攪拌容器中的液壓，用來與變頻器結(jié)合控制電機(jī)，盡量使壓力保持穩(wěn)定。3.1

27、.4 變頻器的選擇 變頻器是利用功率半導(dǎo)體器件的通斷功能來實現(xiàn)工頻功率轉(zhuǎn)換到另一個頻率功率控制裝置，可以實現(xiàn)交流異步電動機(jī)軟啟動和電機(jī)轉(zhuǎn)速的頻率控制，提高操作精度，改變功率因數(shù)，過電流/過電壓/過載保護(hù)等功能。變頻器使用的時候，根據(jù)液體的液壓大小，都可以對電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)。使用變頻器調(diào)整轉(zhuǎn)速后，因為內(nèi)部有電容濾波，這樣不僅可以減小無功的損耗，而且還增加了電機(jī)的有功功率。 基于變頻器的各種優(yōu)點，在實際的工業(yè)生產(chǎn)中加入變頻器對于工廠來說是非常有利的。在本系統(tǒng)的設(shè)計中加入變頻器就是要根據(jù)液體的壓力來調(diào)節(jié)電機(jī)運轉(zhuǎn)。3.1.5 攪拌電動機(jī)的選擇三相異步電動機(jī)的選擇，包括功率、類型、電壓和方式等。（1）

28、功率的選擇根據(jù)要求選擇合適的電動機(jī)是運行安全性和經(jīng)濟(jì)性重要的保證。一般電機(jī)的功率是根據(jù)所需的電動機(jī)的輸出功率來進(jìn)行比較選擇。連續(xù)運行電動機(jī)功率的選擇：所謂連續(xù)運行電動機(jī)功率是指在一長期時間下電動機(jī)連續(xù)工作時所消耗的功率：對于連續(xù)運行的電動機(jī)，如果負(fù)載是恒定負(fù)載時，要計算機(jī)械功率的產(chǎn)生多大，然后再選擇額定功率的電機(jī)應(yīng)略大于或等于產(chǎn)生機(jī)械功率，從而保證經(jīng)濟(jì)安全。 （當(dāng)負(fù)荷變化時，計算復(fù)雜，通常根據(jù)機(jī)械負(fù)荷的產(chǎn)生和變化規(guī)律進(jìn)行等效恒載，然后選擇電機(jī)）。（2）種類和型式的選擇 從交流、直流、速度、起動性能、機(jī)械性能、等方面進(jìn)行了選型。（3）電壓的選擇 根據(jù)使用現(xiàn)場的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行選擇。一般的Y系列籠型電

29、機(jī)的額定電壓只有380V的等級；而大功率的異步電機(jī)則采用的是3/6000V的等級。3.2 攪拌機(jī)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)通過對以上元件的了解，設(shè)計整個系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)，如圖3-1所示。本系統(tǒng)設(shè)計主要是以PLC為控制中心，然后通過壓力輸出信號來控制變頻器，從而控制電機(jī)。從液位傳感器、壓力傳感器采集來的狀態(tài)放置在相應(yīng)的存儲器中，因為PLC只能識別開關(guān)量，所以從相應(yīng)的存儲器中讀取的狀態(tài)會先轉(zhuǎn)換成為PLC可以識別的信息，然后進(jìn)行判斷，再輸出相應(yīng)的信號，比如轉(zhuǎn)速、功率和報警。在液位傳感器檢測完后，有液位信息輸出，在壓力檢測完成之后，有相應(yīng)的輸出信號，通過相同的通信協(xié)議傳遞給變頻器。液位傳感器S7-200CPU 226

30、變頻器壓力傳感器攪拌電機(jī)圖3-1水循環(huán)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)連接圖3.3 攪拌機(jī)控制系統(tǒng)的主電路設(shè)計主電路主要由控制電機(jī)組成，任務(wù)是通過控制電路的作用來完成目標(biāo)，主電路的支架或下降直接關(guān)系到整個系統(tǒng)的功能是否齊全，所需的功率充足，響應(yīng)靈敏等。主電路由工業(yè)380伏三相交流電源線組成，如圖3-2所示。圖3-2 攪拌機(jī)控制系統(tǒng)的主電路圖3.3.1 攪拌機(jī)控制系統(tǒng)的檢測電路控制系統(tǒng)中，檢測控制電路是對系統(tǒng)所要求的環(huán)境參數(shù)的保障，并且對其出現(xiàn)的狀況，提示相應(yīng)的信號?？刂齐娐返淖饔檬怯蒔LC來實現(xiàn)的，所以，檢測系統(tǒng)的好壞，直接相關(guān)控制系統(tǒng)的可靠度和準(zhǔn)確度。本設(shè)計的檢測電路主要是通過傳感器來檢測容器中的水位，并輸送

31、液壓。容器中的水位檢測，設(shè)定有上限位、中限位和下限位，當(dāng)高于中限位就會輸出警示進(jìn)而發(fā)出報警，當(dāng)高于上限位時也會同樣工作。系統(tǒng)正常運行時，就會向容器中注水，當(dāng)水量發(fā)生變化時，變頻器根據(jù)對壓力的設(shè)定值和壓力傳感器反饋值之差，經(jīng)過PID算法對電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制。對于水位，水壓的數(shù)值的監(jiān)控，以便工作人員更好的進(jìn)行監(jiān)測。 3.3.2 攪拌機(jī)控制系統(tǒng)的控制部分?jǐn)嚢铏C(jī)系統(tǒng)的控制中心就是PLC，對于一個PLC的控制電路，正確的端口分配和接線連接直接關(guān)系著控制程序是否可以按照預(yù)先設(shè)定的步驟進(jìn)行，且連接的誤差和連接的分布使得無法識別的設(shè)備，甚者導(dǎo)致致命的應(yīng)用錯誤，造成不必要的損失。在選擇PLC類型的時候首先要確定

32、輸入輸出信號數(shù)量，功能等。按照上述的描述，選擇西門子公司S7-200系列CPU226的PLC，一共有5個數(shù)字量輸入，7個數(shù)字量的輸出，還可帶有7塊擴(kuò)展模塊，考慮系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和維護(hù)方便，可以選擇模塊化的可編程控制器。外部接線圖如下圖3-3圖3-3 PLC外部接線圖第四章 攪拌機(jī)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計4.1 攪拌機(jī)控制系統(tǒng)的工作流程通過之前對于攪拌機(jī)控制系統(tǒng)的分析研究，我們設(shè)計出該系統(tǒng)的工藝流程，如下圖4-1所示，從系統(tǒng)的開始，運行方式以及水位、水溫的加熱，能夠清晰的看出整個系統(tǒng)的運行情況，能夠更加明確控制目的。圖4-1 工業(yè)水循環(huán)工藝流程圖4.2 PLC的I/O分配通過對工業(yè)水循環(huán)系統(tǒng)運行過程及控

33、制檢測要求的全面分析，采用S7-200系列CPU226型號的PLC對輸入輸出信號進(jìn)行I/O分配如下圖4-2所示。序號設(shè)備/信號類型設(shè)備名稱信號地址1啟動按鈕SB1I0.0輸入2停止按鈕SB2I0.13上限位傳感器I0.24中限位傳感器I0.35下限位傳感器I0.46輸出進(jìn)液閥A/YV1Q0.07進(jìn)液閥B/YV2Q0.18出液閥C/YV3Q0.29攪拌電動機(jī)MQ0.310加熱指示Q0.411液位報警指示Q0.512報警鈴Q0.6表4-2系統(tǒng)I/O分配4.3 攪拌機(jī)控制系統(tǒng)梯形圖的設(shè)計根據(jù)上述工作流程圖，我們可將總體設(shè)計分為四個模塊進(jìn)行設(shè)計：系統(tǒng)的啟動和停止、系統(tǒng)自動入液控制、系統(tǒng)的自動加溫控制、

34、系統(tǒng)自動出液控制、系統(tǒng)的檢測部分和系統(tǒng)的主電路部分（即電機(jī)的運行情況）分別進(jìn)行介紹。4.3.1 系統(tǒng)的啟動停止系統(tǒng)的開啟與停止這部分控制就是要求系統(tǒng)可以正常的開啟運行或者停止。圖4-3 系統(tǒng)的啟動停止在梯形圖設(shè)計中，只有在系統(tǒng)開啟（即I2.2線圈閉合），檢測上限水位，壓力一切都正常后，中間繼電器M0.0閉合也就是系統(tǒng)啟動準(zhǔn)備成功。若是按下系統(tǒng)停止，那也就是整個循環(huán)系統(tǒng)就會停止運行。4.3.2 系統(tǒng)的自動入液控制系統(tǒng)在兩個液體分別到達(dá)相應(yīng)的中限位和上限位時，水位一切都準(zhǔn)確的情況下，自動進(jìn)行入液，梯形圖如下4-4所示圖4-4 系統(tǒng)的自動入液控制在系統(tǒng)中有A、B兩種液體，當(dāng)A液體開始流入容器中時，中

35、限位開關(guān)開啟，一旦液位到達(dá)中限位，入液閥A將立即關(guān)閉，此時B液體流入，上限位開關(guān)開啟，直到液位到達(dá)限位地址，液體B立即停止注入。4.3.3 系統(tǒng)的自動加熱部分系統(tǒng)的加熱部分可根據(jù)混合液體的需求可加亦可刪去，梯形圖如圖4-5圖4-5 系統(tǒng)的自動加熱 系統(tǒng)的加熱部分的目的是在于一些特殊環(huán)境下的需求，這樣能讓攪拌機(jī)系統(tǒng)在各方面各家完全，能涉及的液體攪拌更加多方便，足以應(yīng)對不同的場合進(jìn)行攪拌。4.3.4攪拌機(jī)出液控制混合液體攪拌完全后，電動機(jī)停止，出液閥打開，梯形圖如下圖4-6所示圖4-6 系統(tǒng)的自動出液控制 當(dāng)攪拌機(jī)停止時，出液閥C打開，混合液體流出，為了確保系統(tǒng)能保證混合質(zhì)量的情況下，流至下限位時

36、，出液閥將繼續(xù)打開8s保證混合液體充分的流出干凈，然后再自動進(jìn)行循環(huán)。4.3.5 檢測電路當(dāng)液體超過限位器時，為了減少損失，就必須要設(shè)計報警電路模塊來實現(xiàn)對系統(tǒng)的監(jiān)控，檢測是否運行正常。一旦液位超過，報警器可立即發(fā)出聲光來提醒人們來排除故障，因此，增加報警電路具有重要的價值和意義。由于條件有限，報警電路的設(shè)計較為簡單，如下圖所示為程序運行流程圖。根據(jù)比對結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)輸出系統(tǒng)根據(jù)比較指令進(jìn)行數(shù)據(jù)比對傳感器采集數(shù)據(jù)圖4-7 系統(tǒng)的檢測流程實際梯形圖如圖4-8所示圖4-8 檢測電路圖在水位檢測中，當(dāng)達(dá)到中限位或者上限水位時，比較指令進(jìn)行操作，比較觸點接通，儲水池就會發(fā)出報警指示燈亮Q0.5；一旦有報

37、警指示燈亮，就會有報警鈴Q0.6得電發(fā)出響聲。第五章 仿真及調(diào)試5.1 仿真軟件的簡介本設(shè)計采用的西門子S7200的仿真軟件是Simulation1.2(1) 在 Step 7 Micro Win V4.0中新建一個項目。編譯正確后保存，并在文件中選擇導(dǎo)出，保存后綴為awl的文件，轉(zhuǎn)換成STL編程語言界面（查看（V） STL(S)）。圖5-1 STL編程語言界面(2) 打開仿真軟件，點“配置”-“CPU 型號”(然后選擇CPU226，再點擊Accept即可)。圖5-2 CPU選型(3) 點擊“程序（P）”-“裝載程序（L）”。在跳出的對話框中選擇導(dǎo)入文件版本，再點擊確定即可。然后選擇第一步所保

38、存的.awl文件的目錄，選擇點擊打開，就會出現(xiàn)如下圖界面圖5-3 程序塊和梯形圖模塊圖(4) 點擊“PLC”然后選擇“運行”(或工具欄上的第五個綠色三角按鈕)，程序已經(jīng)開始進(jìn)行模擬運行狀態(tài)。5.2 軟件編程的仿真上述編譯成功的梯形圖復(fù)制到Simulation1.2版仿真軟件中，按下相應(yīng)的按鈕，我們可以觀測到電機(jī)啟動，檢測報警等。5.2.1 系統(tǒng)的正確運行在系統(tǒng)設(shè)計中正確的運行圖如圖5-4所示，圖5-4 系統(tǒng)正常運行5.2.2 仿真調(diào)試的誤區(qū)在仿真過程中很容易出現(xiàn)各式各樣的錯誤，其中最大的問題就是輸出燈不亮或者誤亮。我在仿真過程中也出現(xiàn)輸出燈誤亮的問題，如下圖5-5、5-6所示圖5-5 系統(tǒng)錯誤

39、運行1圖5-6 系統(tǒng)錯誤運行2 如5-5圖所示，當(dāng)I0.3及中限位開啟時，按照控制要求，此時A液體停止流入，B液體流入，及B入液閥開啟，只有Q0.1燈亮，可是圖中Q0.2也保持亮燈。 圖5-6所示，當(dāng)I0.2及上限位開啟時，按照控制要求，此時B液體停止流入，攪拌機(jī)開始工作，此時應(yīng)該只有Q0.3燈亮，可是圖中Q0.0也保持亮燈。 經(jīng)過反復(fù)的查找梯形圖后，發(fā)現(xiàn)在啟動和停止模塊的中間繼電器出現(xiàn)問題，錯誤將繼電器M0.6代替了M0.7，這樣才使得系統(tǒng)出錯，指示燈誤亮問題。5.3 仿真調(diào)試結(jié)果使用西門子的仿真軟件Simulation1.2版對 STEP7-Micro WIN V4.0軟件中已編譯成功的軟件進(jìn)行仿真，根據(jù)相應(yīng)的I/O口，對相應(yīng)的按鈕進(jìn)行強(qiáng)制閉合或者打開，觀察相應(yīng)的輸出，經(jīng)過多次的調(diào)試之后，所得結(jié)果能夠得到設(shè)計要求。當(dāng)然，希望之后會有機(jī)會做實物，將PLC與變頻器、壓力和液位警示連接起來，調(diào)試結(jié)果，能夠更好的在實際生產(chǎn)中運用?？偨Y(jié) 本設(shè)計首先分析了攪拌機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展前景，從液體混合過程入手，確定了基于可編程控制器的攪拌機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計。本次設(shè)計的主要任務(wù)是由液位傳感器采集的液位