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1、内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书（毕业论文）题 目：稀土萃取洗液生产车间自动控制系统学生姓名： 学 号：专 业：自动化班 级：自06-3班指导教师： 51内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）稀土萃取洗液生产车间自动控制系统摘 要我国稀土的研究技术水平处于世界领先地位，但是其工业生产的自动化控制水平较低。我所设计的自动控制系统弥补了其工业生产的不足。本设计采用PLC控制配置罐的液位，实现了对浓度的自动控制。基于系统的基本结构及功能，首先对PLC、电源、传感器、执行器等进行了选型，然后对系统进行了硬件电路图的设计和PLC软件编程，最后实现了上位机与PLC通信，并且对上位机组态做了设计。最终完
2、成了洗液自动控制系统，经模拟调试，实现了生产过程的连续，保证了配置洗液的精度，增强了系统的安全性能。PLC技术的应用提高了系统的灵活性、快速性、安全性以及控制精度；并利用组态王技术对控制参数进行设定，对S7-200、各泵运行状态和容器液位进行监视，使得系统操作简单，画面直观、形象。关键词：浓度控制；PLC；限位报警；传感器；组态王内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）Re extract lotion production workshop automatic control systemAbstractTechnical level of China Rare Earth is a wor
3、ld leader, but the automation levels of the industrial production is low. The control system of industrial production I designed makes up for its deficiencies.This design uses a PLC can control the level configuration to realize the automatic control of concentration. Based on the systems basic stru
4、cture and function, at first, to chose power supply, sensors, actuators, etc of the PLC, then design the system hardware circuit and PLC programming, finally realized the communication between PC and PLC, and make the design on the upper machine configuration. Finally completed the system of the was
5、h control. After the simulated, achieved continuous production process, to ensure the accuracy of the configuration lotion, to enhance the safety performance of the system. PLC technology improved the system flexibility, speed, security and control accuracy; and used the technology to control with C
6、onfiguration parameters set, on the S7-200, operating status of each pump and tank water monitor, making system simple, screen image intuitive.Key words: Concentration control, PLC, Limit alarm, Sensors, PC unit configuration内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）目 录摘 要IAbstractII第一章 引 言11.1 稀土萃取洗液生产车间自动控制系统设计背景11.1.1
7、 稀土资源简介11.1.2 稀土的特性11.1.3 萃取洗液11.2 稀土萃取洗液生产车间自动控制系统的工作原理21.2.1 萃取洗液生产车间的组成21.2.2 工作原理41.2.3 萃取洗液生产车间的设计目标51.2.4 萃取洗液生产车间的技术要求51.3 稀土萃取洗液生产车间自动控制系统综述6第二章 系统设计72.1 萃取洗液生产的控制原理72.1.1 配置过程的控制原理72.1.2 补充原液与报警82.2 采样信号和控制量分析82.3 系统组成9第三章 硬件设计113.1 PLC的选型113.1.1 CPU的选型123.1.2 S7-200 数字量、模拟量扩展模块的选型143.1.3 S
8、7-200的通信203.2 执行器设备选型213.2.1 盐酸浓度传感器213.2.2 称重传感器223.2.3 液位传感器223.2.4 水泵、盐酸泵233.2.5 电磁阀243.2.6 DC 24V电源243.2.7 罐的标准253.3 电路设计253.3.1 洗液生产PLC电路图253.3.2 洗液生产控制回路图273.3.3 洗液生产主回路图283.4 电源设计303.4.1 S7-200电源的设计303.4.2 传感器的电源的设计31第四章 软件设计324.1 程序流程图324.2 程序符号表344.3 S7-200组态35结论37参考文献38附录39致 谢51 内蒙古科技大学毕业设
9、计说明书（毕业论文）第一章 引 言1.1 稀土萃取洗液生产车间自动控制系统设计背景1.1.1 稀土资源简介我国拥有丰富的稀土矿产资源，中国占世界稀土资源的41.36%，是一个名符其实的稀土资源大国。成矿条件优越，堪称得天独厚，探明的储量居世界之首，为发展我国稀土工业提供了坚实的基础。研究与开发出适合我国稀土萃取分离生产过程的自动化技术及系统已成为发展我国稀土工业的重大科技关键问题。稀土就是化学元素周期表中镧系元素镧（La）、铈（Ce）、镨（Pr）、钕（Nd）、钷（Pm）、钐（Sm）、铕（Eu）、钆（Gd）、铽（Tb）、镝（Dy）、钬（Ho）、铒（Er）、铥（Tm）、镱（Yb）、镥（Lu），以及
10、与镧系的15个元素密切相关的两个元素钪（Sc）和钇（Y）共17种元素，称为稀土元素（RareEarth）。稀土元素最初是从瑞典产的比较稀少的矿物中发现的，“土”是按当时的习惯，称不溶于水的物质，故称稀土。稀土金属已广泛应用于电子、石油化工、冶金、机械、能源、轻工、环境保护、农业等领域。应用稀土可生产荧光材料、稀土金属氢化物电池材料、电光源材料、永磁材料、储氢材料、催化材料、精密陶瓷材料、激光材料、超导材料、磁致伸缩材料、磁光存储材料、光导纤维材料等。1.1.2 稀土的特性稀土元素是典型的金属元素。它们的金属活泼性仅次于碱金属和碱土金属元素，而比其他金属元素活泼。利用稀土元素化学性质的差别用溶剂
11、革取法将它们分成若干个稀土组的过程。为稀土元素分离提纯的主要内容之一。稀土元素分组分离的方法有一般化学法、离子交换树脂色层分离法(见稀土元素色层分离)和溶剂萃取法等。工业上主要采用溶剂萃取法。溶剂萃取法其萃取过程与分级沉淀、分级结晶、离子交换等分离方法相比，具有分离效果好、生产能力大、便于快速连续生产、易于实现自动控制等一系列优点，因而逐渐变成分离大量稀土的主要方法。萃取工艺过程一般可分为三个主要阶段：萃取、洗涤、反萃取。1.1.3 萃取洗液稀土萃取洗液是溶剂萃取方式中的一种原料，用于分离镨、钕两种元素。洗液的盐酸浓度决定着分离镨、钕元素的程度。以往企业采用非自动生产萃取洗液，存在着许多不利因
12、素，如生产的浓度偏差大、生产过程的不连续性、员工的身体伤害等一些缺点。本系统主要特点是PLC的加入，实现了自动控制。实现了连续的生产过程，产品的浓度达到了要求的值，而且生产线中工作人员大大减少，生产的安全性有了提高，减少了对员工的危害性。1.2 稀土萃取洗液生产车间自动控制系统的工作原理1.2.1 萃取洗液生产车间的组成萃取洗液生产车间是由盐酸罐、水罐、配置罐、成品罐、搅拌电机、水泵、盐酸泵、电磁阀、液位传感器、称重传感器、盐酸浓度传感器、以及一些控制单元与报警单元组成。盐酸罐是用来装生产原料盐酸（HCl），从市场上买来的标准原料。配置罐就是把原料与水在配制罐里进行浓度调整，成品罐是最终盛放生
13、产好的要求标准萃取洗液。水泵有两台，一台用于将水罐中的水抽到配置罐中；当水罐液位低时，另一台水泵为水罐加水。酸泵有三台，一台酸泵用于将盐酸罐中的盐酸加入配置罐中，第二台酸泵是将配置罐中配置好的洗液抽到成品罐中，当盐酸罐中盐酸液位低时，第三台酸泵给盐酸罐添加原料。搅拌电机用于对加入配制罐中的原料与水搅拌均匀。电磁阀用于成品罐的替换流入。液位传感器对盐酸罐、水罐、配置罐的液位检测，浓度传感器进行配置罐与盐酸罐浓度监测。称重模块是对成品罐的液位检测。控制单元主要由PLC作为控制器，通过控制电路进行控制。报警单元进行盐酸罐、配置罐、成品罐的限位报警有警灯与警铃。生产工艺图如图1.1。 图1.1生产工艺
14、生产车间可以划分为原料单元、配置单元、成品单元、控制单元、报警单元。各个单元互相关联，每个单元都在整个系统中起着重要的作用。系统单元如图1.2。图1.2 系统单元1. 原料单元原料单元的原料是水和原料盐酸。原料单元有四台泵控制，原料水泵有两台水泵，一台用于将水罐中的水抽到配置罐中；当水罐液位低时，另一台水泵用于加水。一台酸泵用于将盐酸罐中的盐酸加入配置罐中，当盐酸罐中盐酸液位低时，第三台酸泵给盐酸罐添加原料。盐酸罐、水罐有上下线的限位，超过最低限位或最高限位能够进行报警，警灯报警和警铃同时报警，警铃报警进行声音传递快速，但不能明确是什么错误进行的报警。当听到声音后，只有从闪烁的报警灯才能确定是
15、生产线出错的地方。原料单元还有盐酸浓度传感器，用于生产的原料盐酸并不是单一浓度值，盐酸罐中的浓度计可以用于检测盐酸罐中加入的盐酸浓度（当量值），准确的检测出原料的盐酸浓度值可以更精确的配置出要求浓度盐酸洗液。但输入要配置浓度的洗液，不用知道买来的原料浓度的偏差就可以自动进行生产。2. 配置单元配置单元由配置罐、浓度传感器、液位传感器、成品泵、搅拌装置及流入配置罐、成品罐的管道组成。通过水泵、盐酸泵的启停控制流入配置罐中的原料多少，成品泵是控制配置好的洗液从配制罐流向成品罐。配置罐中有液位传感器、浓度传感器、搅拌装置，通过泵将原料流入配置罐中，液位传感器检测其液位，可以实现液位检测与上下限位报警
16、，超过上、下限位后由警灯和警铃配合进行报警，警灯用来显示具体出错位置。浓度传感器是系统的关键部分，配制罐所配置的最终浓度就是生产车间要生产的要求浓度，浓度传感器的精度可以实现配置液小于1%的误差。搅拌装置是将配置罐中加入的原料搅拌均匀，启停有PLC的输出信号控制，以定时搅拌的方式，大约三分钟可以将混合液搅拌均匀。成品罐盛装最终的产品装置，装满一罐PLC自动控制电磁阀切换打开的另一个空罐。3成品单元成品单元由成品罐、电磁阀、称重传感器组成。成品罐用于装配置好的成品。电磁阀用于切换成品罐。称重传感器通过检测成品罐的重量转换成品罐装的液位高低。4控制单元控制单元包括控制器PLC、PC机组态显示、控制
17、电气回路等。PLC通过采集盐酸罐、水罐、配置罐的液位，成品罐的重量信号，盐酸罐、配置罐的浓度信号。经过软件编程控制五个泵的开通、关断，搅拌电机的启、停，实现要求浓度产品的配置过程，并且对配置罐、水罐、盐酸罐进行上、下限位报警。PC机用来实现组态显示，可以实时显示盐酸罐、配置罐、成品罐的液位和盐酸罐、配置罐的浓度，实时显示系统的启动、停止状态、搅拌电机的状态、泵的状态等。5报警单元报警单元由报警灯和报警铃构成，PLC控制两种报警形势，主要是对盐酸罐、水罐、配置罐的上、下限位的报警控制，报警灯可以显示具体限位报警位置，报警铃可以在盐酸罐、配置罐的上、下限位过线后迅速通知工作人员。但报警方式中警铃只
18、有一个，不管的盐酸罐、配置罐的上限还是下限过线了，都会报警，无法分辨是什么地方的报警，但报警灯的每一盏灯都对应单一限位地点。这样配合起来就能够实现快速通知工作人员并能准确全出错位置。1.2.2 工作原理稀土萃取洗液生产车间自动控制系统是通过PLC对盐酸罐、水罐、配置罐液位检测，盐酸罐、配置罐浓度检测、称重传感器的检测，对五个泵、搅拌电机、电磁阀的控制，实现浓度的控制。PLC自动控制水泵、盐酸泵将盐酸罐的盐酸与水分别加入配置罐中，到达液位后，搅拌电机将其搅拌均匀后，分析盐酸浓度，高于或低于配置浓度，加盐酸或水调整直至满足要求配置浓度。满足要求配置浓度，电磁阀顺序打开空成品罐，打开成品泵将配置好的
19、液体抽到成品罐中，如图1.1生产工艺图。稀土萃取洗液生产车间自动控制系统的生产过程由3个过程组成。首先是从PC组态监控机输入要配置一定浓度（当量）萃取洗液值，然后按组态上的启动按钮启动。组态里同时有停止按钮可以命令停止。其次PLC进行液位、浓度检测，根据浓度值计算后控制泵。PLC先打开水泵，当达到计算液位后将其关闭，然后PLC控制打开盐酸泵，当达到计算液位后将其关闭（由于盐酸里加水会使溶液沸腾，产生的热量不易扩散，所以先加水后加盐酸）。初次加完盐酸后PLC控制启动18分钟搅拌电机将以上混合液搅拌均匀。最后PLC检测配制罐盐酸浓度是否达到要求浓度，高于（低于）配置浓度，PLC计算再次加入的水（原
20、盐酸）的高度，然后打开相应的水泵（盐酸泵）加水（盐酸）到位后起动18分钟搅拌电机将以上混合液搅拌均匀。最后PLC检测配制罐盐酸浓度是否达到要求浓度，满足要求配置浓度，高于（低于）配置浓度，如上再继续进行调整直至满足要求配置浓度。配置好后，PLC自动打开电磁阀（1#成品罐满了自动切换2#电磁阀打开），打开成品泵。萃取洗液生产自动控制系统设计目标及技术要求。1.2.3 萃取洗液生产车间的设计目标洗液的浓度对稀土萃取是很重要的部分，对稀土产业的发展也起到很重要的作用。首先稀土萃取洗液生产车间自动控制系统能够实现组态形象的显示出盐酸罐、配置罐的液位和浓度值，能够直接从组态画面输入要配置浓度，启动后能够
21、自动的配置出要求的浓度来，能够实现自动生产。其次如果盐酸罐、水罐、配置罐的液位过高或过低时能够自行报警通知工作人员，可以自动切断相应的生产过程，当工作人员处理完后可以继续生产。盐酸罐、水罐液位低时能够自动控制补水泵、补盐酸泵的启动补充液位。当1#成品罐装满后，自动打开2#成品罐的电磁阀。PLC所以实现了两个主要功能，第一，用一台PC机就将整个生产系统的生产过程用很直观的图表示出来了。第二，生产的过程是全自动的，能够自动报警、自动补充原料的不足、自动配置生产。正常生产的过程是不用人员的。1.2.4 萃取洗液生产车间的技术要求技术要求：1.配置浓度的键入功能（每天要生产什么浓度值洗液需要输入系统）
22、；2.各罐的液位显示与上下限位报警功能（可以显示液位的高度与限位报警）；3.洗液自动配置功能；4.洗液配置误差1%；5.传感器要求抗酸腐蚀；1.3 稀土萃取洗液生产车间自动控制系统综述目前国内的稀土萃取洗液生产系统，由于缺乏先进的技术手段支持，基本上都采用传统的工作人员在现场监控生产，盐酸酸洗液浓度较高时，酸雾逸出多，给生产环境造成了污染，对人体有较大危害性。而且这种全靠人员监测生产出来的产品浓度偏差大，对稀土元素分离程度有较大的影响，而且生产现场危险性比较大。1萃取洗液生产的电气手动控制方式这类系统主要以工作人员手动去控制对象，他们通过手动打开阀门加原料，根据提前计算好的液位，加到位后手动关
23、闭阀门。手动启动搅拌电机，均匀后，看仪表显示值，符合要求装入成品罐。这类系统没有自能控制对象，生产过程益发生事故，空气中的雾化盐酸对工作人员的危害比较严重。由于是工作人员一步一步控制，生产出来的产品浓度波动大，对资源有很大的浪费。生产线比较落后，运营起来成本也比较大。但唯一优点是起初投入资金较少。2萃取洗液生产的PLC控制方式这种系统是采用西门子公司S7-200系列PLC为控制对象，PLC通过对液位、浓度信号的采集处理后动作执行机构泵控制配置罐中液体的高度，从而实现对浓度的控制。这种系统生产过程中比较稳定，而且可以连续生产，现场工作人员待得时间比较短，从而对人员的危害大大降低。系统起初资金投入
24、量也不是很大，但正常生产过程中运营成本较低，对资源的利用率较高。本章小节本章简要叙述了萃取洗液生产车间的组成与工作原理，并结合目前萃取洗液生产常用的控制手段，初步提出了本系统控制的基本思想以及实现方式。第二章 系统设计2.1 萃取洗液生产的控制原理2.1.1 配置过程的控制原理萃取洗液生产是以PLC为主要控制器，PLC控制器先把PC机中对要求配置浓度的设定值接收回来后，通过盐酸罐中浓度传感器将原料浓度检测回来后，通过计算公式： （2.1） （2.2）第一次配置加水、加盐酸的液位计算。根据H +离子浓度守恒原则。通过上式可以计算出加原料的体积，其中“C原”是原料盐酸罐中H +离子的浓度（原料的浓
25、度）；“C配”是要求生产成品的设定值浓度；“h水”是要加入水的高度；“260”是加盐酸到达的位置（h水+H=260）。这里的“C原”是检测到的已知量，“C配”是设定值。只有“h水”是个未知量。加水的高度到达h水后，加原料盐酸到260可以启动搅拌电机搅拌均匀，第一次配置过程实现完成，当浓度符合要求后将配制罐中的配置液通过成品泵输送到成品罐。当浓度有偏差时，进行下面的浓度调整。 （2.3） （2.4）PLC先检测回配制罐中的浓度与设定值比较，当浓度高于要求值时。由公式（2.4）可以计算出再次加入水的高度到hh2h测。到位后在进行搅拌18分钟。直到浓度调整满足要求浓度为止。PLC先检测回配制罐中的浓
26、度与设定值比较，当浓度小于要求值时。由公式（2.3）可以计算出再次加入原酸的高度到hh1h测。到位后在进行搅拌18分钟。直到浓度调整满足要求浓度为止。如果浓度不满足要求继续进行如上调整，直到浓度满足为止。系统设计配制罐的上限报警值，是根据经验值得出来，一般在调整时不会过线。如果调整过线后继续不满足要求，有工作人员现场处理。配制罐中的洗液配置好后，1#成品罐的电磁阀先打开，1#电磁阀打开后启动成品泵，当1#成品罐达到250cm后2#成品罐的电磁阀打开（1#成品罐达到260cm后自动关闭1#电磁阀），当2#成品罐达到260cm后关闭成品泵，然后关闭成品阀。2.1.2 补充原液与报警原料水罐与盐酸罐
27、液位低于30cm时，自动启动补水泵与补盐酸泵进行补充到160cm后自动停止补充泵。当水罐与盐酸罐液位过高时，高于280cm后自动报警。配置罐的液位高于、低于一定值后也会自动报警。2.2 采样信号和控制量分析要实现前面所述的控制要求，从上述原理分析可知系统需要对盐酸罐、水罐、配制罐、成品罐进行液位检测，要求液位精度在cm级别。由稳定的24V DC电源供给液位、浓度、称重传感器。采样信号统计表2.1。表2.1 采样信号统计表序号信号名称性质传感器硬件资源说明1盐酸罐液位模拟压力液位传感器AIW0液位控制2水罐液位模拟压力液位传感器AIW2液位控制3配制罐液位模拟压力液位传感器AIW4液位控制41#
28、成品罐液位模拟称重传感器AIW6液位控制52#成品罐液位模拟称重传感器AIW8液位控制6盐酸罐浓度模拟盐酸浓度传感器AIW12浓度控制7配置罐浓度模拟盐酸浓度传感器AIW14浓度控制8控制回路启动开关开关手动开关I0.0供电9控制回路停止开关开关手动开关I0.1断电10盐酸泵热继电器开关继电器开关I0.2盐酸泵过负荷11水泵热继电器开关继电器开关10.3水泵过负荷12成品泵热继电器开关继电器开关10.4盐酸泵过负荷13搅拌电机热继电器开关继电器开关10.5电机过负荷14补盐酸泵热继电器开关继电器开关10.6盐酸泵过负荷15补水泵热继电器开关继电器开关10.7水泵过负荷16盐酸泵启动开关继电器Q
29、0.0启动泵17水泵启动开关继电器Q0.1启动泵18成品泵启动开关继电器Q0.2启动泵19搅拌电机启动开关继电器Q0.3启动电机20补充盐酸泵启动开关继电器Q0.4启动泵21补充水泵启动开关继电器Q0.5启动泵22盐酸罐上限报警开关报警灯Q0.7报警灯23盐酸罐下限报警开关报警灯Q1.0报警灯24水罐上限报警开关报警灯Q1.1报警灯25水罐下限报警开关报警灯Q1.2报警灯26配置罐上限报警开关报警灯Q1.3报警灯27配置罐下限报警开关报警灯Q1.4报警灯281#成品罐上限报警开关报警灯Q1.5报警灯292#成品罐上限报警开关报警灯Q1.6报警灯30上下限报警开关报警铃Q1.7报警铃311#电磁
30、阀开关电磁阀Q2.0控制导通322#电磁阀开关电磁阀Q2.1控制导通2.3 系统组成第一章对工艺与洗液生产原理的介绍中，已经简单说明本系统主要由原料单元、配置单元、成品单元、控制单元、报警单元五大部分组成。这五部分协调工作将完成对稀土萃取洗液生产车间自动控制。稀土萃取洗液生产车间自动控制系统是通过PLC对液位、浓度、称重、开关量信号的检测，经过分析计算后对泵、电机、电磁阀的控制，实现浓度的控制。PC组态监控机输入要配置一定浓度（当量）萃取洗液值，然后按组态上的启动按钮启动（组态里同时有停止按钮可以命令停止）。程序开始工作后，PLC对配制罐的浓度值、配制罐的液位值、盐酸罐的浓度值、PC机组态输入
31、值的数据采集回来后计算出要加入水、盐酸的量（换算成配置罐的液位高度）。PLC控制打开水水泵，当达到计算液位后将其关闭，然后PLC控制打开盐酸泵，当达到计算液位后将其关闭。初次加完盐酸后PLC控制启动18分钟搅拌电机将以上混合液搅拌均匀。搅拌均匀后PLC检测配制罐盐酸浓度是否达到要求浓度，高于（低于）配置浓度，PLC对配制罐的浓度值、配制罐的液位值、盐酸罐的浓度值采集回来后计算出再次加入水、盐酸的量（换算成配置罐的液位高度）。，然后打开相应的水泵（盐酸泵）加水（盐酸）到位后动18分钟搅拌电机将以上混合液搅拌均匀。最后PLC检测配制罐盐酸浓度是否达到要求浓度，满足要求配置浓度，PLC控制打开1#电
32、磁阀，然后打开成品泵。高于（低于）配置浓度，如上再继续进行调整直至满足要求配置浓度。整个系统控制流程图2.1所示。图2.1控制流程图本章小节 本章主要阐述萃取洗液生产的控制原理，以及对控制系统涉及的采用信号与控制信号进行具体分析，同时对该系统工作过程进行比较详细的说明。第三章 硬件设计稀土萃取洗液生产车间自动控制系统是基于控制器PLC对泵与电机的自动控制，实现萃取洗液的自动生产。主要部分是：控制器PLC、水泵、盐酸泵、电机、电磁阀、浓度传感器、液位传感器、称重传感器等。3.1 PLC的选型SIMATICS7-200作为西门子SIMATIC PLC家族中的最小成员，以其超小体积，灵活的配置，强大
33、的内置功能，多年来一直广泛服务于国内的各行各业。SIMATIC S7-200系列PLC适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。S7-200系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。因此S7-200系列具有极高的性能/价格比。S7-200系列出色表现在以下几个方面：极高的可靠性；* 极丰富的指令集* 易于掌握* 便捷的操作* 丰富的内置集成功能* 实时特性* 强劲的通讯能力* 丰富的扩展模块S7-200系列在集散自动化系统中充分发挥其强大功能。使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测，自动化控制有关的
34、工业及民用领域，包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等等。如：冲压机床，磨床，印刷机械，橡胶化工机械，中央空调，电梯控制，运动系统。PLC本身就是一台适合工业现场使用的专用的专用计算机，其硬件组成有六个部分，分别为：中央处理器（CPU）、存储器、电源、输入/输出接口、外部设备接口、I/O扩展接口。西门子公司PLC有S7-200系列、S7-300系列、S7-400系列。稀土萃取洗液生产车间自动控制系统以S7-200系列的PLC进行的控制，本系统中仅用到S7-200系列相关硬件组成。3.1.1 CPU的选型本系统中需要控制五台泵、一个电机、两个电磁阀。五台泵中酸泵三台水泵两台，有水
35、泵、补水泵、盐酸泵、补盐酸泵、成品泵。泵的控制是为了满足浓度与液位的要求。用到两个浓度传感器、三个液位传感和两个称重传感器（重量转换成液位）。PLC对盐酸罐、水罐、配置罐液位检测，盐酸罐、配置罐浓度检测，称重传感器的检测，对五个泵、搅拌电机的控制，实现浓度的控制。实现浓度的自动调节需要控制PLC的软件控制来实现。为了满足以上所介绍的萃取洗液生产车间自动生产的工艺要求，经过分析需要对盐酸罐、水罐、配置罐液位检测，盐酸罐、配置罐浓度检测，称重传感器的检测，用西门子S7-200可编程控制器模拟量扩展模块实现其液位、浓度的控制。而各泵与电机的启停由S7-200数字量控制，实现生产的自动化。因为要跟上位
36、机进行数据的传输和显示，S7-200与PC机采用PPI电缆通信。1S7-200 CPU的选择（1）CPU的作用CPU是PLC的核心部件，主要用来运行用户程序、监控输入/输出接口状态以及进行逻辑判断和数据处理。CPU用扫描的方式读取输入装置的状态或数据，从内存逐条读取用户程序，通过解释后按指令的规定产生控制信号，然后分时、分渠道的执行数据的存取、传送、比较和变换等处理过程，完成用户程序所设计的逻辑或算术运算任务，并根据运算结果控制输出设备响应外部设备的请求以及进行各种内部诊断。（2）CPU的分类S7-200系列小型PLC（Micro PLC）可应用于各种自动化系统。紧凑的结构、低廉的成本以及功能
37、强大的指令集使得S7-200 PLC成为各种小型控制任务理想的解决方案。S7-200产品的多样化以及基于Windows的编程工具，使您能够更加灵活地完成自动化任务。S7-200 CPU包括CPU 221、CPU 222、CPU 224、CPU 224XP和CPU 226等型号如表3.1。 表3.1CPU型号订货号CPU模板CPU供电（标称）数字量输入数字量输出通讯口模拟量输入模拟量输出6ES 72110AA23-0XB0CPU22124VDC6x24VDC4 x 24VDC16ES 7211-0BA23-0XB0CPU221120至240 VAC6x24VDC4x 继电器16ES 72121A
38、B23-0XB0CPU22224VDC8x24VDC6x24VDC16ES 7212-1BB23-0XB0CPU222120至240 VAC8x24VDC6x 继电器16ES 72141AD23-0XB0CPU22424VDC14 x 24 VDC10 x 24 VDC16ES 72141BD23-0XB0CPU224120至240 VAC14 x 24 VDC10 x 继电器16ES 72142AD23-0XB0CPU224XP24VDC14 x 24 VDC10 x 24 VDC2216ES7 2142AS23-0XB0CPU224XPs24VDC14 x 24 VDC10 x 24 VD
39、C2216ES 72142BD23-0XB0CPU224XP120至240 VAC24 x 24 VDC10 x 继电器2216ES 72162AD23-0XB0CPU22624VDC14 x 24 VDC16 x 24VDC26ES 72162BD23-0XB0CPU226120至240 VAC24 x 24 VDC16 x 继电器22系统萃取洗液生产车间自动控制系统中CPU选择根据前面S7-200产品的相关知识，并结合本系统的控制要求。本系统S7-200采用CPU 224的6ES 72141BD23-0XB0型号，供电范围120至240 V AC。选用标准220V AC供电。14个 24V
40、 DC输入点，10个继电器输出。本系统的输入点总数为8个，CPU 224的14个足够满足系统的要求。系统输出点需21个，CPU 224的10个输出点不够满足系统要求的21个点，需要扩展数字量输出模块。CPU 224的实际连接如图3.1。图3.1 CPU 224连接图3.1.2 S7-200 数字量、模拟量扩展模块的选型1系统输入、输出量萃取洗液生产车间主要控制器是PLC，通过PLC数字量输入、输出，模拟量输入、输出对信号的采集器去控制执行机构实现萃取洗液生产车间的自动控制。由上一章2.2节对采样信号和控制量的分析，系统需要的数字量输入、输出与模拟量的输入、输出的统计结果如表3.1与表3.2。（
41、1）数字量的输入、输出如表3.2。表3.2数字量的输入、输出序号名称类型地址说明1控制回路启动开关输入I0.0供电控制2控制回路停止开关输入I0.1断电控制3盐酸泵热继电器输入I0.2盐酸泵过负荷4水泵热继电器输入10.3水泵过负荷5成品泵热继电器输入10.4盐酸泵过负荷6搅拌电机热继电器输入10.5电机过负荷7补盐酸泵热继电器输入10.6盐酸泵过负荷8补水泵热继电器输入10.7水泵过负荷9盐酸泵接触器输出Q0.0启动泵10水泵接触器输出Q0.1启动泵11成品泵接触器输出Q0.2启动泵12搅拌电机接触器输出Q0.3启动电机13补充盐酸泵输出Q0.4启动泵14补充水泵输出Q0.5启动泵15盐酸罐
42、上限报警输出Q0.7报警灯16盐酸罐下限报警输出Q1.0报警灯17水罐上限报警输出Q1.1报警灯18水罐下限报警输出Q1.2报警灯19配置罐上限报警输出Q1.3报警灯20配置罐下限报警输出Q1.4报警灯211#成品罐上限报警输出Q1.5报警灯222#成品罐上限报警输出Q1.6报警灯23上下限报警输出Q1.7报警铃241#电磁阀输出Q2.0电磁阀252#电磁阀输出Q2.1电磁阀（2）模拟量输入、输出如表3.3。表3.3模拟量输入、输出序号名称类型地址说明1盐酸罐液位输入AIW0液位控制2水罐液位输入AIW2液位控制3配制罐液位输入AIW4液位控制41#成品罐称重输入AIW6液位控制52#成品罐称
43、重输入AIW8液位控制6盐酸罐浓度输入AIW8浓度控制7配置罐浓度输入AIW10浓度控制2PLC扩展的模块S7-200的输入、输出模块主要有数字量输入、输出模块和模拟量输入、输出模块。数字量扩展模块是为了解决本机集成的数字量输入、输出点不能满足需要而使用的扩展模块。模拟量扩展模块可以提供模拟量输入和模拟量输出功能。S7-200的模拟量扩展模块具有较大的适应性，可以直接与传感器相连，有很大的灵活性并且安装方便。（1） S7-200的数字量输入、输出模块类型如表3.4。表3.4 S7-200的数字量输入、输出模块类型订货号扩展模块入 数字量输数字量输出6ES 7 2211BF220XA0EM221
44、 数字输入 8 x 24VDC8 x 24VDC6ES 7 2211EF220XA0EM221 数字输入 8 x 120/230VAC8x120/230VAC6ES7221-1BH22-0X0EM221 数字输入 16 x 24VDC16 x 24VDC6ES7222-1BD22-0X0EM222 数字输出 4 x 24VDC-5A4 x 24VDC-5A6ES7222-1HD22-0X0EM222 数字输出 4x 继电器-10A4x 继电器-10A6ES 7 2221BF220XA0EM222 数字输出 8 x 24VDC8 x 24VDC-0.75A6ES 7 2221HF220XA0EM222 数字输出 8x 继电器8x 继电器-2A6ES 7 2221EF220XA0EM222 数字输出 8 x 120/230VAC8 x 120/230VAC6ES 7 2231BF220XA0EM223 24VDC 数字组合 4输入/4输出4
