【正文】 停，開閥放出混合液體， 至 X1 液位后 ，打開排氣閥， 延時(shí) 5S 放后關(guān) 兩閥 。 運(yùn)行出錯(cuò)是報(bào)警，并停止運(yùn)行。 本 設(shè)計(jì)采用 德國西門子 S7 系列 S7200PLC 以液體混料控制系統(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）， 以及組態(tài)王監(jiān)控設(shè)計(jì)， 旨在對(duì)其中的設(shè)計(jì)及制作過程做簡單的介紹和說明。 2 第 1 章 緒言 課題背景 隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，各種工業(yè)自動(dòng)化的不斷升級(jí)，對(duì)于工人的素質(zhì)要求也逐漸提高。其中在生產(chǎn)的第一線有著各種各樣的自動(dòng)加工系統(tǒng)，其中 液體 混合加工，是其中最為常見的一種。在工藝加工最初，把多種原料 在 合適的時(shí)間和條件下進(jìn)行 順序 加工 ， 以得到產(chǎn)品一直都是在人監(jiān)控或操作 下進(jìn)行的， 到 后來多用繼電器系統(tǒng) ， 對(duì)順序或邏輯的操作過程進(jìn)行自動(dòng)化操作 。 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，并且還具有如加工程序改變方便、使用電源在安全電壓以下等優(yōu)點(diǎn)，由此大受青睞。 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 , 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。 可編程控制器（ P L C ）是采用微機(jī)技術(shù)的通用工業(yè)自動(dòng)化裝置，近幾年來，在國內(nèi)已得到迅速推廣普及。 P L C 正改變著工廠自動(dòng)控制的面貌，對(duì)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)改造、發(fā)展新型工業(yè)具有重大的 實(shí)際意義。但 P L C 發(fā)展很快，國外P L C 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相同，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)HITECH。 國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀 3 可編程序控制器從產(chǎn)生到現(xiàn)在，由于其編程簡單、可靠性高、使用方便、維護(hù)容易、價(jià)格適中等優(yōu)點(diǎn)，使其得到了迅猛的發(fā)展，在冶金、機(jī)械、石油、化工、紡織、輕工、建筑、運(yùn)輸、電力等部門得到了廣泛的運(yùn)用。 可編程序控制器技術(shù)以與機(jī) 器人技術(shù)、 CAD/CAM技術(shù)并列為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化到生產(chǎn)線的自動(dòng)化、柔性制造 系統(tǒng) ，乃至整個(gè)工廠的生產(chǎn)自動(dòng)化， PLC均擔(dān)當(dāng)著重要的角色。 從 1969年出現(xiàn)的第一臺(tái) PLC，經(jīng)過幾十年的發(fā)展， PLC已經(jīng)發(fā)展到了第四代。第一代在 19691972年。這個(gè)時(shí)期是 PLC發(fā)展的初期，該時(shí)期的產(chǎn)品， CPU由中小規(guī)模集成電路組成，存儲(chǔ)器為磁芯存儲(chǔ)器 。 第二代在 19731975年。該時(shí)期的產(chǎn)品已開始使用微處理 器作為 CPU，并初步具備自診斷功能，可能性有了一定的提高，但掃描速度不太理想。第三代在 19761983年。 PLC進(jìn)入大發(fā)展階段，這個(gè)時(shí)期的產(chǎn)品已采用 8位和 16位微處理器作為 CPU, 部分的產(chǎn)品還采用了多微處理器結(jié)構(gòu)。 在規(guī)模上向兩極發(fā)展 ,即向小型、超小型和大型發(fā)展。第四代為 1983年到現(xiàn)在。這個(gè)時(shí)期的產(chǎn)品除采用 16位以上的微處理器作為 CPU外 ,可以將多臺(tái) PLC鏈接起來，實(shí)現(xiàn)資源共享；可以直接用于一些規(guī)模較大的復(fù)雜控制 系統(tǒng) ；編程語言除了可使用傳統(tǒng)的梯形圖、流程圖等外，還可以使用高級(jí)語言；外設(shè)多樣化，可以配置CRT和打印機(jī)等。 綜合起來看， 由于工業(yè)生產(chǎn)對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)需求的多樣性， PLC 的發(fā)展方向有兩個(gè)： 朝著小型、簡易、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(dòng)線控制，如日本立石公司的 C20P\C40P\C60P\C20H\C40H 等。 朝著大型、高速、多功能方 向發(fā)展。大型的 PLC 一般為多處理器系統(tǒng)，由字處理器、位處理器和浮點(diǎn)處理器等組成，有較大的存儲(chǔ)能力和功能很強(qiáng)的輸入輸出接口。通過豐富的智能外圍接口，可以獨(dú)立完成位置控制、閉環(huán)調(diào)節(jié)等特殊功能；通過網(wǎng)絡(luò)接口，可級(jí)連不同類型的 PLC 和計(jì)算機(jī)，從而組成控制范圍很大的局部網(wǎng)絡(luò)，適用于大型自動(dòng)化控制系統(tǒng)，如霍尼韋爾的 9000 系列等。 研究意義 4 在國內(nèi)的許多化工廠，水泥廠，鋼廠，尤其是國有老廠，其控制系統(tǒng)還在使用過時(shí)的模擬控制，甚至是全人工控制。人工控制由于人員過多效益過低，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，還有就是工廠的試驗(yàn)設(shè)備和生產(chǎn)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(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的要求也越來越高，傳統(tǒng)控制已達(dá)不到系統(tǒng)要求。隨著大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路的發(fā)展以及計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，控制系統(tǒng)開始由傳統(tǒng)控制向自動(dòng)（數(shù)字）控制方向發(fā)展。 在生產(chǎn)過程、科學(xué)研究和其他產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域中，可編程序自動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用都是十分廣泛的 ,在自動(dòng)控制的設(shè)備中 , 可編程序自動(dòng)控制亦比其它的控制方法使用得更普遍。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微處理機(jī)技術(shù)的應(yīng)用 ,使可編程 序自動(dòng)控制技術(shù)進(jìn)入了一個(gè)嶄新的階段，因此 ,了解和學(xué)習(xí)這些重要技術(shù)已是必不可少。 隨著 30 多年來微電子技術(shù)的不斷發(fā)展， PLC 也通過不斷的升級(jí)換代大大增強(qiáng)了其功能?，F(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)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。 目前我國仍有許多生產(chǎn)機(jī)械設(shè)備，都是采用繼電器控制，除了可靠性差外，設(shè)計(jì)程序也很繁雜。從方案的確立到技術(shù)條件 的設(shè)計(jì)以及施工的設(shè)計(jì)，圖面的工作量很大，這勢(shì)必造成設(shè)計(jì)周期長。而采用 PLC 控制可以大大縮短設(shè)計(jì)周期，甚至有些文件資料不必繪制成圖。設(shè)計(jì)人員完全可以利用編程器上屏幕顯示來輸入，或修改程序使得梯形圖能準(zhǔn)確無誤地反映生產(chǎn)要求。編程人員也可根據(jù)新產(chǎn)品對(duì)生產(chǎn)提出的新工藝要求，重新編寫程序并把它存儲(chǔ)在 EEPROM模塊中，需要加工哪個(gè)產(chǎn)品的程序，操作人員可以隨時(shí)調(diào)用，這既方便、簡單又可保密。開發(fā)這種軟件對(duì)優(yōu)化生產(chǎn)過程，提高產(chǎn)品數(shù)量和質(zhì)量，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，非常具有實(shí)際意義?？傊F(xiàn)代的工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線中 ,多數(shù)產(chǎn)家都采用 PLC 作為自動(dòng) 化 生產(chǎn)線的控制。在未來的工業(yè)生產(chǎn)中， PLC 仍然能夠引導(dǎo)自動(dòng)化行業(yè)的發(fā)展，隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展， PLC 將在各個(gè)領(lǐng)域更加適應(yīng)不同客戶的要求。 研究 內(nèi)容 本論文研究的是兩種液體的混合，具體控制要求如下 5 1. 初始狀態(tài) 裝置投入運(yùn)行時(shí)，液體 A、 B 閥門均為關(guān)閉狀態(tài)，混合液閥門打開 10s 后關(guān)閉。 2. 起動(dòng)操作 按下啟動(dòng)按鈕后，裝置開始按下列規(guī)律運(yùn)行： 1) 液體 A 閥門打開，液體 A 流入容器。當(dāng)液面到達(dá) X2 水位時(shí)，關(guān)閉液體A 閥門，打開液體 B 閥門。 2) 當(dāng)液面到達(dá)高水位 X3 時(shí)，關(guān)閉 B 閥門，攪勻 電動(dòng)機(jī)開始攪勻。 3) 攪勻電動(dòng)機(jī)工作 20S 后停止攪動(dòng)，混合液體閥門打開，開始放出混合液體。 4) 當(dāng)液面下降到 50 時(shí)，再過 5s 后，混合液排氣閥門關(guān)閉，一個(gè)周期結(jié)束。 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。 具體控制示意圖如下圖： 圖 11 兩種液體混合控制示意圖 第 2 章 液體混合裝置的控制的硬件設(shè)計(jì) 6 液體混合裝置 結(jié)構(gòu)及控制要求 下圖為 混合液體控制裝置示意圖 ， X2 為 A 液體高度傳感器， X3 為加入 B液體后混合液體高度傳感器， X1 為剩余 50 時(shí)液面高度傳感器，液體 A、 B 與混合液閥由電磁閥 Y Y Y3 控制，排氣電磁閥由 Y5 控制， 攪拌電動(dòng)機(jī)由 Y4電磁閥控制，報(bào)警由電磁閥 Y6 控制， M 為攪勻電動(dòng)機(jī)。 圖 21 混合液體控制裝置示意圖 硬件選用 7 選擇接觸器 1 選用 CJX19， 220V 型接觸器，如圖 22 所示： 圖 22 CJX19， 220V 型交流接觸器 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 2 用途 CJX1 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 9～ 475A（ 380V、 AC3 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)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 工作條件 海拔高度不超過 2020 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%，低溫 時(shí) 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 。 8 安裝位置： 安裝面與垂直面的傾斜度不超過177。 5176。； 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。 4 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， 9~38A 也可扣裝在 35 毫米寬的標(biāo)準(zhǔn)安裝導(dǎo)軌上， 裝卸迅速、方便 。 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)： 9～ 38A 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。 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。 9 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)λ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。工作時(shí)間愈短，過載可以