畢業(yè)設計9摻混PLC控制系統(tǒng)（參考）

摻混 PLC 控制系統(tǒng) I 摻混 PLC 控制系統(tǒng) 摘 要： 可編程序控制器（ Programmable controller）簡稱 PLC，是近年來一種極為迅速，應用極為廣泛的工業(yè)控制裝置。它是一種專為工業(yè)環(huán)境應用而設計的數(shù)字運行的電子系統(tǒng)，它采用可編程程序的存儲器，用來存儲用戶指令，通過數(shù)字或模擬的輸入 /輸出完成確定的邏輯順序、定時、記數(shù)、運算和一些確定的功能來控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。 由于 PLC 的性能優(yōu)越，兼具計算機的功能完備，靈活性強，通用性好和繼電接觸器控制簡單易懂，維修方便等雙重優(yōu)點，形成以微電腦為核心的電子控制設備。可編程 序控制器技術(shù)在世界上己廣泛應用，成為自動化系統(tǒng)中的基本電控裝置 PLC 在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)和實際生活中有著廣泛的應用，由于可編程控制器（ PLC）具有編程軟件采自易學易懂的梯形圖語言、控制靈活方便、抗干擾能力強、運行穩(wěn)定可靠等特點，現(xiàn)在的工業(yè)自動化生產(chǎn)控制多采用可編程控制器來實現(xiàn)。 該摻混控制系統(tǒng)，根據(jù)實際要求利用 PLC 的實時控制和順序處理功能，完成系統(tǒng)控制，。在本次論文中，給出了控制系統(tǒng)的硬件原理圖，主電路圖及軟件設計。 關鍵詞：可編程序控制器、存儲器、計算機技術(shù)。 摻混 PLC 控制系統(tǒng) II Hybrid Control System Implemented by Programmable Logical controller Abstract： This design introduced the function and merits of the FX2N PLC,and electrical appliance linearize Control system which digital shouing has high efficiency ,low cost on the core of FX2N PLC.Programmable controller short for PLC,its aspcial digital running electrican system which design for industry circumstances.It adopt programmable controller memory ,used for memory users instruction which through digital or analogs input/output to finish definitely function to control various machines or produce process. Because PLC has outstanding function, also has perfect function competence, plus flexibility better current use of computers Form electronic control equipment which core on microcomputer PLC control technology was used wide-ranging in world , become basic electricity control device in the Automation system PLC has extensive use in industry product of contemporary age and practice. Because PLC has so many merits, now industry products mostly adopt PLC to bring about . In fact the self control regular , but yell is random only use sequence control or logical control cant satisfy the request of control . So this system adopts the control pattern which is of random logical ability . This control system , based on the request of practice adopts the PLCs merits to finish the control of system; this thesis has the systems scheme of hardware main circuit diagram and software design. Keywords: Programmable controller 、 memory 、 computer technology 。 摻混 PLC 控制系統(tǒng) 1 第 1 章 緒 論 在生產(chǎn)過程、科學研究和其他產(chǎn)業(yè)領域中，可編程序自動控制技術(shù)的應用都是十分廣泛的 ,在自動控制的設備中 , 可編程序自動控制亦比其它的控制方法使用得更普遍。隨著科學技術(shù)日新月異的發(fā)展 ,特別是大規(guī)模集成電路的問世和微處理機技術(shù)的應用 ,使可編程序自動控制技術(shù)進入了一個嶄新的階段，因此 ,了解和學習這些重要技術(shù)對高校工程類專業(yè)的學生來說 ,已是必不可少。摻混 PLC 控制系統(tǒng)這個課題 具有其重要的意義 。 1.1 課題名稱及來源 課題名稱：摻混 PLC 控制系統(tǒng) 課題的來源： 在國內(nèi)的許多化工廠，水泥廠，鋼廠，尤其是國有老廠，其控制系統(tǒng)還在使用過時的模擬控制，甚至是全人工控制。人工控制由于人員過多效益過低，生產(chǎn)的產(chǎn)品不夠精確，安全隱患大增加了系統(tǒng)故障的可能性，還有就是工廠的試驗設備和生產(chǎn)設備存在一定的相差度，以致影響了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效益。而隨著產(chǎn)品性能的提高，對自動控制系統(tǒng)的要求也越來越高，傳統(tǒng)控制已達不到系統(tǒng)要求。隨著大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路的發(fā)展以及計算機的出現(xiàn)，控制系統(tǒng)開始由傳統(tǒng)控制向自動（數(shù)字）控制方向發(fā)展。 1.2 研究的意義及目的 以可編程序控制器為主要控制裝置所構(gòu)成 的控制系統(tǒng)為可編程序控制系統(tǒng)或 PLC 控制統(tǒng)?？删幊炭刂破?(PLC)控制系統(tǒng)以其運行可靠、易學易用、抗干擾性強等特點 ,在工業(yè)控制中得到廣泛的應用。 目前，國外的可編程自動控制設備技術(shù)順應時代潮流，與計算機技術(shù)同步發(fā)展，向著通用化、模塊化、智能化、標準化、數(shù)字化、網(wǎng)絡化方向迅猛發(fā)展。國內(nèi)的發(fā)展從全盤引進、仿制到自行研究，取得了舉世矚目的成績，但從整體上看，我們在技術(shù)性能、制造工藝等方面與國際先進水平還存在很大差距。眾所周知，我國的生產(chǎn)力水平還不是很高，特別是 80 年代以前的國有大中型企業(yè)，出于人才和經(jīng)濟因素的考慮 ，還有很多的廠礦企業(yè)正在使用著原有的落后設備和技術(shù)。因此，改變原有的落后設備和技術(shù)，設計以可編程序器與計算機結(jié)合的自動控制系統(tǒng)，提高工業(yè)自動化的程度，對加速我國盡早成為現(xiàn)代化工業(yè)強國意義重大。 本課題摻混 PLC 控制系統(tǒng)，其目的就是以 PLC 為核心，配合智能儀表，完成系統(tǒng)功能控制，狀態(tài)顯示，信息檢測和報警硬件組建所需要的 PLC 和傳感器等元件的選擇，實摻混 PLC 控制系統(tǒng) 2 現(xiàn)對摻混的自動控制以及運行狀態(tài)的檢測功能和顯示功能。用 PLC 對摻混進行控制，系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)簡單、服務功能增強、系統(tǒng)的可靠性大大提高，且節(jié)省了成本，使摻混系統(tǒng)的性能價 格比提高。尤其在集散控制系統(tǒng)中，利用現(xiàn)場總線技術(shù)，可方便地進行集中監(jiān)控管理。 1.3 可編程控制器基本應用和發(fā)展方向 1.3.1 PLC 的基本應用 可編程控制器是一種專門用于工業(yè)生產(chǎn)過程控制的現(xiàn)場設備。由于它能滿足設備使用環(huán)境的要求和控制的復雜、可靠性 ,在現(xiàn)代的工業(yè)控制系統(tǒng)中大量應用 ,前景非常廣闊。 最初， PLC 主要用于開關量的邏輯控制。隨著 PLC 技術(shù)的進步，它的應用如今， PLC不僅用于開關量控制，還用于模擬量及數(shù)字量的控制，可采集與存儲數(shù)據(jù)，還可對控制系統(tǒng)進行監(jiān)控；還可聯(lián)網(wǎng)、通訊，實現(xiàn)大范圍、跨地域的控制 用 PLC 進行開關量控制實例是很多的，冶金、機械、輕工、化工、紡織等等，幾乎所有工業(yè)行業(yè)都需要用到它。 PLC 具有穩(wěn)定可靠、價格便宜、功能齊全、應用靈活方便、操作維護方便的優(yōu)點，這是它能持久的占有市場的根本原因。 1.3.2 PLC 發(fā)展方向 由于工業(yè)生產(chǎn)對自動控制系統(tǒng)需求的多樣性， PLC 的發(fā)展方向有兩個： 1、 朝著小型、簡易、價格低廉方向發(fā)展。近年來，單片機的出現(xiàn)，促進了 PLC 向緊湊型發(fā)展，體積減小，價格降低，可靠性不斷提高。這種 PLC 可以廣泛取代繼電器控制系統(tǒng)，應用于單機控制和規(guī)模比較小的自動線控制，如日 本立石公司的C20PC40PC60PC20HC40H 等 。 2、 朝著大型、高速、多功能方向發(fā)展。大型的 PLC 一般為多處理器系統(tǒng)，由字處理器、位處理器和浮點處理器等組成，有較大的存儲能力和功能很強的輸入輸出接口。通過豐富的智能外圍接口，可以獨立完成位置控制、閉環(huán)調(diào)節(jié)等特殊功能；通過網(wǎng)絡接口，可級連不同類型的 PLC 和計算機，從而組成控制范圍很大的局部網(wǎng)絡，適用于大型自動化控制系統(tǒng)，如霍尼韋爾的 9000 系列等。 從 PLC 的發(fā)展趨勢看， PLC 控制技術(shù)將成為今后工業(yè)自動化的主要手段。在未來的工業(yè)生產(chǎn)中， PLC 技 術(shù)、機器人技術(shù)和 CAD/CAM 技術(shù)將成為實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動化的三摻混 PLC 控制系統(tǒng) 3 大支柱。 1.4 本課題的主要任務和基本參數(shù) 1.4.1 設計課題 的要求及主要任務 課題 的 設計要求： 1、 以 PLC 為核心，配合智能儀表 2、 主要完成系統(tǒng)功能控制、狀態(tài)顯示、信息檢測和報警硬件組建所需要的 PLC 和傳感器等元器件的選擇 3、 完成系統(tǒng)控制軟件設計 4、 實現(xiàn)對摻混的自動控制以及運行狀態(tài)的檢測功能和顯示功能。 1.4.2 主要任務 系統(tǒng)的方案及總體設計 ：設計的主要內(nèi)容是完成自動控制功能、狀態(tài)顯示和信息檢測所需要的硬件和傳感器等元器件的選擇。并 完成控制軟件設計和 PLC 與單片機通訊的通信協(xié)議的設計。包括： 1、 總體方案的確定 2、 PLC 的選擇 3、 各模塊電路的設計 4、 軟件設計 5、 編寫設計說明書 摻混 PLC 控制系統(tǒng) 4 第 2 章 摻混控制系統(tǒng)設備狀況及控制要求 2.1 設備概況 該摻混 PLC 控制系統(tǒng)是適用于 粉末狀物料混合生產(chǎn)系統(tǒng) 。整個控制系統(tǒng)包括過渡倉兩個，混倉兩個，包裝倉兩個，音叉料位開關，氣動閥，切換閥，松動風，泄壓閥，倉壁振動器，電磁閥等部分組成。 控制系統(tǒng)有進料、循環(huán)、輸送三種工作狀態(tài)。分自動控制和手動 控制兩種工作模式。無論是自動控制工作模式還是手動控制工作模式，過渡倉、混料倉、包裝倉只能夠交替運行，不允許同時運行。 并且 控制系統(tǒng)有報警的軟硬件 。 2.1.1 過渡倉、混倉和包裝倉 過渡倉主要是負責進料工作，通過管道將物料傳送到混倉，物料在混倉內(nèi)混合，混合完成后物料再次運送到包裝倉。 2.1.2 音叉式 料位計 音叉式 料位計 工作原理是通過安裝在音叉基座上的一對壓電晶體使音叉在一定共振頻率下振動 ， 當音叉與被測介質(zhì)相接時，音叉的頻率和振幅將改變，這些變化由智能電路來進行檢測，處理并將之轉(zhuǎn)換為一個開關信號。 適用于檢測 各種非粘滯性的干燥粉狀及小顆粒固體物料，測量精度不高，要求能承受物料、進料時的推力和出料時的拉力。作為高低物位控制和報警的一種高靈敏度檢測儀表，廣泛應用于食品、糧食加工部門、輕工業(yè)、建材、醫(yī)藥、塑料等工業(yè)以及冶金業(yè)的鑄造型砂、小鐵粒、各種金屬粉末等物位控制。 2.1.3 氣動閥 氣動閥 是自動化系統(tǒng)的氣動執(zhí)行器之一， 廣泛應用于石油、化工、冶金、造紙、食品等工業(yè)、控制氣體、液體的流量、壓力、液位等有關工藝參數(shù)，特別適用于變壓吸附氣體分離設備上作開關閉。 2.1.4 泄壓閥 泄壓閥是一種有效的壓力保護裝置，其靈 敏性、泄流量直接關系到管道運行安全。采用密閉輸送工藝的長輸管道，除了要使用調(diào)壓閥控制進出站壓力外，還要使用壓力保護裝摻混 PLC 控制系統(tǒng) 5 置，以防止管道超壓運行而發(fā)生泄露。其作用就是當管道系統(tǒng)產(chǎn)生擾動時，在超壓點將部分甚至全部液體泄放到常壓罐中，以便減輕瞬變壓力波動，防止瞬變壓力造成危害。泄壓系統(tǒng)一般由泄壓閥、常壓罐和與之相連接的管道三部分組成。 其工作 原理 為 當管路中的壓力大于卸壓閥的設定壓力的時候，油液會有卸壓閥處流出，從而控制管路中的壓力不會超過某一限定值。針式卸壓閥，是通過調(diào)整閥門中的彈簧力長短，來調(diào)節(jié)壓緊力，當管路中壓力高 于設定值時，彈簧被反向壓迫，從而密封頂針打開，油液泄漏流出，起到保護設備，調(diào)節(jié)系統(tǒng)壓力的作用。 2.1.5 倉壁振動器 倉壁振動器又稱振動防閉塞裝置， 是一種以振動電機為激振源的一種新型防閉塞裝置，將該裝置安裝于各種料倉上， 用來使料倉、料缶或料斗漏料段的傾斜壁高頻振動，以防止倉（缶、斗）內(nèi)的物料起拱、出現(xiàn)管狀通道、倉壁粘料等不暢流現(xiàn)象，以保證物料從料倉、料缶或料斗中順暢流出。 當防閉塞裝置工作時，振動電機的高速轉(zhuǎn)動，便產(chǎn)生了對料倉壁的周期性高頻振動，由于防閉塞裝置的周期性振動，一方面使物料與倉壁脫離接觸、消除物 料與倉壁的摩擦，另一方面使物料受交變速度和加速度的影響，處于不穩(wěn)定狀態(tài)，從而有效地克服物料的內(nèi)摩擦力和聚集力，以消除料倉內(nèi)物料間的相對穩(wěn)定性，使物料從料倉口順利排出。 倉壁振動器由于具有結(jié)構(gòu)簡單、防堵塞能力強、能耗低、壽命長、激振力可調(diào)等優(yōu)點，目前已廣泛應用于煤炭、冶金、耐火、發(fā)電、 建材、食品、 港口和鐵道運輸?shù)刃袠I(yè)。 2.1.6 電磁閥 電磁閥是用電磁控制的工業(yè)設備，用在工業(yè)控制系統(tǒng)中調(diào)整介質(zhì)的方向、流量、速度和其他的參數(shù)。電磁閥有很多種，不同的電磁閥在控制系統(tǒng)的不同位置發(fā)揮作用，最常用的是單向閥、安全閥、方向 控制閥、速度調(diào)節(jié)閥等。電磁閥是用電磁的效應進行控制，主要的控制方式由繼電器控制。這樣，電磁閥可以配合不同的電路來實現(xiàn)預期的控制，而控制的精度和靈活性都能夠保證。 2.2 控制過程 該摻混控制系統(tǒng)有過渡倉 2 個，混倉 2 個，包裝倉 2 個（分別用 1、 2 標記區(qū)別）?？刂葡到y(tǒng)有進料，循環(huán)，輸送三種工作狀態(tài)。 整個摻混 PLC 控制系統(tǒng)的過程出要分為以下?lián)交?PLC 控制系統(tǒng) 6 幾個部分： 1、 進料過程（過渡倉到混倉） 2、 進料過程停止 3、 循環(huán)過程（混倉內(nèi)進行） 4、 循環(huán)過程停止 5、 輸送過程（混倉到包裝倉） 6、 輸送過程停止 2.2.1 進料過程（過 渡倉到混倉） 只要當過渡倉有物料時，即可進行進料過程。運行過程為 過渡倉 1 輸送到混倉 1。 整個進料過程為： 1 開 過渡倉 發(fā)送罐泄壓閥 （ 13） 2 延時 3 開 過渡倉 下料氣動閥（ 15）， 過渡倉 錐體松動風 （ 17） 4 音叉檢測 （ 11） 5 關 過渡倉 錐體松動風 （ 17）， 過渡倉 下料氣動閥 （ 13）， 過渡倉 發(fā)送罐泄壓閥 （ 15） 6 開 過渡倉 底部松動風 （ 1）、 過渡倉 發(fā)送線切換閥 （ 19）， 混 倉 切換閥 （ 63） 開 過渡倉 輸送氣刀閥 （ 9）， 過渡倉 輸送氣動閥（ 7） 7 音叉檢測 （ 5） 8 關 過渡倉 底部松動風 （ 1） 、 過渡倉 發(fā)送罐松動風 （ 3）， 過渡倉 輸送氣 動閥 （ 7） 9 關 過渡倉 輸送氣刀閥 （ 9） 、 過渡倉 發(fā)送線切換閥 （ 19） 、混 倉 切換閥 （ 63） 。 其具體流程圖如圖 2.1（本說明流程圖中，“，”表示順序動作，“ -”表示同時動作。）所示： 摻混 PLC 控制系統(tǒng) 7 圖 2.1 進料過程流程圖 2.2.2 進料過程停止 進料過程停止有三種方式： 1、 手動停止 無料 無料 有 料 開（ 13） 延時 0至 20秒（可調(diào)） 開（ 15），（ 17） （ 15）反饋信號 音叉（ 11） 關（ 17），（ 13），（ 15） 開（ 1） -（ 19），（ 63） ,（ 9），（ 7） 音叉（ 5） 關（ 1） -（ 3），（ 7） 延時 0 至 20 秒（可調(diào)） 關（ 9），（ 19），（ 63） 有 料 無料 有 料 摻混 PLC 控制系統(tǒng) 8 在手動模式下共分為 8 種過程，當存在允許運行進料過程的 混倉時，就能夠啟動一種進料過程，并且能夠隨時停止任一進料過程（包括自動模式下的進料過程）。 手動控制的 8 種過程為： 單一運行 過渡倉 1 混倉 1 過渡倉 2 混倉 1 過渡倉 1 混倉 2 過渡倉 2 混倉 2 交替運行 過渡倉 1、 2 混倉 1 過渡倉 1、 2 混倉 2 停止過程 過渡倉 1 停止 過渡倉 2 停止 以混倉 1 為例子， 當使用鍵盤手動輸入指令可進行停止操作，系統(tǒng)發(fā)生以下動作 停止運轉(zhuǎn) ： 1 關閉過渡倉椎體松動風 （ 17） ， 過渡倉發(fā)送罐泄壓閥 （ 13） ，過渡倉下料氣動閥 （ 15） 2 過渡倉開 底部松動風 （ 1） 、 過渡倉 發(fā)送罐松動風 （ 3） ，過渡倉發(fā)送線切換閥 （ 19） 、混倉切換閥 （ 63） 3 開過渡倉輸送氣動閥 （ 7） 、過渡倉輸送氣刀閥 （ 9） 4 音叉檢測 （ 5） 5 關過渡倉開 底部松動風 （ 1） 、 過渡倉 發(fā)送罐松動風 （ 3） ，過渡倉輸送氣動閥 （ 7） 、過渡倉輸送氣刀閥 （ 9） ，過渡倉發(fā)送線切換閥 （ 19） 、混倉切換閥 （ 63） 。 具體 流程圖 如圖 2.2。 圖 2.2 進料過程手動停止流程圖 關（ 17），（ 13），（ 15） 開（ 1） -（ 3） ,（ 19） -（ 63） 開 （ 7） -（ 9） 音叉（ 5） 關（ 1） -（ 3），（ 7） -（ 9），（ 19） -（ 63） 有 料 無 料 延時 0 至 3 分鐘 無 料 摻混 PLC 控制系統(tǒng) 9 2、自動停車 在運行過程中當 混倉 1 倉體上音叉 （ 57）或 混倉 2 倉體上音 （ 58）叉發(fā)生有料信號后則報警，如三分鐘內(nèi)無新指令輸入，則按情況一的順序自動停車。 在自動控制模式下兩過渡倉只能夠交替運行，不允許同時運行。當過渡倉的兩料位計過渡倉 1 音叉 （ 21）、 過渡倉 2 音叉 （ 22）發(fā)出有料信號，開啟先發(fā)出有料信號的過渡倉進行送料。若同時發(fā)出有料信號，則優(yōu)先 1 倉，然后再 1、 2 倉交替運行。（即 過渡倉 1輸送氣動閥 （ 7）、 過渡倉 1 輸送 氣 刀 閥 （ 9）、 過渡倉 1 發(fā)送線切換閥 （ 19）開啟時， 過 渡倉 2 輸送氣動閥 （ 8）、 過渡倉 2 輸送氣 刀 閥 （ 10）、 過渡倉 2 發(fā)送線切換閥 （ 20）關閉，在此時間段內(nèi) 2 倉同時完成 過渡倉 2 下料氣動閥 （ 16）由閉到開的過程，反之，當 過渡倉1 輸送氣動閥 （ 7）、 過渡倉 1 輸送氣 刀 閥 （ 9）、 過渡倉 1 發(fā)送線切換閥 （ 19） 關閉時，而過渡倉 2 發(fā)送罐上音叉 （ 12）顯示有料，則立即開啟 過 渡倉 2 輸送氣動閥 （ 8）、 過渡倉 2輸送氣 刀 閥 （ 10）、 過渡倉 2 發(fā)送線切換閥 （ 20） 送料，此時間段內(nèi)倉同時完成 過渡倉1 下料氣動閥 （ 15）由開到閉的過程。） 在自動 進料過程運行之前需要對進料倉工作狀態(tài)進行選擇。同一混倉在進行循環(huán)或輸送時不能同時進行進料過程。如果有一混倉允許進行進料過程，則自動選擇該混倉。如有兩個及以上混倉允許運行時，則發(fā)出報警聲，并彈出菜單，由操作人員進行確認。確認后報警聲自動消失，如在兩分鐘內(nèi)無確認，則自動按 1、 2 倉的順序優(yōu)先選擇小序號。如無允許運行進料過程的混倉，進料過程不動作，并發(fā)出報警聲，在操作人員確認后報警消失。 3、緊急停車 以過渡倉 1 到混倉 1 為例， 在發(fā)生故障或其他緊急事件時，輸入緊急停止指令后，則系統(tǒng)控制點發(fā)生如下動作： 1 關過渡倉開 底 部松動風（ 1）、 過渡倉 發(fā)送罐松動風（ 3） ，過渡倉輸送氣動閥 （ 7）， 過渡倉 錐體松動風（ 17）， 過渡倉 下料氣動閥（ 13） 、過渡倉 發(fā)送罐泄壓閥（ 15） 2 延時 3 過渡倉輸送氣刀閥 （ 9） ，過渡倉發(fā)送線切換閥 （ 19）， 混倉切換閥 （ 63） 。 系統(tǒng)流程圖如圖 2.3 所示 圖 2.3 緊急停車流程圖 關（ 1） -（ 3） -（ 7），（ 17），（ 13） -（ 15） 關（ 9），（ 19），（ 63） 延時 1090 秒可調(diào) 摻混 PLC 控制系統(tǒng) 10 2.2.3 循環(huán)過程 循環(huán)過程是在混倉內(nèi)進行 。啟動一個循環(huán)過程的先決條件為： 該倉沒有進行輸送過程或者是進料過程。只要混倉內(nèi)有料（不管音叉狀態(tài)如何）即可進行循環(huán)，并且允許 2 個 混倉同時進行循環(huán) 。 循環(huán)過程分四種情況：混倉 1 循環(huán)，混倉 2 循環(huán)，混倉 1 循環(huán)停止，混倉 2 循環(huán)停止。在循環(huán)過程中，振動器在兩組之間交替運行，運行周期位 3 分鐘。 以混倉 1 為例， 其運行過程如下： 1 開混倉泄壓電磁閥 （ 47） 、混倉倉體松動風 （ 55） 、混倉錐體松動風 （ 49） ，混倉下料氣動閥 （ 45） ，混倉隔離氣動閥 （ 39） ，混倉 A 組振動器或 B 組振動器（ 59、 60） 2 音叉檢測（ 37） 3 關混倉隔離氣動閥（ 39） 4 開混倉發(fā)送罐底部松動風（ 23），混倉發(fā)送罐松動風（ 25），混倉循環(huán)線氣刀閥（ 29），混倉循環(huán)線氣動閥（ 31） 5 音叉檢測（ 43） 6 關混倉泄壓電磁閥（ 47）、混倉錐體松動風（ 49）、混倉下料氣動閥（ 45） 7 開混倉上罐松動風（ 41） ,混倉隔離氣動閥（ 39） 8 關混倉發(fā)送罐松動風（ 25） 9 音叉檢測（ 37） 10 開混倉發(fā)送罐松動風 （ 25） 11 關混倉上罐松動風（ 41） ，混倉隔離氣動閥（ 39） 12 開混倉泄壓電磁閥（ 47）、混倉錐體松動風（ 49）、混倉下料氣動閥（ 45） 回第 5 步。 其流程圖如圖 2.4 所示。 摻混 PLC 控制系統(tǒng) 11 圖 2.4 循環(huán)過程流程圖 無料 無料 有料 有料 開（ 47），（ 55） -（ 49），（ 45），（ 39），（ 59）或（ 60） 音叉（ 37） 關（ 39） 開（ 23），（ 25），（ 29），（ 31） 關（ 47） -（ 49） -（ 45） 音叉（ 37） 音叉（ 43） 開（ 41） ,（ 39） 關（ 25） 維持現(xiàn)狀（ 0至 20）秒（可調(diào)） 開（ 25） 開（ 47） -（ 49） -（ 45） 關（ 41） -（ 39） 無料 有料 摻混 PLC 控制系統(tǒng) 12 2.2.4 循環(huán)過程停止 循環(huán)過程停止運行過程： 1 關混倉泄壓電磁閥（ 47）、混倉錐體松動風（ 49）、混倉下料氣動閥（ 45） 2 開混倉上罐松動風 （ 41） 3 關混倉發(fā)送罐松動風（ 25） 4 開混倉隔離氣動閥（ 39） 5 音叉檢測（ 27） 6 關混倉發(fā)送罐底部松動風（ 23）、混倉上罐松動風（ 41）、混倉循環(huán)線氣刀閥 （ 29） 、混倉 1 切換閥（ 63） 、 混倉 A 組振動器（ 59）或 B 組振動器（ 60）、混倉 錐體松動風（ 55）、混倉上罐松動風（ 41）、混倉隔離氣動閥（ 39） 。 其流程圖如圖 2.5 所示。 圖 2.5 循環(huán)過程停止 流程圖 循環(huán)過程緊急停止運行過程： 1 關 混倉泄壓電磁閥 （ 47）、 混倉錐體松動風 （ 49）、 混倉下料氣動閥 （ 45）、 混倉發(fā)送罐松動風 （ 25）、 混倉發(fā)送罐底部松動風 （ 23）、 混倉循環(huán)線氣動閥 （ 31）、 混倉 A 組振動器 （ 59）、 混倉倉體松動風 （ 55）、 混倉 上罐松動風 （ 41）、混倉 隔離氣動閥 （ 39） 2 關 混倉循環(huán)線氣刀閥 （ 29） 其流 程圖如圖 2.6 所示 圖 2.6 循環(huán)過程緊急停止流程圖 關（ 47） -（ 49） -（ 45） -（ 25） -（ 23） -（ 31） -（ 59） 或（ 60） -（ 55） -（ 41） -（ 39） 延時 10 至 90 秒（可調(diào)） 關（ 29） 關（ 47） -（ 49） -（ 45） 開（ 41） 開（ 39） 音叉（ 27） 維持現(xiàn)狀（ 0至 3）分鐘（可調(diào)） 關（ 23） -（ 41） -（ 29） -（ 63） -（ 59） 或（ 60） -（ 55） -（ 41） -（ 39） 關（ 25） 無料 有料 摻混 PLC 控制系統(tǒng) 13 2.2.5 輸送過程 輸送過程是從混倉到包裝倉 的過程。 當混倉有料且沒有進行進料和輸送過程，并存在未全滿的包裝倉就可進行輸送過程。輸送過程分為：自動控制和手動控制兩種模式。 開始輸送過程前需先進行自動或手動的確認。在自動控制模式下，同一混倉的輸送過程在兩個包裝倉之間交替進行。且按照先 1 后 2 的順序選擇未滿的包裝倉（即包裝倉的音叉顯示無料）輪流輸送。當一個音叉顯示有料時則自動切換到下一個未滿的包裝倉， 如此周而復始。當所有的包裝倉全滿時，則自動停止輸送過程，延時 20 到 60 分鐘后再自動運行。當一混倉的所有音叉（包括輸送罐上的音叉）全部發(fā)出無料信號， 3 分鐘后發(fā)出報警聲，在一分鐘內(nèi)如果無新的指令輸入 ，就自動停止輸送過程，且不再自動啟動。在輸送的過程中，隨時可以人為發(fā)出停止指令停止輸送過程，手動停止后就不再自動啟動。 在手動模式下，當存在允許運行輸送過程的混倉和包裝倉時，就可以啟動一種輸送過程且可以隨時停止一種輸送過程。在一種手動輸送過程中，當輸送的包裝倉的音叉顯示有料時則報警，如兩分鐘無新的指令輸入，按程序自 動停止輸送過程。 輸送過程運行步驟： 1 開 混倉泄壓電磁閥 （ 47）， 混倉倉體松動風 （ 55）， 混倉錐體松動風 （ 49）， 混倉下料氣動閥 （ 45）， 混倉隔離氣動閥 （ 39）， 混倉 A 組振動器 （ 59）或 混倉 B 組振動器 （ 60） 2 音叉檢測（ 37） 3 關 混倉隔離氣動閥（ 39） 4 開混倉發(fā)送罐底部松動風（ 23） 、 混倉發(fā)送罐松動風（ 25） ， 包裝倉切換閥 （ 67） 、 混倉輸送線切換閥 （ 65） ，混倉 1 輸送線氣動閥（ 33）、混倉 1 輸送線氣刀閥 （ 35） 5 音叉檢測（ 41） 6 關混倉泄壓電磁閥（ 47）、 混倉錐體松動風 （ 49） 、 混倉下料氣動閥 （ 45） 7 開 混倉上罐松動風 （ 41），混倉隔離氣動閥 （ 39） 8 音叉檢測（ 37） 9 開混倉發(fā)送罐松動風（ 25） 10 關 混倉上罐松動風，（ 41） 混倉隔離氣動閥 （ 39） 11 開混倉泄壓電磁閥（ 47）、混倉錐體松動風（ 49）、混倉下料氣動閥（ 45）。 其流程圖如圖 2.7 所示 摻混 PLC 控制系統(tǒng) 14 圖 2.7 輸送過程流程圖 2.2.6 輸送過程停止 輸送過程應按如下程序 停止： 1 開混倉泄壓電磁閥（ 47）、混倉錐體松動風（ 49）、混開（ 47），（ 55） -（ 49），（ 45） -（ 39），（ 59） 或（ 60） 音叉（ 37） 音叉（ 41） 音叉（ 37） 關（ 39） 開（ 23） -（ 25） ， （ 67） -（ 65），（ 33），（ 35） 關（ 47） -（ 49） -（ 45） 開（ 41） ， （ 39） 維持現(xiàn)狀（ 10 至 90 秒可調(diào)） 關（ 41） ， (39） 開（ 47） -（ 49） -（ 45） 開（ 25） 無料 有料 無料 有料 無料 有料 摻混 PLC 控制系統(tǒng) 15 倉下料氣動閥（ 45） 2 開 混倉上罐松動風 （ 41） 3 關 混倉發(fā)送罐松動風 （ 25） 4 開混倉隔離氣動閥 （ 39） 5 音叉檢測（ 25） 6 關 混倉發(fā)送罐底部松動風 （ 23）、 混倉上罐松動風 （ 41）、 混倉輸送線氣動閥 （ 33）、 混倉 A 組振動器 （ 59）、 混倉 B 組振動器 （ 60）、混倉倉體松動風 （ 55）、 混倉輸送線切換閥 （ 65）、 報警輸出 （ 75）、 混倉隔離氣動閥 （ 39）。 其具體流程圖如圖 2.8。 圖 2.8 輸送過程停止正常停止流程圖 輸送過程緊急停止過程： 1 關 混倉泄壓電磁閥 （ 47）、 混倉錐體松動風 （ 49）、 混倉下料氣動閥 （ 45）、 混倉上罐松動風 （ 41）、 混倉發(fā)送罐松動風 （ 25）、 混倉發(fā)送罐底部松動風 （ 23）、 混倉隔離氣動閥 （ 39）、 混倉輸送線氣動閥 （ 32）、 混倉 A 組振動器 （ 59）或 混倉 B 組振動器 （ 60）、 混倉倉體松動風 （ 55） 2 關 混倉輸送線氣刀閥 （ 35） 混倉輸送線切換閥 （ 65） 包裝倉切換閥 （ 67）。 其具體流程圖如 圖 2.9。 圖 2.9 輸送過程緊急停止 關（ 47） -（ 49） -（ 45） -（ 41） -（ 25） -（ 23） -（ 39） -（ 32） -（ 59） 或 （ 60） -（ 55） 維持現(xiàn)狀（ 10 至 90 秒可調(diào)） 關（ 35），（ 65），（ 67） 關（ 47） -（ 49） -（ 45） 開（ 39） 開（ 41） 音叉（ 25） 維持現(xiàn)狀（ 0至 3分鐘可調(diào)） 關（ 23） -（ 41） -（ 33） -（ 35） -（ 59） -（ 60） -（ 55） -（ 65） -（ 75） -（ 39） 關（ 25） 有料 無 料 摻混 PLC 控制系統(tǒng) 16 同一混倉的進料、循環(huán)、輸送過程不能同時進行，只能運行一種，當計算機接到由一種狀態(tài)變?yōu)榱硪环N狀態(tài)的指令時，必須先人工停止前一過程再啟動后一過程。 在輸送過程中，振動器也在兩組之間自動進行交替運行，交替運行以 3 分鐘為周期。 2.2.7 部分參數(shù)的可調(diào)節(jié)范圍 1、 氣刀、倉風、錐風開放時為斷續(xù)供氣，具體調(diào)節(jié)范圍如下：氣刀（ 9）（ 10）（ 29）（ 35）（ 36）（ 30）開 1-8 秒，倉風、錐風（ 17）（ 18）（ 55）（ 56）（ 49）（ 50）（ 41）（ 4）開0-10 秒，關 0-10 秒。 2、 一般報警告知維持 時間 3、 管延時啟動時間 4、 進料抽真空時間；進料過程停止，總清過渡倉時間；進料過程緊急停止，清進料管道時間。 5、 循環(huán)時延時檢測混倉底部上音叉信號時間；循環(huán)停止時，總清混倉時間；循環(huán)緊急停止時，清混倉循環(huán)管道時間。 6、 輸送時延時檢測混倉底部上音叉信號時間；輸送停止時，總清混倉時間；輸送緊急停止時，清輸送管道時間。 2.2.8 計算機報警 提示 隨著工業(yè)生產(chǎn)過程的復雜化和功能要求的不斷提高，對 PLC 控制系統(tǒng)的要求也越來越高。總線技術(shù)的開發(fā)應用，更使 PLC 控制系統(tǒng)不斷擴大化了，因而對遠程控制、群控、數(shù)控、數(shù)據(jù) 的修改與交換、故障的自動檢測、自動報警、各控制點的狀態(tài)顯示以及歷史事件記錄的查詢等智能化控制技術(shù)提出了新的更高的要求。 報警提示音作為設計環(huán)節(jié)中必不可少的一個部分，在生產(chǎn)的安全、維修等方面起著重要的作用。 生產(chǎn)廠家已使 PLC 具有自我診斷功能來檢測其自身的故障，但 PLC 外部設備的故障檢測需要用戶自己設計處理。下面對本次設計的報警功能進行設計。 一般報警告知：所有音叉正常料位有料時，發(fā)出一個短音，主要用于提示工作人員對整個系統(tǒng)運行正常與否進行判斷。 第二種報警告知：報警音維持 10 60 秒（可調(diào)）后消失 1、 在自動控 制模式下（ 21）或（ 22）有料 2、 在輸送過程中（ 69）或（ 70）有料 3、 在輸送過程中（ 57）（ 53）（ 51）（ 43）（ 37）（ 27）或（ 58）（ 54）（ 52）（ 44）（ 38）摻混 PLC 控制系統(tǒng) 17 （ 28）全無料 第三種報警告知：報警音必須在操作人員作出處理后才能消除 1、 混倉上料位計有料時 2、 罐中上音叉有料而罐中下音叉無料，出現(xiàn)故障 即： a. （ 11）有（ 5）無 ， b. （ 12）有（ 6）無 c. （ 37）有（ 27）無 ， d. （ 38）有（ 28）無 e. （ 57）有（ 53）無 ， f. （ 58）有（ 54）無 3、 計算機發(fā) 出指令后， 20 秒鐘內(nèi)沒有返回閥門已打開的信號故障 4、 在手動控制模式下（ 21）或（ 22）有料。 2.3 摻混 PLC 控制系統(tǒng)原理圖 (見附錄 A) 摻混 PLC 控制系統(tǒng) 18 第 3 章 控制系統(tǒng)的方案選擇 3.1 系統(tǒng)方案的選擇 系統(tǒng)方案選擇的原則是在滿足生產(chǎn)機械工藝要求確保產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，力求投資少，效益高和操作方便。根據(jù)課題的要求，本課題的控制系統(tǒng)方案有幾種方案可供選擇：繼電器控制方案、單片機控制方案 、 PLC 控制方案 等。 1、 繼電器控制方案 。 由于繼電器在控制電路中有獨特的電氣、物理特性，其斷 態(tài)的高絕緣電阻和通態(tài)的低導通電阻，使得其它任何電子元器件無法與其相比，加上繼電器標準化程度高、通用性好、可簡化電路等優(yōu)點，所以繼電器仍得以廣泛應用。隨 著科技的飛速發(fā)展，繼電器在程控通信設備中的使用量還在進一步增加 。 但是由于使用繼電器控制方案 接線多而復雜，體積大，功耗大，一旦系統(tǒng)構(gòu)成后，想再改變或增加功能都很困難。另外，繼電器觸點數(shù)目有限，每只只有 4 8 對觸點，因此靈活性和擴展性很差。繼電器控制邏輯使用了大量的機械觸點，連線也多。觸點開閉時會受到電弧的損壞，并有機械磨損，壽命短，可靠性和可維護性差。再加上使 用繼電器控制方案將大大增加成本，因此，該控制系統(tǒng)不適合使用繼電器控制方案。 2、 單片機控制方案 。 單片機 是將計算機的基本部件微型化并集成到一塊芯片上的微型計算機，通常片內(nèi)都含有 CPU、 ROM、 RAM、并行 I/O、串行 I/O、定時器 /計數(shù)器、中斷控制、系統(tǒng)時鐘及系統(tǒng)總線等。單片機是隨著超大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展而誕生的。隨著技術(shù)的發(fā)展，單片機片內(nèi)集成的功能越來越強大，并朝著 SOC（片上系統(tǒng)）方向發(fā)展。單片機有著體積小、功耗低、功能強、性能價格比高、易于推廣應用等顯著優(yōu)點，所以廣泛應用于電子儀表、家用電器、節(jié)能裝 置、機器人、工業(yè)控制等諸多領域，使產(chǎn)品小型化、 智能化，既提高了產(chǎn)品的功能和質(zhì)量，又降低了成本，簡化了設計。 但是單片機對環(huán)境要求較高，一般要在干擾小的場地使用，指令集復雜，對編程能力要求較高， 可讀性差，實時控制 相對于 PLC 較差。 3、 PLC 控制方案。 可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P設備， 都應按易于使工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則設計。同時可編程序控制器具有可靠性高、抗干擾能力強，適應性強、應用靈活，編程方便、易于使用，控制系統(tǒng)設計、安裝、調(diào)試方便，維修方便、維修工作量小，功能完善等特點。 摻混 PLC 控制系統(tǒng) 19 3.2 系統(tǒng)方案的確定 相對于傳統(tǒng)的繼電器 控制方案 來說 ,PLC 在技術(shù)角度上大大方便了電控設計人員，其系統(tǒng)的軟硬件設計簡便，維護方便，在體積、可靠性、耗電量等性能方面都有很大程度的提高，從而帶動成本的節(jié)約，而且可以通過計算機進行數(shù)據(jù)的傳輸和監(jiān)控，這一系列的優(yōu)點使 PLC 很快被人們接受并代替繼電 器控制方案，廣泛應用于工廠自動控制中。 相對于單片機來說 ,PLC 本身固有的穩(wěn)定性和可靠性特點決定了它在自動化行業(yè)內(nèi)不可取代的地位。 PLC 擠占部分單片機的市場。 PLC 相比單片機具有高可靠性，易于開發(fā)，擴展性好，通訊簡單的，這些優(yōu)點促使很多的設備生產(chǎn)廠家在設計時選用 PLC 作為設備的控制器。 總之，現(xiàn)代的工業(yè)自動化生產(chǎn)線中 ,多數(shù)產(chǎn)家都采用 PLC 作為自動 化 生產(chǎn)線的控制。在未來的工業(yè)生產(chǎn)中， PLC 仍然能夠引導自動化行業(yè)的發(fā)展，隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，PLC 將在各個領域更加適應不同客戶的要求。 眾所周知，目前我國仍有許 多生產(chǎn)機械設備，都是采用繼電器控制，除了可靠性差外，設計程序也很繁雜。從方案的確立到技術(shù)條件的設計以及施工的設計，圖面的工作量很大，這勢必造成設計周期長。而采用 PLC 控制可以大大縮短設計周期，甚至有些文件資料也不必繪制成圖。設計人員完全可以利用編程器上屏幕顯示來輸入，或修改程序使得梯形圖能準確無誤地反映生產(chǎn)要求。編程人員也可根據(jù)新產(chǎn)品對生產(chǎn)提出的新工藝要求，重新編寫程序并把它存儲在 EEPROM 模塊中去，需要加工哪個產(chǎn)品的程序，操作人員可以隨時調(diào)用，這既方便、簡單又可保密。開發(fā)這種軟件對優(yōu)化生產(chǎn)過程，提高產(chǎn)品 數(shù)量和質(zhì)量，提高勞動生產(chǎn)率，非常具有實際意義。僅此一點也深受生產(chǎn)及設計者的歡迎。 綜上所述，該控制系統(tǒng)的控制方案應選 PLC 控制方案為宜。 3.3 PLC 控制方案的優(yōu)點 PLC 控制方案有以下幾個優(yōu)點 （ 1）編程方法簡單易學 （ 2）功能強，性能價格比高 （ 3）硬件配套齊全，用戶使用方便 （ 4）無觸點免配線，可靠性高，抗干擾能力強 （ 5）系統(tǒng)的設計、安裝、調(diào)試量少 （ 6）維修工作量少，維修方便 （ 7）體積小，能耗低 摻混 PLC 控制系統(tǒng) 20 第 4 章 控制系統(tǒng) PLC 與元器件選型 4.1 PLC 的選型 4.1.1 PLC 選型的基本原則 產(chǎn)品的種 類也越來越多。不同型號的 PLC，其結(jié)構(gòu)形式、性能、容量、指令系統(tǒng)、編程方式、價格等也各有不同，適用的場合也各有側(cè)重。因此，合理選用 PLC，對于提高 PLC控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟指標有著重要意義。 在 PLC 系統(tǒng)設計時，首先應確定控制方案，下一步工作就是 PLC 工程設計選型。工藝流程的特點和應用要求是設計選型的主要依據(jù)。PLC 及有關設備應是集成的、標準的，按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則選型所選用 PLC 應是在相關工業(yè)領域有投運業(yè)績、成熟可靠的系統(tǒng)， PLC的系統(tǒng)硬件、軟件配置及功能應與裝置規(guī)模和控制 要求相適應。熟悉可編程序控制器、功能表圖及有關的編程語言有利于縮短編程時間，因此，工程設計選型和估算時，應詳細分析工藝過程的特點、控制要求，明確控制任務和范圍確定所需的操作和動作，然后根據(jù)控制要求，估算輸入輸出點數(shù)、所需存儲器容量、確定 PLC 的功能、外部設備特性等，最后選擇有較高性能價格比的 PLC 和設計相應的控制系統(tǒng)。 任何一種控制系統(tǒng)都是為了實現(xiàn)被控對象的工藝要求，以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。因此，在設計 PLC 控制系統(tǒng)時，應遵循以下基本原則： （ 1）最大限度地滿足被控對象的控制要求 （ 2）保證 PLC 控制系統(tǒng)安全可靠 （ 3）力求簡單、經(jīng)濟、使用及維修方便 （ 4）適應發(fā)展的需要 綜合以上選型原則，本課題懸著三菱 FX2N 系列可編程序控制器作為控制器。三菱FX2N 系列編程器是日本三菱公司近年推出的小型高性能整體式 PLC。它是 FX2 的更新?lián)Q代型，由基本單元、擴展單元、擴展模塊、特殊模塊和特殊單元組成。 FX2N 系列 PLC 的輸出電路也有三種：繼電器型，雙向晶閘管型和晶體管型?；締卧?、擴展單元和擴展模塊均可選擇不同的輸出方式。產(chǎn)品有 FX2N-16M 128M 等多種型號可供選擇 。 4.1.2 輸出元件的 點數(shù)統(tǒng)計和配置 在確定了控制對象的控制任務和選擇好 PLC 的機型后，即可安排輸入、輸出的配置，并對輸入、輸出進行地址編號。分配 I/O 地址時要注意以下問題： 摻混 PLC 控制系統(tǒng) 21 1、 設備 I/O 地址盡可能連續(xù)； 2、 相鄰設備 I/O 地址盡可能連續(xù)； 3、 輸入 /輸出 I/O 地址分開 ； 4、 每一框架 I/O 地址不要全部占滿，要留有一定的余量，便于系統(tǒng)擴展和工藝流程的改，但不宜保留太多，否則會增加系統(tǒng)成本； 5、 充分考慮控制柜與控制柜之間、框架與框架之間、模塊與模塊之間的信號聯(lián)系，合理地安排 I/O 地址，減少它們之間的內(nèi)部連線。 因此系統(tǒng)輸入輸出 分配如下： 摻混 PLC 控制系統(tǒng)輸入點共占用 40 個點， 其中包括 音叉料位開關 20 個和啟動按鈕20 個 。 其具體分配情況如表 4 1 所示。 表 4-1：摻混 PLC 控制系統(tǒng)輸入點 X 分配表 輸入地址 名 稱 編號 備注 X000 過渡倉 1 發(fā)送罐下音叉 5 X001 過度倉 1 輸送氣動閥 7 X002 過渡倉 1 發(fā)送罐上音叉 11 X003 過渡倉 1 下料氣動閥 15 X004 過渡倉 1 音叉 21 X005 過渡倉 1 輸送線切換閥 19 X006 過渡倉 2 輸送線切換閥 20 X007 過渡倉 2 發(fā)送罐下音叉 6 X010 過渡倉 2 輸送線氣動閥 8 X011 過渡倉 2 發(fā)送罐上音叉 12 X012 過渡倉 2 下料氣動閥 16 X013 過渡倉 2 音叉 22 X014 混倉 1 輸送線氣動閥 33 X015 混倉 1 隔離氣動閥 39 X016 混倉 1 下料氣動閥 45 X017 混倉 1 倉體上音叉 57 X020 混倉 1 倉體下音叉 53 X021 混倉 1 錐體音叉 51 X022 混倉 1 上罐音叉 43 X023 混倉 1 發(fā)送罐上音叉 37 X024 混倉 1 發(fā)送罐下音叉 27 摻混 PLC 控制系統(tǒng) 22 續(xù)表 4-1 X025 混倉 1 循環(huán)線氣動