【正文】 I 摘 要 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們的生活日趨自動化，生產(chǎn)技術(shù)更是如此。 PLC作為計算機家族中的一員，是為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計的。 本次設(shè)計是利用組態(tài)軟件 MCGS 監(jiān)控 PLC 實現(xiàn)兩種液體的自動混合。本次設(shè)計的主要意義是：用 PLC 編程來控制，一方面可以省去人力物力，從而達到節(jié)省成本的目的；另一方面，程序的合理性，全面性和可靠性可以使液體混合能更安全可靠全面的實現(xiàn) 。s lives bee increasingly automated, especially in production technology. PLC as one of the puter family is designed for industrial control applications. With the rapid development of microprocessor, puter and munication technologies, Programmable Logic Controller (PLC), industrial control rising and has been widely used in industrial control, and programmable controller in the proportion of industrial control rapidly rising. This design is automatically mixeduse configuration software MCGS monitoring PLC to achieve the two liquids. The design mainly consider the various continuous state action and the associated control output different states, different actions in order to achieve the AB two liquids mixed periodic control (including the singlecycle). The main significance of this design are: PLC programming control, on the one hand, eliminates the need for manpower and resources, so as to achieve the goal of cost savings。在煉油、制藥、化工等行業(yè)中，液體混合已經(jīng)是不可缺少的程序，而且也是工業(yè)生產(chǎn)中非常重要的一部分。此外，要求該系統(tǒng)在生產(chǎn)過程中具有配料準確、控制良好等規(guī)定，這也是半自動化及人工操作控制所難以實現(xiàn)的。 隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，對原有液體混合裝置進行技術(shù)改造，提出了數(shù)據(jù)采集、自動控制、運行管理等多方面的要求。 可編程控制器是計算機家族中的一員，是為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計的?？删幊炭刂破鞯奶攸c： （ 1） 可靠性高、 （ 2） 豐富的輸入輸出接口模塊、 （ 3） 采用模塊化結(jié)構(gòu)、 （ 4） 編程簡單、 （ 5） 安裝方便 [13]。在煉油、制藥、化工等行業(yè)中，多種液體混合是不可缺少的工序，也是其生產(chǎn)過程中非常重要的一部分，然而由于此類行業(yè)中多為有腐蝕有毒 性的介質(zhì)和易燃易爆介質(zhì)，以致于現(xiàn)場的工作條件非常惡劣，不適合現(xiàn)場人工操作。 多種液體混合攪拌用于灌裝各種各樣的瓶裝飲料，使用于大中型飲料生產(chǎn)廠江蘇師范大 學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 液體混合裝置監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計 2 家。它具有效率高，功能強，加工質(zhì)量高等特點，是當(dāng)今世界的前沿課題，但還是存在一些問題。對提高企業(yè)生產(chǎn)和管理自動水平有很大的幫助，同時又提高了生產(chǎn) 線的效率、使用壽命和質(zhì)量，減少了企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量的波動，因此具有廣闊的市場前景，液體混合自動配料系統(tǒng)就此應(yīng)社會工廠的需要而誕生了。 方案設(shè)計的原則 整個設(shè)計過程是按工藝流程設(shè)計，為設(shè)備安裝、運行和保護檢修服務(wù)，設(shè)計的編寫按照國家關(guān)于電氣自動化工程設(shè)計中的電氣設(shè)備常用基本 圖形符號（ GB4728） 及其他相關(guān)標(biāo)準和規(guī)范編寫。在方案的選擇、元器件的選型時更多的考慮新技術(shù)、新產(chǎn)品。 對于本課題來說，液體混合系統(tǒng)部分是一個較大規(guī)模工業(yè)控制系統(tǒng)的改適升級，控制裝置需要根據(jù)企業(yè)工藝和設(shè)備現(xiàn)況來構(gòu)成并需盡量用以前系統(tǒng)中的元器件。從企業(yè)的改造要求可以看出在新控制系統(tǒng)中既需要處理模擬量也需要處理大量的開關(guān)量。人機交互界面友好，應(yīng)具備數(shù)據(jù)儲存和分析匯總的能力。 江蘇師范大 學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 液體混合裝置監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計 3 系統(tǒng)的整體設(shè)計要求 在該混合液體裝置中，需要完成兩種液體的進料、混合、卸料的功能，控制要求如下： ：開始排放混合液體閥打開延時 20S 后自 動關(guān)閉， A 液體閥 Y0打開，注入 A 液體。當(dāng)液面上升到 SL1 時，關(guān)閉 B 液體閥，并開始定時攪拌，攪拌 20S 后停止。一個循環(huán)結(jié)束。 系統(tǒng)方案的設(shè)計思想 控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟、使用和維護方便。由于 PLC采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電子電路技術(shù)，采用嚴格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性，所以生產(chǎn)制作出來的產(chǎn)品的可靠性往往都是很高的?？梢杂糜诟鞣N規(guī)模的工業(yè)控制場合。 3． 易 學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎 作為通用的工業(yè)控制計算機， PLC 是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。梯形圖編程語言的符號及圖形與表達方式跟繼電器的電路圖比較相當(dāng)接近，只用少量的 PLC 開關(guān)量邏輯控制指令就能江蘇師范大 學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 液體混合裝置監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計 4 方便地實現(xiàn)繼電器電路所能實現(xiàn)的功能。 4． 系統(tǒng)的設(shè)計、建造工作量小，維護方便，容易改造 PLC 中存儲邏輯被接線邏輯代替了，這樣一來就大大的削減了控制設(shè)備的外部接線數(shù)量，控制 系統(tǒng)的設(shè)計及建造的周期也大大縮短，同時維護起來也變得容易。 5． 體積小，重量輕，能耗低 6． 硬件配套齊全，擁護使用方便，適應(yīng)性強 江蘇師范大 學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 液體混合裝置監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計 5 2 系統(tǒng)硬件設(shè)計 可編程控制器的簡介 PLC 的過程控制已被廣泛應(yīng)用于連續(xù)過程控制領(lǐng)域，而且基于連續(xù)過程控制技術(shù)的發(fā)展趨勢正在進一步得到增長。另外還有與順序、時序無關(guān)的按照邏輯關(guān)系進行連鎖保護動作的控制 。由于這些控制和監(jiān)視的要求，所以PLC 發(fā)展成了取代繼電器線路和進行順序控制為主的產(chǎn)品 [4]。這些高新技術(shù)的發(fā)展推動了可編程序控制器的發(fā)展，而可編程序控制器的發(fā)展 又對這些高新技術(shù)提出了更高更新的要求，促進了它們的發(fā)展。因此，在硬件結(jié)構(gòu)上， PLC 與計算機的組成十分相似，主要包括中央處理去 （ CPU）、 I/O 接口、存儲器、電源等 [2]。 （ 2） 當(dāng) PLC 處于運行狀態(tài)時，用掃描的方式通過 I/O 部件接受現(xiàn)場的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并存入輸入映像存儲或數(shù)據(jù)存儲器中。不同型號的 PLC 的 CPU 芯片也是不同的， CPU 芯片的吸能關(guān)系到江蘇師范大 學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 液體混合裝置監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計 6 PLC 處理控制信號的能力和速度，通常 CPU位數(shù)越高，系統(tǒng)處理的信息量越大，運算速度也越快。隨著芯片技術(shù)的不斷發(fā)展， PLC 所用的 CPU芯片檔次也越來越高 。 I/O 模塊的類型還能按照操作電平、驅(qū)動能力和各種用途來進行區(qū)分。 I/O 接口是 PLC 與外界連接的接口。 輸入模塊用于將控制現(xiàn)場輸入信號變換成 CPU 能接受的信號，并對其進行濾波、電平轉(zhuǎn)換、隔離、放大等。 電源模塊 PLC 電源用于為 PLC 各模塊的集成電路提供工作電源。電源輸入類型有：交流電源、直流電源。 存儲器 PLC 的存儲器包括了用戶存儲器和系統(tǒng)存儲器 。用戶存儲器的容量大小，關(guān)系到用戶程序容量的大小和內(nèi)部器件的多少，是反映 PLC 性能的重要指標(biāo) 。 CPU 是以分時操作方式來處理各項任務(wù)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 的工作方式就是這樣從頭到尾反復(fù)的進行循環(huán)掃描。 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。反之，外接電路斷開時，對應(yīng)的輸入映像寄存器為“ 0”狀態(tài)，梯形圖中對應(yīng)的常開觸點斷開，常閉觸點接通。 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。 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(shè)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(shè)置信息和用戶程序下載到 PLC。 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]。 （ 2）掃描過程 PLC 完成和其它的外部設(shè)備的通訊處理，進行時鐘和特殊寄存器的更新。當(dāng) 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 。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(dāng)中會被存入錯誤代碼。 可編程控制器的性能指標(biāo) （ 1） I/O 點數(shù) 指 PLC 主機的輸入、輸出端子數(shù)。當(dāng)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)。 （ 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)。 （ 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(dāng)于一個子程序 。有時也用執(zhí)行 1000 步指令的時間計算，則單位為 ms/千步 。 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。 （ 3） PLC 各 個 模塊 都 采用屏蔽措施， 防止輻射干擾 （ 4） PLC 中應(yīng)用 了 功能良好 的開關(guān)電源。 （ 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。 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 。與輸入模塊相連的器件有按鈕、行程開關(guān)、接近開關(guān)、光電開關(guān)、壓力開關(guān)等等；與輸出模塊相連的設(shè)備有電磁閥、接觸器、小電動機、指示燈等。 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)。 江蘇師范大 學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 液體混合裝置監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計 10 編程 簡潔易學(xué) 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。傳統(tǒng)繼電器 的 控制技術(shù) 和 計算機技術(shù)間 存在 的隔閡在 PLC 上完全不存在。使用的時候只需要將現(xiàn)場各種設(shè)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。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(fù)運行。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。 PLC 輸入輸出口分配 通過分析控制任務(wù)，共需要 5 個數(shù)字量輸入和 4 個數(shù)字量輸出。 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(guān) Y2 攪拌電機 X3 中位置開關(guān) Y3 排放電磁閥 X4 下位置開關(guān)