基于plc的液体混合搅拌的控制系统设计.docx

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基于plc的液体混合搅拌的控制系统设计

第１章引言………………………………………………………………………1

1.1课题来源及研究意义………………………………………………………2

1.2选题的目的和意义……………………………………………3

1.3国内液体搅拌设备行业市场分析……………………………………………4

第2章基于PLC控制技术的液体搅拌机的总体构造……………………………4

2.1PLC简介…………………………………………………………4

2.1.1PLC的定义…………………………………………………………4

2.1.2PLC的用途…………………………………………………………4

2.2PLC的组成…………………………………………………………5

2.2.1中央处理单元（CPU）……………………………………………5

2.2.2存储器………………………………………………………5

2.2.3输入/输出单元………………………………………………6

2.2.4通信接口………………………………………………………8

2.2.5智能接口模块…………………………………………………8

2.2.6编程装置………………………………………………………9

2.2.7电源………………………………………………………10

第3章控制系统设计…………………………………………11

3.1硬件设计……………………………………………………………12

3.2混合装置的基本组成…………………………………………………………13

3.3液体混合装置电气原理图的绘制……………………………………………13

3.4PLCI/0点分配及外部硬件接线图……………………………………………15

3.5液体混合系统运行流程图………………………………………16

第4章结论…………18

第5章致谢……………………………………………………………………18第6章参考文献…………………………………………………………………………18

基于plc的液体混合搅拌的控制系统设计

摘要：

可编程逻辑控制器是一种新型的通用自动控制装置。

它结合了传统的继电保护技术、计算机技术和通信技术。

它具有功能增强、编程简单、使用方便、体积小、重量轻、功耗低等一系列优点。

PLC的应用已扩展到各个领域。

PLC在工业生产过程中的发展,大量的开关序列控制,它根据逻辑条件进行顺序动作,并根据逻辑关系进行链保护动作控制,并具有大量的离散数据采集。

传统上,这些功能是通过气动或电气控制系统实现的。

开关量最基本、应用最广泛的逻辑控制是PLC,它取代了传统的继电器电路,实现了逻辑控制和顺序控制。

它不仅可用于单台设备控制,还可用于多级组控制和自动管道。

如注塑机、印刷机、订书机、组合智能窗帘、磨床、包装等。

目前,PLC已广泛应用于国内外钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、纺织、交通、环保、文化娱乐等行业。

以三种液体混合灌装控制为例,将三种液体混合成固定比例,满足电机混合后液体输出容器混合的控制要求,形成循环状态。

液体混合系统的控制设计考虑到其功能的连续性和各控制设备功能之间的关系,并根据不同的工作条件进行相应的动作控制输出,从而实现了液体混合系统从第一液体到混合输出的控制程序。

设计以液体混合控制系统为中心,从控制系统的硬件系统组成和软件选择到系统设计过程（包括设计方案、设计过程、设计要求、梯形图设计、外部连接通信等）。

目的是对设计和生产过程进行简要介绍和说明。

关键词：

PLC控制液体混合说明

DesignofcontrolsystemfoeliquidmixingandagitationbasedonPLC

ABSTRACT：

Withdevelopmentofallkindofsciencetechnologyandglobaleconomy,Pneumaticmanipulatorisaautomateddevicesthatcanmimicthehumanhandandarmmovementstodosomethingaslocanaccordingtoafixedproceduretomovingobjectsorcontroltools.Itcanreplacetheheavylaborinordertoachievetheproductionmechanizationandautomation.andcanworkindangerousworkingenvironmentstoprotectthepersonalsafety.Thereforewidelyusedinmachinebuilding,metallurgy,electronics,lightindustryandatomicenergysectors..Theinvertedpendulumisatypicalhighordersystem.withmultivariable,non-linear,strong-coupling.fleetandabsolutelyinstable.Itisrepresentativeasanidealmodeltoprovenewcontroltheoryandtechniques.Duringthecontrolprocess.pendulumcaneffectivelyreflectmanykeyproblemssuchasequanimity.robust,follow-upandtrack,therefore.Thispaperstudiesacontrolmethodofdoubleinvertedpendulum.Firstofall!

themathematicalmodelofthedoubleinvertedpendulumisestablished.

Themakeacontroldesigntodoubleinvertedpendulumonthemathematicalmodel,anddeterminethesystemperformanceindexweightmatrix:

byusinggeneticalgorithminordertoattainthesystemstatefeedbackcontrolmatrix.Finally,thesi.mulationofthesystemismadeby.Afterseveraltestmatrixvaluetheresultsarenotsatisfactoryresponse,thenweoptimizematrixbyusingGeneticAlgorithm.Simulationresultsshow:

ThesystemresponsecanmeetthedesignrequirementseffectivelyafterGeneticAlgorithmoptimization.Smalltwistedpaperbrokenmachineformeat.thesystemstatefeedbackcontrolmatrix.

Keywords：

PLCcylinderpneumaticFoutdegreesoffreedom

1、引言

1.1课题的来源及研究意义

机械工业是每个国家设备部门,在国民经济方面优先提供设备,能够为人民生活完成更快,更好耐用消费品。

无论是传统产业还是新兴产业完成更快,更好,都离不开各种机械设备或多或少都有搅拌操作。

机械行业机构所能够踢狗的新型提供的设备的高性能、高质量和低成本,在对国民经济方面有着卓越的贡献各部门的技术进步和经济效益完成更快,更好产生了巨大而直接的影响。

机器可以完成人们可以用手和眼睛直接完成的任务,也可以用脚和耳朵直接完成的任务,不能直接完成。

而且,它可以完成更快,更好。

现代机械工程创造了很繁杂，繁琐的的机械和机械设备,使很多的幻象成为了现实。

人类现在可以提升天空和宇宙,深入海洋,数百亿光年,并观察附近的细胞和分子。

新兴的计算机硬件和软件科学加强了人类,部分取代了人脑的科学和技术手段,即人工智能。

这一新的发展显示了巨大的影响,在未来几年,它将继续创造人们无法想象的奇迹。

人类智慧的成长并没有降低手的作用,相反,它需要双手做更多、更复杂、更复杂的工作,从而促进手的功能完成更快,更好。

手的练习反过来又促进了人脑的智慧。

大脑和手在整个人类进化过程中以及在每个人的成长过程中是相辅相成和进化的或多或少都有搅拌操作。

AI与机械工程的关系类似于大脑和手的关系。

唯一不同的是ai硬件需要由机械制造完成更快,更好[1]。

增高产品质量,压缩产品的周期,满足快速产品更新的要求完成更快,更好,产品生产正在朝着缩短生产周期、降低成本、提高生产质量的方向发展。

在炼油、化工、制药等行业,各种液体的混合是一个必不可少的过程,也是其生产过程中非常重要的一部分[2]。

但是，因为许多这些行业大多是会燃、易炸爆、有毒有害和腐蚀性特别强的介质,现场工作环境非常恶劣,不适合人工现场操作或多或少都有搅拌操作。

借助实验室设备完成更快,更好,我们熟悉PLC在工业生产中的应用,了解不同公司可编程控制器的类型和原理,并了解其程序员。

各种液体混合装置的控制在工业生产中更为常见,适用于大中型饮料制造商,特别是化工行业,易于学习和应用完成更快,更好。

设想将完整、灵活、通用的计算机技术完成更快,更好和易于使用的继电器的特点结合起来,简化计算机的编程方法和程序输入方法,并产生一种新型的工业通信通过使用面向过程完成更快。

有了控制器,人们不需要在计算机编程上花费大量的精力,也可以像继电器一样轻松地使用它。

该方案首先得到了美国数字设备（DEC）公司的积极回应,并中标[3]。

1969年,公司研制出第一台符合招标要求的工业控制器或多或少都有搅拌操作采用基于PLC的控制系统代替单片机和继电器组成的控制系统。

采用模块化结构,具有很好的的类可嫁接性和便于修理性[4]。

这对提高企业生产经营自动化水平有很大帮助,同时提高了生产线的效率或多或少都有搅拌操作、使用寿命和质量,它几乎需要于动化仓库、液体混合自动配料系统、生产线等的逻辑控制,广泛应用于取代传统继电器控制的plc完成更快,更好。

  本设计采用PLC控制各种液体混合灌装设置,用基于PLC的控制系统代替单片机和继电器组成的控制系统是学习与实用的良好结合。

本设计的主要研究范围和技术参数如下:

使液体混合器生产线的效率或多或少都有搅拌操作、使用寿实现安全高效的灌装;满足各种技术要求的灌装;研究的内容包括多种液体不同比例混合方式的设计完成更快,更好、硬件和软件电路的设计、普通故障的分析等。

该研究要解决的问题是如何使PLC实现灌装中的控制功能完成更快,更好[4]。

1.2选题的目的和意义

在实验室设备的帮助下,我熟悉PLC在工业生产中的应用,了解了可编程控制器的型号和原理,熟悉了其编程方法[5]。

各种液体混合装置的控制在工业生产中更为常见,特别是在化工行业,易于学习和使用。

在社会生活中有很多应有PLC的例子。

它几乎需要在冶金、机械、纺织、本设计采用PLC控制各种液体混合装置。

这是学习和实践的很好结合。

1.3国内液体搅拌设备行业市场分析

搅拌设备大量的存在应用于工业生产。

值得一提的是是在化工生产中,河大程度上讲需要化工部门的搅拌的使用操作。

即使在近年来聚合物工业高速发展的过程中,90%用作生产聚合物材料的核心设备的反应器都是搅拌设备。

在工业生产中搅拌操作作为化学工业的基本单元操作,同时也是化学反应过程的重要组成部分[6]。

它的原理涉及许多过程。

搅拌器是一种机械装置I-2,它利用搅拌器的旋转叶片将机械能输入水壶中的流体,以获得合适的流体流场。

混合设备有着悠久的历史和广泛的应用。

目前我们对机械搅拌操作的研究还不能满足社会的日常生产。

搅拌操作中涉及的因素极其复杂[7]:

材料的物理性能不同,搅拌目的不同,搅拌设备的形式不同,搅拌设备中的材料流动是极其复杂。

如何合理、正确地设计和选择搅拌装置,并不都是在严格的理论指导下进行的,这在很大程度上还取决于经验设计。

目前,由于科学技术的快速发展,在化工、制药、石油等行业对搅拌作业的要求是日趋增加，需要也变高了,所使用的材料也显得复杂。

这样可以不再是低粘度的混合以及偏差性牛顿流体,通常还会遇到高粘度添加模拟输入和输出模块和可变粘度流体。

在化学工业中,常见的混合形式是机械混合、射流混合和气流混合。

由于机械混合在化工行业中仍然占有重要地位,本文主要分析和总结了近年来机械搅拌机的研究热点,介绍了一些研究成果,并提出了一些不足的建议。

供进一步研究的问题，参考资源[8]。

2、基于plc控制技术的液体搅拌机总体结构

2.1PLC简介

可编程序控制器（PLC）是一种基于计算机技术的新型工业控制装置。

1988年，国际电工委员会发布了PLC标准草案，对PLC的定义如下：

英文PLC全称为可编程逻辑控制器，中文PLC全称为可编程逻辑控制器[11]。

它被定义为专门为工业应用设计的气控制系数字操作电子系统。

它使用可编程存储器在内部存储程序，执行逻辑操作、顺序控制、定时、计数和算术操作以及其他面向用户的指令，并通过数字或模拟输入和输出控制各种类型气控制系的机械或生产过程行业。

同时PLC也是一种可编程逻辑监管控制电路行业的软件[9]。

它也是一种与硬件紧密相连的语言。

它在半导体中有着非常重要的应用。

2.1.1PLC的定义

PLC在工业生产过程中的发展,大量的开关序列控制,它按照逻辑的动作序列,并根据逻辑关系的链保护添加模拟输入和输出模块动作控制,和大量的离散数据采集。

开关量最基本、应用最广泛的逻辑控制是PLC,它取代了传统添加模拟输入和输出模块的继电器电路,实现了逻辑控制序列控制。

它不仅可用于单台设备控制,还可用于多机组控制和自动化管道、交通、环境文化娱乐等行业。

因为应用范围的不断增长,PLC技术及其产品仍在不断发展,主要集中在以下领域小型化、网络化、开放性[10];智能模块化;标准化和先进的编程语言;网络通信功能的标准化。

依据上述控制特点,小型PLC在某种程度上可以满足功能要求。

因为西门子S7-2系列属于小型PLC,其许多功能达到大中型PLC的水平,但价格与小型PLC相同。

特别需要说明额是S7-200PU22*系列PLC,添加模拟输入和输出模块因为它有多种功能模块和人机界面可以替换选择,因此系统的集成非常边界,并且可以很容易地形成PLC网络。

它可以用三种语言进行编程:

梯形图、语句表和功能图。

而且指挥功能强,掌握方便,操作方便。

近年来,S7-200PLC在工业各个领域必要添加模拟得到了广泛的应用。

S7-200CPU22*系列PLC中有五个模块,其技术规格如表3.2所示。

由于存在模拟输入和输出,因此有必要添加模拟输入和输出模块。

西门子S7-200系列PLC中有一个特殊的模拟I/0扩展模块[10-12]。

2.1.2PLC的用途

当下,PLC是模拟变广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、纺织、交通、环保、文化娱乐保证正常等行业[7-9]。

国外。

PLC的使用是模拟变可以概括为以下几类。

开关音量的逻辑控制这是PLC最基本、应用最广泛的领域。

它取代了传统过程的继电器电路,实现了逻辑控制要实现模和顺序控制[10]。

它不仅可是模拟变用于单台设备控制过程,还可用于是模拟变多机组控制要实现模和自动化管道。

如注塑成型。

模拟控制在工业生产过程中,有许多连续变量,如温度、压力、流速、液位和速度,这些都是模拟变量。

为了使可编程控制器处理模拟数据,有必要实现模拟数据（模拟）与数字数据之间的a/转换和da转换。

PLC制造商都生产匹配的转换模块,使可编程控制器保证正常可用于模拟控制。

运动控制PLC可用于控组件都安装在相同的情况下,框图如图1所示。

无论采用哪种类型的机或伺服保证正常电机的单轴或多轴位置控制器等逻辑设备的存储区域电梯等场合的这一部分存储区域。

根据需要,当断电时,备份电池可以将某些数据保持保证正常在当前状态。

存储区域的这一部分,在关闭电源时可以保证正常保存数据,这一部分称为保留数据保证正常区域。

因为系统程序和工作数据与用户没有发生间接的联、机器人、电梯等场合。

这个系统还具有多种保护功能,特别是大功率逻辑的硬件联锁功能,以保证正常供水,并可无人值守[1]。

2.2PLC的组成

PLC的硬件主要由CPU、内存、输入单元、输出单元、通信接口和扩展接口电源组成。

其中,CPU是PLC的核心,输入单元和输出单元是现场输入输出设备和CPU之间的接口电路,通信接口用于与编程器、上位机和其他外围设备的连接[1-6]。

对于积分PLC,所有组件都安装在相同的情况下,框图如图1所示。

对于模块化PLC,许多的组件独立被封装在模块中,各个模块可以用总线连接这样实现安装在机架或导轨上。

无论采用哪种类型的PLC结构,都可以根据用户的需要进行配置和组合虽然plc的整体模式和模块化模式不一样,但每个部分的功能是一样的[4-6]。

2.2.1中央处理单元（CPU）

与其他一样的计算机一样,CPU也是PLC的核心。

PLC中的可变性的CPU不同的类型哟不同的设备的配置。

常见的有三种常见类型:

通用微处理器（如Z80、8086、8086等）、单片微处理器（如8186、8186等）和位芯片微处理器（如AMD29W）[7-9]。

大多数小型Plc使用8位常用微处理器和单片机,并且在大多数中型Plc使用16位通用微处理器或单片机;大多数大型Plc都使用高速位芯片微处理器。

2.2.2存储器

内存主要有两种类型:

读写RAM和只读ROM、PROM、EPROM和EPROM。

在PLC中应用中，大部分存储器主要用于存储系统程序、用户程序和工作数据。

该系统由PLC厂家编制，与PLC的硬件组成有关。

完成了系统诊断、命令解释、功能子程序调用管理、逻辑操作、通信、参数设置等功能，为PLC的运行提供了平台[3]。

本系统的程序设计与PLC的性能有关，在使用PLC时不会发生变化。

因此，它直接由制造商固化在只读存储器FOM、prom或EPROM中，用户无法访问和修改。

编程设备的功能是编辑、调试和输入用户程序。

它还可以在线监测PLC的内部状态和参数，并与PLC进行人机对话。

它是开发、应用和维护PLC不可缺少的工具[7]。

编程设备可以是特殊的程序员，也可以是配备特殊编程包的通用计算机系统。

专用编程器是由PLC生产厂家生产的，专门用于生产厂家生产的某些PLC产品。

专用编程器主要由键盘、显示器和外部存储器连接器组成[3-6]。

有两种特殊的程序员:

简单的程序员和智能的程序员。

简单的程序员只能在线编程,不可以直接外部输入和编辑梯形图程序。

它需要将梯形图程序转换为指令列表程序以输入。

简单的程序员是小的大小和便宜的价格。

它可以直接插入PLC的编程插槽,也可以通过专用电缆与PLC连接,便于编程和调试。

一些带有存储盒的简单程序员可以用来存储用户程序,例如三菱的FX-20P-E简单程序员。

智能程序员,使用锂电池作为备用电源,以确保断电时不会丢失任何信息。

为了防止干扰破坏RAM中的程序,当用户程序正常运行且不需要更改时,可以在只读内存EPROM中固化该程序专用编程器[17]。

如今,许多Plc直接使用EEPROM作为用户内存。

在PLC运行过程中,工作数据经常会被更改和访问。

存储在RAM中,为了实现随时满足用户的需求。

在PLC的保存数据工作数据存储器中,有输入和输出继电器、辅助继电器、定时器和计数器等逻辑设备的存储区域的这一部分存储区域[18]。

根据需要,当断电时,备份电池可以将某些数据保持在当前状态。

存储区域的这一部分,在关闭电源时可以保存数据,这一部分称为保留数据区域。

因为系统程序和工作数据与用户没有发生间接的联系关系,PLC数据的或者其他使用者的数据所表现出来的，各种体现状态是不一样的，在PLC给出的内存不够的时候，其许多的PLc还可以给出多余的空间内存，以满足用户的需要

2.2.3输入/输出单元

输入/输出,又称I/0单元或I/0模块,是PLC与工长生产实时现场之间的连接重要应用部件。

PLC可以通过输入接口指定检测控制的相关软硬件的监控对象的全部资料数据体系,还能够多这些资料为PLC提供实现操作实现的现实基础。

与此同时PLC将输出接口指定给对应的计算软件进行处理，将处理好的软件结果传输到控制的对象那边，这样可以实现有效的控制，但是因为局部的输入，和外部输出的设备不能是单一，还是多种多样的，所以PLC的处理的数据信息都是标准的，没有特别的特殊。

不过这样的可以实现一定的光隔离和的其他功能，譬如铝箔公共能力。

并具有各种i只能供用户选择的ia00接口。

2.2.4通信接口

PLC装备了许多通信接口,通常情况下都有通信处理器。

这些通信接口,PLC可以与其他显示器、各种打印机、以及其他幸好的Plc、个人计算机的链接和其他设备进行通信。

Plc与打印机设备连接,依靠打印过程中的信息交流和系统参数和监控,与显示器连接共享数据,显示控制过程图像,同时与其他PLC连接,形成多计算机系统或网络,从而能够实现更大规模的控制。

与计算机连接,可以形成多层次的分布式控制系统,这样达到体现控制与管理的结合的目的[19]。

2.2.5智能接口模块

 智能接口模块方式是一个特殊的计算机应用系统。

计算机有自己的不一样的的CPU、系统程序、内存和能够与PLC系统总线的接口。

在为PLC系统寻找的一个模块,需要通过总线复线与PLC连接,切换交流数据资料,还能够在PLC协助调解和控制下独立工作。

有许多种PLC的智能接口模块,譬如中高高速计数模块、开闭环控制模块、运动控制模块、中断控制模块等[19]。

2.2.6编程装置

  该编程设备的功能是在线编程编辑、调试离线和输入用户程序。

它还可以在线监控PLC几种Plc进行编程的内部状态和参数,并与PLC进行人机对话。

它是研究、利用，销售PLC不可缺少的工具[17]。

编程的可以设备可以是不一样的程序员,同时是配备了不一样的编程软件包以及可以普遍使用的计算机系统。

它可以在线编程,并被指定为离线。

它更客观,更容易接触,但价格昂贵,操作更复杂。

大多数智能程序员都有磁盘驱动器,提供记录器接口和指定的打印机接口。

特别程序员只能对指定制造商的几种Plc进行编程。

其应用范围有限,价格高。

同时,由于PLC产品的不断更新,专职程序员的生命周期也非常有限[15]。

2.2.7电源

PLC在内部电路中有开关电源。

在和普通的电源相比较情况下,PLC电源具有更好的稳定性和抗干扰能力。

普通电