基于歐姆龍C40P型的兩種液體混合控制系統(tǒng)設(shè)計

1、洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）基于歐姆龍C40P型的兩種液體混合控制系統(tǒng)設(shè)計摘 要以兩種液體的混合罐裝控制為例，將兩種液體按一定的比例混合，在電動機攪拌后要達到一定的溫度才能將混合的液體輸出容器，并形成液態(tài)。液體混合系統(tǒng)的控制設(shè)計考慮到其動作的連續(xù)性以及各個被控設(shè)備動作之間的相互關(guān)聯(lián)性，針對不同的工作狀態(tài)，進行相應(yīng)的動作控制輸出，從而實現(xiàn)液體混合系統(tǒng)從第一種液體加入到混和完成輸出的這樣一個周期控制工作的程序?qū)崿F(xiàn)。設(shè)計以液體混合控制系統(tǒng)為中心，從控制系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)組成、軟件選用到系統(tǒng)的設(shè)計過程（包括設(shè)計方案、設(shè)計流程、設(shè)計要求、梯形圖設(shè)計等），旨在對其中的設(shè)計及制作過程做簡單的介紹和說明。設(shè)計采用

2、日本歐姆龍（OMRON）公司的C40P型PLC去實現(xiàn)設(shè)計要求。關(guān)鍵詞：多種液體、混合裝置、自動控制 Based on the Omron C40P PLC two fluids mix control system design ABSTRACTIn two of the liquid mix canned control as an example, the two liquid rata mixed, stir in the motor must reach a certain temperature can be mixed with the liquid output containe

3、r, and forming liquid. Liquid mixed system of control design taking into account the continuity of its actions and individual charged device action between the relevance, for different work status, make the appropriate actions to control the output, enabling liquid hybrid system from the first liqui

4、d added to the mix and the complete output of such a cycle control of program implementation. Design to liquid mixture control system for the Centre, from the control system hardware systems, software selection to system design process (including the design, design processes, design requirements, la

5、dder diagram, etc), designed to entice them to design and production processes do simple introduction and description. Design use Omron (OMRON) company of C40P PLC to implement design requirements.KEYWORDS: multiple liquid, mixing equipment, automatic control 9目錄前言2第1章 液體混料裝置控制系統(tǒng)的方案設(shè)計41.1總體方案設(shè)計41.2

6、PLC的選擇5第2章 硬件電路設(shè)計102.1 總體設(shè)計102.1.1 傳感器的選擇122.1.2 傳感器接頭形式132.1.3傳感器的性能142.1.4電動機的選型152.1.5電磁閥的選擇172.1.6電源條件202.2 輸入/輸出接線圖21第3章 軟件的設(shè)計233.1 流程圖233.2 梯形圖243.3 語句表32第4章 系統(tǒng)常見故障分析及維護364.1系統(tǒng)故障的概念364.2故障分析及處理364.2.1 PLC主機系統(tǒng)364.2.2 PLC的I/O端口374.2.3 現(xiàn)場控制設(shè)備374.3 系統(tǒng)抗干擾性的分析和維護38結(jié) 論39謝 辭40參考文獻41外文資料翻譯42前言從上世紀(jì)四、五十年

7、代到七十年代初期，模擬式儀表控制系統(tǒng)經(jīng)歷了基地式氣動、電動儀表、單元組合式儀表和組裝式智能儀表等幾個階段。隨著工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模日益擴大，生產(chǎn)能力不斷提高，要求有更高水平的控制系統(tǒng)，常規(guī)的模擬式儀表控制暴露它的局限性。計算機技術(shù)的應(yīng)用，使儀表控制無法達到的功能得以實現(xiàn)，計算機控制系統(tǒng)首先實現(xiàn)了開環(huán)監(jiān)視、閉環(huán)控制，同時引入了現(xiàn)代控制方法，如自適應(yīng)控制，最優(yōu)控制及分級控制等等，提高了控制精度；實現(xiàn)了集中顯示和操作；但是由于整個生產(chǎn)過程控制集中到一臺計算機上，對計算機的可靠性提出了苛刻的要求，一旦計算機出現(xiàn)故障，整個生產(chǎn)系統(tǒng)將處于癱瘓，甚至產(chǎn)生危險。隨著現(xiàn)代工業(yè)控制的分散性和管理的集中性的不斷的提高，分布

8、型或集散型配料控制系統(tǒng)應(yīng)運而生。分布型配料控制系統(tǒng)由分散的儀表控制系統(tǒng)組成，它將控制系統(tǒng)分成若干個獨立的局部控制系統(tǒng)，用以完成受控制生產(chǎn)過程自動控制任務(wù)。由于微型計算機的出現(xiàn)與發(fā)展，為實現(xiàn)分散控制提供了物質(zhì)和技術(shù)基礎(chǔ)。集散型控制系統(tǒng)是采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化和系列化設(shè)計，有過程控制級、控制管理級和生產(chǎn)管理級所組成的一個通信網(wǎng)絡(luò)為紐帶的集中顯示操作管理、控制相對分散、具有靈活配置、組態(tài)方便的多級計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。集散控制系統(tǒng)不同于集中控制系統(tǒng)，它由多個微處理器組成的分布式控制系統(tǒng)，有分散的控制站來控制分散的生產(chǎn)部分，實現(xiàn)了功能、負荷和危險的分散，從而克服了集中型集中性計算機控制系統(tǒng)的致命弱點；它也不

9、同于分散的儀表控制系統(tǒng)，它的集中在于各操作員站可以生產(chǎn)監(jiān)控，從而克服了二者的缺陷而集中了二者的優(yōu)勢，利用計算機技術(shù)對生產(chǎn)過程進行集中監(jiān)測、操作、管理和分算控制。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，如化工、冶金、建材、礦山、電力、食品、飼料加工等行業(yè)，有許多產(chǎn)品是將一種原料和其他多種原料按事先設(shè)定的比例進行混合配料，在通過加工而成。這種按一定的比例混合原料的過程就是配料的過程。配料過程中，物料混合比例是否按預(yù)先的配比進行，將直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量?，F(xiàn)在各行業(yè)對配料的效率和精度要求越來越高，人工配料己遠遠不能滿足連續(xù)化、自動化生產(chǎn)化的要求。所以研制高效率、高精度自動配料生產(chǎn)線勢在必行，而配料控制器是關(guān)鍵的設(shè)備之一。一般

10、配料工業(yè)現(xiàn)場要保持良好的環(huán)境、噪音污染小、通風(fēng)設(shè)施好，有利于操作人員的身心健康。第1章 液體混料裝置控制系統(tǒng)的方案設(shè)計1.1總體方案設(shè)計整個設(shè)計過程是按思想工藝流程設(shè)計，為設(shè)備安裝、運行和保護檢修服務(wù)，設(shè)計的編寫按照國家關(guān)于電氣自動化工程設(shè)計中的電氣設(shè)備常用基本圖形符號及其他相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范編寫。設(shè)計原則主要包括：工作條件；工程對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、合理、減小設(shè)備成本，在方案的選擇、元器件的選型時更多的考慮新技術(shù)、新產(chǎn)品、控制由人工控制到自動控制，有模擬控制到微機控制，使功能的實現(xiàn)一到多而且更加趨于完善。對于本課題來說，如果液體混合

11、系統(tǒng)部分是一個較大規(guī)模工業(yè)控制系統(tǒng)的改造升級，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)成并需要盡可能的利用舊系統(tǒng)中的元器件。對于人機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)中急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，人機交互界面友好，應(yīng)具備數(shù)據(jù)儲存和分析匯總的能力。要實現(xiàn)整個液體混合控制系統(tǒng)的設(shè)計，需要從怎樣實現(xiàn)個電磁閥的開關(guān)以及電動機啟動的控制這個角度去考慮，現(xiàn)在就這個問題的如何實現(xiàn)以及選擇怎樣的方法來確定系統(tǒng)方案。1.1.1方案的介紹就目前的現(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)、單片機控

12、制、工業(yè)控制計算機工業(yè)、可編程控制器控制。1. 繼電器控制系統(tǒng)控制功能是用硬件繼電器實現(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、時間及溫度等參量變化而動作，以實現(xiàn)電力拖動裝置的自動控制及保護。系統(tǒng)復(fù)雜，在控制過程中，如果某個繼電器損壞，都會影響整個系統(tǒng)的正常運行，查找和排除故障往往非常困難，雖然繼電器本身價格不貴，但是控制柜的安裝接線工作量大，因此整個控制柜價格昂貴，靈活性差，影響速度慢。2. 單片機控制單片機作為一個超大規(guī)模的集成電路，機構(gòu)上包括CPU、存儲器、定時器和多種輸入和輸出接口電路。其低功耗、低電壓和很強的控制功能，成為控制領(lǐng)域、尖端武器、日常生活中最廣泛的計算機

13、之一。但是，單片機是一片集成電路，不能直接將它與外部I/O信號相連，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、制作和程序設(shè)計的工作量相當(dāng)大。3. 工業(yè)控制計算機工業(yè) 工業(yè)控制采用總線結(jié)構(gòu)，各廠家產(chǎn)品兼容性強，有時操作系統(tǒng)的支持，在要求快速、實用性功能復(fù)雜的領(lǐng)域中占優(yōu)勢。但工業(yè)控制價格較高，將它用于開關(guān)控制有些大材小用。且其外部I/O接線一般都用于多芯扁平電纜和插頭、插座，直接從印刷電路板上引出，不如接線端子可靠。4. 可編程控制器控制可編程控制器配各種硬件裝置供用戶選擇，用戶不用自己設(shè)計和制作硬件裝置，只需確定可編程控制器的硬件配置和設(shè)計外部接線圖，同時采用梯形圖

14、語言編程，用軟件取代繼電器電器系統(tǒng)中的觸電和接線，通過修改程序適應(yīng)工藝條件的變化。 可編程控制器從上個世紀(jì)70年代發(fā)展起來的一種新型工業(yè)控制系統(tǒng)，起初它主要是針對開關(guān)量進行邏輯控制的一種裝置，可以取代中間繼電器、時間繼電器等構(gòu)成開關(guān)量控制系統(tǒng)。隨著30多年來微電子技術(shù)的不斷發(fā)展，PLC也通過不斷的升級換代大大增強了其功能?，F(xiàn)在PLC已經(jīng)發(fā)展成為不但具有邏輯控制功能、還具有過程控制功能、運動控制功能和數(shù)據(jù)處理功能等多種性能，是名副其實的多功能控制器。由PLC為主構(gòu)成的控制系統(tǒng)具有可靠性高、控制功能強大、價格低等優(yōu)點，是目前工業(yè)自動化的首選控裝置。1.2 PLC的選擇隨著PLC的推廣普及，PLC產(chǎn)

15、品的種類和數(shù)量越來越多，而且功能也日趨完善。近年來，從美國、日本、德國等國引進的PLC產(chǎn)品及國內(nèi)廠家組裝或自行開發(fā)的產(chǎn)品已有幾十個系列、上百種型號。PLC的品種繁多，其結(jié)構(gòu)型式、性能、容量、指令系統(tǒng)、編程方法、價格等各不相同，適用場合也各有側(cè)重。因此，合理選擇PLC，對于提高PLC在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用起著重要作用。傳統(tǒng)的控制方法是采用繼電器-接觸器控制。這種控制系統(tǒng)較復(fù)雜，并且大量的硬件接線使系統(tǒng)可靠性降低，也間接的降低了設(shè)備的工作效率。采用可編程控制器較好地解決了這一問題，可編程控制器是一種將計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)結(jié)合在一起的新型工業(yè)自動控制設(shè)備，不僅能實現(xiàn)對開關(guān)量信號的邏輯控制，

16、還能實現(xiàn)與上位計算機等智能設(shè)備之間的通信。因此，將可編程控制器應(yīng)用于多種液體混合灌裝機，完全能滿足控制要求，且具有操作簡單、運行可靠、工藝參數(shù)修改方便、自動化程度高等優(yōu)點。PLC機型選擇的基本原則是，在功能滿足要求的前提下，選擇最可靠、維護使用最方便以及性能價格比的最優(yōu)化機型。 在工藝過程比較固定、環(huán)境條件較好（維修量較?。┑膱龊?，建議選用整體式結(jié)構(gòu)的PLC；其它情況則最好選用模塊式結(jié)構(gòu)的PLC。 對于開關(guān)量控制以及以開關(guān)量控制為主、帶少量模擬量控制的工程項目中，一般其控制速度無須考慮，因此，選用帶A/D轉(zhuǎn)換、D/A轉(zhuǎn)換、加減運算、數(shù)據(jù)傳送功能的低檔機就能滿足要求。 而在控制比較復(fù)雜，控制功能

17、要求比較高的工程項目中（如要實現(xiàn)PID運算、閉環(huán)控制、通信聯(lián)網(wǎng)等），可視控制規(guī)模及復(fù)雜程度來選用中檔或高檔機。其中高檔機主要用于大規(guī)模過程控制、全PLC的分布式控制系統(tǒng)以及整個工廠的自動化等。根據(jù)不同的應(yīng)用對象，表1列出了PLC的幾種功能選擇。PLC的功能及應(yīng)用場合序號、應(yīng)用對象、功能要求、應(yīng)用場合 1 替代繼電器 繼電器觸點輸入/輸出、邏輯線圈、定時器、計數(shù)器 替代傳統(tǒng)使用的繼電器，完成條件控制和時序控制功能。 2 數(shù)學(xué)運算 四則數(shù)學(xué)運算、開方、對數(shù)、函數(shù)計算、雙倍精度的數(shù)學(xué)運算 設(shè)定值控制、流量計算；PID調(diào)節(jié)、定位控制和工程量單位換算。 3 數(shù)據(jù)傳送 寄存器與數(shù)據(jù)表的相互傳送等 數(shù)據(jù)庫的

18、生成、信息管理、BAT-CH（批量）控制、診斷和材料處理等。 4 矩陣功能 邏輯與、邏輯或、異或、比較、置位（位修改）、移位和變反等 這些功能通常按“位”操作，一般用于設(shè)備診斷、狀態(tài)監(jiān)控、分類和報警處理等。 5 高級功能 表與塊間的傳送、校驗和、雙倍精度運算、對數(shù)和反對數(shù)、平方根、PID調(diào)節(jié)等 通信速度和方式、與上位計算機的聯(lián)網(wǎng)功能、調(diào)制解調(diào)器等。 6 診斷功能 PLC的診斷功能有內(nèi)診斷和外診斷兩種。內(nèi)診斷是PLC內(nèi)部各部件性能和功能的診斷，外診斷是中央處理機與I/O模塊信息交換的診斷。 7 串行接口（RS-232C） 一般中型以上的PLC都提供一個或一個以上串行標(biāo)準(zhǔn)接口（RS-232C），以

19、例連接打印機、CRT、上位計算機或另一臺PLC。 8 通信功能 現(xiàn)在的PLC能夠支持多種通信協(xié)議。比如現(xiàn)在比較流行的工業(yè)以太網(wǎng)等 對通信有特殊要求的用戶。 對于一個大型企業(yè)系統(tǒng)，應(yīng)盡量做到機型統(tǒng)一。這樣，同一機型的PLC模塊可互為備用，便于備品備件的采購和管理；同時，其統(tǒng)一的功能及編程方法也有利于技術(shù)力量的培訓(xùn)、技術(shù)水平的提高和功能的開發(fā)；此外，由于其外部設(shè)備通用，資源可以共享，因此，配以上位計算機后即可把控制各獨立系統(tǒng)的多臺PLC聯(lián)成一個多級分布式控制系統(tǒng)，這樣便于相互通信，集中管理。在本控制系統(tǒng)中，所需的開關(guān)量輸入為6點，開關(guān)量輸出為5點，考慮到系統(tǒng)的可擴展性和維修的方便性，選擇模塊式PL

20、C。由于本系統(tǒng)的控制是順序控制，選用西門子S7-200作為控制單元來控制整個系統(tǒng)，之所以選擇這種PLC，主要考慮S7系列PLC有以下特點：1）快速的CPU處理速度，大程序容量；2）編程及監(jiān)控功能強大，維修簡單；3）結(jié)構(gòu)緊湊，價格低廉，具有極高的性能/價格比；4）豐富的指令系統(tǒng)。輸入/輸出的選擇 PLC是一種工業(yè)控制系統(tǒng)，它的控制對象是工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備或工業(yè)生產(chǎn)過程，工作環(huán)境是工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場。它與工業(yè)生產(chǎn)過程的聯(lián)系是通過I/O接口模塊來實現(xiàn)的。 通過I/O接口模塊可以檢測被控生產(chǎn)過程的各種參數(shù)，并以這些現(xiàn)場數(shù)據(jù)作為控制信息對被控對象進行控制。同時通過I/O接口模塊將控制器的處理結(jié)果送給被控設(shè)備或工業(yè)生

21、產(chǎn)過程，從而驅(qū)動各種執(zhí)行機構(gòu)來實現(xiàn)控制。PLC從現(xiàn)場收集的信息及輸出給外部設(shè)備的控制信號都需經(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)實際需要，一般情況下，PLC都有許多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、模擬量輸出模塊以及其它一些特殊模塊，使用時應(yīng)根據(jù)它們的特點進行選擇。輸入模塊和輸出模塊通常稱為I/O模塊或I/O單元。PLC的對外功能主要是通過各種I/O接口模塊與外界聯(lián)系而實現(xiàn)的。輸入模塊和輸出模塊是PLC與現(xiàn)場I/O裝置或設(shè)備之間的連接部件，起著PLC與外部設(shè)備之間傳遞信息的作用。通常I/O模塊上還有狀態(tài)顯

22、示和I/O接線端子排，以便于連接和監(jiān)視。PLC的一般結(jié)構(gòu)如圖1-1所示，由圖可見主要有6個部分組成，包括CPU（中央處理器）、存儲器、輸入/輸出接口電路、電源、外設(shè)接口、I/O擴展接口。 圖1-1 PLC結(jié)構(gòu)圖中央處理單元（CPU）與通用計算機中的CPU一樣，PLC中的CPU也是整個系統(tǒng)的核心部件，主要有運算器、控制器、寄存器及實現(xiàn)它們之間聯(lián)系的地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線構(gòu)成，此外還有外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。CPU在很大程度上決定了PLC的整體性能，如整個系統(tǒng)的控制規(guī)模、工作速度和內(nèi)存容量等。存儲器存儲器存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器。存放應(yīng)用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器。P

23、LC常用的存儲器類型有RAM、EPROM、EEPROM等。（1）I/O模塊輸入模塊和輸出模塊通常稱為I/O模塊或I/O單元。PLC的對外功能主要是通過各種I/O接口模塊與外界聯(lián)系而實現(xiàn)的。輸入模塊和輸出模塊是PLC與現(xiàn)場I/O裝置或設(shè)備之間的連接部件，起著PLC與外部設(shè)備之間傳遞信息的作用。通常I/O模塊上還有狀態(tài)顯示和I/O接線端子排，以便于連接和監(jiān)視。（2）電源模塊輸入、輸出接口電路是PLC與現(xiàn)場I/O設(shè)備相連接的部件。它的作用是將輸入信號轉(zhuǎn)換為PLC能夠接收和處理的信號，將CPU送來的弱電信號轉(zhuǎn)換為外部設(shè)備所需要的強電信號。 第2章 硬件電路設(shè)計2.1 總體設(shè)計從圖2-1中可知設(shè)計的液體

24、混合裝置主要完成兩種液體的自動混合攪拌并控制溫度，如圖2-1所示。此裝置需要控制的元件有：其中SL1、SL2、L分別為低位液面?zhèn)鞲衅鳌⒅形灰好鎮(zhèn)鞲衅?、高位液面?zhèn)鞲衅?，液面淹沒該點為ON。YV1、YV2、YV3為電磁閥，控制液體A、液體B的流入和混合液體的流出，M為攪拌電機?？刂埔笕缦拢撼跏迹喝萜鲀?nèi)為防空狀態(tài)啟動：液體A閥門打開，液體A進入混和液體裝置；當(dāng)液面達到中位傳感器時，關(guān)閉液體A閥門，打開液體B閥門。液體B流入，當(dāng)液面達到高液位傳感器時，關(guān)閉液體B閥門，攪拌電機開始轉(zhuǎn)動，進行液體混合攪拌，先正傳二秒，停一秒 ，再反轉(zhuǎn)二秒，停一秒；當(dāng)攪拌電機正反轉(zhuǎn)三次后，停止攪拌，同時啟動YV3，混合液

25、體放出；當(dāng)液面達到低液位傳感器時，延時二秒，延時時間到，關(guān)閉混合液體卸料閥門YV3關(guān)閉，重新開始下一循環(huán)。停止操作：按下停止按鈕SB2，要處理完當(dāng)前周期之后，系統(tǒng)才會停在初始位置。 圖2-1 混料罐控制流程：當(dāng)混合液體裝置中的液體放空時，液體A閥門打開，液體A進入混和液體裝置；當(dāng)液面達到中位傳感器時，關(guān)閉液體A閥門，打開液體B閥門，液體B進入混和液體裝置；當(dāng)液面達到高液位傳感器時，關(guān)閉液體B閥門，攪拌電機開始轉(zhuǎn)動，進行液體混合攪拌，先正傳二秒，停一秒 ，再反轉(zhuǎn)二秒，停一秒；當(dāng)攪拌電機正反轉(zhuǎn)三次后，停止攪拌，混合液體卸料閥門打開，開始放出混合液體；當(dāng)液面達到低液位傳感器時，延時二秒，延時時間到，

26、關(guān)閉混合液體卸料閥們，然后開始下以混合液體操作。在該控制系統(tǒng)中，其中進料和卸料使用的是電磁閥來控制，液體混合中攪拌電機（三相交流異步電動機）來完成，液體在裝置中的液位有三個反射式光電傳感器進行檢測，對應(yīng)位置有液位時信號為1，否則為0。2.1.1 傳感器的選擇（1）傳感器的靈敏度與量程范圍傳感器的靈敏度是傳感器的最基本指標(biāo)之一。靈敏度的大小直接影響到傳感器對振動信號的測量。不難理解，傳感器的靈敏度應(yīng)根據(jù)被測振動量（加速度值）大小而定，但由于壓電加速度傳感器是測量振動的加速度值，而在相同的位移幅值條件下加速度值與信號的頻率平方成正比，所以不同頻段的加速度信號大小相差甚大。大型結(jié)構(gòu)的低頻振動其振動量

27、的加速度值可能會相當(dāng)小，例如當(dāng)振動位移為 1mm, 頻率為1 Hz 的信號其加速度值僅為0.04m/s2(0.004g)；然而對高頻振動當(dāng)位移為0.1mm，頻率為10 kHz的信號其加速度值可達4 x 105m/s2 (40000g)。因此盡管壓電式加速度傳感器具有較大的測量量程范圍，但對用于測量高低兩端頻率的振動信號，選擇加速度傳感器靈敏度時應(yīng)對信號有充分的估計。最常用的振動測量壓電式加速度計靈敏度，電壓輸出型（IEPE 型）為50100 mV/g，電荷輸出型為10 50 pc/g。（2）傳感器的靈敏度與量程范圍傳感器的靈敏度是傳感器的最基本指標(biāo)之一。靈敏度的大小直接影響到傳感器對振動信號的

28、測量。不難理解，傳感器的靈敏度應(yīng)根據(jù)被測振動量（加速度值）大小而定，但由于壓電加速度傳感器是測量振動的加速度值，而在相同的位移幅值條件下加速度值與信號的頻率平方成正比，所以不同頻段的加速度信號大小相差甚大。大型結(jié)構(gòu)的低頻振動其振動量的加速度值可能會相當(dāng)小，例如當(dāng)振動位移為 1mm, 頻率為1 Hz 的信號其加速度值僅為0.04m/s2(0.004g)；然而對高頻振動當(dāng)位移為0.1mm，頻率為10 kHz的信號其加速度值可達4 x 105m/s2 (40000g)。因此盡管壓電式加速度傳感器具有較大的測量量程范圍，但對用于測量高低兩端頻率的振動信號，選擇加速度傳感器靈敏度時應(yīng)對信號有充分的估計。

29、最常用的振動測量壓電式加速度計靈敏度，電壓輸出型（IEPE 型）為50100 mV/g，電荷輸出型為10 50 pc/g。一般情況下傳感器的高頻截止頻率與輸出信號的形式（即電荷型或低阻電壓型）無關(guān)；而與傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計，制造以及安裝形式和安裝質(zhì)量都密切相關(guān)。以下表格是對不同型式加速度傳感器的高頻響應(yīng)作一個定性的歸類，供用戶在選用時對比和參考。如表2-1表 2-1傳感器的靈敏度與量程范圍高頻響應(yīng)外形, 重量和靈敏度敏感芯體形式總體設(shè)計安裝形式最好體積小, 重量輕, 低靈敏度壓縮型單層殼通用型螺釘安裝好通用型剪切型單層殼帶絕緣座吸鐵, 粘接差個頭大, 體重, 高靈敏度彎曲梁形式雙層屏蔽殼手持2.1

30、.2 傳感器接頭形式M5 (M6) 接頭是加速度傳感器最為常用的輸出接頭形式。M5接頭特點是尺寸較小，一般用直徑較細的電纜 (2mm 或 3mm )，比較適合振動實驗的測試。另外M5 (M6) 的結(jié)構(gòu)型式對信號屏蔽較好，所以對電荷輸出型加速度傳感器因其輸出為較容易受干擾的高阻抗信號一般均采用M5 (M6) 接頭。測量振動的加速度傳感器接頭一般避免使用Q9 (BNC), 原因是Q9(BNC),接頭組件沒有螺紋聯(lián)接，構(gòu)件之間的機械耦合剛度較低；因此如果加速度傳感器輸出采用Q9(BNC),，其將會影響傳感器的高頻響應(yīng)。如下圖2-2 圖2-2 傳感器輸出接頭形式2.1.3傳感器的性能從廣義上講，傳感器

31、就是能感知外界信息并能按一定規(guī)律將這些信息轉(zhuǎn)換成可用信號的裝置；簡單說傳感器是將外界信號轉(zhuǎn)換為電信號的裝置。所以它由敏感元器件（感知元件）和轉(zhuǎn)換器件兩部分組成，有的半導(dǎo)體敏感元器件可以直接輸出電信號，本身就構(gòu)成傳感器。敏感元器件品種繁多，就其感知外界信息的原理來講，可分為物理類，基于力、熱、光、電、磁和聲等物理效應(yīng)。化學(xué)類，基于化學(xué)反應(yīng)的原理。生物類，基于酶、抗體、和激素等分子識別功能。通常據(jù)其基本感知功能可分為熱敏元件、光敏元件、氣敏元件、力敏元件、磁敏元件、濕敏元件、聲敏元件、放射線敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大類（還有人曾將傳感器分46類）。下面對常用的熱敏、光敏、氣敏、力敏和磁敏傳

32、感器及其敏感元件介紹如下。1、溫度傳感器及熱敏元件 溫度傳感器主要由熱敏元件組成。熱敏元件品種教多，市場上銷售的有雙金屬片、銅熱電阻、鉑熱電阻、熱電偶及半導(dǎo)體熱敏電阻等。以半導(dǎo)體熱敏電阻為探測元件的溫度傳感器應(yīng)用廣泛，這是因為在元件允許工作條件范圍內(nèi)，半導(dǎo)體熱敏電阻器具有體積小、靈敏度高、精度高的特點，而且制造工藝簡單、價格低廉。2、半導(dǎo)體熱敏電阻的工作原理 按溫度特性熱敏電阻可分為兩類，隨溫度上升電阻增加的為正溫度系數(shù)熱敏電阻，反之為負溫度系數(shù)熱敏電阻。（1） 正溫度系數(shù)熱敏電阻的工作原理 此種熱敏電阻以鈦酸鋇（BaTio3）為基本材料，再摻入適量的稀土元素，利用陶瓷工藝高溫?zé)Y(jié)爾成。純鈦酸

33、鋇是一種絕緣材料，但摻入適量的稀土元素如鑭（La）和鈮（Nb）等以后，變成了半導(dǎo)體材料，被稱半導(dǎo)體化鈦酸鋇。它是一種多晶體材料，晶粒之間存在著晶粒界面，對于導(dǎo)電電子而言，晶粒間界面相當(dāng)于一個位壘。當(dāng)溫度低時，由于半導(dǎo)體化鈦酸鋇內(nèi)電場的作用，導(dǎo)電電子可以很容易越過位壘，所以電阻值較??；當(dāng)溫度升高到居里點溫度（即臨界溫度，此元件的 溫度控制點 一般鈦酸鋇的居里點為120）時，內(nèi)電場受到破壞，不能幫助導(dǎo)電電子越過位壘，所以表現(xiàn)為電阻值的急劇增加。因為這種元件具有未達居里點前電阻隨溫度變化非常緩慢，具有恒溫、調(diào)溫和自動控溫的功能，只發(fā)熱，不發(fā)紅，無明火，不易燃燒，電壓交、直流3440V均可，使用壽命長

34、，非常適用于電動機等電器裝置的過熱探測。（2） 負溫度系數(shù)熱敏電阻的工作原理 負溫度系數(shù)熱敏電阻是以氧化錳、氧化鈷、氧化鎳、氧化銅和氧化鋁等金屬氧化物為主要原料，采用陶瓷工藝制造而成。這些金屬氧化物材料都具有半導(dǎo)體性質(zhì)，完全類似于鍺、硅晶體材料，體內(nèi)的載流子（電子和空穴）數(shù)目少，電阻較高；溫度升高，體內(nèi)載流子數(shù)目增加，自然電阻值降低。負溫度系數(shù)熱敏電阻類型很多，使用區(qū)分低溫（-60300）、中溫（300600）、高溫（>600）三種，有靈敏度高、穩(wěn)定性好、響應(yīng)快、壽命長、價格低等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于需要定點測溫的溫度自動控制電路，如冰箱、空調(diào)、溫室等的溫控系統(tǒng)。 熱敏電阻與簡單的放大電路結(jié)合

35、，就可檢測千分之一度的溫度變化，所以和電子儀表組成測溫計，能完成高精度的溫度測量。普通用途熱敏電阻工作溫度為-55+315，特殊低溫?zé)崦綦娮璧墓ぷ鳒囟鹊陀?55，可達-273。2.1.4電動機的選型電動機的選用，首先要了解電動機的機械負載特性，根據(jù)機械負載的類型和特性來選擇電動機的額定容量、額定轉(zhuǎn)速、額定電壓以及型式。  要為某一生產(chǎn)機械選配一臺電動機，首先要合理選擇電動機的功率。通常根據(jù)生產(chǎn)機械負載的需要來選擇電動機的功率，同時，還要考慮負載的工作制問題，也就是說，所選的電動機應(yīng)適應(yīng)機械負載的連續(xù)、短時或間斷周期工作性質(zhì)。功率選用時不能太大，也不能太小。選小了，保證不了電

36、動機和生產(chǎn)機械的正常工作；選大了，雖然能保證正常運行，但是不經(jīng)濟，電動機容量不能被充分利用，而且電動機經(jīng)常不能滿載運行，使得效率和功率因數(shù)不高。  其次，根據(jù)電源電壓條件，要求所選用的電動機的額定電壓與頻率同供電電源電壓與頻率相符合。電動機的轉(zhuǎn)速一定要按生產(chǎn)機械銘牌上的要求選擇，否則可能改變生產(chǎn)機械的性能。此外，電動機的結(jié)構(gòu)、防護、冷卻和安裝形式，應(yīng)適應(yīng)使用環(huán)境條件的要求，并且要力求安裝、調(diào)試、檢修方便，以保證電機能安全可靠的運行。所以我選著的攪拌電動機的型號為Y90S-4，功率1.1kw,轉(zhuǎn)速1400r/mm,如圖2-3 圖2-3 Y90S-4攪拌電動機其硬件接線如圖2-

37、4圖2-4 硬件接線2.1.5電磁閥的選擇1. 閥型的選擇：      （1）確定公稱壓力，不是用Pmax去套PN，而是由溫度、壓力、材質(zhì)三個條件從表中找出相應(yīng)的PN并滿足于所選閥之PN值。      （2）確定的閥型，其泄漏量滿足工藝要求。      （3）確定的閥型，其工作壓差應(yīng)小于閥的允許壓差，如不行，則須從特殊角度考慮或另選它閥。      （4）介質(zhì)的溫度在閥的工作溫度范圍內(nèi)，環(huán)境溫度符合要求。   

38、60;  （5）根據(jù)介質(zhì)的不干凈情況考慮閥的防堵問題。      （6）根據(jù)介質(zhì)的化學(xué)性能考慮閥的耐腐蝕問題。      （7）根據(jù)壓差和含硬物介質(zhì)，考慮閥的沖蝕及耐磨損問題。      （8）綜合經(jīng)濟效果考慮的性能、價格比。需考慮三個問題：      a結(jié)構(gòu)簡單（越簡單可靠性越高）、維護方便、備件有來源；     b使用壽命；      c價格。

39、 2、材料的選擇：      （1）閥體耐壓等級、使用溫度和耐腐蝕性能等方面應(yīng)不低于工藝連接管道的要求，并應(yīng)優(yōu)先選用制造廠定型產(chǎn)品。      （2）水蒸汽或含水較多的濕氣體和易燃易爆介質(zhì)，不宜選用鑄鐵閥。      （3）環(huán)境溫度低于20時（尤其是北方），不宜選用鑄鐵閥。      （4）對汽蝕、沖蝕較為嚴(yán)重的介質(zhì)溫度與壓差構(gòu)成的直角坐標(biāo)中，其溫度為300，壓差為1.5MPa兩點連線以外的區(qū)域時，對節(jié)流密封面應(yīng)選用耐磨材料，

40、如鈷基合金或表面堆焊司特萊合金等。      （5）對強腐蝕性介質(zhì)，選用耐蝕合金必須根據(jù)介質(zhì)的種類、濃度、溫度、壓力的不同，選擇合適的耐腐蝕材料。      （6）閥體與節(jié)流件分別對待，閥體內(nèi)壁節(jié)流速度小并允許有一定的腐蝕，其腐蝕率可以在lmm年左右；節(jié)流件受到高速沖刷、腐蝕會弓起泄漏增大，其腐蝕率應(yīng)小于0.1mm年。      （7）對襯里材料（橡膠、塑料）的選擇時該工作介質(zhì)的溫度、壓力、濃度都必須滿足該材料的使用范圍，并考慮閥動作時對它物理、機械的破壞（如剪切破壞）。&#

41、160;     （8）真空閥不宜選用閥體內(nèi)襯橡膠、塑料結(jié)構(gòu)。      （9）水處理系統(tǒng)的兩位切斷閥不宜選用襯橡膠材料。      （10）典型介質(zhì)的典型耐蝕合金材料選擇：      （11）到目前為止，最萬能的耐腐蝕材料是四氟，稱為“耐蝕王”。因此，應(yīng)首先選用四氟耐腐蝕閥，不得已的情況下（如溫度>180，PN16）才選用合金。3、電磁閥的性能 （1）介質(zhì)溫度不同規(guī)格產(chǎn)品，否則線圈會燒掉，密封件老化，嚴(yán)重影響壽命。（2）介質(zhì)粘度，通常在5

42、0cSt以下。若超過此值，通徑大于15mm用ZDF系列多功能電磁閥作特殊訂貨。通徑小于15mm訂高粘度電磁閥。（3）介質(zhì)清潔度不高時都應(yīng)在電磁閥前配裝反沖過濾閥，壓力低時尚可選用直動膜片式電磁閥。（4）介質(zhì)若是定向流通，且不允許倒流和單需用雙向流通，請作特殊要求提出。（5）介質(zhì)溫度應(yīng)選在電磁閥允許范圍之內(nèi)。4、管道參數(shù)（1）根據(jù)介質(zhì)流向要求及管道連接方式選擇閥門通口及型號。 （2）根據(jù)流量和閥門KV值選定公稱通徑，也可選同管道內(nèi)徑。請注意有的廠家未標(biāo)有KV值，往往閥孔尺寸小于接口管徑，切不可貪圖價低而誤事。（3）工作壓差    最低工作壓差在0.04Mpa以上是可

43、選用間接先導(dǎo)式；最低工作壓差接近或小于零的必須選用直動式或分步直接式。相關(guān)元件主要技術(shù)參數(shù)及原理如下：1、其最大特點就是能通過設(shè)備上的按鍵設(shè)置來控制流量，達到定時排空的效果。2、其閥體材料為：聚四氟乙烯，有比較強的抗腐蝕能力。3、使用電壓：AC:220V50Hz/60HZ DC:24V。4、功率：AC:5KW。（如下圖2-5） 圖2-5 AVF-40型電磁閥本機選擇C40P型機，輸入、輸出點數(shù)為40，其中輸入點24個，通道0的0015和通道1的0007，編號為I0000I0107，輸出點16個，起編號05000511可以直接接負載。輸入點I0000I0001可以為高速計數(shù)器的輸入與復(fù)位端，此處

44、作一般輸入點使用。有上述情況可知它是屬于輸入輸出點可重疊編號的機型。輸入/輸出地址分配如表如下圖2-2表2-2 液體混合裝置輸入/輸出地址分配輸入設(shè)備輸入點編號輸出設(shè)備輸出點編號啟動按鈕I0000電磁閥YV10500SQ1液位傳感器I0002電磁閥YV20501SQ2液位傳感器I0003電磁閥YV30502L液位傳感器I0004攪拌機M0508停止按鈕I00012.1.6電源條件1根據(jù)供電電源種類，分別選用交流和直流電磁閥。一般來說交流電源取用方便。2電壓規(guī)格用盡量優(yōu)先選用AC220V.DC24V。3電源電壓波動通常交流選用+%10%.-15%，直流允許±%10左右，如若超差，須采取

45、穩(wěn)壓措施或提出特殊訂貨要求。4應(yīng)根據(jù)電源容量選擇額定電流和消耗功率。須注意交流起動時VA值較高，在容量不足時應(yīng)優(yōu)先選用間接導(dǎo)式電磁閥。所以根據(jù)以上的條件要求電磁閥的選擇如下：（1）入罐液體選用VF4-25型電磁閥其中“V”表示電磁閥，“F”表示防腐蝕， 40表示口徑（mm）寬度。相關(guān)元件主要技術(shù)參數(shù)及原理如下：1、材質(zhì)：聚四氟乙烯；使用介質(zhì)：硫酸、鹽酸、有機溶劑、化學(xué)試劑等酸堿性的液體。2、介質(zhì)溫度150/環(huán)境溫度-2060。3、使用電壓：AC:220V50Hz/60Hz DC:24V.4、功率：AC:2.5KW。5、操作方式：常閉、通電打開、斷電關(guān)閉，動作響應(yīng)迅速，高頻率。2.2 輸入/輸出

46、接線圖輸入/輸出接線圖如圖3-1 圖3-1 I/O接線圖（1）第一種液體的進入當(dāng)PLC接通電源后，按下啟動按鈕SB1后，觸點I0003接通，得與之相連的電磁閥YV1接通并保持，液體A開始流入，當(dāng)液體達到液面?zhèn)鞲衅鱏Q2的位置時，YV1動作。（2）第二種液體的進入當(dāng)液體達到液位傳感器SQ1的位置時，SQ1動作，I0002接通得電并自鎖，與之相連的電磁閥YV2接通并保持，液體B開始流入液罐，同時I0002的動斷輔助觸點I0002斷開，液體A停止流入。（3）攪拌機工作當(dāng)液體達到液位傳感器L時，L動作，I0004接通與之相連的電磁閥接通并保持，同時I0004的動斷輔助觸點I0004斷開，攪拌機開始攪拌

47、，攪拌完成，然后開始下一混合液體操作。（4）混合液體開始排出攪拌完成間繼電器VF4-25計時時間到，其動合輔助觸點VF4-25閉合，0502得電并自鎖，與之相連的電磁閥YV4接通并保持，同時0502的動斷輔助觸點0502斷開，斷開0500、0501，液體開始排出（5） 混合液體排完0502得電，液體排出的同時SQ1、SQ2、L相繼復(fù)位，當(dāng)液面下降到L時，L由接通變?yōu)閿嚅_，其動斷輔助觸點L復(fù)位閉合，時間繼電器VF4-25得電開始計時，2s后VF4-25計時時間到，其動斷輔助觸點VF4-25斷開，0502失電停止排放液體（6）重復(fù)液體混合過程及停止VF4-25動合輔助觸點閉合，0500得電自鎖，其

48、動斷輔助觸點0500斷開，VF4-25失電復(fù)位，開始循環(huán)，當(dāng)需要停止時按下停止按鈕SB2，等待本次液體混合操作處理完畢，停止混合操作，且停止系統(tǒng)運行。22洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）第3章 軟件的設(shè)計3.1. 流程圖流程圖如圖3-1圖3-1程序框3.2 梯形圖根據(jù)控制要求和I/O地址編制的控制梯形圖3-2圖3-2 控制梯形圖3.3 語句表表3-4 語句表LD I0000ANI 1115DIFU 1100LD 1115OUT HL1LD I0001DIFU 1101LD I0002DIFU 1102LD I0003DIFU 1103LD I0004DIFD 1104LD 1100LD 1101K

49、EEP 1115LD 1115AND T001OR 1100LD 1103KEEP 0500 YV1LD 1103LD 1102KEEP 0501 YV2LD CNTR 002DIFU 1105LD 1105LD T001KEEP YV3LD 1104LD T001KEEP 1114LD 1114TIM 001 #0020LD T001LD 25314LD 25314CNTR 001 #1600LD CNTR 001LD 1101KEEP 0001LD 0001SPED 000 001 #0002LD 1101INI 000 003 000LD 01000OUT HL2SDEC CNTR 001 0030 IR 000LD T001IORF IR 000 IR000LD 1102OR T005LD 0509OR T002OR CNTR 002KEEP 0508LD 0508TOM 002 #0020LD T002LD T003KEEP 1011LD 1011TIM 003 #0010LD T003LD 0508OR T004KEEP 0509LD 0509TIM 004 #0020LD T004LD T005KEEP 1013LD 1013TIM 004 #0010LD T005LD 25314LD CNTR 002CNTR 002 #0003END35