畢業(yè)設(shè)計(jì)----基于plc液體藥品成分混合的控制設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　基于西門子PLC液體藥品成分混合的控制設(shè)計(jì)</p><p>　　系 部 電子信息工程 </p><p>　　專 業(yè) 名 稱 電子信息科學(xué)與技術(shù) </p><p>　　班 級(jí) 電子信息

2、科學(xué)與技術(shù) 2 班 </p><p>　　姓 名 </p><p>　　學(xué) 號(hào) </p><p>　　指 導(dǎo) 教 師 </p><p>　　2010年11月28日</p><p

3、>　　基于西門子PLC液體藥品成分混合的控制設(shè)計(jì)</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　PLC是以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心的通用自動(dòng)控制裝置，也可以說它是一種用程序來改變控制功能的計(jì)算機(jī)。隨著微處理器、計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)的飛速發(fā)展，可編程序控制器PLC已在工業(yè)控制中得到廣泛應(yīng)用，而且所占比重在迅速的上升。PLC主要由CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊

4、和編程裝置組成。它應(yīng)用于工業(yè)混合攪拌設(shè)備，使得攪拌過程實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化控制、并且提升了攪拌設(shè)備工作的穩(wěn)定性，為攪拌機(jī)械順利、有序、準(zhǔn)確的工作創(chuàng)造了有力的保障。本文所介紹的多種液體混合的PLC控制程序可進(jìn)行單周期或連續(xù)工作，具有斷電記憶功能，復(fù)電后可以繼續(xù)運(yùn)行。另外，PLC還有通信聯(lián)網(wǎng)功能，再通過WINCC組態(tài)，可直接對(duì)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控、更方便工作和管理。</p><p>　　關(guān)鍵詞：可編程序控制器PLC；液位傳感器； 定時(shí)器

5、；</p><p>　　Based on PLC control system of mixing effcieng</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Computer technology as the core of PLC in the general automatic control equip

6、ment, it is a kind of program to change control function of the computer. As microprocessors, computer and communication technology, the rapid development of PLC programmable controller has widely applied in industrial c

7、ontrol, and the proportion of the rapid rise in. PLC mainly consists of CPU module, input and output module and programming module device. It is applied in industry, mixing equipment mixing process reali</p><p

8、>　　Key words: PLC programmable controller, Level sensor, The timer,</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　第一章 引言1</b></p><p>　　第二章 總體方案設(shè)計(jì)3</p><p>

9、;　　第三章 硬件設(shè)計(jì)5</p><p>　　3.1 硬件選型，根據(jù)PLC的輸入、出點(diǎn)數(shù)，控制功能選擇適用型號(hào)的PLC5</p><p>　　3.1.1 PLC機(jī)型選擇5</p><p>　　3.1.2 PLC容量選擇7</p><p>　　3.1.3 I/O模塊的選擇7</p><p>　　3.1.4

10、 電源模塊的選擇9</p><p>　　3.1.5 設(shè)備型號(hào)選擇10</p><p>　　3.2 外部接線圖10</p><p>　　3.3 系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)，可靠性、實(shí)用性強(qiáng)11</p><p>　　第四章 程序設(shè)計(jì)13</p><p>　　4.1設(shè)計(jì)程序的流程圖13</p><p>

11、　　4.2 I/O分配表14</p><p>　　4.3 控制程序設(shè)計(jì)，最大限度的滿足被控對(duì)象的控制要求15</p><p>　　4.3.2 程序設(shè)計(jì)17</p><p>　　第六章 系統(tǒng)調(diào)試22</p><p>　　6.1 系統(tǒng)模擬調(diào)試，在編程軟件和仿真軟件對(duì)控制程序調(diào)試22</p><p><b&g

12、t;　　第七章 總結(jié)24</b></p><p>　　7.1 本設(shè)計(jì)的整體內(nèi)容和要求24</p><p>　　7.2 本設(shè)計(jì)的功能和優(yōu)點(diǎn)24</p><p>　　7.3 本次設(shè)計(jì)的心得體會(huì)25</p><p><b>　　結(jié)論26</b></p><p><b>　

13、　致 謝27</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)28</b></p><p><b>　　第一章引 言</b></p><p>　　1.1PLC的創(chuàng)始和發(fā)展過程</p><p>　　為了提高產(chǎn)品質(zhì)量，縮短生產(chǎn)周期，適應(yīng)產(chǎn)品迅速更新?lián)Q代的要求，產(chǎn)品生產(chǎn)正在向縮短生產(chǎn)周期、降低

14、成本、提高生產(chǎn)質(zhì)量等方向發(fā)展。在煉油、化工、制藥等行業(yè)中,多種液體混合是必不可少的工序, 而且也是其生產(chǎn)過程中十分重要的組成部分。但由于這些行業(yè)中多為易燃易爆、有毒有腐蝕性的介質(zhì), 以致現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境十分惡劣, 不適合人工現(xiàn)場(chǎng)操作。另外, 生產(chǎn)要求該系統(tǒng)要具有混合精確、控制可靠等特點(diǎn), 這也是人工操作和半自動(dòng)化控制所難以實(shí)現(xiàn)的。所以為了幫助相關(guān)行業(yè), 特別是其中的中小型企業(yè)實(shí)現(xiàn)多種液體混合的自動(dòng)控制, 從而達(dá)到液體混合的目的，液體混合自動(dòng)

15、配料勢(shì)必就是擺在我們眼前的一大課題。借助實(shí)驗(yàn)室設(shè)備熟悉工業(yè)生產(chǎn)中PLC的應(yīng)用，了解不同公司的可編程控制器的型號(hào)和原理，熟悉其編程方式，而多種液體混合裝置的控制更常見于工業(yè)生產(chǎn)中，適合大中型飲料生產(chǎn)廠家，尤其見于化學(xué)化工業(yè)中，便于學(xué)以致用。</p><p><b>　　PLC的中國現(xiàn)狀 </b></p><p>　　我國工業(yè)企業(yè)的自動(dòng)化程度普遍偏低，PLC產(chǎn)品的應(yīng)用空間

16、還很大。例如機(jī)械行業(yè)，80%以上的設(shè)備仍使用傳統(tǒng)的繼電器和接觸器控制?？梢哉f，PLC在我國工業(yè)中的應(yīng)用潛力還遠(yuǎn)沒有得到充分發(fā)揮，大部分小型企業(yè)尚未完全應(yīng)用自動(dòng)化系統(tǒng)和產(chǎn)品。在未來愈見激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中，這部分企業(yè)勢(shì)必需要應(yīng)用自動(dòng)化系統(tǒng)以提升自身實(shí)力，這將是PLC市場(chǎng)壯大的一塊良好培養(yǎng)基。 </p><p>　　中國加入WTO后，越來越多跨國企業(yè)把制造基地轉(zhuǎn)移至中國。制造業(yè)的控制主要以離散控制為主，PLC是該領(lǐng)域控制

17、系統(tǒng)的首選，制造企業(yè)為提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量，必然會(huì)大量采用PLC，從而為PLC的應(yīng)用提供廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景。 </p><p>　　2007-2012年中國PLC市場(chǎng)規(guī)模及預(yù)測(cè)(單位：億元)</p><p>　　資料來源：中國自動(dòng)化網(wǎng)PLC市場(chǎng)研究報(bào)告</p><p>　　我國開始研制PLC產(chǎn)品是上世紀(jì)70年代中期。90年代，由于PLC應(yīng)用不斷深入，國內(nèi)又掀起研

18、制PLC的高潮，雖然仍是小型PLC，批量亦不大，但其功能、質(zhì)量和可靠性比70年代的產(chǎn)品有明顯的提高。 </p><p>　　為盡快提升我國PLC的技術(shù)水平，引進(jìn)PLC的先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)，中外合資或外商獨(dú)資企業(yè)在國內(nèi)開始批量生產(chǎn)PLC。西門子公司率先在大連建立PLC生產(chǎn)企業(yè)；歐姆龍公司在上海生產(chǎn)的PLC遠(yuǎn)銷海內(nèi)外。 </p><p>　　目前，中國PLC市場(chǎng)的95％以上被國外品牌占領(lǐng)。值得欣慰的

19、是，國內(nèi)已有具有較強(qiáng)實(shí)力的公司開始拓展PLC業(yè)務(wù)，并在中國PLC市場(chǎng)有了一定響應(yīng)。北京和利時(shí)系統(tǒng)工程股份有限公司就是一個(gè)典范。</p><p><b>　　PLC的行業(yè)應(yīng)用 </b></p><p>　　冶金作為大型PLC最大的應(yīng)用行業(yè)，占據(jù)了大約1/4的市場(chǎng)。冶金行業(yè)各控制環(huán)節(jié)要求精度高，控制點(diǎn)數(shù)多，故而是大中型PLC應(yīng)用的主要行業(yè)。就中國而言，我們的冶金行業(yè)的現(xiàn)狀

20、是非常落后、裝備技術(shù)水平低，相信隨著下游市場(chǎng)要求的提高和競(jìng)爭(zhēng)的加劇，將帶來大量的技術(shù)改造項(xiàng)目和高端生產(chǎn)線的投資。中國已有6000多家冶金企業(yè)，有大量在用的PLC產(chǎn)品和眾多升級(jí)換代及備品備件市場(chǎng)。</p><p>　　汽車業(yè)是最有潛力的PLC行業(yè)之一，主要需對(duì)各生產(chǎn)線的工位進(jìn)行控制，PLC的應(yīng)用數(shù)量多，但控制點(diǎn)數(shù)并不高，多在300個(gè)I/O左右，以中型PLC為主。 </p><p>　　電力行

21、業(yè)本身的自動(dòng)化水平很高，對(duì)PLC的應(yīng)用規(guī)?；鶖?shù)很大，是大中型PLC應(yīng)用的又一大行業(yè)。PLC系統(tǒng)在電力施工機(jī)械中得到廣泛應(yīng)用，并有良好的市場(chǎng)和空間。</p><p>　　在化工行業(yè)，PLC市場(chǎng)保持著穩(wěn)定增長。未來化工行業(yè)在合成材料和有機(jī)化工領(lǐng)域投資應(yīng)該會(huì)增大，這些領(lǐng)域項(xiàng)目對(duì)于自動(dòng)化產(chǎn)品的需求量比較大。同時(shí)，由于對(duì)化工行業(yè)環(huán)保要求的提高，化工廠需要對(duì)周邊的水處理和循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行改造，會(huì)對(duì)自動(dòng)化產(chǎn)品產(chǎn)生一些新增要求。 &

22、lt;/p><p><b>　　PLC的未來發(fā)展 </b></p><p>　　許多年前就有人預(yù)言，PLC將要被PC-BASED控制系統(tǒng)取代。但PLC的銷售仍以十分穩(wěn)定的增長率逐年上升。目前的PLC已經(jīng)與十年前大不相同，十年后的PLC與如今的PLC也勢(shì)必不同；但有兩個(gè)方面是不變的：其一，PLC會(huì)提供穩(wěn)定的控制響應(yīng)；其二，高度的可靠性?？梢灶A(yù)見的PLC發(fā)展趨勢(shì)如下： <

23、;/p><p>　　一是向高速度、大容量方向發(fā)展。</p><p>　　為提高PLC的處理能力，要求PLC具有更好的響應(yīng)速度和更大的存儲(chǔ)容量。目前，有的PLC的掃描速度可達(dá)0.1ms/k步左右。存儲(chǔ)容量方面，有的PLC最高可達(dá)幾十兆字節(jié)。為擴(kuò)大存儲(chǔ)容量，有的公司已使用了磁泡存儲(chǔ)器或硬盤。 </p><p>　　二是向超大型、超小型兩個(gè)方向發(fā)展。</p>&

24、lt;p>　　當(dāng)前中小型PLC比較多，為了適應(yīng)市場(chǎng)的多種需要，今后PLC要向多品種方向發(fā)展，特別是向超大型和超小型兩個(gè)方向發(fā)展?，F(xiàn)已有I/O點(diǎn)數(shù)達(dá)14336點(diǎn)的超大型PLC，使用32位微處理器，多CPU并行工作和大容量存儲(chǔ)器。最小配置的I/O點(diǎn)數(shù)為8～16點(diǎn)，以適應(yīng)單機(jī)及小型自動(dòng)控制的需要。 </p><p>　　三是PLC大力開發(fā)智能模塊，加強(qiáng)聯(lián)網(wǎng)通信能力。 </p><p>　　

25、PLC廠商不斷開發(fā)出許多功能模塊，如高速計(jì)數(shù)模塊、溫度控制模塊、遠(yuǎn)程I/O模塊、通信和人機(jī)接口模塊等。這些帶CPU和存儲(chǔ)器的智能I/O模塊，既擴(kuò)展了PLC功能，又使用靈活方便，擴(kuò)大了PLC應(yīng)用范圍。</p><p>　　四是增強(qiáng)外部故障的檢測(cè)與處理能力。</p><p>　　根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料表明：在PLC控制系統(tǒng)的故障中，CPU占5%，I/O接口占15%，輸入設(shè)備占45%，輸出設(shè)備占30%，線

26、路占5%。前兩項(xiàng)共20%故障屬于PLC的內(nèi)部故障；其余80%的故障屬于PLC的外部故障。因此，PLC生產(chǎn)廠商都致力于研制、發(fā)展用于檢測(cè)外部故障的專用智能模塊，以期進(jìn)一步提高系統(tǒng)的可靠性。 </p><p>　　五是編程語言多樣化。</p><p>　　在PLC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不斷發(fā)展的同時(shí)，PLC的編程語言也越來越豐富，功能也不斷提高。除了大多數(shù)PLC使用的梯形圖語言外，陸續(xù)出現(xiàn)了面向順序控制的步

27、進(jìn)編程語言、面向過程控制的流程圖語言、與計(jì)算機(jī)兼容的高級(jí)語言等。多種編程語言的并存、互補(bǔ)與發(fā)展是PLC進(jìn)步的一種趨勢(shì)。 </p><p>　　我們一同簡(jiǎn)略回顧PLC一路走來的歷程，分析在中國所處的現(xiàn)狀，展望未來可能發(fā)展的趨勢(shì)。我們同所有開發(fā)生產(chǎn)PLC、受益于PLC的人們一樣，樂于見到PLC在未來的年月里，有更穩(wěn)健的發(fā)展，更廣闊的空間。尤其希望看到中國的PLC自主開發(fā)能力的提升，和應(yīng)用市場(chǎng)的拓展。</p>

28、;<p>　　PLC（可編程控制器）在現(xiàn)代的自動(dòng)化行業(yè)中應(yīng)用廣泛，為適應(yīng)工業(yè)環(huán)境使用，與一般控制裝置相比較，PLC機(jī)有以下特點(diǎn)：</p><p>　　1. 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)</p><p>　　工業(yè)生產(chǎn)對(duì)控制設(shè)備的可靠性要求：</p><p>　　①平均故障間隔時(shí)間長</p><p>　?、诠收闲迯?fù)時(shí)間（平均修復(fù)時(shí)間）短&

29、lt;/p><p>　　任何電子設(shè)備產(chǎn)生的故障，通常為兩種：</p><p>　?、倥及l(fā)性故障。由于外界惡劣環(huán)境如電磁干擾、超高溫、超低溫、過電壓、欠電壓、振動(dòng)等引起的故障。這類故障，只要不引起系統(tǒng)部件的損壞，一旦環(huán)境條件恢復(fù)正常，系統(tǒng)也隨之恢復(fù)正常。但對(duì)PLC而言，受外界影響后，內(nèi)部存儲(chǔ)的信息可能被破壞。</p><p>　?、谟谰眯怨收?。由于元器件不可恢復(fù)的破壞而引

30、起的故障。</p><p>　　如果能限制偶發(fā)性故障的發(fā)生條件，如果能使PLC在惡劣環(huán)境中不受影響或能把影響的后果限制在最小范圍，使PLC在惡劣條件消失后自動(dòng)恢復(fù)正常，這樣就能提高平均故障間隔時(shí)間；如果能在PLC上增加一些診斷措施和適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)手段，在永久性故障出現(xiàn)時(shí)，能很快查出故障發(fā)生點(diǎn)，并將故障限制在局部，就能降低PLC的平均修復(fù)時(shí)間。為此，各PLC的生產(chǎn)廠商在硬件和軟件方面采取了多種措施，使PLC除了本身具有

31、較強(qiáng)的自診斷能力，能及時(shí)給出出錯(cuò)信息，停止運(yùn)行等待修復(fù)外，還使PLC具有了很強(qiáng)的抗干擾能力。</p><p><b>　　·硬件措施：</b></p><p>　　主要模塊均采用大規(guī)?；虺笠?guī)模集成電路，大量開關(guān)動(dòng)作由無觸點(diǎn)的電子存儲(chǔ)器完成，I/O系統(tǒng)設(shè)計(jì)有完善的通道保護(hù)和信號(hào)調(diào)理電路。</p><p>　?、?#160; 

32、  屏蔽——對(duì)電源變壓器、CPU、編程器等主要部件，采用導(dǎo)電、導(dǎo)磁良好的材料進(jìn)行屏蔽，以防外界干擾。</p><p>　　②    濾波——對(duì)供電系統(tǒng)及輸入線路采用多種形式的濾波，如LC或π型濾波網(wǎng)絡(luò)，以消除或抑制高頻干擾，也削弱了各種模塊之間的相互影響。</p><p>　?、?#160;   電源調(diào)整與保護(hù)——對(duì)微處理器這個(gè)核

33、心部件所需的+5V電源，采用多級(jí)濾波，并用集成電壓調(diào)整器進(jìn)行調(diào)整，以適應(yīng)交流電網(wǎng)的波動(dòng)和過電壓、欠電壓的影響。</p><p>　?、?#160;   隔離——在微處理器與I/O電路之間，采用光電隔離措施，有效地隔離I/O接口與CPU之間電的聯(lián)系，減少故障和誤動(dòng)作；各I/O口之間亦彼此隔離。</p><p>　?、?#160;   采用模塊式結(jié)構(gòu)——

34、這種結(jié)構(gòu)有助于在故障情況下短時(shí)修復(fù)。一旦查出某一模塊出現(xiàn)故障，能迅速更換，使系統(tǒng)恢復(fù)正常工作；同時(shí)也有助于加快查找故障原因。</p><p><b>　　·軟件措施：</b></p><p>　　有極強(qiáng)的自檢及保護(hù)功能。</p><p>　?、俟收蠙z測(cè)——軟件定期地檢測(cè)外界環(huán)境，如掉電、欠電壓、鋰電池電壓過低及強(qiáng)干擾信號(hào)等。以便及時(shí)進(jìn)

35、行處理。</p><p>　?、谛畔⒈Ｗo(hù)與恢復(fù)——當(dāng)偶發(fā)性故障條件出現(xiàn)時(shí)，不破壞PLC內(nèi)部的信息。一旦故障條件消失，就可恢復(fù)正常，繼續(xù)原來的程序工作。所以，PLC在檢測(cè)到故障條件時(shí)，立即把現(xiàn)狀態(tài)存入存儲(chǔ)器，軟件配合對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行封閉，禁止對(duì)存儲(chǔ)器的任何操作，以防存儲(chǔ)信息被沖掉。</p><p>　?、墼O(shè)置警戒時(shí)鐘WDT（看門狗）——如果程序每循環(huán)執(zhí)行時(shí)間超過了WDT規(guī)定的時(shí)間，預(yù)示了程序進(jìn)入

36、死循環(huán)，立即報(bào)警。</p><p>　?、芗訌?qiáng)對(duì)程序的檢查和校驗(yàn)——一旦程序有錯(cuò)，立即報(bào)警，并停止執(zhí)行。</p><p>　?、輰?duì)程序及動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行電池后備——停電后，利用后備電池供電，有關(guān)狀態(tài)及信息就不會(huì)丟失。</p><p>　　PLC的出廠試驗(yàn)項(xiàng)目中，有一項(xiàng)就是抗干擾試驗(yàn)。它要求能承受幅值為1000V，上升時(shí)間1nS，脈沖寬度為1μS的干擾脈沖。一般，平均故障

37、間隔時(shí)間可達(dá)幾十萬～上千萬小時(shí)；制成系統(tǒng)亦可達(dá)4～5萬小時(shí)甚至更長時(shí)間。</p><p>　　2 .通用性強(qiáng)，控制程序可變，使用方便</p><p>　　PLC品種齊全的各種硬件裝置，可以組成能滿足各種要求的控制系統(tǒng)，用戶不必自己再設(shè)計(jì)和制作硬件裝置。用戶在硬件確定以后，在生產(chǎn)工藝流程改變或生產(chǎn)設(shè)備更新的情況下，不必改變PLC的硬設(shè)備，只需改編程序就可以滿足要求。因此，PLC除應(yīng)用于單機(jī)控

38、制外，在工廠自動(dòng)化中也被大量采用。</p><p>　　3.功能強(qiáng)，適應(yīng)面廣</p><p>　　現(xiàn)代PLC不僅有邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、順序控制等功能，還具有數(shù)字和模擬量的輸入輸出、功率驅(qū)動(dòng)、通信、人機(jī)對(duì)話、自檢、記錄顯示等功能。既可控制一臺(tái)生產(chǎn)機(jī)械、一條生產(chǎn)線，又可控制一個(gè)生產(chǎn)過程。</p><p>　　4.編程簡(jiǎn)單，容易掌握</p><p&g

39、t;　　目前，大多數(shù)PLC仍采用繼電控制形式的“梯形圖編程方式”。既繼承了傳統(tǒng)控制線路的清晰直觀，又考慮到大多數(shù)工廠企業(yè)電氣技術(shù)人員的讀圖習(xí)慣及編程水平，所以非常容易接受和掌握。梯形圖語言的編程元件的符號(hào)和表達(dá)方式與繼電器控制電路原理圖相當(dāng)接近。通過閱讀PLC的用戶手冊(cè)或短期培訓(xùn)，電氣技術(shù)人員和技術(shù)工很快就能學(xué)會(huì)用梯形圖編制控制程序。同時(shí)還提供了功能圖、語句表等編程語言。</p><p>　　5.減少了控制系統(tǒng)的

40、設(shè)計(jì)及施工的工作量</p><p>　　由于PLC采用了軟件來取代繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時(shí)間繼電器、計(jì)數(shù)器等器件，控制柜的設(shè)計(jì)安裝接線工作量大為減少。同時(shí)，PLC的用戶程序可以在實(shí)驗(yàn)室模擬調(diào)試，更減少了現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)試工作量。并且，由于PLC的低故障率及很強(qiáng)的監(jiān)視功能，模塊化等等，使維修也極為方便。</p><p>　　6.體積小、重量輕、功耗低、維護(hù)方便</p>&l

41、t;p>　　PLC是將微電子技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)設(shè)備的產(chǎn)品，其結(jié)構(gòu)緊湊，堅(jiān)固，體積小，重量輕，功耗低。并且由于PLC的強(qiáng)抗干擾能力，易于裝入設(shè)備內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。以三菱公司的F1-40M型PLC為例：其外型尺寸僅為305×110×110mm，重量2.3kg，功耗小于25VA；而且具有很好的抗振、適應(yīng)環(huán)境溫、濕度變化的能力?，F(xiàn)在三菱公司又有FX系列PLC，與其超小型品種F1系列相比：面積為47%,體

42、積為36%，在系統(tǒng)的配置上既固定又靈活，輸入輸出可達(dá)24～128點(diǎn)。</p><p>　　計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)給大規(guī)模工業(yè)自動(dòng)化帶來了曙光。1968年，美國最大的汽車制造廠商通用汽車（GM）公司提出了公開招標(biāo)方案，設(shè)想將功能完備、靈活、通用的計(jì)算機(jī)技術(shù)與繼電器便于使用的特點(diǎn)相結(jié)合，把計(jì)算機(jī)的編程方法和程序輸入方式加以簡(jiǎn)化，用面向過程、面向問題的“自然語言”編程，生產(chǎn)一種新型的工業(yè)通用控制器，使人們不必花費(fèi)大量的精力進(jìn)行計(jì)

43、算機(jī)編程，也能像繼電器那樣方便地使用。這個(gè)方案首先得到了美國數(shù)字設(shè)備（DEC）公司的積極響應(yīng)，并中標(biāo)。該公司于1969年研制出了第一臺(tái)符合招標(biāo)要求的工業(yè)控制器，命名為可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller），簡(jiǎn)稱PLC（有的稱為PC），并在GM公司的汽車自動(dòng)裝配線上試驗(yàn)獲得了成功。</p><p>　　PLC一經(jīng)出現(xiàn)，由于它的自動(dòng)化程度高、可靠性好、設(shè)計(jì)周期短、使用和維護(hù)簡(jiǎn)便

44、等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，備受國內(nèi)外工程技術(shù)人員和工業(yè)界廠商的極大關(guān)注，生產(chǎn)PLC的廠家云起。隨著大規(guī)模集成電路和微處理器在PLC中的應(yīng)用，使PLC的功能不斷得到增強(qiáng)，產(chǎn)品得到飛速發(fā)展。</p><p>　　采用基于PLC的控制系統(tǒng)來取代原來由單片機(jī)、繼電器等構(gòu)成的控制系統(tǒng)，采用模塊化結(jié)構(gòu)，具有良好的可移植性和可維護(hù)性。對(duì)提高企業(yè)生產(chǎn)和管理自動(dòng)水平有很大的幫助，同時(shí)又提高了生產(chǎn)線的效率、使用壽命和質(zhì)量，減少了企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量的波動(dòng)

45、，因此具有廣闊的市場(chǎng)前景。用PLC進(jìn)行開關(guān)量控制的實(shí)例很多，在冶金、機(jī)械、紡織、輕工、化工、鐵路等行業(yè)幾乎都需用到它，如燈光照明、機(jī)床電控、食品加工、印刷機(jī)械、電梯、自動(dòng)化倉庫、液體混合自動(dòng)配料系統(tǒng)、生產(chǎn)流水線等方面的邏輯控制，都廣泛應(yīng)用PLC來取代傳統(tǒng)的繼電器控制。本次設(shè)計(jì)是將PLC用于多種液體混合灌裝設(shè)置的控制，對(duì)學(xué)習(xí)與實(shí)用是很好的結(jié)合。</p><p>　　1.2西門子PLC S7 200</p>

46、;<p>　　作為全球自動(dòng)化領(lǐng)域技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)與時(shí)常的領(lǐng)導(dǎo)者，有著150余年歷史的西門子公司，以其一貫的樸實(shí)、穩(wěn)健的作風(fēng)和博大精深的創(chuàng)新文化，致力于以最先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)與產(chǎn)品，向用戶提供具有前瞻性的和最優(yōu)可靠的解決方案，以現(xiàn)實(shí)用戶最大限度的可持續(xù)發(fā)展和長期的利益保障。全集成自動(dòng)化技術(shù)TIA（Totally Intergrated Automation）是西門子自動(dòng)化系統(tǒng)技術(shù)與產(chǎn)品的核心思想和主導(dǎo)理念。TIA集高度的集成統(tǒng)一性和

47、前所未有的開放性于一身，標(biāo)準(zhǔn)化的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)、統(tǒng)一的編程組態(tài)環(huán)境和高度一致的數(shù)據(jù)集成，使TIA為企業(yè)實(shí)現(xiàn)了橫向和縱向的信息集成：領(lǐng)先的通訊標(biāo)準(zhǔn)、基于組件的自動(dòng)化技術(shù)（CBA）與IT集成，使TIA對(duì)全球自動(dòng)化市場(chǎng)的產(chǎn)品和服務(wù)范圍真正開放。</p><p>　　SIMATIC S200系列可編程控制器是西門子全集成自動(dòng)化系統(tǒng)中的控制核心，是其集成與開放特性的重要體現(xiàn)。該系列PLC繼承了西門子上一代PLC SIMATI

48、C S5系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠和故障率低的精髓，將先進(jìn)的控制思想、現(xiàn)代通訊技術(shù)和IT技術(shù)的最新發(fā)展集于一身，在CPU運(yùn)算速度、程序執(zhí)行效率故障自診斷、聯(lián)網(wǎng)通訊、面向工藝和運(yùn)動(dòng)控制的功能集成以及實(shí)現(xiàn)故障安全的容錯(cuò)與冗余技術(shù)等方面取得了業(yè)界公認(rèn)的成績(jī)。不斷創(chuàng)新的PLC編程組態(tài)工具STEP7采用SIMATIC軟件的集成統(tǒng)一架構(gòu)，為實(shí)現(xiàn)PLC編程組態(tài)的易用性和友好性以及與上位機(jī)組態(tài)系統(tǒng)的集成統(tǒng)一性提供了一個(gè)功能強(qiáng)大、風(fēng)格一貫的軟件平臺(tái)，符合IEC611

49、313的多種高級(jí)編程語言的補(bǔ)充，使PLC在實(shí)現(xiàn)復(fù)雜工藝編程、多重回路調(diào)節(jié)、甚至模糊控制（Fuzzy Control）和神經(jīng)元控制（Neuron Control）等智能控制算法時(shí)具有類似高級(jí)編程語言的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。此外，SIMATIC S7200PLC集成強(qiáng)大通訊功能，是其得以成功的另一個(gè)重要方面。如今PROFIBUS有超過1200余家會(huì)員單位，全球的總安裝節(jié)點(diǎn)已經(jīng)突破1000萬，是全球公認(rèn)的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總</p><p&g

50、t;　　幾年以前，當(dāng)控制界在圍繞PLC、DCS和基于PC的解決方案，爭(zhēng)論何者將成為控制系統(tǒng)主流時(shí)，當(dāng)人們?cè)跒槿绾瓮黄啤白詣?dòng)化孤島”而積極思考、探索和憂慮時(shí)，攜全集成自動(dòng)化的利念，西門子提出通過不斷豐富和發(fā)展PLC的控制功能和總線通訊技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了橫跨工廠自動(dòng)化和過程自動(dòng)化兩大自動(dòng)化領(lǐng)域的統(tǒng)一的控制策略。如今SIMATIC S7200 PLC在全球自動(dòng)化各個(gè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用和成功經(jīng)驗(yàn)，充分證明了PLC解決方案的強(qiáng)大生命力和多種不同控制系統(tǒng)在技

51、術(shù)、歷年突飛猛進(jìn)的過程中殊途同歸的必然趨勢(shì)。</p><p>　　CPU 224 CN</p><p>　　本機(jī)集成14 輸入/10 輸出共24 個(gè)數(shù)字量I/O 點(diǎn)。可連接7 個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)</p><p>　　展至168 路數(shù)字量I/O 點(diǎn)或35 路模擬量I/O 點(diǎn)。16K 字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。</p><p>　　6 個(gè)獨(dú)立的30

52、kHz 高速計(jì)數(shù)器，2 路獨(dú)立的20kHz 高速脈沖輸出，具有PID 控</p><p>　　制器。1 個(gè)RS485 通訊/編程口，具有PPI 通訊協(xié)議、MPI 通訊協(xié)議和自由方式</p><p>　　通訊能力。I/O 端子排可很容易地整體拆卸。是具有較強(qiáng)控制能力的控制器。</p><p><b>　　四種CPU 具有</b></p>

53、;<p>　　? 集成的24V 負(fù)載電源：可直接連接到傳感器和變送器（執(zhí)行器），CPU 221，CPU222 CN 具有180mA 輸出， CPU 224 CN，CPU 224XP CN，CPU 226 CN 分別輸出280，400mA。可用作負(fù)載電源。</p><p>　　? 不同的設(shè)備類型CPU 221 和CPU 222~226 CN 各有2 種類型CPU，具有不同的電源電壓和控制電壓。<

54、/p><p>　　? 本機(jī)數(shù)字量輸入/輸出點(diǎn)CPU 221 具有6 個(gè)輸入點(diǎn)和4 個(gè)輸出點(diǎn)，CPU 222 CN 具有8 個(gè)輸入點(diǎn)和6 個(gè)輸出點(diǎn)，CPU 224CN 具有14 個(gè)輸入點(diǎn)和10 個(gè)輸出點(diǎn)，CPU 224XP CN 具有14個(gè)輸入點(diǎn)和10 個(gè)輸出點(diǎn)，CPU226 CN 具有24 個(gè)輸入點(diǎn)和16 個(gè)輸出點(diǎn)。</p><p>　　? 本機(jī)模擬量輸入/輸出點(diǎn)CPU 224XP CN 具有

55、2 個(gè)輸入點(diǎn)，1 個(gè)輸出點(diǎn)。</p><p>　　? 中斷輸入允許以極快的速度對(duì)過程信號(hào)的上升沿作出響應(yīng)。</p><p>　　? 高速計(jì)數(shù)器CPU 221 和CPU 222 CN4 個(gè)高速計(jì)數(shù)器（30kHz），可編程并具有復(fù)位輸入，2 個(gè)獨(dú)立的輸入端可同時(shí)作加、減計(jì)數(shù)，可連接兩個(gè)相位差為90°的A/B 相增量編碼器CPU 224 CN/224XP CN/226 CN6 個(gè)高速計(jì)

56、數(shù)器，具有CPU221/CPU 222 CN 相同的功能。</p><p>　　? CPU 222 CN/224 CN/224XP CN/226 CN可方便地用數(shù)字量和模擬量擴(kuò)展模塊進(jìn)行擴(kuò)展。可使用仿真器（選件）對(duì)本機(jī)輸入信號(hào)進(jìn)行仿真，用于調(diào)試用戶程序。</p><p>　　? 模擬電位器CPU 221/CPU 222 CN 1 個(gè)CPU224 CN/224XP CN/226 CN2 個(gè)C

57、PU 221 和CPU 222 CN /224 CN/224XP CN/226 CN 還具有</p><p>　　? 脈沖輸出2 路高頻率脈沖輸出，用于控制步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)實(shí)現(xiàn)定位任務(wù)。</p><p>　　? 實(shí)時(shí)時(shí)鐘例如為信息加注時(shí)間標(biāo)記，記錄機(jī)器運(yùn)行時(shí)間或?qū)^程進(jìn)行時(shí)間控制。</p><p>　　? EEPROM 存儲(chǔ)器模塊（選件）可作為修改與拷貝程序的快速

58、工具（無需編程器），并可進(jìn)行輔助軟件歸檔工作。</p><p>　　? 電池模塊：用于長時(shí)間數(shù)據(jù)后備。用戶數(shù)據(jù)（如標(biāo)志位狀態(tài)，數(shù)據(jù)塊，定時(shí)器，計(jì)數(shù)器）可通過內(nèi)部的超級(jí)電容存貯大約5天。選用電池模塊能延長存貯時(shí)間到200 天（10 年壽命）。電池模塊插在存儲(chǔ)器模塊的卡槽中。</p><p>　　1.4傳統(tǒng)的液體混合設(shè)備的控制存在的問題</p><p>　　鑒于攪拌設(shè)備

59、的廣泛應(yīng)用，隨著近年來工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，流體混合技術(shù)在上世紀(jì)60到80年代期間得到了迅猛發(fā)展,其重點(diǎn)主要是對(duì)于常規(guī)攪拌槳在低粘和高粘非牛頓均相體系、固液懸浮和氣液分散等非均相體系中的攪拌功耗、混合時(shí)間等宏觀量進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。長期以來,雖然有大量設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和關(guān)聯(lián)式可用于分析</p><p>　　和預(yù)測(cè)混合體系,但將攪拌反應(yīng)器從實(shí)驗(yàn)室規(guī)模直接放大到工業(yè)規(guī)模,仍是十分危險(xiǎn)的,至今仍然需要通過逐級(jí)放大來達(dá)到攪拌設(shè)備所要求的傳質(zhì)

60、、傳熱和混合。這種方法不但耗費(fèi)巨額的資金和大量的人力物力,而且設(shè)計(jì)周期很長。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在工業(yè)高度發(fā)達(dá)的美國，化學(xué)工業(yè)由于攪拌反應(yīng)器設(shè)計(jì)不合理所造成的損失每年約為10—100億美元。</p><p>　　因此，從更微觀更本質(zhì)的角度,例如采用先進(jìn)的測(cè)試手段和建立合理的數(shù)學(xué)模型,獲取攪拌槽中的速度場(chǎng)、溫度場(chǎng)和濃度場(chǎng),不僅對(duì)開發(fā)新型攪拌設(shè)備，而且對(duì)攪拌設(shè)備的優(yōu)化設(shè)計(jì)具有十分重要的經(jīng)濟(jì)意義,對(duì)放大和混合的基礎(chǔ)研究具有現(xiàn)實(shí)的理

61、論意義。</p><p>　　而對(duì)于攪拌設(shè)備的研究，除功率問題外，有關(guān)攪拌的流體力學(xué)研究具有重要意義。這方面已做了許多工作，但尚需擴(kuò)大和深入。在液體中進(jìn)行攪拌時(shí)，攪拌器的功能不僅引起液體的整個(gè)運(yùn)動(dòng)，而且要在液體中產(chǎn)生湍動(dòng)，湍動(dòng)程度與攪拌器使液體旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的旋渦現(xiàn)象有密切關(guān)系。這些旋渦因經(jīng)常地互相撞擊和破裂，使液體受到劇烈的攪拌。由此可見在攪拌操作中，對(duì)于流體力學(xué)理論的研究是極其重要的。</p>&l

62、t;p>　　1.5 液體混合設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)用PLC來代替?zhèn)鹘y(tǒng)液體混合設(shè)備控制</p><p>　　近代化學(xué)工業(yè)中，流動(dòng)的物料不再只是一些低粘度的牛頓型流體，許多高粘度流體也常常遇到，尤其是各種各樣的高分子溶液以及混有催化劑粒子的漿狀流體等非牛頓型流體的應(yīng)用日益廣泛。它們與通常的牛頓型流體具有不同的流動(dòng)特性，所以對(duì)于非牛頓型液體的研究是當(dāng)今的一個(gè)重要課題。對(duì)高粘度流體，特別是非牛頓型流體的攪拌傳熱的研究，也是

63、近年來的一個(gè)方向。聚合釜的傳熱特性與其中所用的攪拌器的型式關(guān)系甚大。</p><p>　　隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。設(shè)備有大型化發(fā)展的趨勢(shì)，也需求攪拌設(shè)備大型化。如國外聚合釜的容積已由最初的8～40m3擴(kuò)大到60～100m3，最火的已達(dá)到140m3。采用大型聚臺(tái)釜可大大減少操作和檢修人員，有利于自動(dòng)化，減少投資，提高生產(chǎn)率，穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量。隨著容積的大型化，釜型逐漸由細(xì)長型向矮胖型發(fā)展。而且采用底部攪拌的方式越來越多，多

64、用三葉后掠式攪拌器。三葉后掠式攪拌器是目前大型聚合釜采用的一種較好攪拌器。因它排出量大，釜內(nèi)液相循環(huán)充分，每分鐘可達(dá)5～10次，能促使釜內(nèi)反應(yīng)均勻一致。    </p><p>　　攪拌也可以在管路中進(jìn)行，采用在管路中安裝裝置的辦法對(duì)氣-液系和液-液系進(jìn)行混合。例如采用噴射泵對(duì)水及醋酸丁酯進(jìn)行混合；在石油精制中，也采用使液體流過設(shè)置在管路中的銳孔板或擋板，以便使兩種液體進(jìn)行接觸。還有

65、在管道中放入攪拌器的，即所謂管道攪拌。</p><p>　　可見，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展帶動(dòng)了攪拌應(yīng)用面的擴(kuò)大。攪拌技術(shù)的發(fā)展又使得攪拌設(shè)備大型化。為了提高攪拌的全自動(dòng)化和穩(wěn)定性能，就需要一個(gè)功能更強(qiáng)、性能更好的系統(tǒng)做支持。</p><p>　　在本設(shè)計(jì)中我將引入PLC來實(shí)現(xiàn)其攪拌控制功能。</p><p>　　1.6 引入PLC來實(shí)現(xiàn)其液體藥品混合設(shè)備的控制功能</

66、p><p>　　本設(shè)計(jì)基于采用可編程序控制器（PLC）的設(shè)計(jì)方案，實(shí)現(xiàn)對(duì)液體混合攪拌的控制。以PLC S7-200為主要控制器。根據(jù)攪拌設(shè)備的功能特性、運(yùn)作順序等，設(shè)計(jì)中可選用電磁閥、時(shí)間繼電器來實(shí)現(xiàn)液體的流入和時(shí)間上的延時(shí)，從而滿足其控制要求。</p><p>　　根據(jù)控制要求，可以看出此程序是一個(gè)很典型的順序控制問題。這樣就可以先按照攪拌設(shè)備的先后運(yùn)行順序畫出相應(yīng)的順序功能圖，然后在根據(jù)順

67、序功能圖畫梯形圖，最后再用仿真軟件對(duì)其進(jìn)行調(diào)試仿真。這樣就可以實(shí)現(xiàn)PLC對(duì)混合攪拌控制程序的設(shè)計(jì)。</p><p>　　第二章 總體方案設(shè)計(jì)</p><p><b>　　2.1方案設(shè)計(jì)</b></p><p>　　整個(gè)設(shè)計(jì)過程是按思想工藝流程設(shè)計(jì)，為設(shè)備安裝、運(yùn)行和保護(hù)檢修服務(wù)。設(shè)計(jì)的編寫按照國家關(guān)于電氣自動(dòng)化工程設(shè)計(jì)中的電氣設(shè)備常用基本圖形

68、符號(hào)（GB4728）及其他相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范編寫。設(shè)計(jì)原則主要包括：工作條件；工程對(duì)電氣控制線路提供的具體資料。系統(tǒng)在保證安全、可靠、穩(wěn)定、快速的前提下，盡量做到經(jīng)濟(jì)、合理、合用，減小設(shè)備成本。在方案的選擇、元器件的選型時(shí)更多的考慮新技術(shù)、新產(chǎn)品?？刂朴扇斯た刂频阶詣?dòng)控制，由模擬控制到微機(jī)控制，使功能的實(shí)現(xiàn)由一到多而且更加趨于完善。</p><p>　　對(duì)于本課題來說，如果液體混合系統(tǒng)部分是一個(gè)較大規(guī)模工業(yè)控制系統(tǒng)的

69、改造升級(jí)，新控制裝置需要根據(jù)企業(yè)設(shè)備和工藝現(xiàn)況來構(gòu)成并需盡可能的利用舊系統(tǒng)中的元器件。對(duì)于人機(jī)交互方式改造后系統(tǒng)的操作模式應(yīng)盡量和改造前的相類似，以便于操作人員迅速掌握。從企業(yè)的改造要求可以看出在新控制系統(tǒng)中既需要處理模擬量也需要處理大量的開關(guān)量，系統(tǒng)的可靠性要高，人機(jī)交互界面友好，應(yīng)具備數(shù)據(jù)儲(chǔ)存和分析匯總的能力。</p><p>　　要實(shí)現(xiàn)整個(gè)液體混合控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，需要從怎樣實(shí)現(xiàn)各電磁閥的開關(guān)以及電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)的

70、控制這個(gè)角度去考慮，現(xiàn)在就這個(gè)問題的如何實(shí)現(xiàn)以及選擇怎樣的方法來確定系統(tǒng)方案。</p><p>　　2.2 總體方案論證，系統(tǒng)是將計(jì)算機(jī)技術(shù)、PLC 、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)緊密結(jié)合起來，采用分布式的數(shù)據(jù)采集，集中式的數(shù)據(jù)處理。</p><p>　　就目前的現(xiàn)狀有以下幾種控制方式滿足系統(tǒng)的要求：繼電器控制系統(tǒng)、單片機(jī)控制、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)控制、可編程序控制器控制。 </p>

71、<p>　?。?）繼電器控制系統(tǒng) 控制功能是用硬件繼電器實(shí)現(xiàn)的。繼電器串接在控制電路中根據(jù)主電路中的電壓、電流、轉(zhuǎn)速、時(shí)間及溫度等參量變化而動(dòng)作，以實(shí)現(xiàn)電力拖動(dòng)裝置的自動(dòng)控制及保護(hù)。系統(tǒng)復(fù)雜，在控制過程中，如果某個(gè)繼電器損壞，都會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，查找和排除故障往往非常困難，雖然繼電器本身價(jià)格不太貴，但是控制柜的安裝接線工作量大，因此整個(gè)控制柜價(jià)格非常高，靈活性差，響應(yīng)速度慢。 （2）單片機(jī)控制

72、 單片機(jī)作為一個(gè)超大規(guī)模的集成電路，機(jī)構(gòu)上包括CPU、存儲(chǔ)器、定時(shí)器和多種輸入/輸出接口電路。其低功耗、低電壓和很強(qiáng)的控制功能，成為功控領(lǐng)域、尖端武器、日常生活中最廣泛的計(jì)算機(jī)之一。但是，單片機(jī)是一片集成電路，不能直接將它與外部I/O信號(hào)相連。要將它用于工業(yè)控制還要附加一些配套的集成電路和I/O接口電路，硬件設(shè)計(jì)、制作和程序設(shè)計(jì)的工作量相當(dāng)大。 （3）工業(yè)控制計(jì)算機(jī)控制 工控機(jī)采用總線結(jié)構(gòu)，各廠家產(chǎn)品兼容性強(qiáng)，有實(shí)時(shí)操作

73、系統(tǒng)的支持，在要求快速、實(shí)用性強(qiáng)、功能復(fù)雜的領(lǐng)域中占優(yōu)勢(shì)。但工控機(jī)價(jià)格較高，將它用于開關(guān)量控制有些大材小用。且其外部I/O接線一般都用于多芯扁</p><p>　　(1) 開關(guān)量的邏輯控制 這是PLC最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺(tái)設(shè)備的控制，也可用于多機(jī)群控及自動(dòng)化流水線。如注塑機(jī)、印刷機(jī)、訂書機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。

74、 </p><p><b>　　(2) 運(yùn)動(dòng)控制</b></p><p>　　PLC可以用于圓周運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)的控制，世界上各主要PLC廠家的產(chǎn)品幾乎都有運(yùn)動(dòng)控制功能，廣泛用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、電梯等場(chǎng)合。</p><p>　　(3) 閉環(huán)過程控制</p><p>　　過程控制是指對(duì)溫度、壓力、流量

75、等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場(chǎng)合有非常廣泛的應(yīng)用。</p><p><b>　　(4) 數(shù)據(jù)處理</b></p><p>　　現(xiàn)代PLC具有數(shù)學(xué)運(yùn)算（含矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位

76、操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。數(shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。</p><p><b>　　(5) 通信及聯(lián)網(wǎng)</b></p><p>　　PLC通信含PLC間的通信及PLC與其它智能設(shè)備間的通信。隨著計(jì)算機(jī)控制的發(fā)展，工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展得很快，各PLC廠商都十分重

77、視PLC的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的PLC都具有通信接口，通信非常方便。</p><p>　　2.3 系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)思想，控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、使用和維護(hù)方便。物料混合設(shè)備要節(jié)能、安全、高效和滿足生產(chǎn)及應(yīng)用要求。</p><p>　　（1）可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)</p><p>　　高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技

78、術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。</p><p>　　（2）配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng)</p><p>　　PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品?？梢杂糜诟鞣N規(guī)模的工業(yè)控制場(chǎng)合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。</p><p>　　（3）易學(xué)易用

79、，深受工程技術(shù)人員歡迎 </p><p>　　PLC作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易，編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語言的圖形符號(hào)與表達(dá)方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近，只用PLC的少量開關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實(shí)現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計(jì)算機(jī)原理和匯編語言的人使用計(jì)算機(jī)從事工業(yè)控制打開了方便之門。</p><p>　?。?）系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、

80、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造</p><p>　　PLC用存儲(chǔ)邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及建造的周期大為縮短，同時(shí)維護(hù)也變得容易起來。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場(chǎng)合。</p><p>　?。?）體積小，重量輕，能耗低</p><p>　?。?）硬件配套齊全，擁護(hù)使用方便，

81、適應(yīng)性強(qiáng)</p><p><b>　　第三章 硬件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.1 硬件選型，根據(jù)PLC的輸入、出點(diǎn)數(shù)，控制功能選擇適用型號(hào)的PLC</p><p>　　3.1.1 PLC機(jī)型選擇</p><p>　　機(jī)型選擇的基本原則是在滿足控制功能要求的前提下，保證系統(tǒng)工作可靠、維護(hù)使用方便及最佳的性能價(jià)格

82、比。具體應(yīng)考慮的因素如下所述。</p><p><b>　?。?）結(jié)構(gòu)合理</b></p><p>　　對(duì)于工藝過程比較固定、環(huán)境條件較好、維修量較小的場(chǎng)合，選用整體式結(jié)構(gòu)的PLC；否則，選用模塊式結(jié)構(gòu)的PLC，物料混合控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)選用整體式結(jié)構(gòu)的PLC能夠達(dá)到要求。</p><p>　?。?）功能強(qiáng)、弱適當(dāng)</p><p

83、>　　對(duì)于開關(guān)量控制的工程項(xiàng)目，若控制速度要求不高，一般選用低檔的PLC，西門子公司的S7-200系列機(jī)或歐姆龍公司的COM1。</p><p><b>　?。?）機(jī)型統(tǒng)一</b></p><p>　　PLC的結(jié)構(gòu)分為整體式和模塊式兩種。整體式結(jié)構(gòu)把PLC的I/O和CPU放在一塊印刷電路板上，并封裝在一個(gè)殼體內(nèi)，省去了插接環(huán)節(jié)，因此體積小、價(jià)格便宜。但由于整體式

84、結(jié)構(gòu)的PLC功能有限，只適用于控制要求比較簡(jiǎn)單的系統(tǒng)。一般大型的控制系統(tǒng)都使用模塊式結(jié)構(gòu)，這樣功能易擴(kuò)展，比整體式靈活。一個(gè)大型企業(yè)選用PLC時(shí)，盡量要做到機(jī)型統(tǒng)一。由于同一機(jī)型的PLC，其模塊可互為備用，以便備件的采購和管理；另外，功能及編程方法統(tǒng)一，有利于技術(shù)人員的培訓(xùn)；其外部設(shè)備通用也有利于資源共享。若配備了上位計(jì)算機(jī)，可把各獨(dú)立系統(tǒng)的多臺(tái)PLC聯(lián)成一個(gè)多級(jí)分布式控制相互通信，集中協(xié)調(diào)管理。物料混合控制系統(tǒng)控制要求比較簡(jiǎn)單選擇整體

85、式結(jié)構(gòu)的PLC</p><p><b>　　（4）是否在線編程</b></p><p>　　PLC的特點(diǎn)之一是使用靈活。當(dāng)被控設(shè)備的工藝過程改變時(shí)，只需用編程器重新修改程序，就能滿足新的控制要求，給生產(chǎn)帶來很大方便。PLC的編程分為離線編程和在線編程兩種。離線編程的PLC，其主機(jī)和編程器共用物料混合控制系統(tǒng)采用離線編程</p><p>　?。?

86、）PLC的環(huán)境適應(yīng)性</p><p>　　由于PLC是直接用于工業(yè)控制的工業(yè)控制器，生產(chǎn)廠家都把它設(shè)計(jì)成能在惡劣的環(huán)境條件下可靠地工作。盡管如此，每種PLC都有自己的環(huán)境技術(shù)條件，用戶在選用時(shí)，特別是在設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)，對(duì)環(huán)境條件要進(jìn)行充分的考慮。一般PLC及其外部電路（I/O模塊、輔助電源等）都能在下列環(huán)境條件下可靠工作：</p><p>　　溫度 工作溫度0～55℃，最高為6

87、0℃</p><p>　　儲(chǔ)存溫度 -40℃～＋85℃</p><p>　　濕度 相對(duì)濕度5%～95%(無凝結(jié)霜)</p><p>　　振動(dòng)和沖擊 滿足國際電工委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)</p><p>　　電源 交流200V，允許變化范圍為-15%～＋15%，頻率為47～53Hz</p><p>　　瞬間

88、停電保持l0ms</p><p>　　環(huán)境 周圍空氣不能混有可燃性、爆炸性和腐蝕性氣體</p><p>　　對(duì)于需要應(yīng)用在特殊環(huán)境下的PLC，要根據(jù)具體的情況進(jìn)行合理的選擇。</p><p>　　可編程序控制器( PLC) 選用CPU 224 AC/DC/ RLY, 型號(hào)為6ES7 214 - 1BD20 0XB0 ,共有14 點(diǎn)輸入, 10 點(diǎn)輸出。該C

89、PU指令處理周期短, 每執(zhí)行1K語句僅需0. 8 ms , 并有浮點(diǎn)數(shù)學(xué)運(yùn)算, 加、減計(jì)數(shù)器同時(shí)運(yùn)行, 硬件、定時(shí)控制中斷, 內(nèi)部數(shù)據(jù)和信息采用后備鋰電池保存, 保存時(shí)期1 年。CPU 224 最多可擴(kuò)展35 路模擬量、168 路開關(guān)量, 完全可以滿足2 期增加的撈渣機(jī)和碎渣機(jī)聯(lián)鎖控制的需求。本期在CPU 上擴(kuò)展了一塊模擬量輸入模塊EM231 用于過流檢測(cè), 型號(hào)為6ES7231 - 0HC20 - 0XB0。同時(shí)在控制柜中設(shè)一臺(tái)控制變

90、壓器BK-250 ,380/ 120 V ,110 V ,100 V , 其中120 V 作為PLC 電源, 110 V 作為模塊電源, 100 V 用作電流變送器電源。在變壓器380 伏側(cè)設(shè)一帶鎖電源開關(guān), 作為控制系統(tǒng)電源總開關(guān)。 </p><p>　　3.1.2 PLC容量選擇</p><p>　　PLC容量包括兩個(gè)方面：一是I/O的點(diǎn)數(shù)；二是用戶存儲(chǔ)器的容量（字?jǐn)?shù)）。PLC容量

91、的選擇除滿足控制要求外，還應(yīng)留有適當(dāng)?shù)脑Ａ浚宰鰝溆?。根?jù)經(jīng)驗(yàn)，在選擇存儲(chǔ)容量時(shí)，一般按實(shí)際需要的10%～25%考慮裕量。對(duì)于開關(guān)量控制系統(tǒng)，存儲(chǔ)器字?jǐn)?shù)為開關(guān)量I/O乘以8；對(duì)于有模擬量控制功能的PLC，所需存儲(chǔ)器字?jǐn)?shù)為模擬內(nèi)存單元數(shù)乘以100。通常，一條邏輯指令占用存儲(chǔ)器一個(gè)字。計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、移位及算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳輸?shù)戎噶钫加么鎯?chǔ)器兩個(gè)字。各種指令占存儲(chǔ)器的字?jǐn)?shù)可查閱PLC產(chǎn)品使用手冊(cè)。</p><p>　　I/

92、O點(diǎn)數(shù)也應(yīng)留有適當(dāng)裕量。由于目前I/O點(diǎn)數(shù)較多的PLC價(jià)格也較高，若備用的I/O點(diǎn)的數(shù)量太多，將使成本增加。根據(jù)被控對(duì)象的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的總點(diǎn)數(shù)，并考慮到今后的調(diào)整和擴(kuò)充，通常I/O點(diǎn)數(shù)按實(shí)際需要的10%～15%考慮備用量。</p><p>　　3.1.3 I/O模塊的選擇</p><p>　　PLC是一種工業(yè)控制系統(tǒng)，它的控制對(duì)象是工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備或工業(yè)生產(chǎn)過程，它的工作環(huán)境是工業(yè)生產(chǎn)

93、現(xiàn)場(chǎng)。它與工業(yè)生產(chǎn)過程的聯(lián)系是通過I/O接口模塊來實(shí)現(xiàn)的。 通過I/O接口模塊可以檢測(cè)被控生產(chǎn)過程的各種參數(shù)，并以這些現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)作為控制器對(duì)被控制對(duì)象進(jìn)行控制的依據(jù)。同時(shí)控制器又通過I/O接口模塊將控制器的處理結(jié)果送給工業(yè)生產(chǎn)過程中的被控設(shè)備，驅(qū)動(dòng)各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)控制。外部設(shè)備或生產(chǎn)過程中的信號(hào)

94、電平各種各樣，各種機(jī)構(gòu)所需的信息電平也是各種各樣的，而PLC的CPU所處理的信息只能是標(biāo)準(zhǔn)電平，所以I/O接口模塊還需實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換。PLC從現(xiàn)場(chǎng)收集的信息及輸出給外部設(shè)備的控制信號(hào)都需經(jīng)過一定距離。為了確保這些信息的正確無誤，PLC的I/O接口模塊都具有較好的抗干擾能力。根據(jù)實(shí)際需要，PLC相應(yīng)有許多種I/O接口模塊，包括開關(guān)量輸入模塊、開關(guān)量輸出模塊、模擬量輸入模塊及模擬量輸出模塊，可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇使用。</p>

95、<p>　　（1）確定I/O點(diǎn)數(shù)</p><p>　　I/O點(diǎn)數(shù)的確定要充分的考慮到裕量，能方便地對(duì)功能進(jìn)行擴(kuò)展。對(duì)一個(gè)控制對(duì)象，由于采用不同的控制方法或編程水平不一樣，I/O點(diǎn)數(shù)就可能有所不同。</p><p><b>　?。?）開關(guān)量I/O</b></p><p>　　標(biāo)準(zhǔn)的I/O接口用于同傳感器和開關(guān)（如按鈕、限位開關(guān)等）及控

96、制（開/關(guān)）設(shè)備（如指示燈、報(bào)警器、電動(dòng)機(jī)起動(dòng)器等）進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。典型的交流I/O信號(hào)為24～240V（AC），直流I/O信號(hào)為5～24V（DC）。 </p><p>　　（3）選擇開關(guān)量輸入模塊主要從下面兩方面考慮：一是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)輸入信號(hào)與PLC輸入模塊距離的遠(yuǎn)近來選擇電平的高低。一般24V以下屬于低電平，其傳輸距離不宜太遠(yuǎn)。如12V電壓模塊一般不超過10m，距離較遠(yuǎn)的設(shè)備選用較高電壓模塊比較可靠。二是高密度

97、的輸入模塊，如32點(diǎn)輸入模塊，能允許同時(shí)接通的點(diǎn)數(shù)取決于輸入電壓和環(huán)境溫度。一般同時(shí)接通的點(diǎn)數(shù)不得超過總輸入點(diǎn)數(shù)的60%。</p><p>　　（4）選擇開關(guān)量輸出模塊時(shí)應(yīng)從以下三個(gè)方面來考慮：一是輸出方式選擇。輸出模塊有三種輸出方式：繼電器輸出、晶閘管輸出、晶體管輸出。其中，繼電器輸出價(jià)格便宜，使用電壓范圍廣，導(dǎo)通壓降小，承受瞬時(shí)過電壓和過電流的能力強(qiáng)，且有隔離作用。但繼電器有觸點(diǎn)，壽命較短，且響應(yīng)速度較慢，適

98、用于動(dòng)作不頻繁的交／直流負(fù)載。當(dāng)驅(qū)動(dòng)電感性負(fù)載時(shí)，最大開閉頻率不得超過1Hz。晶閘管輸出（交流）和晶體管輸出（直流）都屬于無觸點(diǎn)開關(guān)輸出，適用于通斷頻繁的感性負(fù)載。感性負(fù)載在斷開瞬間會(huì)產(chǎn)生較高反電壓，必須采取抑制措施。二是輸出電流的選擇。模塊的輸出電流必須大于負(fù)載電流的額定值，如果負(fù)載電流較大，輸出模塊不能直接驅(qū)動(dòng)時(shí)，應(yīng)增加中間放大環(huán)節(jié)。對(duì)于電容性負(fù)載、熱敏電阻負(fù)載，考慮到接通時(shí)有沖擊電流，要留有足夠的余量。三是允許同時(shí)接通的輸出點(diǎn)數(shù)。

99、在選用輸出點(diǎn)數(shù)時(shí)，不但要核算一個(gè)輸出點(diǎn)的驅(qū)動(dòng)能力，還要核算整個(gè)輸出模塊的滿負(fù)荷負(fù)載能力，即輸出模塊同時(shí)接通點(diǎn)數(shù)的總電流值不得超過模塊規(guī)定的最大允許電流值。</p><p>　　3.1.4 電源模塊的選擇</p><p>　　電源模塊的選擇一般只需考慮輸出電流。電源模塊的額定輸出電流必須大于處理器模</p><p>　　塊、I/O模塊、專用模塊等消耗電流的總和。以下步

100、驟為選擇電源的一般規(guī)則：</p><p>　?。?）確定電源的輸入電壓；</p><p>　?。?）將框架中每塊I/O模塊所需的總背板電流相加，計(jì)算出I/O模塊所需的總背板電</p><p><b>　　流值；</b></p><p>　?。?）I/O模塊所需的總背板電流值再加上以下各電流：</p><

101、;p>　?、?框架中帶有處理器時(shí)，則加上處理器的最大電流值；</p><p>　　② 當(dāng)框架中帶有遠(yuǎn)程適配器模塊或擴(kuò)展本地I/O適配器模塊時(shí)，應(yīng)加上其最大電流值。</p><p>　　（4）如果框架中留有空槽用于將來擴(kuò)展時(shí)，可做以下處理；</p><p>　?、?列出將來要擴(kuò)展的I/O模塊所需的背板電流；</p><p>　?、?將所有

102、擴(kuò)展的I/O模塊的總背板電流值與步驟。</p><p>　?。?）在框架中是否有用于電源的空槽，否則將電源裝到框架的外面。</p><p>　?。?）根據(jù)確定好的輸入電壓要求和所需的總背板電流值，從用戶手冊(cè)中選擇合適的電源模塊。</p><p>　　需要，還要力爭(zhēng)最佳的性價(jià)比。具體應(yīng)考隨著PLC技術(shù)的發(fā)展，PLC產(chǎn)品的種類越來越多，而且功能也日益完善。PLC的種類繁

103、多，其結(jié)構(gòu)、性能、容量、指令系統(tǒng)、編程方式、價(jià)格等各有不同，當(dāng)然使用場(chǎng)合也有所不同。因此選擇合理的PLC對(duì)提高PLC控制系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)意義重大。</p><p>　　因此在選擇機(jī)型時(shí)不僅要滿足其功能要求及維護(hù)等方面的慮：</p><p>　　（1）合理的結(jié)構(gòu)形式</p><p>　?。?）安裝方式的選擇</p><p>　　（3）相當(dāng)?shù)墓δ?/p>

104、要求</p><p>　?。?）系統(tǒng)可靠性的要求</p><p>　　3.1.5 設(shè)備型號(hào)選擇</p><p>　　1 西門子S7-200 PLC</p><p>　　2 PS307電源（2A） （6ES7 307-1BA00-0AA0） 1塊</p><p>　　3 CPU 315-2DP （6ES7 3

105、15-2AG10-0AB0） 1塊</p><p>　　4 數(shù)字量輸入模塊 SM321 DI16*24VDC （6ES7 321-1BH02-0AA0） 2塊</p><p>　　5 數(shù)字量輸出模塊 SM322 DO8*REL AC230V （6ES7 322-1HF01-0AA0） 2塊</p><p>　　6 仿真模塊 1塊</p>&l

106、t;p>　　7機(jī)架 1塊</p><p><b>　　8計(jì)算機(jī) 1臺(tái)</b></p><p>　　9 SX-805-7 多種液體自動(dòng)混合控制模板 1塊</p><p>　　3.2 系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)，可靠性、實(shí)用性強(qiáng)</p><p>　　本設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)為三種液體混合攪拌控制，其元件、要求如下：</p&g

107、t;<p>　　該系統(tǒng)有三個(gè)液面?zhèn)鞲衅鳎篠2為高液面?zhèn)鞲衅鳎琒3為中液面?zhèn)鞲衅?，S4為低液面?zhèn)鞲衅鳌．?dāng)液面到達(dá)某傳感器的位置時(shí)，該傳感器就會(huì)發(fā)出ON信號(hào)，若低于傳感器位置時(shí)，傳感器就變?yōu)镺FF狀態(tài)。</p><p>　　該系統(tǒng)有四個(gè)電磁閥：Y1為液體A輸入電磁閥，Y2為液體B輸入電磁閥，Y3為液體C輸入電磁閥，Y4為混合液體輸出電磁閥，當(dāng)電磁閥為ON狀態(tài)時(shí)，閥門打開，為OFF時(shí)閥門就關(guān)閉，閥門的開和

108、閉來實(shí)現(xiàn)液體的流入和流出。M為攪拌電動(dòng)機(jī)，當(dāng)M=ON時(shí)，攪拌電動(dòng)機(jī)運(yùn)行；當(dāng)M=OFF時(shí)，攪拌電動(dòng)機(jī)停止。</p><p>　　初始時(shí)，電磁閥Y1、Y2、Y3和攪拌機(jī)M為關(guān)斷狀態(tài)，電磁閥Y4打開1分鐘使容器為空，液面?zhèn)鞲衅鞫紵o信號(hào)。</p><p>　　操作工藝：按下啟動(dòng)按鈕后，電磁閥Y1打開，注入液體A。當(dāng)液面高度到達(dá)低液面時(shí)，S4發(fā)出信號(hào)，繼續(xù)流入液體，當(dāng)液面高度到達(dá)中液面時(shí)，S3發(fā)出信