毕业论文液体自动混合装置的plc控制系统设计论文Word文件下载.docx

1、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。可编程控制器（ P L C ）是采用微机技术的通用工业自动化装置，近几年来，在国内已得到迅速推广普及。P L C正改变着工厂自动控制的面貌，对传统产业的技

2、术改造、发展新型工业具有重大的实际意义。但P L C发展很快，国外P L C产品更新换代更是如此。可编程控制器的结构多种多样，但其组成的一般原理基本相同，都是以微处理器位核心的结构，其功能的实现不仅基于硬件的作用，更要靠软件支持，实际上可编程控制器就是一种新型的工业控制计算机HITECH。1.2国内外相关领域的研究现状可编程序控制器从产生到现在，由于其编程简单、可靠性高、使用方便、维护容易、价格适中等优点，使其得到了迅猛的发展，在冶金、机械、石油、化工、纺织、轻工、建筑、运输、电力等部门得到了广泛的运用。可编程序控制器技术以与机器人技术、CAD/CAM技术并列为现代工业生产自动化到生产线的自动

3、化、柔性制造系统，乃至整个工厂的生产自动化，PLC均担当着重要的角色。从1969年出现的第一台PLC，经过几十年的发展，PLC已经发展到了第四代。第一代在1969-1972年。这个时期是PLC发展的初期，该时期的产品，CPU由中小规模集成电路组成，存储器为磁芯存储器。第二代在1973-1975年。该时期的产品已开始使用微处理器作为CPU，并初步具备自诊断功能，可能性有了一定的提高，但扫描速度不太理想。第三代在1976-1983年。PLC进入大发展阶段，这个时期的产品已采用8位和16位微处理器作为CPU,部分的产品还采用了多微处理器结构。在规模上向两极发展,即向小型、超小型和大型发展。第四代为1

4、983年到现在。这个时期的产品除采用16位以上的微处理器作为CPU外,可以将多台PLC链接起来，实现资源共享；可以直接用于一些规模较大的复杂控制系统；编程语言除了可使用传统的梯形图、流程图等外，还可以使用高级语言；外设多样化，可以配置CRT和打印机等。综合起来看，由于工业生产对自动控制系统需求的多样性，PLC的发展方向有两个：1、朝着小型、简易、价格低廉方向发展。近年来，单片机的出现，促进了PLC向紧凑型发展，体积减小，价格降低，可靠性不断提高。这种PLC可以广泛取代继电器控制系统，应用于单机控制和规模比较小的自动线控制，如日本立石公司的C20PC40PC60PC20HC40H等。2、朝着大型

5、、高速、多功能方向发展。大型的PLC一般为多处理器系统，由字处理器、位处理器和浮点处理器等组成，有较大的存储能力和功能很强的输入输出接口。通过丰富的智能外围接口，可以独立完成位置控制、闭环调节等特殊功能；通过网络接口，可级连不同类型的PLC和计算机，从而组成控制范围很大的局部网络，适用于大型自动化控制系统，如霍尼韦尔的9000系列等。1.3研究意义在国内的许多化工厂，水泥厂，钢厂，尤其是国有老厂，其控制系统还在使用过时的模拟控制，甚至是全人工控制。人工控制由于人员过多效益过低，生产的产品不够精确，安全隐患大增加了系统故障的可能性，还有就是工厂的试验设备和生产设备存在一定的相差度，以致影响了产品

6、质量和生产效益。而随着产品性能的提高，对自动控制系统的要求也越来越高，传统控制已达不到系统要求。随着大规模及超大规模集成电路的发展以及计算机的出现，控制系统开始由传统控制向自动（数字）控制方向发展。在生产过程、科学研究和其他产业领域中，可编程序自动控制技术的应用都是十分广泛的,在自动控制的设备中, 可编程序自动控制亦比其它的控制方法使用得更普遍。随着科学技术日新月异的发展,特别是大规模集成电路的问世和微处理机技术的应用,使可编程序自动控制技术进入了一个崭新的阶段，因此,了解和学习这些重要技术已是必不可少。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

7、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。目前我国仍有许多生产机械设备，都是采用继电器控制，除了可靠性差外，设计程序也很繁杂。从方案的确立到技术条件的设计以及施工的设计，图面的工作量很大，这势必造成设计周期长。而采用PLC控制可以大大缩短设计周期，甚至有些文件资料不必绘制成图。设计人员完全可以利用编程器上屏幕显示来输入，或修改程序使得梯形图能准确无误地反映生产要求。编程人员也可根据新产品对生产提出的新工艺

8、要求，重新编写程序并把它存储在EEPROM模块中，需要加工哪个产品的程序，操作人员可以随时调用，这既方便、简单又可保密。开发这种软件对优化生产过程，提高产品数量和质量，提高劳动生产率，非常具有实际意义。总之，现代的工业自动化生产线中,多数产家都采用PLC作为自动化生产线的控制。在未来的工业生产中，PLC仍然能够引导自动化行业的发展，随着电子技术的飞速发展，PLC将在各个领域更加适应不同客户的要求。1.4研究内容本论文研究的是两种液体的混合，具体控制要求如下1. 初始状态装置投入运行时，液体A、B阀门均为关闭状态，混合液阀门打开10s后关闭。2.起动操作按下启动按钮后，装置开始按下列规律运行：1

9、） 液体A阀门打开，液体A流入容器。当液面到达X2水位时，关闭液体A阀门，打开液体B阀门。2） 当液面到达高水位X3时，关闭B阀门，搅匀电动机开始搅匀。3） 搅匀电动机工作20S后停止搅动，混合液体阀门打开，开始放出混合液体。4）当液面下降到50时，再过5s后，混合液排气阀门关闭，一个周期结束。3报警当系统发生故障时，报警灯闪烁，停止混合系统运行。具体控制示意图如下图：图 1-1 两种液体混合控制示意图第2章 液体混合装置的控制的硬件设计2.1液体混合装置结构及控制要求下图为混合液体控制装置示意图，X2为A液体高度传感器，X3为加入B液体后混合液体高度传感器，X1为剩余50时液面高度传感器，液

10、体A、B与混合液阀由电磁阀Y1、Y2、Y3控制，排气电磁阀由 Y5控制，搅拌电动机由Y4电磁阀控制，报警由电磁阀Y6控制，M为搅匀电动机。图2-1混合液体控制装置示意图2.2 硬件选用2.2.1选择接触器1 选用CJX1-9，220V型接触器，如图2-2所示：图2-2 CJX1-9，220V型交流接触器其中“C”表示接触器，“J”表示交流，20为设计编号，10/16为主触头额定电流2 用途CJX1系列交流接触器（以下简称接触器）适用于交流50Hz 或 60Hz，压至660V，额定绝缘电压至660V；电流9475A（380V、AC-3使用类别）的电力线路中供远距离接通或分断电路之用，可频繁地起动

11、及控制交流电动机。适用于控制交流电动机的起动、停止及反转。3 工作条件 海拔高度不超过2000米；周围环境温度：-25+40；空气相对湿度：在40时不超过50%，低温时允许有较大的相对湿度；大气条件：没有会引起爆炸危险的介质，也没有会腐蚀金属和破坏绝缘的气体和导电尘埃 。安装位置：安装面与垂直面的倾斜度不超过5；在无显著摇动和冲击的地方；在没有雨雪侵袭的地方；控制电压允许变动范围：85%110%US。4 结构特征 总体结构：接触器为E字形铁芯，双断点触头的直动式运动结构。接触器动作机构灵活，手动检查方便，结构设计紧凑，可防止外界杂物及灰尘落入接触器活动部位。接线端有罩盖，人手不会直接接触带电部

12、位，可确保使用安全。接触器外形尺寸小巧，安装面积小。安装方式可用螺钉坚固，938A也可扣装在35毫米宽的标准安装导轨上，装卸迅速、方便。触头系统：主触头、辅助触头均为桥式双断点结构，触头材料由导电性能优越的银合金制成，具有使用寿命长及良好的接触可靠性，灭弧室成封闭型，并由阻燃性材料阻挡电弧向外喷溅，保证人身及邻近电器的安全。磁系统：938A接触器的磁系统是通用的，电磁铁工作可靠、损耗小、具有很高的机械强度，线圈的接线端装有电压规格的标志牌，标志牌按电压等级著有特定的颜色，清晰醒目，接线方便，可避免因接错电压规格而导致线圈烧毁。2.2.2选择搅拌电机三相异步电动机应用非常广泛，因而正确的选择电动

13、机显得极为重要。三相异步电动机的选择包括它的功率、种类、方式、电压和转速等。1 功率选择 合理选择电动机的功率是运行安全和经济的可靠保证。所选电动机的功率是由生产机械所需的功率确定的。1）. 连续运行电动机功率的选择 原则：对于连续运行的电动机，若负载是恒定负载，先算出生产机械的功率，所选电动机的额 定功率稍大于或等于生产机械功率（即若负载是变化的，计算比较复杂，通常根据生产机械负载的变化规律求出等效的恒定负载，然后选择电动机）。2）. 短时运行电动机功率的选择 通常是根据过载系数来选择短时运行电动机的功率。 （原因由于发热惯性，在短时运行时可以容许过载。工作时间愈短，过载可以愈大。但电动机的

14、过载是受限制的）。电动机的额定功率是生产机械所要求功率的1/。2 种类和型式的选择 种类选择原则：主要从交流或直流、机械特性、调速与起动性能、维护及价格等方面来考虑。结构型式选择原则：根据生产机械的周围环境条件来确定。电动机常用的结构型式有：开启式、防护式、封闭式、防爆式。 3 电压和转速的选择 电压等级选择原则：要根据电动机类型、功率以及使用地点的电源电压来决定。Y系列笼型电动机的额定电压只有380V一个等级；大功率异步电动机才采用3000V、6000V的电压等级。转速选择原则：根据生产机械的要求而选定。图2-3 电动机型号为Y90S-6/0.75KWY系列三相异步电动机是一般用途低压三相鼠

15、笼型异步电动机基本系列。该系列可以满足国内外一般用途的需要，机座范围80-315，是全国统一设计的系列产品。Y系列电动机具有高效、节能、性能好、振动小、噪声低、寿命长、可靠性高、维护方便、起动转矩大等优点。安装尺寸和功率等级完全符合IEC标准。采用B级绝缘、外壳防护等级为IP44，冷却方式IC418. 2.2.3选择小型三极断路器图2-4 DZ47-63系列小型断路器适用范围：交流50Hz额定工作电压至380V额定电流至63A额定短路分断能力不超过6000A的配电线路中作为过载和短路保护之用，亦可作为线路不频繁通断操作与转换之用，断路器符合GB10963.1标准。2.2.4选择液位传感器选用L

16、SF-2.5型液位传感器（图2-5）图 2-5 LSF-2.5型液位传感器其中“L”表示光电的，“S”表示传感器，”F“表示防腐蚀的，2.5为最大工作压力。LSF系列液位开关可提非常准确、可靠的液位检测，其原理是依据光的反射折射原理，当没有液体时，光被前端的棱镜面或球面反射回来；有液体覆盖光电探头球面时，光被折射出去，这使得输出发生变化，相应的晶体管或继电器动作并输出一个开关量。应用此原理可制成单点或多点液位开关。LSF光电液位开关具有较高的适应环境的能力，在耐腐蚀方面有较好的抵抗能力。相关元件主要技术参数及原理如下：1. 工作压力可达2.5Mpa；2. 工作温度上限为125；3. 触点寿命为

17、100万次；4. 触点容易为70W；5. 开关电压为24VDC；6. 切换电流为0.5A。2.2.5选择电磁阀1 入罐液体的选用入罐液体的选用VF4-25型电磁阀，如图2-6所示：图2-6 VF4-25型电磁阀其中“v”表示电磁阀，“F”表示防腐蚀，4表示设计序号，25表示口径（mm）宽度。 相关元件主要技术参数及原理如下： l） 材质：聚四氟乙烯。使用介质：硫酸、盐酸、有机溶剂、化学试剂等酸碱性的液体； 2）. 介质温度150环境温度-20一60； 3）. 使用电压：AC:220V50HZ/60HZ DC:24V；4）. 功率：2.5KW；5）. 操作方式：常闭：通电打开，断电关闭，动作响应

18、迅速，高频率。2 出罐液体的选用出罐液体的选用AVF-40型电磁阀，如图2-8所示：图2-7 -AVF-40型电磁阀其中“A”表示可调节流量， “V”表示电磁阀，“F”表示防腐蚀，40为口径（mm）1）. 其最大特点就是能通过设备上的按健设置来控制流量，达到定时排空的效果；2）. 其阀体材料为：ABS，有比较强的抗腐蚀能力；3）. 使用电压：220V 50HZ/60HZ DC:5KW。2.2.6选择泄压阀由控制系统中的要求，泄压阀选用浙江三正阀门有限公司生产的YQ98002型过滤活塞式安全泄压阀，其主要特点如下：1、设定压力准确，能长期稳定，一旦超压能迅速泄压。2、弹性软密封，确保可靠，滴水不

19、陋。3、Y形宽体腔筏，流阻小、抗汽蚀性强，无噪音。4、活塞传动，平稳可靠。5、可任何角度安装。图2-8 YQ98002型过滤活塞式安全泄压阀2.3 S7-200的CPU的选择在本控制系统中，所需的开关量输入为6点，开关量输出为6点，考虑到系统的可扩展性和维修的方便性，选择模块式PLC。由于输入输出数比较少，所以我们的PLC控制器选用西门子的S7-200，CPU为224的模块就足够了。 1 编程器的选用与简介1）西门子STEP 7-Micro/WIN32编程软件简介 STEP 7-Micro/WIN32编程软件是西门子公司专为SIMATIC系列S7-200可编程控制器研制开发的编程软件，它可以使

20、用个人计算机作为图形编程器，用于在线（联机）或者（脱机）开发用户程序，并可在线实时监控用户程序的执行状态，是西门子S7-200用户不可缺少的开发工具。具有简单，易学，高效，节省编程时间，能够解决复杂的自动化任务；它具有强大的拓展功能，现在汉化程序后，可在汉化的界面下进行操作，使用起来更加方便。S7-200PLC结构如下图：图2-9 S7200 PLC结构2 ）S7-200系列PLC概述 西门子S7系列可编程控制器分为S7-400、S7-300、S7-200三个系列，分别为S7系列的大、中、小型可编程控制器系统。S7-200系列可编程控制器有CPU21X系列，CPU22X系列，22版与21版相比

21、，硬件、软件都有改进。22版向下兼容21版的功能。 22版与21的主要区别是： 21版CPU的自由口通讯速率300、600被22版的57600、115200所取代，22版不再支持300和600波特率，22版不再有智能模块位置的限制其中CPU22X型可编程控制器提供了4个不同的基本型号，常见的有CPU221，CPU222，CPU224和CPU226四种基本型号。 a 集成的24V电源 可直接连接到传感器和变送器执行器，CPU 221和CPU222具有180mA 输出。CPU224输出280mA，CPU 226、CPU 226XM输出400mA 可用作负载电源。b 高速脉冲输出 具有2 路高速脉冲

22、输出端，输出脉冲频率可达20KHz，用于控制步进电机或伺服电机，实现定位任务 c 通信口 CPU 221、CPU222和CPU224具有1个RS-485通信口。CPU 226、CPU 226XM具有2个RS-485通信口。支持PPI、MPI通信协议，有自由口通信能力。 d 模拟电位器 CPU221/222有1个模拟电位器，CPU224/226/226XM有2个模拟电位器。模拟电位器用来改变特殊寄存器（SMB28，SMB29）中的数值，以改变程序运行时的参数。如定时器、计数器的预置值，过程量的控制参数。 e 中断输入允许以极快的速度对过程信号的上升沿作出响应。f EEPROM 存储器模块 可作为

23、修改与拷贝程序的快速工具，无需编程器并可进行辅助软件归档工作。 g 电池模块 用户数据（如标志位状态、数据块、定时器、计数器）可通过内部的超级电容存储大约5 天。选用电池模块能延长存储时间到200天（10年寿命）。电池模块插在存储器模块的卡槽中。 h 不同的设备类型 CPU 221226 各有2种类型CPU，具有不同的电源电压和控制电压。 I 数字量输入/输出点 CPU 221具有6个输入点和4个输出点；CPU 222具有8个输入点和6个输出点；CPU 224 具有14个输入点和10个输出点；CPU226/226XM 具有24个输入点和16个输出点。CPU22X主机的输入点为24V直流双向光电

24、耦合输入电路，输出有继电器和直流（MOS型）两种类型。 j 高速计数器 CPU 221/222有4个30KHz高速计数器，CPU224/226/226XM有6个30KHz的高速计数器，用于捕捉比CPU扫描频率更快的脉冲信号。下图为S7-200PLC的结构分布示意图：图2-10 S7-200PLC的结构分布示意图S7-200的工作环境要求为： 0C55C，水平安装 0C45C，垂直安装 相对湿度95%，不结露 西门子还提供S7-200的宽温度范围产品（SIPLUSS7-200）： 工作温度范围：-25C+70C 相对湿度：55C时98%，70C时45% 其他参数与普通S7-200产品相同2 S7

25、200 PLC运行示意图图2-11 S7-200PLC的运行示意3 S7200 PLC结构S7-200 CPU将一个微处理器、一个集成电源和数字量I/O点集成在一个紧凑的封装中，从而形成了一个功能强大的微型PLC， 在下载了程序之后，S7-200将保留所需的逻辑，用于监控应用程序。，下图为PLC控制液体混合的示意图。图2-12 PLC控制液体混合的示意图4 下图为S7-200的扫描工作过程图2-13 S7-200的扫描工作过程 如图S7-200的扫描工作过程知，PLC可自动检测I/O口是否出错，CPU可强制为STOP，但是本设计，出错后报警，报警灯要闪烁，所以不能强制为STOP，只能用程序控制停止程序。第3章 液体混合装置的控制的软件设计3.1控制要求及分析：对1）的分析，由于A液体电磁阀动作两次，分别表示注入A液体和停止A液体的注入，所以为了便于分析，不用停止注入A液体作为注入B液体的顺序开关。而用初始状态结束作为注入B液体的顺序开关。对3）的分析：由于初始状态也有混合液体电磁阀的动作，所以用搅拌结束作为第二次混合液体电磁阀的动作的顺序开关。对4）的分析：对于排气电磁阀，假设是在液面降到50时，排气阀打开，5S之后，混合液体停止排放，排气阀关闭。当系统发生故障时，报警灯闪烁，停止混合