【正文】 .............................................................. 39 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 前 言 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。所以為了幫助相關(guān)行業(yè)，特 別是中小型企業(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)必是擺在我們眼前的一大課題，借助實(shí)驗(yàn)室設(shè)備熟悉工業(yè)生產(chǎn)中 PLC 的應(yīng)用，了解不同公司的可編程控制器的型號(hào)和原理，熟悉其編程方式，而多種液體混合裝置的控制更常見于工業(yè)生產(chǎn)中，適合大中型飲料生產(chǎn)廠家，尤其見于化學(xué)工業(yè)中，便于學(xué)以致用。該公司于 1969 年研制出了第一臺(tái) 符 合 招 標(biāo) 要 求 的 工 業(yè) 控 制 器 ， 命 名 為 可 編 程 邏 輯 控 制 器（ PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER），簡稱 PLC（有的稱為 PC),并在 GM 公司的汽車自動(dòng)裝配線上實(shí)驗(yàn)獲得了成功。用 PLC 進(jìn)行開關(guān)量控制的實(shí)例很多，在冶金、機(jī)械、紡織、輕工、化工、鐵路等行業(yè)幾乎都需 要它，例如燈光照明、機(jī)床電控、食品加工、印刷機(jī)械、電梯、自動(dòng)化倉庫、液體混合系統(tǒng)、生產(chǎn)流水線等方面的邏輯控制，都廣泛應(yīng)用PLC 來取代傳統(tǒng)的繼電器控制。設(shè)計(jì)原則主要包括：工作條件：工程對(duì)電氣控制線路提供的具體資料，系統(tǒng)在保證安全、可靠、穩(wěn)定、快速的前提下，盡量做到經(jīng)濟(jì)、合理、合用，減小設(shè)備成本。對(duì)于人機(jī)交互方式改造后系統(tǒng)的操作模式應(yīng)盡量和改造前的相類似，以便于操作人員迅速掌握。 要實(shí)現(xiàn)整個(gè)液體混合控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，需要從怎樣實(shí)現(xiàn) 多 個(gè)電磁閥的開關(guān)以及電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)的控制這個(gè)角度去考慮，現(xiàn)在就這個(gè)問題的如何實(shí)現(xiàn)以及選擇怎樣的方法來確定系統(tǒng)方案。 ：停止攪拌后自動(dòng)排放混合液體，當(dāng)混合液體的頁面下降到SL1 時(shí)，開始計(jì)時(shí)到 10S 后關(guān)閉排氣閥 Y4。停止混合系統(tǒng)運(yùn)行。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(shí)間及溫度等參量變化而動(dòng)作，以實(shí)現(xiàn)電力拖動(dòng)裝置的自動(dòng)控制及保護(hù)。但是，單片機(jī)是一片集成電路，不能直接將它與外部 I/O 信號(hào)相連。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?，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。如注塑機(jī)、印刷機(jī)、訂書機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。 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。 (5) 通信及聯(lián)網(wǎng) 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 PLC 通信含 PLC 間的通 信及 PLC 與其它智能設(shè)備間的通信。物料混合設(shè)備要節(jié)能、安全、高效和滿足生產(chǎn)及應(yīng)用要求 ： 1． 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) 高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。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(yùn)算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。為不熟悉電子電路、不懂計(jì)算機(jī)原理和匯編語言的人使用計(jì)算機(jī)從事工 業(yè)控制打開了方便之門。 5． 體積小，重量輕，能耗低 6． 硬件配套齊全，擁護(hù)使用方便，適應(yīng)性強(qiáng) 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 第 2 章 液體自動(dòng)混合 系統(tǒng)的硬件設(shè) 計(jì) 硬件選型 PLC 機(jī)型選擇 機(jī)型選擇的基本原則是在滿足控制功能要求的前提下，保證系統(tǒng)工作可靠、 維護(hù)使用方便及最佳的性能價(jià)格比。 3． 機(jī)型統(tǒng)一 PLC的結(jié)構(gòu)分為整體式和模塊式兩種。一個(gè)大型企業(yè)選用 PLC 時(shí)，盡量要做到機(jī)型統(tǒng)一。 4． 是否在線編程 PLC 的特點(diǎn)之一是使用靈活。 5． PLC 的環(huán)境適應(yīng)性 由于 PLC 是直接用于工業(yè)控制的工業(yè)控制器，生產(chǎn)廠家都把它設(shè)計(jì)成能在惡劣的環(huán)境條件下可靠地工作。 PLC 容量的選擇除滿足控制要求外，還應(yīng)留有適當(dāng)?shù)脑Ａ?，以做備用。?jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、移位及算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳輸?shù)戎噶钫加么鎯?chǔ)器兩個(gè)字。根據(jù)被控對(duì)象的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的總點(diǎn)數(shù)，并考慮到今后的調(diào)整和擴(kuò)充，通常 I/O 點(diǎn)數(shù)按實(shí)際需要的 10%～ 15%考慮備用量。外部設(shè)備或生產(chǎn)過程中的信號(hào)電平各種各樣，各種機(jī)構(gòu)所需的信息電平也是各種各樣的，而 PLC 的 CPU 所處理的信息只能是標(biāo)準(zhǔn)電平，所以 I/O 接口模塊還需實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換。 1． 確定 I/O 點(diǎn)數(shù) I/O 點(diǎn)數(shù)的確定要充分的考慮到裕量，能方便地對(duì)功能進(jìn)行擴(kuò)展。 3． 選擇開關(guān)量輸入模塊主要從下面兩方面考慮：一是根據(jù)現(xiàn) 場(chǎng)輸入信號(hào)與 PLC 輸入模塊距離的遠(yuǎn)近來選擇電平的高低。一般同時(shí)接通的點(diǎn)數(shù)不得超過總輸入點(diǎn)數(shù)的 60%。但繼電器有觸點(diǎn)，壽命較短，且響應(yīng)速度較慢，適用于動(dòng)作不頻繁的交／直流負(fù)載。二是輸出電流的選擇。在選用 輸出點(diǎn)數(shù)時(shí)，不但要核算一個(gè)輸出點(diǎn)的驅(qū)動(dòng)能力，還要核算整個(gè)輸出模塊的滿負(fù)荷負(fù)載能力，即輸出模塊同時(shí)接通點(diǎn)數(shù)的總電流值不得超過模塊規(guī)定的最大允許電流值。 4． 如果框架中留有空槽用于將來擴(kuò)展時(shí)，可做以下處理； （ 1） 列出將來要擴(kuò)展的 I/O 模塊所需的背板電流； （ 2） 將所有擴(kuò)展的 I/O 模塊的總背板電流值與步驟。 PLC 的種類繁多，其結(jié)構(gòu)、性能、容量、指令系統(tǒng)、編程方式、價(jià)格等各有不同，當(dāng)然使用場(chǎng)合也有所不同?？梢允褂?2 個(gè)數(shù)字量輸出擴(kuò)展模塊 EM22（ DC24V ） 或 使 用 一 個(gè) 數(shù) 字 量 輸 入 / 輸 出 混 合 擴(kuò) 展 模 塊EM233(DI16/DO16*DC24V)。 表 21 輸入和輸出設(shè)備 I/O 分配表 輸入 輸出 啟動(dòng)按鈕 SB1 液體 A 電磁閥 Y1 停止按鈕 SB2 液體 B 電磁閥 Y2 低 液面?zhèn)鞲衅?SL1 混合液電磁閥 Y4 中液面?zhèn)鞲衅?SL2 攪動(dòng)電動(dòng)機(jī)接觸器 高 液面?zhèn)鞲衅?SL3 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 PLC 的 I/O 接線圖 根據(jù)表 21 輸入和輸出設(shè)備及 I/O 點(diǎn)分配表畫出 圖 21 I/O 主要接線圖如下 : 啟動(dòng)按鈕 SB停止按鈕 SB2 分別由 和 控制。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 M3 ~L 1 L 2 L 3F RK MF U 1Q S 圖 22 主電 路 液體混合控制系統(tǒng)示意 本設(shè)計(jì)為兩種液體混合攪拌控制，其元件、要求如下： 開始排放混合液體閥 Y4 打開延時(shí) 10S 后自動(dòng)關(guān)閉 2. 啟動(dòng)操作 按下啟動(dòng)按鈕 SB1，液體裝置開始按以下順序工作 ： （ 1）進(jìn)液閥 Y1 打開， A 液體流入容器，液位上升。 （ 5）當(dāng)液位下降到 SL1（ L）處時(shí)， 開始計(jì)時(shí) 10 秒后關(guān)閉放液閥Y4，自動(dòng)開始下一個(gè)循環(huán)。 Y 2Y 1 液 體 A 液 體 BS L 3 ( H )S L 2 ( I )S L 1 ( L )Y 4混 合 液 體M3 ~攪 拌 機(jī)電 圖 23 攪拌系統(tǒng)示意 圖 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 第 3 章 液體自動(dòng)混合系統(tǒng)的 軟件 設(shè)計(jì) 程序設(shè)計(jì)的一般方法 經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法 經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法也叫湊試法。 邏輯設(shè)計(jì)法 工業(yè)電氣控制線路中，有很多是通過繼電器等電器元件來實(shí)現(xiàn)的。 順序設(shè)計(jì)法 對(duì)那些按動(dòng)作的先后順序進(jìn)行控制的系統(tǒng)，非常適合使用順序控制設(shè)計(jì)法進(jìn)行編程。 功能圖由流程步、有向線段、轉(zhuǎn)移和動(dòng)作組成，在使用時(shí)它有一些使用洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 規(guī)則，具體如下： 1. 步于步之間必須用轉(zhuǎn)移隔開； 2. 轉(zhuǎn)移與轉(zhuǎn)移之間必須用步隔開； 3. 轉(zhuǎn)移和步之間用有向線段連接，正常畫順序功能圖的方向是從上向下或則從左向右。 液體混合 動(dòng)作的循環(huán)過程為：開 閥 門 Y1一關(guān) 閥 門 Y1開閥門 Y2關(guān)閥門 Y2攪拌 一 定時(shí) 一 放液體 一 定時(shí) 一關(guān)閥門 Y4停 止一個(gè)循環(huán) 。 2. 梯形圖中接點(diǎn)（觸點(diǎn)）只有常開和常閉，接點(diǎn)可以是 PLC 輸入點(diǎn)接的開關(guān)也可以是 PLC 內(nèi)部繼電器的接點(diǎn)或內(nèi)部寄存器、計(jì)數(shù)器等的狀態(tài)。功能左邊畫輸入、右邊畫輸出。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 （ 2） 當(dāng)液位 上升到 SL2（ I）處時(shí)，進(jìn)液閥 關(guān)閉， A 液體停止流入，同時(shí)打開進(jìn)液閥 ， B 液體開始流入容器 。 工作中，若按下停止按鈕 SB2， 待整個(gè)循環(huán)進(jìn)行到結(jié)束，即待灌內(nèi)液體排完，切斷 Y4，不再接通 Y1，停止 Y1，停止工作 。 Touch View 是“組態(tài)王 6． 5”軟件的實(shí)時(shí)運(yùn)行環(huán)境，它從設(shè)備中采集數(shù)據(jù)，并存于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中，還負(fù)責(zé)把數(shù)據(jù)的變化以動(dòng)畫的形式形象地表示出來，同時(shí)可以完成變量報(bào)警、操作記錄、趨勢(shì)曲線等監(jiān)視功能，并按實(shí)際需求記錄在歷史數(shù)據(jù)庫中。彈出“新建工程向?qū)е?duì)話框” 。 1． 設(shè)計(jì)圖形界面（定義畫面） 第一步：定義新畫面 。 第二步： 在組態(tài)王開發(fā)系統(tǒng)中從“工具箱”中分別選擇“矩形”和“文本”圖標(biāo)，繪制一個(gè)矩形對(duì)象和一個(gè)文本對(duì)象 如 41 圖示 。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 圖 42 配置向?qū)?對(duì)話框 為設(shè)備選擇連接串口，假設(shè)為 COM1，單擊 “ 下一步 ” ，彈出 “ 設(shè)備配置向?qū)?” ， 填寫設(shè)備地址，假設(shè)為 1，單擊 “ 下一步 ” ，彈出 “ 設(shè)備配置向?qū)?” 設(shè)置通信故障恢復(fù)參數(shù) (一般情況下使用系統(tǒng)默認(rèn)設(shè)置即可 )，單擊“ 下一步 ” ，彈出 “ 設(shè)備配置向?qū)?” ， 請(qǐng)檢查各項(xiàng)設(shè)置是否正確，確認(rèn)無誤后，單擊 “ 完成 ” 。 下面繼續(xù)定義一個(gè) IO 變量，在“變量名”處輸入變量名，如： b；在“變量類型”處選擇變量類型如： IO 整數(shù)；在“連接設(shè)備”中選擇先前定義好的 IO 設(shè)備： PLC； 在“數(shù)據(jù)類型”中定義為： bit 類型。這樣 ， 點(diǎn)擊“開洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 始”后 ， 系統(tǒng)就開始運(yùn)行 ， 此按鈕就相 當(dāng)于 PLC 硬件圖中的綠色啟動(dòng)開關(guān)。輸出格式中設(shè)置整數(shù)位數(shù)為 2， 小數(shù)位數(shù)為 1， 顯示格式設(shè)置為十進(jìn)制 ， 最后點(diǎn)擊“確定”。運(yùn)行時(shí) ， 點(diǎn)擊主界面中的“設(shè)定畫面”就可以進(jìn)入設(shè)定畫面了。在組態(tài)王開發(fā)系統(tǒng)中選擇“文件 \切換到 View”菜單命令，進(jìn)入組態(tài)王運(yùn)行系統(tǒng)。 具體步驟如下： 1． 首先把仿真軟件的 CPU 更改為 CPU226（點(diǎn) CONFIGURACION— TIPO DE CPU，然后點(diǎn) Accepter） 2． 導(dǎo)入梯形圖 3． 點(diǎn)擊運(yùn)行 4． 進(jìn)行調(diào)試 觀察仿真軟件上的燈是否按照程序要求依次點(diǎn)亮，延時(shí)是否準(zhǔn)確。 PPI 協(xié)議是S7200 CPU 默認(rèn)的通信方式，它通過 S7200 CPU 自身的端口（ Port 0 或Port 1）即可完成。 S7200 系列 PLC 編程口的通訊ＣＯＭ口參數(shù)設(shè)置：在組態(tài)王瀏覽器 目錄內(nèi)容顯示區(qū)內(nèi)雙擊所設(shè)ＣＯＭ口對(duì)應(yīng)的“新建”圖標(biāo)，會(huì)彈出“設(shè)備配置向?qū)А?對(duì)話框。 3． 構(gòu)造數(shù)據(jù)庫 數(shù)據(jù)庫是“組態(tài)王”軟件的核心部分，在工程管理器中，選擇“ 數(shù)據(jù)庫 \數(shù)據(jù)詞典”，雙擊“新建圖標(biāo)”，彈出“變量屬性” 對(duì)話框，創(chuàng)建仿真電梯各個(gè)變量數(shù)據(jù)，這些變量與 PLC 內(nèi)部變量一一對(duì)應(yīng)， PLC 的輸入輸出完全由組態(tài)王內(nèi)部變量代替。將PLC 開關(guān)指向“ RUN”狀態(tài)，按照控制 的 要求， 觀察 運(yùn)行狀態(tài)，記錄 運(yùn)行結(jié)果。 PLC 系統(tǒng)包括中央處理器、主機(jī)箱、擴(kuò)展機(jī)箱、 I/O 模塊及相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)和外部設(shè)備。所以在系統(tǒng)設(shè)計(jì)和處理系統(tǒng)故障的時(shí)候要考慮到空氣、塵埃、紫外線等因素對(duì)設(shè)備的破壞。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 32 PLC 的 I/O 端口系統(tǒng)故障分析及處理 PLC 最大的薄弱環(huán)節(jié)在 I/O 端口。 現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備故障分析及處理 在整個(gè)過程控制系統(tǒng)中最容易發(fā)生故障的地點(diǎn)在現(xiàn)場(chǎng)，現(xiàn)場(chǎng)中最容易出故障的有以下幾個(gè)方面： 1. 第 1 類故障點(diǎn)是在繼電器、接觸器。 2. 第 2 類故障多發(fā)生在閥門等設(shè)備上。這類設(shè)備安裝時(shí)信號(hào)線的屏蔽層應(yīng)單端可靠接地，并盡量與動(dòng)力電纜分開敷設(shè)，特別是高干擾的變頻器輸出電纜，而 且要在 PLC 內(nèi)部進(jìn)行軟件濾波。因此為提高控制系統(tǒng)的可靠性，在設(shè)計(jì)時(shí)采取相應(yīng)有效的抗干擾措施是非常必要的。 因各種電纜選擇不合理，信號(hào)線絕緣降低，安裝，布線不合理等產(chǎn)生的干擾。使用了西門子 S7200 型號(hào) PLC，設(shè)計(jì)了控制程序。至于后面的硬件系統(tǒng)的安裝、對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和安裝運(yùn)行都無法完成。在我撰寫論文的過程中， 韓 老師付出了大量的心血和汗水，無論是在論文的選題、構(gòu)思和資料的收集方面，還是在論文的研究方法以及成文定稿方面，我都得到了 韓 老師細(xì)心、耐心地輔導(dǎo)和熱情的幫助， 他指導(dǎo)我論文一定要嚴(yán)格按照論文格式去寫，并且要有自己的觀 點(diǎn)和看法。 其控制要求如下 ： (1) 啟動(dòng)電源，按下啟動(dòng)按鈕 SB1， 中間繼電器 接通，使 接通，即 A 液體閥門打開，流入 A 液體， 液體 B 閥門關(guān)閉，當(dāng)液體達(dá)到傳感器 SL2 的高度， SL2 發(fā)出信號(hào)，切斷 Y1 接