基于plc的液体混合控制毕业设计(编辑修改稿)

基于plc的液体混合控制毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

如当节流装置形式或管道内流体的物理性质（密度、粘度）不同时，在同样大小的流量下产生的压差也是不同 的 .通过测量差压制便可求得流体流量，并转换成电信号输出，例如 DC4~20mA统一标准信号。 因此，差压式由产生差压的装置和差压计两部分组成，即一次装置（检测件）和二次装置（差压转换和流量显示仪表）组成。 通常以检测件形式对差压式流量计分类 ,如孔板流量计、文丘里流量计、均速管流量计等。 其结构及拿单可靠，应用最多的孔板式流量计结构牢固 ,性能稳定可靠 ,使用寿命长。 缺点是测量精度普遍偏低；范围度窄 ,一般仅 3:1~4:1；现场安装条件要求高；压损大（指孔板、喷嘴等）。 （ 2） 浮子流量计 浮子流量计是以浮子在垂直锥形管中随 着流量变化而升降，改变它们之间的流通面积来进行测量的体积 流量仪表 ，又称 转子流量计。 在美国、日本常称作变面积流量计（ Variable Area Flowmeter）或面积流量计。 浮子流量计的流量检测元件是由一根自下向上扩大的垂直锥形管和一个沿着锥管轴上下移动的浮子组所组成。 被测流体从下向上经过锥管 和浮子形成的环隙时，浮子上下端产生差压形成浮子上升的力，当浮子所受上升力大于浸在流体中浮子重量时，浮子便上 12 升，环隙面积随之增大，环隙处流体流速立即下降，浮子上下端差压降低，作用于浮子的上升力亦随着减少，直到上升力等于浸在流体中浮子重量时，浮子便稳定在某一高度。 浮子在锥管中高度和通过的流量有对应关系。 优点是浮子流量计有较宽的流量范围度，一般为 10： 1，最低为 5： 1，最高为 25：1。 流量检测元件的输出接近于线性。 压力损失较低。 缺点是大部分结构浮子流量计只能用于自下向上垂直流的管道安装，不能完全适应生产现场的工艺需要；当使用流体和出厂标定流体不同时，要作流量示值修正。 液体用浮子流量计通常以水标定，气体用空气标定，如实际使用流体密度、粘度与之不同，流量要偏离原分度值，要作换算修正。 (3) 电磁流量计 电磁流量计的工作原理为法拉第电磁感应定律。 导电液体在磁场中流动切割磁力线，产生感应电势。 表达式为： E=KBLv ，式中， B为磁感应强度； L为测量电极之间的距离； v为被测流体在磁场中运动的平均速度； K为比例常数。 电磁流量计主要由变送器（又称一次装置、检出器或传感器）和转换器（又称二次装置或变换器）及流量显示仪表三部 分组成。 变送器把流过的被测液体的流量转换为相应的感应电势。 转换器的作用是把电磁流量变送器输出的和流量成比例的毫伏级电压信号放大并转换成为可被工业仪表或控制器接收的标准直流电流、电压或脉冲信号输出，以便与仪表及调节器配合，实现流量的指示、记录和运算。 优点一是其测量精度不受流体密度、粘度、温度、压力和电导率变化的影响，传感器感应电压信号与平均流速呈线性关系，因此测量精度高；二是测量管道内无阻流件，因此没有附加的压力损失；测量管道内无可动部件，因此传感器寿命极长；三是由于感应电压信号是在整个充满磁场的空间中形成的 ，是管道载面上的平均值，因此传感器所需的直管段较短，长度为 5倍的管道直径；四是传感器部分只有内衬和电极与被测液体接触，只要合理选择电极和内衬材料，即可耐腐蚀和耐磨损。 综上考虑，本次设计采用电磁式流量计来检测呼喝液体的流量，进而通过程序计算出液体的精确体积，达到精确控制混合过程的目的，关于电磁式流量计的具体工作原理和液体体积的计算方法在元件具体选择处详述。 前向通道（ A/D）后向通道（ D/A）选择 由于本次设计的主控制器选择为 PLC，而实现模数和数模转换最简便的方式莫过于使用模数转换模块和 书模转换模块，接线简单，便于安装调试，系统结构紧凑等优点。 模数转换模块分为转换模块和转换模块。 PLC 模拟量处理功能主要他欧冠过模拟量输入输出模块及用户程序来完成。 模拟量输入模块 13 接收各种传感器输出的标准电压信号或电流信号，并将其转换为数字信号存储到 PLC 中。 PLC根据生产实际要求，通过用户程序对转换后的信息进行处理结果通过模拟量输出模块转换为标准电压信号或电流信号去驱动执行元件。 第三章 元件介绍及硬件电路设计 三菱 PLC 控制系统 FX2系列 PLC 是三菱电机公司 1991年继 F、 F F2系列之后 推出的产品，是目前运行速度最快的小型 PLC 之一。 下面我们以小型 FX2系列 PLC 为例介绍PLC 的硬件组成。 图 PLC的原理图 CPU 模块 CPU 是 PLC 的核心组成部分，与通用微机的 CPU 一样，它在 PLC 系统中的作用类似于人体的神经中枢，故称为“电脑”。 其功能是： PLC 中系统程序赋予的功能，接收并存储从编程器输入的用户程序和外存接口 其他接口 中央处理器 CPU ROM RAM 编辑器 CPROM EPROM RAM 其他设备 计算机 A/D D/A 输入接口 光电耦合 输出接口 继电器或晶体管 14 数据。 用扫描方式接受现场输入装置的状态，并存入映像寄存器。 诊断电源、 PLC 内部电路工作状 态和编程过程中的语法错误。 在 PLC 进入运行状态后，从存储器中逐条读去用户程序，按指令规定的任务，产生相应的控制信号，去起闭有关控制电路。 I/O 模块 I/O 模块是 CPU 与现成 I/O装置或其他外部设备之间的连接部件。 PLC 提供了各种操作电平与驱动能力的 I/O 模块和各种用途 I/O 元件供用户选用。 如输入 /输出电平转换、电气隔离、串 /并行转换、数据传送、误码校验、 A/D或 D/A 变换以及其他功能模块等。 I/O 模块将外部输入信号变换成 CPU 能接受的信号，或将 CPU 的输出信号变换成需要的控制信号去驱动控 制对象，以确保整个系统正常的工作。 其中输入信号要通过光电隔离，通过滤波进入 CPU控制板， CPU 发出输出信号至输出端。 输出方式有三种：继电器方式、晶体管方式和晶闸管方式。 电源模块 根据 PLC 的设计特点，它对电源并无特殊需求，它可使用一般工业电源。 PLC 一般的接口和通讯模块还需要 和 24V 直流电源。 这些电源都由PLC 本身的电源模块供给，所以在实际应用中要注意电源模块的选择。 在选择电源模块时一般应考虑以下几点：。 PLC 电源模块可以包括各种各样的输入电压，有220V 交流、 110V 交流和 24V 直流。 在实际应用中要根据具体情况选择，此时QS 1三相电源PENL1AC 22 0VQS 2隔离变压器交流稳压器P L C 15 要注意，确定了输入电压后，也就确定了系统供电电源的输入电压。 在选择电源模块时，其额定输出功率必须大于CPU 模块、所有 I/O 模块、各种智能模块等总的消耗功率之和，并且要留有30%左右的余量。 当同一电源模块既要为主机单元到最远一个扩展单元的线路压降必须小于。 在有的系统中，由于扩展单元中安装有智能模块及一些特殊模块，就要求在扩展单元中安装相应的电源模块。 这时相应得电源模块输出功率 可按各自得供电范围计算。 选定了电源模块后，还要确定电源模块的接线端子和连接方式，以便正确进行系统供电的设计。 一般的电源模块输入电压是通过接线端子与供电电源相连的，而输出信号则通过总线插座与 PLC 的 CPU 的总线相连。 温度传感器 PT100 Pt100的外观如图所示： 图 9 Pt100外观图 Pt100温度传感器为正温度系数热敏电阻传感器，主要技术参数如下： 测量范围 200℃～ +850℃ 允许偏差值△℃ A级177。 （ ＋ │ t│） B 级177。 （ ＋ │ t│） 热响应时间 30s 最小置入深度 热电阻的最小置入深度≥ 200mm 允通电流 ≤ 5mA 另外， Pt100温度传感器还具有抗振动、稳定性好、准确度高、耐高压等优点。 16 铂热电阻的线性较好，在 0℃～ 100℃之间变化时，最大非线性偏差小于 氏度。 铂热电阻阻值与温度关系为： （ 1） 200℃ t0℃时， RPt=100*[1+At+B*t2+C*t3*(t100)] () （ 2） 0℃≤ t≤ 850℃时， RPt=100*[1+At+B*t2] () 式中 ， A= 10 3,B= 10 8， C= 10 13。 可见 Pt100 在常温 0℃～ 100℃之间变化时线性度非常好，其阻值表达式可近似简化为： RPt=100（ 1+At），当温度变化 1℃， Pt100 阻值近似变化 Ω。 Pt100 宽范围、高精度的特点 ,使其测量领域很广，如：轴瓦，缸体，油管，水管，汽管，纺机，空调，热水器等狭小空间工业设备测温和控制；汽车空调、冰箱、冷柜、饮水机、咖啡机，烘干机以及中低温干燥箱、恒温箱等。 供热 /制冷管道热量计量，中央空调分户热能 计量和工业领域测温和控制。 Pt100 传感器内部电路如图 所示。 图 10 Pt100内部结构图 R R R4和 Pt100组成传感器测量电桥，为了保证电桥输出电压信号的稳定性，电桥的输入电压通过 TL431 稳至。 从电桥获取的差分信号通过两级运放放大后输入单片机。 电桥的一个桥臂采用可调电阻 R3，通过调节R3可以调整输入到运放的差分电压信号大小，通常用于调整零点。 放大电路采用 LM358 集成运算放大器，为了防止单级放大倍数过高带来的非线性误差，放大电路采用两级放大，前一级约为 10 倍，后 一级约为 3倍。 温度在 0℃～ 100℃变化，当温度上升时， Pt100 阻值变大，输入放大电路的 17 差分信号变大，放大电路的输出电压对应升高。 发射用超声波传感器的驱动电路。 其驱动方式有自激型和他激型，图 2 给出的是自激型运放振荡电路。 超声波传感器接收电路。 超声波在传输过程中会产生能量的衰减，因此接收电路必须对接收到的微弱信号进行放大。 若增益不足时，可再增加一级放大。 设计中选用 SONIC 系列超声液位（物位）计，采用超声波收发、测量时间差原理测得液位（物位）高度。 产品具有自动功率调整，增益 控制，温度补偿，先进的检测技术和计算技术，提高了仪表的测量精度，丰富的 SIEMENS类的软件功能对干扰回波有抑制功能，广泛应用于电力、冶金、化工、建筑、粮食、给排水等行业，既可测量液体物料也可测量固体物料。 SONIC 系列超声波物（液）位计技术参数如下表所示： 显 示 主机 2*16LCD背光显示液（物）位高度 量 程 3 m、 5m、 10 m、 15 m、 30 m、 40 m 盲区及开角 盲区 m(与量程有关 )，开角小于 12度 测量精度 分辨率 1mm 测量周期 小 于 （根据不同要求调整） 18 信号输出 420mA（光隔离），负载小于 750Ω ， RS485 继电器触点容量 AC250V， 7A。 上下限报警输出 环境温度 (仪表 )25℃~50℃。 ( 传感器 )25℃~80℃ 环境湿度 相对湿度小于 85% 功 耗 小于 5W 防护等级 IP65(一体式 )。 IP67(分体式传感器 ) 电 源 AC220V177。 15% 50Hz 或 DC24v（ 18v— 30v） 电磁流量计 电磁流量计的工作原理是基于法拉第电磁感应定律。 在电磁流量计中，测量管内的 导电介质相当于法拉第试验中的导电金属杆，上下两端的两个电磁线圈产生恒定磁场。 当有导电介质流过时，则会产生感应电压。 管道内部的两个电极测量产生的感应电压。 测量管道通过不导电的内衬（橡胶，特氟隆等）实现与流体和测量电极的电磁隔离。 电磁流量计的测量原理，见图所示。 当充满管道连续流动的导电液体在磁场中垂直于磁力线方向通过时，由于导电液体切割磁力线，则在管道两侧的电极上产生感应电动势 E， E的大小与液体流动速度 v有关： E=BDv 108， 式中，B为磁感应强度； D为管道直径，单位为 cm。 流体的体积流量 Q（ cm3/s） 与流速（ cm/s）的关系为： Q=π D2v/4，将此式代入上式得： E=4BQ 108/π D=kQ，式中， k为仪表常数， k=4 108B/π D，当 B和 D一定时， k为常数。 由 Q的计算公式知，电磁流量计的感应电动势与流量具有良好的线性特性。 电磁流量变送器是由励磁电路、信号滤波放大电路、 A/D采样电路、微处理器电路、 D/A电路、变送电路等组成。 转换部分将感应电动势进行电压放大、相敏检波、功率放大和 V/I转换，最后转换成 DC 4~20mA统一标准信号 Io输出，可见 Io与被测流量具有线性关系。 电磁流量变送器的测 量管道中无阻力元件，气压力损失小，流速范围大，可达 ~10m/s；量程比达 10： 1；其精度可优于。 电磁流量变送器对被测液体的导电率有一定的要求，一般要求导电率 r104s/cm。 同时，流量计前后要有一定的直管道长度，同茶馆大于（ 5~10） D，其。