【正文】 、緩沖彈簧、傳動機構及外殼等。② 直流接觸器直流接觸器與交流接觸器在結構上基本相同。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) 工作原理當接觸器線圈通電后，在靜鐵心中產生電磁場，動鐵心受到電磁力的吸引與靜鐵心吸合，并帶動主觸頭閉合，使被控電路接通工作。若此時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，動鐵心在這個反力的作用下，自動返回原位且使主觸頭也分斷，被控電路斷開停止工作，這也是欠電壓保護作用；當線圈斷電后，動鐵心在反力彈簧的作用下返回原位且使主觸頭也分斷，被控電路斷開停止工作。當電源再次通電時，由于接觸器的輔助常開觸頭已斷開，線圈中無電流通過，則主觸頭也不會自動閉合，電路也不會自動接通，即實現(xiàn)了失電壓保護。(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、操作頻率等[10]。① 根據(jù)負載的性質選用接觸器的類型。② 接觸器的額定電壓是指其主觸頭的額定電壓，選用時應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，選用時應大于或等于被控電路的工作電流。對于電動機負載還應根據(jù)其運行方式做適當調整。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)量和種類應滿足被控主電路和控制電路的需求。⑥ 根據(jù)使用地點的周圍環(huán)境來選擇有關的系列和特殊的接觸器。由于目前交流電路的使用場合比直流廣泛，交流電動機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。本設計中選用CJ1020型交流接觸器。CJ0系列是專門為機床配套的產品，全系列分為10A、20A、40A和75A四個等級。CJ10系列是應用最廣泛的一個系列，它用于交流500V及其以下電壓等級。全系列有5A、10A、20A、40A、60A、100A、及150A七個等級。其中40A及其以下個等級的電磁機構是采用E形直動式，為了提高機械和電氣壽命，還采用迎擊式的結構方式。主、輔接點均采用橋式觸點，且由銜鐵直接帶動作直線運動。它的結構特征是：上部是主觸點和滅弧系統(tǒng)以及輔助觸點組件，下部是電磁機構。主觸點的滅弧裝置因電路等級而異，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。當主觸點的額定電流在60A以上時，電磁機構采用E形拍合式，主、輔點為橋式觸點。這是一種平面布置式結構，電磁機構居右，主觸點及滅弧系統(tǒng)居左。銜鐵經轉軸借助杠桿與主觸點相連。當銜鐵作拍合動作時，經過杠桿的傳動使主觸點實現(xiàn)直線運動，與此同時，也帶動輔助觸點動作。與前述直動式相仿，也采用了迎擊式結構方式，主觸點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均做成三極的，輔助觸點則做成二常開二常閉方式。這種接觸器為一般性負載的接觸器，它主要用于控制籠型電動機和運行中斷開。 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得到放大；將信號同時傳給幾個控制元件；當其他繼電器的觸頭數(shù)或觸頭容量不夠用時，可借助其來擴大它們的觸頭數(shù)或觸頭容量，起到信號的中繼作用。(1) 結構與工作原理中間繼電器的結構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對常開、4對常閉等形式。(2) 選用選用中間繼電器主要考慮被控制電路的電壓等級、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。本設計中繼電器的選擇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。接點形式：6常開2常閉；4常開4常閉；2常開6常閉；8常開。動作值：繼電器的吸合線圈應能在額定電壓的85105％的范圍內可靠工作。動作時間：。功率消耗：交流為10VA；。 PLC選型選擇了西門子S7300型PLC，該機型具有模塊豐富、結構緊湊、易于擴展、可靠性高等特點，下面分別介紹幾個模塊：(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，有可靠的隔離。(2) CPU模板：CPU31424K字節(jié)RAM/8K語句，最大擴展512個DI/DO，64個AI/AO，帶擴展內存卡槽，鋰電池槽和MPI接口，24V電源供電，可同時與S7300內部總線上的遠程站、編程器、PC機、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個輸入通道，可按通道組設定測量方法，選擇多種測量范圍，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為三相三線電源進線，經電源開關QS，熔斷器FU1分八條支路供給電機和電磁閥工作。其中電動機M1為A液體注入泵，YV1為A液體進料閥，M1和YV1用接觸器KM0控制，若KM0線圈得電后其三對主觸點閉合，M1液壓泵和YV1進料閥運行將液體A注入混料灌。熱繼電器FR1對M1液壓泵進行過載保護。電動機M2為B液體注入泵，YV2為B液體進料閥，M2和YV2用接觸器KM1控制，熱繼電器FR2對M2液壓泵進行過載保護。其工作原理于M1相同。電動機M3為攪拌電機，用接觸器KM2控制，當兩種液體注入混料灌工作完成后，從PLC得到攪拌信號后，KM2線圈得電使M3開始攪拌，攪拌時間到后PLC發(fā)出信號，KM2線圈失電，M3停止攪拌。熱繼電器FR3對攪拌電機M3進行過載保護。電動機M4為混合液體出料泵3，M4用接觸器KM3控制，若KM3線圈得電后其三對主觸點閉合，液壓泵3將混合液體注入出料灌1。熱繼電器FR4對M4液壓泵進行過載保護。電動機M5為混合液體出料泵4，M5用接觸器KM4控制，若KM4線圈得電后其三對主觸點閉合，液壓泵2將混合液體注入出料灌2。熱繼電器FR5對M5液壓泵進行過載保護。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；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，當攪拌結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)軟件設計 PLC編程軟件STEP7STEP7是SIMENS公司生產的SIMATIC可編程控制器的組態(tài)和編程的標準軟件包。包括項目管理器、符號編輯器、硬件組態(tài)、編程語言及診斷硬件等一系列的應用工具。下面對各種應用工具分別進行簡單的介紹[1]。(1) 項目管理器適用與SIMENS的各個可編程控制系統(tǒng)，用來管理一個自動化項目中所有的數(shù)據(jù)。編輯各種數(shù)據(jù)的工具都由項目管理器啟動，然后進行相應的數(shù)據(jù)修改、測試等工作。(2) 符號編輯器管理所有的共享符號，可以為過程信號（輸入/輸出）、為存儲或塊建立符號名和注釋。具有分類功能，并可進行導入或導出。(3) 硬件組態(tài)功能可以為自動化項目的硬件作組態(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機架，并將選中的模板安排在機架中的槽上。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置參數(shù)。④ 在向模板做參數(shù)賦值的過程中，所有可以設置的參數(shù)都是用對話框來設置的。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。對每一個功能模塊FM和通訊模板CP都有指定的對話框規(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方式，它的指令語法與繼電器梯形邏輯圖相似。當電信號通過各個觸點、復合元件以及輸出線圈時，梯形圖可追蹤電信號的流動。② 語句表是STEP7編程語言的文本表達方式，與機器碼相似。如果一個程序是用語句表編寫的，CPU執(zhí)行程序時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方式，使用與BOOL代數(shù)相似的邏輯框來表達邏輯。復合功能可用邏輯框相連直接表達。(5) 診斷硬件此功能用于提供可編程控制器的一個概況。這個概況中可以顯示符號來指示各個模板是否正常。雙擊故障模板顯示有關故障的詳細信息，信息的范圍依據(jù)各個模板而定。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)的報文。 PLC控制流程(1) 混料罐進料之前,先將放料閥打開，出料泵1和出料泵2同時運行，電磁閥1和電磁閥2同時打開。必須保證混料罐、出料罐內均無料。(2) 進料時，在一種原料液位到達設定值時，另一種原料才能進入混料罐。兩種原料必須單獨進入混料罐內。攪拌時間可自行設定。(3) 出料時，先向出料罐1送料，再向出料罐2送料。在向出料罐送料時，電磁閥1和電磁閥2禁止工作。當混料罐液位到達I液位時延時10s停止。(4) 進料或出料時當液位達到設定值時，泵和電磁閥并沒有停止工作時報警指示燈亮，發(fā)出報警。 系統(tǒng)的程序設計(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，以實現(xiàn)整個液體攪拌的過程控制，如圖41所示。(2) 在本系統(tǒng)中，PLC程序設計的主要任務是接受外部開關信號(按鈕、繼電器)的輸入，判斷當前的系統(tǒng)狀態(tài)以及輸出信號去控制接觸器、繼電器等器件，以完成相應的控制任務。將7個輸入信號、14個輸出信號按各自的功能類型分好，并與PLC的I/O端一一對應，編排好地址。列出外部I/O信號與PLCI/O端地址編號對照表，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啟動按鈕KA0泵1，進料閥1SB2停止按鈕KA1泵2，進料閥2SL1L液位開關KA2攪拌電機MSL2H液位開關KA3泵3SL3I液位開關KA4泵4SL4P液位開關KA5放料閥SL5S液位開關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地址分配表設計出實現(xiàn)液體攪拌過程控制的整個程序。① 按下啟動按鈕，放料閥先打開，出料泵及電磁閥1和電磁閥2同時工作(時間設定為10s)，以保證液體注入之前混料罐及出料罐內沒有殘留液體。② 定時時間到，注入A液體（泵1和進料閥1工作），當A液面上升到L液面時，L液位指示燈亮關斷A液；B液開始注入（泵2和進料閥2開始工作），當B液面上升到H液面時，H液位指示燈亮關斷B液。③ 進料結束，混料罐攪拌電機開始工作（時間設定為20s）。④ 攪拌結束后放料閥打開，向出料罐1出料（泵3工作），當液面上升到P液面時，P液位指示燈亮，此時停止向出料罐1進料而向出料罐2進料（泵4工作），當液面上升到S液面時，S液位指示燈亮，此時按下停止按鈕，整個過程結束。⑤ 出料時，如混料罐內液體下降到達I液面時，I液位指示燈亮，定時10s后放料閥關閉，按下停止按鈕，整個攪拌過程結束。⑥ 進料或出料時當液位達到設定值時，泵和電磁閥并沒有停止工作時報警指示燈亮，發(fā)出報警，按下停止按鈕，當前工作馬上結束。結 論本文所設計的基于PLC的工業(yè)攪拌過程控制系統(tǒng)已經成功的完成實驗，實驗結果表明，該系統(tǒng)完全滿足其設計要求，具有操作方便、可靠性強、可實現(xiàn)整個攪拌過程的自動控制。大大地減輕了操作工人的勞動強度、縮短了操作時間。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，自動化程度不高，為了克服上述缺點，在實際應用中采用PLC控制攪拌過程，采用先進控制器對傳統(tǒng)繼電器控制進行改造，大大提高了控制系統(tǒng)的可靠性和自控程度，為生產提供了更可靠的保障，還能容易的隨時修改控制程序，以改變各元件的工作時間和工作狀況，滿足不同情況要求。可編程控制器的使用使整個控制系統(tǒng)的可靠性得到了提高，而且易于操作和維護，簡化了系統(tǒng)的組成。本次設計中還存在一些不足，如在液體攪拌系統(tǒng)中可以用組態(tài)軟件對整個攪拌過程進行實時監(jiān)控，可以對系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)處理、報警、流