【文章內容簡介】 了各種各樣的特殊功能單元 ， 用于壓力、溫度、轉速、位移等各式各樣的控制場合；從產品的配套能力來說 ， 生產了各種人機界面單元、通信單元 ， 使應用可編程控制器的工業(yè)控制設備的配套更加容易。目前 ， 可編程控制器在機械制造、石油化 工、冶金鋼鐵、汽車、輕工業(yè)等領域的應用都得到了長足的發(fā)展。 ]2[ 通過以上幾種控制方案的比較 ， 選用 PLC 來實現對液體混合過程的控制 。 3 硬件電路設計 總體結構 從圖中可知設計的液體混合裝置主要完成三種液體的自動混合攪拌并控制溫度 ， 如圖 1 所示。 完成此控制功能需要的元件有： 液位傳感器 L L2 和 L3， Y1， Y2， Y3，Y4 為電磁閥 ， M 為攪拌機 ， T 為溫度傳感器 ， Ｈ為加熱器 ， 另外還有控制電磁器和電動機的 1 個交流接觸器 KM。 所有這些元件的控制都屬于數字量控制 ， 可 以通過引線與相應的控制系統(tǒng)連接從而達到控制效果。 混合液體罐示意圖如圖 1 所示 ： (1)初始狀態(tài) 容器是空的，各電磁閥門均關閉 (Y1=Y2=Y3=Y4=OFF)，液體傳感器無液時為斷開 (L1=L2=L3=OFF)，電動 M=OFF，加熱電爐 H=OFF，溫度傳感器 T=OFF。 (2)啟 動操作 按下啟 動按鈕，裝置開始按下列規(guī)律動作。 1)Ｙ１＝Ｙ２＝ＯＮ，液體Ａ和Ｂ同時注入容器。當液面達到Ｌ２是，Ｌ２＝ＯＮ，使Ｙ１＝Ｙ２＝ＯＮ，即關閉Ｙ１和Ｙ２閥門，打開液體Ｃ的閥門Ｙ３。 2)液面達到Ｌ１時，Ｙ３＝ＯＦＦ，Ｍ＝ＯＮ ，即關閉閥門Ｙ３，攪拌機Ｍ啟動，開始攪拌。 圖 1 液體混合 3)經過 10s 后攪拌均勻后，Ｍ＝ＯＦＦ，停止攪拌，Ｈ＝ＯＮ，加熱器開始加熱 。 4)當混合液體溫度達到指定什時，Ｔ＝ＯＮ，Ｈ＝ＯＦＦ，停止加熱，使電磁閥Ｙ４＝ＯＮ，開始放出混合液體 。 5)液面低于Ｌ３時，Ｌ３從ＯＮ到ＯＦＦ，再經過５ s，容器放空，使 Y4＝OFF，開始下一周期。 (3)停止操作 任何時候按下停止按鈕后 ， 要將當前容器中的混合工處理完后 ， 才能停止操作 ， 即停在初始狀態(tài)上。 ]3[ 液位傳感器的選擇 本設計中選用 型傳感器 光電式液位傳感器利用了光的反射與折射原 理制成 ,使輸出發(fā)生變化，相應的晶體管或繼電器 動作并輸出一個開關量。 其 檢測精度與被測液體的密度、壓力大小及導電性無關 ,無機械傳動 、 無活動觸點 、 無需任何附加聯動裝置 ,操作十分簡便 ， 使用 壽命 較長。 廣泛用于水廠、煉油廠、化工廠、玻璃廠、污水處理廠 、 高樓供水系統(tǒng)、水庫、河道、海洋等對供水池、配水池、水處理池、水 井、水罐、水箱、油井、油罐、油池及對各種液體靜態(tài)、動態(tài)液位的測量和控制。 光電 式液 位傳感器結構及原理光電式液位傳感器結構主要有 5 個部分 ： 接觸被測介質的探頭部分 (導光罩 )、紅外收發(fā)組件、信號調理電路部分、外殼結構部分和信號引出線部分 。 圖 2 光電式傳感器結構 其工作原理為： 光發(fā)射器發(fā)射的紅外波在導光罩內傳播 ； 當無液體介質時 ,光經反射大部分集中在接收器上 ， 當有液體介質時 ， 光在反射時 ， 部分光被折射出去 ， 接收器上的光強變弱 ， 通過光在接收器上的強弱變化 ， 可感知液體界位 。圖 2 為光電式液位傳感器結構示意圖 。 相關元件主要參數如下： (1)量 程范圍： 0～ 200m； (2)過載壓力： a； (3)供電電壓： 24V； (4)精確度：177。 ％Ｆ .Ｓ； (5)長期穩(wěn)定性 ： %； (6)響應時間 ： ≤ 1ms； (7)壽命 ： 1X108 壓力循環(huán) ； (8)防爆等級 ： ExiaIICT6； (9)防護等級 ： IP67。 光電傳感器有四根接 線，其中有兩條是電源線，其它兩條信號線與ＰＬＣ接線圖如下 ： 圖 3 光電傳感器與 PLC接線 溫度傳感器的選擇 在本設計中采用 KTY81201 型傳感器 KTY 系列溫度傳感器采用進口 Philips 硅電阻元件精心制作而成 ， 具有精度高 ， 穩(wěn)定性好 ， 可靠性強 ， 產品壽命長等優(yōu)點 ， 該溫度傳感器已廣泛應用于電機變頻調速溫度控制 ， 太陽能熱水器溫度測量領域彩印設備溫控 ， 汽車油溫測量、發(fā)動機冷卻系統(tǒng)、工業(yè)控制系統(tǒng)中過熱保護、加熱控制系統(tǒng)、電源供電保護等。 ＫＴＹ系列溫度傳感器屬于 集成溫度傳感器 ， 按輸出信號形式分為電流型 、電壓型和頻率型 。 它們的突出優(yōu)點是 在其適用溫區(qū)范圍內具有靈敏度高 、 線性好 、功能全和使用簡單方便 。 無 論電壓輸出 、 電流輸出還是頻率輸出都適合于與微機直 接接口。 圖 4 溫度傳感器電路圖 利用硅集成電路工藝技術可以將感溫電路、信號放大電路、電源電路、補償電路等制作在一塊芯片上，構成單片式硅集成溫度傳感器。集成溫度傳感器的基本感溫電路如圖 4 所示它們是一對匹配的晶體管，使之分別工作在不同的電流密度之下，當 I I2 為恒流時，兩晶體管的 U be之差 △ Ube與 T 成線性變化 。 采用這種基本感溫電路，可以設計出各種不同的電路形式和不同輸出類型的集成溫度傳感器 。 在使用時可以通過調節(jié)其上限溫度、下限溫度在所要求的溫度范圍內， 當混合液體 溫度 在規(guī)定的 范圍內時，溫度傳感器向外輸出信號，供ＰＬＣ使用。 與ＰＬＣ生產線圖如下： 圖 5 溫度傳感器與 PLC 接線 傳感器 與 PLC 的連接 ， 兩個端 子 接直流電源的正極和負極，另一個端子是 傳感器的輸出端。傳感器未動作時，輸出電流近似為 為 0。傳感器動作時，輸出晶體管飽和導通，管壓降近似為 0，傳感器的輸出晶體管相當于一個觸點。 相關元件主要參數如下 ： (1) 測量溫度范圍為 50~150oC； (2) 溫度系數為 %/K； (3) 精度等級 %； (4) 探頭保護直徑 Φ6： (5) 公稱壓力 ； (6) 穩(wěn)定性 ： 年變 化率 =； (7) 開關電壓 ： DC24V； (8) 德式球型接線盒出線或硅膠電纜直接出線 ， 便于與其它電器設備連接。 攪拌電機的選擇 電動機主電路 圖 6 電動機主電路 計算攪拌器的理論功率 在本實驗中采用六片平直葉渦輪式無擋板攪拌裝置 ， 其 槳徑 dj =， 轉速n=16 r/s， 液位粘度 ? =﹒ s/㎡ ， 密度 ? =900kg/m3 。 計算 ： ????? ?? je ndR 從 ? － Re 曲線查得 ? = (? 為功率因數 ) 由公式 5253 )/( gdndnN jj??? (g=) 式中 ?? /)lo g( eRy ?? 查 ??. 值表 ， 得 ? =， ? =40， 1800log = 得 y = gdn j /2 = yj gdn )( /2 = ? = 得 N== ]4[ 選用電動機 根據其功率選取 YZ90L4 型電動電動機 。 Y— 異步電動機 ， 90— 中心高 (mm)， 4— 極數 此電動機的主要性能及結構特點為 ： 效率高 、 耗電少 、 性能好 、 噪聲低 、 振動小 、 體積小 、 重量輕 、 運行可靠 、 維修方便 ， 為 B 級絕緣 。 結構為全封閉 、 自扇冷式 ， 能防止灰塵 、 鐵屑 ， 雜物侵入電機內部 ， 冷卻方式為 IC411。 工作條件 ： (1)海拔不超過 1000m； (2)溫度不超過 40 C， 最低溫度為 150 C 軸承允許溫度 (溫度計法 )不超過95oC； (3)最濕月月平均最高相對濕度為 90%， 同時該月月平均最低溫度不超過250 C ； (4)額定電壓為 380V， 額定頻率為 50Hz； (5)3kW 以下為 Y 接法 。 相關技術參數為 ： (1)額定功率 ： ； (2)額定電流 ： ； (3)轉速 1400r/min； (4)振動速度 ： ， (5)轉速慣量 m2 (6)重量 26kg。 ]5[ 電磁閥的選擇 選用電磁閥的 條件 ： 介質溫度 ： 80 度 工作壓差 ： pa 工作介質 ： 具有腐蝕性 動作頻率 ： 要求不 高 介質清潔度 ： 當介質清潔度不高時 ， 在電磁閥配裝反沖過濾網 ， 本設計中壓力較低可用直動膜片式 。 根據以上條件選用耐高度 ， 塑料 王或全不銹鋼先導式直動電磁閥 ， 電源種類為交流 ， 電源電壓 220V， 電源電壓波動范圍可以滿足要求不需要考慮穩(wěn)壓措施 ，在本設計中采用以下電磁閥 。 (1) 入罐液體選用 VF3130AC220VW 型電磁閥 圖 7 電磁閥 30 為順序號 相關元件主要技術參數 ： 標準電壓 ： AC110V； 線圖及位置數 ： 單頭雙位置 ； 接線形式 ： 引線式 ； 動作方式 ： 內部先導式 ； 使用壓力 ： ~； 電壓范圍 ： 177。 10%； 絕緣性及防護等級 ： F 級 IP65； 最高動作頻率 ： 每秒五次 ； 最短勵磁時間 ： 秒 。 對于其通徑寬度可根據需要進行選擇。 其結構簡圖為 圖： 圖 8 二位三通電磁閥內部結構 (2)出罐液體選用 VF3150AC220VW 型電磁閥 接觸器 的選用 選用條件 ： （ 1）電源種類 ： 交流 ； （ 2）主觸點額定電壓 ： 380V 額定電流 可由公式求得 ： )/(1000 dd UKPIc ??? ； 式中 K 為經驗常數 ， 一般取 1~， 本設計中取 1； dP 電動機機率 (kw)， 本設計為 ； cI 接觸器主觸點電流； dU 電動機額定線電壓； 代入相關數據 ， 得 AUKPI ddc )/(1000 ???? （４）電磁線圈電源種類：交流 。 頻率： 50ＨＺ； 額定電壓： 220Ｖ。 選用 CJ105 型交流接觸器 ， 主觸點和輔助觸點的額定都為 5A，線圈電壓220Ｖ 。 熱繼電器的選擇 熱電器元件的額定電流： edrf II ?? )~( edI 為電動機額定電流 ， 本設計中 為 ； 代入相關數字得 ， edI =~， 取 選用 JB16B—20/3 型熱繼電器 相關主要技術參數如下： (1)額定電流為 20Ａ； (2)熱元件額定電流 5Ａ； (3)電流調節(jié)范圍： ~ ； (4)在本設計中將其調為 。 熔斷器的選擇 選擇熔器的條件： （１）種類： 螺旋式