【正文】 ................................................................................................ 27 自動(dòng)控制液面 ................................................................................................................ 27 4 總 結(jié) .......................................................................................................................................... 29 致 謝 .......................................................................................................................................... 31 參 考 文 獻(xiàn) ............................................................................................................................... 32 附錄 一 程序流程圖 ..................................................................................................................... 33 附錄二 程序 ............................................................................................................................... 34 附錄 三 系統(tǒng) 結(jié)構(gòu) 圖 ..................................................................................................................................... 35 附錄 四 PLC外部接線 圖 ............................................................................................................................. 35 附錄 五 主電路 圖 ......................................................................................................................................... 35 5 第 一 章 緒論 本課題設(shè)計(jì) 背景 20 世紀(jì) 20 年代起，人們把各種繼電器 、 定時(shí)器 、 接觸器及其觸點(diǎn)按一定的邏輯關(guān)系連接 起來組成控制系統(tǒng)，控制各種生產(chǎn)機(jī)械，這就是大家所熟悉的傳統(tǒng)繼電接觸器控制系統(tǒng) .由于它結(jié)構(gòu)簡單 、 容易掌握 、 價(jià)格便宜，在一定范圍內(nèi)能滿足控制要求，因而使用面甚廣，在工業(yè)控制領(lǐng)域中一直占主導(dǎo)地位 .但是繼電接觸器控制系統(tǒng)有明顯的缺點(diǎn)：設(shè)備體積大，可靠性差，動(dòng)作速度慢，功能少，難與實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的控制，特別是由于它是靠硬連線邏輯構(gòu)成的系統(tǒng)，接線復(fù)雜，當(dāng)生產(chǎn)工藝或?qū)ο蟾淖儠r(shí)，原有的接線和控制盤就要更換，所以通用性和靈活性較差 . 20 世紀(jì) 60 年代末期，美國的汽車制造業(yè)競爭激烈，各生產(chǎn)廠家的汽車型號(hào)不斷更新，它必然要求生 產(chǎn)線的控制系統(tǒng)亦隨之改變，以及對(duì)整個(gè)開展系統(tǒng)重新配置 .為拋棄傳統(tǒng)的繼電接觸器控制系統(tǒng)的束縛，適應(yīng)白熱化的市場競爭要求， 1968 年美國通用汽車公司公開向社會(huì)招標(biāo)，對(duì)汽車流水線控制系統(tǒng)提出具體要求，歸納起來是： （ 1）編程方便，可現(xiàn)場修改程序 （ 2）維修方便，采用插件式結(jié)構(gòu) （ 3）可靠性高于繼電器控制裝置 （ 4）體積小于繼電器控制盤 （ 5）數(shù)據(jù)可直接送入管理計(jì)算機(jī) （ 6）成本可與繼電器控制盤競爭 （ 7）輸入可以是交流 150V 以上 （ 8）輸出為交流 115V，容量要求在 2A 以上，可直接驅(qū)動(dòng)接觸器，電磁閥等 （ 9）擴(kuò) 展時(shí)原系統(tǒng)改變最小 （ 10）用戶存儲(chǔ)器至少能擴(kuò)張到 4KB（適應(yīng)當(dāng)時(shí)汽車裝配過程的需要） 十項(xiàng)指標(biāo)的核心要求是采用軟布線（編程）方式代替繼電控制的硬接線方式，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)線的流程控制?？杀槌绦蚩?制器極其相關(guān)外部設(shè)備，都應(yīng)按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。這也是區(qū)別與一般微機(jī)控制系統(tǒng)的一個(gè)重要特征。這種工業(yè)計(jì)算機(jī)采用 “面向用戶的指令 ”，因此編程方便。 本課題設(shè)計(jì)內(nèi)容 設(shè)計(jì)一基于 PLC 的 液體自動(dòng)混合 控制系統(tǒng)，要求該 控制系統(tǒng)可以根據(jù)生產(chǎn)的需要對(duì)液 體 進(jìn)行設(shè)定，當(dāng) 液體 設(shè)定時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)水泵進(jìn)行加液，當(dāng)液位到達(dá)設(shè)定值時(shí)停泵 ，然后攪拌均勻后，將混合液流放出去 ，操作人員可以 隨時(shí)可改變 設(shè)定 值，并達(dá)到閾值報(bào)警的功能 。實(shí)際生產(chǎn)中需要更精確、更便捷的控制裝置?？删幊炭刂破饕后w自動(dòng)混合系統(tǒng)集成自動(dòng)控制技術(shù)，計(jì)量技術(shù)，傳感器技術(shù)等技術(shù)與一體的機(jī)電一體化裝置。 可編程控制器多種液體自動(dòng)混合控制系統(tǒng)的特點(diǎn)： 系統(tǒng)自動(dòng)工作； 控制的單周期運(yùn)行方式； 由傳感器送入設(shè)定的參 數(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制； 啟動(dòng)后就能自動(dòng)完成一個(gè)周期的工作，并循環(huán)。本系統(tǒng)就是應(yīng)用可編程序控制器 (PLC)對(duì)多種液體自動(dòng)混合實(shí)現(xiàn)控制。 然后，講述了可編程程序控制器的應(yīng)用，通過論述可編程程序控制器的優(yōu)點(diǎn)對(duì)可控制編程器對(duì)多種液體混合裝置的控制有一個(gè)總體的認(rèn)識(shí)。 最后，通過對(duì)程序液位控制系統(tǒng)的程序的調(diào)試，檢測，再進(jìn)行是對(duì)系統(tǒng)的 更正，使控制系統(tǒng)更加完善，確保系統(tǒng)能順利運(yùn)行。而采用 PLC 控制，由于其硬軟件齊全，為模塊化積木式結(jié)構(gòu)，且已商品化，故僅需按性能、控制要求設(shè)計(jì)控制程序，而且在以后的修改中只需改變控制程序就可輕易改變邏輯或增加功能。 （ 3）從控制速度上比較：電器控制速度慢，觸點(diǎn)易抖動(dòng)；而 PLC 通過通過半導(dǎo)體來控制，速度很快，無觸點(diǎn)，故無抖動(dòng)一說。 （ 5）從可靠性，可維護(hù)性上比較：電器控制接觸點(diǎn)多，會(huì)產(chǎn)生機(jī)械磨損和電弧燒傷，接線較多，可靠性，維護(hù)性差；而 PLC 無觸點(diǎn)， 采用密封、防塵、抗震的外殼封裝結(jié)構(gòu)，能適應(yīng)工作現(xiàn)場的惡劣環(huán)境，使用壽命長，且有自我診斷功能，對(duì)程序執(zhí)行的監(jiān)控功能，現(xiàn)場調(diào)試和維護(hù)方便。 （ 2）確定 I/O 設(shè)備。 （ 3）根據(jù) I/O 點(diǎn)數(shù)選擇合適的 PLC 類型。 （ 5）設(shè)計(jì) 液體自動(dòng) 控制系統(tǒng)的梯形圖，根據(jù)控制要求設(shè)計(jì)出周密完整的梯形圖程序，這是整個(gè) 液體自動(dòng) 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心工作。 （ 7）進(jìn)行 液體自動(dòng) 控制系統(tǒng)的整體聯(lián)機(jī)調(diào)試，調(diào)試中發(fā)現(xiàn)的問題逐一排除，直至調(diào)試成功。 10 觸 摸 屏 P I DD / A變 頻 器接 觸 器水泵水箱液 位 傳感 器A / D液 位給 定P L C + 模 擬 量 輸 入數(shù) 模 塊 圖 系統(tǒng)控制 原理 圖 系統(tǒng)帶有觸摸屏顯示裝置， 可以顯示系統(tǒng)的當(dāng)前液位，設(shè)定液位上限，進(jìn)行報(bào)警顯示。液位計(jì)的作用是檢測當(dāng)前液位壓力。 圖 系統(tǒng) 結(jié)構(gòu) 圖 11 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 可編 程控制器（ PLC）的選型 PLC 機(jī)型的選擇與特點(diǎn) 由于我們所學(xué)習(xí)的 PLC 機(jī)型都是三菱公司的 ＦＸ 系列，根據(jù) PLC 外部接線圖的 I/O 狀況選擇 FX2N48MR。由于可靠性是用戶選用的首位依據(jù)，因此，每個(gè) PLC 生產(chǎn)廠都將可靠性作為第一指標(biāo)而加以研制，以單片機(jī)為核心，在硬件和軟件上采取大量的抗干擾措施，使 PLC 的平均無故障時(shí)間達(dá)到 30 萬小時(shí)以上，使用壽命更長。 PLC 具有邏輯判斷、計(jì)數(shù)、定時(shí)、步進(jìn)、跳轉(zhuǎn)、移位、記憶、四則運(yùn) 算和數(shù)據(jù)傳送等功能，可以實(shí)現(xiàn)順序控制、邏輯控制、位置控制和過程控制等。 PLC 采用與繼電器電路相似的梯形圖編程，比較直觀，易懂易編，深受電氣技術(shù)人員和電工的歡迎，容易推廣應(yīng)用。 （ 4）使用于惡劣的工業(yè)環(huán)境，抗干擾能力強(qiáng)。 （ 6）采用積木式結(jié)構(gòu)或模塊式結(jié)構(gòu)，有較大靈活性和可擴(kuò)展性，擴(kuò)展靈活方便。 PLC 上有 I/O 指示燈，哪個(gè) I/O 元件有故障，一目了然。 PLC 的工作原理如下： （ 1） PLC 的等效工作電路 PLC 是一種微機(jī)控制系統(tǒng)，其工作原理也與微機(jī)相同，但在應(yīng)用時(shí)，可不必用計(jì)算機(jī)的概念去做深入的了解，只需將它看成是由普通的繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、移位器等組成的裝置，從而把 PLC 等效成輸入、輸出和內(nèi)部控制電路三部分， ① 輸入部分 這部分的作用是接受被控設(shè)備的信息或操作命令等外部輸入信息。每個(gè)端子可 等效為一個(gè)內(nèi)部繼電器線圈，線圈號(hào)即輸入接點(diǎn)號(hào)，這個(gè)線圈由接收到的輸入端的外部信號(hào)來驅(qū)動(dòng)，其驅(qū)動(dòng)電源可由 PLC 的電源部件提供 (如直流 24V)，也可由獨(dú)立的交流電源 (如交流110V)供給。 ② 內(nèi)部控制電路 12 這部分的作用是運(yùn)算和處理由輸入部分得到的信息，并判斷應(yīng)產(chǎn)生哪些輸出。 PLC 程序一 般用梯形圖形式表示。 在 PLC 內(nèi)部還設(shè)有定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、移位器、保持器、內(nèi)部輔助繼電器等，繼電器控制系統(tǒng)沒有的器件，它們的線圈及動(dòng)合、動(dòng)斷觸點(diǎn)只能在 PLC 內(nèi)部控制電路中使用，而不能與外部電路相連。在 PLC 內(nèi)部，有若干能與外部設(shè)備直接相連的輸出繼電器 (有繼電器、雙向硅、晶體管三種形式 )，它也有無限個(gè)軟件實(shí)現(xiàn)的動(dòng)合、動(dòng)斷觸點(diǎn)，可在 PLC 內(nèi)部控制電路中使用；但對(duì)應(yīng)每一個(gè)輸出端只有一個(gè)硬件的動(dòng)合觸點(diǎn)與之相連，用以驅(qū)動(dòng)需要操作的外部負(fù)載；如圖 所示。 總之，在使用 PLC 時(shí)，可以把輸入端等效為一個(gè)繼電器線圈，其相應(yīng)的繼電器接點(diǎn) (動(dòng)合或動(dòng)斷 )可在內(nèi)部控制電路中使用，而輸出端又以等效為內(nèi)部輸出繼電器的一個(gè)動(dòng)合觸點(diǎn)，驅(qū)動(dòng)外部設(shè)備。當(dāng) PLC 加電后，首先進(jìn)行初始化處理，包括清除 I/O 及 內(nèi)部輔助繼電器、復(fù)位所有定時(shí)器、檢查 I/O 單元的連接等。如出現(xiàn)異常情況，則通過自診斷給出故障信號(hào)，或自行進(jìn)行相應(yīng)的處理，這將有助于及時(shí)發(fā)現(xiàn)或提前預(yù)報(bào)系統(tǒng)的故障，提高系統(tǒng)的可靠性。 ② 執(zhí)行外圍設(shè)備命令階段 當(dāng)有簡易編程器、圖形編程器、打印機(jī)等外部設(shè)備與 PLC 相連時(shí)，則 PLC 在每次循環(huán)時(shí)，都將執(zhí)行來自外部設(shè)備的命令。 ④ 輸入、輸出更新階段 PLC 的 CPU 在每個(gè)掃描周期進(jìn)行一次輸入來進(jìn)行輸出更新。這種對(duì)輸 13 入、輸出狀態(tài)的集中處理過程，稱為批處理，這是 PLC 工作的特點(diǎn)。 FX2N4AD 的最大分辨率為 8 位。 FX2N4AD 在 PLC 擴(kuò)展母線上占用 8 個(gè) I/O 點(diǎn)， 8 個(gè) I/O 點(diǎn)可以分配給輸入或輸出。 PLC 和 FX2N4AD、 FX2N2DA 這間的通信由光電耦合器保護(hù)。 STOPRUN： 一旦上位機(jī) PLC 切換回到 RUN 模式，模擬輸出就恢復(fù)到由程序控制的正常狀態(tài)的數(shù)字值。 （ 2） FX2N4AD 性能規(guī)格如下表 輸入 電壓輸入 電流輸入 模擬輸入范圍 默認(rèn)狀態(tài)， 0~10VDC 輸入選擇了 0~250 范圍，如果需要其他電壓輸入，請(qǐng)重新調(diào)整偏置和增益。 警告： 輸入電壓 或 +15V 就可能損壞該模塊。 數(shù)字 分辨率 8bit(位 ) 最小信號(hào) 分辨率 40mV（ 0~10V/0~250 依據(jù)輸入特性而變） 60μA（ 4~20mA/0~250 依據(jù)輸入特性而變） 總精度 177。 處理時(shí)間 TO 指令處理時(shí)間 2+FROM 指令時(shí)間 14 輸入特點(diǎn) 模塊不允許兩個(gè)通道有不同的輸入特性 表