【正文】 、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)不用自己設(shè)計(jì)和制作硬件裝置，只須確定可編程序控制器硬件配置和設(shè)計(jì)外部接線圖，同時(shí)采用梯形圖語(yǔ)言編程，用軟件取代繼電器電器系統(tǒng)中的觸電和接線，通過(guò)修改程序適應(yīng)工藝條件的變化?？删幊炭刂破鳎≒LC）從上個(gè)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多難來(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)在PLC已經(jīng)發(fā)展成為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)通訊功能等多種性能，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。在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，有很多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液體和速度等都是模擬量。為了使PLC處理模擬量，必須實(shí)現(xiàn)模擬量（Analog）和數(shù)字量（Digital）之間的A/D和D/A轉(zhuǎn)換。PLC制造廠商都有配套的A/D和D/A模塊，使PLC可以很方便地用于模擬量控制。綜上考慮，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用FX2N系列功能增強(qiáng)型PLC，配合用于模擬量輸入和輸出處理模塊，完成系統(tǒng)的各項(xiàng)要求。具體參數(shù)性能詳見(jiàn)硬件電路設(shè)計(jì)。 溫度傳感器的選擇溫度傳感器主要用在液體經(jīng)混合后的加熱的控制階段，現(xiàn)場(chǎng)工藝對(duì)價(jià)熱的要求為100攝氏度以?xún)?nèi)，且考慮到主控制器為PLC，溫度檢測(cè)從以下范圍中選擇。（1） 集成溫度模塊（ds18b20） Dallas 半導(dǎo)體公司的數(shù)字化溫度傳感器DS1820是世界上第一片支持 “一線總線”接口的溫度傳感器。一線總線獨(dú)特而且經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，使用戶(hù)可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測(cè)量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念。DS18B20可以程序設(shè)定9~12位的分辨率，精度為177。176。C?？蛇x更小的封裝方式，更寬的電壓適用范圍。分辨率設(shè)定，及用戶(hù)設(shè)定的報(bào)警溫度存儲(chǔ)在EEPROM中，掉電后依然保存。但是作為液體測(cè)量的特殊對(duì)象，這種傳感器不適合使用。（2） 熱電偶熱電偶也是一種感溫元件，屬于一次儀表。它直接測(cè)量溫度，并把溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成熱電動(dòng)勢(shì)信號(hào), 在通過(guò)電氣儀表轉(zhuǎn)換成被測(cè)介質(zhì)的溫度，或由A/D轉(zhuǎn)換電路變?yōu)閿?shù)字信號(hào)交由數(shù)字控制器做后續(xù)處理。其中的Ｋ型（鎳鉻－鎳硅）熱電偶，其可測(cè)量1312℃以?xún)?nèi)的溫度，且其線性度較好，而且價(jià)格也便宜。但是熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)值小，補(bǔ)償導(dǎo)線誤差大，且價(jià)格高昂。 (3)熱電阻熱電阻是中低溫區(qū)最常用的一種溫度檢測(cè)器。它的主要特點(diǎn)是測(cè)量精度高，性能穩(wěn)定。其中鉑熱電阻的測(cè)量精確度是最高的，它不僅廣泛應(yīng)用于工業(yè)測(cè)溫，而且被制成標(biāo)準(zhǔn)的基準(zhǔn)儀。液體混合工藝溫度一般都希望控制在35℃～100℃范圍內(nèi)，而Pt100的測(cè)溫范圍為200℃～850℃，完全足夠。鉑熱電阻的線性較好，在0℃～100℃之間變化時(shí)，所以綜合考慮各方方面后Pt100是最合適的。所以本系統(tǒng)采用了三線的鉑電阻PT100做溫度檢測(cè)部件，具體參數(shù)性能詳見(jiàn)硬件電路設(shè)計(jì)。 液位傳感器的選擇液位的測(cè)量幾乎遍及生產(chǎn)與生活的各個(gè)領(lǐng)域，尤其在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程領(lǐng)域。隨著科學(xué)技術(shù)與生產(chǎn)的迅速發(fā)展，液位自動(dòng)檢測(cè)領(lǐng)域出現(xiàn)了種類(lèi)多樣的測(cè)量手段，并且其功能越來(lái)越完善，各項(xiàng)性能指標(biāo)越來(lái)越適用工業(yè)生產(chǎn)的要求。本次設(shè)計(jì)中的液體測(cè)量要求精度高，還需很好地適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的特殊環(huán)境，具有在惡劣環(huán)境下持續(xù)傳感的能力，對(duì)液位測(cè)量提出了精確、實(shí)時(shí)、在線的要求。（1）傳統(tǒng)壓力傳感器采用壓力傳感器檢測(cè)液體液位高度十分方便且比較常用，其原理是根據(jù)靜壓力計(jì)算公式：P=dH。式中P為靜壓力（單位可用水柱高度m、Pa、 kgf/cm2 等表示）；d為液體密度（單位：kg/m3）；H為液柱高度（單位：m）。當(dāng)已知需要檢測(cè)的液位高度范圍H和液體密度d，即可換算出壓力值。缺點(diǎn)一是有零漂，穩(wěn)定性上稍微差些且難以補(bǔ)償；二是由于此次測(cè)試液體高度分為單一液體檢測(cè)和混合液體檢測(cè)，故在混合前后容器中液體密度會(huì)發(fā)生較大的變化，而且不易實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償。（2）投入式液位傳感器投入式液位傳感器是一種測(cè)量液位的壓力傳感器．投入式液位傳感器是基于所測(cè)液體靜壓與該液體的高度成比例的原理，采用國(guó)外先進(jìn)的隔離型擴(kuò)散硅敏感元件或陶瓷電容壓力敏感傳感器，將靜壓轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再經(jīng)過(guò)溫度補(bǔ)償和線性修正，轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)（一般為4～20mA／１～５ＶＤＣ）。投入式液位傳感器適用于石油化工、冶金、電力、制藥、供排水、環(huán)保等系統(tǒng)和行業(yè)的各種介質(zhì)的液位測(cè)量。精巧的結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)單的調(diào)校和靈活的安裝方式為用戶(hù)的使用提供了方便。4～20mA、 0～5V、 0～10mA等標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出方式可以根據(jù)需要任選，可以和FX2N2AD模擬量輸入模塊很好的結(jié)合為前向通道。但是由于此次測(cè)試液體高度分為單一液體檢測(cè)和混合液體檢測(cè)，故在混合前后容器中液體密度會(huì)發(fā)生較大的變化，而且不易實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償。（3）光纖液位傳感器光纖液位檢測(cè)是近年來(lái)出現(xiàn)的一種新技術(shù)，目前國(guó)內(nèi)外已有不少產(chǎn)品問(wèn)世。就目前國(guó)內(nèi)外已公開(kāi)的這類(lèi)液體檢測(cè)傳感器來(lái)看，其所采用的具體方法各不相同，但就其檢測(cè)原理而言，檢測(cè)機(jī)構(gòu)中一般由輸入光纖束、輸出光纖束、光電轉(zhuǎn)換器、傳感器殼體組成，根據(jù)光導(dǎo)纖維中光在不同介質(zhì)中傳輸特性的改變對(duì)液位進(jìn)行測(cè)量。該種測(cè)試方法安全防爆、準(zhǔn)確度高、可遠(yuǎn)距離傳輸、抗電磁干擾；體積小、重量輕、無(wú)動(dòng)作部件；大多可適用于任何液體液位高度的檢測(cè)與控制，特別適用于易燃、易爆、腐蝕性液體的檢測(cè)；檢測(cè)精度高，在靜態(tài)下檢測(cè)精度可達(dá)1 mm。缺點(diǎn)：有很多機(jī)械傳動(dòng)部件，故障率會(huì)增加，安裝也復(fù)雜；由于其接觸的測(cè)量方式、發(fā)展未成熟和較高的安裝、維護(hù)要求導(dǎo)致市場(chǎng)普及不廣。（4）超聲波液位測(cè)量超聲波測(cè)量液位的方法很多，應(yīng)用比較廣泛的是脈沖回波法。這種方法是從聲波源發(fā)射聲波，測(cè)量聲波到達(dá)所測(cè)液面后反射回來(lái)所需時(shí)間，利用該時(shí)間與液位高度成比例的原理來(lái)進(jìn)行測(cè)量。通過(guò)不斷檢測(cè)超聲波發(fā)射后遇到障礙物所反射的回波，從而測(cè)出發(fā)射和接收回波的時(shí)間，再根據(jù)介質(zhì)中超聲波的傳播速度和換能器的安裝高度，就可計(jì)算出液位的高度。優(yōu)點(diǎn)：可實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)量超聲波傳感器安裝于料倉(cāng)、液罐上方，不直接接觸物料，克服了其它型號(hào)液（物）位計(jì)直接接觸物料和由此而帶來(lái)的弊端；可用于腐蝕性液體、高粘性液體、有毒性液體等液位的測(cè)量；響應(yīng)時(shí)間短，可以方便地實(shí)現(xiàn)無(wú)滯后的實(shí)時(shí)測(cè)量；安裝、維護(hù)較方便。SHHO超聲波液位測(cè)量原理綜上考慮，本系統(tǒng)采用使用廣泛且簡(jiǎn)單的超聲波液位儀來(lái)完成該設(shè)計(jì)中液體檢測(cè)工作，具體原理和參數(shù)詳見(jiàn)元件簡(jiǎn)介部分。 液體流量傳感器流量傳感器在該設(shè)計(jì)中應(yīng)用在檢測(cè)液體的流量，通過(guò)流量的檢測(cè)值來(lái)計(jì)算所需液體的體積，通過(guò)程序中的積分運(yùn)算來(lái)控制液體電動(dòng)閥的開(kāi)度。在現(xiàn)代生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化中，流量是重要參數(shù)之一。為了有效地進(jìn)行生產(chǎn)操作、監(jiān)視和自動(dòng)控制，需要對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中各種介質(zhì)的流量進(jìn)行檢測(cè)和變送，以便為生產(chǎn)操作和控制提供依據(jù)。生產(chǎn)過(guò)程中無(wú)聊總量的計(jì)量還是經(jīng)濟(jì)核算和能源管理的重要依據(jù)。因此，流量監(jiān)測(cè)及變送是發(fā)展生產(chǎn)、節(jié)約能源、改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量，提高經(jīng)濟(jì)效益和管理水平的重要工具，是工業(yè)自動(dòng)化儀表與裝置中的重要儀表之一。流量測(cè)量?jī)x表也陳流量計(jì)。它通常由一次儀表和二次儀表組成。一次儀表亦稱(chēng)為傳感器，二次儀表稱(chēng)為現(xiàn)實(shí)裝置或變送器。(1) 差壓式流量計(jì)充滿(mǎn)管道的流體，當(dāng)它流經(jīng)管道內(nèi)的節(jié)流件時(shí)，流速將在節(jié)流件處形成局部收縮，因而流速增加，靜壓力降低，于是在節(jié)流件前后便產(chǎn)生了壓差。流體流量愈大，產(chǎn)生的壓差愈大，這樣可依據(jù)壓差來(lái)衡量流量的大小。這種測(cè)量方法是以流動(dòng)連續(xù)性方程（質(zhì)量守恒定律）和伯努利方程（能量守恒定律）為基礎(chǔ)的。壓差的大小不僅與流量還與其他許多因素有關(guān)，例如當(dāng)節(jié)流裝置形式或管道內(nèi)流體的物理性質(zhì)（密度、粘度）不同時(shí)，并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出，例如DC4~20mA統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。因此，差壓式由產(chǎn)生差壓的裝置和差壓計(jì)兩部分組成，即一次裝置（檢測(cè)件）和二次裝置（差壓轉(zhuǎn)換和流量顯示儀表）組成。通常以檢測(cè)件形式對(duì)差壓式流量計(jì)分類(lèi),如孔板流量計(jì)、文丘里流量計(jì)、均速管流量計(jì)等。其結(jié)構(gòu)及拿單可靠，應(yīng)用最多的孔板式流量計(jì)結(jié)構(gòu)牢固,性能穩(wěn)定可靠,使用壽命長(zhǎng)。缺點(diǎn)是測(cè)量精度普遍偏低；范圍度窄,一般僅3:1~4:1；現(xiàn)場(chǎng)安裝條件要求高；壓損大（指孔板、噴嘴等）。（2）浮子流量計(jì)浮子流量計(jì)是以浮子在垂直錐形管中隨著流量變化而升降，改變它們之間的流通面積來(lái)進(jìn)行測(cè)量的體積流量?jī)x表，又稱(chēng)轉(zhuǎn)子流量計(jì)。在美國(guó)、日本常稱(chēng)作變面積流量計(jì)（Variable Area Flowmeter）或面積流量計(jì)。浮子流量計(jì)的流量檢測(cè)元件是由一根自下向上擴(kuò)大的垂直錐形管和一個(gè)沿著錐管軸上下移動(dòng)的浮子組所組成。被測(cè)流體從下向上經(jīng)過(guò)錐管和浮子形成的環(huán)隙時(shí)，浮子上下端產(chǎn)生差壓形成浮子上升的力，當(dāng)浮子所受上升力大于浸在流體中浮子重量時(shí)，浮子便上升，環(huán)隙面積隨之增大，環(huán)隙處流體流速立即下降，浮子上下端差壓降低，作用于浮子的上升力亦隨著減少，直到上升力等于浸在流體中浮子重量時(shí)，浮子便穩(wěn)定在某一高度。浮子在錐管中高度和通過(guò)的流量有對(duì)應(yīng)關(guān)系。優(yōu)點(diǎn)是浮子流量計(jì)有較寬的流量范圍度，一般為10：1，最低為5：1，最高為25：1。流量檢測(cè)元件的輸出接近于線性。壓力損失較低。缺點(diǎn)是大部分結(jié)構(gòu)浮子流量計(jì)只能用于自下向上垂直流的管道安裝，不能完全適應(yīng)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的工藝需要；當(dāng)使用流體和出廠標(biāo)定流體不同時(shí)，要作流量示值修正。液體用浮子流量計(jì)通常以水標(biāo)定，氣體用空氣標(biāo)定，如實(shí)際使用流體密度、粘度與之不同，流量要偏離原分度值，要作換算修正。(3) 電磁流量計(jì)電磁流量計(jì)的工作原理為法拉第電磁感應(yīng)定律。導(dǎo)電液體在磁場(chǎng)中流動(dòng)切割磁力線，產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)。表達(dá)式為：E=KBLv ，式中，B為磁感應(yīng)強(qiáng)度；L為測(cè)量電極之間的距離；v為被測(cè)流體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的平均速度；K為比例常數(shù)。　　電磁流量計(jì)主要由變送器（又稱(chēng)一次裝置、檢出器或傳感器）和轉(zhuǎn)換器（又稱(chēng)二次裝置或變換器）及流量顯示儀表三部分組成。變送器把流過(guò)的被測(cè)液體的流量轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的感應(yīng)電勢(shì)。轉(zhuǎn)換器的作用是把電磁流量變送器輸出的和流量成比例的毫伏級(jí)電壓信號(hào)放大并轉(zhuǎn)換成為可被工業(yè)儀表或控制器接收的標(biāo)準(zhǔn)直流電流、電壓或脈沖信號(hào)輸出，以便與儀表及調(diào)節(jié)器配合，實(shí)現(xiàn)流量的指示、記錄和運(yùn)算。優(yōu)點(diǎn)一是其測(cè)量精度不受流體密度、粘度、溫度、壓力和電導(dǎo)率變化的影響，傳感器感應(yīng)電壓信號(hào)與平均流速呈線性關(guān)系，因此測(cè)量精度高；二是測(cè)量管道內(nèi)無(wú)阻流件，因此沒(méi)有附加的壓力損失；測(cè)量管道內(nèi)無(wú)可動(dòng)部件，因此傳感器壽命極長(zhǎng)；三是由于感應(yīng)電壓信號(hào)是在整個(gè)充滿(mǎn)磁場(chǎng)的空間中形成的，是管道載面上的平均值，因此傳感器所需的直管段較短，長(zhǎng)度為5倍的管道直徑；四是傳感器部分只有內(nèi)襯和電極與被測(cè)液體接觸，只要合理選擇電極和內(nèi)襯材料，即可耐腐蝕和耐磨損。 綜上考慮，本次設(shè)計(jì)采用電磁式流量計(jì)來(lái)檢測(cè)呼喝液體的流量，進(jìn)而通過(guò)程序計(jì)算出液體的精確體積，達(dá)到精確控制混合過(guò)程的目的，關(guān)于電磁式流量計(jì)的具體工作原理和液體體積的計(jì)算方法在元件具體選擇處詳述。 前向通道（A/D）后向通道（D/A）選擇由于本次設(shè)計(jì)的主控制器選擇為PLC，而實(shí)現(xiàn)模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換最簡(jiǎn)便的方式莫過(guò)于使用模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊和書(shū)模轉(zhuǎn)換模塊，接線簡(jiǎn)單，便于安裝調(diào)試，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)。模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊分為轉(zhuǎn)換模塊和轉(zhuǎn)換模塊。PLC模擬量處理功能主要他歐冠過(guò)模擬量輸入輸出模塊及用戶(hù)程序來(lái)完成。模擬量輸入模塊接收各種傳感器輸出的標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào)或電流信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)存儲(chǔ)到PLC中。PLC根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際要求，通過(guò)用戶(hù)程序?qū)D(zhuǎn)換后的信息進(jìn)行處理結(jié)果通過(guò)模擬量輸出模塊轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào)或電流信號(hào)去驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件。第三章 元件介紹及硬件電路設(shè)計(jì) 三菱PLC控制系統(tǒng)FX2系列PLC是三菱電機(jī)公司1991年繼F、FF2系列之后推出的產(chǎn)品，是目前運(yùn)行速度最快的小型PLC之一。下面我們以小型FX2系列PLC為例介紹PLC的硬件組成。外存接口其他接口中央處理器CPUROMRAM編輯器CPROMEPROMRAM其他設(shè)備計(jì)算機(jī)A/D D/A輸入接口光電耦合輸出接口繼電器或晶體管 PLC的原理圖 CPU模塊 CPU是PLC的核心組成部分，與通用微機(jī)的CPU一樣，它在PLC系統(tǒng)中的作用類(lèi)似于人體的神經(jīng)中樞，故稱(chēng)為“電腦”。其功能是：PLC中系統(tǒng)程序賦予的功能，接收并存儲(chǔ)從編程器輸入的用戶(hù)程序和數(shù)據(jù)。用掃描方式接受現(xiàn)場(chǎng)輸入裝置的狀態(tài)，并存入映像寄存器。診斷電源、PLC內(nèi)部電路工作狀態(tài)和編程過(guò)程中的語(yǔ)法錯(cuò)誤。在PLC進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后，從存儲(chǔ)器中逐條讀去用戶(hù)程序，按指令規(guī)定的任務(wù)，產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)，去起閉有關(guān)控制電路。 I/O模塊I/O模塊是CPU與現(xiàn)成I/O裝置或其他外部設(shè)備之間的連接部件。PLC提供了各種操作電平與驅(qū)動(dòng)能力的I/O模塊和各種用途I/O元件供用戶(hù)選用。如輸入/輸出電平轉(zhuǎn)換、電氣隔離、串/并行轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)傳送、誤碼校驗(yàn)、A/D或D/A變換以及其他功能模塊等。I/O模塊將外部輸入信號(hào)變換成CPU能接受的信號(hào)，或