《液体混合装置控制.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《液体混合装置控制.doc（18页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、摘 要当前，PLC（可编程控制器）控制系统已成为实现工业自动化的重要手段之一。在很多的生产过程中，不同液体的混合都是不可缺少的关键环节。如何利用PLC自动控制系统来对两种不同液体混合的环节进行自动的、循环的、稳定的、精确的、安全的控制呢？这有赖于控制装置和程序设计的合理性、全面性和稳定性，后者占有核心的地位，所以对程序的设计就显得更为重要了。根据液体混合装置的具体控制要求，利用PLC的程序设计方法和基本的指令系统编制应用程序是本论文的主要设计目的与内容，而应用程序的可行性、全面性和稳定性则是本论文的设计目标。关键词：PLC；液体混合；装置；控制目 录引 言1一、液体混合控制装置和控制要求11.
2、1液体混合装置11.2装置潜在故障的分析21.3装置控制要求31.4正常工作进程的分析4二、控制程序的编制62.1 I/O接口分配62.2外部接线图62.3功能图72.4梯形图11三、控制装置与控制系统的应用与改进13结 论14致谢词15参考资料16液体混合装置控制引言这是一篇毕业设计，按照学院和教育政策的指示，我将严格自主完成。本论文主要论述利用PLC针对两种不同液体混合装置的控制编制应用程序。首先，要对液体混合装置有所了解，此装置由混合池、输液管、出液管、阀门、液面检测器、转速传感器、搅拌机构和电动机等组成，上接不同液体的输送单元，下接混合液体的接受单元。其次了解控制要求，对液体的送入采用
3、不同时依次输送，先送完一种液体至混合池再送入另一种液体，输液完毕后开始进行搅拌，搅拌完毕后将混合液体送出，利用液位信号实现控制逻辑。同时对液体混合和装置性能的状态也采取了监控措施，实时报告错误并中断进程以保护生产和督促检修。由此，控制系统的稳定性和安全性方能得到保障。最后设计流程和编制程序，选择具有代表性的FX2系列PLC的步进指令和编程方法作为工具，FX2系列的PLC除了采用梯形图以外，还可以采用SFC顺序功能图语言进行编制程序，利用SFC能较容易编写出复杂的顺序控制程序，此种图形简单而直观，对程序的调试也很方便，适宜用于编制液体混合装置的控制程序。根据绘制的顺序功能图，采用以转换条件为中心
4、的编程方式来设计PLC梯形图程序。这些编程的方式和思想都是较为常用的，在实际应用中也是很普遍的。在本论文的最后部分，笔者还对控制装置和控制系统提出了一些改进的方面和可行途径，期望能另生产过程更为合理和安全，效果更高。对于在程序的设计和编制过程中出现的各种问题和波折，本论文不再详细讲述。提纲的安排，详细请看目录编排。一、液体混合控制装置和控制要求1.1液体混合装置液体的混合装置（如图1所示）分为液体输送、数据检测和液体混合三部分，液体的输送由两支输液管及控制阀门、一支出液管及控制阀门组成，输液管A、B负责将两种不同液体依次送入混合池，搅拌结束后出液管负责将混合液体送入下一单元，均由控制阀门来控制
5、管路的开闭；数据检测部分有四只液位传感器和一只转速传感器组成，液体传感器分别检测四个不同的液位信号，转速传感器则对搅拌勺的转动情况进行检测；液体混合部分由混合池和搅拌装置（搅拌电动机、传动机构和搅拌勺）组成，这是两种不同液体混合搅拌的场所。至下一单元液面检测器3液面检测器2液面检测器1液面检测器4转速传感器阀门阀门出液管搅拌池搅拌勺传动杆搅拌电动机加液管A加液管B 图1 液体混合装置示意图1.2装置潜在故障的分析1、传感器故障传感器故障主要是传感器的损坏或者检测电路故障导致，在装置的工作过程中此类故障（液面检测器4故障除外）一旦出现，将会对上下单元产生影响。所以必须采取必要措施预防此类故障的出
6、现。一种做法是采用双套传感器系统，以降低装置故障出现的几率，保证生产过程的正常运转，此方法需要投入额外硬件，增加了生产成本，而且因为其中一套传感器系统的任何一只或几只传感器损坏时对装置的正常工作无影响，所以只有到装置不正常工作时才能提醒传感器故障的出现；另一种做法是采用编制软件自动跟踪检测并警报故障的方法来预防，此方法无需投入额外硬件，节省成本，而且有故障警报，对故障的检测和维修就更为方便了，选择此方法更为适宜。2、输液管阀门故障输液管阀门故障一般出现在阀门的开闭问题，属于硬件故障；另一可能是电磁继电器不能工作，失去了对阀门开闭控制，属于软件故障，此类故障会导致液体无法送入或送出，上下单元的工
7、作也只能被迫终止，所以输液管阀门故障必须得有检测系统进行实时的检测警报，一旦故障出现可以及时督促维修，保证生产。3、搅拌机构故障搅拌机构故障有搅拌传动机构故障和搅拌电动机故障，将引起搅拌勺不正常的搅拌动作，导致液体没有充分混合，影响产品的质量。预防此故障，采用的方法是安装转速传感器检测搅拌勺，当搅拌勺正常动作搅拌时，输出信号，当搅拌勺不动作时，不输出信号，再利用信号的有无来辨别故障的产生与否，编制合理的程序便可对其进行实时监控警报了，以提醒工作人员搅拌活动的情况。4、上下单元的影响在装置的正常运转过程中，上下单元的不正常工作也会影响到本装置的正常工作。上一单元无液体提供给本单元，或者下一单元不
8、接受本单元的液体送出的话，本单元必须终止工作，以免引起本单元的故障出现。解决此问题的方法是利用软件进行检测，如果整个流程时间超出正常工作时间的三分之一，则自动终止本单元的所有进程，再结合上下单元自身的故障检测系统，此问题便可以得到很好地解决。1.3装置控制要求1、正常工作进程的控制要求液体混合装置正常工作流程如下图所示：输液管A往混合池送入液体输液管B往混合池送入液体输液管A往混合池送入液体出液管送出液体至下一单元搅拌混合液体启动液位升至检测器21min搅拌结束混合液送出完毕，暂停或进入下一流程液位升至检测器3 图2 混合装置正常工作流程图启动后，输液管A的控制阀门打开，液体送入混合池；液位上
9、升至液位检测器2时，输液管A的控制阀门关闭，同时输液管B的控制阀门打开，另一种液体自B管流入混合池；当液位上升至液位检测器3时，输液管B的控制阀门关闭；液体送入结束，同时搅拌电动机启动进行液体搅拌；一分钟后，搅拌停止，出液管控制阀门打开，将混合好的液体送至下一单元；液体全部送出后，一次工作流程结束，输液管A控制阀门接着重新打开，下一次工作流程开始。由于实际生产过程中，人工介入是经常的，很多时候也是必须的，所以在每一次工作流程结束后，应具有暂停功能，以便工作人员介入进行必要的操作，人工介入完成后解除暂停，启动继续进行下一次工作流程。2、故障的检测要求(1) 第一工作进程的故障检测第一工作进程中可
10、能出现的故障有控制系统接收不到检测器1或检测器2的信号、输液管A控制阀门失控、上一单元无液体送来等。无液位信号1会导致无法启动或进入下一进程，无液位信号2会导致液体A送入超过额定量，引起控制程序紊乱失调；阀门失控和无液体送来会引起工作进程无法进行。所以需要编制合理的程序检测预防此类故障的发生。(2)第二工作进程的故障检测第二工作进程中可能出现的故障有控制系统接收不到检测器3的信号、输液管B控制阀门失控、上一单元无液体送来等。此类故障会导致液体溢出混合池并无法进入下一进程。所以需要采取安装液位传感器4和编制合理的程序检测预防此类故障的发生。(3)第三工作进程的故障检测第三工作进程中可能出现的故障
11、有搅拌电动机或传动机构无法正常工作，将会导致搅拌动作错误，液体不能充分混合，所以需要采取安装转速检测器并编制合理的程序检测预防此类故障的发生。(4) 第四工作进程的故障检测第四工作进程中可能出现的故障有出液管控制阀门失控引起混合液无法送至下一单元，所以也需要编制合理的程序来对它进行检测预防。(5) 整个工作流程的故障检测在每一个工作进程的故障出现后，应该发出声光警报以督促工作人员检修，维修人员可以随时解除警报并令系统中断整个流程返回到初始状态，以便故障维修完毕后可以继续启动，重新开始工作流程，保证生产。在装置无故障出现，但出现了其它突发情况需要立即终止生产时，为保护生产应该设置一个具有任意时刻
12、终止所有进程并返回初始状态的控制端口。1.4正常工作进程的分析所有工作进程中各器件的工作波形图如图3所示：在混合池无液体的时候，按下启动按钮，加液管A阀门接收信号开启，第一种液体自A管流入，液体到达混合池底部时，液面检测器1才检测液位信号，所以在启动的瞬间，液面检测器1无信号输出，得等得片刻才有，除了这等待的片刻之外，在整个流程中的其余任何时刻液面检测器1都是有信号输出的。在液面上升至液面检测器2的位置时，液面检测器2开始有信号输出，同时加液管A阀门失去信号关闭，加液管B阀门接收信号开启，在液面上升至液面检测器3的位置时，加液管A阀门失去信号关闭，同时搅拌电动机接收信号启动，由于惯性，转速传感
13、器有信号输出的时间会比电动机启动有短暂的滞后，一分钟后，搅拌电动机失去信号关闭，转速传感器信号输出停止，出液管阀门接收信号开启，液面位置下降到液面检测器3的位置以下时，液面检测器3信号输出停止，液面位置下降到液面检测器2的位置以下时，液面检测器1信号输出停止，液体送出完毕后，液面检测器1信号输出接着停止。液面检测器1液面检测器2液面检测器3加液管A阀门出液管阀门液面检测器1加液管B阀门液面检测器1搅拌电动机转速传感器第一进程第二进程第三进程第四进程 图3 所有进程中各器件的工作波形图二、控制程序的编制2.1 I/O接口分配 I/O接口分配如下表：输入输出符（序）号代号名称符（序）号代号名称X0
14、S0启动按钮Y0KM1加液管A阀门控制继电器X1V1液面检测器1的信号Y1KM2加液管B阀门控制继电器X2V2液面检测器2的信号Y2KM3出液管阀门控制继电器X3V3液面检测器3的信号Y3KM4搅拌电动机控制继电器X4V4液面检测器4的信号Y4KM5声光警报1控制继电器X5V5转速传感器的信号Y5KM6声光警报2控制继电器X6S1解除警报、任意时刻中断返回S0步按钮Y6KM7声光警报3控制继电器X7S2一次流程后暂停开关Y7KM8声光警报4控制继电器X0、X6都是按钮，为系统提供一个脉冲信号，执行相应的控制。X1、X2、X3、X4都是液面检测器的信号，这些信号都是经过放大滤波和模/数转换处理的
15、。X5是转速传感器的信号，同样是经过放大滤波和模/数转换处理的，所不同的是只要被测件转动则X5输入高电平，不转动时无输入（处于低电平）。X7是一个开关信号，与X0、X6的按钮脉冲信号不同，装置正常工作时X7处于断开状态，需要人工介入的话，X7就保持处于闭合状态，所以X7也是一种具有硬件自锁功能的按钮。2.2外部接线图系统的I/O对应、输入输出外部接线图如图4所示：输入部分：S0为整个控制系统的启动按钮，S1为整个系统的故障警报解除和任意时刻中断返回按钮，S2是一次流程完成后暂停开关，V1-V5为传感器的数字信号输入。输出部分：KM1-KM4对应于控制系统进程的M1-M4，控制系统的正常运行，K
16、M5-KM8对应于系统进程M1-M4的故障警报控制。V5V4V3V2V1KM7KM6KM5KM4KM3KM2KM1KM8CLPCOMY7COMS2S1S0Y7Y6Y5Y4Y3Y2Y1Y0X7X6X5X4X3X2X1X0图4 外部接线图2.3 功能图1、装置正常工作进程功能图M8002M0X1X0Y0M1X2X1X7Y1M2X3Y3M3T0X1X7M4T0Y2 图5 装置正常工作进程功能图上图中，M8002将M1-M4均复位，同时也将M0置位。按下启动按钮S0，X0导通，因为混合池中无液体滞留，所以液位检测器1无信号输出，X1处于闭合状态，此时M1变为活动步，Y0有输出，输液管A阀门打开，A液体
17、流入混合池；液位上升到液位检测器2的位置时，液位传感器2有输出，X2导通，M2变为活动步，M1复位，Y0无输出，A阀门闭合，输液管B的控制阀门打开，B液体自B管流入混合池；当混合池液位上升到液位传感器3的位置时，液位传感器3有输出，X3导通，M3变为活动步，M2复位，B珐门闭合，液体停止输送，同时Y3有输出，搅拌电动机启动对液体进行搅拌，定时器T0也同时开始计时，一分钟后，T0导通，M4变为活动步，M3复位，搅拌停止，同时Y2有输出，出液管珐门打开，将混合液自出液管输送到下一单元。因为从混合池开始有液体时，液位检测器1便开始有输出，X1断开，直到液体全部输送出混合池时，X1闭合，M4复位，出液
18、管阀门闭合，同时M1重新变为活动步，本次工作流程结束，下一次工作流程开始。若想在本次工作流程结束后暂停或停止，则在本次流程进行时，将S2闭合，待M4步进程完成时，M0变位活动步，M4复位，系统处于等待状态，人工介入完成后，断开S2，按下S0则系统又开始重新工作。 2、实时跟踪故障自检功能图（图6所示）X6X1X0T4X5X4+T2T0T3T1M8002X2X3M2M1M4M3T1T2Y2T4Y4T3Y3M6M5M8M7T0M0X1图6 实时跟踪故障自检功能图假设通过测试得出：M1进程（输液管A往混合池加液）需要的平均工作时间为1min；M2进程（输液管B往混合池加液）需要的平均工作时间为1mi
19、n；M3进程（液体搅拌）中，转速检测器自M3进程开始时到检测到速度信号的平均滞后时间不超过1s，M4进程（将混合液体送往下一单元）需要的平均工作时间为1min。按照实际生产的控制需要和控制精度，将各平均工作时间的三分之一作为故障断定的时间裕量，则各进程中的定时器需要的设定时间为相应的平均时间加上各时间裕量。那么T1、T2、T3设定的时间均为80s(1+1/3min)；T4设定的时间为2s。确定故障的方法为：当活动进程实际工作时间超过定时器设定的时间则视为进程涉及的器件出现故障。从图6所示可以看出，实时跟踪故障自检是建立在正常工作进程的基础上的。分别在M1、M2、M3、M4进程里加入定时器T1、
20、T2、T4、T3，进程开始则定时器开始计时，如果在定时器设定的时间内，活动进程还没有结束，则进入相应的故障确定进程。比如，在M1为活动步时，80s后（M1的平均工作时间为60s）M1还是活动步，则T1导通，M5变为活动步，确定故障出现；在80s前进程结束，则M2变为活动步，工作进程正常无故障。如果M5（或M6、M7、M8）变为活动步，那么系统就确定了相应进程M1（或M2、M3、M4）出现故障，相应的故障可依据第一部分的故障检测要求分析的情况进行人工判定维修。3、出现故障自动报警功能图（图7）X6T4X5X4+T2T3T1M2M1M4M3M6M5M8M7Y4Y5Y6Y7 图7 故障自动报警功能图
21、检测到系统故障时，控制系统自动进入故障确定进程M5（或M6、M7、M8），在相应的进程里输出Y4（或Y5、Y6、Y7）控制报警外电路发出声光警报。发现警报后，维修人员可按下按钮S1（X6）解除警报，控制系统自动返回到初始步等待。4、全局功能图通过对系统正常工作进程、自动跟踪故障自检和自动报警功能图的分析，可以知道，后两个功能图依赖于第一个功能图，所以可以将三个功能图合并成一个全局功能图（如图8所示），此功能图包含了系统正常工作和自动跟踪故障自检报警的程序。结合装置的实际工作过程，在M5进程里，只有当液面检测器2（X2）损坏，同时A管控制阀门也无法关闭，且混合池液面上升到液面检测器4的位置，工作
22、人员没有及时解除警报时，M6才可以作为M5的后续步成为活动步，则Y4警报自动解除，Y5警报开始。这种警报就预示了更为严重的故障了。除此之外，M6只能作为M2的后续步。M7只能作为M3的后续步而没有条件作为M6的后续步；M8只能作为M4的后续步，而没有条件作为M7的后续步。S2（X6）按钮是作为在系统正常工作时的特殊情况任意时刻急停和故障警报解除使用，按下之后，控制系统自动返回初始步等待。X1X7X6X1X0T4X5X4+T2T0T3T1M8002X2X3M2M1M4M3Y0Y1Y3Y2T1T2Y2T4Y4T3Y3M6M5M8M7Y4Y5Y6Y7T0M0X1X7 图8 全局功能图2.4 梯形图由
23、全局功能图可以转换成梯形图（如图9所示）。以转换条件为中心的编程方法与转换实现的基本原则间有着严格的对应关系，利用转换规则可以对梯形图实现轻松的转换，对程序的检查分析也很容易清晰。读梯形图和读功能图类似，相差不大，不再赘述。T4T4K20X7M2M1M3M4M6M5M8M7T1M2X5X4X2X3T0X7X1X1X1T3X6X0M4M4M0M8002M2M1M4M3M1M3T2M2M1M4M3M6M5M8M7Y0Y1Y3Y2Y4Y5Y6Y7T2K800T2K800T3K800T0K600SETM0RSTM1SETM2RSTM1SETM5RSTM2SETM3RSTM3SETM4RSTM4SETM
24、1RSTM4SETM0RSTM2SETM6RSTM3SETM7SETRSTM0SETM0RSTM4SETM8SETM1ENDRSTM2RSTM3RSTM4RSTM5RSTM6RSTM7RSTM8RSTM1图9 液体混合装置控制梯形图三、控制装置与控制系统的应用与改进本液体混合控制系统适用于混合粘稠性小的液体，控制精度不大，产品质量要求较低，工作时间相对宽松的生产场合。本装置的工作时间相对较长，主要原因是装置的检测元件设置和工作的进程不够合理。为了减少工作时间，可以将液体的送入合并到一个进程中，两种液体同时从两支管道送入混合池，液面检测器换成流量传感器，安装在两支管道内，将液位信号换成体积信号，
25、用于控制程序的液体量的控制。同时搅拌动作也一同进行，当两种液体的送入结束后，搅拌也停止，然后混合液体便可送出至下一单元。这样，整个流程的工作进程就可以减少到两个，第一进程为加液和搅拌，第二进程为出液，相比于原来的工作流程，这种改进可以将时间缩小到原来的一半，生产效率可以大大提高。结 论利用本装置混合的液体混合精度不高，会影响到产品的质量。主要原因出在本装置缺少一个环节，清洗的环节。一个工作流程结束后，混合池壁会有混合液残留，未对它进行清洗，下一个工作流程混合的液体混合的精度将会发生变化，随着流程的积累，液体混合的精度就会发生更大的变化。所以必要的时候可以在系统添加一个清洗的环节，以满足生产需要
26、。在液体加入的时候，液面的上升并不是十分平稳的，而是有起伏变化的，所以液位传感器对液面的检测不能十分精确，液面起伏越大检测精度越小。为了增加检测精度，一种可行的方法是控制液体加入的速度和方式，尽量将速度减慢，或者将液体的送入采取在混合池底部压入的方式。致 谢 本文是在刘老师精心指导和大力支持下完成的。老师以其严谨求实的治学态度、高度的敬业精神、兢兢业业、孜孜以求的工作作风和大胆创新的进取精神对我产生重要影响。他们渊博的专业知识、开阔的视野和敏锐的思维给了我深深的启迪。不仅使我树立了远大的目标、掌握了谈判的基本方法，还使我明白了许多待人接物与为人处世的道理。本论文从选题到完成，每一步都是在刘老师的指导下完成的，倾注了老师大量的心血。同时，在此次毕业设计过程中我也学到了许多关于商务谈判方面的知识，使我有了很大的提高。 在此，谨向老师表示崇高的敬意和衷心的感谢！参考资料1 电气控制与PLC应用（第3版） 许蓼 王淑英 主编2 赵松年，熊小芸交流接触器与的结构分析北京：电子工业出版社，19963 张传利变压器微机保护的研究：学位论文.北京：清华大学电机系，1998
