【正文】 拌器。因它排出量大，釜內(nèi)液相循環(huán)充分，每分鐘可達(dá) 5～ 10次，能促使釜內(nèi)反應(yīng)均勻一致。 攪拌也可以在管路中進行，采用在管路中安裝裝置的辦法對氣 液系和液 液系進行混合。例如采用噴射泵對水及醋酸丁酯進行混合；在石油精制中，也采用使液體流過設(shè)置在管路中的銳孔板或擋板，以便使兩種液體進行接觸。還有在管道中放入攪拌器的，即所謂管道攪拌。 xx 理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 3 頁 可見，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展帶動了攪拌應(yīng)用面的擴大。攪拌技術(shù)的發(fā)展又使得攪拌設(shè)備大型化 。為了提高攪拌的全自動化和穩(wěn)定性能，就需要一個功能更強、性能更好的系統(tǒng)做支持。 在本設(shè)計中我將引入 PLC來實現(xiàn)其攪拌控制功能。 引入 PLC 來實現(xiàn)其物料混合設(shè)備的控制功能 本設(shè)計基于采用可編程序控制器（ PLC）的設(shè)計方案，實現(xiàn)對物料混合攪拌的控制。以 PLC S7200 為主要控制器。根據(jù)攪拌設(shè)備的功能特性、運作順序等，設(shè)計中可選用電磁閥、時間繼電器來實現(xiàn)液體的流入和時間上的延時，從而滿足其控制要求。 根據(jù)控制要求，可以看出此程序是一個很典型的順序控制問題。這樣就可以先按照攪拌設(shè)備的先后運行順 序畫出相應(yīng)的順序功能圖，然后在根據(jù)順序功能圖畫梯形圖，最后再用仿真軟件對其進行調(diào)試仿真。這樣就可以實現(xiàn) PLC 對混合攪拌控制程序的設(shè)計。 xx 理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 4 頁 第三章 總體方案設(shè)計 總體方案論證 就目前的現(xiàn)狀有以下幾種控制方式滿足系統(tǒng)的要求：繼電器控制系統(tǒng)、單片機控制、工業(yè)控制計算機控制、可編程序控制器控制。 繼電器控制系統(tǒng) 控制功能是用硬件繼電器實現(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、時間及溫度等參量變化而動作，以實現(xiàn)電力拖動裝置的自動控制及保護。系統(tǒng)復(fù)雜 ，在控制過程中，如果某個繼電器損壞，都會影響整個系統(tǒng)的正常運行，查找和排除故障往往非常困難，雖然繼電器本身價格不太貴，但是控制柜的安裝接線工作量大，因此整個控制柜價格非常高，靈活性差，響應(yīng)速度慢。 單片機控制 單片機作為一個超大規(guī)模的集成電路，機構(gòu)上包括 CPU、存儲器、定時器和多種輸入 /輸出接口電路。其低功耗、低電壓和很強的控制功能，成為功控領(lǐng)域、尖端武器、日常生活中最廣泛的計算機之一。但是，單片機是一片集成電路，不能直接將它與外部 I/O 信號相連。要將它用于工業(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、制作和程序設(shè)計的工作量相當(dāng)大。 工業(yè)控制計算機控制 工控機采用總線結(jié)構(gòu)，各廠家產(chǎn)品兼容性強，有實時操作系統(tǒng)的支持，在要求快速、實用性強、功能復(fù)雜的領(lǐng)域中占優(yōu)勢。但工控機價格較高，將它用于開關(guān)量控制有些大材小用。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。 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選擇，用戶不用自己設(shè)計和制作硬件裝置，只須確定可編程序控制器的硬件配置和設(shè)計外部接線圖 ，同時采用梯形圖語言編程，用軟件取代繼電器電器系統(tǒng)中的觸點和接線，通過修改程序適應(yīng)工藝條件的變化。 xx 理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 5 頁 可編程控制器 (PLC)從上個世紀(jì) 70年代發(fā)展起來的一種新型工業(yè)控制系統(tǒng)，起初它主要是針對開關(guān)量進行邏輯控制的一種裝置，可以取代中間繼電器、時間繼電器等構(gòu)成開關(guān)量控制系統(tǒng)。隨著 30 多年來微電子技術(shù)的不斷發(fā)展， PLC 也通過不斷的升級換代大大增強了其功能?，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、運動控制功能和數(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、控制功能強大、性價比高等優(yōu)點，是目前工業(yè)自動化的首選控制裝置。故選擇 PLC 來實施本次設(shè)計。 PLC 的基本功能： (1) 開關(guān)量的邏輯控制 這是 PLC 最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設(shè)備的控制，也可用于多機群控及自動化流水線。如注塑機、印刷機、訂書機械、組合機床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。 (2) 運動控制 PLC 可以用于圓周運動或直線運動的控制，世界上各主要 PLC 廠家的產(chǎn)品幾乎都有運動控制功能，廣泛用 于各種機械、機床、機器人、電梯等場合。 (3) 閉環(huán)過程控制 過程控制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計算機， PLC 能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。 PID 調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應(yīng)用。 (4) 數(shù)據(jù)處理 現(xiàn)代 PLC 具有數(shù)學(xué)運算（含矩陣運算、函數(shù)運算、邏輯運算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。數(shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用 于過程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。 (5) 通信及聯(lián)網(wǎng) PLC 通信含 PLC 間的通信及 PLC 與其它智能設(shè)備間的通信。隨著計算機控制的發(fā)展，工廠自動化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展得很快，各 PLC 廠商都十分重視 PLC 的通信功能，xx 理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 6 頁 紛紛推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的 PLC 都具有通信接口，通信非常方便。 系統(tǒng)方案的設(shè)計思想 （ 1）可靠性高，抗干擾能力強 高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。 PLC 由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。 （ 2）配套齊全，功能完善，適用性強 PLC 發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品。可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代 PLC 大多具有完善的數(shù)據(jù)運算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。 （ 3）易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎 PLC 作為通用工業(yè)控制計算機，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易，編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達(dá)方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近，只用 PLC的少量開關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計算機原理和匯編語 言的人使用計算機從事工業(yè)控制打開了方便之門。 （ 4）系統(tǒng)的設(shè)計、建造工作量小，維護方便，容易改造 PLC 用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計及建造的周期大為縮短，同時維護也變得容易起來。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。 （ 5）體積小，重量輕，能耗低 （ 6）硬件配套齊全，擁護使用方便，適應(yīng)性強 、系統(tǒng)設(shè)計 系統(tǒng)原理圖如圖 xx 理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 7 頁 圖 系統(tǒng)原 理圖 固體物料 A的給料控制方式與計量 （ 1）、物料 A 的給料量控制 物料 A是一種固體狀物料，在給料時要求給料控制設(shè)備能夠根據(jù)用料量的大小來實時調(diào)節(jié)。給料電機要求通過變頻調(diào)速實時改變喂料量的大小。 變頻調(diào)速原理：變頻器的原理是將固定的交流電變成頻率連續(xù)可調(diào)的三相交流電。 通常電機的同步轉(zhuǎn)速表示為： 式中 旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速，通常稱為同步轉(zhuǎn)速 電流頻率； 旋轉(zhuǎn)磁場的磁極對數(shù)。 當(dāng)頻率連 續(xù)可調(diào)時，電動 機的同步轉(zhuǎn)速也連續(xù)可調(diào)。又電動機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速也是連續(xù)可調(diào)的。變頻器就是通過改變電流的頻率來使電動機調(diào)速的。 （ 2）、物料 A 的計量方式 采用壓力傳感器組成的電子皮帶秤的計量方式進行物料 A的計量。 xx 理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 8 頁 電子皮帶秤是一種連續(xù)輸送松散物料進行自動稱量的專用儀器，在我國各行各業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。當(dāng)皮帶輸送物料時，稱重段上的物料重量通過皮帶稱量拖輥載臺作用于稱重傳感器，稱重傳感器將重量裝換成電信號，送入運算器。運算器將兩個電信號進行積分運算，從而得出物料重量累計值并顯示。運算器的計算方法一般有積分法和累加法兩種數(shù)學(xué)模式。 （ 3）、給料與計量的配合控制 當(dāng)物料 A 下落到電子皮帶秤上時，通過給電子皮帶秤上的壓力傳感器確定一個物料量數(shù)值，然后通過物料下落到電子皮帶秤上秤得的數(shù)據(jù)與給定數(shù)值進行比較得到一個給料信號，然后將這個給料信號傳送到 PLC 的 A/D 模擬量模塊中，通過 PLC 的 D/A 模擬量模塊來給給料電機上的變頻器一個控制信號，通過這個控制信號來調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速，從而控制物料 A的給了的大小。最后由電子皮帶秤將物料 A輸送到攪拌器中。 液體進料量的控制方式與計量 （ 1） 、物料 B 的給定量控制 物料 B 是一種液體狀物料（如水），在給 料時要求給料控制設(shè)備能夠根據(jù)用料量的多少實時地調(diào)節(jié)。對于調(diào)節(jié)閥要求其可以通過調(diào)節(jié)閥開度的大小，以改變物料 B給予的多少。 利用電動調(diào)節(jié)閥來控制液體給量的裝置。由檢測流量的傳感器將檢測到的流量變化信號，經(jīng)交流電橋轉(zhuǎn)換成交流電信號，再經(jīng)過檢波、比較、調(diào)零、 PI 放大后，成為一個線性的液位信號。此信號與流量給定信號、閥位反饋信號進行比較，經(jīng)比例運算后輸出一個三位電信號（開 — 停 — 關(guān)），控制調(diào)節(jié)閥上的執(zhí)行器。 （ 2） 、物料 B 的計量 常用的液體物料的計量方式有以下幾種：電磁流量計、計量泵、渦街流量計。鑒于電磁流量 計的眾多優(yōu)點，本設(shè)計采用電磁流量計作為物料 B 的計量方式。 （ 3） 、給料與計量的配合控制 打開電磁閥，原料 B開始進料到攪拌機中，其料量的多少通過電磁流量計中的流量傳感器來測量。在測量時通過給流量計傳感器一個給定值（給定值由物料A和物料 B的比例來定）和測量值進行比較，將比較結(jié)果傳輸?shù)?PLC的 A/D 模擬量模塊中去，再通過 PLC 的 D/A 模擬量模塊將控制信號傳到電動調(diào)節(jié)閥中，通過xx 理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 9 頁 控制信號來控制電動調(diào)節(jié)閥的開度，從而達(dá)到控制物料 B的進量大小。 混合設(shè)備的控制 攪拌裝置中的混合裝置是通過一個恒速的三相 M3 來帶 動。物料 A 和物料 B通過這一裝置達(dá)到混合均勻。 控制方案 （ 1）、工藝流程的分析 ① 首先根據(jù)混合物料 A和物料 B的比例給電子皮帶秤中的秤重傳感器和電磁流量計一個給料信號。 ② 接通各個電氣設(shè)備電源后，電氣設(shè)備開始工作，其中攪拌電機一直帶動攪拌器工作。 ③ 物料 A輸送到變頻調(diào)速電機 M1所帶動的傳送帶上。通過 M1帶動的傳送帶把物料 A送到帶有稱重傳感器的電子皮帶秤上，然后由帶有恒速電機的電子皮帶秤將物料 A 輸送到攪拌器中去。 ④ 變頻調(diào)速電機 M1 的轉(zhuǎn)速大小由電子皮帶秤所帶的秤重傳感器所反饋的4— 20mA 電流信號通過 PLC 中的 A/D 和 D/A 模塊把反饋信號送到變頻器中去，通過這一反饋信號讓變頻器來調(diào)節(jié) M1 電機的轉(zhuǎn)速，已達(dá)到調(diào)節(jié)物料 A 的給料量的目的。 ⑤ 在輸送物料 A 的同時打開電磁閥，物料 B 開始向攪拌器中輸送。 ⑥ 通過電磁流量計帶有的流量傳感器與給定值比較向 PLC 反饋一個420mA 的電流信號，通過 PLC 中的 A/D 和 D/A 模塊把信號傳送到電動調(diào)節(jié)閥中，通過這一信號控制調(diào)節(jié)電動調(diào)節(jié)閥的開度，以達(dá)到調(diào)節(jié)物料 B進料大小的目的。 ⑦ 將物料 A 和物料 B 輸送到攪拌器中后對其進行攪拌。 （ 2） 控制流程 控制過程電氣設(shè)備的啟動順序為 :首先啟動攪拌電機 M3；然后打開 電磁閥，接通物料 A 的輸送電機 M電子皮帶秤、電動調(diào)節(jié)閥、電磁流量計及 PLC 的電源。 通過電子皮帶秤和電磁流量計的反饋信號實時地調(diào)節(jié) M1 電機和電動調(diào)節(jié)閥，以控制物料 A 和物料 B 的輸送量。 xx 理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 10 頁 第四章 硬件設(shè)計 硬件系統(tǒng)構(gòu)成原理 根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計思想，可以構(gòu)建如圖 所示的硬件系統(tǒng)框圖： 圖 硬件系統(tǒng)框圖 其中：（ 1）控制模塊：控制模塊由各種開關(guān)根據(jù)實際的開關(guān)需要發(fā)出開關(guān)量信號，使 PLC 根據(jù)相關(guān)開關(guān)信號發(fā)出相關(guān)控制指令。本設(shè)計需要的開關(guān)主要有手自動裝換開關(guān)、急 停開關(guān)、循環(huán)啟動開關(guān)、循環(huán)停止開關(guān)、手動送 A物料開關(guān)、手動送B物料開關(guān)、手動攪拌開關(guān)。 （ 2） 傳感器模塊：傳感器模塊主要是采集相關(guān)部位的動態(tài)變化信號，輔助 PLC完成相關(guān)過程的控制。本設(shè)計所用的傳感器主要有液位傳感器用于顯示攪拌器內(nèi)液位高度；稱重傳感器用于反饋物料 A的量，從而控制物料 A的量；電磁流量計用于計量物料 B的量。 （ 3） PLC :PLC 是本設(shè)計中的主要控制元件，也是本設(shè)計的重點和難點。 （ 4） 物料 A的控制模塊