液體混合裝置(全)

1、液體混合裝置的控制系統(tǒng)設(shè)計摘要隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們的生活日趨自動化，生產(chǎn)技術(shù)更是如此。PLC作為計算機(jī)家族中的一員，是為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計的。隨著微處理器、計算機(jī)和通信技術(shù)的飛速發(fā)展，可編程序控制器PLC在工業(yè)控制中的地位也日益提升并且在工業(yè)控制中得到廣泛應(yīng)用，而且可編程控制器在工業(yè)控制中所占比重在迅速的上升。 本次設(shè)計是利用PLC實現(xiàn)兩種液體的自動混合。此次設(shè)計主要考慮其各個不同狀態(tài)動作的連續(xù)和關(guān)聯(lián)，對不同的狀態(tài)進(jìn)行不同的動作控制輸出，從而實現(xiàn)將AB兩種液體混合的周期性控制（包括單周期）。本次設(shè)計的主要意義是：用PLC編程來控制，一方面可以省去人力物力，從而達(dá)到節(jié)省成本的目的；另一方面，

2、程序的合理性，全面性和可靠性可以使液體混合能更安全可靠全面的實現(xiàn)。關(guān)鍵詞：液體混合裝置；PLC編程；自動控制目 錄1 緒論11.1 研究現(xiàn)狀11.2液體混合的特點及新型控制的特點11.3研究的方法21.3.1繼電器控制系統(tǒng)21.3.2單片機(jī)控制21.3.3可編程序控制器控制31.4研究本課題的意義32 混合裝置系統(tǒng)設(shè)計52.1設(shè)計任務(wù)書52.2 系統(tǒng)的整體設(shè)計要求52.3系統(tǒng)方案的設(shè)計思想73 系統(tǒng)硬件的設(shè)計83.1系統(tǒng)流程圖83.2 電機(jī)硬件接線圖93.3系統(tǒng)主電路圖93.4 PLC輸入輸出的分配103.5 液體混合裝置的接線圖103.6 PLC控制的相關(guān)流程114 軟件設(shè)計124

3、.1 PLC概況124.2 PLC特點124.3 PLC的基本組成124.3.1 中央處理器（CPU）134.3.2 存儲器模塊134.3.3輸入/輸出模塊134.3.4 編程器134.3.5 電源模塊134.4 PLC的工作原理144.4.1掃描技術(shù)144.4.2 PLC的兩種工作狀態(tài)154.5可編程控制器梯形圖164-6 語句表175 各部件的選擇與校核185.1液面?zhèn)鞲衅鞯倪x擇185.2 電磁閥的選擇195.3缸體材質(zhì)的選擇205.4攪拌器的選用與校核215.5軸封的選用與校核225.6攪拌軸的校核235.7 電動機(jī)的選用與校核245.8元件選擇256總結(jié)及進(jìn)一步研究方向26致謝27參考

4、文獻(xiàn)281 緒論1.1 研究現(xiàn)狀隨著工業(yè)技術(shù)的不斷革新，在煉油、化工、制藥等行業(yè)中，多種液體混合是必不可少的工序，而且也是其生產(chǎn)過程中是非常重要的組成部分。生產(chǎn)要求系統(tǒng)具有混合準(zhǔn)確、控制可靠等特點，這是人工操作和半自動化控制所難以實現(xiàn)的，目前相關(guān)行業(yè)急需一種能將液體自動混合控制的系統(tǒng)。以前的液體混合裝置都用繼電器接觸器實現(xiàn)控制，但由于接線復(fù)雜，查找錯誤困難，而且對于設(shè)備的更新也困難，靈活性和可靠性都得不到保證，隨著微機(jī)的發(fā)展，在20世紀(jì)70年代初出現(xiàn)了微處理器。人們很快將其引入可編程邏輯控制器，使可編程邏輯控制器增加了運算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，完成了真正具有計算機(jī)特征的工業(yè)控制裝置。此時的可

5、編程邏輯控制器為微機(jī)技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物。個人計算機(jī)發(fā)展起來后，為了方便和反映可編程控制器的功能特點，可編程邏輯控制器定名為PLC。20世紀(jì)70年代中末期，可編程邏輯控制器進(jìn)入實用化發(fā)展階段，計算機(jī)技術(shù)已全面引入可編程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。更高的運算速度、超小型體積、更可靠的工業(yè)抗干擾設(shè)計、模擬量運算、PID功能及極高的性價比奠定了它在現(xiàn)代工業(yè)中的地位。 20世紀(jì)80年代初，可編程邏輯控制器在先進(jìn)工業(yè)國家中已獲得廣泛應(yīng)用。世界上生產(chǎn)可編程控制器的國家日益增多，產(chǎn)量日益上升。這標(biāo)志著可編程控制器已步入成熟階段。20世紀(jì)80年代至90年代中期，是可編程邏輯控制器發(fā)展最快的時

6、期，年增長率一直保持為3040%。在這時期，PLC在處理模擬量能力、數(shù)字運算能力、人機(jī)接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高，可編程邏輯控制器逐漸進(jìn)入過程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的DCS系統(tǒng)?？删幊踢壿嬁刂破鞯陌l(fā)展特點是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需要。這個時期發(fā)展了大型機(jī)和超小型機(jī)、誕生了各種各樣的特殊功能單元、生產(chǎn)了各種人機(jī)界面單元、通信單元，使應(yīng)用可編程邏輯控制器的工業(yè)控制設(shè)備的配套更加容易。1.2液體混合的特點及新型控制的特點早期的灌裝機(jī)械大多數(shù)采蠕動泵式、用容積泵式作為計量方式。它具有效率高，功能強(qiáng)， 加工質(zhì)量高等特點，是當(dāng)今世界的前沿課題，但還是存在一些問

7、題。 該液體混合系統(tǒng)采用基于PLC的控制系統(tǒng)來取代原來由單片機(jī)、 繼電器等構(gòu)成的控制系統(tǒng)，采用模塊化結(jié)構(gòu)，具有良好的可移植性和可維護(hù)性的特點。對提高企業(yè)生產(chǎn)和管理自動水平有很大的幫助，同時又提高了生產(chǎn)線的效率、使用壽命和質(zhì)量，減少了企 業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量的波動，因此具有廣闊的市場前景，液體混合自動配料系統(tǒng)就此應(yīng)社會工廠 的需要而誕生了。1.3研究的方法就目前的現(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(jī)控制、可編程序控制器控制。1.3.1繼電器控制系統(tǒng)該系統(tǒng)的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

8、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(hù)。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，靈活性差，影響速度慢。1.3.2單片機(jī)控制高集成度，體積小，高可靠性。單片機(jī)將各功能部件集成在一塊晶體芯片上，集成度很高，體積自然也是最小的。芯片本身是按工業(yè)測控環(huán)境要求設(shè)計的，內(nèi)容布線很短，其抗工業(yè)噪音性能優(yōu)于一般通用的CPU。單片機(jī)程序指令，常數(shù)及表格等固化在ROM中不易破壞，許多信號通道均在一個芯片內(nèi)，故可靠性高，控制功能強(qiáng)，為了滿足對對像的控制要求，單片機(jī)的指令系統(tǒng)均有極豐富的條件：分支轉(zhuǎn)移能力，I/O口的邏輯操作及位處理能力，

9、非常適用于專門的控制功能。低電壓，低功耗。便于生產(chǎn) 便攜式產(chǎn)品，為了滿足廣泛適用于便攜式系統(tǒng)，許多單片機(jī)內(nèi)的工作電壓僅為1.83.6V,而工作電流僅為數(shù)百微安。易擴(kuò)展片內(nèi)具有計算機(jī)正常工作所需的部件。芯片外部有許多供擴(kuò)展用的三總線及并行、串行輸入/輸出管腳，很容易構(gòu)成各種規(guī)模的計算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。由于單片機(jī)的廣泛使用，因而銷量極大,各大公司的商業(yè)競爭更使其價格十分低廉，其性能價格比極高。但是，單片機(jī)是一片集成電路。不能直接將它與外部I/O信號相連。要使它用于工業(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，正因如此其運行的可靠性也會大大降低。1.3.3可編

10、程序控制器控制實時性強(qiáng)，信號處理時間短、速度快、信號處理和程序運行的速度快，能滿足各種控制目標(biāo)?？煽夹愿?，抗干擾能力強(qiáng)PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的工藝制造，內(nèi)部電路采取了非常強(qiáng)的抗干擾技術(shù)。具有很高的可靠性?？删幊炭刂破鲝纳蟼€時間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(jìn)行邏輯控制的一種裝置?？梢匀〈虚g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的曾加了其功能，現(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、聯(lián)網(wǎng)通訊等多種功能。是名副其實的多功能

11、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(qiáng)大、性價比高等優(yōu)點。是本次設(shè)計首選控制裝置。1.4研究本課題的意義為了提高產(chǎn)品質(zhì)量，縮短生產(chǎn)周期，適應(yīng)產(chǎn)品迅速更新?lián)Q代的要求，產(chǎn)品生產(chǎn)正在向縮短生產(chǎn)周期、降低成本、提高生產(chǎn)質(zhì)量等方向發(fā)展。在煉油、化工、制藥等行業(yè)中,多種液體混合是必不可少的工序, 而且也是其生產(chǎn)過程中十分重要的組成部分。但由于這些行業(yè)中多為易燃易爆、有毒有腐蝕性的介質(zhì), 以致現(xiàn)場工作環(huán)境十分惡劣, 不適合人工現(xiàn)場操作。另外，生產(chǎn)要求該系統(tǒng)要具有混合精確、控制可靠等特點, 這也是人工操作和半自動化控制所難以實現(xiàn)的。所以為了幫助相關(guān)行業(yè), 特別是其中的中小型企業(yè)實現(xiàn)多種液體

12、混合的自動控制, 從而達(dá)到液體混合的目的，液體混合自動配料勢必就是擺在我們眼前的一大課題。借助實驗室設(shè)備熟悉工業(yè)生產(chǎn)中PLC的應(yīng)用，了解不同公司的可編程控制器的型號和原理，熟悉其編程方式，而多種液體混合裝置的控制更常見于工業(yè)生產(chǎn)中，適合大中型飲料生產(chǎn)廠家，尤其見于化學(xué)化工業(yè)中。PLC是以計算機(jī)技術(shù)為核心的通用自動控制裝置，也可以說它是一種用程序來改變控制功能的計算機(jī)。隨著微處理器、計算機(jī)和通行技術(shù)的飛速發(fā)展，可編程序控制器PLC已在工業(yè)控制中得到廣泛應(yīng)用，而且所占比重在迅速的上升。PLC主要由CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊和編程裝置組成。它應(yīng)用于工業(yè)混合攪拌設(shè)備，使得攪拌過程實現(xiàn)了自動化控制、

13、并且提升了攪拌設(shè)備工作的穩(wěn)定性，為攪拌機(jī)械順序、有序、準(zhǔn)確的工作創(chuàng)造了有了的保障。本文所介紹的兩種液體混合的PLC控制程序可進(jìn)行單周期或連續(xù)工作，具有斷電記憶功能，復(fù)電后可繼續(xù)運行。另外，PLC還有通信聯(lián)網(wǎng)功能，再通過組態(tài)，可直接對現(xiàn)場進(jìn)行監(jiān)控、更方便工作和管理。本課題是針對兩種液體自動混合裝置，一方面由于液體進(jìn)料與控制過程比較復(fù)雜、使進(jìn)料參數(shù)變化較大，造成液體混合精度控制難，難以用測量控制器進(jìn)行測定。針對這個難題，研究將PLC控制應(yīng)用于兩組原料自動混合系統(tǒng)，從而提高原料自動混合系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、精確性。研究這種高性能的原料自動混合系統(tǒng)，對于提高勞動生產(chǎn)率具有重要的現(xiàn)實意義。2 混合裝置系

14、統(tǒng)設(shè)計2.1設(shè)計任務(wù)書根據(jù)用戶要求生產(chǎn)攪拌機(jī)一臺，其主要參數(shù)如下2-2表2-2混合裝置的主要技術(shù)參數(shù) 項目主要數(shù)據(jù)參數(shù)缸體內(nèi)部尺寸（R×h）缸體有效容積攪拌方式控制方式驅(qū)動方式放液方式攪拌速度攪拌時間A B管進(jìn)液時間放液時間重量攪拌器直徑電機(jī)額定電壓PLC 額定電壓750×1500mm660升立式圓筒型PLC自動控制電力驅(qū)動導(dǎo)管導(dǎo)流160r/min混合濃度到達(dá)設(shè)定時間后，攪拌速度減慢。電磁閥控制20s436kg240mmAC380V 50HZDC24V 使用說明書一份，裝配圖一套2.2 系統(tǒng)的整體設(shè)計要求本設(shè)計利用三菱PLC的FX2N系列設(shè)計液體混合裝置控制系統(tǒng)。在實驗之前

15、將容器中的液體放空，按動啟動按鈕SB1后，電磁閥YV1通電打開，液體A流入容器。當(dāng)液位高度達(dá)到L2時，液位傳感器L2接通，此時電磁閥YV1斷電關(guān)閉，而電磁閥YV2通電打開，液體B流入容器。當(dāng)液位達(dá)到L1時，液位傳感器L1接通，這時電磁閥YV2斷電關(guān)閉，啟動電動機(jī)M攪拌，并且對混合濃度開始檢測。當(dāng)混合濃度帶到設(shè)定值時M停止攪拌，這時電磁閥YV3通電打開，放出混合液去下道工序。當(dāng)液位高度下降到L3后，再延時20s電磁閥Y3斷電關(guān)閉，并同時開始新的周期。原理示意圖如圖2-1示；立體示意圖如圖2-2示。 圖2-1 液體混合控制裝置控制的模擬示意圖 圖2-2攪拌機(jī)的立體示意圖2.3系統(tǒng)方案的設(shè)計思想控制

16、系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟(jì)、使用和維護(hù)方便。物料混合設(shè)備要節(jié)能、安全、高效和滿足 生產(chǎn)及應(yīng)用要求：（1）可靠性高具有較高的可靠性是衡量一個電氣控制設(shè)備很關(guān)鍵的性能指標(biāo)。由于PLC采用現(xiàn)代 大規(guī)模集成電子電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技 術(shù)，具有很高的可靠性，所以生產(chǎn)制作出來的產(chǎn)品的可靠性往往都是很高的。（2）配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng)PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品?？梢杂糜诟鞣N規(guī) 模的工業(yè)控制場合。除了功能中的邏輯處理以外，現(xiàn)代PLC基本上都具有比較完善的數(shù) 據(jù)運算能力，因此可以用在各種各樣的數(shù)字

17、控制場合。（3）易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎。作為通用的工業(yè)控制計算機(jī)，PLC是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它的接口簡單，編 程語言容易被工程技術(shù)人員接受。梯形圖編程語言的符號及圖形與表達(dá)方式跟繼電器的 電路圖比較相當(dāng)接近，只用少量的PLC開關(guān)量邏輯控制指令就能方便地實現(xiàn)繼電器電路 所能實現(xiàn)的功能。為不熟悉電子電路、不懂計算機(jī)原理和匯編語言的人使用計算機(jī)來從 事工業(yè)控制減少了很多工作量，節(jié)約了時間。（4）系統(tǒng)的設(shè)計、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造PLC中存儲邏輯被接線邏輯代替了，這樣一來就大大的削減了控制設(shè)的外部接線 數(shù)量，控制系統(tǒng)的設(shè)計及建造

18、的周期也大大縮短，同時維護(hù)起來也變得容易。更為重要 的是這樣同一設(shè)備只需改變程序便可實現(xiàn)不同的生產(chǎn)過程，給需要進(jìn)行多品種、小批量 的生產(chǎn)場合帶來了很大的便利。（5）體積小，重量輕，能耗低。（6）硬件配套齊全，擁護(hù)使用方便，適應(yīng)性強(qiáng)。3 系統(tǒng)硬件的設(shè)計3.1系統(tǒng)流程圖本設(shè)計中，沒有涉及手動部分，在本程序設(shè)計中只考慮自控部分。本控制的原始條件是攪拌器內(nèi)沒有液體，所有閥門、攪拌電機(jī)均為關(guān)閉狀態(tài)。這時如果按下啟動按鈕，系統(tǒng)被啟動，執(zhí)行控制任務(wù)1，輸入A液體到攪拌器。當(dāng)液體A的液位達(dá)到I時，執(zhí)行控制任務(wù)2，液體A停止輸入、開始輸入液體B。當(dāng)液體B的液位達(dá)到H時，執(zhí)行控制任務(wù)3，液體B

19、停止輸入、啟動攪拌電機(jī)、啟動混合濃度檢測當(dāng)混合濃度達(dá)到設(shè)定值時，執(zhí)行控制任務(wù)4，停止攪拌電機(jī)、輸出混合液。當(dāng)液面低于L時，執(zhí)行控制任務(wù)5，啟動輸出延時定時器。當(dāng)輸出延時時間到，執(zhí)行控制任務(wù)6，關(guān)閉輸出電磁閥等待再一次啟動。如圖4-1所示。圖3-1系統(tǒng)流程圖3.2 電機(jī)硬件接線圖圖3-2電機(jī)硬件接線圖3.3系統(tǒng)主電路圖圖3-3系統(tǒng)主電路3.4 PLC輸入輸出的分配通過分析控制任務(wù)，共需要6個數(shù)字量輸入和5個數(shù)字量輸出。I0.0為開始按鈕， I0.1為停止按鈕，I0.2、I0.3、I0.4分別為三個液位傳感器，Q0.1、Q0.2、Q0.3分別 為電磁閥A、電磁閥B、排

20、放電磁閥三個電磁閥，Q0.0為攪拌電機(jī)。 （PLC輸入輸出口分配如表4-2所示）輸 入設(shè) 備輸出設(shè)備元 件符 號元 件名 稱輸入繼電器元 件符 號元 件名 稱輸出繼電器SB1啟動按鈕X0KM1液體A電磁閥YV1Y1SB2停止按鈕X1KM2液體B電磁閥YV2Y2L1高液面?zhèn)鞲衅鱔2KM3放液閥YV3Y3L2中液面?zhèn)鞲衅鱔3KM0攪勻電動機(jī)MY4L3低液面?zhèn)鞲衅鱔4KM4混合濃度控制器Y5L4濃度傳感器X5表3-4PLC輸入輸出口分配3.5 液體混合裝置的接線圖圖3-5PLC的I/O接線圖3.6 PLC控制的相關(guān)流程PLC控制相關(guān)流程圖如圖5-1所示，主要是有混合過程和停止過程兩個方面構(gòu)

21、成： 圖3-6 順序功能圖4 軟件設(shè)計4.1 PLC概況可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用可編程的存儲器、用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程 ?？删幊绦蚩刂破鳂O其有關(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計。4.2 PLC特點PLC具有以下特點：（1）通用性好，可以靈活組合功能模塊，實現(xiàn)各種控制。（2）運行穩(wěn)定可靠，有多層次抗干擾措施，內(nèi)部運行非機(jī)械特點，原件壽命可不考慮。（3）環(huán)境適應(yīng)性好，可與強(qiáng)電、震動、波動的設(shè)

22、備一起工作。（4）安裝、維護(hù)方便，設(shè)計施工周期短。無內(nèi)部接線，全以編程實現(xiàn)。運行中能自診斷、動態(tài)監(jiān)視控制過程并以提示，現(xiàn)場施工與PLC程序設(shè)計可同時進(jìn)行，調(diào)試修改方便。（5）編程簡單。軟件易學(xué)，采用適應(yīng)電氣原操作習(xí)慣的梯形圖，以面向過程、面向問題的自然語言編程。內(nèi)部接點、器件在編程中使用的次數(shù)幾乎不受限。（6）功能強(qiáng)。能實現(xiàn)邏輯、模擬數(shù)據(jù)處理及通訊聯(lián)網(wǎng)、控制。（7）體積小、重量輕、功耗低。4.3 PLC的基本組成PLC從結(jié)構(gòu)上可分為整體式和模塊式兩種，但其內(nèi)部都是相似的。PLC的基本組成包括中央處理器（CPU）、存儲器模塊、輸入/輸出（I/O）模塊、編程器及電源模塊，如圖4-3所示4.3.1

23、中央處理器（CPU）中央處理器（CPU）一般由控制器、運算器和寄存器組成，這些電路集成在一個芯片內(nèi)。CPU通過數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線與存儲單元、輸入/輸出接口電路相連接。4.3.2 存儲器模塊可編程控制器配有兩種儲存器，即系統(tǒng)存儲器（EPROM）和用戶存儲器（RAM）主要用于存放系統(tǒng)程序、用戶程序和工作工作狀態(tài)數(shù)據(jù)。4.3.3輸入/輸出模塊輸入/輸出（I/O）模塊是PLC與工業(yè)控制現(xiàn)場各類信號連接的部分。由于PLC在工業(yè)現(xiàn)場工作，對于輸入/輸出模塊有兩個主要的要求：一是要有良好的抗干擾能力；二是能滿足工業(yè)控制現(xiàn)場各類信號的匹配要求。為了提高抗干擾能力，一般I/O模塊都有光電隔離裝置。4.

24、3.4 編程器編程器是PLC的重要外部設(shè)備。利用編程器可將用戶編寫的程序送到PLC的用戶程序存儲區(qū)，還可以用編程器檢查、修改和調(diào)試程序；利用編程器可監(jiān)視程序的執(zhí)行過程；通過鍵盤調(diào)入及顯示PLC的狀態(tài)，內(nèi)部器件及系統(tǒng)參數(shù)，它經(jīng)過接口與CPU聯(lián)系，實現(xiàn)人機(jī)對話。4.3.5 電源模塊PLC的電源模塊將交流電源裝換成供CPU、存儲器等所需的直流電源，是整個PLC的能源供給中心。它的好壞直接影響到PLC的功能和可靠性。目前，大多數(shù)PLC采用高質(zhì)量的開關(guān)穩(wěn)壓電源，其工作穩(wěn)定性好，抗干擾能力強(qiáng)，許多PLC的電源模塊除了向PLC內(nèi)部電路提供穩(wěn)壓電源外，還向外部提供直流24V穩(wěn)壓電源，用于傳感器的供電，從而簡化

25、外圍配置。圖4-3 PLC的基本組成4.4 PLC的工作原理4.4.1掃描技術(shù)當(dāng) PLC投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個階段。(1)輸入采樣階段PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)得單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何

26、情況下，該輸入均能被讀入。(2)用戶程序執(zhí)行階段PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運算，然后根據(jù)邏輯運算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。即，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點在I/O映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會發(fā)生變化，而其他輸出點和軟設(shè)備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行

27、結(jié)果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。(3)輸出刷新階段當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后， PLC就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動相應(yīng)的外設(shè)。這時，才是PLC的真正輸出。4.4.2 PLC的兩種工作狀態(tài)PLC的工作過程如圖4-4。上電初始化后，在系統(tǒng)程序的監(jiān)控下，周而復(fù)試地按一定的順序?qū)ο到y(tǒng)內(nèi)部的各種任務(wù)進(jìn)行查詢、判斷和執(zhí)行，這個過程實質(zhì)上是按順序循環(huán)掃描的過程。(1)初始化PLC上電后，首先進(jìn)行系統(tǒng)初始化，

28、清除內(nèi)部繼電器區(qū)，復(fù)位定時器等。 (2)CPU自診斷在每個掃描周期都要進(jìn)入自診斷階段，對電源、PLC內(nèi)部電路、用戶程序的語法進(jìn)行檢查；定期復(fù)位監(jiān)控定時器等，以確保系統(tǒng)可靠運行。(3)通信信息處理在每個通信信息處理掃描階段，進(jìn)行PLC之間以及PIC與計算機(jī)之間的信息交換；PLC與其他帶微處理器的智能裝置通信，例如，智能I/O模塊；在多處理器系統(tǒng)中，CPU還要與數(shù)字處理器交換信息。(4)與外部設(shè)備交換信息PLC與外部設(shè)備連接時，在每個掃描周期內(nèi)要與外部設(shè)備交換信息。(5)執(zhí)行用戶程序PLC在運行狀態(tài)下，每一個掃描周期都要執(zhí)行用戶程序。(6)輸入、輸出信息處理PLC在運行狀態(tài)下，每一個掃描周期都要進(jìn)

29、行輸入、輸出信息處理PLC周而復(fù)始地巡回掃描，執(zhí)行上述整個過程，直至停機(jī)。圖4-4PLC的工作過程4.5可編程控制器梯形圖 PLC可編程控制器梯形圖如圖4-5所示圖4-5液體混合裝置梯形圖4-6 語句表表4-1語句表段指 令功 能說 明1LD X0KM1得電，打開電磁閥YV1按下啟動按鈕SB1.輸入繼電器X0得電，其動合觸點閉合輸出繼電器Y1得電，其動合觸電Y1閉合自鎖 T1的動合觸電閉合，進(jìn)入下一輪循環(huán)串聯(lián)M20的動斷觸點，停機(jī)記憶電路塊并聯(lián)串聯(lián)X3的動斷觸電輸出繼電器Y1得電OR Y1LD T1ANI M20ORBANI X3OUT Y12LD X3KM2得電，打開電磁閥YV2中間液位傳感

30、器L2接通，輸入繼電器X3得電，其動合觸點閉合串聯(lián)Y0的動斷觸點，連鎖串聯(lián)Y3的動斷觸點，連鎖輸出繼電器Y1得電ANI Y0ANI Y3OUT Y13LD X2KM0得電，啟動攪拌電機(jī)；Y5得電檢測混合濃度高液位傳感器L1接通。輸入繼電器X2得電，其動合觸點閉合進(jìn)棧串聯(lián)X5的動斷觸點輸出繼電器Y0得電出棧Y5得電，開始檢測MPSANI X5OUT Y0MPPOUT Y54LD X5達(dá)到設(shè)定濃度時，KM1得電，打開電磁閥YV3濃度達(dá)到設(shè)定值X5得電動斷觸點閉合并聯(lián)Y3的動合觸點，自鎖串聯(lián)T1的動斷觸點，連鎖輸出繼電器Y3得電OR Y3ANI T1OUT Y35LD X4打開電磁閥YV3，放出混合

31、液體時間控制低液位傳感器L3斷開，X4失電，復(fù)位閉合串聯(lián)Y3的動合觸點，連鎖定時器T1得電，開始計時，控制放出液體時間AND Y3OUT T16LD X1停機(jī)記憶控制按下停止按鈕X0，輸入繼電器X1得電，其動合觸點閉合并聯(lián)輸出繼電器M20的動合觸點，自鎖串聯(lián)輸入繼電器X0的動斷觸點，連鎖輔助繼電器M20得電OR M20ANI X0OUT M205 各部件的選擇與校核5.1液面?zhèn)鞲衅鞯倪x擇能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將檢測感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足

32、信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。它是實現(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)。1、根據(jù)測量對象與測量環(huán)境確定傳感器的類型2、靈敏度的選擇3、頻率響應(yīng)特性4、線性范圍5、穩(wěn)定性6、精度LSF-2.5型液位傳感器其中“L”表示光電的， “S”表示傳感器， “F”表示防腐蝕的，2.5為最大工作壓力。 LSF系列液位開關(guān)可提供非常準(zhǔn)確、可靠的液位檢測。其原理是依據(jù)光的反射折射 原理， 當(dāng)沒有液體時， 光被前端的棱鏡面或球面反射回來； 有液體覆蓋光電探頭球面時， 光被折射出去，這使得輸出發(fā)生變化，相應(yīng)的晶體管或繼電器

33、動作并輸出一個開關(guān)量。 應(yīng)用此原理可制成單點或多點液位開關(guān)。LSF 光電液位開關(guān)具有較高的適應(yīng)環(huán)境的能力，在耐腐蝕方面有較好的抵抗能力。相關(guān)元件主要技術(shù)參數(shù)及原理如下： （1）工作壓力可達(dá)2.5Mpa。（2）工作溫度上限為125°C 。（3）觸點壽命為100萬次 。（4）觸點容量為70w 。（5）開關(guān)電壓為24V DC。（6）切換電流為0.5A 。因此我選用LSF-2.5型液位傳感器。5.2 電磁閥的選擇應(yīng)該依次遵循安全性，可靠性，適用性，經(jīng)濟(jì)性四大原則，其次是根據(jù)六個方面的現(xiàn)場情況。 選型依據(jù)：（1）根

34、據(jù)管道參數(shù)選擇電磁閥的：通徑規(guī)格、接口方式 1、按照現(xiàn)場管道內(nèi)徑尺寸或流量要求來確定通徑(DN)尺寸。 2、接口方式，一般>DN50要選擇法蘭接口，DN50則可根據(jù)用戶需要自由選擇。（2）根據(jù)流體參數(shù)選擇電磁閥的：材質(zhì)、溫度組 1、流體粘度：通常在50cSt以下可任意選擇，若超過此值，則要選用高粘度電磁閥。 2、腐蝕性流體：宜選用耐腐蝕電磁閥和全不銹鋼；食用超凈流體：宜選用食品級不銹鋼材質(zhì)電磁閥。 3、流體狀態(tài)：大至有氣態(tài)，液態(tài)或混合狀態(tài)，特別是口徑大于DN25訂貨時一定要區(qū)分開來。 4、高溫流體：要選擇采用耐高溫的電工材料和密封材料制造的電磁閥，而且要選擇活塞式結(jié)構(gòu)類型的。（3）根據(jù)壓

35、力參數(shù)選擇電磁閥的：原理和結(jié)構(gòu)品種 1、公稱壓力：這個參數(shù)與其它通用閥門的含義是一樣的，是根據(jù)管道公稱壓力來定。 2、工作壓力：如果工作壓力低則必須選用直動或分步直動式原理；最低工作壓差在0.04Mpa以上時直動式、分步直動式、先導(dǎo)式均可選用。（4）電氣選擇：電壓規(guī)格應(yīng)盡量優(yōu)先選用AC220V、DC24較為方便。（5）根據(jù)持續(xù)工作時間長短來選擇：常閉、常開、或可持續(xù)通電 1、當(dāng)電磁閥需要長時間開啟，并且持續(xù)的時間多余關(guān)閉的時間應(yīng)選用常開型。 2、要是開啟的時間短或開和關(guān)的時間不多時，則選常閉型。 3、但是有些用于安全保護(hù)的工況，如爐、窯火焰監(jiān)測，則不能選常開的，應(yīng)選可長期通電型。（6）根據(jù)環(huán)境

36、要求選擇輔助功能：防爆、止回、手動、防水霧、水淋、潛水因此，入罐液體我選用VF4-25型電磁閥,其中“V”表示電磁閥， “F”表示防腐蝕，4 表示設(shè)計序號，25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：材質(zhì)：聚四氟乙烯。使用介質(zhì)：硫酸、鹽酸、有機(jī)溶劑、化學(xué)試劑等酸堿性的液體。介質(zhì)溫度150/環(huán)境溫度-2060°C。使用電壓：AC：220 V50Hz/60Hz DC：24V。功率：AC：2.5KW。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。而出罐液體我選用AVF-40型電磁閥，其中“A”表示可調(diào)節(jié)流量，“V

37、”表示電磁 閥，“F”表示防腐蝕，40為口徑(mm) 相關(guān)元件主要技術(shù)參數(shù)及原理如下： 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(dá)到定時排空的效果。 其閥體材料為：聚四氟乙烯，有比較強(qiáng)的抗腐蝕能力。 使用電壓：AC：220 V50Hz/60Hz DC：24V。功率：AC：5KW。聚四氟乙烯：（英文縮寫PTFE，F(xiàn)4）一般稱作“不粘涂層”或“易潔鑊物料”；是一種使用了氟取代聚乙烯中所有氫原子的人工合成高分子材料。這種材料具有抗酸抗堿、抗各種有機(jī)溶劑的特點，幾乎不溶于所有的溶劑。同時，聚四氟乙烯具有耐高溫的特點，它的摩擦

38、系數(shù)極低，所以可作潤滑作用之余，亦成為了易潔鑊和水管內(nèi)層的理想涂料。它具有以下特點：耐高溫使用工作溫度達(dá)250。耐低溫具有良好的機(jī)械韌性；即使溫度下降到-196，也可保持5%的伸長率。耐腐蝕對大多數(shù)化學(xué)藥品和溶劑，表現(xiàn)出惰性、能耐強(qiáng)酸強(qiáng)堿、水和各種有機(jī)溶劑。耐氣候有塑料中最佳的老化壽命。高潤滑是固體材料中摩擦系數(shù)最低者。不粘附是固體材料中最小的表面張力，不粘附任何物質(zhì)。無毒害具有生理惰性，作為人工血管和臟器長期植入體內(nèi)無不良反應(yīng)。5.3缸體材質(zhì)的選擇應(yīng)該依次遵循耐腐蝕性，無毒性，適用性，經(jīng)濟(jì)性四大原則，本次選用不銹鋼，不銹鋼指耐空氣、蒸汽、水等弱腐蝕介質(zhì)和酸、堿、鹽等化學(xué)浸蝕性介質(zhì)腐蝕的鋼，又

39、稱不銹耐酸鋼。實際應(yīng)用中，常將耐弱腐蝕介質(zhì)腐蝕的鋼稱為不銹鋼，而將耐化學(xué)介質(zhì)腐蝕的鋼稱為耐酸鋼。由于兩者在化學(xué)成分上的差異，前者不一定耐化學(xué)介質(zhì)腐蝕，而后者則一般均具有不銹性。不銹鋼的耐蝕性取決于鋼中所含的合金元素。不銹鋼基本合金元素還有鎳、鉬、鈦、鈮、銅、氮等，以滿足各種用途對不銹鋼組織和性能的要求。不銹鋼常按組織狀態(tài)分為：馬氏體鋼、鐵素體鋼、奧氏體鋼、奧氏體-鐵素體（雙相）不銹鋼及沉淀硬化不銹鋼等。另外，可按成分分為：鉻不銹鋼、鉻鎳不銹鋼和鉻錳氮不銹鋼等。我選用鐵素體不銹鋼：含鉻量在11%30%，具有體心立方晶體結(jié)構(gòu)。這類鋼一般不含鎳，有時還含有少量的鉬 、鈦、鈮等元素，這類鋼具

40、有導(dǎo)熱系數(shù)大，膨脹系數(shù)小、抗氧化性好、抗應(yīng)力腐蝕優(yōu)良等特點含鉻量高，用于受力不大的耐酸結(jié)構(gòu)及作抗氧化鋼使用。這類鋼能抵抗大氣、硝酸及鹽水溶液的腐蝕，并具有高溫抗氧化性能好、熱膨脹系數(shù)小等特點，用于硝酸及食品工廠設(shè)備，也可制作在高溫下工作的零件，如燃?xì)廨啓C(jī)零件等。5.4攪拌器的選用與校核攪拌器又稱攪拌槳或攪拌葉輪等，他是機(jī)械攪拌設(shè)備的關(guān)鍵部位。在攪拌設(shè)備的機(jī)械工程設(shè)計以及新型攪拌設(shè)備的開發(fā)中，攪拌器的選型時是十分重要的，一般攪拌器的選型應(yīng)從以下幾個方面考慮：有類似應(yīng)用，且攪拌效果較滿意的可選擇相攪拌器；生產(chǎn)過程對攪拌有嚴(yán)格要求又無類似攪拌器型式可參考時，則應(yīng)對工藝、設(shè)備、攪拌要求、經(jīng)濟(jì)性等作全面

41、評價，找出操作的主要控制因素，選擇合適的攪拌器型式；生產(chǎn)規(guī)模較大或新開發(fā)的攪拌設(shè)備，需進(jìn)行一定的試驗研究，尋求最佳的攪拌器型式、尺寸及操作條件，并經(jīng)中試后才能應(yīng)用于工業(yè)裝置中。無擋板時的攪拌功率校核1.計算雷諾數(shù)ReRe=1.664式中：密度，kg/m3N攪拌速度，1/Sd攪拌直徑，m黏度Pa·s2.由圖5-4功率曲線4查得Np等于10圖5-4各種攪拌器的功率曲線圖3.計算攪拌功率：P=10×1300×2.6673×0.245=0.2kwP攪拌功率，wNP功率準(zhǔn)數(shù)，N3攪拌轉(zhuǎn)速，1/sd5攪拌直徑，m密度，kg/m35.5軸封的選用與校核軸封既攪拌設(shè)備的

42、傳動軸的密封裝置，是攪拌設(shè)備的一個重要組成部分。其功能是保證攪拌設(shè)備內(nèi)處于一定的正壓或真空狀態(tài)，阻止或減少工作介質(zhì)向外泄漏以及外界雜質(zhì)進(jìn)入內(nèi)部工作系統(tǒng)。攪拌設(shè)備常用的軸封結(jié)構(gòu)有液封、填料密封和機(jī)械密封等三種形式。在此我們只選用機(jī)械密封，機(jī)械密封具有以下優(yōu)點： 1、密封可靠,在長期運轉(zhuǎn)中密封狀態(tài)很穩(wěn)定,泄露量很小,其泄露約為軟填料密封的1%； 2、使用壽命長,在油,水介質(zhì)中一般可達(dá)12年或更長.在化工介質(zhì)中一般工作半年以上； 3、擦功率消耗小,其摩擦功率僅為軟填料密封的10%50% ； 4、軸或軸套基本上不摩損； 5、維修周期長.端面磨損后可自動補(bǔ)償,一般情況下不需要經(jīng)常性維修； 6、抗震性好,

43、對旋轉(zhuǎn)軸的振動以及軸對密封腔的偏斜不敏感； 7、適用范圍廣,機(jī)械密封能用于高溫,低溫,高壓,真空,不同旋轉(zhuǎn)頻率,以及各種腐蝕介質(zhì)和含磨粒介質(zhì)的密封。PS=d×10-3=401.2×10-3 =0.08365式中：PS機(jī)械密封功率消耗的近似值，kWd0設(shè)計最終確定的密封部位實心軸軸徑或空心軸外徑，mm5.6攪拌軸的校核攪拌軸主要用來支承攪拌器的，并從減速器輸出軸取得動力使攪拌器旋轉(zhuǎn)，達(dá)到攪拌的目的。因此，攪拌軸的結(jié)構(gòu)就是以這些要求為依據(jù)進(jìn)行設(shè)計的。攪拌軸上端應(yīng)同減速器輸出軸相連。它們是通過聯(lián)軸器相聯(lián)接的，因此，攪拌軸上端必須復(fù)合聯(lián)軸器的聯(lián)接結(jié)構(gòu)要求。軸上相應(yīng)的位置應(yīng)加工出同攪拌器相配合的結(jié)構(gòu)尺寸。目前常用的攪拌器大都采用平鍵、穿軸銷釘或穿軸螺釘固定。攪拌軸的計算主要是確定軸的最小截面尺寸（軸徑），需要進(jìn)行強(qiáng)度、剛度計算或校核，驗算軸的臨界轉(zhuǎn)速和撓度等，以便保證攪拌軸能安全可靠的運轉(zhuǎn)。攪拌器軸的材料通常選用45號鋼，還應(yīng)進(jìn)行正火或調(diào)質(zhì)處理。同時由于化工反應(yīng)中有腐蝕，所以還要進(jìn)行防腐蝕處理。按扭轉(zhuǎn)變形計算攪拌軸的軸徑： =155.4 =155.4 =124mm 因為124mm小于所選的軸240mm，為保證安全起見，