畢業(yè)設(shè)計--- 基于組態(tài)王液體混合控制系統(tǒng)的設(shè)計

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計</b></p><p>　　題 目： 基于組態(tài)王液體混合控制</p><p><b>　　系統(tǒng)的設(shè)計</b></p><p>　　系 別： 電氣工程系</p><p>　　專 業(yè)： 電氣自動化</p><p>　　

2、班 級： 電氣1133</p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書</b></p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計評審表一</b></p><p><b>　?。ㄖ笇?dǎo)教師用）</b></p><p>　　班級： 姓名：

3、 學(xué)號：</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　組態(tài)王，，是近年來一種發(fā)展極為迅速，應(yīng)用極為廣泛的工業(yè)控制裝置。它是一種專為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運行的電子系統(tǒng)，它采用可編程程序的存儲器，用來存儲用戶指令，通過數(shù)字或模擬的輸入/輸出完成確定的邏輯順序、定時、記數(shù)、運算和一些確定的功能來控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。<

4、/p><p>　　由于組態(tài)王的性能優(yōu)越，兼具計算機的功能完備，靈活性強，通用性好和繼電接觸器控制簡單易懂，維修方便等優(yōu)點，形成以微電腦為核心的電子控制設(shè)備?？删幊绦蚩刂破骷夹g(shù)在世界上己廣泛應(yīng)用，成為自動化系統(tǒng)中的基本電控裝置組態(tài)王在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)和實際生活中有著廣泛的應(yīng)用，由于可編程控制器（組態(tài)王）具有編程梯形圖語言易學(xué)易懂、控制靈活方便、抗干擾能力強、運行穩(wěn)定可靠等特點，現(xiàn)在的工業(yè)自動化生產(chǎn)控制多采用可編程控制器來實

5、現(xiàn)。</p><p>　　本論文首先介紹組態(tài)王的產(chǎn)生和發(fā)展及應(yīng)用，以及它的基本功能和特點。然后鑒于組態(tài)王的原理及其優(yōu)越性，應(yīng)用組態(tài)王控制液體的自動混合，該程序可進行單周期或連續(xù)工作，正常工作時，至少完成一個周期，該程序具有一定的防止誤動作能力。本論文從硬件設(shè)計，軟件設(shè)計，組態(tài)王監(jiān)控設(shè)計等方面進行分析，對西門子S7-200的應(yīng)用有一定的指導(dǎo)意義。</p><p>　　關(guān)鍵詞：混合；組態(tài)王；組

6、態(tài)王；監(jiān)控。</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　前　言1</b></p><p><b>　　第1章 緒言2</b></p><p>　　1.1 課題背景2</p><p>　　1.2國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的研究現(xiàn)

7、狀3</p><p><b>　　1.3研究意義4</b></p><p><b>　　1.4研究內(nèi)容6</b></p><p>　　第2章 液體混合裝置的控制的硬件設(shè)計8</p><p>　　2.1液體混合裝置結(jié)構(gòu)及控制要求8</p><p>　　2.2 硬件選用

8、9</p><p>　　2.2.1選擇接觸器9</p><p>　　2.2.2選擇攪拌電機10</p><p>　　2.2.3選擇小型三極斷路器12</p><p>　　2.2.4選擇液位傳感器13</p><p>　　2.2.5選擇電磁閥16</p><p>　　2.2.6選擇泄壓

9、閥17</p><p>　　2.3 S7-200的CPU的選擇19</p><p>　　第3章 液體混合裝置的控制的軟件設(shè)計26</p><p>　　3.1控制要求及分析：26</p><p>　　3.2兩種液體混合裝置的輸入/輸出分配28</p><p>　　3.3兩種液體混合裝置的輸入/輸出接線圖30

10、</p><p>　　3.4兩種液體混合裝置的梯形圖31</p><p>　　第4章 液體混合裝置的控制的組態(tài)王監(jiān)控設(shè)計36</p><p>　　4.1組態(tài)王選擇36</p><p>　　4.2組態(tài)畫面監(jiān)視設(shè)計36</p><p><b>　　結(jié)束語44</b></p>&

11、lt;p><b>　　答謝辭45</b></p><p><b>　　參考文獻46</b></p><p><b>　　前　言</b></p><p>　　隨著科技的發(fā)展，組態(tài)王的開發(fā)與應(yīng)用把各國的工業(yè)推向自動化、智能化。強大的抗干擾能力使它在工業(yè)方面取代了微型計算機，方便的軟件編程使他代替

12、了繼電器的繁雜連線，靈活、方便，效率高。</p><p>　　本次設(shè)計主要是對兩種液體混合攪拌機組態(tài)王控制系統(tǒng)的設(shè)計，在設(shè)計中針對控制對象：三個傳感器監(jiān)視容器液位，設(shè)三電磁閥控制液體A、B輸入與混合液體輸出液位，設(shè)攪拌電機M。攪拌機是一種將兩種或多種以上材料攪拌混合的系統(tǒng)，對攪拌機的控制，關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量。工藝流程是：啟動后開閥放出混合液體，10S后關(guān)閥，放入液體A至X2液位，關(guān)A，放液體B至X3液位，關(guān)B，啟動

13、攪拌電機M，攪20S后停，開閥放出混合液體，至X1液位后，打開排氣閥，延時5S 放后關(guān)兩閥。運行出錯是報警，并停止運行。</p><p>　　本設(shè)計采用德國西門子S7系列S7-200組態(tài)王以液體混料控制系統(tǒng)為中心，從控制系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)組成，軟件選用到系統(tǒng)的設(shè)計過程（包括設(shè)計方案、設(shè)計流程、設(shè)計要求、梯形圖設(shè)計、外部連接通信等），以及組態(tài)王監(jiān)控設(shè)計，旨在對其中的設(shè)計及制作過程做簡單的介紹和說明。</p>

14、<p><b>　　第1章 緒言</b></p><p><b>　　1.1 課題背景</b></p><p>　　隨著經(jīng)濟的發(fā)展和社會的進步，各種工業(yè)自動化的不斷升級，對于工人的素質(zhì)要求也逐漸提高。其中在生產(chǎn)的第一線有著各種各樣的自動加工系統(tǒng)，其中液體混合加工，是其中最為常見的一種。在工藝加工最初，把多種原料在合適的時間和條件下

15、進行順序加工，以得到產(chǎn)品一直都是在人監(jiān)控或操作下進行的，到后來多用繼電器系統(tǒng)，對順序或邏輯的操作過程進行自動化操作。但是現(xiàn)在隨著時代的發(fā)展，組態(tài)王這種新型的控制工具進入了人們的視野，它體積比一般繼電器要小、輕,并能代替了以往傳統(tǒng)的控制方式，并且還具有如加工程序改變方便、使用電源在安全電壓以下等優(yōu)點，由此大受青睞。</p><p>　　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

16、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)多種液體混合的自動控制, 從而達到液體混合的目的，

17、液體混合自動配料勢必就是擺在我們眼前的一大課題。</p><p>　　可編程控制器（ P L C ）是采用微機技術(shù)的通用工業(yè)自動化裝置，近幾年來，在國內(nèi)已得到迅速推廣普及。P L C正改變著工廠自動控制的面貌，對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)改造、發(fā)展新型工業(yè)具有重大的實際意義。但P L C發(fā)展很快，國外P L C產(chǎn)品更新?lián)Q代更是如此?？删幊炭刂破鞯慕Y(jié)構(gòu)多種多樣，但其組成的一般原理基本相同，都是以微處理器位核心的結(jié)構(gòu)，其功能的實

18、現(xiàn)不僅基于硬件的作用，更要靠軟件支持，實際上可編程控制器就是一種新型的工業(yè)控制計算機HITECH。</p><p>　　1.2國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀</p><p>　　可編程序控制器從產(chǎn)生到現(xiàn)在，由于其編程簡單、可靠性高、使用方便、維護容易、價格適中等優(yōu)點，使其得到了迅猛的發(fā)展，在冶金、機械、石油、化工、紡織、輕工、建筑、運輸、電力等部門得到了廣泛的運用。</p><

19、;p>　　可編程序控制器技術(shù)以與機器人技術(shù)、CAD/CAM技術(shù)并列為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)自動化到生產(chǎn)線的自動化、柔性制造系統(tǒng)，乃至整個工廠的生產(chǎn)自動化，組態(tài)王均擔當著重要的角色。</p><p>　　從1969年出現(xiàn)的第一臺組態(tài)王，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，組態(tài)王已經(jīng)發(fā)展到了第四代。第一代在1969-1972年。這個時期是組態(tài)王發(fā)展的初期，該時期的產(chǎn)品，CPU由中小規(guī)模集成電路組成，存儲器為磁芯存儲器。第二代在1973-1

20、975年。該時期的產(chǎn)品已開始使用微處理器作為CPU，并初步具備自診斷功能，可能性有了一定的提高，但掃描速度不太理想。第三代在1976-1983年。組態(tài)王進入大發(fā)展階段，這個時期的產(chǎn)品已采用8位和16位微處理器作為CPU, 部分的產(chǎn)品還采用了多微處理器結(jié)構(gòu)。在規(guī)模上向兩極發(fā)展,即向小型、超小型和大型發(fā)展。第四代為1983年到現(xiàn)在。這個時期的產(chǎn)品除采用16位以上的微處理器作為CPU外,可以將多臺組態(tài)王鏈接起來，實現(xiàn)資源共享；可以直

21、接用于一些規(guī)模較大的復(fù)雜控制系統(tǒng)；編程語言除了可使用傳統(tǒng)的梯形圖、流程圖等外，還可以使用高級語言；外設(shè)多樣化，可以配置CRT和打印機等。</p><p>　　綜合起來看，由于工業(yè)生產(chǎn)對自動控制系統(tǒng)需求的多樣性，組態(tài)王的發(fā)展方向有兩個：</p><p>　　1、朝著小型、簡易、價格低廉方向發(fā)展。近年來，單片機的出現(xiàn)，促進了組態(tài)王向緊湊型發(fā)展，體積減小，價格降低，可靠性不斷提高。這種組態(tài)王可以

22、廣泛取代繼電器控制系統(tǒng)，應(yīng)用于單機控制和規(guī)模比較小的自動線控制，如日本立石公司的C20P\C40P\C60P\C20H\C40H等。</p><p>　　2、朝著大型、高速、多功能方向發(fā)展。大型的組態(tài)王一般為多處理器系統(tǒng)，由字處理器、位處理器和浮點處理器等組成，有較大的存儲能力和功能很強的輸入輸出接口。通過豐富的智能外圍接口，可以獨立完成位置控制、閉環(huán)調(diào)節(jié)等特殊功能；通過網(wǎng)絡(luò)接口，可級連不同類型的組態(tài)王和計算機，

23、從而組成控制范圍很大的局部網(wǎng)絡(luò)，適用于大型自動化控制系統(tǒng)，如霍尼韋爾的9000系列等。</p><p><b>　　1.3研究意義</b></p><p>　　在國內(nèi)的許多化工廠，水泥廠，鋼廠，尤其是國有老廠，其控制系統(tǒng)還在使用過時的模擬控制，甚至是全人工控制。人工控制由于人員過多效益過低，生產(chǎn)的產(chǎn)品不夠精確，安全隱患大增加了系統(tǒng)故障的可能性，還有就是工廠的試驗設(shè)備和

24、生產(chǎn)設(shè)備存在一定的相差度，以致影響了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效益。而隨著產(chǎn)品性能的提高，對自動控制系統(tǒng)的要求也越來越高，傳統(tǒng)控制已達不到系統(tǒng)要求。隨著大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路的發(fā)展以及計算機的出現(xiàn)，控制系統(tǒng)開始由傳統(tǒng)控制向自動（數(shù)字）控制方向發(fā)展。</p><p>　　在生產(chǎn)過程、科學(xué)研究和其他產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域中，可編程序自動控制技術(shù)的應(yīng)用都是十分廣泛的,在自動控制的設(shè)備中, 可編程序自動控制亦比其它的控制方法使用得更普遍。隨著科

25、學(xué)技術(shù)日新月異的發(fā)展,特別是大規(guī)模集成電路的問世和微處理機技術(shù)的應(yīng)用,使可編程序自動控制技術(shù)進入了一個嶄新的階段，因此,了解和學(xué)習這些重要技術(shù)已是必不可少。</p><p>　　隨著30多年來微電子技術(shù)的不斷發(fā)展，組態(tài)王也通過不斷的升級換代大大增強了其功能?，F(xiàn)在組態(tài)王已經(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、連網(wǎng)通訊功能等多種性能，是名符其實的多功能控制器。由組態(tài)王為主構(gòu)成

26、的控制系統(tǒng)具有可靠性高、控制功能強大、性價比高等優(yōu)點，是目前工業(yè)自動化的首選控制裝置。</p><p>　　目前我國仍有許多生產(chǎn)機械設(shè)備，都是采用繼電器控制，除了可靠性差外，設(shè)計程序也很繁雜。從方案的確立到技術(shù)條件的設(shè)計以及施工的設(shè)計，圖面的工作量很大，這勢必造成設(shè)計周期長。而采用組態(tài)王控制可以大大縮短設(shè)計周期，甚至有些文件資料不必繪制成圖。設(shè)計人員完全可以利用編程器上屏幕顯示來輸入，或修改程序使得梯形圖能準確無

27、誤地反映生產(chǎn)要求。編程人員也可根據(jù)新產(chǎn)品對生產(chǎn)提出的新工藝要求，重新編寫程序并把它存儲在EEPROM模塊中，需要加工哪個產(chǎn)品的程序，操作人員可以隨時調(diào)用，這既方便、簡單又可保密。開發(fā)這種軟件對優(yōu)化生產(chǎn)過程，提高產(chǎn)品數(shù)量和質(zhì)量，提高勞動生產(chǎn)率，非常具有實際意義?？傊F(xiàn)代的工業(yè)自動化生產(chǎn)線中,多數(shù)產(chǎn)家都采用組態(tài)王作為自動化生產(chǎn)線的控制。在未來的工業(yè)生產(chǎn)中，組態(tài)王仍然能夠引導(dǎo)自動化行業(yè)的發(fā)展，隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，組態(tài)王將在各個領(lǐng)域更加適

28、應(yīng)不同客戶的要求。</p><p><b>　　1.4研究內(nèi)容</b></p><p>　　本論文研究的是兩種液體的混合，具體控制要求如下</p><p><b>　　1.   初始狀態(tài)</b></p><p>　　裝置投入運行時，液體A、B閥門均為關(guān)閉狀態(tài)，混合液閥門打開10s

29、后關(guān)閉。</p><p><b>　　2.  起動操作</b></p><p>　　按下啟動按鈕后，裝置開始按下列規(guī)律運行：</p><p>　　1)  液體A閥門打開，液體A流入容器。當液面到達X2水位時，關(guān)閉液體A閥門，打開液體B閥門。</p><p>　　2) 當液面到達高水位X3時，

30、關(guān)閉B閥門，攪勻電動機開始攪勻。</p><p>　　3)  攪勻電動機工作20S后停止攪動，混合液體閥門打開，開始放出混合液體。</p><p>　　4)  當液面下降到50時，再過5s后，混合液排氣閥門關(guān)閉，一個周期結(jié)束。</p><p><b>　　3．報警</b></p><p>　

31、　當系統(tǒng)發(fā)生故障時，報警燈閃爍，停止混合系統(tǒng)運行。</p><p>　　具體控制示意圖如下圖：</p><p>　　圖 1-1 兩種液體混合控制示意圖</p><p>　　第2章 液體混合裝置的控制的硬件設(shè)計</p><p>　　2.1液體混合裝置結(jié)構(gòu)及控制要求</p><p>　　圖2-1為混合液體控制裝置示意圖，X

32、2為A液體高度傳感器，X3為加入B液體后混合液體高度傳感器，X1為剩余50時液面高度傳感器，液體A、B與混合液閥由電磁閥Y1、Y2、Y3控制，排氣電磁閥由 Y5控制，攪拌電動機由Y4電磁閥控制，報警由電磁閥Y6控制，M為攪勻電動機。</p><p>　　圖2-1混合液體控制裝置示意圖</p><p><b>　　2.2 硬件選用</b></p><

33、;p>　　2.2.1選擇接觸器</p><p>　　1 選用CJX1-9，220V型接觸器，如圖2-2所示：</p><p>　　圖2-2 CJX1-9，220V型交流接觸器</p><p>　　其中“C”表示接觸器，“J”表示交流，20為設(shè)計編號，10/16為主觸頭額定電流</p><p><b>　　2 用途</b&

34、gt;</p><p>　　CJX1系列交流接觸器(以下簡稱接觸器)適用于交流50Hz 或 60Hz，壓至660V，額定絕緣電壓至660V；電流9～475A（380V、AC-3使用類別）的電力線路中供遠距離接通或分斷電路之用，可頻繁地起動及控制交流電動機。適用于控制交流電動機的起動、停止及反轉(zhuǎn)。</p><p><b>　　3 工作條件 </b></p>

35、<p>　　海拔高度不超過2000米；</p><p>　　周圍環(huán)境溫度：-25～+40℃；</p><p>　　空氣相對濕度：在40℃時不超過50%，低溫時允許有較大的相對濕度；</p><p>　　大氣條件：沒有會引起爆炸危險的介質(zhì)，也沒有會腐蝕金屬和破壞絕緣的氣體和導(dǎo)電塵埃 。</p><p><b>　　安裝位置

36、：</b></p><p>　　安裝面與垂直面的傾斜度不超過±5°；</p><p>　　在無顯著搖動和沖擊的地方；</p><p>　　在沒有雨雪侵襲的地方；</p><p>　　控制電壓允許變動范圍：85%～110%US。</p><p><b>　　4 結(jié)構(gòu)特征 <

37、/b></p><p>　　總體結(jié)構(gòu)：接觸器為E字形鐵芯，雙斷點觸頭的直動式運動結(jié)構(gòu)。接觸器動作機構(gòu)靈活，手動檢查方便，結(jié)構(gòu)設(shè)計緊湊，可防止外界雜物及灰塵落入接觸器活動部位。接線端有罩蓋，人手不會直接接觸帶電部位，可確保使用安全。接觸器外形尺寸小巧，安裝面積小。安裝方式可用螺釘堅固，9~38A也可扣裝在35毫米寬的標準安裝導(dǎo)軌上，裝卸迅速、方便。</p><p>　　觸頭系統(tǒng)：主觸頭

38、、輔助觸頭均為橋式雙斷點結(jié)構(gòu)，觸頭材料由導(dǎo)電性能優(yōu)越的銀合金制成，具有使用壽命長及良好的接觸可靠性，滅弧室成封閉型，并由阻燃性材料阻擋電弧向外噴濺，保證人身及鄰近電器的安全。</p><p>　　磁系統(tǒng)：9～38A接觸器的磁系統(tǒng)是通用的，電磁鐵工作可靠、損耗小、具有很高的機械強度，線圈的接線端裝有電壓規(guī)格的標志牌，標志牌按電壓等級著有特定的顏色，清晰醒目，接線方便，可避免因接錯電壓規(guī)格而導(dǎo)致線圈燒毀。</p

39、><p>　　2.2.2選擇攪拌電機</p><p>　　三相異步電動機應(yīng)用非常廣泛，因而正確的選擇電動機顯得極為重要。三相異步電動機的選擇包括它的功率、種類、方式、電壓和轉(zhuǎn)速等。</p><p><b>　　1 功率選擇 </b></p><p>　　合理選擇電動機的功率是運行安全和經(jīng)濟的可靠保證。所選電動機的功率是由生

40、產(chǎn)機械所需的功率確定的。 </p><p>　　1). 連續(xù)運行電動機功率的選擇 </p><p>　　原則：對于連續(xù)運行的電動機，若負載是恒定負載，先算出生產(chǎn)機械的功率，所選電動機的額 定功率稍大于或等于生產(chǎn)機械功率（即若負載是變化的，計算比較復(fù)雜，通常根據(jù)生產(chǎn)機械負載的變化規(guī)律求出等效的恒定負載，然后選擇電動機）。 </p><p>　　2). 短時運行電動機功

41、率的選擇 </p><p>　　原則：通常是根據(jù)過載系數(shù)λ來選擇短時運行電動機的功率。 （原因由于發(fā)熱慣性，在短時運行時可以容許過載。工作時間愈短，過載可以愈大。但電動機的過載是受限制的）。</p><p>　　電動機的額定功率是生產(chǎn)機械所要求功率的1/λ。</p><p>　　2 種類和型式的選擇 </p><p>　　種類選擇原則：主要從

42、交流或直流、機械特性、調(diào)速與起動性能、維護及價格等方面來考慮。 </p><p>　　結(jié)構(gòu)型式選擇原則：根據(jù)生產(chǎn)機械的周圍環(huán)境條件來確定。 </p><p>　　電動機常用的結(jié)構(gòu)型式有：開啟式、防護式、封閉式、防爆式。</p><p>　　3 電壓和轉(zhuǎn)速的選擇 </p><p>　　電壓等級選擇原則：要根據(jù)電動機類型、功率以及使用地點的電源電

43、壓來決定。Y系列籠型電動機的額定電壓只有380V一個等級；大功率異步電動機才采用3000V、6000V的電壓等級。 </p><p>　　轉(zhuǎn)速選擇原則：根據(jù)生產(chǎn)機械的要求而選定。</p><p>　　圖2-3 電動機型號為Y90S-6/0.75KW</p><p>　　Y系列三相異步電動機是一般用途低壓三相鼠籠型異步電動機基本系列。該系列可以滿足國內(nèi)外一般用途的需要

44、，機座范圍80-315，是全國統(tǒng)一設(shè)計的系列產(chǎn)品。Y系列電動機具有高效、節(jié)能、性能好、振動小、噪聲低、壽命長、可靠性高、維護方便、起動轉(zhuǎn)矩大等優(yōu)點。安裝尺寸和功率等級完全符合IEC標準。采用B級絕緣、外殼防護等級為IP44，冷卻方式IC418. </p><p>　　2.2.3選擇小型三極斷路器</p><p>　　圖2-4 DZ47-63系列小型斷路器</p><p&

45、gt;<b>　　適用范圍：</b></p><p><b>　　交流50Hz</b></p><p>　　額定工作電壓至380V</p><p><b>　　額定電流至63A</b></p><p>　　額定短路分斷能力不超過6000A的配電線路中</p>&l

46、t;p>　　作為過載和短路保護之用，亦可作為線路不頻繁通斷操作與轉(zhuǎn)換之用，斷路器符合GB10963.1標準。</p><p>　　2.2.4選擇液位傳感器</p><p>　　選用LSF-2.5型液位傳感器（圖2-5）</p><p>　　圖 2-5 LSF-2.5型液位傳感器</p><p>　　其中“L”表示光電的，“S”表示傳感器

47、，”F“表示防腐蝕的，2.5為最大工作壓力。</p><p>　　LSF系列液位開關(guān)可提非常準確、可靠的液位檢測，其原理是依據(jù)光的反射折射原理，當沒有液體時，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。</p&

48、gt;<p>　　相關(guān)元件主要技術(shù)參數(shù)及原理如下：</p><p>　　1. 工作壓力可達2.5Mpa；</p><p>　　2. 工作溫度上限為125℃；</p><p>　　3. 觸點壽命為100萬次；</p><p>　　4. 觸點容易為70W；</p><p>　　5. 開關(guān)電壓為24VDC；&l

49、t;/p><p>　　6. 切換電流為0.5A。</p><p>　　2.2.5選擇電磁閥</p><p><b>　　1 入罐液體的選用</b></p><p>　　入罐液體的選用VF4-25型電磁閥，如圖2-6所示：</p><p>　　圖2-6 VF4-25型電磁閥</p><

50、;p>　　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。</p><p>　　相關(guān)元件主要技術(shù)參數(shù)及原理如下：</p><p>　　l) 材質(zhì)：聚四氟乙烯。使用介質(zhì)：硫酸、鹽酸、有機溶劑、化學(xué)試劑等酸堿性的液體；</p><p>　　2). 介質(zhì)溫度≤150℃／環(huán)境溫度-20一60℃；</p><p>

51、;　　3). 使用電壓：AC:220V50HZ/60HZ DC:24V；</p><p>　　4). 功率：AC:2.5KW；</p><p>　　5). 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。</p><p><b>　　2 出罐液體的選用</b></p><p>　　出罐液體的選用AVF-40型電

52、磁閥，如圖2-8所示：</p><p>　　圖2-7 -AVF-40型電磁閥</p><p>　　其中“A”表示可調(diào)節(jié)流量， “V”表示電磁閥，“F”表示防腐蝕，40為口徑（mm）</p><p>　　相關(guān)元件主要技術(shù)參數(shù)及原理如下：</p><p>　　1). 其最大特點就是能通過設(shè)備上的按健設(shè)置來控制流量，達到定時排空的效果；</p

53、><p>　　2). 其閥體材料為：ABS，有比較強的抗腐蝕能力；</p><p>　　3). 使用電壓：AC:220V 50HZ/60HZ DC:24V；</p><p>　　4). 功率：AC:5KW。</p><p>　　2.2.6選擇泄壓閥</p><p>　　由控制系統(tǒng)中的要求，泄壓閥選用浙江三正閥門有限公司生產(chǎn)

54、的YQ98002型過濾活塞式安全泄壓閥，其主要特點如下：</p><p>　　1、設(shè)定壓力準確，能長期穩(wěn)定，一旦超壓能迅速泄壓。</p><p>　　2、彈性軟密封，確?？煽?，滴水不陋。</p><p>　　3、Y形寬體腔筏，流阻小、抗汽蝕性強，無噪音。</p><p>　　4、活塞傳動，平穩(wěn)可靠。</p><p>　

55、　5、可任何角度安裝。</p><p>　　圖2-8 YQ98002型過濾活塞式安全泄壓閥</p><p>　　2.3 S7-200的CPU的選擇</p><p>　　在本控制系統(tǒng)中，所需的開關(guān)量輸入為6點，開關(guān)量輸出為6點，考慮到系統(tǒng)的可擴展性和維修的方便性，選擇模塊式組態(tài)王。由于輸入輸出數(shù)比較少，所以我們的組態(tài)王控制器選用西門子的S7-200，CPU為224

56、的模塊就足夠了。      1 編程器的選用與簡介</p><p>　　1）西門子STEP 7-Micro/WIN32編程軟件簡介    STEP 7-Micro/WIN32編程軟件是西門子公司專為SIMATIC系列S7-200可編程控制器研制開發(fā)的編程軟件，它可以使用個人計算機作為圖形編程器，用于在線（聯(lián)機）或者（脫機）開發(fā)用

57、戶程序，并可在線實時監(jiān)控用戶程序的執(zhí)行狀態(tài)，是西門子S7-200用戶不可缺少的開發(fā)工具。具有簡單，易學(xué)，高效，節(jié)省編程時間，能夠解決復(fù)雜的自動化任務(wù)；它具有強大的拓展功能，現(xiàn)在漢化程序后，可在漢化的界面下進行操作，使用起來更加方便。S7-200組態(tài)王結(jié)構(gòu)如下圖：</p><p>　　圖2-9 S7－200 組態(tài)王結(jié)構(gòu)</p><p>　　2 ）S7-200系列組態(tài)王概述 &

58、#160;  西門子S7系列可編程控制器分為S7-400、S7-300、S7-200三個系列，分別為S7系列的大、中、小型可編程控制器系統(tǒng)。S7-200系列可編程控制器有CPU21X系列，CPU22X系列，22版與21版相比，硬件、軟件都有改進。22版向下兼容21版的功能。 22版與21的主要區(qū)別是： 21版CPU的自由口通訊速率300、600被22版的57600、115200所取代，22版不再支持300和60

59、0波特率 ，22版不再有智能模塊位置的限制 </p><p>　　其中CPU22X型可編程控制器提供了4個不同的基本型號，常見的有CPU221，CPU222，CPU224和CPU226四種基本型號。    a 集成的24V電源    可直接連接到傳感器和變送器執(zhí)行器，CPU 221和CPU222具有180mA 輸出。CPU224輸

60、出280mA，CPU 226、CPU 226XM輸出400mA 可用作負載電源。    b 高速脈沖輸出    具有2 路高速脈沖輸出端，輸出脈沖頻率可達20KHz，用于控制步進電機或伺服電機，實現(xiàn)定位任務(wù)    c 通信口    CPU 221、CPU222和CPU224具有1個RS-485通信口。CPU 2

61、26、CPU 226XM具有2個RS-485通信口。支持PPI、MPI通信協(xié)議，有自由口通信能力。    d 模擬電位器    CPU221/222有1個模擬電位器，CPU224/226/226XM有2個模擬電位器。模擬電位器用來改變特殊寄存器（SMB28，SMB29）中的數(shù)值，以改變程序運行時的參數(shù)。如定時器、計數(shù)器的預(yù)置值，過程量的控制參數(shù)。  &

62、#160; e 中斷輸入允許以極快的速度對過程信號的上升沿作</p><p>　　圖2-10 S7-200組態(tài)王的結(jié)構(gòu)分布示意圖</p><p>　　S7-200的工作環(huán)境要求為： 0°C－55°C，水平安裝  0°C－45°C，垂直安裝  相對濕度95%，不結(jié)露  西門

63、子還提供S7-200的寬溫度范圍產(chǎn)品（SIPLUS S7-200）： 工作溫度范圍：-25°C－+70°C  相對濕度：55°C時98%，70°C時45%  其他參數(shù)與普通S7-200產(chǎn)品相同 </p><p>　　2 S7－200 組態(tài)王運行示意圖</p><p>　　圖

64、2-11 S7-200組態(tài)王的運行示意</p><p>　　3 S7－200 組態(tài)王結(jié)構(gòu)</p><p>　　S7-200 CPU將一個微處理器、一個集成電源和數(shù)字量I/O點集成在一個緊湊的封裝中，從而形成了一個功能強大的微型組態(tài)王， 在下載了程序之后，S7-200將保留所需的邏輯，用于監(jiān)控應(yīng)用程序。，下圖為組態(tài)王控制液體混合的示意圖。</p><p>　　圖2

65、-12 組態(tài)王控制液體混合的示意圖</p><p>　　4 下圖為S7-200的掃描工作過程</p><p>　　圖2-13 S7-200的掃描工作過程</p><p>　　如圖S7-200的掃描工作過程知，組態(tài)王可自動檢測I/O口是否出錯，CPU可強制為STOP，但是本設(shè)計，出錯后報警，報警燈要閃爍，所以不能強制為STOP，只能用程序控制停止程序。</p&

66、gt;<p>　　第3章 液體混合裝置的控制的軟件設(shè)計</p><p>　　3.1控制要求及分析：</p><p><b>　　1.   初始狀態(tài)</b></p><p>　　裝置投入運行時，液體A、B閥門均為關(guān)閉狀態(tài)，混合液閥門打開10s后關(guān)閉。</p><p><b>　　

67、2.  起動操作</b></p><p>　　按下啟動按鈕后，裝置開始按下列規(guī)律運行：</p><p>　　1)  液體A閥門打開，液體A流入容器。當液面到達X2水位時，關(guān)閉液體A閥門，打開液體B閥門。</p><p>　　對1）的分析，由于A液體電磁閥動作兩次，分別表示注入A液體和停止A液體的注入，所以為了便于分析，不用停

68、止注入A液體作為注入B液體的順序開關(guān)。而用初始狀態(tài)結(jié)束作為注入B液體的順序開關(guān)。</p><p>　　2) 當液面到達高水位X3時，關(guān)閉B閥門，攪勻電動機開始攪勻。</p><p>　　3)  攪勻電動機工作20S后停止攪動，混合液體閥門打開，開始放出混合液體。</p><p>　　對3）的分析：由于初始狀態(tài)也有混合液體電磁閥的動作，所以用攪拌結(jié)束作為第二

69、次混合液體電磁閥的動作的順序開關(guān)。</p><p>　　4)  當液面下降到50時，再過5s后，混合液排氣閥門關(guān)閉，一個周期結(jié)束。</p><p>　　對4）的分析：對于排氣電磁閥，假設(shè)是在液面降到50時，排氣閥打開，5S之后，混合液體停止排放，排氣閥關(guān)閉。</p><p><b>　　3．報警</b></p>

70、<p>　　當系統(tǒng)發(fā)生故障時，報警燈閃爍，停止混合系統(tǒng)運行。</p><p>　　對報警的分析：停止混合系統(tǒng)運行可視為，停止液體A和液體B的注入。混合液體排放和排氣閥的動作不運行液體混合。</p><p>　　下圖為兩種液體混合裝置的流程圖：</p><p>　　圖 3-1 液體混合程序流程圖</p><p>　　3.2兩種液體混

71、合裝置的輸入/輸出分配</p><p>　　在確定了控制對象的控制任務(wù)和選擇好組態(tài)王的機型后，即可安排輸入、輸出的配置，并對輸入、輸出進行地址編號。分配I/O地址時要注意以下問題：</p><p>　　1、設(shè)備I/O地址盡可能連續(xù)；</p><p>　　2、相鄰設(shè)備I/O地址盡可能連續(xù)；</p><p>　　3、輸入/輸出I/O地址分開；&l

72、t;/p><p>　　4、每一框架I/O地址不要全部占滿，要留有一定的余量，便于系統(tǒng)擴展和工藝流程的改，但不宜保留太多，否則會增加系統(tǒng)成本；</p><p>　　5、充分考慮控制柜與控制柜之間、框架與框架之間、模塊與模塊之間的信號聯(lián)系，合理地安排I/O地址，減少它們之間的內(nèi)部連線。</p><p>　　因此系統(tǒng)輸入輸出分配如下：</p><p>

73、　　表3-1 輸入分配表</p><p>　　表3-2 輸出分配表</p><p>　　表3-3 定時器分配表</p><p>　　3.3兩種液體混合裝置的輸入/輸出接線圖</p><p>　　圖3-2 兩種液體混合裝置的輸入/輸出接線圖</p><p>　　3.4兩種液體混合裝置的梯形圖</p><

74、;p>　　圖3-3 兩種液體混合裝置的梯形圖</p><p><b>　　其工作過程分析：</b></p><p><b>　　初始狀態(tài)</b></p><p><b>　　I0.0為啟動按鈕</b></p><p>　　Q0.3為混合液體電磁閥</p>&

75、lt;p>　　T37為初始狀態(tài)排放混合液體定時器，定時10S</p><p>　　M0.0為初始狀態(tài)運行狀態(tài)</p><p>　　則按下啟動按鈕，開始排放混合液體，10S后，停止排放。</p><p><b>　　起動操作</b></p><p>　　Q0.1為A液體電磁閥 M0.1為A液體注入液位到

76、達狀態(tài)</p><p>　　Q0.2為B液體電磁閥</p><p>　　則初始狀態(tài)完成后，A液體電磁閥打開，注入A液體，到設(shè)定液位關(guān)閉A液體電磁閥，停止注入A液體，B液體電磁閥打開，開始注入B液體。</p><p>　　M0.2為B液體注入液位到達狀態(tài) Q0.5為攪拌電磁閥</p><p>　　T38為攪拌定時器，定時20S

77、 M0.3為攪拌完成狀態(tài)</p><p>　　則注入B液體，到設(shè)定液位關(guān)閉B液體電磁閥，停止注入B液體，攪拌電磁閥打開，開始攪拌混合液體。20S之后，停止攪拌，混合液體電磁閥打開，排放混合液體，攪拌完成。</p><p>　　M0.4為混合液體排出至50狀態(tài) Q0.4排氣電磁閥</p><p>　　T39為排氣定時器，定時5S<

78、;/p><p>　　則混合液體排出至50時，打開排氣電磁閥，5S之后，關(guān)閉混合液體電磁閥和排氣電磁閥，停止排放混合液體和停止排氣。</p><p><b>　　3 報警</b></p><p>　　SM5.0為I/O口錯誤監(jiān)視</p><p>　　T51為報警閃爍停止時間定時器，定時3ms</p><p&

79、gt;　　T50為報警閃爍閃爍時間定時器，定時2ms</p><p>　　Q0.6為報警電磁閥</p><p>　　則運行出錯時報警燈閃爍。</p><p>　　則運行出錯時，關(guān)閉A液體電磁閥，或B液體電磁閥，停止注入液體。</p><p><b>　　程序結(jié)束。</b></p><p>　　第4

80、章 液體混合裝置的控制的組態(tài)王監(jiān)控設(shè)計</p><p><b>　　4.1組態(tài)王選擇</b></p><p>　　組態(tài)王6.50（64點）</p><p>　　版號6.5.0.31</p><p>　　版權(quán) 北京亞控科技發(fā)展有限公司</p><p>　　4.2組態(tài)畫面監(jiān)視設(shè)計</p>

81、<p><b>　　1 主畫面設(shè)計</b></p><p>　　圖 4-1 兩種液體混合設(shè)計組態(tài)王主畫面</p><p>　　如上圖所示，可顯示反應(yīng)罐A注入的A液體的體積，與反應(yīng)罐B注入的B液體的體積，以及反應(yīng)罐混合液體體積。而報警畫面可自動跳出。</p><p>　　2 畫面數(shù)據(jù)設(shè)置如下圖</p><p>

82、　　圖 4-2畫面數(shù)據(jù)設(shè)置</p><p>　　如上圖，A液位，B液位及反應(yīng)液位都為I/O整數(shù)，只讀，并且設(shè)置了報警的數(shù)值最大值，具體見下圖。</p><p>　　圖 4-3 A原料罐液位數(shù)據(jù)設(shè)置</p><p>　　圖 4-4 B原料罐液位數(shù)據(jù)設(shè)置</p><p>　　圖 4-5 反應(yīng)罐液位數(shù)據(jù)設(shè)置</p><p&

83、gt;　　數(shù)據(jù)設(shè)置好之后，可關(guān)聯(lián)畫面，關(guān)聯(lián)的是模擬值輸出，如下圖</p><p>　　圖4-6 圖中模擬值輸出設(shè)置圖</p><p>　　A原料罐液位數(shù)據(jù)顯示為2位整數(shù)，居中顯示，如下圖</p><p>　　圖4-7 模擬值連接為A原料罐液位</p><p>　　B原料罐液位數(shù)據(jù)顯示為2位整數(shù)，居中顯示，如下圖</p><

84、p>　　圖4-8 模擬值連接為B原料罐液位</p><p>　　反應(yīng)罐液位數(shù)據(jù)顯示為3位整數(shù)，居中顯示，如下圖</p><p><b>　　\</b></p><p>　　圖4-9 模擬值連接為反應(yīng)罐液位</p><p>　　3 報警畫面的設(shè)置如下圖</p><p>　　圖4-10 報警畫面

85、設(shè)置圖</p><p>　　畫面顯示可通過主畫面的命令語言顯示，如下圖，有報警，顯示報警畫面，報警確認后，重新顯示主畫面。</p><p>　　圖4-11 主畫面與報警畫面轉(zhuǎn)換的設(shè)置圖</p><p>　　報警是由報警數(shù)據(jù)實現(xiàn)的，如下圖，</p><p>　　\\本站點\A原料罐液位.Hilimit=100 ，優(yōu)先級為10</p>

86、<p>　　\\本站點\B原料罐液位.Hilimit=100 ，優(yōu)先級為5</p><p>　　\\本站點\反應(yīng).Hilimit=250 ，優(yōu)先級為1</p><p>　　根據(jù)實際情況，只需設(shè)計最高至報警，而報警優(yōu)先級反應(yīng)（及混合液體）優(yōu)先級最高，A原料罐液位優(yōu)先級最低。</p><p>　　圖 4-12 A液位 B液位 反應(yīng)（反應(yīng)罐液位）報警設(shè)置&l

87、t;/p><p><b>　　歷史報警設(shè)置如下圖</b></p><p>　　圖4-14 歷史報警設(shè)置圖</p><p><b>　　結(jié)束語</b></p><p>　　此畢業(yè)設(shè)計，首先讓自己對組態(tài)王軟件和PLC這兩門課的掌握有了進 一步的加深和鞏固，能夠更熟練的應(yīng)用各種功能，特別是運用它來完成項目。雖

88、然如此，我的設(shè)計做的還是不夠好，因為我對這兩門課程，了解的還不是疤痕透徹，因此，我還要更加努力的學(xué)習工控方面的知識，以拓展我的知識面。相信自己在今后的學(xué)習當中能夠?qū)⒆詣涌刂谱龅母油昝馈?lt;/p><p><b>　　答謝辭</b></p><p>　　本畢業(yè)設(shè)計是在**老師精心指導(dǎo)和大力支持下完成的。劉勇老師以其嚴謹求實的治學(xué)態(tài)度、高度的敬業(yè)精神、兢兢業(yè)業(yè)、孜孜以求的

89、工作作風和大膽創(chuàng)新的進取精神對我產(chǎn)生重要影響。他淵博的知識、開闊的視野和敏銳的思維給了我深深的啟迪。同時，在此次畢業(yè)設(shè)計過程中我也學(xué)到了許多了關(guān)于自動控制方面的知識，實驗技能有了很大的提高。 </p><p>　　另外，我還要特別感謝師長們對我實驗以及論文寫作的指導(dǎo)，他們?yōu)槲彝瓿蛇@篇論文提供了巨大的幫助。還要感謝同學(xué)對我的無私幫助，使我得順利完成論文。</p><p>　　不積跬步何以至千

90、里，本設(shè)計能夠順利的完成，也歸功于各位任課老師的認真負責，使我能夠很好的掌握和運用專業(yè)知識，并在設(shè)計中得以體現(xiàn)。正是有了他們的悉心幫助和支持，才使我的畢業(yè)論文工作順利完成，在此向山東職業(yè)學(xué)院電氣工程系的全體老師表示由衷的謝意。感謝他們對我的辛勤栽培。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] Kingview—北京亞控科技發(fā)展有限公司.

91、 組態(tài)王6.55使用手冊</p><p>　　[2] Kingview—北京亞控科技發(fā)展有限公司. 組態(tài)王軟件教程</p><p>　　[3] Kingview—北京亞控科技發(fā)展有限公司. 組態(tài)王初級培訓(xùn)教程</p><p>　　[4] 姚立波. 工業(yè)控制技術(shù)及應(yīng)用, 天津大學(xué)出版社,2008.10</p><p>　　[5] 西門子(中國)

92、有限公司自動化與驅(qū)動集團.深入淺出西門子</p><p>　　WinCC V6（第2版），北京航空航天大學(xué)出版社</p><p>　　[6]《組態(tài)控制技術(shù)》 袁秀英主編 電子工業(yè)出版社 2003-08</p><p>　　[7]《過程控制系統(tǒng)》 齊衛(wèi)紅主編 電子工業(yè)出版社 2007-05</p><p>　　[8]《典型工業(yè)過