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PLC控制方案及实现.pdf
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目 录
1 绪论 ............................................................ 1
2 多种液体混合灌装机控制系统设计 .................................. 2
2.1 方案设计 ............................................................. 2
2.2 方案的介绍 ........................................................... 2
3 硬件电路设计 .................................................... 3
3.1 总体结构 ............................................................. 3
3.2 液 位 传感器的选择.................................................... 5
3.3 温度传感器的 选 择 ................................................... 5
3.4 搅拌电机的选择 ...................................................... 6
3.5 电磁阀的选择 ......................................................... 6
3.6 接触器 ............................................................... 7
3.7 热继电器的选择 ...................................................... 7
3.8 PLC 的选择 ........................................................... 7
3.9 PLC 输人、输出口分配 ................................................. 9
3.10 液体混合装置输人/输出接线 ......................................... 10
4 系统常见故障分析及维护 ......................................... 11
4.1 系 统 故 障 的 概 念 .................................................... 11
4.2 系统 故 障 分 析 及 处 理 ............................................... 11
4.2.1 PLC 主机系统 ..................................................... 11
4.2.2 PLC 的 I/O 端口 ................................................. 12
4.2.3 现 场 控 制 设 备 ................................................. 12
4.3 系统抗干扰性的分析和维护 ............................................ 12
5 结束语 ......................................................... 14
致谢 ............................................................. 14
参考文献 ......................................................... 15
1 绪论
为了提高产品质量,缩短生产周期,适应产品迅速更新换代的要求,产品生
产正在向缩短生产周期、降低成本、提高生产质量等方向发展。在炼油、化工、
制药等行业中,多种液体混合是必不可少的工序, 而且也是其生产过程中十分重
要的组成部分。但由于这些行业中多为易燃易爆、有毒有腐蚀性的介质, 以致现
场工作环境十分恶劣, 不适合人工现场操作。另外, 生产要求该系统要具有混合
精确、控制可靠等特点, 这也是人工操作和半自动化控制所难以实现的。所以为
了帮助相关行业 , 特别是其中的中小型企业实现多种液体混合的自动控制 , 从
而达到液体混合的目的,液体混合自动配料势必就是摆在我们眼前的一大课题。
借助实验室设备熟悉工业生产中 PLC 的应用,了解不同公司的可编程控制器的型
号和原理,熟悉其编程方式,而多种液体混合装置的控制更常见于工业生产中,
适合大中型饮料生产厂家,尤其见于化学化工业中,便于学以致用。
计算机的出现给大规模工业自动化带来了曙光。1968 年,美国最大的汽车
制造厂商通用汽车(GM)公司提出了公开招标方案,设想将功能完备、灵活、通
用的计算机技术与继电器便于使用的特点相结合,把计算机的编程方法和程序输
入方式加以简化,用面向过程、面向问题的“自然语言”编程,生产一种新型的
工业通用控制器,使人们不必花费大量的精力进行计算机编程,也能像继电器那
样方便地使用。这个方案首先得到了美国数字设备(DEC)公司的积极响应,并
中标。该公司于 1969 年研制出了第一台符合招标要求的工业控制器,命名为可
编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller),简称 PLC(有的称为 PC),
并在 GM 公司的汽车自动装配线上试验获得了成功。
PLC 一经出现,由于它的自动化程度高、可靠性好、设计周期短、使用和维
护简便等独特优点,备受国内外工程技术人员和工业界厂商的极大关注,生产
PLC 的厂家云起。随着大规模集成电路和微处理器在 PLC 中的应用,使 PLC 的功
能不断得到增强,产品得到飞速发展。
采用基于 PLC 的控制系统来取代原来由单片机、继电器等构成的控制系统,
采用模块化结构,具有良好的可移植性和可维护性。对提高企业生产和管理自动
水平有很大的帮助,同时又提高了生产线的效率、使用寿命和质量,减少了企业
产品质量的波动,因此具有广阔的市场前景。用 PLC 进行开关量控制的实例很多,
在冶金、机械、纺织、轻工、化工、铁路等行业几乎都需用到它,如灯光照明、
机床电控、食品加工、印刷机械、电梯、自动化仓库、液体混合自动配料系统、
生产流水线等方面的逻辑控制,都广泛应用 PLC 来取代传统的继电器控制。本次
设计是将 PLC 用于多种液体混合灌装设置的控制,对学习与实用是很好的结合。
1
本设计的主要研究范围及要求达到的技术参数有(1)使液体灌装机能够实现
安全、高效的灌装;(2)满足灌装的各项技术要求;(3) 具 体 内 容 包 括 多 种 液
体 混 合 控 制 方 案 的 设 计 、 软 硬 件 电 路 的 设 计 、 常 见 故 障 分 析 等 等 。
本课题应解决的主要问题是如何使 PLC 在饮料灌装中实现控制功能,在相关
的研究文献报道中用 PLC 对灌装机进行控制的研究尚不多见,以致人们难以根据
它的具体情况,正确选用参数进行系统控制,也就难以满足提高质量和效率、降
低成本的要求,本设计就是基于以上问题进行的一些探索。
2
多种液体混合灌装机控制系统设计
2.1 方案设计
整个设计过程是按思想工艺流程设计,为设备安装、运行和保护检修服务。
设计的编写按照国家关于电气自动化工程设计中的电气设备常用基本图形符号
(GB4728)及其他相关标准和规范编写。设计原则主要包括:工作条件;工程对
电气控制线路提供的具体资料。系统在保证安全、可靠、稳定、快速的前提下,
尽量做到经济、合理、合用,减小设备成本。在方案的选择、元器件的选型时更
多的考虑新技术、新产品。控制由人工控制到自动控制,由模拟控制到微机控制,
使功能的实现由一到多而且更加趋于完善。
对于本课题来说,如果液体混合系统部分是一个较大规模工业控制系统的改
造升级,新控制装置需要根据企业设备和工艺现况来构成并需尽可能的利用旧系
统中的元器件。对于人机交互方式改造后系统的操作模式应尽量和改造前的相类
似,以便于操作人员迅速掌握。从企业的改造要求可以看出在新控制系统中既需
要处理模拟量也需要处理大量的开关量,系统的可靠性要高,人机交互界面友好,
应具备数据储存和分析汇总的能力。
要实现整个液体混合控制系统的设计,需要从怎样实现各电磁阀的开关以及
电动机启动的控制这个角度去考虑,现在就这个问题的如何实现以及选择怎样的
方法来确定系统方案。
2.2 方案的介绍
就目前的现状有以下几种控制方式满足系统的要求:继电器控制系统、单片
机控制、工业控制计算机控制、可编程序控制器控制。
(1)继电器控制系统
控制功能是用硬件继电器实现的。继电器串接在控制电路中根据主电路中的
电压、电流、转速、时间及温度等参量变化而动作,以实现电力拖动装置的自动
控制及保护。系统复杂,在控制过程中,如果某个继电器损坏,都会影响整个系
2
统的正常运行,查找和排除故障往往非常困难,虽然继电器本身价格不太贵,但
是控制柜的安装接线工作量大,因此整个控制柜价格非常高,灵活性差,响应速
度慢。
(2)单片机控制
单片机作为一个超大规模的集成电路,机构上包括 CPU、存储器、定时器和
多种输入/输出接口电路。其低功耗、低电压和很强的控制功能,成为功控领域、
尖端武器、日常生活中最广泛的计算机之一。但是,单片机是一片集成电路,不
能直接将它与外部 I/O 信号相连。要将它用于工业控制还要附加一些配套的集成
电路和 I/O 接口电路,硬件设计、制作和程序设计的工作量相当大。
(3)工业控制计算机控制
工控机采用总线结构,各厂家产品兼容性强,有实时操作系统的支持,在要
求快速、实用性强、功能复杂的领域中占优势。但工控机价格较高,将它用于开
关量控制有些大材小用。且其外部 I/O 接线一般都用于多芯扁平电缆和插头、插
座,直接从印刷电路板上引出,不如接线端子可靠。
(4)可编程序控制器控制
可编程序控制器配备各种硬件装置供用户选择,用户不用自己设计和制作硬
件装置,只须确定可编程序控制器的硬茧配制和设计外部接线图,同时采用梯形
图语言编程,用软件取代继电器电器系统中的触点和接线,通过修改程序适应工
艺条件的变化。
可编程控制器(PLC)从上个世纪 70 年代发展起来的一种新型工业控制系统,
起初它主要是针对开关量进行逻辑控制的一种装置,可以取代中间继电器、时间
继电器等构成开关量控制系统。随着 30 多年来微电子技术的不断发展,PLC 也
通过不断的升级换代大大增强了其功能。现在 PLC 已经发展成为不但具有逻辑控
制功能、还具有过程控制功能、运动控制功能和数据处理功能、连网通讯功能等
多种性能,是名符其实的多功能控制器。由 PLC 为主构成的控制系统具有可靠性
高、控制功能强大、性价比高等优点,是目前工业自动化的首选控制装置。
3 硬件电路设计
3.1 总体结构
从图 1 中可知设计的液体混合装置主要完成三种液体的自动混合搅拌并控
制温度,如图 1 所示。
此装置需要控制的元件有:其中 L1、L2、L3 为液面传感器,液面淹没该点
时为 ON。Y1、Y2、Y3、Y4 为电磁阀,M 为搅拌电机,T 为温度传感器,H 为加热
器。另外还有控制电磁阀和电动机的 1 个交流接触器 KM。所有这些元件的控制
3
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春哥111
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