【正文】 特別要感謝我的指導(dǎo)老師，楊老師求真務(wù)實(shí)的治學(xué)態(tài)度、和藹可親的耐心指導(dǎo)給我留下了深深的印象。老師一絲不茍的作風(fēng)，嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的態(tài)度，踏踏實(shí)實(shí)的精神，不僅授我以文，而且教我做人，雖歷時(shí)三載，卻給以終生受益無窮之道。④外部配線干擾因各種電纜選擇不合理，信號線絕緣降低，安裝、布線不合理等產(chǎn)生的干擾，提高PLC控制系統(tǒng)抗干擾性能措施：（1） 科學(xué)選型（2） 選擇高性能電源，抑制電網(wǎng)干擾（3） 正確選擇接地點(diǎn)，完善接地系統(tǒng)（4） 柜內(nèi)合理選線配線，降低干擾 總結(jié)實(shí)踐證明，由于PLC產(chǎn)品自身具有可靠性高、靈活性強(qiáng)、對工作環(huán)境無要求和抗干擾性能好等諸多有點(diǎn)，使之完全可以將操作人員從惡劣的現(xiàn)場環(huán)境中解放出來，因而深受用戶歡迎。這類設(shè)備安裝時(shí)信號線的屏蔽層應(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。（4）現(xiàn)場控制設(shè)備 在整個(gè)過程控制系統(tǒng)中最容易發(fā)生故障地點(diǎn)在現(xiàn)場，現(xiàn)場最容易出故障的有以下幾個(gè)方面。系統(tǒng)總線的損壞主要由于現(xiàn)在PLC多為插件結(jié)構(gòu)，長期使用插拔模塊會造成局部印刷板或底板、接插件接口等處的總線損壞，在空氣溫度變化、溫度變化的影響下，總線的塑料老化、印刷線路的老化、接觸點(diǎn)的氧化等都是系統(tǒng)總線損耗的原因。電源故障 若樣機(jī)有電源故障，則加電后很容易造成器件損壞。在實(shí)際運(yùn)用中，這樣做的目的是找到由于積分項(xiàng)前值引起的問題。因此回路表中的這些變量只能被PID指令讀而不能被改寫。微分項(xiàng)是當(dāng)前采樣和前一次采樣的函數(shù)，比例項(xiàng)僅是當(dāng)前采樣的函數(shù)。當(dāng)X0=ON時(shí)執(zhí)行PID指令，把PID控制回路的設(shè)定值存放在D100D124這25個(gè)數(shù)據(jù)寄存器中，對[S2]的當(dāng)前值（D1）和（S1）的設(shè)定值（D0）進(jìn)行比較，通過PID回路處理數(shù)值之間的偏差后計(jì)算出一個(gè)調(diào)節(jié)值，此調(diào)節(jié)值存入目標(biāo)操作數(shù)D150中。[S3]+22：輸出變化量（增方）報(bào)警設(shè)定值，032767。[S3]+2：輸入濾波常數(shù)，099%。 三菱FX2系列PLC中PID指令的使用比例積分微分指令即PID指令其指令格式如下：FNC88 PID 操作數(shù)：[S1]、[S2]、[S3][D]：全部用數(shù)據(jù)寄存器D。從上式可知，偏差變化的速度越大，微分時(shí)間越長，則調(diào)節(jié)器的輸出變化就越大。而且比例度不僅影響比例部分，也影響積分部分，使總的輸出既具有調(diào)節(jié)及時(shí)、克服偏差有力的特點(diǎn)，又具有克服余差的性能。這種閥門開度與被調(diào)參數(shù)的偏差成比例的調(diào)節(jié)規(guī)律，稱為比例調(diào)節(jié)。因此，比例+積分（PI）控制器，可以使系統(tǒng)在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn)態(tài)誤差。（1）比例（P）控制比例控制是一種最簡單的控制方式。所以系統(tǒng)能實(shí)時(shí)地調(diào)節(jié)水箱的液位。當(dāng)液位升高到設(shè)定高度時(shí)，設(shè)定值與控制變量平衡，PID調(diào)節(jié)器的輸入偏差信號為零，電動(dòng)調(diào)節(jié)閥就維持在那個(gè)開度，流量也不變，同時(shí)水箱的液位也維持不變。軟件部分完成由流量而算出的液體體積作為設(shè)定值，來控制混合液體電動(dòng)閥的開度；完成由既定工藝加熱溫度作為設(shè)定值的溫度恒值加熱控制，從定比例混合到攪拌加熱均實(shí)現(xiàn)對液體混合過程的精確控制。10%200mA占用I/O點(diǎn)數(shù)目占用FX2N擴(kuò)展總線8點(diǎn)I/O（輸入輸出皆可）功率消耗5V，30mA（MPU的內(nèi)部電源或者有源擴(kuò)展單元） 攪拌電機(jī)EJ153本設(shè)計(jì)中，液體經(jīng)混合后需要加熱和攪拌，其中攪拌電機(jī)選用EJ153型電動(dòng)機(jī)，其中“E”表示電動(dòng)機(jī)，“J”表示交流的，15為設(shè)計(jì)序號，3為最大工作電流，相關(guān)元件主要技術(shù)參數(shù)及原理如下：EJ15系列電動(dòng)機(jī)是一般用途的全封閉自扇冷式鼠籠三相異步電動(dòng)機(jī)。FX2N4DA最大分辨率是12位。C和176。可選擇電壓輸入或電流輸入，借助伏安表通過模塊簡單的切換調(diào)整，或者借助指令，可以方便地改變模擬量輸入范圍，瞬時(shí)值和設(shè)定值等數(shù)據(jù)可以用FROM/TO指令讀出或?qū)懭?。轉(zhuǎn)換部分將感應(yīng)電動(dòng)勢進(jìn)行電壓放大、相敏檢波、功率放大和V/I轉(zhuǎn)換，最后轉(zhuǎn)換成DC 4~20mA統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號Io輸出，可見Io與被測流量具有線性關(guān)系。當(dāng)有導(dǎo)電介質(zhì)流過時(shí)，則會產(chǎn)生感應(yīng)電壓。設(shè)計(jì)中選用SONIC系列超聲液位（物位）計(jì)，采用超聲波收發(fā)、測量時(shí)間差原理測得液位（物位）高度。電橋的一個(gè)橋臂采用可調(diào)電阻R3，通過調(diào)節(jié)R3可以調(diào)整輸入到運(yùn)放的差分電壓信號大小，通常用于調(diào)整零點(diǎn)。鉑熱電阻的線性較好，在0℃～100℃之間變化時(shí)。在有的系統(tǒng)中，由于擴(kuò)展單元中安裝有智能模塊及一些特殊模塊，就要求在擴(kuò)展單元中安裝相應(yīng)的電源模塊。在PLC進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后，從存儲器中逐條讀去用戶程序，按指令規(guī)定的任務(wù)，產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號，去起閉有關(guān)控制電路。模擬量輸入模塊接收各種傳感器輸出的標(biāo)準(zhǔn)電壓信號或電流信號，并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號存儲到PLC中?！　‰姶帕髁坑?jì)主要由變送器（又稱一次裝置、檢出器或傳感器）和轉(zhuǎn)換器（又稱二次裝置或變換器）及流量顯示儀表三部分組成。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。通常以檢測件形式對差壓式流量計(jì)分類,如孔板流量計(jì)、文丘里流量計(jì)、均速管流量計(jì)等。流量測量儀表也陳流量計(jì)。通過不斷檢測超聲波發(fā)射后遇到障礙物所反射的回波，從而測出發(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。4～20mA、 0～5V、 0～10mA等標(biāo)準(zhǔn)信號輸出方式可以根據(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。本次設(shè)計(jì)中的液體測量要求精度高，還需很好地適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場的特殊環(huán)境，具有在惡劣環(huán)境下持續(xù)傳感的能力，對液位測量提出了精確、實(shí)時(shí)、在線的要求。 (3)熱電阻熱電阻是中低溫區(qū)最常用的一種溫度檢測器。C。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。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。繼電器串接在控制電路中的電壓、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)。第2章 設(shè)計(jì)方案與論證 本設(shè)計(jì)的液體混合裝置主要完成兩種液體的自動(dòng)按比例定量混合攪拌并控制溫度對其加熱，此裝置所需要的控制的元件有：其中L是超聲波液面?zhèn)鞲衅鳎S液位高度而線性變化。設(shè)計(jì)的編寫按照國家關(guān)于電氣自動(dòng)化工程設(shè)計(jì)中的電氣設(shè)備常用基本圖形符號（GB4728）及其他相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范編寫。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序控制器的型號和原理，熟悉其編程方式，而多種液體混合裝置的控制更常見于生產(chǎn)中，適合大中型飲料生產(chǎn)廠家，尤其見于化工業(yè)中，便于學(xué)以致用。 課題的應(yīng)用與展望PLC是一種以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、通信技術(shù)和傳統(tǒng)的繼電器控制技術(shù)而發(fā)展起來的新型工業(yè)控制裝置，一經(jīng)出現(xiàn)，由于他的自動(dòng)化程度高、可靠性好、設(shè)計(jì)周期短、使用和維護(hù)簡便等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，備受國內(nèi)外工程技術(shù)人員和工業(yè)界廠商的吉大關(guān)注，生產(chǎn)PLC的廠家云起。并形成循環(huán)狀態(tài)。這個(gè)方案首先得到了美國數(shù)字設(shè)備(DEC)公司的積極相應(yīng)，并中標(biāo)。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)，一直現(xiàn)場工作環(huán)境十分惡劣，不適合人工現(xiàn)場操作。 本設(shè)計(jì)的主要研究范圍及要求達(dá)到的技術(shù)參數(shù)有（1）是液體灌裝機(jī)能夠時(shí)限安全、高效的灌裝；（2）滿足灌裝的各項(xiàng)技術(shù)要求；（3）具體內(nèi)容包括多種控制方案的設(shè)計(jì)、軟硬件電路的設(shè)計(jì)、常見故障的分析等等。 對于本課題來說，如果液體混合系統(tǒng)部分是一個(gè)較大規(guī)模工業(yè)控制系統(tǒng)的改造升級，新控制裝置需要根據(jù)企業(yè)設(shè)備和工藝現(xiàn)況來構(gòu)成并需盡可能的利用舊系統(tǒng)中的元器件。在整個(gè)混合過程中，系統(tǒng)實(shí)時(shí)顯示容器內(nèi)液位高度（單位cm），混合液體溫度（單位℃）以及管道內(nèi)A、B液體的流量（單位m/s）。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(jì)、制作和程序設(shè)計(jì)的工作量相當(dāng)大。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。一線總線獨(dú)特而且經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念。它直接測量溫度，并把溫度信號轉(zhuǎn)換成熱電動(dòng)勢信號, 在通過電氣儀表轉(zhuǎn)換成被測介質(zhì)的溫度，或由A/D轉(zhuǎn)換電路變?yōu)閿?shù)字信號交由數(shù)字控制器做后續(xù)處理。所以本系統(tǒng)采用了三線的鉑電阻PT100做溫度檢測部件，具體參數(shù)性能詳見硬件電路設(shè)計(jì)。（2）投入式液位傳感器投入式液位傳感器是一種測量液位的壓力傳感器．投入式液位傳感器是基于所測液體靜壓與該液體的高度成比例的原理，采用國外先進(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，再經(jīng)過溫度補(bǔ)償和線性修正，轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)電信號（一般為4～20mA／１～５ＶＤＣ）。缺點(diǎn)：有很多機(jī)械傳動(dòng)部件，故障率會增加，安裝也復(fù)雜；由于其接觸的測量方式、發(fā)展未成熟和較高的安裝、維護(hù)要求導(dǎo)致市場普及不廣。為了有效地進(jìn)行生產(chǎn)操作、監(jiān)視和自動(dòng)控制，需要對生產(chǎn)過程中各種介質(zhì)的流量進(jìn)行檢測和變送，以便為生產(chǎn)操作和控制提供依據(jù)。這種測量方法是以流動(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。浮子流量計(jì)的流量檢測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。(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。 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)換最簡便的方式莫過于使用模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊和書模轉(zhuǎn)換模塊，接線簡單，便于安裝調(diào)試，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)。其功能是：PLC中系統(tǒng)程序賦予的功能，接收并存儲從編程器輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)。其中輸入信號要通過光電隔離，通過濾波進(jìn)入CPU控制板，CPU發(fā)出輸出信號至輸出端。 溫度傳感器PT100Pt100的外觀如圖所示：圖9 Pt100外觀圖Pt100溫度傳感器為正溫度系數(shù)熱敏電阻傳感器，主要技術(shù)參數(shù)如下：測量范圍200℃～+850℃允許偏差值△℃A級177。 。超聲波傳感器接收電路。IP67(分體式傳感器 ) 電 源AC220V177。流體的體積流量Q（cm3/s）與流速（cm/s）的關(guān)系為：Q=πD2v/4，將此式代入上式得：E=4BQ108/πD=kQ，式中，k為儀表常數(shù)，k=4108B/πD，當(dāng)B和D一定時(shí)，k為常數(shù)。本設(shè)計(jì)選用LDE型電磁流量計(jì)，其技術(shù)參數(shù)如下表所示：測量誤差；測量介質(zhì)：電導(dǎo)率大于5μS/cm的各種液體和液固兩相流體。模塊內(nèi)附有溫度傳感器的前置放大器，因此，它可以直接與三線的鉑電阻Pt1003型傳感器匹4路輸入通道相連接。C~176。FX2N4DA的主要技術(shù)指標(biāo)如下表所示： 項(xiàng)目電壓輸出電流輸出模擬輸出范圍DC10~+10V（外部負(fù)載阻抗：2kΩ~1MΩ）DC0~20mA（外部負(fù)載阻抗：500Ω）數(shù)字輸入16位，二進(jìn)制，有符號（數(shù)值有效位：11位和一個(gè)符號位（1位））分辨率5mV（10V*1/2000）20μA（20mA*1/1000）總體精度177。EJ15系列電動(dòng)機(jī)效率高、節(jié)能、堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩高、噪音低、振動(dòng)小、運(yùn)行安全可靠。所以系統(tǒng)能實(shí)時(shí)地調(diào)節(jié)水箱的液位。當(dāng)上水箱的液位小于設(shè)定值時(shí)，壓力變送器檢測到的信號小于設(shè)定值，設(shè)定值與反饋值的差就是PID調(diào)節(jié)器的輸入偏差信號。即當(dāng)我們不完全了解一個(gè)系統(tǒng)和被控對象﹐或不能通過有效的測量手段來獲得系統(tǒng)參數(shù)時(shí)，最適合用PID控制技術(shù)。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項(xiàng)”。這就是說，在控制器中僅引入“比例”項(xiàng)往往是不夠的，比例項(xiàng)的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“微分項(xiàng)”，它能預(yù)測誤差變化的趨勢，這樣，具有比例+微分的控制器，就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負(fù)值，從而避免了被控量的嚴(yán)重超調(diào)。純比例調(diào)節(jié)只能用于干擾較小、滯后較小，而時(shí)間常數(shù)又不太小的對象。在生產(chǎn)實(shí)際中，有經(jīng)驗(yàn)的工人總是既根據(jù)偏差的大小來改變閥門的開度大?。ū壤饔茫?，同時(shí)又根據(jù)偏差變化速度的大小進(jìn)行調(diào)節(jié)。適當(dāng)選取這三個(gè)參數(shù)值，就可以獲得良好的調(diào)節(jié)質(zhì)量。[S3]+1：動(dòng)作方向（ACT），BIT0：0為正動(dòng)作，1為反動(dòng)作。[S3]+7至[S3]+19 PID運(yùn)算占用。 BIT3輸出變化量（減方）超出。數(shù)字計(jì)算機(jī)處理的算式如下：輸出= 比例項(xiàng)其中： 是在采樣時(shí)間n時(shí)，回路輸出的計(jì)算值；是回路增益；是采樣時(shí)刻n的回路誤差值；是回路誤差的前一個(gè)數(shù)值(在采樣時(shí)刻n1)；是積分項(xiàng)的比例常數(shù)；是積分項(xiàng)的前一個(gè)數(shù)值(在采樣時(shí)刻n1)；是微分項(xiàng)的比例常數(shù)；一、回路輸入的轉(zhuǎn)換和標(biāo)準(zhǔn)化:。在回路輸出可以用于驅(qū)動(dòng)模擬輸出之前，回路輸出必須轉(zhuǎn)換成一個(gè)16位的標(biāo)定整數(shù)值。然后在每次PID運(yùn)算結(jié)束之后。這類錯(cuò)誤包括錯(cuò)線、開路、短路、相位錯(cuò)等?，F(xiàn)場生產(chǎn)控制設(shè)備包括I/O端和現(xiàn)場控制檢測設(shè)備，如繼電器、接觸器、閥門、電動(dòng)機(jī)等。（3） PLC的I/O端口 PLC最大的薄弱環(huán)節(jié)在I/O端口。