【文章內(nèi)容簡介】 江蘇師范大 學本科生畢業(yè)設計 液體混合裝置監(jiān)控系統(tǒng)設計 7 的，是通過執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來實現(xiàn)的。 CPU 是以分時操作方式來處理各項任務的，計算機在每一時間只能做一件事情，所以，程序的執(zhí)行是按程序順序依次完成，每掃描一次所消耗的時間即稱為工作周期或掃描周期。 PLC完成繼電器控制整個系統(tǒng)的功能過程中， CPU 按順序逐條的執(zhí)行用戶指令，從第一條指令直到用戶程序結(jié)束，再返回到第一條指令重新開始掃描。 PLC 的工作方式就是這樣從頭到尾反復的進行循環(huán)掃描。因為 CPU 的運算速率極高，所以各個電器的之間的工作看起來好像是同時完成的，但實際上輸入輸出的響應是有滯后的 [5]。 PLC 采集輸入信號有兩種方式： 集中采樣輸入方式 一般在掃描周期的開始或結(jié)束將所有輸入信號（輸入元件的通 /斷狀態(tài)）采集并放到輸入映象寄存器中。當外接的輸入電路閉合時，對應的輸入映像寄存器為“ 1”狀態(tài)，梯形圖中對應的常開觸點閉合。反之，外接電路斷開時，對應的輸入映像寄存器為“ 0”狀態(tài)，梯形圖中對應的常開觸點斷開，常閉觸點接通。執(zhí)行用戶程序所 需輸入狀態(tài)均在輸入映像寄存器中取用，而不是實際的 I/O 點 。 立即輸入方式 隨程序的執(zhí)行需要哪一個輸入信號就直接從輸入端或輸入模塊取用這個輸入狀態(tài)，如“立即輸入指令”就是這樣。此時，輸入映像寄存器的值未被更新，到下一次集中采樣輸入時才變化 。 PLC 的工作模式有兩種： RUN 模式和 STOP 模式 在 RUN 模式下，控制功能通過執(zhí)行用戶程序?qū)崿F(xiàn)；在 STOP 模式下， CPU不執(zhí)行用戶程序，此時可以設置 PLC 中硬件的功能，還能用編程軟件創(chuàng)建和編輯 PLC 中的用戶程序，并且將硬件設置信息和用戶程序下載到 PLC。如果出現(xiàn)嚴重 錯誤導致不能正常運行的，在消除它之前不允許從 STOP 模式進入 RUN 模式。 PLC 操作系統(tǒng)存儲非致命錯誤，供用戶檢查，但不會從 RUN 模式自動進入STOP 模式 [1]。 PLC 的工作過程 （ 1）上電處理 PLC 上電后對系統(tǒng)會有一次初始化過程，其中包括：硬件江蘇師范大 學本科生畢業(yè)設計 液體混合裝置監(jiān)控系統(tǒng)設計 8 模塊的初始化，輸入輸出模塊設置的檢查，斷電時保持部分設定及一些其他的初始化等 [11]。 （ 2）掃描過程 PLC 完成和其它的外部設備的通訊處理，進行時鐘和特殊寄存器的更新。當 CPU進入 STOP 模式，系統(tǒng)執(zhí)行自診斷檢查。當 CPU 進入 RUN模式，此時還需 進行用戶程序的執(zhí)行和輸出，然后進行自診斷 。 （ 3） 出錯處理 每當 PLC 掃描一次，進行一次自診斷，判斷 PLC 程序運行是否出現(xiàn)異常，例如， CPU、電池電壓、程序存儲器、 I/O、通信等是否異常或出錯。如果檢查出異常，面板上的 LED 和異常繼電器接通，與此同時特殊寄存器當中會被存入錯誤代碼。而如果發(fā)生致命錯誤， CPU 會被強制進入 STOP 模式，系統(tǒng)進行的所有掃描活動將會被停止 。 可編程控制器的性能指標 （ 1） I/O 點數(shù) 指 PLC 主機的輸入、輸出端子數(shù)。在選用 PLC 時，要根據(jù)控制對象需要的I/O 點數(shù)來選定 PLC 的機型。當主機的 I/O 點數(shù)不夠時，可通過接擴展單元來擴展 I/O 點數(shù)。但因為一般的擴展單元只有接口和驅(qū)動電路而沒有 CPU，它是由主機的 CPU來尋址的，所以最大擴展點數(shù)受 CPU尋址能力的限制 。 （ 2）內(nèi)存容量 PLC 中程序指令是按“步”存放的（一條指令往往不止一步），“步”占用一個地址單元，一個地址單元占兩個字節(jié)。內(nèi)存容量和最大 I/O 點數(shù)大體成正比 。 （ 3）指令功能 可以從兩個方面來衡量 PLC 指令功能的強弱：一是指令條數(shù)的多少；二是在指令中有多少綜合性指令，因為一條綜合性指令一般就能完成一項專門操作（如查 表、排序、 PID 控制等），相當于一個子程序 。 （ 4）掃描速度 一般指執(zhí)行一步指令所需的時間，單位為 us/步。有時也用執(zhí)行 1000 步指令的時間計算，則單位為 ms/千步 。 江蘇師范大 學本科生畢業(yè)設計 液體混合裝置監(jiān)控系統(tǒng)設計 9 PLC 的主要特點 PLC 是專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的，具有以下主要特點 [7]。 比較高的可靠性 （ 1） PLC 中 所有的 I/O 接口電路均采用光電隔離，使 得在 工業(yè)現(xiàn)場的外部電路 和 PLC 中 內(nèi)部電路之間 的 電路電氣上隔離。 （ 2） PLC 個輸入均采用 RC 濾波器，其濾波時間常數(shù)一般為 10~20ms。 （ 3） PLC 各 個 模塊 都 采用屏蔽措施， 防止輻射干擾 （ 4） PLC 中應用 了 功能良好 的開關電源。 （ 5） PLC 采用的器件都進行嚴格的篩選和老化。 （ 6） PLC 具 有 優(yōu)良 的自 我 診斷 檢查 功能， 如果有 電源或其他 軟件以及 硬件的異常情況發(fā)生的話 ， CPU會 立即采用有效措施，以防止 異常 擴大。 （ 7）大型 PLC 還 能 采用雙 CPU 構(gòu)成的冗余 式 系統(tǒng)或由 3CPU 構(gòu)成的表決系統(tǒng)，使 得 系統(tǒng)的可靠性進一步提高。 豐富的 I/O 接口模塊 PLC 針對 不一樣 的工業(yè)信號，有 多樣 的模塊 類型 供用戶 選擇 。 （ 1） 交流或者直流 （ 2） 數(shù)字量 或者 模擬量 （ 3） 電壓 或者 電流 （ 4） 脈沖 或者 電位 （ 5） 強電 或者 弱電等 PLC 相應 的 I/O 模塊與現(xiàn)場的多種器件 和 設備相連接。與輸入模塊相連的器件有按鈕、行程開關、接近開關、光電開關、壓力開關等等；與輸出模塊相連的設備有電磁閥、接觸器、小電動機、指示燈等。 為了提高 PLC 的功能，它還有多種人機對話的接口模塊；為了注冊工業(yè)局部網(wǎng)絡， PLC 還有很多聯(lián)網(wǎng)的 通訊 模塊。 采樣模塊化接口 除了箱體式小型 PLC 以外，現(xiàn)在幾乎所有 PLC 都采用了模塊化結(jié)構(gòu)。 PLC的各個部件，像 CPU、電源、 I/O 等均采用了模塊化結(jié)構(gòu)，由機架與電纜將各個模塊進行連接，系統(tǒng)的功能和規(guī)模可以根據(jù)用戶的需求自行進行組合。 江蘇師范大 學本科生畢業(yè)設計 液體混合裝置監(jiān)控系統(tǒng)設計 10 編程 簡潔易學 PLC 的編程 大部分都 采用 了像 繼電器控制線路 時 的梯形圖格式，直觀易懂。除了 電氣工程師 之外，只要 具有 一定相關的 知識 的 電工人員都 能在較短的時間內(nèi)學會 。傳統(tǒng)繼電器 的 控制技術 和 計算機技術間 存在 的隔閡在 PLC 上完全不存在。 安裝簡便、維修方便 PLC 可以在各式各樣的工業(yè)環(huán)境下進行運行，不需專門配備的機房。使用的時候只需要將現(xiàn)場各種設備與器件和 PLC 的 I/O 接口相連接，就能組成系統(tǒng)并且運行。 PLC 的各個模塊上都有運行指示燈與故障指示燈，便于用戶了解運行情況和查找故障。由于 PLC 采用模塊化結(jié)構(gòu)，一旦某模塊發(fā)生 故障發(fā)生故障，用戶可以通過跟換模塊的方法，是系統(tǒng)迅速恢復運行。 總之， PLC 在液體混合裝置監(jiān)控系統(tǒng)中的應用主要體現(xiàn)在它的邏輯開關控制功能。由于 PLC 具有邏輯運算，計數(shù)和定時以及數(shù)據(jù)輸入輸出的功能。在液體混合裝置監(jiān)控系統(tǒng)控制過程中，各種邏輯開關控制與 PLC 很好的結(jié)合，巧妙的實現(xiàn)了對液體混合裝置的控制，同時由于它的可靠性好、占地面積小等特點更將順應 PLC 應用于液體混合裝置的趨勢。 PLC 輸入輸出口分配 通過分析控制任務，共需要 5 個數(shù)字量輸入和 4 個數(shù)字量輸出。 X0 為開始按鈕， X1 為停止按鈕， X X X4 分別為三個液位傳感器， Y0、 Y Y2 分別為電磁閥 A、電磁閥 B、排放電磁閥三個電磁閥， Y3 為攪拌電機 [8]、 輸入 /輸出地址分配如表 21 所示。 表 21 液體混合裝置輸入輸出地址分配 輸入點地址 功能 輸出點地址 功能 X0 開始按鈕 Y0 電磁閥 A X1 停止按鈕 Y1 電磁閥 B X2 上位置開關 Y2 攪拌電機 X3 中位置開關 Y3 排放電磁閥 X4 下位置開關 江蘇師范大 學本科生畢業(yè)設計 液體混合裝置監(jiān)控系統(tǒng)設計 11 液體混合裝置輸入輸出接線圖 液體混合裝置輸入 /輸出接線圖如圖 21 所示 [9]。 按下啟動按鈕 SB1， Y3 通電并自鎖，將剩余的混合液體排放完，經(jīng)過 20S后 ， Y3 斷電，即關閉混合液體閥門。同時液體 A 電磁閥 YV1 打開，液體 A 流入容器。 SL2 當液面上升到 SL3 時，雖然液位傳感器感應到，常開觸點接通，但是沒有引起輸出動作，當液面上升到 SL2 時， SL2 觸點接通， YV1 電磁閥關閉，液體A 停止流入，同時液體 B 電磁閥 YV2 打開看，液體 B 流入。 SL1 當液面上升到 SL1 時， SL1 常開觸點接通， YV2 電磁閥關閉，液體 B 停止注入，同時 Y2 接通，攪拌電機開始工作。 攪拌 電機工作是，定時器開始工作， 20S 后，攪拌電機停止工作，同時混合液體電磁閥 Y3 接通，開始排放混合液體。 SL3 當液位傳感器 SL3 由接通變?yōu)閿嚅_時，定時器開始工作， 20S 后混合液體排放完，定時器復位，混合液體電磁閥 Y3 斷開， YV1 打開，液體 A 流入，開始進入下一個循環(huán)。 按下停止按鈕 SB2，在當前的操作處理完畢后停止操作。 江蘇師范大 學本科生畢業(yè)設計 液體混合裝置監(jiān)控系統(tǒng)設計 12 X 0X 1X 2X 3X 4C O MY 0Y 1Y 2Y 3A C 2 2 0 VS B 1S B 2S L 1S L 2S L 3C O MY V 1Y V 2Y V 3攪 拌 機 M 圖 21 液體混合輸入 /輸出接線圖 PLC 主電路圖 本次設計中的混合液體攪拌由電動機 M 啟動。帶有短路保護、過載保護等，短路保護由 FU 熔斷器來實 現(xiàn)保護功能，過載保護由 FR 熱繼電器來實現(xiàn)其保護功能。 當液體倒到 SL1 是， KM1 接通，攪拌電機開始運行。液體混合裝置的主電路圖如圖 22 所示。 江蘇師范大 學本科生畢業(yè)設計 液體混合裝置監(jiān)控系統(tǒng)設計 13 F UQL 1 L 2 L 3K MK RM3 ~ 圖 22 主電路 硬件選型 液位傳感器的選擇 選用 型液位傳感器其中“ L”表示光電的，“ S”表示傳感器，“ F”表示防腐蝕的， 為最大工作壓力。 LSF 系列液位開關可提供非常準確、可靠的液位檢測。其原理是依據(jù)光的反射折射原理，當沒有液體時，光被前端的棱鏡面或球面反射回來；有液體覆蓋光電探頭球面時，光被折射出去，這使得輸出發(fā)生 變化，相應的晶體管或繼電器動作并輸出一個開關量。應用此原理可制成單點或多點液位開關。 LSF 光電液位開關具有較高的適應環(huán)境的能力，在耐腐蝕方面有較好的抵抗能力。 相關元件主要技術參數(shù)及原理如下： （ 1）工作壓力可達 。 （ 2）工作溫度上限為 125176。 C 。 江蘇師范大 學本科生畢業(yè)設計 液體混合裝置監(jiān)控系統(tǒng)設計 14 （ 3）觸點壽命為 100 萬次 。 （ 4）觸點容量為 70w 。 （ 5）開關電壓為 24V DC。 （ 6）切換電流為 。 攪拌電機的選擇 選用 EJ153 型電動機。其中“ E”表示電動機，“ J”表示交流的， 15 為設計序號， 3 為最大工作 電流 相關元件主要技術參數(shù)及原理如下： EJ15 系列電動機是一般用途的全封閉自扇冷式鼠籠型三相異步電動機。 （ 1）額定電壓為 220V，額定頻率為 50Hz，功率為 ，采用三角形接法。 （ 2）電動機運行地點的海拔不超過 1000m。