【正文】 高度監(jiān)控，因此，需要運(yùn)用到傳感器進(jìn)行液面高度的監(jiān)控。各種液體入池的比例需要應(yīng)用電磁閥控制，入池后的攪拌，則需要電機(jī)控制。對(duì)各個(gè)控件的控制，需要一個(gè)完整的控制流程，運(yùn)用 PLC 技術(shù)進(jìn)行編程，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)控件的控制。 具體控制方法根據(jù)題目要求，按下啟動(dòng)按鈕時(shí)， A 種液體進(jìn)入容器，當(dāng)達(dá)到一定值時(shí)，停止進(jìn)入， B種液體開始進(jìn)入，當(dāng)達(dá)到一定值時(shí)，停止進(jìn)入。攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌，一分鐘后攪拌均勻，停止攪拌，放出液體。液體放出達(dá)到一定值時(shí)停止放出。液體的進(jìn)入和放出，需要電磁 閥的控制，液面的深度需要傳感器的控制。 下面就是系統(tǒng)總體的設(shè)計(jì)方案。 系統(tǒng)硬件配置及組成原理 隨著科學(xué)技術(shù)的猛速發(fā)展，自動(dòng)控制技術(shù)在人類活動(dòng)的各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用越來越廣泛，它的水平已成為衡量一個(gè)國(guó)家生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)先進(jìn)與否的一項(xiàng)重要標(biāo)志。在煉油、化工、制藥、飲料等行業(yè)中，多種液體混合是必不可少的程序，而且也是其生產(chǎn)過程中十分重要的組成部分。 我準(zhǔn)備設(shè)計(jì)一個(gè)可以將兩種食用液體自動(dòng)混合成飲料的控制裝置，兩種飲料分別命名為液體 A和液體 B?；镜脑O(shè)計(jì)硬件如下表所示： 表 21 設(shè)計(jì)硬件選擇 名稱 型號(hào) 數(shù)量 微型計(jì)算機(jī) 專用計(jì)算機(jī) 1臺(tái) PLC 主機(jī)單元 三菱 FX 系列 1臺(tái) 兩種液體自動(dòng)混合單元 配套 1臺(tái) 通信電纜 配套 若干 液體混合控制裝置控制的模擬實(shí)驗(yàn)面板圖如圖 21 所示，此面板中，液面?zhèn)鞲衅饔免o子開關(guān)來模擬，啟動(dòng)、停止用動(dòng)合按鈕來實(shí)現(xiàn)，液體 A 閥門、液體 B 閥門、混合液閥門的打開與關(guān)閉以及攪勻電機(jī)的運(yùn)行與停轉(zhuǎn)用發(fā)光二極管的點(diǎn)亮與熄滅來模擬。 如圖 22為攪拌機(jī)的立體示意圖。 襄樊學(xué)院 課程設(shè)計(jì)報(bào)告紙 第 3 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 圖 21 液體混合控制裝置控制的模擬實(shí)驗(yàn)面板圖 圖 22 攪拌機(jī)的立體示意圖 系統(tǒng)接線圖設(shè)計(jì) 表 33 輸入 /輸出接線列表 面板 SB1 SB2 H I L YV1 YV2 YV3 KM PLC X000 X001 X002 X003 X004 Y001 Y002 Y003 Y000 襄樊學(xué)院 課程設(shè)計(jì)報(bào)告紙 第 4 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 第三章 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) I/O 估算 首先統(tǒng)計(jì)被控設(shè)備對(duì)輸入、輸出點(diǎn)的總需求量，把被控設(shè)備的信號(hào)源一一列出，認(rèn)真分析輸入、輸出點(diǎn)的信號(hào)類型。 在初始狀態(tài)時(shí)，根據(jù)要求要實(shí)現(xiàn)液體的自動(dòng)混合導(dǎo)出控制，在開始操作之前，各閥門必須為關(guān)閉狀態(tài)，容器為空。此時(shí)液體控制電磁閥 YV1=YV2=YV3=OFF 狀態(tài)；傳感器 H=I=L=OFF 狀態(tài)；電動(dòng)機(jī) M 為關(guān)閉狀態(tài)。 在啟動(dòng)操作中，當(dāng)裝置和液體的都準(zhǔn)備好之后，按下啟動(dòng)按鈕 ,開始下列操作 : 1)YV1=ON,液體 A 流入容器 。當(dāng)液面到達(dá) I時(shí) ,YV1=OFF,YV2=ON。 2)液體 B 流入 ,液面達(dá)到 H 時(shí) ,YV2=OFF,M=ON,電動(dòng)機(jī)開始進(jìn)行液體的充分混合攪拌 。 3)當(dāng)混合液體攪拌均勻后 (設(shè)時(shí)間為 60s),M=OFF,YV3=ON,開始放出混合液體 。 4)當(dāng)液體下降到 L 時(shí) ,L 從 ON 變?yōu)?OFF,把時(shí)間控制為再過 2s 后容器放空 ,關(guān)閉YV3,YV3=OFF 完成一個(gè)操作周 期 。 5)在只要沒有按停止按鈕的狀態(tài)下 ,則自動(dòng)進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)操作周期。 在停止操作中，當(dāng)工作完成之后需要關(guān)閉系統(tǒng)，按一下停止按鈕 ,則在當(dāng)前混合操作周期結(jié)束后 ,才停止操作。從而使系統(tǒng)停止在開始狀態(tài)，以便下次啟動(dòng)系統(tǒng)時(shí)能夠順利的開始系統(tǒng)的循環(huán)。 根據(jù)以上分析，對(duì) PLC 來說，需要提供 5 個(gè)輸入點(diǎn)和 4 個(gè)輸出點(diǎn)。除了以上的輸入輸出點(diǎn)意外， PLC 與計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、 CRT 顯示器等設(shè)備連接，需要用專用接口，也應(yīng)計(jì)算在內(nèi)。考慮到在實(shí)際安裝、調(diào)試和應(yīng)用中，還有可能發(fā)現(xiàn)一些估算中未預(yù)見到的因素，要根據(jù)實(shí)際情況增加一些輸入、輸出信號(hào)。因 此，要按估計(jì)數(shù)再增加 15%―20%的輸入、輸出點(diǎn)數(shù)，以備將來調(diào)整、擴(kuò)充使用。綜上所述， I/O 估算為：輸入點(diǎn)點(diǎn)數(shù)為 8，輸出點(diǎn)點(diǎn)數(shù)為 7。 PLC 選型 PLC 的型號(hào)、規(guī)格繁多，根據(jù)前面的 I/O 估算，再查閱《三菱 PLC 編程手冊(cè)》中的相關(guān)表格，確定 PLC 選型。 因?yàn)辄c(diǎn)數(shù)在 30以內(nèi)，所以選擇 FX1s 系列。 節(jié)選《三菱 PLC編程手冊(cè)》中的相關(guān)表格如下表： 表 31 軟元件編號(hào)一覽表 襄樊學(xué)院 課程設(shè)計(jì)報(bào)告紙 第 5 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 參照表格，選擇 FX1s20M 型號(hào)的 PLC。具體參數(shù)如表中所示。 I/O 分配表設(shè)計(jì) 在了解了系統(tǒng)工藝要求和 控制要求后 ,接著要做的就是將 I/O 通道分配給 PLC 的指定 I/O 端子 ,具體如表 32所示。 表 32 I/O 分配表 分類 元件 端子號(hào) 作用 輸 入 SB1 X000 起動(dòng)按鈕 SB2 X001 停止按鈕 H X002 液面高位傳感器 I X003 液面中位傳感器 L X004 液面低位傳感器 輸 出 M Y000 攪拌電動(dòng)機(jī) YV1 Y001 液體 A流入電磁閥 YV2 Y002 液體 B流入電磁閥 YV3 Y003 放出混合液體電磁閥 襄樊學(xué)院 課程設(shè)計(jì)報(bào)告紙 第 6 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 外部接線圖設(shè) 計(jì) 圖 31 PLC 外部接線圖 圖 32 裝置操作面板 如圖 31所示， PLC 外部接線圖左邊一排為輸入，其中 X000， X001， X002， X003，X004 分別與 SB1， SB2， H， I， L 相連 。右邊一排為輸出，其中 Y001， Y002， Y003， Y000分別與 YV1， YV2， YV3， KM 相連。如圖 32所示起停按鈕 P1， P2 分別與主機(jī)的 X000，X001 相連，液面?zhèn)鞲衅?P3， P4， P5 分別與主機(jī)的輸入點(diǎn) X002， X003， X004 相接，液體 A 閥門，液體 B 閥門，混合液體閥門和攪拌機(jī) P6， P7， P8， P9 分別與主機(jī)的輸出點(diǎn) Y001， Y002， Y003， Y000 相連。 襄樊學(xué)院 課程設(shè)計(jì)報(bào)告紙 第 7 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 控制程序流程圖設(shè)計(jì) 圖 33 控制程序流程圖 控制程序設(shè)計(jì) 根據(jù)系統(tǒng)的要求及 I/O 通道分配 ,寫出繼電器梯形圖，如圖 34 所示。具體設(shè)計(jì)思路如下： 1)起始操作 在按啟動(dòng)按鈕 X000 之后，使 Y001 得電，斷開電磁閥 YV1，從而使液體 A 流入容器。 2)當(dāng)液位上升到 I時(shí) 當(dāng)液面上升到 I時(shí) ,X004 由 OFF 變?yōu)?ON,使 Y001 復(fù)位，關(guān)閉電磁 閥 YV1。同時(shí)使Y002 置位，斷開電磁閥 YV2，從而使液體 B 流入容器。 3)當(dāng)液位上升到 H時(shí) 襄樊學(xué)院 課程設(shè)計(jì)報(bào)告紙 第 8 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 當(dāng)液面上升到 H時(shí) , X002由 OFF狀態(tài)變?yōu)?ON狀態(tài) ,使 Y002復(fù)位，關(guān)閉電磁閥 YV2。同時(shí)使 Y000 置位，啟動(dòng)攪拌機(jī) M。此時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器 TIM00， 60s 后 TIM00 動(dòng)作，使 Y000復(fù)位。 4)攪拌均勻后放出混合液體 在 Y000的下降沿通過后沿微分指令 DIFD使 Y003置位 ,斷開電磁閥 YV3,開始放出混合液體。 5)當(dāng)