基于s7-200plc的多種液體混合控制系統設計畢業論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 發展得很快，各 PLC 廠商都十分重視 PLC 的通信功能，紛紛推出各自的網絡系統。新近生產的 PLC 都具有通信接口，通信非常方便。 PLC 的國內外現狀及未來發展 前景 1. PLC 的國內外 現狀 世界上公認的第一臺 PLC 是 1969 年美國數字設備公司（ DEC）研制的。限于當時的元器件條件及計算機發展水平，早期的 PLC 主要由分立元件和中小規模集成電路組成，可以完成簡單的邏輯控制及定時、計數功能。 20 世紀70 年代初出現了微處理器。人們很快將其引入可編程控制器，使 PLC 增加了運算、數據傳送及處理等功能，完成了真正具有計算機特征的工業控制裝置。為了方便熟悉繼電器、接觸器系統的工程技術人員使用，可編程控制器采用和繼電器電路圖類似的梯形圖作為主要編程語言，并將參加運算及處理的計算 機存儲元件都以繼電器命名。此時的 PLC 為微機技術和繼電器常規控制概念相結合的產物。 20 世紀 70 年代中末期，可編程控制器進入實用化發展階段，計算機技術已全面引入可編程控制器中，使其功能發生了飛躍。更高的運算速度、超小型體積、更可靠的工業抗干擾設計、模擬量運算、 PID 功能及極高的性價比奠定了它在現代工業中的地位。 20 世紀 80 年代初，可編程控制器在先進工業國家中已獲得廣泛應用。這個時期可編程控制器發展的特點是大規模、高速度、高性能、產品系列化。這個階段的另一個特點是世界上生產可編程控制器的國家日益增多，產量日益 上升。這標志著可編程控制器已步入成熟階段。 20 世紀末期，可編程控制器的發展特點是更加適應于現代工業的需要。從控制規模上來說，這個時期發展了大型機和超小型機；從控制能力上來說，誕生了各種各樣的特殊功能單元，用于壓力、溫度、轉速、位移等各式各樣的控制場合；從產品的配套能力來說，生產了各種人機界面單元、通信單元，使應用可編程控制器的工業控制設備的配套更加容易。目前，可編程控制器 共 36 頁 第 9 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 在機械制造、石油化工、冶金鋼鐵、汽車、輕工業等領域的應用都得到了長足的發展。 我國可編程控制器的引進、應用、研制、生產是伴隨著改革開放開 始的。最初是在引進設備中大量使用了可編程控制器。接下來在各種企業的生產設備及產品中不斷擴大了 PLC 的應用。目前，我國自己已可以生產中小型可編程控制器。上海東屋電氣有限公司生產的 CF 系列、杭州機床電器廠生產的DKK 及 D 系列、大連組合機床研究所生產的 S 系列、蘇州電子計算機廠生產的 YZ 系列等多種產品已具備了一定的規模并在工業產品中獲得了應用。此外，無錫華光公司、上海鄉島公司等中外合資企業也是我國比較著名的 PLC生產廠家。可以預期，隨著我國現代化進程的深入， PLC 在我國將有更廣闊的應用天地。 2. PLC 的 未來 發展 前景 21 世紀， PLC 會有更大的發展。從技術上看，計算機技術的新成果會更多地應用于可編程控制器的設計和制造上，會有運算速度更快、存儲容量更大、智能更強的品種出現；從產品規模上看，會進一步向超小型及超大型方向發展；從產品的配套性上看，產品的品種會更豐富、規格更齊全，完美的人機界面、完備的通信設備會更好地適應各種工業控制場合的需求；從市場上看，各國各自生產多品種產品的情況會隨著國際競爭的加劇而打破，會出現少數幾個品牌壟斷國際市場的局面，會出現國際通用的編程語言；從網絡的發展情況來看，可編程控制器和其它工業控制計 算機組網構成大型的控制系統是可編程控制器技術的發展方向。 目前的計算機集散控制系統 DCS（ Distributed Control System）中已有大量的可編程控制器應用。伴隨著計算機網絡的發展，可編程控制器作為自動化控制網絡和國際通用網絡的重要組成部分，將在工業及工業以外的眾多領域發揮越來越大的作用。 PLC 的基本結構 從結構上分， PLC 分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式 PLC 包括 CPU 板、 I/O 板、顯示面板、內存塊、電源等，這些元素組合成一個不可拆卸的整體。模塊式 PLC 包括 CPU 模塊、 I/O 模塊、內存、電源模塊、底板或機架，這些模塊可以按照一定規則組合配置。 1. CPU 模塊 共 36 頁 第 10 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ CPU 是 PLC 的核心，起神經中樞的作用，每套 PLC 至少有一個 CPU，它按PLC 的系統程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數據，用掃描的方式采集由現場輸入裝置送來的狀態或數據，并存入規定的寄存器中，同時，診斷電源和 PLC 內部電路的工作狀態和編程過程中的語法錯誤等。進入運行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經分析后再按指令規定的任務產生相應的控制信號，去指揮有關的控制電路。 CPU 主要由運算器、控制器、 寄存器及實現它們之間聯系的數據、控制及狀態總線構成， CPU 單元還包括外圍芯片、總線接口及有關電路。內存主要用于存儲程序及數據，是 PLC 不可缺少的組成單元。 在使用者看來，不必要詳細分析 CPU 的內部電路，但對各部分的工作機制還是應有足夠的理解。 CPU 的控制器控制 CPU 工作，由它讀取指令、解釋指令及執行指令。但工作節奏由震蕩信號控制。運算器用于進行數字或邏輯運算，在控制器指揮下工作。寄存器參與運算，并存儲運算的中間結果，它也是在控制器指揮下工作。 CPU 速度和內存容量是 PLC 的重要參數，它們決定著 PLC 的工作速 度，IO 數量及軟件容量等，因此限制著控制規模。 2. I/O 模塊 PLC 與電氣回路的接口，是通過輸入輸出部分（ I/O）完成的。 I/O 模塊集成了 PLC 的 I/O 電路，其輸入暫存器反映輸入信號狀態，輸出點反映輸出鎖存器狀態。輸入模塊將電信號變換成數字信號進入 PLC 系統，輸出模塊相反。 I/O 分為開關量輸入（ DI），開關量輸出（ DO），模擬量輸入（ AI），模擬量輸出（ AO）等模塊。 常用的 I/O 分類如下： （ 1） 開關量：按電壓水平分，有 220VAC、 110VAC、 24VDC，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。 （ 2） 模擬量：按信號類型分，有電流型（ 420mA,020mA）、電壓型（ 010V,05V,1010V）等，按精度分，有 12bit,14bit,16bit 等。 除了上述通用 IO 外，還有特殊 IO 模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。 按 I/O 點數確定模塊規格及數量， I/O 模塊可多可少，但其最大數受 CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機架槽數限制。 3. 電源模塊 PLC 電源用于為 PLC 各模塊的集成電路提供工作電源。同時，有的還為輸入電路提供 24V 的工作電源。電源輸入類型有：交流電源（ 220VAC 或110VAC），直流電源（常用的為 24VDC）。 共 36 頁 第 11 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 大多數模塊式 PLC 使用底板或機架，其作用是：電氣上，實現各模塊間的聯系，使 CPU 能訪問底板上的所有模塊，機械上，實現各模塊間的連接，使各模塊構成一個整體。 編程器是 PLC 開發應用、監測運行、檢查維護不可缺少的器件，用于編程、對系統作一些設定、監控 PLC 及 PLC 所控制的系統的工作狀況，但它不直接參與現場控制運行。小編程器 PLC 一般有手持型編程器，目前一般由計算機（運行編程軟件）充當編程器。也就是我們系統的上位機。 共 36 頁 第 12 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 第 3章 系統硬件設計 總體結構 從圖 系統的總體流程框圖可知設計的液體混合裝置主要通過可編程控制器對各個元件的控制完成三種液體的自動混合攪拌并控制溫度，如圖 所示。 此裝置需要控制的元件有：其中輸入端有啟動開關 SD， 液面傳感器 SL液面傳感器 SL 液面傳感器 SL3，溫度傳感器 T。輸出端有進液閥門 A、進液閥門 B、進液閥門 B、排液閥門，攪拌電機 M，加熱器 H。 圖 系統的總體流 程框圖 1. 總體控制要求：本裝置為三種液體混合模擬裝置，由液面傳感器 SLSL SL3，液體 A、 B、 C 閥門與混合液閥門由電磁閥 YV YV YV YV4，攪勻電機 YKM，加熱器 H，溫度傳感器 T 組成。實現三種液體的混合，攪勻，加熱等功能。 2. 打開“啟動”開關， 裝置投入運行時。首先液體 A、 B、 C 閥門關閉，可 編 程 控 制 器 啟動 SD 液面傳感器 SL1 液面傳感器 SL2 液面傳感器 SL3 溫度傳感器 T 進液閥門 A 進液閥門 B 進液閥門 C 排液閥門 攪拌電機 M 加熱器 H 共 36 頁 第 13 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 混合液閥門打開 10 秒將容器放空后關閉。然后液體 A 閥門打開，液體 A 流入容器。當液面到達 SL3 時， L3 接通，關閉液體 A 閥門， 打開液體 B 閥門。液面到達 SL2時，關閉液體 B 閥門，打開液體 C 閥門。液面到達 SL1 時，關閉液體 C 閥門。 3. 2 秒后攪勻電機開始攪勻、加熱器開始加熱。當混合液體在 6 秒內達到設定溫度，加熱器停止加熱，攪勻電機工作 6秒后停止攪動；當混合液體加熱 6 秒后還沒有達到設定溫度，加熱器繼續加熱，當混合液達到設定的溫度時，加熱器停止加熱，攪勻電機停止工作。 4. 攪勻結束以后，混合液體閥門打開，開始放出混合液體。當液面下降到 SL3 時， L3 由接通變為斷開，再過 2 秒后，容器放空，混合液閥門關閉，開始下一周期。 5. 關閉“啟動”開關，在 當前的混合液處理完畢后，停止操作。 液位傳感器的選擇 選用 型液位傳感器其中“ L”表示光電的，“ S”表示傳感器，“ F”表示防腐蝕的， 為最大工作壓力。 LSF 系列液位開關可提供非常準確、可靠的液位檢測。其原理是依據光的反射折射原理，當沒有液體時，光被前端的棱鏡面或球面反射回來；有液體覆蓋光電探頭球面時，光被折射出去，這使得輸出發生變化，相應的晶體管或繼電器動作并輸出一個開關量。應用此原理可制成單點或多點液位開關。LSF 光電液位開關具有較高的適應環境的能力，在耐腐蝕方面有較好的 抵抗能力。 相關元件主要技術參數及原理如下： （ 1）工作壓力可達 （ 2）工作溫度上限為 125176。 C （ 3）觸點壽命為 100 萬次 （ 4）觸點容量為 70w （ 5）開關電壓為 24V DC （ 6）切換電流為 溫度傳感器的選擇 選用 KTY81210A 型溫度傳感器 其中“ T” 表示溫度 共 36 頁 第 14