液体混合自动控制系统.docx

1、液体混合自动控制系统 Xinjiang Institute of Engineering 毕 业 论 文论文题目 液体混合自动控制系统 系（部） 电气与信息工程系 学科专业 电气自动化 班 级 姓 名 学 号 指导教师 二一四年四月二十日新疆工程学院毕业论文任务书学 生 姓 名专 业 班 级论 文 题 目液体混合自动控制系统接受任务日期2014年3月3日完成任务日期2014年4月22日指 导 教 师指导教师单位新疆工程学院论文要求1.熟悉液体混合自动控制系统。2.绘制液体混合自动控制系统的电气原理图、控制系统的PLC I/O接线图和梯形图。3.根据用户要求设计系统的画面 。4、填写比较完善的程

2、序，进行软件的模拟仿真。教师指导过程记录布置设计任务，深入了解设计内容，阅读参考资料。1.第一周：熟悉组态王软件及液体混合自动控制系统。2.第二周：根据控制工艺编写程序。3.第三周，第四周制作数据报表、绘制运行曲线。4.第五周设置用户权限管理及工程安全管理，编辑用户菜单。5第六周调试程序，编写设计说明书。6.第七周：修改，打印说明书，画正式图纸。总结，准备毕业答辩，完成答辩。参考资料(1) 北京昆仑通态自动化软件科技有限公司MCGS工控组态软件用户指南。 2003.5（2）马西秦，自动检测技术，北京：机械工业出版社。2008.9（3）丁炜，过程控制仪表及装置，北京：电子工业出版社。2011.3

3、新疆工程学院毕业论文成绩表学 生 姓 名专 业 班 级论 文 题 目液体混合自动控制系统考 核 项 目考 核 内 容满分评分一、指导教师评分1、工作态度与纪律102、基本理论、基本知识、基本技能和外文水平103、独立工作能力、分析和解决问题能力104、完成任务的情况与水平（论文质量）10指导教师签字： 年 月 日二、评阅教师评分1、论文质量（正确性、条理性、创造性和实用性）152、成果技术水平（理论分析、计算、实验和实物性能）15评阅教师签字： 年 月 日三、答辩小组评分1、完成任务书所规定的内容和要求52、论文的质量53、课题论文内容的讲述104、回答问题的正确性10答辩组长签字： 年 月

4、日四、答辩小组成绩评定：负责人签字： 年 月 日五、答辩委员会意见：答辩委员会主任签字： 年 月 日摘 要基于组态王的液体混合监控系统设计，以PLC控制两种液体的混合控制，其要求是将两种液体按一定比例混合，在电动机搅拌后要达到一定的温度才能将混合的液体输出容器。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。利用组态王，对其整个过程进行监控。当在不知道所写程序是否真确的情况下，直接将程序下载到PLC进行试运行，对于工业工厂来说，PLC的控制对象是实物，难维护，试运行是不现实的，于是，我们就需要一个虚拟的PLC来运行这个程序。PLC可以模拟现场的PLC为组态王提供数据。再通过组态王的监

5、控，观察所做项目是否可行。应用组态软件在计算机屏幕上全真模拟PLC的控制对象可以弥补上述不足，它还能以动画形式演示PLC控制对象的工作过程，具有成本低、免维护、灵活多样、形象直观等优点。北京亚控公司推出的“组态王”软件，具有可靠性高、通信快速、功能强大、界面友好和开发简洁等优点，可用来开发实验室仿真PLC控制对象，可利用有限的设备验证多样化的程序，增强PLC的使用效果。本项目即使用PLC200和组态王通信。关键词：混合；PLC；组态王；监控。 AbstractBased on kingview liquid mixing device designed to PLC control two l

6、iquids mixed control, the requirement is two kinds of liquid mixing proportional to stir in motor, reaches a certain temperature can be mixed liquid output containers. And, in accordance with state formation cycle stop button to complete the mixed still can end. Use kingview to the whole process, mo

7、nitor. When did not know whether to write programs that the true situation, direct download to PLC for test for industrial factory, PLC control object is real, maintenance, operation is not reality, then, well need a virtual PLC to run this program. Simulation PLC can simulate the PLC for kingview p

8、rovides data. Through the kingview monitoring, excellent project is feasible. Application configuration software in computer screen of PLC control object quanzhen simulation could make up for the deficiencies in animation, it can form the PLC control object demonstration work process, with low cost,

9、 maintenance, flexible, intuitive, etc. Beijing and the launch of the kingview software, has high reliability and communication rapid, powerful, friendly interface, and development advantages, such as simple laboratory simulation used to develop PLC control object, use limited equipment validation p

10、rocedures, enhance the diversification of the use of PLC. This project is using simulation PLC and configuration, assuming the whole letter in computer simulation of PLC connection COM1 mouth.Keywords: mix； PLC； Kingview； Monitor.第一章 前言为了提高产品质量，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

11、、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是易燃易爆、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。所有为了帮助相关行业，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

12、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商通用汽车公司（GM）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的使用。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，简称PLC，并在GM公司的汽车自动装配线上实验获得了成功。PLC一

13、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，具有良好的课移植性和可维护性。第二章 组态王软件的介绍2.1 组态王简介 “组态王”是运行于MicrosoftWindows98/NT及以上中文平台的全中文界面的组套软件，采用了多线程、COM组件等新技术，实现了实时多任务、软件运行可靠。组态王具有一个集成开发环境：组态王工程浏览器

14、，在工程浏览器中，你可以查看工程的各个组成部分，也可以完成构造数据库、定义外部设备等工作。画面的开发和运行有工程浏览器调用画面制作系统TOUCHMAK和画面运行系统TOUCHVEW来完成的。TOUCHMAK是应用程序的开发环境。您需要在这个环境中完成设计画面，动画连接等工作。TOUCHMAK具有先进完善的图形生成功能：数据库中有多种数据类型，能合理地抽象控制对象的特性；对变量报警，趋势曲线，过程记录，安全防范等重要功能都有简单的操作办法。TOUCHVEW是“组态王”软件的实时运行环境，在TOUCHMAK中建立的图形画面只有在TOUCHVEW中才能运行。TOUCHVEW从工业控制对象中采集数据，

15、并记录在实时数据库中。它还负责把数据的变化用动画的方式形象地表示出来，同时完成变量报警，操作记录，趋势曲线等监视功能，并生成历史数据文件。组态王开发监控系统软件，是新型的工业自动控制系统，它以标准的工业计算机软、硬件平台构成的集成系统取代传统的封闭式系统。它具有适应性强、开放性好、易于扩展、经济、开发周期短等优点。通常可以把这样的系统划分为控制层、监控层、管理层三个层次结构。其中监控层对下连接控制层，对上连接管理层，它不但实现对现场的实时监测与控制，且在自动控制系统中完成上传下达、组态开发的重要作用。尤其考虑三方面问题：画面、数据、动画。通过对监控系统要求及实现功能的分析，采用组态王对监控系统

16、进行设计。组态软件也为试验者提供了可视化监控画面，有利于试验者实时现场监控。而且，它能充分利用Windows的图形编辑功能，方便地构成监控画面，并以动画方式显示控制设备的状态，具有报警窗口、实时趋势曲线等，可便利的生成各种报表。它还具有丰富的设备驱动程序和灵活的组态方式、数据链接功能。在工业控制领域，随着自动化程度的迅速提高，用户对控制系统的过程监控要求越来越高，人机界面的出现正好满足了用户这一需求。人机界面可以对控制系统进行全面监控，包括过程检测、报警提示、数据记录等功能。基于组态王设计的系统具有界面友好、易于操作、运行可靠、便于升级等特点，从而使控制系统变得操作人性化、过程可视化，在自动控

17、制领域的作用日益显著。2.2组态王的安装“组态王”软件存于一张光盘上。光盘上的安装程序Install.exe程序会自动运行，启动组态王安装过程向导。“组态王”的安装步骤如下：第一步：启动计算机系统。第二步：在光盘驱动器中插入“组态王”软件的安装盘，系统自动启动Install.exe安装程序。(用户也可通过光盘中的Install.exe启动安装程序)该安装界面左面有一列按钮，将鼠标移动到按钮各个位置上时，会在右边图片位置上显示各按钮中安装内容提示。如上图所示。左边各个按钮作用分别为：“安装阅读”按钮：安装前阅读，用户可以获取到关于版本更新信息、授权信息、服务和支持信息等。“安装组态王程序”按钮：

18、安装组态王程序。“安装组态王驱动程序”按钮：安装组态王IO程序。“安装加密锁驱动程序”按钮：安装授权加密锁驱动程序。“退出”按钮：退出Install.exe程序。第三步：开始安装。点击“安装组态王程序”按钮，将自动安装“组态王”软件到用户的硬盘目录，并建立应用程序组。第四步:继续安装。请单击“下一个”按钮，弹出“软件许可证协议”对话框。该对话框的内容为“北京亚控科技发展有限公司”与“组态王”软件用户之间的法律约定，请用户认真阅读。如果用户同意“协议”中的条款，单击“是”继续安装；如果不同意，单击“否”退出安装。单击“后退”，返回上一个对话框。单击“是”，弹出“用户信息”对话框，请输入“姓名”和

19、“公司名称”。单击“后退”返回上一个对话框；单击“取消”退出安装程序；单击“下一个”弹出“确认用户信息”对话框。如果对话框中的用户注册错误的话，单击“否”返回“用户信息”对话框。如果正确，单击“是”，进入程序安装阶段。第四步：选择组态王软件安装路径。确认用户注册信息后，弹出“选择目标位置”对话框，选择程序的安装路径。由对话框确认“组态王”软件的安装目录。默认目录为c:ProgramFilesKingView，若希望安装到其它目录，请单击“浏览”按钮，弹出选择文件夹的对话框，选择你所想的文件夹安装。第五步：选择安装类型。单击“下一个”按钮。出现如下图所示对话框，此对话框确定安装方式。选择“典型安

20、装”。点击“下一步”开始安装组态王。第六步：安装完毕。待安装完毕，重启计算机，就可以使用组态王了。2.3组态王的基本使用方法使用组态王实现控制系统实验仿真的基本方法：(1)图形界面的设计1.新建画面。在工程浏览器中左侧的树形视图中选择“画面”，在右侧视图中双击“新建”。工程浏览器将运行组态王开发环境TOUCHMAK，弹出如下对话框。在“新画面”对话框中设置如下图，在对话框中单击“确定”。2.使用图形工具箱。绘制图素的主要工具放置在图形编辑器工具箱内。当画面打开时，工具箱自动显示，如果工具箱没有出现，选择菜单“工具/工具箱”或按F10键打开它。(2)定义外部设备和构造数据库1.组态王把那些需要与

21、之交换数据的设备，或程序都作为外部设备。外部设备包括：下位机（PLC、仪表、板卡等），它们一般通过串行口和上位机交流数据。只有在定义了外部设备后，组态王才能通过I/O变量和它们交换数据。为了方便设计者定义外部设备，组态王设计了“设备配置向导”，一步步引导你完成设备的连接。2.数据库是组态王最核心的部分。在TOUCHVEW运行时，工业现场的生产状况熬以动画的形式反映在屏幕上，操作者在计算机前发布的指令也要迅速送达生产现场，所有这一切都是要以实时数据库为中介环节，所以说数据库是联系上位机和下位机的桥梁。（3）定义变量对于我们将要设计的项目，需要从下位机采集数据，需要在数据库中定义这若干个变量。因为

22、这些数据是通过驱动程序采集到的，所三个变量的类型都是I/O实型变量。在工程浏览器的左侧选择“数据词典”，在右侧双击“新建”，弹出“变量属性”对话框，设置完成后，单击“确定”。（4）建立动画连接在画面上双击图形对象，弹出“动画连接”对话框。单击“填充”等按钮，弹出“填充连接”等对话框，注意填充方向和填充色的选择。单击“确定”。单击“动画连接”对话框的“确定”。（5）运行和调试在主监控画面，点击左上角文件按钮，在下拉菜单中选择“切换到view”，进入监控画面。画面将显示从下位机采集到的数据。第三章 液体混合系统的硬件设计3.1 硬件选型3.1.1 PLC机型选择机型选择的基本原则是在满足控制功能要

23、求的前提下，保证系统工作可靠、维护使用方便及最佳的性能价格比。具体应考虑的因素如下所述。1结构合理对于工艺过程比较固定、环境条件较好、维修量较小的场合，选用整体式结构的PLC；否则，选用模块式结构的PLC，物料混合控制系统的设计选用整体式结构的PLC能够达到要求。2功能强、弱适当 对于开关量控制的工程项目，若控制速度要求不高，一般选用低档的PLC，西门子公司的S7-200系列机或欧姆龙公司的COM1。3机型统一 PLC的结构分为整体式和模块式两种。整体式结构把PLC的I/O和CPU放在一块印刷电路板上，并封装在一个壳体内，省去了插接环节，因此体积小、价格便宜。但由于整体式结构的PLC功能有限，

24、只适用于控制要求比较简单的系统。一般大型的控制系统都使用模块式结构，这样功能易扩展，比整体式灵活。一个大型企业选用PLC时，尽量要做到机型统一。由于同一机型的PLC，其模块可互为备用，以便备件的采购和管理；另外，功能及编程方法统一，有利于技术人员的培训；其外部设备通用也有利于资源共享。若配备了上位计算机，可把各独立系统的多台PLC联成一个多级分布式控制相互通信，集中协调管理。物料混合控制系统控制要求比较简单选择整体式结构的PLC。4是否在线编程PLC的特点之一是使用灵活。当被控设备的工艺过程改变时，只需用编程器重新修改程序，就能满足新的控制要求，给生产带来很大方便。PLC的编程分为离线编程和在

25、线编程两种。离线编程的PLC，其主机和编程器共用物料混合控制系统采用离线编程。5PLC的环境适应性由于PLC是直接用于工业控制的工业控制器，生产厂家都把它设计成能在恶劣的环境条件下可靠地工作。尽管如此，每种PLC都有自己的环境技术条件，用户在选用时，特别是在设计控制系统时，对环境条件要进行充分的考虑。一般PLC及其外部电路（I/O模块、辅助电源等）都能在下列环境条件下可靠工作：温度：工作温度055，最高为60储存温度： -4085湿度：相对湿度5%95%(无凝结霜)振动和冲击： 满足国际电工委员会标准电源：交流200V，允许变化范围为-15%15%，频率为4753Hz瞬间停电保持l0ms环境：

26、周围空气不能混有可燃性、爆炸性和腐蚀性气体对于需要应用在特殊环境下的PLC，要根据具体的情况进行合理的选择。3.1.2 PLC容量选择PLC容量包括两个方面：一是I/O的点数；二是用户存储器的容量（字数）。PLC容量的选择除满足控制要求外，还应留有适当的裕量，以做备用。根据经验，在选择存储容量时，一般按实际需要的10%25%考虑裕量。对于开关量控制系统，存储器字数为开关量I/O乘以8；对于有模拟量控制功能的PLC，所需存储器字数为模拟内存单元数乘以100。通常，一条逻辑指令占用存储器一个字。计时、计数、移位及算术运算、数据传输等指令占用存储器两个字。各种指令占存储器的字数可查阅PLC产品使用手

27、册。I/O点数也应留有适当裕量。由于目前I/O点数较多的PLC价格也较高，若备用的I/O点的数量太多，将使成本增加。根据被控对象的输入信号和输出信号的总点数，并考虑到今后的调整和扩充，通常I/O点数按实际需要的10%15%考虑备用量。3.1.3 I/O模块的选择PLC是一种工业控制系统，它的控制对象是工业生产设备或工业生产过程，它的工作环境是工业生产现场。它与工业生产过程的联系是通过 通过I/O接口模块可以检测被控生产过程的各种参数，并以这些现场数据作为控制器对被控制对象进行控制的依据。同时控制器又通过I/O接口模块将控制器的处理结果送给工业生产过程中的被控设备，驱动各种执行机构来实现控制。外

28、部设备或生产过程中的信号电平各种各样，各种机构所需的信息电平也是各种各样的，而PLC的CPU所处理的信息只能是标准电平，所以I/O接口模块还需实现这种转换。PLC从现场收集的信息及输出给外部设备的控制信号都需经过一定距离。为了确保这些信息的正确无误，PLC的I/O接口模块都具有较好的抗干扰能力。根据实际需要，PLC相应有许多种I/O接口模块，包括开关量输入模块、开关量输出模块、模拟量输入模块及模拟量输出模块，可以根据实际需要进行选择使用。1确定I/O点数I/O点数的确定要充分的考虑到裕量，能方便地对功能进行扩展。对一个控制对象，由于采用不同的控制方法或编程水平不一样，I/O点数就可能有所不同。

29、2开关量I/O标准的I/O接口用于同传感器和开关（如按钮、限位开关等）及控制（开/关）设备（如指示灯、报警器、电动机起动器等）进行数据传输。典型的交流I/O信号为24240V（AC），直流I/O信号为524V（DC）。 3选择开关量输入模块主要从下面两方面考虑：一是根据现场输入信号与PLC输入模块距离的远近来选择电平的高低。一般24V以下属于低电平，其传输距离不宜太远。如12V电压模块一般不超过10m，距离较远的设备选用较高电压模块比较可靠。二是高密度的输入模块，如32点输入模块，能允许同时接通的点数取决于输入电压和环境温度。一般同时接通的点数不得超过总输入点数的60%。4选择开关量输出模块时

30、应从以下三个方面来考虑：一是输出方式选择。输出模块有三种输出方式：继电器输出、晶闸管输出、晶体管输出。其中，继电器输出价格便宜，使用电压范围广，导通压降小，承受瞬时过电压和过电流的能力强，且有隔离作用。但继电器有触点，寿命较短，且响应速度较慢，适用于动作不频繁的交直流负载。当驱动电感性负载时，最大开闭频率不得超过1Hz。晶闸管输出（交流）和晶体管输出（直流）都属于无触点开关输出，适用于通断频繁的感性负载。感性负载在断开瞬间会产生较高反电压，必须采取抑制措施。二是输出电流的选择。模块的输出电流必须大于负载电流的额定值，如果负载电流较大，输出模块不能直接驱动时，应增加中间放大环节。对于电容性负载、

31、热敏电阻负载，考虑到接通时有冲击电流，要留有足够的余量。三是允许同时接通的输出点数。在选用输出点数时，不但要核算一个输出点的驱动能力，还要核算整个输出模块的满负荷负载能力，即输出模块同时接通点数的总电流值不得超过模块规定的最大允许电流值。3.1.4 电源模块的选择电源模块的选择一般只需考虑输出电流。电源模块的额定输出电流必须大于处理器模块、I/O模块、专用模块等消耗电流的总和。以下步骤为选择电源的一般规则：1确定电源的输入电压；2将框架中每块I/O模块所需的总背板电流相加，计算出I/O模块所需的总背板电流值；3I/O模块所需的总背板电流值再加上以下各电流： （1） 框架中带有处理器时，则加上处理器的最大电流值； （2） 当框架中带有远程适配器模块或扩展本地I/O适配器模块时，应加上其最大电流值。4如果框架中留有空槽用于将来扩展时，可做以下处理； （1） 列出将来要扩展的I/O模块所需的背板电流； （2） 将所有扩展的I/O模块的总背板电流值与步骤。5在框架中是否有用于电源的空槽，否则将电源装到框架的外面。6根据确定好的输