双液混合.docx

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双液混合

XXXXXXXXXX学校

实训报告

实训科目可编程控制器实训

系部电气与信息工程系

专业生产过程自动化

班级

姓名

实训地点EDA实验室

指导教师

完成日期

XXXXXXXXX学校教务处印制

说明

一、报告封面必须按指定封面用钢笔或炭素笔填写，字体要规范。

二、报告应含有以下内容：

1、前言

2、实习目的及要求

3、实习时间

4、实习地点

5、实习单位和部门

6、实习内容：

按实习大纲、实习进度计划的要求和规定，并结合自己的体会写。

7、实习总结

指导教师评语及成绩评定

教师评语：

年月日

评定结果

教师签字：

XXXXX学校实训鉴定表

系部：

电气与信息工程系专业：

生产过程自动化填表时间：

班级

姓名

学号

联系电话

住址

实训地点

EDA实验室

实训时间

课题内容

双液混合液位搅拌机控制系统设计

带队教师意见：

年月日

评定结果

教师签字：

注：

1、本表用于三周以内的实习、设计、测绘等实践教学评定。

2、评定结果按“优、良、中、及格、不及格”五级予以评定。

电气与信息工程系课程实训任务书

07/08学年下学期08年3月6日

专业

生产过程自动化

班级

课程名称

可编程控制器PLC

实训题目

双液混合液位搅拌机控制系统设计

指导教师

起止时间

周数

2

实训地点

PLC实验室

实训任务：

1．按照工艺要求，选择确定主控制方案

2．根据技术参数选择PLC、及各种电气设备，选型

3．电气控制系统设计┄┄硬件、软件设计

4．操作说明

5．系统安装，调试和运行维护情况

6．完成下列图纸

　1>.控制系统PLC的I/O接口图

　2>.PLC的顺序功能图

3>.PLC的梯形图

7．制作实物并通过调试

8．编写设计说明书

实训目的：

对PLC进行选型，完成PLC的I/O点分配，确定所用PLC的语言，初步设计PLC自动循环运行的功能图和梯形图程序

电炉最高温度1000℃、调节范围0～1000℃、制精度：

≦±1℃

设计进度与要求：

熟悉设计要求，准备相关资料，说明设计任务，了解设计内容，阅读参考资料，收集有关资料，完成总体方案设计。

编写设计说明书及答辩。

主要参考书及参考资料：

1可编程序控制器应用技术（第三版）重庆大学出版社，1998

2可编程序控制器（PC）基础及应用重庆大学出版社，1993

3可编程控制器教程机械工业出版社，1998

4可编程控制器使用教程北京：

电子工业出版社，2002

5PLC技术及应用机械工业出版社，2000

教研室主任（签名）系（部）主任（签名）年月日

目录

摘要

第一章PLC的发展历程……………………………………………………………1

1.2PLC的硬件介绍……………………………………………………………………1

1.3PLC的工作过程，PLC的运行方式……………………………………………5

1.4扫描技术…………………………………………………………………………5

1.5程序执行阶段……………………………………………………………………6

1.6PLC执行程序的过程及特点……………………………………………………6

1.7可编程序控制器的五种标准编程语言…………………………………………8

第二章双液混合液位搅拌机控制系统设计…………………………………9

2.1控制说明…………………………………………………………………………9

2.2双液混合液位搅拌机系统的I/O分配………………………………………10

2.3PLC外部接线图………………………………………………………………10

2.4控制面板………………………………………………………………………11

2.5顺序功能图……………………………………………………………………11

2.6控制梯形图……………………………………………………………………12

2.7梯形图注释………………………………………………………………………16

2.8调试和运行维护情况…………………………………………………………17

2.9PLC的故障诊断………………………………………………………………18

总结

谢辞

参考文献

摘要

双液混合搅拌技术已应用于工业生产中的各个行业，对于生产的效率启到了前所未有的作用，本文以PLC控制为基础，粗略的对聚四氢呋喃的生产过程中的加氢工段进行探讨，在高压下注入液氢。

加氢工段采用使物料中的杂质接触中压氢气用于改进最终四氢呋喃产品的颜色。

氢与杂质反应使产品变白。

可以采用比例控制系统对注入泵进行控制。

关键词：

PLC、双液混合、梯形图、指令

第一章PLC简介

1.1PLC的发展历程

在工业生产过程中，具有大量的开关量顺序控制，要求按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集等。

传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。

1968年美国GM（通用汽车）公司公开招标，提出研制能够取代继电器的控制装置的要求，第二年，美国数字设备公司（DEC）研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称ProgrammableController（PC）。

个人计算机（简称PC）发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为ProgrammableLogicController（PLC），现在，仍常常将PLC简称PC。

PLC的定义有许多种。

国际电工委员会（IEC）对PLC的定义是：

可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。

它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字量、模拟量的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。

　　上世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为30-40%。

在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，而且在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。

　　现今，PLC已经具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。

在可预见的将来，PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的主导地位，是其他控制技术无法取代的。

1．2PLC的硬件简介

1.2.1PLC的构成

   从结构上分，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。

固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。

模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架。

a、CPU的构成及功能   

CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。

每套PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。

进入运行后，从用户程序存储器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。

CPU速度和内存容量是PLC的重要参数，它们决定着PLC的工作速度，IO数量及软件容量等，因此限制着控制规模。

b、I/O模块

PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。

I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。

输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。

图1直流输入接口单元电路

图2数字（开关）量输出电路

I/O种类有开关量输入（DI），开关量输出（DO），模拟量输入（AI），模拟量输出（AO）等。

 开关量是指只有开和关（或1和0）两种状态的信号，模拟量是指连续变化的量。

常用的I/O分类如下：

   开关量：

按电压水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。

   模拟量：

按信号类型分，有电流型（4-20mA,0-20mA）、电压型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。

   除了上述通用IO外，还有特殊IO模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。

   按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。

c、内存

内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。

不同机型的PLC期内存大小也不尽相同，除主机单元的已有的内存区外，大部分机型还可根据用户具体需要加以扩展。

d、电源模块

　　PLC电源用于为PLC各模块的集成电路提供工作电源。

同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源。

电源输入类型有：

交流电源（220VAC或110VAC），直流电源（常用的为24VAC）。

e、底板或机架

　　大多数模块式PLC使用底板或机架，其作用是：

电气上，实现各模块间的联系，使CPU能访问底板上的所有模块，机械上，实现各模块间的连接，使各模块构成一个整体。

f、PLC系统的其它设备

1）编程设备：

编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，用于编写程序、对系统作一些设定、监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况，但它不直接参与现场控制运行。

某些PLC也配有手持型编程器，目前一般由计算机（运行编程软件）充当编程器。

2）人机界面：

最简单的人机界面是指示灯和按钮，目前液晶屏（或触摸屏）式的一体式操作员终端应用越来越广泛，由计算机（运行组态软件）充当人机界面也非常普及。

3）输入输出设备：

用于永久性地存储用户数据，如EPROM、EEPROM写入器、条码阅读器，输入模拟量的电位器，打印机等。

7、PLC的通信联网依靠先进的工业网络技术可以迅速有效地收集、传送生产和管理数据。

因此，网络在自动化系统集成工程中的重要性越来越显著，甚至有人提出"网络就是控制器"的观点说法。

PLC具有通信联网的功能，它使PLC与PLC之间、PLC与上位计算机以及其他智能设备之间能够交换信息，形成一个统一的整体，实现分散集中控制。

多数PLC具有RS-232接口，还有一些内置有支持各自通信协议的接口。

PLC的通信，还未实现互操作性，IEC规定了多种现场总线标准，PLC各厂家均有采用。

对于一个自动化工程（特别是中大规模控制系统）来讲，选择网络非常重要的。

首先,网络必须是开放的，以方便不同设备的集成及未来系统规模的扩展；其次，针对不同网络层次的传输性能要求，选择网络的形式，这必须在较深入地了解该网络标准的协议和机制的前提下进行；再次，综合考虑系统成本、设备兼容性、现场环境适用性等具体问题，确定不同层次所使用的网络标准。

1.2.2PLC的工作原理

图1、PLC的结构图

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的一个扫描周期必经输入采样、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。

1.3PLC的工作过程，PLC的运行方式

最初研制生产的PLC主要用于代替传统的由继电器接触器构成的控制装置，但这两者的运行方式是不相同的：

 a.继电器控制装置采用硬逻辑并行运行的方式，即如果这个继电器的线圈通电或断电，该继电器所有的触点（包括其常开或常闭触点）在继电器控制线路的哪个位置上都会立即同时动作。

 b.PLC的CPU则采用顺序逻辑扫描用户程序的运行方式，即如果一个输出线圈或逻辑线圈被接通或断开，该线圈的所有触点（包括其常开或常闭触点）不会立即动作，必须等扫描到该触点时才会动作。

    为了消除二者之间由于运行方式不同而造成的差异，考虑到继电器控制装置各类触点的动作时间一般在100ms以上，而PLC扫描用户程序的时间一般均小于100ms，因此，PLC采用了一种不同于一般微型计算机的运行方式---扫描技术。

这样在对于I/O响应要求不高的场合，PLC与继电器控制装置的处理结果上就没有什么区别了。

1.4扫描技术

    当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。

完成上述三个阶段称作一个扫描周期。

在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。

图2扫描简图

1.4.1输入采样阶段

    在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。

输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。

在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。

因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。

1.5用户程序执行阶段

    在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序（梯形图）。

在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。

即，在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。

当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。

在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。

这时，才是PLC的真正输出。

1.6PLC执行程序的过程及特点

PLC执行程序的过程分为三个阶段，即输入采样阶段、程序执行阶段、输出刷新阶段，如图所示：

图3执行程序过程图

1.6.1输入采样阶段

 在输入采样阶段，PLC以扫描工作方式按顺序对所有输入端的输入状态进行采样，并存入输入映象寄存器中，此时输入映象寄存器被刷新。

接着进入程序处理阶段，在程序执行阶段或其它阶段，即使输入状态发生变化，输入映象寄存器的内容也不会改变，输入状态的变化只有在下一个扫描周期的输入处理阶段才能被采样到。

1.6.2程序执行阶段

  在程序执行阶段，PLC对程序按顺序进行扫描执行。

若程序用梯形图来表示，则总是按先上后下，先左后右的顺序进行。

当遇到程序跳转指令时，则根据跳转条件是否满足来决定程序是否跳转。

当指令中涉及到输入、输出状态时，PLC从输入映像寄存器和元件映象寄存器中读出，根据用户程序进行运算，运算的结果再存入元件映象寄存器中。

对于元件映象寄存器来说，其内容会随程序执行的过程而变化。

1.6.3输出刷新阶段

 当所有程序执行完毕后，进入输出处理阶段。

在这一阶段里，PLC将输出映象寄存器中与输出有关的状态（输出继电器状态）转存到输出锁存器中，并通过一定方式输出，驱动外部负载。

  因此，PLC在一个扫描周期内，对输入状态的采样只在输入采样阶段进行。

当PLC进入程序执行阶段后输入端将被封锁，直到下一个扫描周期的输入采样阶段才对输入状态进行重新采样。

这方式称为集中采样，即在一个扫描周期内，集中一段时间对输入状态进行采样。

  在用户程序中如果对输出结果多次赋值，则最后一次有效。

在一个扫描周期内，只在输出刷新阶段才将输出状态从输出映象寄存器中输出，对输出接口进行刷新。

在其它阶段里输出状态一直保存在输出映象寄存器中。

这种方式称为集中输出。

对于小型PLC，其I/O点数较少，用户程序较短，一般采用集中采样、集中输出的工作方式，虽然在一定程度上降低了系统的响应速度，但使PLC工作时大多数时间与外部输入/输出设备隔离，从根本上提高了系统的抗干扰能力，增强了系统的可靠性。

   而对于大中型PLC，其I/O点数较多，控制功能强，用户程序较长，为提高系统响应速度，可以采用定期采样、定期输出方式，或中断输入、输出方式以及采用智能I/O接口等多种方式。

  从上述分析可知，当PLC的输入端输入信号发生变化到PLC输出端对该输入变化作出反应，需要一段时间，这种现象称为PLC输入／输出响应滞后。

对一般的工业控制，这种滞后是完全允许的。

应该注意的是，这种响应滞后不仅是由于PLC扫描工作方式造成，更主要是PLC输入接口的滤波环节带来的输入延迟，以及输出接口中驱动器件的动作时间带来输出延迟，同时还与程序设计有关。

滞后时间是设计PLC应用系统时应注意把握的一个参数。

1.7可编程序控制器的五种标准编程语言

1.7.1梯形图语言（LD）

  梯形图语言是PLC程序设计中最常用的编程语言。

它是与继电器线路类似的一种编程语言。

由于电气设计人员对继电器控制较为熟悉，因此，梯形图编程语言得到了广泛的欢迎和应用。

梯形图编程语言的特点是：

与电气操作原理图相对应，具有直观性和对应性；与原有继电器控制相一致，电气设计人员易于掌握。

梯形图编程语言与原有的继电器控制的不同点是，梯形图中的能流不是实际意义的电流，内部的继电器也不是实际存在的继电器，应用时，需要与原有继电器控制的概念区别对待。

1.7.2指令表语言（IL）

指令表编程语言是与汇编语言类似的一种助记符编程语言，和汇编语言一样由操作码和操作数组成。

在无计算机的情况下，适合采用PLC手持编程器对用户程序进行编制。

同时，指令表编程语言与梯形图编程语言图一一对应，在PLC编程软件下可以相互转换。

图3就是与图2PLC梯形图对应的指令表。

指令表表编程语言的特点是：

采用助记符来表示操作功能，具有容易记忆，便于掌握；在手持编程器的键盘上采用助记符表示，便于操作，可在无计算机的场合进行编程设计；与梯形图有一一对应关系。

其特点与梯形图语言基本一致。

1.7.3功能模块图语言（FBD）

功能模块图语言是与数字逻辑电路类似的一种PLC编程语言。

采用功能模块图的形式来表示模块所具有的功能，不同的功能模块有不同的功能。

交流异步电动机直接启动的功能模块图编程语言的表达方式。

功能模块图编程语言的特点：

功能模块图程序设计语言的特点是：

以功能模块为单位，分析理解控制方案简单容易；功能模块是用图形的形式表达功能，直观性强，对于具有数字逻辑电路基础的设计人员很容易掌握的编程；对规模大、控制逻辑关系复杂的控制系统，由于功能模块图能够清楚表达功能关系，使编程调试时间大大减少。

1.7.4顺序功能流程图语言（SFC）

    顺序功能流程图语言是为了满足顺序逻辑控制而设计的编程语言。

编程时将顺序流程动作的过程分成步和转换条件，根据转移条件对控制系统的功能流程顺序进行分配，一步一步的按照顺序动作。

每一步代表一个控制功能任务，用方框表示。

在方框内含有用于完成相应控制功能任务的梯形图逻辑。

这种编程语言使程序结构清晰，易于阅读及维护，大大减轻编程的工作量，缩短编程和调试时间。

同时也避免了用梯形图语言对顺序动作编程时，由于机械互锁造成用户程序结构复杂、难以理解的缺陷；用户程序扫描时间也大大缩短。

第二章双液混合液位搅拌机控制系统设计

2.1控制说明

本文采用双液注入法，用两台泵分别先后注入两种液体，并有一定的比例送入罐中，当达到中限位时，Y1阀门关闭，A液体停止注入，且Y2阀门打开，注入B液体，到达上限位时关闭Y2阀，此时电动机Y3开始工作，搅拌混合的液体，使A液体和B液体充分接触，完成反应，电动机停止工作，Y3阀门打开，放出液体，到达下限位后延时，之后Y3阀门关闭。

如此重复上述过程。

上限位、中限位、下限位液位传感器和压力传感器被液体淹没时为NO，阀FV1、FV2、FV3为电磁阀，线圈通电时打开，断电时关闭。

开始时容器为空，各阀门均关闭，各传感器为OFF。

按下启动钮（SB4）后，打开阀FV1，液体A液入容器，当中限位开关变为NO时，关闭FV1，打开阀FV2，液体B液入容器，当液面到达上限位开关时，关闭FV2，电机M开始进行搅动液体，10s后停止搅动，打开阀FV3，放出混合液，当液面降至下液位开关之后再经2s，容器放空，关闭FV3。

图4液体混合液位搅拌功能图

2.2双液混合液位搅拌机系统的I/O分配

X1FV1手动起动按纽SB1Y0FV1电磁阀

X2FV2手动起动按纽SB2Y1FV2电磁阀

X3FV3手动起动按纽SB3Y2FV3电磁阀

X4起动按纽SB4Y3电机

X5停止按纽SB5

X6S1上液位传感器

X7S2中液位传感器

X10S3下液位传感器

X13XS压力传感器

2．3PLC外部接线图

图5外部接线图

2．4控制面板

2．5顺序功能图

2．6控制梯形图

2．6．1手动控制指令

2．6．2自动控制梯形图

2．6．3自动控制指令表

2．7梯形图注解

按启动按钮X0，在按启1号阀门打开，并且定时，定时时间到1号阀门关闭。

当S22为活动步时，2号阀门打开，并且定时，定时时间到2号阀门关闭

两种液体注入后，电动机开始搅拌，搅拌时间到，开始排放。

当排放到最底时有传感器，采集的信号在延迟，最后阀们3关闭，就完成一次的液体混合。

2．8调试和运行维护情况

模拟调试时各部分程序可先分别调试，然后再再进行全部程序的调试，也可直接进行全部程序的调试

    为了增强PLC的抗干扰能力，提高其可靠性，PLC的每个开关量输入端都采用光电隔离等技术。