药剂搅拌釜制动控制系统设计2设计.docx
《药剂搅拌釜制动控制系统设计2设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《药剂搅拌釜制动控制系统设计2设计.docx（22页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
药剂搅拌釜制动控制系统设计2设计
摘要
药剂搅拌釜装置的PLC控制以三种化学药品的混合控制为例，其要求是将三种液体按一定比例混合，在电动机搅拌后要加热一定时间才能将混合的药剂输出容器。
并形成循环状态，在按停止按扭后依然要完成本次混合才能结束。
药剂混合系统的控制设计考虑到其动作的连续性以及各个被控设备动作之间的相互关联性，针对不同的工作状态，进行相应的动作控制输出，从而实现药剂混合系统从第一种化学药剂加入到混合完成输出的这样一个周期控制工作的程序实现。
设计以药剂混合控制系统为中心,从控制系统的软件选用到系统的设计过程（包括设计方案选择、设计流程、设计要求、梯形图设计、外部连接通信等）,旨在对其中的设计及制作过程做简单的介绍和说明。
设计采用日本三凌公司的FX-2N型去实现药剂自动化设计要求。
关键词：
PLC控制药剂混合多种药剂
第一章绪论
1.1课题来源……………………………………………………………5
1.2课题的背景…………………………………………………………5
1.3国内外PLC发展现状概述…………………………………………5
1.4制药业的发展概况…………………………………………………7
1.5课题设计的目的和意义…………………………………………7
第二章PLC的选择
2.1设计基本前提和条件………………………………………………8
2.2PLC的选择………………………………………………………8
2.3设计运用指令………………………………………………………9
第三章药剂混合装置控制设计
3.1设计方案的选择…………………………………………………10
3.2药剂搅拌系统工艺流程介绍………………………………………11
3.2.1药剂搅拌控制输入点与输出点分配……………………………12
3.2.2药剂混合装置状态流程图………………………………………13
3.2.3计药剂混合装置状语句表………………………………………14
3.2.4药剂混合装置梯形图……………………………………………15
3.2.5药剂混合装置实物图……………………………………………17
3.2.6仿真测试结果……………………………………………………17
3.2.7输入输出接线图…………………………………………………21
总结……………………………………………………………………22
参考文献………………………………………………………………23
致谢……………………………………………………………………24
附录……………………………………………………………………25
第一章绪论
1.1课题来源
在炼油、化工、制药等行业中,多种液体混合是必不可少的工序,而且也是其生产过程中十分重要的组成部分。
但由于这些行业中多为易燃易爆、有毒有腐蚀性的介质,以致现场工作环境十分恶劣,不适合人工现场操作。
另外,生产要求该系统要具有混合精确、控制可靠等特点,这也是人工操作和半自动化控制所难以实现的。
所以为了帮助制药行业，特别是药剂制造业实现药剂混合自动化控制，从而达到提高药剂质量和产量的目的。
药剂搅拌釜是制药业发展的必然产物。
1.2课题的背景
（1）液体混合装置概述
随着计算机技术的飞速发展，对原有液体混合装置进行技术改造，提出数据采集、自动控制、运行监视、运行管理等多方面要求。
设计的药剂搅拌釜控制装置,利用PLC实现了在混合过程中的精确控制,提高了混合比例的稳定性、运行稳定、自动化程度高，因此具有广阔的市场前景，适合于各种液体的混合调配。
目前大部分自动混合配料、计量设备的控制系统的构成主要有三种方法：
第一种是采用工业计算机作为控制器.这种方法控制程序用VB或VC等语言编写。
具有算法丰富，数据库功能强大，人机交互性能好等特点。
但缺点是控制软件为各个厂家专门开发的兼容性能不好，同时系统的再开发能力和对开关量的处理能力都比较差。
另外计算机的稳定性和可靠性也有待提高。
第二种方法采用的控制器为单片机。
这种方法控制程序用汇编语言编写。
具有成本低廉、设备可靠性高以及操作简单等特点。
但还是有兼容性能、再开发能力差的缺点。
另外这种方法较适合于单台设备的控制，对于复杂的控制系统难以处理。
第三种方法是采用可编程控制器（PLC）作为系统控制器。
这种方法控制程序用梯形图等PLC编程语言编写。
具有算法丰富，可靠性能高，开关量的处理能力强及人机交互性能好等特点。
但缺点是数据储存和处理的能力较差。
1.3国内外PLC发展现状概述
PLC在问世以来，经过40多年的发展。
在美、德国等工业发达国家已成为重要的产业之一，世界总销售额不断上升，生产厂家不断涌现，品种不断翻新，产量产值大幅度上升而价格则不断下降。
PLC的发展趋势：
①向高速度、大容量方向发展
为了提高PLC的处理能力，要求PLC具有更好的响应速度和更大的存储容量。
目前，有的PLC的扫描速度可达0.1ms每千步左右。
PLC的扫描速度已成为很重要的一个性能指标。
在存储容量方面，有的PLC最高可达几十兆字节。
为了扩大存储容量，有的公司已使用了磁泡存储器或硬盘。
②向超大型、超小型两个方向发展
当前中小型PLC比较多，为了适应市场的多种需要，今后PLC要向多品种方向发展，特别是向超大型和超小型两个方向发展。
现已有I/O点数达14336点的超大型PLC，其使用32位微处理器，多个CPU并行工作和大容量存储器，功能强。
超小型PLC由整体结构向小型模块化结构发展，使配置更加灵活，为了市场需要已开发了各种简易、经济的超小型微型PLC，最小配置的I/O点数为8～16点，以适应单机及小型自动控制的需要，如三菱公司系列PLC[6]。
③PLC大力开发智能模块，加强联网通信能力
为满足各种自动化控制系统的要求，近年来不断开发出许多功能模块，如高速计数模块、温度控制模块、远程I/O模块、通信和人机接口模块等。
这些带CPU和存储器的智能I/O模块，既扩展了PLC功能，又使用灵活方便，扩大了PLC应用范围。
加强PLC联网通信的能力，是PLC技术进步的潮流。
PLC的联网通信有两类：
一类是PLC之间联网通信，各PLC生产厂家都有自己的专有联网手段；另一类是PLC与计算机之间的联网通信，一般PLC都有专用通信模块与计算机通信。
为了加强联网通信能力，PLC生产厂家之间也在协商制订通用的通信标准，以构成更大的网络系统，PLC已成为集散控制系统（DCS）不可缺少的重要组成部分。
④增强外部故障的检测与处理能力
根据统计资料表明：
在PLC控制系统的故障中，CPU占5%，I/O接口占15%，输入设备占45%，输出设备占30%，线路占5%。
前二项共20%故障属于PLC的内部故障，它可通过PLC本身的软、硬件实现检测、处理；而其余80%的故障属于PLC的外部故障。
因此，PLC生产厂家都致力于研制、发展用于检测外部故障的专用智能模块，进一步提高系统的可靠性。
⑤编程语言多样化
在PLC系统结构不断发展的同时，PLC的编程语言也越来越丰富，功能也不断提高。
除了大多数PLC使用的梯形图语言外，为了适应各种控制要求，出现了面向顺序控制的步进编程语言、面向过程控制的流程图语言、与计算机兼容的高级语言（BASIC、C语言等）等。
多种编程语言的并存、互补与发展是PLC进步的一种趋势。
1.4制药业的发展状况
目前，世界药剂工业总的技术特点是设备自动化，向着生产周期短，经济效益高的方向发展。
从世界范围来看制药业发展的趋势向着：
提高产品质量，扩大产品覆盖面，占领市场，是世界各国制药业竞争的重点。
目前，我国大部分药剂生产厂家仍然采用常规仪表进行控制，靠人工监控各种参数，人为因素较多。
所以，这种人工控制的方式很难保证生产工艺的正确执行，使药剂质量不稳定，波动性大且不利于再生产规模。
随着我国社会主义市场经济的发展，我国药剂工业再突飞猛进的快速向前发展，各制药厂家为了适应当前形势，增强产品的市场竞争能力，先后在药剂生产过程中采用计算机控制技术，从而扩大了生产规模，质量不断提高，以适应市场的需求。
再生化生产行业中，药剂生产使一个重要的分支。
在我国大多数药剂生产厂家的规模在年生产量大大的提高，各种化学药物比例分配是生产过程最重要的环节，它是药剂质量好坏的关键步足。
影响药剂质量的因素很多，但是，各种化学药品的比例分配是决定药剂质量的关键所在。
本次设计是将PLC用于药剂液体混合物装置的控制，对提高药剂的质量和产量有很大的意义！
1.5课题设计的目的和意义
借助实验室设备熟悉工业生产中PLC的应用，熟悉其编程方式.多种液体混合装置的控制更常见于工业生产中，尤其见于化学化工业中，便于学有所用。
该药剂混合系统采用基于PLC的控制系统来取代原来由单片机、继电器等构成的控制系统，采用模块化结构，具有良好的可移植性和可维护性。
对提高企业生产和管理自动水平有很大的帮助，同时又提高了生产线的效率、使用寿命和质量，减少了企业产品质量的波动。
因此具有广阔的市场前景。
第二章PLC的选择
2.1设计基本前提和条件
经过一学期对PLC的了解、学习，借助实验室设备熟悉工业生产中PLC的应用，了解三菱公司可编程控制器的型号和原理，熟悉其编程方式，而多种液体混合装置的控制更常见于工业生产中，尤其见于化学化工业中，便于学有所用。
2.2PLC的选择
PLC在各类工业控制领域中都得到了广泛的应用。
目前，PLC的生产厂家众多、规格不可胜数，但主要分为欧洲、日本、美国三大块。
在中国市场上欧洲的仪表是西门子，日本的仪表是三菱和欧姆龙，美国的仪表是AB与GE。
各大公司都推出了自己从微型到大型的系列化产品，可以满足各种控制要求。
西门子公司的产品有S—200（微型机）、S—300（中型机）和S—400（大型机）。
三菱公司的产品有Q系列、QnA系列、AnS系列和A系列，其为模块式大型PLC，最大容量为8KB。
FX系列为单元式小型PLC，单机最大容量为256B。
1.机型选择的基本原则
目前，随着PLC的普及，PLC的种类和数量越来越多，功能也越来越丰富，这就要求用户在选择PLC时不要盲目地追求功能强大，而是在满足控制系统需要的前提下，选择最可靠、最稳定、使用维护最方便以及性价比最优的机型。
结构形式的选择
在工艺流程相对固定、维护量较小、环境条件较好的小型控制系统中，一般选用整体式结构的PLC；在工艺流程较复杂、相对变动较大、维修量较大、环境条件较差的控制系统中，一般选用模块式结构的PLC。
【1】I/O响应时间的选择
在开关量控制以及以开关量为主、带少量模拟量控制系统中，PLC的I/O响应时间基本都能满足，实际工程需要，一般不考虑I/O响应时间。
但对于较复杂、控制功能要求较高的系统（比如以模拟量控制为主的系统），就需要考虑I/O响应时间的问题。
【2】系统可靠性的要求
对于简单的控制系统，选用一般机型就能满足其可靠性要求：
对于控制要求较高的系统，应选用中档机或高档机，并考虑是否采用冗余控制系统。
【3】机型统一
对于一个企业来说应做到机型统一，这样统一机型的PLC模块互为备用，便于备件的采购和管理，同时由于其机型统一，资源可以共享，便于相对通信集中管理。
本次设计选用三菱公司生产的FX2N系列的可编程控制器，理由：
（1）可靠、稳定、维护方便、性能可靠、价格便宜。
（2）工艺流程相对固定、维修量较小、环境条件较好。
（3）本设计控制系统简单，（4）输入点数为6个，输出点数为12个。
所以本设计选用FX2N-32MR可编程控制器。
2.3设计运用指令
设计运用步进指令进行控制。
1）步进触点与主母线连接，具有主控和跳转作用。
当步进触点闭合时，具有主控作用步进后的电路块动作，步进触点断开时，其后电路块不动作相当于跳转。
2）状态继电器S0～S899只有使用SET具有步进顺控功能，提供步进触点。
同时，状态继电器还提供普通常开触点和常闭触点。
3）状态继电器可以作为普通继电器使用，功能与辅助继电器一样。
这时不提供步进接触点。
4）状态转移中，可能在一个扫描周期内可能有多个状态同时动作，不允许同时动作的负载必须有连锁措施，相邻的两个状态能使用同一个定时器。
5）状态继电器可以按顺序使用，也可以任意选用。
6）步进触点不能使用主控MC/MCR指令。
多重输出的指令的应用要注意使用位置。
第三章药剂混合装置控制设计
3.1方案设计的选择
就目前的现状有以下几种控制方式满足系统的要求：
继电器控制系统、单片机控制、工业控制计算机控制、可编程序控制器控制。
（1）继电器控制系统
控制功能是用硬件继电器实现的。
继电器串接在控制电路中根据主电路中的电压、电流、转速、时间及温度等参量变化而动作，以实现电力拖动装置的自动控制及保护。
系统复杂，在控制过程中，如果某个继电器损坏，都会影响整个系统的正常运行，查找和排除故障往往非常困难，虽然继电器本身价格不太贵，但是控制柜的安装接线工作量大，因此整个控制柜价格非常高，灵活性差，响应速度慢。
（2）单片机控制
单片机作为一个超大规模的集成电路，机构上包括CPU、存储器、定时器和多种输入/输出接口电路。
其低功耗、低电压和很强的控制功能，成了功控领域、尖端武器、日常生活中最广泛的计算机之一。
但是，单片机是一片集成电路，不能直接将它与外部I/O信号相连。
要将它用于工业控制还要附加一些配套的集成电路和I/O接口电路，硬件设计、制作和程序设计的工作量相当大。
（3）工业控制计算机控制
工控机采用总线结构，各厂家产品兼容性强，有实时操作系统的支持，在要求快速、实用性强、功能复杂的领域中占优势。
但工控机价格较高，将它用于开关量控制有些大材小用。
且其外部I/O接线一般都用于多芯扁平电缆和插头、插座，直接从印刷电路板上引出，不如接线端子可靠。
（4）可编程序控制器控制
可编程序控制器配备各种硬件装置供用户选择，用户不用自己设计和制作硬件装置，只须确定可编程序控制器的硬茧配制和设计外部接线图，同时采用梯形图语言编程，用软件取代继电器电器系统中的触点和接线，通过修改程序适应工艺条件的变化。
可编程控制器（PLC）从上个世纪70年代发展起来的一种新型工业控制系统，起初它主要是针对开关量进行逻辑控制的一种装置，可以取代中间继电器、时间继电器等构成开关量控制系统。
随着30多年来微电子技术的不断发展，PLC也通过不断的升级换代大大增强了其功能。
现在PLC已经发展成为不但具有逻辑控制功能、还具有过程控制功能、运动控制功能和数据处理功能、连网通讯功能等多种性能，是名符其实的多功能控制器。
由PLC为主构成的控制系统具有可靠性高、控制功能强大、性价比高等优点，是目前工业自动化的首选控制装置。
因此，本次选择我们将选用PLC控制来实现药剂搅拌釜的自动化控制。
3.2本药剂搅拌系统工艺流程介绍
本装置为两种液体混合装置，X000、X002、X003为液面传感器，液体A、B、C阀门与混合液阀门由电磁阀Y001、Y002、Y003控制，SB1控制X000启动，SB2控制X007单周/循环。
各阶段有指示灯显示。
要求如下：
启动操作：
按下启动按钮SB1，装置就开始按下列约定的规律操作：
液体A、B、C、D阀门关闭。
液体A阀门打开，指示灯Y021显示为亮，液体A流入容器。
当液面到达L2时，X001接通，指示灯Y021熄灭，同时关闭液体A阀门，打开液体B阀门，同时指示灯Y022亮，液体流B入。
液面到达L3时，X003接通，同时指示灯Y022熄灭，指示灯Y023亮，同时打开液体C阀门关闭液体B阀门。
液体达到L4后C阀门关闭，同时指示灯熄灭，液体流入完毕。
搅匀电机开始搅匀，同时加热器开始加热，指示灯Y024和Y025亮。
搅匀电机工作15秒后停止搅动，同时指示灯Y025熄灭。
加热器持续工作20秒后停止加热，指示灯Y025熄灭，同时指示灯Y026亮混合液体阀门打开，开始放出混合液体。
当液面下降到L1时，再过15秒后，容器放空，混合药剂阀门关闭，开始下一周期的液体A阀门打开…。
停止操作：
按下停止按钮SB2后，在当前的混合装置操作处理完毕后，才停止操作（停在初始状态下）。
3.2.1药剂搅拌控制输入点与输出点分配
输入点
输出点
启动按钮
X0
电磁阀
Y001
连续/单周
X7
电磁阀
Y002
电磁阀
Y003
液位传感器L1
X1
搅拌电动机
Y004
液位传感器L2
X2
加热器
Y005
液位传感器L3
X3
电磁阀
Y007
液位传感器L4
X4
各动作指示灯
Y0021～Y026
3.2.2根据系统所需要求，设计药剂混合装置状态流程图，如下图所示。
3.2.3根据系统所需要求，设计药剂混合装置状语句表，如下图所示。
语句编程表
3.2.4根据系统所需要求，设计药剂混合装置梯形图，如下图所示。
3.2.5根据系统所需要求，设计药剂混合装置实物图如下：
3.2.6仿真测试结果：
按下启动按钮，电磁阀A打开液体流入，指示灯亮。
液体达到L2时，X002动作，电磁阀B打开液体流入指示灯亮
当液体到达L3时，X003动作，电磁阀C打开同时电磁阀B关闭，液体流入，指示灯亮
当液体达到L4时，X004动作，C电磁阀关闭。
加热、搅拌同时进行。
两个指示灯同时亮
搅拌15S后继续加热，搅拌指示灯熄灭，加热指示灯一直亮。
加热持续20S后，加热指示灯熄灭。
电磁阀D打开相应的指示灯亮，混合药剂开始流出。
当液面下降至L1时，X001动作，药剂继续流出15S。
当液体流完，自动回到初始状态进行下一流循环。
当按下单周/循环按钮，X007动作，当结束时不回到初始状态。
经过仿真模拟仿真后，得到结果与事先设想完全一致。
3.2.7输入输出接线图
总结
药剂自动混合系统由于采取了一系列可靠的设计方案，保证系统具有很高的可靠性与实用性。
目前在我国多种液体混合系统尚处于发展阶段，在设计中有许多的不足，有些地方的设计思想也还不成熟。
但随着微可编程逻辑控制系统的日益发展和中国市场对减员高效理念的日渐深入，我相信此套系统会被越来越多的公司所重视，有着良好的实用价值和广阔的市场前景。
在过去，硬件通常是药剂自动混合领域的主要因素，设计简单实用是本系统最大的优点所在，根据现代质量保证技术，用现代设备制造的，以简单的限位开关、继电器等常用且性价比较高的器件为基件的各种系统，己经获得了过去超过了理论上得出的可靠性
一方面要保证应用软件本身的可靠性，即尽可能的减少程序中的BUG，使程序能够持续稳定的运行。
要做到这一点，首先必须精心设计应用软件的总体结构，按照面向对象的观点，综合考虑用户的观点和程序的易实现性，这样才能少走弯路，编制出高效率的应用软件;在编写代码时，思维一定要严密，尽可能减少人为的失误:
最后，程序要经过反复的调试才能投入运行。
另一方面，可以通过采取软件方面的简单高效措施提高系统的性能。
即使程序尽可能的简单化。
以提高系统的反应速度，使硬件可以发挥其最大功效，使整个系统统一结合，在稳定的前提下更加高速快捷的为人们服务。
总之，药剂自动混合系统的设计是一项很复杂的工程，必须在系统设计、结构设计、软件编制、整机装配和调试阶段各个环节统筹安排，严格把关才能保证系统具有很高的可靠性。
相信这套系统将来会有良好的发展前景，被人们更加合理的应用于我们的生产工作当中，为我们带来经济效益。
参考文献
1、吴明亮、蔡夕忠，可编程控制器实训教程，北京，化学工业出版社，2005
2、张进秋、陈永利、张中民、可编程控制器原理及应用实例，北京，
机械工业出版社，2003.11
3、廖常初，FX系列PLC编程及应用，北京，机械工业出版社，2005.4
4.肖明耀.可编程控制技术.北京：
中国劳动社会保障出版社2004年
致谢
本设计是在我的导师亲切关怀和悉心指导下完成的。
他严谨细致、一丝不苟的作风一直是我学习中的榜样。
老师多次询问设计进程，并为我指点迷津，帮助我开拓研究思路，精心点拨、热忱鼓励。
三年来，所有代课老师不仅在学业上给我以精心指导，同时还在思想、生活上给我以无微不至的关怀，在此谨向所有代课老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。
还要感谢在一起愉快的度过三年生活的各位319同门。
感谢同学们三年来对我学习、生活的关心和帮助。
最后，向我的父亲、母亲、朋友致谢，感谢他们对我的理解与支持。
附录
硬件选择列表：
本次设计选用三相异步电动机IP54Y2系列。
因为本次设计对电动机要求不严格，只要能搅拌既可。
理由三相异步电动机的结构简单、成本低、工作稳定可靠、容易维护且交流电源易于获得，是机械设备最常用的电动机。
型号
额定功率kw
满载时
最大转矩
最小转矩
转速r/min
电流A
功率％
功率因素
Y2—132S2—2
7.5
2900
14.9
87.0
0.88
2.3
1.2
其它元件选择：
序号
元件名称
型号
数量
1
总开关
DZ5-20/310
1
2
熔断器
RL1-60/20
3
3
按钮开关
LA10-1
2
4
交流接触器
CJ10-20
1
5
红外线液位传感器
FS—OR02
4
6
脉冲电磁阀
MCF—50
4
升级会员 