毕业设计_plc控制液体自动混合装置(编辑修改稿)

毕业设计_plc控制液体自动混合装置(编辑修改稿)内容摘要：

序调 试 程 序系 统 结 构 的 设 计记 录 运 行 结 果并 分 析总 结错误 图 系统设计步骤图 系统控制方案 系统控制原理如图 所示 ,系统 主要是由触摸屏、可 编 程序控制器变频器（ PLC）、液位计、配电装置以及水泵等组成。 10 触 摸 屏 P I DD / A变 频 器接 触 器水泵水箱液 位 传感 器A / D液 位给 定P L C + 模 拟 量 输 入数 模 块 图 系统控制 原理 图 系统带有触摸屏显示装置， 可以显示系统的当前液位，设定液位上限，进行报警显示。 变频器的作用是为三相水泵的电机提供可变频率的电源，实现电机的无级调速，从而使水箱的液位连续变化。 液位计的作用是检测当前液位压力。 系统的结构图如图 所示，水箱高 2m，我们设置它的最低液位为 ，最高液位根据触摸屏直接输入，通过 流量 传感器和模数转换器输入当前液位值给 PLC，在PLC 内部将它进行 PID 控制运算，将其输出值做为变频器的控制信号，控制水泵的转速，使其 精确的达到液位值。 图 系统 结构 图 11 第三章 系统硬件设计 可编 程控制器（ PLC）的选型 PLC 机型的选择与特点 由于我们所学习的 PLC 机型都是三菱公司的 ＦＸ 系列，根据 PLC 外部接线图的 I/O 状况选择 FX2N48MR。 该 PLC 机型特点如下： （ 1）可靠性高。 由于可靠性是用户选用的首位依据，因此，每个 PLC 生产厂都将可靠性作为第一指标而加以研制，以单片机为核心，在硬件和软件上采取大量的抗干扰措施，使 PLC 的平均无故障时间达到 30 万小时以上，使用寿命更长。 （ 2）控制功能强。 PLC 具有逻辑判断、计数、定时、步进、跳转、移位、记忆、四则运 算和数据传送等功能，可以实现顺序控制、逻辑控制、位置控制和过程控制等。 （ 3）编程方便，易于使用。 PLC 采用与继电器电路相似的梯形图编程，比较直观，易懂易编，深受电气技术人员和电工的欢迎，容易推广应用。 PLC 可取代原继电器控制系统，有利于对老设备的技术改造。 （ 4）使用于恶劣的工业环境，抗干扰能力强。 （ 5）具有各种接口，与外部设备连接非常方便。 （ 6）采用积木式结构或模块式结构，有较大灵活性和可扩展性，扩展灵活方便。 （ 7）维修方便。 PLC 上有 I/O 指示灯，哪个 I/O 元件有故障，一目了然。 （ 8）可根据生 产工艺要求或运行情况，随时对程序进行在线修改，不用更改硬接线，灵活性大，适应性强。 PLC 的工作原理如下： （ 1） PLC 的等效工作电路 PLC 是一种微机控制系统，其工作原理也与微机相同，但在应用时，可不必用计算机的概念去做深入的了解，只需将它看成是由普通的继电器、定时器、计数器、移位器等组成的装置，从而把 PLC 等效成输入、输出和内部控制电路三部分， ① 输入部分 这部分的作用是接受被控设备的信息或操作命令等外部输入信息。 输入接线端是PLC 与外部的开关、按钮、传感器转换信号等连接的端口。 每个端子可 等效为一个内部继电器线圈，线圈号即输入接点号，这个线圈由接收到的输入端的外部信号来驱动，其驱动电源可由 PLC 的电源部件提供 (如直流 24V)，也可由独立的交流电源 (如交流110V)供给。 每个输入继电器可以有无穷多个内部触点 (动合、动断形式均可 )，供设计PLC 的内部控制电路 (即编制 PLC 控制程序 )时使用。 ② 内部控制电路 12 这部分的作用是运算和处理由输入部分得到的信息，并判断应产生哪些输出。 内部控制电路实际上也就是用户根据控制要求编制的程序。 PLC 程序一 般用梯形图形式表示。 而梯形图是从继电器控制的电气原理图演变而来的， PIC 程序中的动合、动断触点、线圈等概念均与继电器控制电路相同。 在 PLC 内部还设有定时器、计数器、移位器、保持器、内部辅助继电器等，继电器控制系统没有的器件，它们的线圈及动合、动断触点只能在 PLC 内部控制电路中使用，而不能与外部电路相连。 ③ 输出部分 这部分的作用是驱动外部负载。 在 PLC 内部，有若干能与外部设备直接相连的输出继电器 (有继电器、双向硅、晶体管三种形式 )，它也有无限个软件实现的动合、动断触点，可在 PLC 内部控制电路中使用；但对应每一个输出端只有一个硬件的动合触点与之相连，用以驱动需要操作的外部负载；如图 所示。 外部负载的驱动电源接在输出公共端 (COM)上。 总之，在使用 PLC 时，可以把输入端等效为一个继电器线圈，其相应的继电器接点 (动合或动断 )可在内部控制电路中使用，而输出端又以等效为内部输出继电器的一个动合触点，驱动外部设备。 （ 2） PLC 的工作过程 PLC 一般采用循环扫描方式工作。 当 PLC 加电后，首先进行初始化处理，包括清除 I/O 及 内部辅助继电器、复位所有定时器、检查 I/O 单元的连接等。 开始运行之后，串行地执行存贮器中的程序，这个过程可以分为如下四个阶段： ① 公共处理阶段 这部分在每次循环开始都要被执行，包括复位系统定时器、检查程序存贮器、检查I/O 总线、检查扫描时间等。 如出现异常情况，则通过自诊断给出故障信号，或自行进行相应的处理，这将有助于及时发现或提前预报系统的故障，提高系统的可靠性。 这部分时间是固定的，对 P 型机来说，为。 ② 执行外围设备命令阶段 当有简易编程器、图形编程器、打印机等外部设备与 PLC 相连时，则 PLC 在每次循环时，都将执行来自外部设备的命令。 ③ 程序执行阶段 在这个阶段， CPU 将指令逐条调出并执行，即按程序对所有的数据 (输入和输出的状态 )进行处理，包括逻辑、算术运算，再将结果送到输出状态寄存器。 ④ 输入、输出更新阶段 PLC 的 CPU 在每个扫描周期进行一次输入来进行输出更新。 CPU 对各个输入端进行扫描，并将输入端的状态送到输入状态寄存器中；同时，把输出状态寄存器的状态通过输出部件转换成外部设备能接受的电压或电流信号，以驱动被控设备。 这种对输 13 入、输出状态的集中处理过程，称为批处理，这是 PLC 工作的特点。 模拟量输入输出模块（ FX0N3A） （ 1） FX2N4AD 和 FX2N2DA 介绍 FX2N4AD 模拟特殊功能块有两个输入通道和一个输出通道，输入通道接收模拟信号并将模拟信号转换成数字值；输出通道采用数字值并输出等 量模拟信号。 FX2N4AD 的最大分辨率为 8 位。 在输入 /输出基础上选择的电压或电流由用户接线方式决定。 FX2N4AD 在 PLC 扩展母线上占用 8 个 I/O 点， 8 个 I/O 点可以分配给输入或输出。 所有数据传输和参数设置都是通过应用到 PLC 中的 TO/FROM 指令，通过FX2N4AD 的软件控制调节的。 PLC 和 FX2N4AD、 FX2N2DA 这间的通信由光电耦合器保护。 上位机 PLC 的状态改变，模块的运行情况如下： RUNSTOP： 在 STOP 模式期间，保持 RUN 运行期间模拟输出通道使用的最后一个操作 值。 STOPRUN： 一旦上位机 PLC 切换回到 RUN 模式，模拟输出就恢复到由程序控制的正常状态的数字值。 PLC 电源关闭：模拟输出信号停止运行。 （ 2） FX2N4AD 性能规格如下表 输入 电压输入 电流输入 模拟输入范围 默认状态， 0~10VDC输入选择了 0~250 范围，如果需要其他电压输入，请重新调整偏置和增益。 0~10V/0~5VDC，电阻 200KΩ。 警告： 输入电压 +15V就可能损坏该模块。 4~20mA，电阻 250Ω 警告： 输入电流 2mA或 +60mA就可能损坏该模块。 数字 分辨率 8bit(位 ) 最小信号 分辨率 40mV（ 0~10V/0~250 依据输入特性而变） 60μA（ 4~20mA/0~250 依据输入特性而变） 总精度 177。 177。 处理时间 TO指令处理时间 2+FROM 指令时间 14 输入特点 模块不允许两个通道有不同的输入特性 表 A/D 转换 （ 3） FX2N2DA 性能规格如下表 表 D/A 转换性能 水泵选型 水泵有很多种，从原理上可以分为气压泵，离心泵，轴流泵，混流泵，螺旋泵等。 气压泵是靠大气压提升水位。 凭借活塞的运动，制造出一个近似真空，外部大气压将水压上来。 这种泵液位依赖与大气压所以提升水的高度有限。 离心泵的原理是离心现象，是依靠也叶轮叶片的转动产生离心的作用，将液体甩出。 所以，输送效果依赖叶轮的转速，直径等因素。 输出 电压输出 电流输出 模拟输出范围 默认状态， 0~10VDC 输入选择了 0~250 范围，如果需要其他电压输入，请重新调整偏置和增益。 0~10V/0~5VDC，外部负载： 1kΩ~1MΩ。 4~20mA，外部负载： 500Ω或更小。 数字 分辨率 8bit(位 ) 最小信号 分辨率 40mV（ 0~10V/0~250 依据输入特性而变） 60μA（ 4~20mA/0~250 依据输入特性而变） 总精度 177。 177。 处理时间 TO指令处理时间 3 输出特点 如果使用大于 8 位的数字源数据，则只有低 8 位的数据有效，高位将被忽略掉。 15 本课题将采用 ISW 系列卧式单级单吸离心泵，该泵是在吸收国内外同类产品先进技术的基础上，采用国内通用离心 泵之性能参数，自行研制开发的新一代节能、环保卧式离心泵。 该系列泵性能优、寿命长、结构合理、 外形美观，具有行业领先水平。 产品特点有： 运行平稳：泵轴的绝对同心度及叶轮优异的动静平衡，保证平稳运行，绝无振动。 滴水不漏：不同材质的硬质合金密封，保证了不同介质输送均无泄漏。 噪音低：两个低 噪音轴承支撑下的水泵，运转平稳，除电机微弱声响，基本无噪音。 故障率低：结构简单合理，关键部分采用国际一流品质；配套，整机无故障工作时间大大提高。 维修方便：更换密封、轴承，简易方便。 占地更省：出口可向左、向右、向上三个方向，便于管道布置安装，节省空间 本论文采用的是上海太平洋泵业的 TPW100160IA，流量为 （ m3/h） ,扬程为 32（ m） ，转速 2900（ r/min） 配带功率 3（ kw） 吸入口径 50（ mm） ，排出口径50（ mm） . 变频器选型 变频器技术是一门综合性的技术，它建立在 控制技术、电子电力技术、微电子技术和计算机技术的基础上。 它与传统的交流拖动系统相比，利用变频器对交流电动机进行调速控制，有许多优点，如节电、容易实现对现有电动机的调速控制、可以实现大范围内的高效连续调速控制、实现速度的精确控制。 容易实现电动机的正反转切换，可以进行高额度的起停运转，可以进行电气制动，可以对电动机进行高速驱动。 完善的保护功能 :变频器保护功能很强，在运行过程中能随时检测到各种故障，并显示故障类别 (如电网瞬时电压降低，电网缺相，直流过电压，功率模块过热，电机短路等 )，并立即封锁输出电压。 这种 “自我 保护 ”的功能，不仅保护了变频器，还保护了电机不易损坏。 本课题采用 FRA540 系列 变频器， 功率范围为 ~280KW。 它采用先进磁通矢量控制方式，实现在线自动调整功能，调速比可达 1： 120（ ~60Hz） 随机附带一个简易操作面板 （ FRDU04），也可使用选件 FRPU04（ LCD 显示带菜单功能），可拆卸式的风扇和接线端子，使维护更为方便。 超低噪音运行（采用柔性 PWM 方式）。 内置 RS485， 也可通过插卡实现 CClink、 DeviceNet TM、 Profibus DP 和 Modbus plus 联网。 操作简单，有参数拷贝功能；参数组自选功能，用户可自己选择读写的参数组。 内置 PID 控制、工频切。