掺混PLC控制系统

掺混PLC控制系统摘要：可编程序控制器（Programmablecontroller）简称PLC，是近年来一种极为迅速，应用极为广泛的工业控制装置。它是一种专为工业环境应用而设计的数字运行的电子系统，它采用可编程程序的存储器，用来存储用户指令，通过数字或模拟的输入/输出完成确定的逻辑顺序、定时、记数、运算和一些确定的功能来控制各种类型的机械或生产过程。由于PLC的性能优越，兼具计算机的功能完备，灵活性强，通用性好和继电接触器控制简单易懂，维修方便等双重优点，形成以微电脑为核心的电子控制设备。可编程序控制器技术在世界上己广泛应用，成为自动化系统中的基本电控装置PLC在现代工业生产和实际生活中有着广泛的应用，由于可编程控制器（PLC）具有编程软件采自易学易懂的梯形图语言、控制灵活方便、抗干扰能力强、运行稳定可靠等特点，现在的工业自动化生产控制多采用可编程控制器来实现。该掺混控制系统，根据实际要求利用PLC的实时控制和顺序处理功能，完成系统控制，。在本次论文中，给出了控制系统的硬件原理图，主电路图及软件设计。关键词：可编程序控制器、存储器、计算机技术。HybridControlSystemImplementedbyProgrammableLogicalcontrollerAbstract：ThisdesignintroducedthefunctionandmeritsoftheFX2NPLC,andelectricalappliancelinearizeControlsystemwhichdigitalshouinghashighefficiency,lowcostonthecoreofFX2NPLC.ProgrammablecontrollershortforPLC,it’saspcialdigitalrunningelectricansystemwhichdesignforindustrycircumstances.Itadoptprogrammablecontrollermemory,usedformemoryuser’sinstructionwhichthroughdigitaloranalog’sinput/outputtofinishdefinitelyfunctiontocontrolvariousmachinesorproduceprocess.BecausePLChasoutstandingfunction,alsohasperfectfunctioncompetence,plusflexibilitybettercurrentuseofcomputer’sFormelectroniccontrolequipmentwhichcoreonmicrocomputerPLCcontroltechnologywasusedwide-ranginginworld,becomebasicelectricitycontroldeviceintheAutomationsystemPLChasextensiveuseinindustryproductofcontemporaryageandpractice.BecausePLChassomanymerits,nowindustryproductsmostlyadoptPLCtobringabout.Infacttheselfcontrolregular,butyellisrandomonlyusesequencecontrolorlogicalcontrolcan’tsatisfytherequestofcontrol.Sothissystemadoptsthecontrolpatternwhichisofrandomlogicalability.Thiscontrolsystem,basedontherequestofpracticeadoptsthePLC’smeritstofinishthecontrolofsystem;thisthesishasthesystem’sschemeofhardwaremaincircuitdiagramandsoftwaredesign.Keywords:Programmablecontroller、memory、computertechnology。PAGE20第1章绪论在生产过程、科学研究和其他产业领域中，可编程序自动控制技术的应用都是十分广泛的,在自动控制的设备中,可编程序自动控制亦比其它的控制方法使用得更普遍。随着科学技术日新月异的发展,特别是大规模集成电路的问世和微处理机技术的应用,使可编程序自动控制技术进入了一个崭新的阶段，因此,了解和学习这些重要技术对高校工程类专业的学生来说,已是必不可少。掺混PLC控制系统这个课题具有其重要的意义。1.1课题名称及来源课题名称：《掺混PLC控制系统》课题的来源：在国内的许多化工厂，水泥厂，钢厂，尤其是国有老厂，其控制系统还在使用过时的模拟控制，甚至是全人工控制。人工控制由于人员过多效益过低，生产的产品不够精确，安全隐患大增加了系统故障的可能性，还有就是工厂的试验设备和生产设备存在一定的相差度，以致影响了产品质量和生产效益。而随着产品性能的提高，对自动控制系统的要求也越来越高，传统控制已达不到系统要求。随着大规模及超大规模集成电路的发展以及计算机的出现，控制系统开始由传统控制向自动（数字）控制方向发展。1.2研究的意义及目的以可编程序控制器为主要控制装置所构成的控制系统为可编程序控制系统或PLC控制统。可编程控制器(PLC)控制系统以其运行可靠、易学易用、抗干扰性强等特点,在工业控制中得到广泛的应用。目前，国外的可编程自动控制设备技术顺应时代潮流，与计算机技术同步发展，向着通用化、模块化、智能化、标准化、数字化、网络化方向迅猛发展。国内的发展从全盘引进、仿制到自行研究，取得了举世瞩目的成绩，但从整体上看，我们在技术性能、制造工艺等方面与国际先进水平还存在很大差距。众所周知，我国的生产力水平还不是很高，特别是80年代以前的国有大中型企业，出于人才和经济因素的考虑，还有很多的厂矿企业正在使用着原有的落后设备和技术。因此，改变原有的落后设备和技术，设计以可编程序器与计算机结合的自动控制系统，提高工业自动化的程度，对加速我国尽早成为现代化工业强国意义重大。本课题掺混PLC控制系统，其目的就是以PLC为核心，配合智能仪表，完成系统功能控制，状态显示，信息检测和报警硬件组建所需要的PLC和传感器等元件的选择，实现对掺混的自动控制以及运行状态的检测功能和显示功能。用PLC对掺混进行控制，系统的硬件结构简单、服务功能增强、系统的可靠性大大提高，且节省了成本，使掺混系统的性能价格比提高。尤其在集散控制系统中，利用现场总线技术，可方便地进行集中监控管理。1.3可编程控制器基本应用和发展方向1.3.1PLC的基本应用可编程控制器是一种专门用于工业生产过程控制的现场设备。由于它能满足设备使用环境的要求和控制的复杂、可靠性,在现代的工业控制系统中大量应用,前景非常广阔。最初，PLC主要用于开关量的逻辑控制。随着PLC技术的进步，它的应用如今，PLC不仅用于开关量控制，还用于模拟量及数字量的控制，可采集与存储数据，还可对控制系统进行监控；还可联网、通讯，实现大范围、跨地域的控制用PLC进行开关量控制实例是很多的，冶金、机械、轻工、化工、纺织等等，几乎所有工业行业都需要用到它。PLC具有稳定可靠、价格便宜、功能齐全、应用灵活方便、操作维护方便的优点，这是它能持久的占有市场的根本原因。1.3.2PLC发展方向由于工业生产对自动控制系统需求的多样性，PLC的发展方向有两个：1、朝着小型、简易、价格低廉方向发展。近年来，单片机的出现，促进了PLC向紧凑型发展，体积减小，价格降低，可靠性不断提高。这种PLC可以广泛取代继电器控制系统，应用于单机控制和规模比较小的自动线控制，如日本立石公司的C20P\C40P\C60P\C20H\C40H等。2、朝着大型、高速、多功能方向发展。大型的PLC一般为多处理器系统，由字处理器、位处理器和浮点处理器等组成，有较大的存储能力和功能很强的输入输出接口。通过丰富的智能外围接口，可以独立完成位置控制、闭环调节等特殊功能；通过网络接口，可级连不同类型的PLC和计算机，从而组成控制范围很大的局部网络，适用于大型自动化控制系统，如霍尼韦尔的9000系列等。从PLC的发展趋势看，PLC控制技术将成为今后工业自动化的主要手段。在未来的工业生产中，PLC技术、机器人技术和CAD/CAM技术将成为实现工业生产自动化的三大支柱。1.4本课题的主要任务和基本参数1.4.1设计课题的要求及主要任务课题的设计要求：1、以PLC为核心，配合智能仪表2、主要完成系统功能控制、状态显示、信息检测和报警硬件组建所需要的PLC和传感器等元器件的选择3、完成系统控制软件设计4、实現对掺混的自动控制以及运行状态的检测功能和显示功能。1.4.2主要任务系统的方案及总体设计：设计的主要内容是完成自动控制功能、状态显示和信息检测所需要的硬件和传感器等元器件的选择。并完成控制软件设计和PLC与单片机通讯的通信协议的设计。包括：1、总体方案的确定2、PLC的选择3、各模块电路的设计4、软件设计5、编写设计说明书第2章掺混控制系统设备状况及控制要求2.1设备概况该掺混PLC控制系统是适用于粉末状物料混合生产系统。整个控制系统包括过渡仓两个，混仓两个，包装仓两个，音叉料位开关，气动阀，切换阀，松动风，泄压阀，仓壁振动器，电磁阀等部分组成。控制系统有进料、循环、输送三种工作状态。分自动控制和手动控制两种工作模式。无论是自动控制工作模式还是手动控制工作模式，过渡仓、混料仓、包装仓只能够交替运行，不允许同时运行。并且控制系统有报警的软硬件。2.1.1过渡仓、混仓和包装仓过渡仓主要是负责进料工作，通过管道将物料传送到混仓，物料在混仓内混合，混合完成后物料再次运送到包装仓。2.1.2音叉式料位计音叉式料位计工作原理是通过安装在音叉基座上的一对压电晶体使音叉在一定共振频率下振动，当音叉与被测介质相接时，音叉的频率和振幅将改变，这些变化由智能电路来进行检测，处理并将之转换为一个开关信号。适用于检测各种非粘滞性的干燥粉状及小颗粒固体物料，测量精度不高，要求能承受物料、进料时的推力和出料时的拉力。作为高低物位控制和报警的一种高灵敏度检测仪表，广泛应用于食品、粮食加工部门、轻工业、建材、医药、塑料等工业以及冶金业的铸造型砂、小铁粒、各种金属粉末等物位控制。2.1.3气动阀气动阀是自动化系统的气动执行器之一，

广泛应用于石油、化工、冶金、造纸、食品等工业、控制气体、液体的流量、压力、液位等有关工艺参数，特别适用于变压吸附气体分离设备上作开关闭。2.1.4泄压阀泄压阀是一种有效的压力保护装置，其灵敏性、泄流量直接关系到管道运行安全。采用密闭输送工艺的长输管道，除了要使用调压阀控制进出站压力外，还要使用压力保护装置，以防止管道超压运行而发生泄露。其作用就是当管道系统产生扰动时，在超压点将部分甚至全部液体泄放到常压罐中，以便减轻瞬变压力波动，防止瞬变压力造成危害。泄压系统一般由泄压阀、常压罐和与之相连接的管道三部分组成。其工作原理为当管路中的压力大于卸压阀的设定压力的时候，油液会有卸压阀处流出，从而控制管路中的压力不会超过某一限定值。针式卸压阀，是通过调整阀门中的弹簧力长短，来调节压紧力，当管路中压力高于设定值时，弹簧被反向压迫，从而密封顶针打开，油液泄漏流出，起到保护设备，调节系统压力的作用。2.1.5仓壁振动器仓壁振动器又称振动防闭塞装置，是一种以振动电机为激振源的一种新型防闭塞装置，将该装置安装于各种料仓上，用来使料仓、料缶或料斗漏料段的倾斜壁高频振动，以防止仓（缶、斗）内的物料起拱、出现管状通道、仓壁粘料等不畅流现象，以保证物料从料仓、料缶或料斗中顺畅流出。当防闭塞装置工作时，振动电机的高速转动，便产生了对料仓壁的周期性高频振动，由于防闭塞装置的周期性振动，一方面使物料与仓壁脱离接触、消除物料与仓壁的摩擦，另一方面使物料受交变速度和加速度的影响，处于不稳定状态，从而有效地克服物料的内摩擦力和聚集力，以消除料仓内物料间的相对稳定性，使物料从料仓口顺利排出。仓壁振动器由于具有结构简单、防堵塞能力强、能耗低、寿命长、激振力可调等优点，目前已广泛应用于煤炭、冶金、耐火、发电、建材、食品、港口和铁道运输等行业。2.1.6电磁阀电磁阀是用电磁控制的工业设备，用在工业控制系统中调整介质的方向、流量、速度和其他的参数。电磁阀有很多种，不同的电磁阀在控制系统的不同位置发挥作用，最常用的是单向阀、安全阀、方向控制阀、速度调节阀等。电磁阀是用电磁的效应进行控制，主要的控制方式由继电器控制。这样，电磁阀可以配合不同的电路来实现预期的控制，而控制的精度和灵活性都能够保证。2.2控制过程该掺混控制系统有过渡仓2个，混仓2个，包装仓2个（分别用1、2标记区别）。控制系统有进料，循环，输送三种工作状态。整个掺混PLC控制系统的过程出要分为以下几个部分：1、进料过程（过渡仓到混仓）2、进料过程停止3、循环过程（混仓内进行）4、循环过程停止5、输送过程（混仓到包装仓）6、输送过程停止2.2.1进料过程（过渡仓到混仓）只要当过渡仓有物料时，即可进行进料过程。运行过程为过渡仓1输送到混仓1。整个进料过程为：1开过渡仓发送罐泄压阀（13）→2延时→3开过渡仓下料气动阀（15），过渡仓锥体松动风（17）→4音叉检测（11）→5关过渡仓锥体松动风（17），过渡仓下料气动阀（13），过渡仓发送罐泄压阀（15）→6开过渡仓底部松动风（1）、过渡仓发送线切换阀（19），混仓切换阀（63）开过渡仓输送气刀阀（9），过渡仓输送气动阀（7）→7音叉检测（5）→8关过渡仓底部松动风（1）、过渡仓发送罐松动风（3），过渡仓输送气动阀（7）→9关过渡仓输送气刀阀（9）、过渡仓发送线切换阀（19）、混仓切换阀（63）。其具体流程图如图2.1（本说明流程图中，“，”表示顺序动作，“-”表示同时动作。）所示：关（17），（13），（15）音叉（11）开（15），（17）延时0至20秒（可调）开（13）无料关（17），（13），（15）音叉（11）开（15），（17）延时0至20秒（可调）开（13）无料有有料无料无料有有料开（1）-（19），（6开（1）-（19），（63）,（9），（7）有料有料音叉（5）音叉（5）无料无料关（1）-（3），（7）关（1）-（3），（7）延时0至20秒（可调）延时0至20秒（可调）关（9），（19），（6关（9），（19），（63）图2.1进料过程流程图2.2.2进料过程停止进料过程停止有三种方式：1、手动停止在手动模式下共分为8种过程，当存在允许运行进料过程的混仓时，就能够启动一种进料过程，并且能够随时停止任一进料过程（包括自动模式下的进料过程）。手动控制的8种过程为：单一运行①过渡仓1混仓1②过渡仓2混仓1③过渡仓1混仓2④过渡仓2混仓2交替运行①过渡仓1、2混仓1②过渡仓1、2混仓2停止过程过渡仓1停止②过渡仓2停止以混仓1为例子，当使用键盘手动输入指令可进行停止操作，系统发生以下动作停止运转：1关闭过渡仓椎体松动风（17），过渡仓发送罐泄压阀（13），过渡仓下料气动阀（15）→2过渡仓开底部松动风（1）、过渡仓发送罐松动风（3），过渡仓发送线切换阀（19）、混仓切换阀（63）→3开过渡仓输送气动阀（7）、过渡仓输送气刀阀（9）→4音叉检测（5）→5关过渡仓开底部松动风（1）、过渡仓发送罐松动风（3），过渡仓输送气动阀（7）、过渡仓输送气刀阀（9），过渡仓发送线切换阀（19）、混仓切换阀（63）。具体流程图如图2.2。无料关（17无料关（17），（13），（15）（63）开（7）-（9）音叉（5）关（1）-（3），（7）-（9），（19）-（63）无料延时0至3分钟有料图2.2进料过程手动停止流程图2、自动停车在运行过程中当混仓1仓体上音叉（57）或混仓2仓体上音（58）叉发生有料信号后则报警，如三分钟内无新指令输入，则按情况一的顺序自动停车。在自动控制模式下两过渡仓只能够交替运行，不允许同时运行。当过渡仓的两料位计过渡仓1音叉（21）、过渡仓2音叉（22）发出有料信号，开启先发出有料信号的过渡仓进行送料。若同时发出有料信号，则优先1仓，然后再1、2仓交替运行。（即过渡仓1输送气动阀（7）、过渡仓1输送气刀阀（9）、过渡仓1发送线切换阀（19）开启时，过渡仓2输送气动阀（8）、过渡仓2输送气刀阀（10）、过渡仓2发送线切换阀（20）关闭，在此时间段内2仓同时完成过渡仓2下料气动阀（16）由闭到开的过程，反之，当过渡仓1输送气动阀（7）、过渡仓1输送气刀阀（9）、过渡仓1发送线切换阀（19）关闭时，而过渡仓2发送罐上音叉（12）显示有料，则立即开启过渡仓2输送气动阀（8）、过渡仓2输送气刀阀（10）、过渡仓2发送线切换阀（20）送料，此时间段内Ⅰ仓同时完成过渡仓1下料气动阀（15）由开到闭的过程。）在自动进料过程运行之前需要对进料仓工作状态进行选择。同一混仓在进行循环或输送时不能同时进行进料过程。如果有一混仓允许进行进料过程，则自动选择该混仓。如有两个及以上混仓允许运行时，则发出报警声，并弹出菜单，由操作人员进行确认。确认后报警声自动消失，如在两分钟内无确认，则自动按1、2仓的顺序优先选择小序号。如无允许运行进料过程的混仓，进料过程不动作，并发出报警声，在操作人员确认后报警消失。3、紧急停车以过渡仓1到混仓1为例，在发生故障或其他紧急事件时，输入紧急停止指令后，则系统控制点发生如下动作：1关过渡仓开底部松动风（1）、过渡仓发送罐松动风（3），过渡仓输送气动阀（7），过渡仓锥体松动风（17），过渡仓下料气动阀（13）、过渡仓发送罐泄压阀（15）→2延时→3过渡仓输送气刀阀（9），过渡仓发送线切换阀（19），混仓切换阀（63）。系统流程图如图2.3所示关（1）-（3）-（7），（关（1）-（3）-（7），（17），（13）-（15）关（9），（19），（63）延时10~90秒可调图2.3紧急停车流程图2.2.3循环过程循环过程是在混仓内进行。启动一个循环过程的先决条件为：该仓没有进行输送过程或者是进料过程。只要混仓内有料（不管音叉状态如何）即可进行循环，并且允许2个混仓同时进行循环。循环过程分四种情况：混仓1循环，混仓2循环，混仓1循环停止，混仓2循环停止。在循环过程中，振动器在两组之间交替运行，运行周期位3分钟。以混仓1为例，其运行过程如下：1开混仓泄压电磁阀（47）、混仓仓体松动风（55）、混仓锥体松动风（49），混仓下料气动阀（45），混仓隔离气动阀（39），混仓A组振动器或B组振动器（59、60）→2音叉检测（37）→3关混仓隔离气动阀（39）→4开混仓发送罐底部松动风（23），混仓发送罐松动风（25），混仓循环线气刀阀（29），混仓循环线气动阀（31）→5音叉检测（43）→6关混仓泄压电磁阀（47）、混仓锥体松动风（49）、混仓下料气动阀（45）→7开混仓上罐松动风（41）,混仓隔离气动阀（39）→8关混仓发送罐松动风（25）→9音叉检测（37）→10开混仓发送罐松动风（25）→11关混仓上罐松动风（41），混仓隔离气动阀（39）→12开混仓泄压电磁阀（47）、混仓锥体松动风（49）、混仓下料气动阀（45）→回第5步。其流程图如图2.4所示。无料有料无料有料无料无料有料有料无料无料有料有料有料有料无料无料图2.4循环过程流程图2.2.4循环过程停止循环过程停止运行过程：1关混仓泄压电磁阀（47）、混仓锥体松动风（49）、混仓下料气动阀（45）→2开混仓上罐松动风（41）→3关混仓发送罐松动风（25）→4开混仓隔离气动阀（39）→5音叉检测（27）→6关混仓发送罐底部松动风（23）、混仓上罐松动风（41）、混仓循环线气刀阀（29）、混仓1切换阀（63）、混仓A组振动器（59）或B组振动器（60）、混仓锥体松动风（55）、混仓上罐松动风（41）、混仓隔离气动阀（39）。其流程图如图2.5所示。无料无料有料有料图2.5循环过程停止流程图循环过程紧急停止运行过程：1关混仓泄压电磁阀（47）、混仓锥体松动风（49）、混仓下料气动阀（45）、混仓发送罐松动风（25）、混仓发送罐底部松动风（23）、混仓循环线气动阀（31）、混仓A组振动器（59）、混仓仓体松动风（55）、混仓上罐松动风（41）、混仓隔离气动阀（39）→2关混仓循环线气刀阀（29）其流程图如图2.6所示（39）延时10至90秒（可调）图2.6循环过程紧急停止流程图2.2.5输送过程输送过程是从混仓到包装仓的过程。当混仓有料且没有进行进料和输送过程，并存在未全满的包装仓就可进行输送过程。输送过程分为：自动控制和手动控制两种模式。开始输送过程前需先进行自动或手动的确认。在自动控制模式下，同一混仓的输送过程在两个包装仓之间交替进行。且按照先1后2的顺序选择未满的包装仓（即包装仓的音叉显示无料）轮流输送。当一个音叉显示有料时则自动切换到下一个未满的包装仓，如此周而复始。当所有的包装仓全满时，则自动停止输送过程，延时20到60分钟后再自动运行。当一混仓的所有音叉（包括输送罐上的音叉）全部发出无料信号，3分钟后发出报警声，在一分钟内如果无新的指令输入，就自动停止输送过程，且不再自动启动。在输送的过程中，随时可以人为发出停止指令停止输送过程，手动停止后就不再自动启动。在手动模式下，当存在允许运行输送过程的混仓和包装仓时，就可以启动一种输送过程且可以随时停止一种输送过程。在一种手动输送过程中，当输送的包装仓的音叉显示有料时则报警，如两分钟无新的指令输入，按程序自动停止输送过程。输送过程运行步骤：1开混仓泄压电磁阀（47），混仓仓体松动风（55），混仓锥体松动风（49），混仓下料气动阀（45），混仓隔离气动阀（39），混仓A组振动器（59）或混仓B组振动器（60）→2音叉检测（37）→3关混仓隔离气动阀（39）→4开混仓发送罐底部松动风（23）、混仓发送罐松动风（25），包装仓切换阀（67）、混仓输送线切换阀（65），混仓1输送线气动阀（33）、混仓1输送线气刀阀（35）→5音叉检测（41）→6关混仓泄压电磁阀（47）、混仓锥体松动风（49）、混仓下料气动阀（45）→7开混仓上罐松动风（41），混仓隔离气动阀（39）→8音叉检测（37）→9开混仓发送罐松动风（25）→10关混仓上罐松动风，（41）混仓隔离气动阀（39）→11开混仓泄压电磁阀（47）、混仓锥体松动风（49）、混仓下料气动阀（45）。其流程图如图2.7所示无料无料有料有料）有料无料有料无料有料有料无料无料图2.7输送过程流程图2.2.6输送过程停止输送过程应按如下程序停止：1开混仓泄压电磁阀（47）、混仓锥体松动风（49）、混仓下料气动阀（45）→2开混仓上罐松动风（41）→3关混仓发送罐松动风（25）→4开混仓隔离气动阀（39）→5音叉检测（25）→6关混仓发送罐底部松动风（23）、混仓上罐松动风（41）、混仓输送线气动阀（33）、混仓A组振动器（59）、混仓B组振动器（60）、混仓仓体松动风（55）、混仓输送线切换阀（65）、报警输出（75）、混仓隔离气动阀（39）。其具体流程图如图2.8。有料有料无料无料图2.8输送过程停止正常停止流程图输送过程紧急停止过程：1关混仓泄压电磁阀（47）、混仓锥体松动风（49）、混仓下料气动阀（45）、混仓上罐松动风（41）、混仓发送罐松动风（25）、混仓发送罐底部松动风（23）、混仓隔离气动阀（39）、混仓输送线气动阀（32）、混仓A组振动器（59）或混仓B组振动器（60）、混仓仓体松动风（55）→2关混仓输送线气刀阀（35）混仓输送线切换阀（65）包装仓切换阀（67）。其具体流程图如图2.9。图2.9输送过程紧急停止同一混仓的进料、循环、输送过程不能同时进行，只能运行一种，当计算机接到由一种状态变为另一种状态的指令时，必须先人工停止前一过程再启动后一过程。在输送过程中，振动器也在两组之间自动进行交替运行，交替运行以3分钟为周期。2.2.7部分参数的可调节范围1、气刀、仓风、锥风开放时为断续供气，具体调节范围如下：气刀（9）（10）（29）（35）（36）（30）开1-8秒，仓风、锥风（17）（18）（55）（56）（49）（50）（41）（4）开0-10秒，关0-10秒。2、一般报警告知维持时间3、管延时启动时间4、进料抽真空时间；进料过程停止，总清过渡仓时间；进料过程紧急停止，清进料管道时间。5、循环时延时检测混仓底部上音叉信号时间；循环停止时，总清混仓时间；循环紧急停止时，清混仓循环管道时间。6、输送时延时检测混仓底部上音叉信号时间；输送停止时，总清混仓时间；输送紧急停止时，清输送管道时间。2.2.8计算机报警提示随着工业生产过程的复杂化和功能要求的不断提高，对PLC控制系统的要求也越来越高。总线技术的开发应用，更使PLC控制系统不断扩大化了，因而对远程控制、群控、数控、数据的修改与交换、故障的自动检测、自动报警、各控制点的状态显示以及历史事件记录的查询等智能化控制技术提出了新的更高的要求。报警提示音作为设计环节中必不可少的一个部分，在生产的安全、维修等方面起着重要的作用。生产厂家已使PLC具有自我诊断功能来检测其自身的故障，但PLC外部设备的故障检测需要用户自己设计处理。下面对本次设计的报警功能进行设计。一般报警告知：所有音叉正常料位有料时，发出一个短音，主要用于提示工作人员对整个系统运行正常与否进行判断。第二种报警告知：报警音维持10～60秒（可调）后消失1、在自动控制模式下（21）或（22）有料2、在输送过程中（69）或（70）有料3、在输送过程中（57）（53）（51）（43）（37）（27）或（58）（54）（52）（44）（38）（28）全无料第三种报警告知：报警音必须在操作人员作出处理后才能消除1、混仓上料位计有料时2、罐中上音叉有料而罐中下音叉无料，出现故障即：a.（11）有（5）无，b.（12）有（6）无c.（37）有（27）无，d.（38）有（28）无e.（57）有（53）无，f.（58）有（54）无3、计算机发出指令后，20秒钟内没有返回阀门已打开的信号故障4、在手动控制模式下（21）或（22）有料。2.3掺混PLC控制系统原理图(见附录A)第3章控制系统的方案选择3.1系统方案的选择系统方案选择的原则是在满足生产机械工艺要求确保产品质量的前提下，力求投资少，效益高和操作方便。根据课题的要求，本课题的控制系统方案有几种方案可供选择：继电器控制方案、单片机控制方案、PLC控制方案等。1、继电器控制方案。由于继电器在控制电路中有独特的电气、物理特性，其断态的高绝缘电阻和通态的低导通电阻，使得其它任何电子元器件无法与其相比，加上继电器标准化程度高、通用性好、可简化电路等优点，所以继电器仍得以广泛应用。随着科技的飞速发展，继电器在程控通信设备中的使用量还在进一步增加。但是由于使用继电器控制方案接线多而复杂，体积大，功耗大，一旦系统构成后，想再改变或增加功能都很困难。另外，继电器触点数目有限，每只只有4～8对触点，因此灵活性和扩展性很差。继电器控制逻辑使用了大量的机械触点，连线也多。触点开闭时会受到电弧的损坏，并有机械磨损，寿命短，可靠性和可维护性差。再加上使用继电器控制方案将大大增加成本，因此，该控制系统不适合使用继电器控制方案。2、单片机控制方案。单片机是将计算机的基本部件微型化并集成到一块芯片上的微型计算机，通常片内都含有CPU、ROM、RAM、并行I/O、串行I/O、定时器/计数器、中断控制、系统时钟及系统总线等。单片机是随着超大规模集成电路技术的发展而诞生的。随着技术的发展，单片机片内集成的功能越来越强大，并朝着SOC（片上系统）方向发展。单片机有着体积小、功耗低、功能强、性能价格比高、易于推广应用等显著优点，所以广泛应用于电子仪表、家用电器、节能装置、机器人、工业控制等诸多领域，使产品小型化、智能化，既提高了产品的功能和质量，又降低了成本，简化了设计。但是单片机对环境要求较高，一般要在干扰小的场地使用，指令集复杂，对编程能力要求较高，可读性差，实时控制相对于PLC较差。3、PLC控制方案。可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于使工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。同时可编程序控制器具有可靠性高、抗干扰能力强，适应性强、应用灵活，编程方便、易于使用，控制系统设计、安装、调试方便，维修方便、维修工作量小，功能完善等特点。3.2系统方案的确定相对于传统的继电器控制方案来说,PLC在技术角度上大大方便了电控设计人员，其系统的软硬件设计简便，维护方便，在体积、可靠性、耗电量等性能方面都有很大程度的提高，从而带动成本的节约，而且可以通过计算机进行数据的传输和监控，这一系列的优点使PLC很快被人们接受并代替继电器控制方案，广泛应用于工厂自动控制中。相对于单片机来说,PLC本身固有的稳定性和可靠性特点决定了它在自动化行业内不可取代的地位。PLC挤占部分单片机的市场。PLC相比单片机具有高可靠性，易于开发，扩展性好，通讯简单的，这些优点促使很多的设备生产厂家在设计时选用PLC作为设备的控制器。总之，现代的工业自动化生产线中,多数产家都采用PLC作为自动化生产线的控制。在未来的工业生产中，PLC仍然能够引导自动化行业的发展，随着电子技术的飞速发展，PLC将在各个领域更加适应不同客户的要求。众所周知，目前我国仍有许多生产机械设备，都是采用继电器控制，除了可靠性差外，设计程序也很繁杂。从方案的确立到技术条件的设计以及施工的设计，图面的工作量很大，这势必造成设计周期长。而采用PLC控制可以大大缩短设计周期，甚至有些文件资料也不必绘制成图。设计人员完全可以利用编程器上屏幕显示来输入，或修改程序使得梯形图能准确无误地反映生产要求。编程人员也可根据新产品对生产提出的新工艺要求，重新编写程序并把它存储在EEPROM模块中去，需要加工哪个产品的程序，操作人员可以随时调用，这既方便、简单又可保密。开发这种软件对优化生产过程，提高产品数量和质量，提高劳动生产率，非常具有实际意义。仅此一点也深受生产及设计者的欢迎。综上所述，该控制系统的控制方案应选PLC控制方案为宜。3.3PLC控制方案的优点PLC控制方案有以下几个优点（1）编程方法简单易学（2）功能强，性能价格比高（3）硬件配套齐全，用户使用方便（4）无触点免配线，可靠性高，抗干扰能力强（5）系统的设计、安装、调试量少（6）维修工作量少，维修方便（7）体积小，能耗低第4章控制系统PLC与元器件选型4.1PLC的选型4.1.1PLC选型的基本原则产品的种类也越来越多。不同型号的PLC，其结构形式、性能、容量、指令系统、编程方式、价格等也各有不同，适用的场合也各有侧重。因此，合理选用PLC，对于提高PLC控制系统的技术经济指标有着重要意义。在PLC系统设计时，首先应确定控制方案，下一步工作就是PLC工程设计选型。工艺流程的特点和应用要求是设计选型的主要依据。PLC及有关设备应是集成的、标准的，按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则选型所选用PLC应是在相关工业领域有投运业绩、成熟可靠的系统，PLC的系统硬件、软件配置及功能应与装置规模和控制要求相适应。熟悉可编程序控制器、功能表图及有关的编程语言有利于缩短编程时间，因此，工程设计选型和估算时，应详细分析工艺过程的特点、控制要求，明确控制任务和范围确定所需的操作和动作，然后根据控制要求，估算输入输出点数、所需存储器容量、确定PLC的功能、外部设备特性等，最后选择有较高性能价格比的PLC和设计相应的控制系统。任何一种控制系统都是为了实现被控对象的工艺要求，以提高生产效率和产品质量。因此，在设计PLC控制系统时，应遵循以下基本原则：（1）最大限度地满足被控对象的控制要求（2）保证PLC控制系统安全可靠（3）力求简单、经济、使用及维修方便（4）适应发展的需要综合以上选型原则，本课题悬着三菱FX2N系列可编程序控制器作为控制器。三菱FX2N系列编程器是日本三菱公司近年推出的小型高性能整体式PLC。它是FX2的更新换代型，由基本单元、扩展单元、扩展模块、特殊模块和特殊单元组成。FX2N系列PLC的输出电路也有三种：继电器型，双向晶闸管型和晶体管型。基本单元、扩展单元和扩展模块均可选择不同的输出方式。产品有FX2N-16M～128M等多种型号可供选择。4.1.2输出元件的点数统计和配置在确定了控制对象的控制任务和选择好PLC的机型后，即可安排输入、输出的配置，并对输入、输出进行地址编号。分配I/O地址时要注意以下问题：1、设备I/O地址尽可能连续；2、相邻设备I/O地址尽可能连续；3、输入/输出I/O地址分开；4、每一框架I/O地址不要全部占满，要留有一定的余量，便于系统扩展和工艺流程的改，但不宜保留太多，否则会增加系统成本；5、充分考虑控制柜与控制柜之间、框架与框架之间、模块与模块之间的信号联系，合理地安排I/O地址，减少它们之间的内部连线。因此系统输入输出分配如下：掺混PLC控制系统输入点共占用40个点，其中包括音叉料位开关20个和启动按钮20个。其具体分配情况如表4－1所示。表4-1：掺混PLC控制系统输入点X分配表输入地址名称编号备注X000过渡仓1发送罐下音叉5X001过度仓1输送气动阀7X002过渡仓1发送罐上音叉11X003过渡仓1下料气动阀15X004过渡仓1音叉21X005过渡仓1输送线切换阀19X006过渡仓2输送线切换阀20X007过渡仓2发送罐下音叉6X010过渡仓2输送线气动阀8X011过渡仓2发送罐上音叉12X012过渡仓2下料气动阀16X013过渡仓2音叉22X014混仓1输送线气动阀33X015混仓1隔离气动阀39X016混仓1下料气动阀45X017混仓1仓体上音叉57X020混仓1仓体下音叉53X021混仓1锥体音叉51X022混仓1上罐音叉43X023混仓1发送罐上音叉37X024混仓1发送罐下音叉27续表4-1X025混仓1循环线气动阀31X026混仓1切换阀63X027混仓2输送线气动阀32X030混仓2隔离气动阀40X031混仓2下料气动阀46X032混仓2仓体上音叉58X033混仓2仓体下音叉54X034混仓2锥体音叉52X035混仓2上罐音叉44X036混仓2发送罐上音叉38X037混仓2发送罐下音叉28X040混仓2循环线气动阀34X041混仓2切换阀64X042混仓1输送线切换阀65X043混仓2输送线切换阀66X044包装仓1切换阀67X045包装仓2切换阀68X046包装仓2音叉70X047包装仓1音叉69掺混PLC控制系统输出点共占用54个点，其中包括切换阀8个、气刀阀6个、泄压阀2个、气动阀12个、松动风18个、振动器2台、电磁阀2个，伴管8个。其具体分配情况如表4－2所示。表4-2：掺混PLC控制系统输出点Y分配表输出地址名称编号备注Y000过渡仓1发送罐底部松动风1Y001过渡仓1发送罐松动风3Y002过渡仓1输送气动阀7Y003过渡仓1输送气刀阀9Y004过渡仓1发送罐泄压阀13Y005过渡仓1下料气动阀15Y006过渡仓1锥体松动风17Y007过渡仓1输送线切换阀19Y010过渡仓2发送罐底部松动风2Y011过渡仓2发送罐松动风4Y012过渡仓2输送气动阀8Y013过渡仓2输送气刀阀10续表4－2Y014过渡仓2发送罐泄压阀14Y015过渡仓2下料气动阀16Y016过渡仓2锥体松动风18Y017过渡仓2输送线切换阀20Y020混仓1发送罐底部松动风23Y021混仓1发送罐松动风25Y022混仓1输送线气动阀33Y023混仓1输送线气刀阀35Y024混仓1隔离气动阀39Y025混仓1上罐松动风41Y026混仓1锥体松动风49Y027混仓1仓体松动风55Y030混仓2发送罐底部松动风24Y031混仓2发送罐松动风26Y032混仓2输送线气动阀34Y033混仓2输送线气刀阀36Y034混仓2隔离气动阀40Y035混仓2上罐松动风42Y036混仓2锥体松动风50Y037混仓2仓体松动风56Y040混仓1泄压电磁阀47Y041混仓1循环线气动阀31Y042混仓1循环线气刀阀29Y043混仓1切换线63Y044混仓1下料气动阀45Y045混仓2泄压电磁阀48Y046混仓2循环线气动阀32Y047混仓2循环线气刀阀30Y050混仓2切换线64Y051混仓2下料气动阀46Y052混仓2输送线切换阀66Y053混仓1输送线切换阀65Y054包装仓2切换阀68Y055包装仓1切换阀67Y056包装仓1松动风73Y057包装仓2松动风74Y060混仓1A组振动器59Y061混仓1B组振动器60续表4－2Y062混仓2A组振动器61Y063混仓2B组振动器62Y064-Y067第一组伴管1-471由M7控制Y070-Y073第二组伴管1-472由M8控制Y074报警输出75根据输入输出点数，以及考虑到今后对系统的维护和扩充使用，要保留1/8的裕量，因此我们选用的PLC型号为三菱公司的FX2N系列，其选择如下：基本单元：FX2N-80MR-001（输入点40点，输出点40点）扩展单元：FX2N-48ER（输入点24点、输出点24点）4.2掺混PLC控制系统元件编号图(见附录B)4.3PLC的外部接线图及扩展单元接线图(见附录C)4.4元器件型号选择4.4.1物料检测仪表由于被测对象种类繁多,检测的条件和环境也有很大差别,所以物位检测的方法有多种多样,以满足不同生产过程的测量要求。按应用习惯分为接触式和非接触式两大类,目前应用的接触式物位仪表主要包括：重锤式、电容式、差压式、浮球式等。非接触式主要包括：射线式、超声波式、雷达式等。在本控制系统中，采用的是机械接触式料位计，它又可以分为旋转叶轮式、重锤式和音叉式等几种。重锤探测式料位计是机械-电子系统模拟人工探测方式来检测料位的。可用于高温及粉尘环境，量程大，可连续测量。但由于接触式测量，易受物料的影响，如加料时不能测量，因为此时重锤易被覆盖，影响电动机的正常运转，机械故障率高，维护量大，大量程时测量周期长。另外，还有一种超声波式物位计，它是非接触式的，能实现非接触测量，但是价格较高，太贵了，不是很划算，经过比较决定选用实惠一点的音叉式料位计。CTS-YG型音叉式料位开关依靠压电晶体使叉体产生振动。当叉体被物料覆盖时,振动减弱,这一变化通过电子电路检出后输出一个开关量,可用于上、下限位控制或上下限报警。使用简单,运行可靠,在冶金、建材、化工、轻工、煤碳、粮食等行业中应用广泛。该产品的特点是：1、运行可靠。该限位开关无可动元件.机械及电路结构简单,一经安装投运后无需维护2、无需调校∶由于该限位开关的检测不受介质电特性及密度变化的影晌,所以无论检测何种物料，安装完毕即可使用，无需现场调试其主要技术指标为：1、供电电压：DC24V.DC18-55V或AC50-220V50HZ2、工作温度∶叉体∶-40℃～l50℃仪表∶-20℃～70℃3、输出方式∶DC24V供电时为继电器输出(AC220VlA)AC50～220V/50HZ供电时为两线输出(4.4W—77W)DCl8～55V供电时为集电极开路输出(NPN,350mA)4、功耗∶直流供电时0.25W交流供电时1.5W5、动作延迟∶l—3秒6、最大颗粒∶被测物料应在叉股间自由通过(建议小于l0mm)4.4.2电磁阀电磁阀的选用原则有以下四点：一、适用性

工作压差，管路最高压差在小于0.04MPa时，应选用如ZS,2W,ZQDF,ZCM系列等直动式和分步直动式；最低工作压差大于0.04MPa时，可选用先导式（压差式）电磁阀；最高工作压差应小于电磁阀的最大标定压力；一般电磁阀都是单向工作，因此要注意是否有反压差，如有安装止回阀。注意流量孔径和接管口径；电磁阀一般只有开关两位控制；条件允许请安装旁路管，便于维修；有水锤现象时要定制电磁阀的开闭时间调节。电源电流和消耗功率应根据输出容量选取，电源电压一般允许±10%左右，必须注意交流起动时VA值较高。二、可靠性电磁阀分为常闭和常开二种；一般选用常闭型，通电打开，断电关闭；但在开启时间很长关闭时很短时要选用常开型了。动作时间很短频率较高时一般选取直动式，大口径选用快速系列。三、安全性电磁阀的最高标定公称压力一定要超过管路内的最高压力，否则使用寿命会缩短或产生其它意外情况。四、经济性有很多电磁阀可以通用，但在能满足以上三点的基础上应选用最经济的产品。电磁阀的零部件数量通常仅为电动阀的1/3左右，而高度也只有电动阀或气动阀的1/3～1/2。无填料函型电磁阀是最常见的电磁阀。按动作原理可分为两类，一类是直动式，另一类是先导式，它的特点是通过先导阀的先导作用，使主阀发生开闭动作，以控制管路内工作介质的流通。经过比较，决定选用ZCLF-50型无填料函型直接连系的先导式电磁阀，共计2个。其技术性能如下：工作介质：水、气、油（粘度≤25mm2/s的液体）2、介质温度：－20～+60℃3、环境温度：－20～+40℃4、污垢介质：采用过滤器5、电源电压：AC220V50Hz6、功率：30VA～80VA4.4.3泄压阀由控制系统中的要求，泄压阀选用浙江三正阀门有限公司生产的YQ98002型过滤活塞式安全泄压阀，其主要特点如下：1、设定压力准确，能长期稳定，一旦超压能迅速泄压。2、弹性软密封，确保可靠，滴水不陋。3、Y形宽体腔筏，流阻小、抗汽蚀性强，无噪音。4、活塞传动，平稳可靠。5、可任何角度安装。4.4.4仓壁振动器仓壁振动器可选用CZ型仓壁振动器，CZ型仓壁振动器是靠高频振动和冲击力，有效地消除物料由于内磨擦，潮解，带电，成分偏析等原因而引起的堵塞，搭拱现象，使物料从料仓口顺利排出，保证稳定地供料所必需的设备。CZ型仓壁振动器已广泛地应用于矿山，冶金，化工，建材，机械等各行业中。CZ型仓壁振动器具有体积小，重量轻，结构简单，耗电量低和维修量小的特点。第5章控制系统的软件设计5.1梯形图软件设计方法PLC的编程有三种方法：经验法、顺序控制设计法。在本系统中，采用的是顺序控制设计法。所谓顺序控制设计法就是针对顺序控制系统的一种专门的设计方法。这种设计方法很容易被初学者接受，对于有经验的工程师，也会提高设计的效率，程序的调试、修改和阅读也很方便。PLC的设计者们为顺序控制系统的程序编制提供了大量通用和专用的编程元件，开发了专门供编制顺序控制程序用的功能表图，使这种先进的设计方法成为当前PLC程序设计的主要方法。在该系统的程序设计中，我先画出系统工作状态的流程图，然后根据流程图编写梯形图，其中大部分程序用到了步进指令STL。STL指令是步进梯形指令，程序最终采用RET指令返回。在三菱公司的可编程序控制器中，采用S状态寄存器来表示步。例如，S0表示初始步。使用STL指令的状态的常开触点称为STL触点。STL触点驱动的电路块具有以下三个功能，即对负载的驱动处理、指定转换条件和指定转换目标。程序包括从过渡仓到混仓的进料过程，混仓及混仓间的循环过程，混仓到包装仓的输送过程，另外还有系统报警程序。5.2PLC程序设计框图图5.1PLC程序设计框图5.3控制系统软件设计说明软件设计中，本文仅给出主要的流程图，采用步进梯形指令进行编程。整个系统运行过程包括进料过程，循环过程和输送过程三部分。5.4过渡仓1到混仓1、2的进料过程图5.2过渡仓1到混仓1的进料过程流程图图5.3过渡仓1到混仓2的进料过程流程图S1S1S2S3S4S5Y004Y005Y000Y007Y043Y006Y001Y002Y003Y007Y043Y003Y043Y050X002T0X000T1Y043/50Y043/50图5.4过渡仓1到混仓1、2的进料过程顺序控制梯形图5.5过渡仓2到混仓1、2的进料过程图5.5过渡仓2到混仓1的进料过程流程图图5.6过渡仓2到混仓1的进料过程流程图S6S6S7S8S9S10Y014Y015Y010Y017Y043Y016Y011Y012Y013Y017Y043Y013Y043Y050X011T0X007T1Y043/50Y043/50X007图5.7过渡仓2到混仓1、2的进料过程顺序控制梯形图5.6过渡仓1、2交替到混仓1、2的进料过程图5.8过渡仓1、2交替到混仓1的进料过程流程图图5.9过渡仓1、2交替到混仓2的进料过程流程图S12S12S13S14Y004Y000Y007Y006Y001Y002X002Y005S11Y004T0Y003Y007X000X000Y003S15S16Y014Y010Y015Y016Y011Y012X011Y013Y017X013X013S17Y017Y013图5.10过渡仓1、2交替到混仓2的进料过程顺序控制梯形图5.7自动进料过程即过渡仓1、2自动交替到混仓1或混仓2，在开启此过程时，首先须进行混仓选择。在开启自动进料过程时，若Y020关、Y030开则选择混仓1，若Y020开、Y030关则选择混仓2，若两个同时关则报警并弹出菜单，由M30来选择混仓1还是混仓2。流程图与第二章里的对应流程图基本相同，只是在发送罐上音叉有料时，要检测Y020及Y030的状态，是选择混仓1还是选择混仓2。5.8循环过程在进行循环过程时，不允许与该混仓有关的进料和输送过程，但允许两个混仓同时进行循环。图5.11混仓1循环过程流程图S32S32S33S34Y040Y020Y024Y024Y027Y060Y061Y021Y041X023X022Y042Y044X024X023Y042S35Y042X024图5.12混仓1循环过程顺序控制梯形图图5.13混仓2循环过程流程图S37S37S38S39Y045Y030Y034Y034Y037Y062Y063Y031Y046X036X035Y042Y051X037X036Y047S40Y047X037图5.14混仓2循环过程顺序控制梯形图5.9输送过程在进行输送过程时，不能进行与该输送过程有关的混仓进料和循环。图5.15混仓1到包装仓1输送过程S43S43S44S45Y040Y020Y024Y024Y027Y060Y061Y021Y022X023X022Y023Y044X024X023S46Y022Y053Y055Y023Y053Y055图5.16输送过程顺序控制梯形图5.10控制系统状态寄存器S功能表(见附录D)5.11控制系统辅助继电器M点功能表(见附录E)5.12控制系统程序梯形图(见附录F)结束语为期一个学期的毕业设计基本已经落下帷幕了，在本次毕业设计的过程中我遇到了很多困难，主要表现在对控制系统的设备和整体运行过程不太熟悉，尤其是对各个控制点的动作情况很难掌握，其次梯形图的编写由于控制过程的复杂而觉得难以下手。通过查找资料和欧阳老师的讲解，这些问题还是基本得到了解决。本设计采用PLC对掺混控制系统进行控制，简化了控制系统的设计和硬件结构，提高了该系统的可靠性、可维护性和安全性。梯形图采用步进指令（STL），这样使程序的条理更加清晰易懂，这是本设计的优点，但是由于时间，经验和能力的关系，本系统存在很多明显的不足，没有操作界面和人机对话操作，仅能在理论上运行的可能。希望这些缺陷，我能在以后的实际工作中能加以注意。整体来说