《基于PLC的液体混合机控制论文》

河北化工医药职业技术学院毕业论文1第1章绪论1.1课题背景随着科学技术的猛速发展，自动控制技术在人类活动的各个领域中的应用越来越广泛，它的水平已成为衡量一个国家生产和科学技术先进与否的一项重要标志。在炼油、化工、制药等行业中，多种液体混合是必不可少的程序，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配料精确、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自动混合的目的,液体自动混合配料势必就是摆在我们眼前的一大课题。随着计算机技术的发展，对原有液体混合装置进行技术改造，提出数据采集、自动控制、运行管理等多方面的要求。设计的多种液体混合装置利用可编程控制器实现在混合过程中精确控制，提高了液体混合比例的稳定性、运行稳定、自动化程度高，适合工业生产的需要。1.1.1研究目的和意义在工艺加工最初，把多种原料再合适的时间和条件下进行需要的加工以得到产品一直都是在人监控或操作下进行的，在后来多用继电器系统对顺序或逻辑的操作过程进行自动化操作，但是现在随着时代的发展，这些方式已经不能满足工业生产的实际需要。实际生产中需要更精确、更便捷的控制装置。随着科学技术的日新月异，自动化程度要求越来越高，原来的液体混合远远不能满足当前自动化的需要。可编程控制器液体自动混合系统集成自动控制技术，计量技术，传感器技术等技术与一体的机电一体化装置。充分吸收了分散式控制系统和集中控制系统的优点，采用标准化、模块化、系统化设计，配置灵活、组态方便。可编程控制器多种液体自动混合控制系统的特点：①系统自动工作；②控制的单周期运行方式；③由传感器送入设定的参数实现自动控制；④启动后就能自动完成一个周期的工作，并循环。基于PLC的液体混合机控制2本系统采用PLC是基于以下两个原因：①PLC具有很高的可靠性，通常的平均无故障时间都在30万小时以上；②编程能力强，可以将模糊化、模糊决策和解模糊都方便地用软件来实现；根据多种液体自动混合系统的要求与特点，我们采用的PLC具有小型化、高速度、高性能等特点，可编程控制器指令丰富，可以接各种输出、输入扩充设备，有丰富的特殊扩展设备，其中的模拟输入设备和通信设备是系统所必需的，能够方便地联网通信。本系统就是应用可编程序控制器(PLC)对多种液体自动混合实现控制。1.1.2本文的主要工作本文首先回顾多种液体自动混合装置的发展过程，说明了种液体自动混合装置的PLC控制的重要性和必然性。然后，讲述了可编程程序控制器的应用，通过论述可编程程序控制器的优点对可控制编程器对多种液体混合装置的控制有一个总体的认识。最后，通过对程序液位控制系统的程序的调试，检测，再进行是对系统的更正，使控制系统更加完善，确保系统能顺利运行。1.2、控制要求、设计要求1.2.1设备基本情况本题目用PLC来模拟并实现多种液体自动混合装置的控制，设备如下图所示图1.11.2.2控制要求如图所示为三种液体混合装置，SQ1、SQ2、SQ3和SQ4为液面传感器，液面淹没河北化工医药职业技术学院毕业论文3时接通，液体A、B、C与混合液阀由电磁阀YV1、YV2、YV3、YV4控制，M为搅匀电动机，其控制要求如下：1、初始状态装置投入运行时，液体A、B、C阀门关闭，混合液阀门打开20s将容器放空后关闭。2、起动操作按下启动按钮SB1，装置开始按下列给定规律运转。(1)液体A阀门打开，液体A流入容器。当液面到达SQ3时，SQ3接通，关闭液体A阀门，打开液体B阀门。(2)当液面到达SQ2时，关闭液体B阀门，打开液体C阀门。(3)当液面到达SQ1时关闭阀门C，搅匀电动机开始搅匀。(4)搅匀电动机工作1min后停止搅动，混合液体阀门打开，开始放出混合液体。(5)当液面下降到SQ4时，SQ4由接通变断开，再过20s后，容器放空，混合液阀门关闭，开始下一周期。3、停止操作按下停止按钮SB2后，要将当前的混合操作处理完毕后，才停止操作（停在初始状态）。1.2.3设计要求根据生产设备工作方面及其它方面的需要，本次设计要达到如下设计要求：(1)要求本次设计的控制装置采用PLC技术实现；(2)要能完全满足控制要求；1.3总体设计思路根据已知情况、控制要求、设计要求，划分为以下3个部分，依序进行，各部分的设计任务分配如下：1.3.1程序设计及调试通过移位指令，实现液面监控后闸门的闭合与断开。在闸门的开关后运用计时器，实现按时控制并循环。设计程序并在实验室调试改进完善。1.3.2电气设计完成电气线路原理图、元件位置图、接线图、元件明细表的设计。1.3.3后期工作说明操作过程，编写设计说明书。按照上述设计思路，逐步展开任务逐一完成。基于PLC的液体混合机控制4第2章PLC原理介绍及设备总体结构介绍2.1PLC发展历程在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它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。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）公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字公司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）。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，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。PLC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。PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。2.2PLC的应用现状自20世纪60年代中期以来PLC产品在电力、冶金、化工等行业发挥了重大作用,尤其近20年来计算机和信息技术的飞速发展,不断成倍扩大的功能和成倍降低的价格,使PLC、通讯联网技术、过程控制软件都获得了长足进步,也使PLC的广泛应用成为可能。下面通过两组数据(引自工控网)说明PLC的应用现状。PLC在冶金行业的市场将持续增加2003年中国的工业出现了快速增长,工业产值同比增长在12%以上,而且中国的最大钢铁出口对象—美国在2003年下半年取消了钢铁附加税,中国钢材对其出口也将迅速回升。这些有利因素刺激了中国冶金行业的投资。据调查,中国冶金行业对设备的投资同比增长接近50%。冶金设备的大量增长带动了PLC在该行业的增长,2003年PLC在冶金行业的市场达到216亿元,2004年有望达到3亿元。PLC在纺织行业的应用分析。在中国,PLC在纺织机械上的运用已经有17年的历史了,从最早的进口合成纤维生产设备到目前的中小型纺机,PLC无处不在。占各类纺织机械60%以上的织机平均每台带有一个小型的PLC,主要用于检测、报警、速河北化工医药职业技术学院毕业论文5度控制和机器启停控制。纺机的比例在纺织机械中不到5%,却用到更多的PLC,单台纺纱机最多用到17台PLC,主要是60个IO点以下的微型产品。梳棉机也用微ö小型PLC控制。其它各类纺织机械基本上都采用PLC控制,只有一些相对简单的设备采用单片机或者其它控制方式。纺织机械的辅助设备也主要由PLC控制,如循环水系统、空调系统、蒸气系统、废水处理系统、包装线等。实际上PLC在中国的应用已分布到各行各业,根据工控网的调查,2003年中国控制类产品市场PLC的占有率已超过50%,而且保持着10%～15%的发展速度。2.3PLC控制系统的发展前景现在,虽然出现了性能更加优越的DCS和FCS控制系统,PLC控制也终将会被先进的FCS控制所取代,但是目前以及今后相当长的一段时间,PLC还会与DCS和FCS共存,这主要基于以下原因:(1)现在企业的确正在朝着自动化、信息化、开放化的方向发展,但这并不意味着要将现有控制系统推倒重来。企业投入大量的人力和财力建立起来的PLC控制系统已经成型,如果要完全推翻再建立新的DCS或FCS控制系统,需要更大的资金投入,将造成很大的浪费。(2)基于以上市场需求,许多软件厂商(例如:华富惠通软件公司)正在考虑如何利用企业已经成型的控制系统及新建的厂级网络,开发控制系统软件,帮助企业实现工厂自动化、信息化,为企业提供控制系统与管理网络的集成。(3)目前,PLC的功能增强、结构优化,IO模块趋向分散化、智能化,编程工具和编程语言更具标准化和高级化。(4)PLC的联网通信能力增强,向高速度、多层次、大信息量、高可靠性及开放式的通信发展。(5)现在的PLC系统与DCS技术、现场总线IO技术相结合,结构开放、扩展方便、技术先进、价格低廉。由以上分析可以预见,未来PLC将朝着多功能化、集成化、智能化、标准化、开放化的方向发展,故PLC虽然面临其它自动化控制系统的挑战,但同时也在吸收它们的优点,互相融合,不断创新,在今后一段时间内将与其它先进控制方式并存,共同发展。2.4可编程序控制器PLC的分类PLC产品种类繁多，其规格和性能也各不相同。对PLC的分类，通常根据其结构形式的不同、功能的差异和I/O点数的多少等进行大致分类。（1）按结构形式分类根据PLC的结构形式，可将PLC分为整体式和模块式两类。1.整体式PLC整体式PLC是将电源、CPU、I/O接口等部件都集中装在一个机箱内，具有结构紧凑、体积小、价格低的特点。小型PLC一般采用这种整体式结构。整体式PLC由不同I/O点数的基本单元（又称主机）和扩展单元组成。基本单元内有CPU、I/O接口、与I/O扩展单元相连的扩展口，以及与编程器或EPROM写入器相连的接口等。扩展单元内只有I/O和电源等，没有CPU。基本单元和扩展单元之间一般用基于PLC的液体混合机控制6扁平电缆连接。整体式PLC一般还可配备特殊功能单元，如模拟量单元、位置控制单元等，使其功能得以扩展。2.模块式PLC模块式PLC是将PLC各组成部分，分别作成若干个单独的模块，如CPU模块、I/O模块、电源模块（有的含在CPU模块中）以及各种功能模块。模块式PLC由框架或基板和各种模块组成。模块装在框架或基板的插座上。这种模块式PLC的特点是配置灵活，可根据需要选配不同规模的系统，而且装配方便，便于扩展和维修。大、中型PLC一般采用模块式结构。还有一些PLC将整体式和模块式的特点结合起来，构成所谓叠装式PLC。叠装式PLC其CPU、电源、I/O接口等也是各自独立的模块，但它们之间是靠电缆进行联接，并且各模块可以一层层地叠装。这样，不但系统可以灵活配置，还可做得体积小巧。（2）按I/O点数分类根据PLC的I/O点数的多少，可将PLC分为小型、中型和大型三类。1.小型PLC——I/O点数小于256点；单CPU、8位或16位处理器、用户存储器容量4K字以下。2.中型PLC——I/O点数256～2048点；双CPU，用户存储器容量2～8K。3.大型PLC——I/O点数2048点；多CPU，16位、32位处理器，用户存储器容量8～16K.2.5CPU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，这些模块可以按照一定规则组合配置。2.5.1CPU的构成CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，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