三种液体混合加热控制系统.docx

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三种液体混合加热控制系统

毕业设计指导书

毕业设计题目：

三种液体混合加热控制系统

专业：

电气自动化

姓名：

学号：

指导教师：

职称：

日期：

2011年5月31日

毕业设计任务书

系部：

电气工程系

专业：

电气自动化

学生姓名：

学号：

设计题目：

起迄日期:

年月日~年月日

指导教师:

发任务书日期:

2011年2月28日

毕业设计任务书

1．毕业设计课题的任务和要求：

要求通过对三种液体混合加热控制系统的工业应用背景的学习，掌握其原理和实现机制。

在此基础上,重点确定系统的设计方案，设计以PLC控制三种液体混合加热模拟装置实现液体的混合搅拌加热。

2．毕业设计课题的具体工作内容（包括原始数据、技术要求、工作要求等）：

1）可编程控制器（PLC）概述。

2）传感器及应用技术。

3）PLC控制混合液体加热程序设计。

4）程序设计及运行。

5）撰写毕业设计论文：

要求设计合理，语句通顺，格式规范，图表正确，表述清晰；打印成册。

毕业设计任务书

毕业设计题目：

三种液体混合加热控制系统

专业：

电气自动化

专科生：

（签名）

指导教师：

（签名）

摘要

可编程控制器PLC是以计算机技术为核心的通用自动控制装置，也可以说它是一种用程序来改变控制功能的计算机。

随着微处理器、计算机和通信技术的飞速发展，可编程序控制器PLC已在工业控制中得到广泛应用，而且所占比重在迅速的上升。

PLC主要由CPU模块、输入模块、输出模块和编程装置组成。

它应用于工业混合搅拌设备，使得搅拌过程实现了自动化控制、并且提升了搅拌设备工作的稳定性，为搅拌机械顺利、有序、准确的工作创造了有力的保障。

本文主要对可编程控制器的特点，用途和发展进行一些介绍。

液体混合加热系统的控制设计考虑到其动作之间的连续性以及各个被控制设备的动作之间的相互关联性，针对不同的工作状态，进行定时的动作控制输出，从而实现液体混合加热系统从加入一种液体到混合加热完成输出的这样一个周期控制工作的程序实现。

根据控制要求，对控制系统的分析给出I/O列表、控制梯形图以及程序的调试，并给出了调试过程和控制系统逻辑控制部分的方法;另外还对可编程控制器在现代工业中的作用进行了相应的介绍。

关键词：

PLC混合加热系统

Graduationdesigntopic:

Threekindsofliquidheatingcontrolsystem

Industry:

Electricalautomation

Students:

（Signed）

Instructor:

（Signed）

Summary

ProgrammablecontrollerPLCisauniversalautomaticcontroldevicewithcomputertechnologyasthecore,orsayitisaprogramtochangethecontrolfunctionofthecomputer.Withtherapiddevelopmentofmicroprocessors,computersandcommunicationstechnology,programmablecontrollerPLChasbeenwidelyusedinindustrialcontrol,andshareinarapidlyrising.PLCmainCPUmodules,inputandoutputmodulesandprogrammingdevice.Itshouldbeusedforindustrialmixingequipment,makesthemixingprocessisautomatedcontrol,andmixingequipmentworkstoenhancethestability,formixingmachineryforsmooth,orderly,accurateworktocreateastrongprotection.

Thisarticlemainlyonthecharacteristicsofprogrammablelogiccontroller,describetheuseanddevelopment.Controldesignofliquidhybridheatingsystemconsideringitsactionsbetweencontinuityandinterrelatednessbetweentheactionsofthecontroldevice,fordifferentjobstatus,timingmovementscontroloutput,resultingfromaddingaliquidtoliquidheatingsystemhybridheatingthroughtheoutputofsuchacyclecontrolprogram.Accordingtorequirements,analysisofcontrolsystemstoI/Olist,controlofladderdiagramandtheprogramdebugging,andprovidesdebuggingmethodoflogicalcontrolpartoftheprocessandcontrolsystems;Alsoontheprogrammablecontroller'sroleinmodernindustryisintroduced.

Keywords:

PLCHybridheatingsystem

摘要·····································································I

目录·····································································II

第1章绪论······························································1

4.4搅拌电动机选择···················································24

4.5电磁阀的选择·····················································25

4.6接触器···························································26

4.7热继电器选择·····················································26

4.8PLC选择··························································26

4.9I/O分配表························································27

4.10外部接线图·······················································28

第5章程序设计及运行····················································29

5.1梯形图··························································30

5.2指令表···························································30

5.3程序测试·························································31

5.4过程分析·························································31

结论·····································································32

致谢·····································································33

参考文献·································································34

附录·····································································35

第1章绪论

了提高产品质量，缩短生产周期，适应产品迅速更新换代的要求，产品生产正在向缩短生产周期、降低成本、提高生产质量等方向发展。

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。

所以为了帮助相关行业,特别是其中的中小型企业实现多种液体混合的自动控制,从而达到液体混合的目的，液体混合自动配料势必就是摆在我们眼前的一大课题。

借助实验室设备熟悉工业生产中PLC的应用，了解不同公司的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，适合大中型饮料生产厂家，尤其见于化学化工业中，便于学以致用。

计算机的出现给大规模工业自动化带来了曙光。

1968年，美国最大的汽车制造厂商通用汽车（GM）公司提出了公开招标方案，设想将功能完备、灵活、通用的计算机技术与继电器便于使用的特点相结合，把计算机的编程方法和程序输入方式加以简化，用面向过程、面向问题的“自然语言”编程，生产一种新型的工业通用控制器，使人们不必花费大量的精力进行计算机编程，也能像继电器那样方便地使用。

这个方案首先得到了美国数字设备（DEC）公司的积极响应，并中标。

该公司于1969年研制出了第一台符合招标要求的工业控制器，命名为可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController），简称PLC（有的称为PC），并在GM公司的汽车自动装配线上试验获得了成功。

PLC一经出现，由于它的自动化程度高、可靠性好、设计周期短、使用和维护简便等独特优点，备受国内外工程技术人员和工业界厂商的极大关注，生产PLC的厂家云起。

随着大规模集成电路和微处理器在PLC中的应用，使PLC的功能不断得到增强，产品得到飞速发展。

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。

用PLC进行开关量控制的实例很多，在冶金、机械、纺织、轻工、化工、铁路等行业几乎都需用到它，如灯光照明、机床电控、食品加工、印刷机械、电梯、自动化仓库、液体混合自动配料系统、生产流水线等方面的逻辑控制，都广泛应用PLC来取代传统的继电器控制。

本次设计是将PLC用于多种液体混合灌装设置的控制，对学习与实用是很好的结合。

第2章可编程控制器（PLC）的简述

2.1可编程控制器简介

2.1.1可编程控制器的基本概念

可编程控制器（ProgrammableController）简称PC，个人计算机（PersonalComputer）也简称PC，为了避免混在一起，人们将最初用于逻辑控制的可编程器叫做PLC（ProgrammableLogicController），通常也称为可编程控制器。

它是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术而发展起来的一种通用的工业自动控制装置；具有体积小、功能强、程序设计简单、灵活通用、维护方便等优点，本系统采用在工业领域有着广泛应用的三菱公司fx系列系列PLC作为主控制器。

2.1.2PLC的指导思想

PLC是采用“顺序扫描，不断循环”的方式进行工作的。

即在PLC运行时，CPU根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序，按指令步序号（或地址号）作周期性循环扫描，如无跳转指令，则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至程序结束。

然后重新返回第一条指令，开始下一轮新的扫描。

在每次扫描过程中，还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作。

PLC扫描一个周期必经输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段。

PLC在输入采样阶段：

首先以扫描方式按顺序将所有暂存在输入锁存器中的输入端子的通断状态或输入数据读入，并将其写入各对应的输入状态寄存器中，即刷新输入。

随即关闭输入端口，进入程序执行阶段。

PLC在程序执行阶段：

按用户程序指令存放的先后顺序扫描执行每条指令，经相应的运算和处理后，其结果再写入输出状态寄存器中，输出状态寄存器中所有的内容随着程序的执行而改变。

输出刷新阶段：

当所有指令执行完毕，输出状态寄存器的通断状态在输出刷新阶段送至输出锁存器中，并通过一定的方式（继电器、晶体管或晶闸管）输出，驱动相应输出设备工作。

2.1.3PLC的历史和发展过程

世界上公认的第一台PLC是1969年美国数字设备公司（DEC）研制的。

限于当时的元件条件及计算机发展水平，早期的PLC主要由分立元件和中小规模集成电路组成，可以完成简单的逻辑控制及定时、计数功能。

20世纪70年代初出现了微处理器。

人们很快将其引入可编程控制器，使PLC增加了运算、数据传送及处理等功能，成为真正具有计算机特征的工业控制装置。

为了方便熟悉继电器、接触器系统的工程技术人员使用，可编程控制器采用和继电器电路图类似的梯形图作为主要编程语言，并将参加运算及处理的计算机存储单元都以继电器命名。

因而人们称可编程控制器为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。

PLC的发展与计算机技术、半导体集成技术、控制技术、数字技术、通讯网络技术等高新技术的发展是分不开的，他们推动了PLC的发展，而PLC的发展又对这些高新技术提出了更高更新的要求。

PLC的发展经历了以下四个阶段：

（1）初始阶段：

从第一台PLC问世到70年代中期

产品主要用于逻辑运算和计时、计数运算，CPU由中小规模的集成电路组成，控制功能较简单。

因为它能完成逻辑运算功能，又被称为可编程序逻辑控制器（PLC）。

典型的产品：

MODICON公司的084、ALLEN-BADLEY公司的PDQ－II、DEC公司的PDP－14、日本日立公司的SCY－022。

（2）扩展阶段：

70年代中期到70年代末期

产品主要在控制功能上得到较大的发展，来自两个方面：

①从可编程序控制器发展的控制器－完成的是逻辑运算及扩展了其它运算功能，称之为可编程序控制器（Programmablecontrol）即PC（PLC）；

②从模拟仪表发展的控制器－完成的是模拟运算及扩展其它逻辑运算功能，称之为单回路或多回路控制器（数字调节仪表）。

典型的产品：

MODICON公司的184，284和384、西门子公司的SIMATICS3系列、日本立石公司（OMRON）的SYSMAC－C系列等、日本三菱公司的FX1系列和FX2系列等。

（3）通讯阶段：

70年代末期到80年代中期

与计算机通讯的发展相联系，初步形成了分布式的通讯网络体系，但各制造厂各自为政，通讯系统自成体系，产品的功能得到发展，可靠性也大大提高。

典型的产品：

西门子公司的SIMATICS6系列、GOULD公司的M84，884等

（4）开放阶段：

80年代中期开始至现在。

开放系统的提出，使PLC得到了较大的发展，主要表现在通讯系统的开放，通讯协议的标准化使各厂家的产品可以通讯。

这期间产品的规模增大功能不断的完善，大中型产品多数有CRT显示功能，采用标准软件，增加高级编程语言等。

典型的产品：

西门子公司的SIMATICS5系列、ALLEN－BRADLEY公司的PLC－5等。

2.1.4可编程控制器的特点

作为一种新型的工业自动控制装置，PLC有以下一些特点。

（1）高可靠性和强抗干扰能力

高可靠性和强抗干扰能力是PLC最突出的特点之一，主要表现在：

用软件代替传统继电器控制系统中大量的中间继电器和时间继电器，仅有与输入和输出有关的少量硬件，接线大大减少，因触点接触不良造成的故障大为减少；

所有的I/O接口电路均采用光电隔离，使工业现场的外电路与PLC内部电路之间电气上隔离；

各输入端均采用RC滤波器，并采取屏蔽措施；采用性能优良的开关电源；对采用的器件进行严格的筛选；

良好的自诊断功能，一旦电源或其他软，硬件发生异常情况，CPU立即采用有效措施，以防止故障扩大；

大型PLC还可以采用由双CPU构成冗余系统或有3个CPU构成的表决系统，使可行性更进一步增强。

因此，PLC具有很高的可靠性和很强的抗干扰能力，平均无故障工作时间可达数万小时，可以直接用于有强烈干扰的工业生产现场并持续工作。

（2）丰富的I/O接口模块

为了实现与工业生产过程控制中的各种工业现场设备的相互连接，PLC除具有普通计算机的基本部分（如CPU，存储器等）外,卷板机，还有丰富的I/O接口模块。

对不同的工业现场信号（交流或直流，开关量或模拟量，电压或电流，脉冲或电位，强电或弱电等）设计有相应的I/O模块与工业现场的器件或设备（按钮，行程开关，传感器及变送器，电磁线圈，控制阀等）直接连接。

另外，为了提高系统的操作灵活性，许多PLC还有多种人机对话的接口模块，为了组成工业局部网络，还有多种通信联网的接口模块等。

（3）灵活性好

为了适应各种工业控制需要，除了一些小型PLC以外，绝大多数PLC均采用模块化结构。

PLC的各个部件，包括CPU,蒸汽喷射器，电源，I/O等均采用模块化设计，由机架及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。

相对于传统的电气控制线路，PLC为改进和修改原设备提供了极其方便的手段，通过修改或重新编写应用软件，就可以用一台PLC实现不同的控制功能。

（4）编程简单易学

PLC大多采用梯形图作为主要的编程语言。

梯形图是一种面向用户的编程语言，它的表达方式类似于继电器控制系统电路图，具有形象直观，易学易懂的特点。

对于熟悉继电器控制电路图的电气技术人员来讲，很快就可以学会梯形图语言，并用来编制用户所需程序。

（5）系统安装简单，维修方便

PLC不需要专门的机房,喷射器，可以在各种工业环境下直接运行。

使用时只需现场的各种设备与PLC相应的I/O端相连接，即可投入运行。

PLC的各种模块上大多都有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障。

由于采用模块化结构，因此一旦某模块发生故障，用户可以通过更换模块的方法，使系统迅速恢复运行。

2.1.5PLC的工作原理

由于PLC以微处理器为核心，故具有微机的许多特点，但它的工作方式却与微机有很大不同。

微机一般采用等待命令的工作方式，如常见的键盘扫描方式或I/O扫描方法，若有键按下或有I/O变化，则转入相应的子程序，若无则继续扫描等待。

PLC则是采用循环扫描的工作方式。

对每个程序，CPU从第一条指令开始执行，按指令步序号做周期性的程序循环扫描，如果无跳转指令，则从第一条指令开始逐条执行用户程序，直至遇到结束符后又返回第一条指令，如此周而复始不断循环，每一个循环称为一个扫描周期。

扫描周期的长短主要取决于以下几个因素：

一是CPU执行指令的速度；二是执行每条指令占用的时间；三是程序中指令条数的多少。

一个扫描周期主要可分为3个阶段。

（1）输入刷新阶段

在输入刷新阶段，CPU扫描全部输入端口，读取其状态并写入输入状态寄存器。

完成输入端刷新工作后，将关闭输入端口，转入程序执行阶段。

在程序执行期间即使输入端状态发生变化，输入状态寄存器的内容也不会改变，而这些变化必须等到下一工作周期的输入刷新阶段才能被读入。

（2）程序执行阶段

在程序执行阶段，根据用户输入的控制程序，从第一条开始逐步执行，并将相应的逻辑运算结果存入对应的内部辅助寄存器和输出状态寄存器。

当最后一条控制程序执行完毕后，即转入输入刷新阶段。

（3）输出刷新阶段

当所有指令执行完毕后，将输出状态寄存器中的内容，依次送到输出锁存电路（输出映像寄存器），并通过一定输出方式输出，驱动外部相应执行元件工作，这才形成PLC

由此可见，输入刷新、程序执行和输出刷新三个阶段构成PLC一个工作周期，由此循环往复，因此称为循环扫描工作方式。

由于输入刷新阶段是紧接输出刷新阶段后马上进行的，所以亦将这两个阶段统称为I/O刷新阶段。

实际上，除了执行程序和I/O刷新外，PLC还要进行各种错误检测（自诊断功能）并与编程工具通讯，这些操作统称为“监视服务”，一般在程序执行之后进行。

综上述，PLC的扫描工作过程如图2-1所示。

图2-1plc的扫描过程

显然扫描周期的长短主要取决于程序的长短。

扫描周期越长，响应速度越慢。

由于每个扫描周期只进行一次I/O刷新，即每一个扫描周期PLC只对输入、输出状态寄存器更新一次，所以系统存在输入输出滞后现象，这在一定程度上降低了系统的响应速度。

但是由于其对I/O的变化每个周期只输出刷新一次，并且只对有变化的进行刷新，这对一般的开关量控制系统来说是完全允许的，不但不会造成影响，还会提高抗干扰能力。

这是因为输入采样阶段仅在输入刷新阶段进行，PLC在一个工作周期的大部分时间是与外设隔离的，而工业现场的干扰常常是脉冲、短时间的，误动作将大大减小。

但是在快速响应系统中就会造成响应滞后现象，这个一般PLC都会采取高速模块。

总之，PLC采用扫描的工作方式，是区别于其他设备的最大特点之一。

2.1.6PLC的应用及其未来

PLC的应用领域

目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类。

开关量的逻辑控制：

这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。

如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。

模拟量控制：

在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。

为了控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。

PLC产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。

运动控制：

PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。

从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。

如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控

世界上各主要