稀土萃取洗液生產(chǎn)車間自動(dòng)控制系統(tǒng)

1、內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文）題 目：稀土萃取洗液生產(chǎn)車間自動(dòng)控制系統(tǒng)學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)：專 業(yè)：自動(dòng)化班 級(jí)：自06-3班指導(dǎo)教師： 稀土萃取洗液生產(chǎn)車間自動(dòng)控制系統(tǒng)摘 要我國(guó)稀土的研究技術(shù)水平處于世界領(lǐng)先地位，但是其工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化控制水平較低。我所設(shè)計(jì)的自動(dòng)控制系統(tǒng)彌補(bǔ)了其工業(yè)生產(chǎn)的不足。本設(shè)計(jì)采用PLC控制配置罐的液位，實(shí)現(xiàn)了對(duì)濃度的自動(dòng)控制?；谙到y(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)及功能，首先對(duì)PLC、電源、傳感器、執(zhí)行器等進(jìn)行了選型，然后對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了硬件電路圖的設(shè)計(jì)和PLC軟件編程，最后實(shí)現(xiàn)了上位機(jī)與PLC通信，并且對(duì)上位機(jī)組態(tài)做了設(shè)計(jì)。最終完成了洗液自動(dòng)控制系統(tǒng)，經(jīng)模擬調(diào)試，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)

2、過程的連續(xù)，保證了配置洗液的精度，增強(qiáng)了系統(tǒng)的安全性能。PLC技術(shù)的應(yīng)用提高了系統(tǒng)的靈活性、快速性、安全性以及控制精度；并利用組態(tài)王技術(shù)對(duì)控制參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，對(duì)S7-200、各泵運(yùn)行狀態(tài)和容器液位進(jìn)行監(jiān)視，使得系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單，畫面直觀、形象。關(guān)鍵詞：濃度控制；PLC；限位報(bào)警；傳感器；組態(tài)王Re extract lotion production workshop automatic control systemAbstractTechnical level of China Rare Earth is a world leader, but the automation levels of th

3、e industrial production is low. The control system of industrial production I designed makes up for its deficiencies.This design uses a PLC can control the level configuration to realize the automatic control of concentration. Based on the systems basic structure and function, at first, to chose pow

4、er supply, sensors, actuators, etc of the PLC, then design the system hardware circuit and PLC programming, finally realized the communication between PC and PLC, and make the design on the upper machine configuration. Finally completed the system of the wash control. After the simulated, achieved c

5、ontinuous production process, to ensure the accuracy of the configuration lotion, to enhance the safety performance of the system. PLC technology improved the system flexibility, speed, security and control accuracy; and used the technology to control with Configuration parameters set, on the S7-200

6、, operating status of each pump and tank water monitor, making system simple, screen image intuitive.Key words: Concentration control, PLC, Limit alarm, Sensors, PC unit configuration目 錄摘 要IAbstractII第一章 引 言11.1 稀土萃取洗液生產(chǎn)車間自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)背景11.1.1 稀土資源簡(jiǎn)介11.1.2 稀土的特性11.1.3 萃取洗液11.2 稀土萃取洗液生產(chǎn)車間自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理21.2.1

7、 萃取洗液生產(chǎn)車間的組成21.2.2 工作原理41.2.3 萃取洗液生產(chǎn)車間的設(shè)計(jì)目標(biāo)51.2.4 萃取洗液生產(chǎn)車間的技術(shù)要求51.3 稀土萃取洗液生產(chǎn)車間自動(dòng)控制系統(tǒng)綜述6第二章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)72.1 萃取洗液生產(chǎn)的控制原理72.1.1 配置過程的控制原理72.1.2 補(bǔ)充原液與報(bào)警82.2 采樣信號(hào)和控制量分析82.3 系統(tǒng)組成9第三章 硬件設(shè)計(jì)113.1 PLC的選型113.1.1 CPU的選型123.1.2 S7-200 數(shù)字量、模擬量擴(kuò)展模塊的選型143.1.3 S7-200的通信203.2 執(zhí)行器設(shè)備選型213.2.1 鹽酸濃度傳感器213.2.2 稱重傳感器223.2.3 液位傳感器

8、223.2.4 水泵、鹽酸泵233.2.5 電磁閥243.2.6 DC 24V電源243.2.7 罐的標(biāo)準(zhǔn)253.3 電路設(shè)計(jì)253.3.1 洗液生產(chǎn)PLC電路圖253.3.2 洗液生產(chǎn)控制回路圖273.3.3 洗液生產(chǎn)主回路圖283.4 電源設(shè)計(jì)303.4.1 S7-200電源的設(shè)計(jì)303.4.2 傳感器的電源的設(shè)計(jì)31第四章 軟件設(shè)計(jì)324.1 程序流程圖324.2 程序符號(hào)表344.3 S7-200組態(tài)35結(jié)論37參考文獻(xiàn)38附錄39致 謝51 第一章 引 言1.1 稀土萃取洗液生產(chǎn)車間自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)背景1.1.1 稀土資源簡(jiǎn)介我國(guó)擁有豐富的稀土礦產(chǎn)資源，中國(guó)占世界稀土資源的41.36

9、%，是一個(gè)名符其實(shí)的稀土資源大國(guó)。成礦條件優(yōu)越，堪稱得天獨(dú)厚，探明的儲(chǔ)量居世界之首，為發(fā)展我國(guó)稀土工業(yè)提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。研究與開發(fā)出適合我國(guó)稀土萃取分離生產(chǎn)過程的自動(dòng)化技術(shù)及系統(tǒng)已成為發(fā)展我國(guó)稀土工業(yè)的重大科技關(guān)鍵問題。稀土就是化學(xué)元素周期表中鑭系元素鑭（La）、鈰（Ce）、鐠（Pr）、釹（Nd）、钷（Pm）、釤（Sm）、銪（Eu）、釓（Gd）、鋱（Tb）、鏑（Dy）、鈥（Ho）、鉺（Er）、銩（Tm）、鐿（Yb）、镥（Lu），以及與鑭系的15個(gè)元素密切相關(guān)的兩個(gè)元素鈧（Sc）和釔（Y）共17種元素，稱為稀土元素（RareEarth）。稀土元素最初是從瑞典產(chǎn)的比較稀少的礦物中發(fā)現(xiàn)的，“土”是按

10、當(dāng)時(shí)的習(xí)慣，稱不溶于水的物質(zhì)，故稱稀土。稀土金屬已廣泛應(yīng)用于電子、石油化工、冶金、機(jī)械、能源、輕工、環(huán)境保護(hù)、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域。應(yīng)用稀土可生產(chǎn)熒光材料、稀土金屬氫化物電池材料、電光源材料、永磁材料、儲(chǔ)氫材料、催化材料、精密陶瓷材料、激光材料、超導(dǎo)材料、磁致伸縮材料、磁光存儲(chǔ)材料、光導(dǎo)纖維材料等。1.1.2 稀土的特性稀土元素是典型的金屬元素。它們的金屬活潑性僅次于堿金屬和堿土金屬元素，而比其他金屬元素活潑。利用稀土元素化學(xué)性質(zhì)的差別用溶劑革取法將它們分成若干個(gè)稀土組的過程。為稀土元素分離提純的主要內(nèi)容之一。稀土元素分組分離的方法有一般化學(xué)法、離子交換樹脂色層分離法(見稀土元素色層分離)和溶劑萃取法等

11、。工業(yè)上主要采用溶劑萃取法。溶劑萃取法其萃取過程與分級(jí)沉淀、分級(jí)結(jié)晶、離子交換等分離方法相比，具有分離效果好、生產(chǎn)能力大、便于快速連續(xù)生產(chǎn)、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制等一系列優(yōu)點(diǎn)，因而逐漸變成分離大量稀土的主要方法。萃取工藝過程一般可分為三個(gè)主要階段：萃取、洗滌、反萃取。1.1.3 萃取洗液稀土萃取洗液是溶劑萃取方式中的一種原料，用于分離鐠、釹兩種元素。洗液的鹽酸濃度決定著分離鐠、釹元素的程度。以往企業(yè)采用非自動(dòng)生產(chǎn)萃取洗液，存在著許多不利因素，如生產(chǎn)的濃度偏差大、生產(chǎn)過程的不連續(xù)性、員工的身體傷害等一些缺點(diǎn)。本系統(tǒng)主要特點(diǎn)是PLC的加入，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制。實(shí)現(xiàn)了連續(xù)的生產(chǎn)過程，產(chǎn)品的濃度達(dá)到了要求的值，

12、而且生產(chǎn)線中工作人員大大減少，生產(chǎn)的安全性有了提高，減少了對(duì)員工的危害性。1.2 稀土萃取洗液生產(chǎn)車間自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理1.2.1 萃取洗液生產(chǎn)車間的組成萃取洗液生產(chǎn)車間是由鹽酸罐、水罐、配置罐、成品罐、攪拌電機(jī)、水泵、鹽酸泵、電磁閥、液位傳感器、稱重傳感器、鹽酸濃度傳感器、以及一些控制單元與報(bào)警單元組成。鹽酸罐是用來裝生產(chǎn)原料鹽酸（HCl），從市場(chǎng)上買來的標(biāo)準(zhǔn)原料。配置罐就是把原料與水在配制罐里進(jìn)行濃度調(diào)整，成品罐是最終盛放生產(chǎn)好的要求標(biāo)準(zhǔn)萃取洗液。水泵有兩臺(tái)，一臺(tái)用于將水罐中的水抽到配置罐中；當(dāng)水罐液位低時(shí)，另一臺(tái)水泵為水罐加水。酸泵有三臺(tái)，一臺(tái)酸泵用于將鹽酸罐中的鹽酸加入配置罐中，第

13、二臺(tái)酸泵是將配置罐中配置好的洗液抽到成品罐中，當(dāng)鹽酸罐中鹽酸液位低時(shí)，第三臺(tái)酸泵給鹽酸罐添加原料。攪拌電機(jī)用于對(duì)加入配制罐中的原料與水?dāng)嚢杈鶆?。電磁閥用于成品罐的替換流入。液位傳感器對(duì)鹽酸罐、水罐、配置罐的液位檢測(cè)，濃度傳感器進(jìn)行配置罐與鹽酸罐濃度監(jiān)測(cè)。稱重模塊是對(duì)成品罐的液位檢測(cè)?？刂茊卧饕蒔LC作為控制器，通過控制電路進(jìn)行控制。報(bào)警單元進(jìn)行鹽酸罐、配置罐、成品罐的限位報(bào)警有警燈與警鈴。生產(chǎn)工藝圖如圖1.1。 圖1.1生產(chǎn)工藝生產(chǎn)車間可以劃分為原料單元、配置單元、成品單元、控制單元、報(bào)警單元。各個(gè)單元互相關(guān)聯(lián)，每個(gè)單元都在整個(gè)系統(tǒng)中起著重要的作用。系統(tǒng)單元如圖1.2。圖1.2 系統(tǒng)單元1

14、. 原料單元原料單元的原料是水和原料鹽酸。原料單元有四臺(tái)泵控制，原料水泵有兩臺(tái)水泵，一臺(tái)用于將水罐中的水抽到配置罐中；當(dāng)水罐液位低時(shí)，另一臺(tái)水泵用于加水。一臺(tái)酸泵用于將鹽酸罐中的鹽酸加入配置罐中，當(dāng)鹽酸罐中鹽酸液位低時(shí)，第三臺(tái)酸泵給鹽酸罐添加原料。鹽酸罐、水罐有上下線的限位，超過最低限位或最高限位能夠進(jìn)行報(bào)警，警燈報(bào)警和警鈴?fù)瑫r(shí)報(bào)警，警鈴報(bào)警進(jìn)行聲音傳遞快速，但不能明確是什么錯(cuò)誤進(jìn)行的報(bào)警。當(dāng)聽到聲音后，只有從閃爍的報(bào)警燈才能確定是生產(chǎn)線出錯(cuò)的地方。原料單元還有鹽酸濃度傳感器，用于生產(chǎn)的原料鹽酸并不是單一濃度值，鹽酸罐中的濃度計(jì)可以用于檢測(cè)鹽酸罐中加入的鹽酸濃度（當(dāng)量值），準(zhǔn)確的檢測(cè)出原料的鹽

15、酸濃度值可以更精確的配置出要求濃度鹽酸洗液。但輸入要配置濃度的洗液，不用知道買來的原料濃度的偏差就可以自動(dòng)進(jìn)行生產(chǎn)。2. 配置單元配置單元由配置罐、濃度傳感器、液位傳感器、成品泵、攪拌裝置及流入配置罐、成品罐的管道組成。通過水泵、鹽酸泵的啟停控制流入配置罐中的原料多少，成品泵是控制配置好的洗液從配制罐流向成品罐。配置罐中有液位傳感器、濃度傳感器、攪拌裝置，通過泵將原料流入配置罐中，液位傳感器檢測(cè)其液位，可以實(shí)現(xiàn)液位檢測(cè)與上下限位報(bào)警，超過上、下限位后由警燈和警鈴配合進(jìn)行報(bào)警，警燈用來顯示具體出錯(cuò)位置。濃度傳感器是系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，配制罐所配置的最終濃度就是生產(chǎn)車間要生產(chǎn)的要求濃度，濃度傳感器的精

16、度可以實(shí)現(xiàn)配置液小于1%的誤差。攪拌裝置是將配置罐中加入的原料攪拌均勻，啟停有PLC的輸出信號(hào)控制，以定時(shí)攪拌的方式，大約三分鐘可以將混合液攪拌均勻。成品罐盛裝最終的產(chǎn)品裝置，裝滿一罐PLC自動(dòng)控制電磁閥切換打開的另一個(gè)空罐。3成品單元成品單元由成品罐、電磁閥、稱重傳感器組成。成品罐用于裝配置好的成品。電磁閥用于切換成品罐。稱重傳感器通過檢測(cè)成品罐的重量轉(zhuǎn)換成品罐裝的液位高低。4控制單元控制單元包括控制器PLC、PC機(jī)組態(tài)顯示、控制電氣回路等。PLC通過采集鹽酸罐、水罐、配置罐的液位，成品罐的重量信號(hào)，鹽酸罐、配置罐的濃度信號(hào)。經(jīng)過軟件編程控制五個(gè)泵的開通、關(guān)斷，攪拌電機(jī)的啟、停，實(shí)現(xiàn)要求濃度

17、產(chǎn)品的配置過程，并且對(duì)配置罐、水罐、鹽酸罐進(jìn)行上、下限位報(bào)警。PC機(jī)用來實(shí)現(xiàn)組態(tài)顯示，可以實(shí)時(shí)顯示鹽酸罐、配置罐、成品罐的液位和鹽酸罐、配置罐的濃度，實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)的啟動(dòng)、停止?fàn)顟B(tài)、攪拌電機(jī)的狀態(tài)、泵的狀態(tài)等。5報(bào)警單元報(bào)警單元由報(bào)警燈和報(bào)警鈴構(gòu)成，PLC控制兩種報(bào)警形勢(shì)，主要是對(duì)鹽酸罐、水罐、配置罐的上、下限位的報(bào)警控制，報(bào)警燈可以顯示具體限位報(bào)警位置，報(bào)警鈴可以在鹽酸罐、配置罐的上、下限位過線后迅速通知工作人員。但報(bào)警方式中警鈴只有一個(gè)，不管的鹽酸罐、配置罐的上限還是下限過線了，都會(huì)報(bào)警，無法分辨是什么地方的報(bào)警，但報(bào)警燈的每一盞燈都對(duì)應(yīng)單一限位地點(diǎn)。這樣配合起來就能夠?qū)崿F(xiàn)快速通知工作人員并

18、能準(zhǔn)確全出錯(cuò)位置。1.2.2 工作原理稀土萃取洗液生產(chǎn)車間自動(dòng)控制系統(tǒng)是通過PLC對(duì)鹽酸罐、水罐、配置罐液位檢測(cè)，鹽酸罐、配置罐濃度檢測(cè)、稱重傳感器的檢測(cè)，對(duì)五個(gè)泵、攪拌電機(jī)、電磁閥的控制，實(shí)現(xiàn)濃度的控制。PLC自動(dòng)控制水泵、鹽酸泵將鹽酸罐的鹽酸與水分別加入配置罐中，到達(dá)液位后，攪拌電機(jī)將其攪拌均勻后，分析鹽酸濃度，高于或低于配置濃度，加鹽酸或水調(diào)整直至滿足要求配置濃度。滿足要求配置濃度，電磁閥順序打開空成品罐，打開成品泵將配置好的液體抽到成品罐中，如圖1.1生產(chǎn)工藝圖。稀土萃取洗液生產(chǎn)車間自動(dòng)控制系統(tǒng)的生產(chǎn)過程由3個(gè)過程組成。首先是從PC組態(tài)監(jiān)控機(jī)輸入要配置一定濃度（當(dāng)量）萃取洗液值，然后按

19、組態(tài)上的啟動(dòng)按鈕啟動(dòng)。組態(tài)里同時(shí)有停止按鈕可以命令停止。其次PLC進(jìn)行液位、濃度檢測(cè)，根據(jù)濃度值計(jì)算后控制泵。PLC先打開水泵，當(dāng)達(dá)到計(jì)算液位后將其關(guān)閉，然后PLC控制打開鹽酸泵，當(dāng)達(dá)到計(jì)算液位后將其關(guān)閉（由于鹽酸里加水會(huì)使溶液沸騰，產(chǎn)生的熱量不易擴(kuò)散，所以先加水后加鹽酸）。初次加完鹽酸后PLC控制啟動(dòng)18分鐘攪拌電機(jī)將以上混合液攪拌均勻。最后PLC檢測(cè)配制罐鹽酸濃度是否達(dá)到要求濃度，高于（低于）配置濃度，PLC計(jì)算再次加入的水（原鹽酸）的高度，然后打開相應(yīng)的水泵（鹽酸泵）加水（鹽酸）到位后起動(dòng)18分鐘攪拌電機(jī)將以上混合液攪拌均勻。最后PLC檢測(cè)配制罐鹽酸濃度是否達(dá)到要求濃度，滿足要求配置濃度

20、，高于（低于）配置濃度，如上再繼續(xù)進(jìn)行調(diào)整直至滿足要求配置濃度。配置好后，PLC自動(dòng)打開電磁閥（1#成品罐滿了自動(dòng)切換2#電磁閥打開），打開成品泵。萃取洗液生產(chǎn)自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)及技術(shù)要求。1.2.3 萃取洗液生產(chǎn)車間的設(shè)計(jì)目標(biāo)洗液的濃度對(duì)稀土萃取是很重要的部分，對(duì)稀土產(chǎn)業(yè)的發(fā)展也起到很重要的作用。首先稀土萃取洗液生產(chǎn)車間自動(dòng)控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)組態(tài)形象的顯示出鹽酸罐、配置罐的液位和濃度值，能夠直接從組態(tài)畫面輸入要配置濃度，啟動(dòng)后能夠自動(dòng)的配置出要求的濃度來，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)生產(chǎn)。其次如果鹽酸罐、水罐、配置罐的液位過高或過低時(shí)能夠自行報(bào)警通知工作人員，可以自動(dòng)切斷相應(yīng)的生產(chǎn)過程，當(dāng)工作人員處理完后可

21、以繼續(xù)生產(chǎn)。鹽酸罐、水罐液位低時(shí)能夠自動(dòng)控制補(bǔ)水泵、補(bǔ)鹽酸泵的啟動(dòng)補(bǔ)充液位。當(dāng)1#成品罐裝滿后，自動(dòng)打開2#成品罐的電磁閥。PLC所以實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)主要功能，第一，用一臺(tái)PC機(jī)就將整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)的生產(chǎn)過程用很直觀的圖表示出來了。第二，生產(chǎn)的過程是全自動(dòng)的，能夠自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)補(bǔ)充原料的不足、自動(dòng)配置生產(chǎn)。正常生產(chǎn)的過程是不用人員的。1.2.4 萃取洗液生產(chǎn)車間的技術(shù)要求技術(shù)要求：1.配置濃度的鍵入功能（每天要生產(chǎn)什么濃度值洗液需要輸入系統(tǒng)）；2.各罐的液位顯示與上下限位報(bào)警功能（可以顯示液位的高度與限位報(bào)警）；3.洗液自動(dòng)配置功能；4.洗液配置誤差1%；5.傳感器要求抗酸腐蝕；1.3 稀土萃取洗液生產(chǎn)

22、車間自動(dòng)控制系統(tǒng)綜述目前國(guó)內(nèi)的稀土萃取洗液生產(chǎn)系統(tǒng)，由于缺乏先進(jìn)的技術(shù)手段支持，基本上都采用傳統(tǒng)的工作人員在現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控生產(chǎn)，鹽酸酸洗液濃度較高時(shí)，酸霧逸出多，給生產(chǎn)環(huán)境造成了污染，對(duì)人體有較大危害性。而且這種全靠人員監(jiān)測(cè)生產(chǎn)出來的產(chǎn)品濃度偏差大，對(duì)稀土元素分離程度有較大的影響，而且生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)危險(xiǎn)性比較大。1萃取洗液生產(chǎn)的電氣手動(dòng)控制方式這類系統(tǒng)主要以工作人員手動(dòng)去控制對(duì)象，他們通過手動(dòng)打開閥門加原料，根據(jù)提前計(jì)算好的液位，加到位后手動(dòng)關(guān)閉閥門。手動(dòng)啟動(dòng)攪拌電機(jī)，均勻后，看儀表顯示值，符合要求裝入成品罐。這類系統(tǒng)沒有自能控制對(duì)象，生產(chǎn)過程益發(fā)生事故，空氣中的霧化鹽酸對(duì)工作人員的危害比較嚴(yán)重。由于是工

23、作人員一步一步控制，生產(chǎn)出來的產(chǎn)品濃度波動(dòng)大，對(duì)資源有很大的浪費(fèi)。生產(chǎn)線比較落后，運(yùn)營(yíng)起來成本也比較大。但唯一優(yōu)點(diǎn)是起初投入資金較少。2萃取洗液生產(chǎn)的PLC控制方式這種系統(tǒng)是采用西門子公司S7-200系列PLC為控制對(duì)象，PLC通過對(duì)液位、濃度信號(hào)的采集處理后動(dòng)作執(zhí)行機(jī)構(gòu)泵控制配置罐中液體的高度，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)濃度的控制。這種系統(tǒng)生產(chǎn)過程中比較穩(wěn)定，而且可以連續(xù)生產(chǎn)，現(xiàn)場(chǎng)工作人員待得時(shí)間比較短，從而對(duì)人員的危害大大降低。系統(tǒng)起初資金投入量也不是很大，但正常生產(chǎn)過程中運(yùn)營(yíng)成本較低，對(duì)資源的利用率較高。本章小節(jié)本章簡(jiǎn)要敘述了萃取洗液生產(chǎn)車間的組成與工作原理，并結(jié)合目前萃取洗液生產(chǎn)常用的控制手段，初步提

24、出了本系統(tǒng)控制的基本思想以及實(shí)現(xiàn)方式。第二章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1 萃取洗液生產(chǎn)的控制原理2.1.1 配置過程的控制原理萃取洗液生產(chǎn)是以PLC為主要控制器，PLC控制器先把PC機(jī)中對(duì)要求配置濃度的設(shè)定值接收回來后，通過鹽酸罐中濃度傳感器將原料濃度檢測(cè)回來后，通過計(jì)算公式： （2.1） （2.2）第一次配置加水、加鹽酸的液位計(jì)算。根據(jù)H +離子濃度守恒原則。通過上式可以計(jì)算出加原料的體積，其中“C原”是原料鹽酸罐中H +離子的濃度（原料的濃度）；“C配”是要求生產(chǎn)成品的設(shè)定值濃度；“h水”是要加入水的高度；“260”是加鹽酸到達(dá)的位置（h水+H=260）。這里的“C原”是檢測(cè)到的已知量，“C配”是設(shè)定

25、值。只有“h水”是個(gè)未知量。加水的高度到達(dá)h水后，加原料鹽酸到260可以啟動(dòng)攪拌電機(jī)攪拌均勻，第一次配置過程實(shí)現(xiàn)完成，當(dāng)濃度符合要求后將配制罐中的配置液通過成品泵輸送到成品罐。當(dāng)濃度有偏差時(shí)，進(jìn)行下面的濃度調(diào)整。 （2.3） （2.4）PLC先檢測(cè)回配制罐中的濃度與設(shè)定值比較，當(dāng)濃度高于要求值時(shí)。由公式（2.4）可以計(jì)算出再次加入水的高度到hh2h測(cè)。到位后在進(jìn)行攪拌18分鐘。直到濃度調(diào)整滿足要求濃度為止。PLC先檢測(cè)回配制罐中的濃度與設(shè)定值比較，當(dāng)濃度小于要求值時(shí)。由公式（2.3）可以計(jì)算出再次加入原酸的高度到hh1h測(cè)。到位后在進(jìn)行攪拌18分鐘。直到濃度調(diào)整滿足要求濃度為止。如果濃度不滿足

26、要求繼續(xù)進(jìn)行如上調(diào)整，直到濃度滿足為止。系統(tǒng)設(shè)計(jì)配制罐的上限報(bào)警值，是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值得出來，一般在調(diào)整時(shí)不會(huì)過線。如果調(diào)整過線后繼續(xù)不滿足要求，有工作人員現(xiàn)場(chǎng)處理。配制罐中的洗液配置好后，1#成品罐的電磁閥先打開，1#電磁閥打開后啟動(dòng)成品泵，當(dāng)1#成品罐達(dá)到250cm后2#成品罐的電磁閥打開（1#成品罐達(dá)到260cm后自動(dòng)關(guān)閉1#電磁閥），當(dāng)2#成品罐達(dá)到260cm后關(guān)閉成品泵，然后關(guān)閉成品閥。2.1.2 補(bǔ)充原液與報(bào)警原料水罐與鹽酸罐液位低于30cm時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)補(bǔ)水泵與補(bǔ)鹽酸泵進(jìn)行補(bǔ)充到160cm后自動(dòng)停止補(bǔ)充泵。當(dāng)水罐與鹽酸罐液位過高時(shí)，高于280cm后自動(dòng)報(bào)警。配置罐的液位高于、低于一定值后

27、也會(huì)自動(dòng)報(bào)警。2.2 采樣信號(hào)和控制量分析要實(shí)現(xiàn)前面所述的控制要求，從上述原理分析可知系統(tǒng)需要對(duì)鹽酸罐、水罐、配制罐、成品罐進(jìn)行液位檢測(cè)，要求液位精度在cm級(jí)別。由穩(wěn)定的24V DC電源供給液位、濃度、稱重傳感器。采樣信號(hào)統(tǒng)計(jì)表2.1。表2.1 采樣信號(hào)統(tǒng)計(jì)表序號(hào)信號(hào)名稱性質(zhì)傳感器硬件資源說明1鹽酸罐液位模擬壓力液位傳感器AIW0液位控制2水罐液位模擬壓力液位傳感器AIW2液位控制3配制罐液位模擬壓力液位傳感器AIW4液位控制41#成品罐液位模擬稱重傳感器AIW6液位控制52#成品罐液位模擬稱重傳感器AIW8液位控制6鹽酸罐濃度模擬鹽酸濃度傳感器AIW12濃度控制7配置罐濃度模擬鹽酸濃度傳感器

28、AIW14濃度控制8控制回路啟動(dòng)開關(guān)開關(guān)手動(dòng)開關(guān)I0.0供電9控制回路停止開關(guān)開關(guān)手動(dòng)開關(guān)I0.1斷電10鹽酸泵熱繼電器開關(guān)繼電器開關(guān)I0.2鹽酸泵過負(fù)荷11水泵熱繼電器開關(guān)繼電器開關(guān)10.3水泵過負(fù)荷12成品泵熱繼電器開關(guān)繼電器開關(guān)10.4鹽酸泵過負(fù)荷13攪拌電機(jī)熱繼電器開關(guān)繼電器開關(guān)10.5電機(jī)過負(fù)荷14補(bǔ)鹽酸泵熱繼電器開關(guān)繼電器開關(guān)10.6鹽酸泵過負(fù)荷15補(bǔ)水泵熱繼電器開關(guān)繼電器開關(guān)10.7水泵過負(fù)荷16鹽酸泵啟動(dòng)開關(guān)繼電器Q0.0啟動(dòng)泵17水泵啟動(dòng)開關(guān)繼電器Q0.1啟動(dòng)泵18成品泵啟動(dòng)開關(guān)繼電器Q0.2啟動(dòng)泵19攪拌電機(jī)啟動(dòng)開關(guān)繼電器Q0.3啟動(dòng)電機(jī)20補(bǔ)充鹽酸泵啟動(dòng)開關(guān)繼電器Q0.4

29、啟動(dòng)泵21補(bǔ)充水泵啟動(dòng)開關(guān)繼電器Q0.5啟動(dòng)泵22鹽酸罐上限報(bào)警開關(guān)報(bào)警燈Q0.7報(bào)警燈23鹽酸罐下限報(bào)警開關(guān)報(bào)警燈Q1.0報(bào)警燈24水罐上限報(bào)警開關(guān)報(bào)警燈Q1.1報(bào)警燈25水罐下限報(bào)警開關(guān)報(bào)警燈Q1.2報(bào)警燈26配置罐上限報(bào)警開關(guān)報(bào)警燈Q1.3報(bào)警燈27配置罐下限報(bào)警開關(guān)報(bào)警燈Q1.4報(bào)警燈281#成品罐上限報(bào)警開關(guān)報(bào)警燈Q1.5報(bào)警燈292#成品罐上限報(bào)警開關(guān)報(bào)警燈Q1.6報(bào)警燈30上下限報(bào)警開關(guān)報(bào)警鈴Q1.7報(bào)警鈴311#電磁閥開關(guān)電磁閥Q2.0控制導(dǎo)通322#電磁閥開關(guān)電磁閥Q2.1控制導(dǎo)通2.3 系統(tǒng)組成第一章對(duì)工藝與洗液生產(chǎn)原理的介紹中，已經(jīng)簡(jiǎn)單說明本系統(tǒng)主要由原料單元、配置單元、

30、成品單元、控制單元、報(bào)警單元五大部分組成。這五部分協(xié)調(diào)工作將完成對(duì)稀土萃取洗液生產(chǎn)車間自動(dòng)控制。稀土萃取洗液生產(chǎn)車間自動(dòng)控制系統(tǒng)是通過PLC對(duì)液位、濃度、稱重、開關(guān)量信號(hào)的檢測(cè)，經(jīng)過分析計(jì)算后對(duì)泵、電機(jī)、電磁閥的控制，實(shí)現(xiàn)濃度的控制。PC組態(tài)監(jiān)控機(jī)輸入要配置一定濃度（當(dāng)量）萃取洗液值，然后按組態(tài)上的啟動(dòng)按鈕啟動(dòng)（組態(tài)里同時(shí)有停止按鈕可以命令停止）。程序開始工作后，PLC對(duì)配制罐的濃度值、配制罐的液位值、鹽酸罐的濃度值、PC機(jī)組態(tài)輸入值的數(shù)據(jù)采集回來后計(jì)算出要加入水、鹽酸的量（換算成配置罐的液位高度）。PLC控制打開水水泵，當(dāng)達(dá)到計(jì)算液位后將其關(guān)閉，然后PLC控制打開鹽酸泵，當(dāng)達(dá)到計(jì)算液位后將其

31、關(guān)閉。初次加完鹽酸后PLC控制啟動(dòng)18分鐘攪拌電機(jī)將以上混合液攪拌均勻。攪拌均勻后PLC檢測(cè)配制罐鹽酸濃度是否達(dá)到要求濃度，高于（低于）配置濃度，PLC對(duì)配制罐的濃度值、配制罐的液位值、鹽酸罐的濃度值采集回來后計(jì)算出再次加入水、鹽酸的量（換算成配置罐的液位高度）。，然后打開相應(yīng)的水泵（鹽酸泵）加水（鹽酸）到位后動(dòng)18分鐘攪拌電機(jī)將以上混合液攪拌均勻。最后PLC檢測(cè)配制罐鹽酸濃度是否達(dá)到要求濃度，滿足要求配置濃度，PLC控制打開1#電磁閥，然后打開成品泵。高于（低于）配置濃度，如上再繼續(xù)進(jìn)行調(diào)整直至滿足要求配置濃度。整個(gè)系統(tǒng)控制流程圖2.1所示。圖2.1控制流程圖本章小節(jié) 本章主要闡述萃取洗液生

32、產(chǎn)的控制原理，以及對(duì)控制系統(tǒng)涉及的采用信號(hào)與控制信號(hào)進(jìn)行具體分析，同時(shí)對(duì)該系統(tǒng)工作過程進(jìn)行比較詳細(xì)的說明。第三章 硬件設(shè)計(jì)稀土萃取洗液生產(chǎn)車間自動(dòng)控制系統(tǒng)是基于控制器PLC對(duì)泵與電機(jī)的自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)萃取洗液的自動(dòng)生產(chǎn)。主要部分是：控制器PLC、水泵、鹽酸泵、電機(jī)、電磁閥、濃度傳感器、液位傳感器、稱重傳感器等。3.1 PLC的選型SIMATICS7-200作為西門子SIMATIC PLC家族中的最小成員，以其超小體積，靈活的配置，強(qiáng)大的內(nèi)置功能，多年來一直廣泛服務(wù)于國(guó)內(nèi)的各行各業(yè)。SIMATIC S7-200系列PLC適用于各行各業(yè)，各種場(chǎng)合中的檢測(cè)、監(jiān)測(cè)及控制的自動(dòng)化。S7-200系列的強(qiáng)大功

33、能使其無論在獨(dú)立運(yùn)行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能。因此S7-200系列具有極高的性能/價(jià)格比。S7-200系列出色表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：極高的可靠性；* 極豐富的指令集* 易于掌握* 便捷的操作* 豐富的內(nèi)置集成功能* 實(shí)時(shí)特性* 強(qiáng)勁的通訊能力* 豐富的擴(kuò)展模塊S7-200系列在集散自動(dòng)化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強(qiáng)大功能。使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡(jiǎn)單控制到更復(fù)雜的自動(dòng)化控制。應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動(dòng)檢測(cè)，自動(dòng)化控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域，包括各種機(jī)床、機(jī)械、電力設(shè)施、民用設(shè)施、環(huán)境保護(hù)設(shè)備等等。如：沖壓機(jī)床，磨床，印刷機(jī)械，橡膠化工機(jī)械，中央空調(diào)，電梯控制，運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。PLC本身就是一

34、臺(tái)適合工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)使用的專用的專用計(jì)算機(jī)，其硬件組成有六個(gè)部分，分別為：中央處理器（CPU）、存儲(chǔ)器、電源、輸入/輸出接口、外部設(shè)備接口、I/O擴(kuò)展接口。西門子公司PLC有S7-200系列、S7-300系列、S7-400系列。稀土萃取洗液生產(chǎn)車間自動(dòng)控制系統(tǒng)以S7-200系列的PLC進(jìn)行的控制，本系統(tǒng)中僅用到S7-200系列相關(guān)硬件組成。3.1.1 CPU的選型本系統(tǒng)中需要控制五臺(tái)泵、一個(gè)電機(jī)、兩個(gè)電磁閥。五臺(tái)泵中酸泵三臺(tái)水泵兩臺(tái)，有水泵、補(bǔ)水泵、鹽酸泵、補(bǔ)鹽酸泵、成品泵。泵的控制是為了滿足濃度與液位的要求。用到兩個(gè)濃度傳感器、三個(gè)液位傳感和兩個(gè)稱重傳感器（重量轉(zhuǎn)換成液位）。PLC對(duì)鹽酸罐、水罐、

35、配置罐液位檢測(cè)，鹽酸罐、配置罐濃度檢測(cè)，稱重傳感器的檢測(cè)，對(duì)五個(gè)泵、攪拌電機(jī)的控制，實(shí)現(xiàn)濃度的控制。實(shí)現(xiàn)濃度的自動(dòng)調(diào)節(jié)需要控制PLC的軟件控制來實(shí)現(xiàn)。為了滿足以上所介紹的萃取洗液生產(chǎn)車間自動(dòng)生產(chǎn)的工藝要求，經(jīng)過分析需要對(duì)鹽酸罐、水罐、配置罐液位檢測(cè)，鹽酸罐、配置罐濃度檢測(cè)，稱重傳感器的檢測(cè)，用西門子S7-200可編程控制器模擬量擴(kuò)展模塊實(shí)現(xiàn)其液位、濃度的控制。而各泵與電機(jī)的啟停由S7-200數(shù)字量控制，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的自動(dòng)化。因?yàn)橐衔粰C(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸和顯示，S7-200與PC機(jī)采用PPI電纜通信。1S7-200 CPU的選擇（1）CPU的作用CPU是PLC的核心部件，主要用來運(yùn)行用戶程序、監(jiān)控輸

36、入/輸出接口狀態(tài)以及進(jìn)行邏輯判斷和數(shù)據(jù)處理。CPU用掃描的方式讀取輸入裝置的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，從內(nèi)存逐條讀取用戶程序，通過解釋后按指令的規(guī)定產(chǎn)生控制信號(hào)，然后分時(shí)、分渠道的執(zhí)行數(shù)據(jù)的存取、傳送、比較和變換等處理過程，完成用戶程序所設(shè)計(jì)的邏輯或算術(shù)運(yùn)算任務(wù)，并根據(jù)運(yùn)算結(jié)果控制輸出設(shè)備響應(yīng)外部設(shè)備的請(qǐng)求以及進(jìn)行各種內(nèi)部診斷。（2）CPU的分類S7-200系列小型PLC（Micro PLC）可應(yīng)用于各種自動(dòng)化系統(tǒng)。緊湊的結(jié)構(gòu)、低廉的成本以及功能強(qiáng)大的指令集使得S7-200 PLC成為各種小型控制任務(wù)理想的解決方案。S7-200產(chǎn)品的多樣化以及基于Windows的編程工具，使您能夠更加靈活地完成自動(dòng)化任務(wù)。

37、S7-200 CPU包括CPU 221、CPU 222、CPU 224、CPU 224XP和CPU 226等型號(hào)如表3.1。 表3.1CPU型號(hào)訂貨號(hào)CPU模板CPU供電（標(biāo)稱）數(shù)字量輸入數(shù)字量輸出通訊口模擬量輸入模擬量輸出6ES 72110AA23-0XB0CPU22124VDC6x24VDC4 x 24VDC16ES 7211-0BA23-0XB0CPU221120至240 VAC6x24VDC4x 繼電器16ES 72121AB23-0XB0CPU22224VDC8x24VDC6x24VDC16ES 7212-1BB23-0XB0CPU222120至240 VAC8x24VDC6x 繼電

38、器16ES 72141AD23-0XB0CPU22424VDC14 x 24 VDC10 x 24 VDC16ES 72141BD23-0XB0CPU224120至240 VAC14 x 24 VDC10 x 繼電器16ES 72142AD23-0XB0CPU224XP24VDC14 x 24 VDC10 x 24 VDC2216ES7 2142AS23-0XB0CPU224XPs24VDC14 x 24 VDC10 x 24 VDC2216ES 72142BD23-0XB0CPU224XP120至240 VAC24 x 24 VDC10 x 繼電器2216ES 72162AD23-0XB0C

39、PU22624VDC14 x 24 VDC16 x 24VDC26ES 72162BD23-0XB0CPU226120至240 VAC24 x 24 VDC16 x 繼電器22系統(tǒng)萃取洗液生產(chǎn)車間自動(dòng)控制系統(tǒng)中CPU選擇根據(jù)前面S7-200產(chǎn)品的相關(guān)知識(shí)，并結(jié)合本系統(tǒng)的控制要求。本系統(tǒng)S7-200采用CPU 224的6ES 72141BD23-0XB0型號(hào)，供電范圍120至240 V AC。選用標(biāo)準(zhǔn)220V AC供電。14個(gè) 24V DC輸入點(diǎn)，10個(gè)繼電器輸出。本系統(tǒng)的輸入點(diǎn)總數(shù)為8個(gè)，CPU 224的14個(gè)足夠滿足系統(tǒng)的要求。系統(tǒng)輸出點(diǎn)需21個(gè)，CPU 224的10個(gè)輸出點(diǎn)不夠滿足系統(tǒng)要求

40、的21個(gè)點(diǎn)，需要擴(kuò)展數(shù)字量輸出模塊。CPU 224的實(shí)際連接如圖3.1。圖3.1 CPU 224連接圖3.1.2 S7-200 數(shù)字量、模擬量擴(kuò)展模塊的選型1系統(tǒng)輸入、輸出量萃取洗液生產(chǎn)車間主要控制器是PLC，通過PLC數(shù)字量輸入、輸出，模擬量輸入、輸出對(duì)信號(hào)的采集器去控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)萃取洗液生產(chǎn)車間的自動(dòng)控制。由上一章2.2節(jié)對(duì)采樣信號(hào)和控制量的分析，系統(tǒng)需要的數(shù)字量輸入、輸出與模擬量的輸入、輸出的統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表3.1與表3.2。（1）數(shù)字量的輸入、輸出如表3.2。表3.2數(shù)字量的輸入、輸出序號(hào)名稱類型地址說明1控制回路啟動(dòng)開關(guān)輸入I0.0供電控制2控制回路停止開關(guān)輸入I0.1斷電控制3鹽酸泵

41、熱繼電器輸入I0.2鹽酸泵過負(fù)荷4水泵熱繼電器輸入10.3水泵過負(fù)荷5成品泵熱繼電器輸入10.4鹽酸泵過負(fù)荷6攪拌電機(jī)熱繼電器輸入10.5電機(jī)過負(fù)荷7補(bǔ)鹽酸泵熱繼電器輸入10.6鹽酸泵過負(fù)荷8補(bǔ)水泵熱繼電器輸入10.7水泵過負(fù)荷9鹽酸泵接觸器輸出Q0.0啟動(dòng)泵10水泵接觸器輸出Q0.1啟動(dòng)泵11成品泵接觸器輸出Q0.2啟動(dòng)泵12攪拌電機(jī)接觸器輸出Q0.3啟動(dòng)電機(jī)13補(bǔ)充鹽酸泵輸出Q0.4啟動(dòng)泵14補(bǔ)充水泵輸出Q0.5啟動(dòng)泵15鹽酸罐上限報(bào)警輸出Q0.7報(bào)警燈16鹽酸罐下限報(bào)警輸出Q1.0報(bào)警燈17水罐上限報(bào)警輸出Q1.1報(bào)警燈18水罐下限報(bào)警輸出Q1.2報(bào)警燈19配置罐上限報(bào)警輸出Q1.3報(bào)警

42、燈20配置罐下限報(bào)警輸出Q1.4報(bào)警燈211#成品罐上限報(bào)警輸出Q1.5報(bào)警燈222#成品罐上限報(bào)警輸出Q1.6報(bào)警燈23上下限報(bào)警輸出Q1.7報(bào)警鈴241#電磁閥輸出Q2.0電磁閥252#電磁閥輸出Q2.1電磁閥（2）模擬量輸入、輸出如表3.3。表3.3模擬量輸入、輸出序號(hào)名稱類型地址說明1鹽酸罐液位輸入AIW0液位控制2水罐液位輸入AIW2液位控制3配制罐液位輸入AIW4液位控制41#成品罐稱重輸入AIW6液位控制52#成品罐稱重輸入AIW8液位控制6鹽酸罐濃度輸入AIW8濃度控制7配置罐濃度輸入AIW10濃度控制2PLC擴(kuò)展的模塊S7-200的輸入、輸出模塊主要有數(shù)字量輸入、輸出模塊和模

43、擬量輸入、輸出模塊。數(shù)字量擴(kuò)展模塊是為了解決本機(jī)集成的數(shù)字量輸入、輸出點(diǎn)不能滿足需要而使用的擴(kuò)展模塊。模擬量擴(kuò)展模塊可以提供模擬量輸入和模擬量輸出功能。S7-200的模擬量擴(kuò)展模塊具有較大的適應(yīng)性，可以直接與傳感器相連，有很大的靈活性并且安裝方便。（1） S7-200的數(shù)字量輸入、輸出模塊類型如表3.4。表3.4 S7-200的數(shù)字量輸入、輸出模塊類型訂貨號(hào)擴(kuò)展模塊入 數(shù)字量輸數(shù)字量輸出6ES 7 2211BF220XA0EM221 數(shù)字輸入 8 x 24VDC8 x 24VDC6ES 7 2211EF220XA0EM221 數(shù)字輸入 8 x 120/230VAC8x120/230VAC6ES

44、7221-1BH22-0X0EM221 數(shù)字輸入 16 x 24VDC16 x 24VDC6ES7222-1BD22-0X0EM222 數(shù)字輸出 4 x 24VDC-5A4 x 24VDC-5A6ES7222-1HD22-0X0EM222 數(shù)字輸出 4x 繼電器-10A4x 繼電器-10A6ES 7 2221BF220XA0EM222 數(shù)字輸出 8 x 24VDC8 x 24VDC-0.75A6ES 7 2221HF220XA0EM222 數(shù)字輸出 8x 繼電器8x 繼電器-2A6ES 7 2221EF220XA0EM222 數(shù)字輸出 8 x 120/230VAC8 x 120/230VAC6

45、ES 7 2231BF220XA0EM223 24VDC 數(shù)字組合 4輸入/4輸出4 x 24VDC4 x 24VDC-0.75A6ES 7 2231HF220XA0EM223 24VDC數(shù)字組合 4輸入/4繼電器輸出4 x 24VDC4x 繼電器-2A6ES7223-1BH22-0XA0EM223 24VDC數(shù)字組合 8輸入/8輸出8 x 24VDC8 x 24VDC-0.75A6ES 7 2231PH220XA0EM223 24VDC數(shù)字組合 8輸入/8繼電器輸出8 x 24VDC8x 繼電器-2A6ES 7 2231BL220XA0EM223 24VDC數(shù)字組合 16輸入/16輸出16

46、x 24VDC16x24VDC-0.75A6ES 7 2231PL220XA0EM 223 24VDC數(shù)字組合 16輸入/16繼電器輸出16 x 24VDC16 x 繼電器-2A數(shù)字量輸出模塊EM 222有兩種類型，一種為8點(diǎn)24V直流輸出型，另一種為8點(diǎn)繼電器輸出型。數(shù)字量直流24V直流輸出型EM 222本機(jī)有8點(diǎn)數(shù)字量輸出，輸出電壓標(biāo)準(zhǔn)為24V DC/4mA，輸出波動(dòng)電壓20.428.8V DC，輸出電流0.75A/點(diǎn)。EM 222采取光電隔離500V AC，每組4點(diǎn)，第一組1M、1L+、0.0、0.1、0.2、0.3，1L+為第一組公共端接電源正極，1M為第一組電源負(fù)極；第二組2M、2L

47、+、0.4、0.5、0.6、0.7，2L+為第二組公共端接電源正極，2M為第二組電源負(fù)極。從5V DC（I/O總線）耗電50mA。電纜長(zhǎng)度可以為屏蔽500m或不屏蔽150m。數(shù)字量繼電器輸出型EM 222本機(jī)有8點(diǎn)數(shù)字量輸出，輸出電壓530V DC，5250V AC，輸出電流2.0A/點(diǎn)EM 222采取光電隔離500V AC，每組4點(diǎn)，第一組1L、0.0、0.1、0.2、0.3，1L為第一組公共端，第二組2L、0.4、0.5、0.6、0.7，2L為第二組公共端，M為24V DC電源負(fù)極端，L+為24V DC電源正極端。從5V DC（I/O總線）耗電40mA。電纜長(zhǎng)度可以為屏蔽500m或不屏蔽1

48、50m。本系統(tǒng)選擇的CPU 224的輸出點(diǎn)有10個(gè)，而系統(tǒng)所需要的是18個(gè)輸出點(diǎn)。本系統(tǒng)擴(kuò)展了一個(gè)EM 222模塊，型號(hào)是6ES 7 2221HF220XA0的EM 222模塊，有8個(gè)繼電器數(shù)字量輸出，與系統(tǒng)的控制的對(duì)象如圖3.2。圖3.2 EM 222模塊數(shù)字量輸出（2） S7-200的模擬量輸入、輸出模塊類型如表3.5。表3.5 S7-200的模擬量輸入、輸出模塊類型訂貨號(hào)擴(kuò)展模塊入 模擬量輸模擬量輸出6ES7231-0HC22-0XA0EM231模擬量輸入，4輸入46ES7231-0HF22-0XA0EM231模擬量輸入，8輸入86ES7232-0HB22-0XA0EM232模擬量輸出，

49、2輸出26ES7232-0HD22-0XA0EM232模擬量輸出，4輸出46ES7235-0KD22-0X0EM235 模擬量組合，4輸入/1輸出41EM 231具有4路模擬量輸入，輸入信號(hào)可以是電壓也可以是電流，其輸入于PLC具有隔離。輸入信號(hào)的范圍可以由SW1、SW2和SW3設(shè)定。分辨率為12bit，電源電壓標(biāo)準(zhǔn)24 V DC/4mA，輸入類型有：010V、05V、5V、2.5V、020mA。從5V DC（I/O總線）耗電10mA。接線端子：M為24V DC電源負(fù)極端，L+為電源正極端。RA、A+、A-；RB、B+、B+；RC、C+、C-；RD、D+、D-分別為第一第四路模擬量輸入端。電壓

50、輸入時(shí)，“+”為電壓正端?！啊睘殡妷贺?fù)端。電流輸入時(shí)，需將R與“+”短接后作為電流的進(jìn)入端，“”為電流流出端。如下圖表3.6和表3.7中顯示了如何使用組態(tài)DIP開關(guān)來組態(tài)EM 231模塊。所有輸入設(shè)置為相同的模擬量輸入量程。在該表中，ON是閉合，OFF是斷開。只在電源接通時(shí)讀取開關(guān)設(shè)置。為EM 231模擬量輸入、4輸入模塊以及開關(guān)1、2和3選擇模擬量輸入范圍。表3.6 EM 231模塊4輸入DIP開關(guān)為EM 231模擬量輸入、8輸入模塊以及開關(guān)3、4和5選擇模擬量輸入范圍。使用開關(guān)1和2來選擇電流輸入模式（表A-22）。開關(guān)1打開（ON）為通道6選擇電流輸入模式；關(guān)閉（OFF）選擇電壓模式。開

51、關(guān)2打開（ON）為通道7選擇電流輸入模式； 關(guān)閉（OFF）選擇電壓模式。表3.7 EM 231模塊8輸入DIP開關(guān)EM 231模擬量輸入和4輸入模塊，EM 231模擬量輸入、8輸入模塊接線圖如圖3.3。圖3.3模塊接線圖萃取洗液生產(chǎn)系統(tǒng)選擇的CPU 224沒有模擬量的輸入與輸出，系統(tǒng)設(shè)計(jì)有6路模擬量輸入，沒有輸出。6路模擬量分別取自鹽酸罐液位傳感器和濃度傳感器、水罐液位傳感器、配制罐液位傳感器和濃度傳感器、成品罐稱重傳感器。其中3個(gè)液位傳感器與2個(gè)稱重傳感器的標(biāo)準(zhǔn)輸出設(shè)置為15V DC，剩余2個(gè)濃度傳感器設(shè)置其輸出為標(biāo)準(zhǔn)420mA信號(hào)。系統(tǒng)為PLC選取的模擬量輸入擴(kuò)展模塊為EM231，選取的是

52、8輸入的EM231，其型號(hào)為6ES7231-0HF22-0XA0的EM231。對(duì)EM231輸入信號(hào)的量程選擇開關(guān)設(shè)置為：SW1=ON、SW2=ON、SW3=ON、SW4=ON、SW5=OFF。其中開關(guān)SW1打開（ON）為通道6選擇電流輸入模式；關(guān)閉（OFF）選擇電壓模式。開關(guān)SW2打開（ON）為通道7選擇電流輸入模式； 關(guān)閉（OFF）選擇電壓模式。SW3、SW4、SW5為（1、1、0）選擇輸入信號(hào)為（05V與020mA，分辨率為1.25mV與5A），SW3、SW4、SW5為(1、0、1)選擇輸入信號(hào)為（010V分辨率為2.5mV）。EM231的連接電氣如圖3.4。圖3.4 EM 231模塊模擬

53、量輸入3.1.3 S7-200的通信1S7-200的通信方式西門子S7-200系列PLC可以支持多種通信方式。第一種是點(diǎn)到點(diǎn)接口，即PPI方式與TCP/IP方式；第二種是多點(diǎn)接口，即MPI方式；第三種是過程現(xiàn)場(chǎng)總線PROFIBUS，即PROFIBUS-DP方式；第四種是用戶自定義協(xié)議，即自由口方式。（1） PPI方式PPI是一個(gè)主/從協(xié)議。一次讀寫操作的步驟包括：首先上位機(jī)發(fā)出讀寫命令，PLC作出接收正確的響應(yīng)，上位機(jī)接到此響應(yīng)則發(fā)出確認(rèn)申請(qǐng)命令，PLC則完成正確的讀寫響應(yīng)，回應(yīng)給上位機(jī)數(shù)據(jù)。這樣收發(fā)兩次數(shù)據(jù)，完成一次數(shù)據(jù)的讀寫。在采用上位機(jī)與PLC通訊時(shí)，上位機(jī)采用VB編程，PPI方式可以用普通的兩芯電纜進(jìn)行通信，從而實(shí)現(xiàn)工程的運(yùn)行和監(jiān)控。PPI方式傳送的波特率為9.6Kbit/s、19.2Kbit/s、187.5Kbit/s，通訊系統(tǒng)采用主從結(jié)構(gòu)，上位機(jī)遵循PPI協(xié)議格式，發(fā)出讀寫申請(qǐng)，PLC返回相應(yīng)的數(shù)據(jù)。（2） MPI方式MPI可以是主/主協(xié)議，也可以是主/從協(xié)議，主要在兩個(gè)相互通信的設(shè)備之間建立連接，這種連接是非公有的，另一個(gè)主站不能干涉兩個(gè)設(shè)備之間已經(jīng)建立的鏈接。如果設(shè)備室S7-300CPU，MPI就建立主/主協(xié)議，應(yīng)為所有的S7-300CPU都可