【正文】 彈簧、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及外殼等。② 直流接觸器直流接觸器與交流接觸器在結(jié)構(gòu)上基本相同。不同的而地方有：其鐵心由整塊軟剛制成，不存在發(fā)熱問題；其線圈用細(xì)的漆包線繞制成匝多且長而薄的圓筒形，與鐵心直接接觸，易于散熱；小功率直流接觸器的觸頭沒有主、輔之分。 接觸器的工作原理及選用(1) 工作原理當(dāng)接觸器線圈通電后，在靜鐵心中產(chǎn)生電磁場(chǎng)，動(dòng)鐵心受到電磁力的吸引與靜鐵心吸合，并帶動(dòng)主觸頭閉合，使被控電路接通工作。若此時(shí)加在線圈上的電壓顯著下降，由于電磁力的減小且小于彈簧的反力，動(dòng)鐵心在這個(gè)反力的作用下，自動(dòng)返回原位且使主觸頭也分?jǐn)?，被控電路斷開停止工作，這也是欠電壓保護(hù)作用；當(dāng)線圈斷電后，動(dòng)鐵心在反力彈簧的作用下返回原位且使主觸頭也分?jǐn)?，被控電路斷開停止工作。當(dāng)電源再次通電時(shí)，由于接觸器的輔助常開觸頭已斷開，線圈中無電流通過，則主觸頭也不會(huì)自動(dòng)閉合，電路也不會(huì)自動(dòng)接通，即實(shí)現(xiàn)了失電壓保護(hù)。(2) 選用接觸器的選用主要考慮其類型、主觸頭的額定電壓和額定電流、輔助觸頭的數(shù)量與種類、線圈的電壓等級(jí)、操作頻率等[10]。① 根據(jù)負(fù)載的性質(zhì)選用接觸器的類型。② 接觸器的額定電壓是指其主觸頭的額定電壓，選用時(shí)應(yīng)大于或等于被控電路的工作電壓。③ 接觸器的額定電流是指其主觸頭的額定電流，選用時(shí)應(yīng)大于或等于被控電路的工作電流。對(duì)于電動(dòng)機(jī)負(fù)載還應(yīng)根據(jù)其運(yùn)行方式做適當(dāng)調(diào)整。④ 接觸器線圈的額定電壓和頻率必須與所控電路的電壓和頻率一致。⑤ 接觸器的觸頭數(shù)量和種類應(yīng)滿足被控主電路和控制電路的需求。⑥ 根據(jù)使用地點(diǎn)的周圍環(huán)境來選擇有關(guān)的系列和特殊的接觸器。由于目前交流電路的使用場(chǎng)合比直流廣泛，交流電動(dòng)機(jī)在工廠中使用的比重也大，所以交流接觸器的品種和規(guī)格更為繁多，常用的有CJ0、CJCJ12和CJ20等系列交流接觸器。本設(shè)計(jì)中選用CJ1020型交流接觸器。CJ0系列是專門為機(jī)床配套的產(chǎn)品，全系列分為10A、20A、40A和75A四個(gè)等級(jí)。CJ10系列是應(yīng)用最廣泛的一個(gè)系列，它用于交流500V及其以下電壓等級(jí)。全系列有5A、10A、20A、40A、60A、100A、及150A七個(gè)等級(jí)。其中40A及其以下個(gè)等級(jí)的電磁機(jī)構(gòu)是采用E形直動(dòng)式，為了提高機(jī)械和電氣壽命，還采用迎擊式的結(jié)構(gòu)方式。主、輔接點(diǎn)均采用橋式觸點(diǎn)，且由銜鐵直接帶動(dòng)作直線運(yùn)動(dòng)。它的結(jié)構(gòu)特征是：上部是主觸點(diǎn)和滅弧系統(tǒng)以及輔助觸點(diǎn)組件，下部是電磁機(jī)構(gòu)。主觸點(diǎn)的滅弧裝置因電路等級(jí)而異，10A及其以下的采用半封閉式滅弧罩或相同間隔弧板，20A、40A的則采用半封閉式窄縫陶土滅弧罩。當(dāng)主觸點(diǎn)的額定電流在60A以上時(shí)，電磁機(jī)構(gòu)采用E形拍合式，主、輔點(diǎn)為橋式觸點(diǎn)。這是一種平面布置式結(jié)構(gòu)，電磁機(jī)構(gòu)居右，主觸點(diǎn)及滅弧系統(tǒng)居左。銜鐵經(jīng)轉(zhuǎn)軸借助杠桿與主觸點(diǎn)相連。當(dāng)銜鐵作拍合動(dòng)作時(shí)，經(jīng)過杠桿的傳動(dòng)使主觸點(diǎn)實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)，與此同時(shí)，也帶動(dòng)輔助觸點(diǎn)動(dòng)作。與前述直動(dòng)式相仿，也采用了迎擊式結(jié)構(gòu)方式，主觸點(diǎn)的滅弧裝置仍采用陶土材料制成的半封閉式滅弧罩。CJ10系列交流接觸器的主觸點(diǎn)均做成三極的，輔助觸點(diǎn)則做成二常開二常閉方式。這種接觸器為一般性負(fù)載的接觸器，它主要用于控制籠型電動(dòng)機(jī)和運(yùn)行中斷開。 中間繼電器中間繼電器一般用來控制各種電器的線圈使信號(hào)得到放大；將信號(hào)同時(shí)傳給幾個(gè)控制元件；當(dāng)其他繼電器的觸頭數(shù)或觸頭容量不夠用時(shí)，可借助其來擴(kuò)大它們的觸頭數(shù)或觸頭容量，起到信號(hào)的中繼作用。(1) 結(jié)構(gòu)與工作原理中間繼電器的結(jié)構(gòu)和工作原理與接觸器的基本相同。其主要區(qū)別有：觸頭系統(tǒng)中沒有主、輔之分，且各觸頭所允許通過的電流大小是相等的，即額定電流為5A；對(duì)于額定電流小于5A的電器控制電路，可用其代替接觸器使用；其觸頭較多，有4對(duì)常開、4對(duì)常閉等形式。(2) 選用選用中間繼電器主要考慮被控制電路的電壓等級(jí)、觸頭數(shù)量、種類和數(shù)量。其線圈電壓與所用電源電壓必須相同。本設(shè)計(jì)中繼電器的選擇JZ14—44Z型。JZ14型為交直兩用中間繼電器。適用于交流50HZ或60HZ、電壓380V以下，直流電壓220V及以下的控制電路中。JZ14型的具體參數(shù)如下：額定工作電壓：DC 220V、110V、48V、24V、12V；AC 380V、220V、127V、110V。接點(diǎn)形式：6常開2常閉；4常開4常閉；2常開6常閉；8常開。動(dòng)作值：繼電器的吸合線圈應(yīng)能在額定電壓的85105％的范圍內(nèi)可靠工作。動(dòng)作時(shí)間：。功率消耗：交流為10VA；。 PLC選型選擇了西門子S7300型PLC，該機(jī)型具有模塊豐富、結(jié)構(gòu)緊湊、易于擴(kuò)展、可靠性高等特點(diǎn)，下面分別介紹幾個(gè)模塊：(1) S7電源模塊：PS307 10A額定輸出電流10A，輸出直流電壓24V，防開路和短路保護(hù)，有可靠的隔離。(2) CPU模板：CPU31424K字節(jié)RAM/8K語句，最大擴(kuò)展512個(gè)DI/DO，64個(gè)AI/AO，帶擴(kuò)展內(nèi)存卡槽，鋰電池槽和MPI接口，24V電源供電，可同時(shí)與S7300內(nèi)部總線上的遠(yuǎn)程站、編程器、PC機(jī)、操作面板或其他S7300、S7400、M7300、M7400PLC等可編程控制器中的4種站建立聯(lián)系。(3) AI模板：模擬量輸入SM331有4組8個(gè)輸入通道，可按通道組設(shè)定測(cè)量方法，選擇多種測(cè)量范圍，與CPU光電隔離。(4) DI模板：16路光隔邏輯輸入SM321(5) DO模板：16路光隔邏輯輸出SM322 系統(tǒng)主電路工作原理如圖32所示，LLL3為三相三線電源進(jìn)線，經(jīng)電源開關(guān)QS，熔斷器FU1分八條支路供給電機(jī)和電磁閥工作。其中電動(dòng)機(jī)M1為A液體注入泵，YV1為A液體進(jìn)料閥，M1和YV1用接觸器KM0控制，若KM0線圈得電后其三對(duì)主觸點(diǎn)閉合，M1液壓泵和YV1進(jìn)料閥運(yùn)行將液體A注入混料灌。熱繼電器FR1對(duì)M1液壓泵進(jìn)行過載保護(hù)。電動(dòng)機(jī)M2為B液體注入泵，YV2為B液體進(jìn)料閥，M2和YV2用接觸器KM1控制，熱繼電器FR2對(duì)M2液壓泵進(jìn)行過載保護(hù)。其工作原理于M1相同。電動(dòng)機(jī)M3為攪拌電機(jī)，用接觸器KM2控制，當(dāng)兩種液體注入混料灌工作完成后，從PLC得到攪拌信號(hào)后，KM2線圈得電使M3開始攪拌，攪拌時(shí)間到后PLC發(fā)出信號(hào)，KM2線圈失電，M3停止攪拌。熱繼電器FR3對(duì)攪拌電機(jī)M3進(jìn)行過載保護(hù)。電動(dòng)機(jī)M4為混合液體出料泵3，M4用接觸器KM3控制，若KM3線圈得電后其三對(duì)主觸點(diǎn)閉合，液壓泵3將混合液體注入出料灌1。熱繼電器FR4對(duì)M4液壓泵進(jìn)行過載保護(hù)。電動(dòng)機(jī)M5為混合液體出料泵4，M5用接觸器KM4控制，若KM4線圈得電后其三對(duì)主觸點(diǎn)閉合，液壓泵2將混合液體注入出料灌2。熱繼電器FR5對(duì)M5液壓泵進(jìn)行過載保護(hù)。YV3為放料閥，用接觸器KM5控制；YV4為電磁閥1，用接觸器KM6控制；YV5為電磁閥2，用接觸器KM7控制。圖32 系統(tǒng)主電路圖圖33 系統(tǒng)控制電路圖 系統(tǒng)控制電路工作原理如圖33所示，中間繼電器KA0與接觸器KM0相接，用來控制控制原料A液體的注入；中間繼電器KA1與接觸器KM1相接，用來控制原料B液體的注入；中間繼電器KA2與接觸器KM2相接，兩種液體注入混料灌，工作完成后，用來控制攪拌電機(jī)；中間繼電器KA3與接觸器KM3相接，用來控制出料泵3；中間繼電器KA4與接觸器KM4相接，用來控制出料泵4；中間繼電器KA5與接觸器KM5相接，當(dāng)攪拌結(jié)束后用來控制放料閥；中間繼電器KA6與接觸器KM6相接，KA7與接觸器KM7相接，在混料罐進(jìn)料之前，為保證混料灌和出料罐沒有殘留液體，它們分別控制電磁閥1和電磁閥2。4．控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) PLC編程軟件STEP7STEP7是SIMENS公司生產(chǎn)的SIMATIC可編程控制器的組態(tài)和編程的標(biāo)準(zhǔn)軟件包。包括項(xiàng)目管理器、符號(hào)編輯器、硬件組態(tài)、編程語言及診斷硬件等一系列的應(yīng)用工具。下面對(duì)各種應(yīng)用工具分別進(jìn)行簡單的介紹[1]。(1) 項(xiàng)目管理器適用與SIMENS的各個(gè)可編程控制系統(tǒng)，用來管理一個(gè)自動(dòng)化項(xiàng)目中所有的數(shù)據(jù)。編輯各種數(shù)據(jù)的工具都由項(xiàng)目管理器啟動(dòng)，然后進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)修改、測(cè)試等工作。(2) 符號(hào)編輯器管理所有的共享符號(hào)，可以為過程信號(hào)（輸入/輸出）、為存儲(chǔ)或塊建立符號(hào)名和注釋。具有分類功能，并可進(jìn)行導(dǎo)入或?qū)С觥?3) 硬件組態(tài)功能可以為自動(dòng)化項(xiàng)目的硬件作組態(tài)和參數(shù)賦值，具有以下功能：① 組態(tài)可編程控制器，即從電子目錄中選擇一個(gè)機(jī)架，并將選中的模板安排在機(jī)架中的槽上。② 組態(tài)分布式I/O與中央I/O。③ 在給CPU賦值參數(shù)的過程中可以通過菜單設(shè)置參數(shù)。④ 在向模板做參數(shù)賦值的過程中，所有可以設(shè)置的參數(shù)都是用對(duì)話框來設(shè)置的。模板可以相互交換而無需賦值新的參數(shù)。⑤ 功能模板的參數(shù)賦值也是在硬件組態(tài)工具中完成的。對(duì)每一個(gè)功能模塊FM和通訊模板CP都有指定的對(duì)話框規(guī)則，可以防止不正確的輸入。(4) 編程語言用于S7300和S7400的編程語言包括梯形圖（LAD）、語句表（STL）和功能塊圖（FBD）。① 梯形圖是STEP7編程語言的圖形表達(dá)方式，它的指令語法與繼電器梯形邏輯圖相似。當(dāng)電信號(hào)通過各個(gè)觸點(diǎn)、復(fù)合元件以及輸出線圈時(shí)，梯形圖可追蹤電信號(hào)的流動(dòng)。② 語句表是STEP7編程語言的文本表達(dá)方式，與機(jī)器碼相似。如果一個(gè)程序是用語句表編寫的，CPU執(zhí)行程序時(shí)則按每一條指令一步一步地執(zhí)行。③ 功能塊圖是STEP7編程語言的圖形表達(dá)方式，使用與BOOL代數(shù)相似的邏輯框來表達(dá)邏輯。復(fù)合功能可用邏輯框相連直接表達(dá)。(5) 診斷硬件此功能用于提供可編程控制器的一個(gè)概況。這個(gè)概況中可以顯示符號(hào)來指示各個(gè)模板是否正常。雙擊故障模板顯示有關(guān)故障的詳細(xì)信息，信息的范圍依據(jù)各個(gè)模板而定。① 顯示模板的概況信息以及模板狀態(tài)。② 顯示中央I/O和分布式從站的模板信息。③ 顯示來自診斷緩存區(qū)的報(bào)文。 PLC控制流程(1) 混料罐進(jìn)料之前,先將放料閥打開，出料泵1和出料泵2同時(shí)運(yùn)行，電磁閥1和電磁閥2同時(shí)打開。必須保證混料罐、出料罐內(nèi)均無料。(2) 進(jìn)料時(shí)，在一種原料液位到達(dá)設(shè)定值時(shí)，另一種原料才能進(jìn)入混料罐。兩種原料必須單獨(dú)進(jìn)入混料罐內(nèi)。攪拌時(shí)間可自行設(shè)定。(3) 出料時(shí)，先向出料罐1送料，再向出料罐2送料。在向出料罐送料時(shí)，電磁閥1和電磁閥2禁止工作。當(dāng)混料罐液位到達(dá)I液位時(shí)延時(shí)10s停止。(4) 進(jìn)料或出料時(shí)當(dāng)液位達(dá)到設(shè)定值時(shí)，泵和電磁閥并沒有停止工作時(shí)報(bào)警指示燈亮，發(fā)出報(bào)警。 系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)(1) 根據(jù)系統(tǒng)工業(yè)流程及系統(tǒng)控制流程制定出程序流程圖，以實(shí)現(xiàn)整個(gè)液體攪拌的過程控制，如圖41所示。(2) 在本系統(tǒng)中，PLC程序設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是接受外部開關(guān)信號(hào)(按鈕、繼電器)的輸入，判斷當(dāng)前的系統(tǒng)狀態(tài)以及輸出信號(hào)去控制接觸器、繼電器等器件，以完成相應(yīng)的控制任務(wù)。將7個(gè)輸入信號(hào)、14個(gè)輸出信號(hào)按各自的功能類型分好，并與PLC的I/O端一一對(duì)應(yīng)，編排好地址。列出外部I/O信號(hào)與PLCI/O端地址編號(hào)對(duì)照表，如表41所示。 圖41 程序流程圖表41 I/O地址分配表輸入端子輸出端子變量名說 明地地址分配變量名說 明地址分配SB1啟動(dòng)按鈕KA0泵1，進(jìn)料閥1SB2停止按鈕KA1泵2，進(jìn)料閥2SL1L液位開關(guān)KA2攪拌電機(jī)MSL2H液位開關(guān)KA3泵3SL3I液位開關(guān)KA4泵4SL4P液位開關(guān)KA5放料閥SL5S液位開關(guān)KA6電磁閥1KA7電磁閥2HL1L液位指示燈HL2H液位指示燈HL3P液位指示燈HL4S液位指示燈HL5I液位指示燈HL6報(bào)警指示燈(3) 根據(jù)系統(tǒng)流程圖及I/O地址分配表制定出系統(tǒng)PLC I/O接線圖，如圖42所示。圖42 I/O接線圖(4) 根據(jù)程序流程圖及I/O地址分配表設(shè)計(jì)出實(shí)現(xiàn)液體攪拌過程控制的整個(gè)程序。① 按下啟動(dòng)按鈕，放料閥先打開，出料泵及電磁閥1和電磁閥2同時(shí)工作(時(shí)間設(shè)定為10s)，以保證液體注入之前混料罐及出料罐內(nèi)沒有殘留液體。② 定時(shí)時(shí)間到，注入A液體（泵1和進(jìn)料閥1工作），當(dāng)A液面上升到L液面時(shí)，L液位指示燈亮關(guān)斷A液；B液開始注入（泵2和進(jìn)料閥2開始工作），當(dāng)B液面上升到H液面時(shí)，H液位指示燈亮關(guān)斷B液。③ 進(jìn)料結(jié)束，混料罐攪拌電機(jī)開始工作（時(shí)間設(shè)定為20s）。④ 攪拌結(jié)束后放料閥打開，向出料罐1出料（泵3工作），當(dāng)液面上升到P液面時(shí)，P液位指示燈亮，此時(shí)停止向出料罐1進(jìn)料而向出料罐2進(jìn)料（泵4工作），當(dāng)液面上升到S液面時(shí)，S液位指示燈亮，此時(shí)按下停止按鈕，整個(gè)過程結(jié)束。⑤ 出料時(shí)，如混料罐內(nèi)液體下降到達(dá)I液面時(shí)，I液位指示燈亮，定時(shí)10s后放料閥關(guān)閉，按下停止按鈕，整個(gè)攪拌過程結(jié)束。⑥ 進(jìn)料或出料時(shí)當(dāng)液位達(dá)到設(shè)定值時(shí)，泵和電磁閥并沒有停止工作時(shí)報(bào)警指示燈亮，發(fā)出報(bào)警，按下停止按鈕，當(dāng)前工作馬上結(jié)束。結(jié) 論本文所設(shè)計(jì)的基于PLC的工業(yè)攪拌過程控制系統(tǒng)已經(jīng)成功的完成實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)完全滿足其設(shè)計(jì)要求，具有操作方便、可靠性強(qiáng)、可實(shí)現(xiàn)整個(gè)攪拌過程的自動(dòng)控制。大大地減輕了操作工人的勞動(dòng)強(qiáng)度、縮短了操作時(shí)間。以往常采用傳統(tǒng)的繼電器控制液體攪拌系統(tǒng)，使用硬件連接電器多，可靠性差，自動(dòng)化程度不高，為了克服上述缺點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中采用PLC控制攪拌過程，采用先進(jìn)控制器對(duì)傳統(tǒng)繼電器控制進(jìn)行改造，大大提高了控制系統(tǒng)的可靠性和自控程度，為生產(chǎn)提供了更可靠的保障，還能容易的隨時(shí)修改控制程序，以改變各元件的工作時(shí)間和工作狀況，滿足不同情況要求?？删幊炭刂破鞯氖褂檬拐麄€(gè)控制系統(tǒng)的可靠性得到了提高，而且易于操作和維護(hù)，簡化了系統(tǒng)的組成。本次設(shè)計(jì)中還存在一些不足，如在液體攪拌系統(tǒng)中可以用組態(tài)軟件對(duì)整個(gè)攪拌過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、報(bào)警、流程控制