簡易物料攪拌電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)【畢業(yè)論文】

1、<p>　　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)</p><p>　　論文題目簡易物料攪拌電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　(英文) Design of electrical control </p><p>　　system in Simple Mixing of materials </p><p>　　所在學(xué)院 電子信息學(xué)院

2、 </p><p>　　專業(yè)班級 電氣工程及其自動(dòng)化 </p><p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號 </p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 日</p&

3、gt;<p><b>　　摘要</b></p><p>　　可編程序控制器是一種專門為工業(yè)環(huán)境中的應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，以微處理器芯片為核心的新型工業(yè)控制裝備。隨著PLC等處理器的發(fā)展，自動(dòng)控制系統(tǒng)廣泛用于工業(yè)生產(chǎn)中。傳統(tǒng)的控制方式因技術(shù)手段落后、生產(chǎn)效率低等弊端已不能適應(yīng)企業(yè)生產(chǎn)的需要。</p><p>　　本文以西門子公司S7-200型控制器為核心，對工業(yè)生

4、產(chǎn)中常用的兩種液體自動(dòng)混合、自動(dòng)攪拌和自動(dòng)放料系統(tǒng)為控制對象，通過對攪拌工藝流程的分析，理清系統(tǒng)輸入與輸出設(shè)備，完成了系統(tǒng)I/O地址的分配、硬件組成設(shè)計(jì)及系統(tǒng)梯形圖設(shè)計(jì)。</p><p>　　系統(tǒng)硬件主要由S7-200可編程控制器、電磁閥、泵以及液位變送器等組成，編程軟件采用采用西門子編程軟件STEP7。系統(tǒng)通過液位傳感器將現(xiàn)場液位信號傳送給西門子PLC，并由PLC對現(xiàn)場輸入信號處理后，發(fā)出相應(yīng)的控制指令，完成系

5、統(tǒng)的自動(dòng)控制。</p><p>　　關(guān)鍵字：PLC，液體攪拌系統(tǒng)，液位傳感器，電磁閥</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　The programmable logic controller is designed specifically for applications in industrial env

6、ironments, and is the core of industrial control equipment with the new microprocessor chip . With the development of PLC and other processors, automatic control systems are widely used for industrial production. Traditi

7、onal control methods are no longer meet the industries' needs of the enterprise ,due to drawbacks of technical means , low production efficiency .</p><p>　　With the core of the Siemens S7-200 controller

8、and the controlled subject of system of automatic mixing and emptying two liquids in industrial production, through the analysis of the mixing process to sort out the system input and output equipment and to complete the

9、 allocation of I / O address system, and the designed hardware system and ladder designed system.</p><p>　　The hardware system is mainly composed by the S7-200 programmable controllers, solenoid valves, pum

10、ps and liquid level transmitter. We use the Siemens programming software STEP 7 to program software.The system sent signals to the Siemens PLC by the PLC signal by the level liquid sensor , and then handle the live field

11、 input signal ,sent out the corresponding control command to complete the system of automatic control..</p><p>　　Key words: PLC, liquid mixing systems, liquid level sensors, solenoid valves</p><p&

12、gt;<b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 引言1</b></p><p>　　2 物料攪拌電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求2</p><p>　　2.1物料攪拌系統(tǒng)的工藝流程2</p><p>　　2.2物料攪拌電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求2</p><p>

13、;　　3物料攪拌電氣控制系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì)4</p><p>　　3.1物料攪拌系統(tǒng)控制方案選擇4</p><p>　　3.1.1利用PLC 實(shí)現(xiàn)物料混合控制4</p><p>　　3.1.2積分分離式PID控制對物料攪拌的控制4</p><p>　　3.1.3單片機(jī)對物料攪拌的控制4</p><p>　　3

14、.2元器件的選型5</p><p>　　3.2.1 PLC的選型5</p><p>　　3.2.2 S7-200可編程控制器的特點(diǎn)6</p><p>　　3.2.3 其他低壓電器的選型7</p><p>　　3.2.4 系統(tǒng)總體組成9</p><p>　　4物料攪拌系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)10</p>

15、<p>　　4.1主電路的設(shè)計(jì)10</p><p>　　4.2系統(tǒng)I/O點(diǎn)的分析12</p><p>　　5物料攪拌系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)14</p><p>　　5.1設(shè)計(jì)的流程圖14</p><p>　　5.1.1清空混料罐內(nèi)殘流液體的流程圖14</p><p>　　5.1.2進(jìn)料攪拌流程圖14&

16、lt;/p><p>　　5.1.3出料流程圖15</p><p>　　5.2梯形圖設(shè)計(jì)17</p><p><b>　　6 總結(jié)22</b></p><p><b>　　致謝23</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)24</b></p

17、><p><b>　　1 引言</b></p><p>　　目前，我國的液體攪拌系統(tǒng)大部分采用傳統(tǒng)的繼電器進(jìn)行控制，這種方法耗能大，浪費(fèi)大，攪拌效果不好，給工廠浪費(fèi)很多資金，同時(shí)對噪聲污染也很嚴(yán)重。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，生產(chǎn)廠家對生產(chǎn)的自動(dòng)化水平有了更高的要求。所以，對攪拌系統(tǒng)應(yīng)該進(jìn)行改進(jìn)，使它可以靈活的根據(jù)液體的不同而進(jìn)行混料的濃度可調(diào)，從而達(dá)到節(jié)能環(huán)保目的。<

18、;/p><p>　　攪拌機(jī)，是一種帶有葉片的軸在圓筒或槽中旋轉(zhuǎn)，將多種原料進(jìn)行攪拌混合，使之成為一種混合物或適宜稠度的機(jī)器。拌機(jī)分為很多種類：有強(qiáng)制式攪拌機(jī)、單臥軸攪拌機(jī)、雙臥軸攪拌機(jī)等等。其注意事項(xiàng)：攪拌機(jī)及自動(dòng)供料機(jī)，必須把里面清洗干凈，尤其是冬天，這樣能延長壽命。攪拌機(jī)即是混合機(jī)，因?yàn)榛旌蠙C(jī)的通常作用就是混合攪拌各類干粉砂漿，故俗稱物料攪拌機(jī)。物料攪拌器是典型的攪拌設(shè)備，使用攪拌機(jī)來攪拌物料可以達(dá)到良好的混合、

19、均勻效果。</p><p>　　國內(nèi)開發(fā)生產(chǎn)攪拌設(shè)備起步于20世紀(jì)50—60年代，國內(nèi)攪拌主機(jī)經(jīng)歷了JG型鼓式攪拌機(jī)→JZ雙錐自落式攪拌機(jī)→JD、JS型單、雙臥軸強(qiáng)制式攪拌機(jī)和行星強(qiáng)制式攪拌機(jī)等幾個(gè)發(fā)展階段。由于我國的城市化進(jìn)程不斷向前推進(jìn)，攪拌站得到了高速發(fā)展。目前我國攪拌站生產(chǎn)企業(yè)眾多，產(chǎn)品已形成系列化，但技術(shù)水平參差不齊，只有部分產(chǎn)品接近國際先進(jìn)水平，有些技術(shù)已經(jīng)超過進(jìn)口攪拌站的水平，其中部分產(chǎn)品具有自動(dòng)化

20、程度高、生產(chǎn)能力高、稱量精度高、投資少、攪拌質(zhì)量好，能實(shí)現(xiàn)多倉號、多配合比、不間斷地連續(xù)生產(chǎn)以及主機(jī)及其主要元器件的國產(chǎn)化程度高等優(yōu)點(diǎn)，但我國的攪拌站還存在著整體技術(shù)含量不高、普及率不高、地區(qū)差異較大、智能化程度不高和環(huán)保性能不高等缺點(diǎn)[1]。</p><p>　　由于PLC可靠性好、抗干擾性強(qiáng)、編程簡單和維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于物料攪拌的控制中。本課題基于PLC控制技術(shù)對簡易物料攪拌系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，利用實(shí)驗(yàn)室的P

21、LC控制器及相關(guān)設(shè)備對物料攪拌電氣控制進(jìn)行模擬具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。設(shè)計(jì)中的方案、分析方法等可以為建筑物料攪拌電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供有一定的參考價(jià)值。</p><p>　　2 物料攪拌電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求</p><p>　　2.1物料攪拌系統(tǒng)的工藝流程 </p><p>　　整個(gè)攪拌系統(tǒng)由進(jìn)料罐、混料罐、出料罐以及液位變送器、電機(jī)、泵、電磁閥組成。該系統(tǒng)需要電磁閥

22、5個(gè)，攪拌電機(jī)1個(gè)，進(jìn)料泵及出料泵總共4個(gè)。整個(gè)系統(tǒng)的工業(yè)流程如圖2-1所示。</p><p>　　圖2-1 系統(tǒng)工業(yè)流程圖</p><p>　　在開始工作前，第一步工作是清空混料罐內(nèi)的殘留液體，打開出料閥及出料泵和電磁閥1、電磁閥2，延時(shí)10S后關(guān)斷出料閥及泵3、電磁閥1。接下來開始新的攪拌流程。進(jìn)料泵1和進(jìn)料泵2同時(shí)運(yùn)行。在進(jìn)料的過程當(dāng)中，在一種原料液位到達(dá)設(shè)定值時(shí)，另一種原料才能進(jìn)入

23、混料罐。兩種原料必須單獨(dú)進(jìn)入混料罐內(nèi)。攪拌時(shí)間設(shè)置為20S。在向出料罐送料時(shí)，電磁閥1和電磁閥2禁止工作。先向出料罐1送料，再向出料罐2送料。當(dāng)混料罐液位到達(dá)I液位時(shí)延時(shí)10s停止。進(jìn)料或出料時(shí)當(dāng)液位達(dá)到設(shè)定值時(shí)，泵和電磁閥并設(shè)有停止工作時(shí)報(bào)警指示燈亮，發(fā)出報(bào)警。</p><p>　　2.2物料攪拌電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求</p><p>　　根據(jù)企業(yè)的設(shè)計(jì)需求，本文中液體的名稱及液位的高度

24、用字母表示。設(shè)計(jì)要求在混料罐內(nèi)混合兩種液體，在確定混料罐內(nèi)沒有殘留液體時(shí)，出料閥打開10s，然后注入A液體，當(dāng)A液面上升到L位時(shí)關(guān)斷A液；B液開始注入，B液面上升到H位時(shí)關(guān)斷B液，進(jìn)液動(dòng)作停止；攪拌電機(jī)M開始攪拌，攪拌均勻后(時(shí)間設(shè)定為20s)停止；出料閥打開，兩個(gè)出料泵按照特定產(chǎn)品需求順序進(jìn)行工作，實(shí)現(xiàn)出料，當(dāng)出料動(dòng)作結(jié)束后整個(gè)系統(tǒng)停止工作。</p><p>　　系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求在了解攪拌工藝流程的基礎(chǔ)上，分析系統(tǒng)

25、的輸入與輸出點(diǎn)，完成系統(tǒng)主電路及外圍電路的設(shè)計(jì)、元器件的選型及梯形圖的設(shè)計(jì)。</p><p>　　3物料攪拌電氣控制系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1物料攪拌系統(tǒng)控制方案選擇</p><p>　　物料攪拌系統(tǒng)是個(gè)機(jī)電一體化的系統(tǒng)，其采用的技術(shù)一般為PLC技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)及PID控制算法。</p><p>　　3.1.1利用PLC

26、實(shí)現(xiàn)物料混合控制</p><p>　　可編程控制器（PLC）是自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)三者結(jié)合的通用工業(yè)自動(dòng)化裝置。在工業(yè)生產(chǎn)各領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，已成為工業(yè)自動(dòng)化的三大支柱之一。在現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)過程中，PLC在工業(yè)控制領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用?？刹捎肞LC控制方式以及新穎的變頻調(diào)速喂料機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)物料傳送、配料控制、配方設(shè)計(jì)的物料混合生產(chǎn)的自動(dòng)控制。并可以通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)多個(gè)配料系統(tǒng)的集合控制，提高了配料精度，

27、提高了勞動(dòng)生產(chǎn)力水平[2]。</p><p>　　3.1.2積分分離式PID控制對物料攪拌的控制</p><p>　　PID控制是最早發(fā)展起來的控制策略之一,其算法簡單、魯棒性好、可靠性高,被廣泛應(yīng)用于過程控制和運(yùn)動(dòng)控制中,然而實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)過程由于非線性、時(shí)變不確定性,難以建立精確的數(shù)學(xué)模型,應(yīng)用普通PID控制器往往不能達(dá)到理想的控制效果。在物料攪拌生產(chǎn)過程中不可預(yù)測的干擾很多,一組固定的

28、PID參數(shù),要滿足各種負(fù)荷或干擾時(shí)控制性能的要求是困難的,也是不現(xiàn)實(shí)的,因此采用自尋最優(yōu)PID控制,可實(shí)現(xiàn)工況發(fā)生變化時(shí),通過及時(shí)改變PID參數(shù),使控制性能達(dá)到最佳,保證生產(chǎn)的物料的質(zhì)量[3]。</p><p>　　3.1.3單片機(jī)對物料攪拌的控制</p><p>　　在對物料攪拌控制的設(shè)計(jì)上采用單片機(jī)控制，單片機(jī)具有通電顯示、置數(shù)、計(jì)數(shù)顯示，設(shè)定步進(jìn)電機(jī)的工作狀態(tài)(時(shí)間、轉(zhuǎn)數(shù)、正、反轉(zhuǎn))

29、等功能。該系統(tǒng)的工作是由步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的，步進(jìn)電機(jī)的控制由單片機(jī)控制系統(tǒng)、步進(jìn)控制系統(tǒng)、鍵盤輸入模塊、數(shù)碼顯示模塊四個(gè)部分組成。設(shè)計(jì)由單片機(jī)給出控制脈沖信號，用脈沖分配器芯片進(jìn)行通電換相控制，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)攪拌器運(yùn)行[4]。</p><p>　　由于PLC系統(tǒng)具有靈活的配置、高速的運(yùn)算、豐富的元件資源、強(qiáng)大的數(shù)字指令集以及容易安裝等，而且可靠性強(qiáng)，特別適用于惡劣環(huán)境中工作，因此，本設(shè)計(jì)對基于PLC的物料攪拌系

30、統(tǒng)進(jìn)行研究與設(shè)計(jì)。因此系統(tǒng)總體方案是采用可編程控制器（PLC）、電磁閥、泵、電機(jī)以及液位傳感器進(jìn)行設(shè)計(jì)。為了實(shí)現(xiàn)液體攪拌系統(tǒng)的控制需要，系統(tǒng)使用PLC為控制核心。PLC根據(jù)現(xiàn)場狀況及外部輸入指令控制攪拌系統(tǒng)，并顯示操作指示及發(fā)出報(bào)警。系統(tǒng)的總體框圖如圖3-1所示。</p><p>　　圖3-1系統(tǒng)控制框圖</p><p><b>　　3.2元器件的選型</b><

31、/p><p>　　3.2.1 PLC的選型</p><p>　　可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller,縮寫PLC）是隨著技術(shù)的進(jìn)步與現(xiàn)代社會生產(chǎn)方式的轉(zhuǎn)變。他是計(jì)算機(jī)技術(shù)，自動(dòng)控制技術(shù)的通信技術(shù)相結(jié)合的一種通用自動(dòng)控制裝置。PLC的應(yīng)用技術(shù)種類有多種多樣的，其PLC包括三菱技術(shù)、施奈德技術(shù)、西門子技術(shù)等等[5]。在選擇保證可靠維護(hù)使用方法以及最佳的功能機(jī)

32、型，一般從以下幾個(gè)方面進(jìn)行考慮：</p><p>　?。ㄒ唬┬阅芘c任務(wù)相適應(yīng)</p><p>　　對于開關(guān)量控制的應(yīng)用系統(tǒng)，當(dāng)對于控制速度要求不高時(shí)，可選用小型的PLC就能夠滿足如三菱FX系列、西門子S7-200系列），對于比較復(fù)雜，控制系統(tǒng)功能較高，可選用大型PLC來滿足[6]。</p><p>　?。ǘ㏄LC的處理速度應(yīng)滿足實(shí)時(shí)控制的要求</p>

33、<p>　　PLC在工作時(shí)，從輸入信號到輸出控制存在著滯后的現(xiàn)象，滯后的時(shí)間一般要控制在幾十毫秒之間如果改進(jìn)實(shí)時(shí)速度的途徑則有以下的幾種方法：</p><p>　　1）選擇CPU處理速度塊的PLC。</p><p>　　2）采用高速響應(yīng)的模塊，其響應(yīng)的時(shí)間只取決于硬件的延時(shí)。</p><p>　　3）優(yōu)化應(yīng)用軟件，使掃描的周期可以縮短[7]。</p

34、><p>　　（三）PLC機(jī)型盡可能統(tǒng)一</p><p>　　一個(gè)大型的企業(yè)，應(yīng)盡量做到機(jī)型統(tǒng)一，用一個(gè)機(jī)型的PLC的模塊可互為備用，便于備品備件的采購和管理。同一個(gè)機(jī)型PLC的另外一個(gè)好處事，在使用上位計(jì)算機(jī)對PLC進(jìn)行管理和控制時(shí)，通信程序的編制比較方便。</p><p>　　三菱的可編程控制器小巧靈活，可靠性好，但是它的可擴(kuò)展性差，由于本系統(tǒng)考慮到擴(kuò)展的需要，如能

35、與上位機(jī)通信實(shí)現(xiàn)組態(tài)控制，系統(tǒng)的性能將更加全面，所以本系統(tǒng)選用了西門子公司的S7-200型可編程控制器。</p><p>　　3.2.2 S7-200可編程控制器的特點(diǎn)</p><p>　　S7—200系列PLC是SIEMENS公司推出的一種整體式小型可編程控制器,適用于各行各業(yè)，各種場合中的檢測、監(jiān)控及控制的自動(dòng)化，S7—200系列的強(qiáng)大功能使其無論在獨(dú)立運(yùn)行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜

36、控制功能，因此S7—200系列具有很高的性價(jià)比[8]。</p><p>　　目前S7—200系列PLC主要有CPU221、CPU222、CPU224和CPU226四種，四種CPU的外部結(jié)構(gòu)大體相同。</p><p>　　CPU221集成6輸入/4輸出共10個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)。無I/O擴(kuò)展能力。6K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲空間。4個(gè)獨(dú)立的30kHz高速計(jì)數(shù)器，2路獨(dú)立的20kHz高速脈沖輸出。1個(gè)R

37、S485通訊/編程口，具有PPT通訊協(xié)議、MPT通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。非常適合于小點(diǎn)數(shù)控制的微型控制器。</p><p>　　CPU222集成8輸入/6輸出14個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)?？蛇B接2個(gè)擴(kuò)展模塊。6K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲空間。4個(gè)獨(dú)立的30kHz高速計(jì)數(shù)器，2路獨(dú)立的20kHz高速脈沖輸出。1個(gè)RS485通訊/編程口，具有PPT通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。非常適合于小點(diǎn)數(shù)控制的微型控制器[9

38、]。</p><p>　　CPU224集成14輸入/10輸出共24個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)?？蛇B接7個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至168路數(shù)字量I/O點(diǎn)或35路模擬量I/O點(diǎn)。13K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲空間。6個(gè)獨(dú)立的30kHz高速計(jì)數(shù)器，2路獨(dú)立的20kHz高速脈沖輸出，具有PID控制器。1個(gè)RS485通訊/編程口，具有PPI通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。I/O端子排可很容易地整體拆卸。是具有較強(qiáng)控制能力的控制器。

39、</p><p>　　CPU226集成24輸入/16輸出共40個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)?？蛇B接7個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至248路數(shù)字量I/O點(diǎn)或35路模擬量I/O點(diǎn)。13K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲空間。6個(gè)獨(dú)立的30kHz高速計(jì)數(shù)器，2路獨(dú)立的20kHz高速脈沖輸出，具有PID控制器。2個(gè)RS485通訊/編程口，具有PPI通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。I/O端子排可很容易地整體拆卸。用于較高要求的控制系統(tǒng)，具有更多

40、的輸入/輸出點(diǎn)，更強(qiáng)的模塊擴(kuò)展能力，更快的運(yùn)行速度和功能更強(qiáng)的內(nèi)部集成特殊功能，可完全適應(yīng)于一些復(fù)雜的中小型控制系統(tǒng)[10]。</p><p>　　根據(jù)系統(tǒng)的輸入與輸出點(diǎn)數(shù)的要求，本系統(tǒng)選擇CPU222（1塊）、EM223（1塊）及電源模塊組成，多余的I/O為以后的系統(tǒng)升級留下空間。</p><p>　　3.2.3 其他低壓電器的選型</p><p><b&g

41、t;　　電動(dòng)機(jī)型號選擇</b></p><p>　　在物料攪拌控制系統(tǒng)中，電動(dòng)機(jī)的選擇也是至關(guān)重要的。電動(dòng)機(jī)的選擇應(yīng)該根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械工作情況選擇適當(dāng)?shù)娜萘?，并根?jù)用途和使用環(huán)境選擇適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)形式、通風(fēng)方式和防御等級等。電動(dòng)機(jī)的選擇包括機(jī)型、形式、額定功率的選擇等。</p><p>　?。ㄒ唬╇妱?dòng)機(jī)的類型選擇</p><p>　　電動(dòng)機(jī)的類型有多種多樣的，可

42、分為直流電動(dòng)機(jī)、同步電動(dòng)機(jī)、異步電動(dòng)機(jī)三大類。選擇電動(dòng)機(jī)的類型時(shí)結(jié)構(gòu)要簡單、運(yùn)行要可靠的電動(dòng)機(jī)。工作機(jī)械對拖動(dòng)系統(tǒng)沒有過高的要求，應(yīng)優(yōu)先選用交流電動(dòng)機(jī)[11]。</p><p>　?。ǘ╇妱?dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)形式的選擇</p><p>　　根據(jù)環(huán)境的條件選擇電動(dòng)結(jié)構(gòu)形式：</p><p>　　在正常環(huán)境的條件下，一般采用防護(hù)式電動(dòng)機(jī)。只有在人員和設(shè)備安全有保障的條件下才可以

43、使用電動(dòng)機(jī)。</p><p>　　在空氣中粉塵較多的場所，適合用封閉式電動(dòng)機(jī)。</p><p>　　在高溫場所，需要根據(jù)周圍的環(huán)境溫度來選擇，那么可以選擇相應(yīng)絕緣等級的電動(dòng)機(jī)，并加強(qiáng)通風(fēng)以改善電動(dòng)機(jī)的工作條件。</p><p>　　在有爆炸危險(xiǎn)的場所中可以選用防爆型的電動(dòng)機(jī)。</p><p>　?。ㄈ╇妱?dòng)機(jī)功率的選擇</p>

44、<p>　　在選擇電動(dòng)機(jī)功率是要在電動(dòng)機(jī)能夠滿足生產(chǎn)機(jī)械負(fù)載要求的前提下，選擇最經(jīng)濟(jì)的、合理的功率。如果功率過大，電動(dòng)機(jī)在輕載的狀態(tài)下運(yùn)行導(dǎo)致功率降低的現(xiàn)象，反之功率過小，電動(dòng)機(jī)經(jīng)常過載運(yùn)行，會使電動(dòng)機(jī)溫升過大，絕緣老化、使用壽命就會縮短[12]。</p><p>　　由于本設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)要求需要5臺電機(jī)來控制，分別來控制進(jìn)料罐1、進(jìn)料罐2、攪拌罐、出料罐1、出料罐2。所選的電動(dòng)機(jī)型號如下表3-1：<

45、/p><p>　　表3-1 電動(dòng)機(jī)型號一覽表</p><p><b>　　接觸器型號選擇</b></p><p>　　利用電磁吸力及彈簧反作用力配合使觸頭閉合與斷開的一種電磁開關(guān)。是一種適用于頻繁地接通和斷開交直流主電路及大容量控制電路的電器。具有低電壓保護(hù)釋放功能，控制容量大，可以遠(yuǎn)距離控制。其主要控制對象是電動(dòng)機(jī)，同時(shí)也可以控制電焊機(jī)、電容器阻

46、、照明等其他負(fù)載，是電力拖動(dòng)自動(dòng)控制線路中最廣泛使用的電器元件。但也存在噪聲大、壽命短等缺點(diǎn)[13]。</p><p>　　接觸器的選用主要考慮其類型、主觸頭的額定電壓和額定電流、輔助觸頭的數(shù)量與種類、線圈的電壓等級、操作頻率等。</p><p>　　① 根據(jù)負(fù)載的性質(zhì)選用接觸器的類型。</p><p>　　② 接觸器的額定電壓是指其主觸頭的額定電壓，選用時(shí)應(yīng)大于或

47、等于被控電路的工作電壓。</p><p>　?、?接觸器的額定電流是指其主觸頭的額定電流，選用時(shí)應(yīng)大于或等于被控電路的工作電流。對于電動(dòng)機(jī)負(fù)載還應(yīng)根據(jù)其運(yùn)行方式做適當(dāng)調(diào)整。</p><p>　　④ 接觸器線圈的額定電壓和頻率必須與所控電路的電壓和頻率一致。</p><p>　?、?接觸器的觸頭數(shù)量和種類應(yīng)滿足被控主電路和控制電路的需求。</p><

48、;p>　　⑥ 根據(jù)使用地點(diǎn)的周圍環(huán)境來選擇有關(guān)的系列和特殊的接觸器[14]。</p><p>　　由于目前交流電路的使用場合比直流廣泛，交流電動(dòng)機(jī)在工廠中使用的比重也大，所以交流接觸器的品種和規(guī)格更為繁多，常用的有CJ0、CJ10、CJ12和CJ20等系列交流接觸器。本設(shè)計(jì)中選用CJ10-20型交流接觸器。</p><p>　　3.2.4 系統(tǒng)總體組成</p><

49、p>　　物料攪拌系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要包括硬件部分和軟件部分。硬件部分由S7-200系列、液位傳感器、電磁閥、電機(jī)、泵組成。軟件則由PLC編程軟件組成。</p><p>　　1) 系統(tǒng)硬件組成及功能：</p><p>　?、?西門子S7-200型PLC作為整個(gè)系統(tǒng)的控制核心，主要用于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。</p><p>　　② 電磁閥：選用DF 2型二位二通（常閉）電磁閥，用

50、來控制進(jìn)料及出料時(shí)液體的流動(dòng)。</p><p>　　③ 接觸器：選用CJ10-20交流接觸器，用于控制電機(jī)、泵。</p><p>　　④ 中間繼電器：選用JZ14-44Z型中間繼電器，主要起中繼作用，與接觸器配合使用。</p><p>　　⑤ 液位傳感器：選用HP-31B液位傳感器，用于控制罐的液位數(shù)據(jù)。</p><p>　　(2) 系統(tǒng)軟件

51、組成：</p><p>　　PLC編程軟件：由于系統(tǒng)采用西門子的PLC，故也是使用西門子PLC編程軟件STEP7，用于編寫PLC 控制程序。</p><p>　　4物料攪拌系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　4.1主電路的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　根據(jù)上述總體方案的設(shè)計(jì)及器件的選型，本系統(tǒng)的主電路如圖

52、4-1所示，L1、L2、L3為三相電源進(jìn)線，經(jīng)過電源開關(guān)QS，熔斷器FU1分八條支路供給電機(jī)和電磁閥工作。其中A液體的注入由電動(dòng)機(jī)M1控制，YV1為A液體進(jìn)料閥，M1和YV1用接觸器KM0控制，若KM0線圈得電后其三對主觸點(diǎn)閉合，M1液壓泵和YV1進(jìn)料閥運(yùn)行將液體A注入混料灌。熱繼電器FR1對M1液壓泵進(jìn)行過載保護(hù)。</p><p>　　B液體注入由電動(dòng)機(jī)M2控制，YV2為B液體進(jìn)料閥，M2和YV2用接觸器KM1

53、控制，熱繼電器FR2對M2液壓泵進(jìn)行過載保護(hù)。其工作原理于M1相同。</p><p>　　電動(dòng)機(jī)M3為攪拌電機(jī)，用接觸器KM2控制，當(dāng)兩種液體注入混料灌工作完成后，從PLC得到攪拌信號后，KM2線圈得電機(jī)M3開始攪拌，攪拌時(shí)間到后PLC發(fā)出信號，KM2線圈失電，M3停止攪拌。熱繼電器FR3對攪拌電機(jī)M3進(jìn)行過載保護(hù)。</p><p>　　電動(dòng)機(jī)M4驅(qū)動(dòng)混合液體出料罐1，而M4用接觸器KM3

54、來控制，如果M3線圈得電后，那么將其三對主觸點(diǎn)閉合，液壓泵3將混合液體注入出料灌1。熱繼電器FR4對M4液壓泵進(jìn)行過載保護(hù)。</p><p>　　電動(dòng)機(jī)M5驅(qū)動(dòng)混合液體出料罐2，接觸器KM4來控制M5，若KM4線圈得電后其三對主觸點(diǎn)閉合，液壓泵4將混合液體注入出料灌2。熱繼電器FR5對M5液壓泵進(jìn)行過載保護(hù)。</p><p>　　YV3為放料閥，用接觸器KM5控制；YV4為電磁閥1，用接觸

55、器KM6控制；YV5為電磁閥2，用接觸器KM7控制。</p><p>　　如圖4-1系統(tǒng)主電路</p><p>　　中間繼電器KA0與接觸器KM0相接，用來控制控制原料A液體的注入；中間繼電器KA1與接觸器KM1相接，用來控制原料B液體的注入；中間繼電器KA2與接觸器KM2相接，兩種液體注入混料灌，工作完成后，用來控制攪拌電機(jī)；中間繼電器KA3與接觸器KM3相接，用來控制出料泵3；中間繼電

56、器KA4與接觸器KM4相接，用來控制出料泵4；中間繼電器KA5與接觸器KM5相接，當(dāng)攪拌結(jié)束后用來控制放料閥；中間繼電器KA6與接觸器KM6相接，KA7與接觸器KM7相接，在混料罐進(jìn)料之前，為保證混料灌和出料罐沒有殘留液體，它們分別控制電磁閥1和電磁閥2。</p><p>　　圖4-2 系統(tǒng)控制電路圖</p><p>　　4.2系統(tǒng)I/O點(diǎn)的分析</p><p>　

57、　根據(jù)系統(tǒng)工藝要求，其中輸入信號有一個(gè)啟動(dòng)按鈕，一個(gè)停止按鈕，液位開關(guān)5個(gè)，輸出信號有進(jìn)料閥2個(gè)，攪拌機(jī)1臺，放料閥1個(gè)，電磁閥2個(gè)，液位指示燈5個(gè)，報(bào)警指示燈一個(gè)。控制系統(tǒng)的輸入信號及，輸出信號地址分配如下：</p><p>　　(3) 根據(jù)系統(tǒng)流程圖及I/O地址分配表制定出系統(tǒng)PLC I/O接線圖，如圖4-3所示。</p><p>　　圖4-3 I/O接線圖 </p>&

58、lt;p>　　5物料攪拌系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)</p><p><b>　　5.1設(shè)計(jì)的流程圖</b></p><p>　　5.1.1清空混料罐內(nèi)殘流液體的流程圖</p><p>　　圖5-1是清空混料罐內(nèi)的殘留液體，先按下啟動(dòng)按鈕，先打開出料閥，然后打開出料泵，電磁閥1和2同時(shí)運(yùn)行，液體經(jīng)過出料閥流向已經(jīng)打開的出料泵和電磁閥，然后延遲10S，清

59、空罐內(nèi)的液體，最后關(guān)閉出料閥，出料泵以及電磁閥，清空結(jié)束。</p><p>　　圖5-1 清空混料罐內(nèi)的殘留液體</p><p>　　5.1.2進(jìn)料攪拌流程圖</p><p>　　圖5-2是進(jìn)料攪拌過程，按下啟動(dòng)按鈕，泵1、電磁閥1同時(shí)運(yùn)行，然后開始注入液體A，液體A流入混料罐內(nèi)，使其液體A到達(dá)混料罐所指定的H液面，當(dāng)?shù)竭_(dá)H液面時(shí)，H液位的指示燈亮，按下泵1停止按鈕

60、，警報(bào)指示燈亮，則泵1停止工作。然后打開泵2、電池閥2，開始注入液體B，使其液體B到達(dá)混料罐所指定的Ｌ液面，當(dāng)?shù)竭_(dá)Ｌ液面時(shí)，L液位的指示燈亮，按下泵2停止按鈕，警報(bào)指示燈亮，則泵2停止工作。最后開始攪拌，攪拌20S后，攪拌機(jī)停止工作。</p><p>　　圖5-2進(jìn)料攪拌流程圖</p><p>　　5.1.3出料流程圖</p><p>　　下圖為出料的過程示意圖，首

61、先打開放料閥，泵3運(yùn)行，混料罐內(nèi)混合的液體開始下降，流到出料罐1中，使流出的液體達(dá)到罐中Ｐ液位面，到達(dá)Ｐ液位面；P液位的指示燈亮，按下泵3停止按鈕，警報(bào)指示燈亮，泵3停止工作。然后泵4開始運(yùn)行，液體流到出料罐2中，使流出的液體達(dá)到罐中S液位面，到達(dá)S液位面；S液位的指示燈亮，按下泵4停止按鈕，警報(bào)指示燈亮，泵4停止工作。出料時(shí)，如混料罐內(nèi)液體下降到達(dá)I液面時(shí)，I液位指示燈亮，定時(shí)10s后放料閥關(guān)閉，按下停止按鈕，整個(gè)攪拌過程結(jié)束。<

62、;/p><p><b>　　圖5-3出料流程圖</b></p><p><b>　　5.2梯形圖設(shè)計(jì)</b></p><p>　　根據(jù)程序流程圖及I/O地址分配表設(shè)計(jì)出實(shí)現(xiàn)液體攪拌過程控制的整個(gè)程序。</p><p>　　① 按下啟動(dòng)按鈕，放料閥先打開，出料泵及電磁閥1和電磁閥2同時(shí)工作(時(shí)間設(shè)定為10

63、s)。</p><p>　　② 當(dāng)設(shè)定時(shí)時(shí)間到，注入A液體（泵1和進(jìn)料閥1工作），當(dāng)A液面上升到L液面時(shí)，L液位指示燈亮關(guān)斷A液；B液開始注入（泵2和進(jìn)料閥2開始工作），當(dāng)B液面上升到H液面時(shí)，H液位指示燈亮關(guān)斷B液。</p><p>　　③ 進(jìn)料結(jié)束，混料罐攪拌電機(jī)開始工作（時(shí)間設(shè)定為20s）。</p><p>　?、?攪拌結(jié)束后放料閥打開，向出料罐1出料（泵3工

64、作），當(dāng)液面上升到P液面時(shí)，P液位指示燈亮，此時(shí)停止向出料罐1進(jìn)料而向出料罐2進(jìn)料（泵4工作），當(dāng)液面上升到S液面時(shí)，S液位指示燈亮，此時(shí)按下停止按鈕，整個(gè)過程結(jié)束。</p><p>　　⑤ 出料時(shí)，如混料罐內(nèi)液體下降到達(dá)I液面時(shí)，I液位指示燈亮，定時(shí)10s后放料閥關(guān)閉，按下停止按鈕，整個(gè)攪拌過程結(jié)束。</p><p>　　⑥ 進(jìn)料或出料時(shí)當(dāng)液位達(dá)到設(shè)定值時(shí)，泵和電磁閥并沒有停止工作時(shí)報(bào)警

65、指示燈亮，發(fā)出報(bào)警，按下停止按鈕，當(dāng)前工作馬上結(jié)束。</p><p><b>　　6 總結(jié)</b></p><p>　　本文所設(shè)計(jì)的基于PLC的工業(yè)攪拌過程控制系統(tǒng)已經(jīng)成功的完成實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)滿足其設(shè)計(jì)要求，具有操作方便、可靠性強(qiáng)、可實(shí)現(xiàn)整個(gè)攪拌過程的自動(dòng)控制。大大地減輕了操作工人的勞動(dòng)強(qiáng)度、縮短了操作時(shí)間。</p><p>　　以

66、往常采用傳統(tǒng)的繼電器控制液體攪拌系統(tǒng)，使用硬件連接電器多，可靠性差，自動(dòng)化程度不高，為了克服上述缺點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中采用PLC控制攪拌過程，采用先進(jìn)控制器對傳統(tǒng)繼電器控制進(jìn)行改造，大大提高了控制系統(tǒng)的可靠性和自控程度，為生產(chǎn)提供了更可靠的保障，還能容易的隨時(shí)修改控制程序，以改變各元件的工作時(shí)間和工作狀況，滿足不同情況要求?？删幊炭刂破鞯氖褂檬拐麄€(gè)控制系統(tǒng)的可靠性得到了提高，而且易于操作和維護(hù)，簡化了系統(tǒng)的組成。</p>&l

67、t;p>　　本次設(shè)計(jì)中還存在一些不足，如在液體攪拌系統(tǒng)中可以用組態(tài)軟件對整個(gè)攪拌過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，可以對系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、報(bào)警、流程控制，并能通過計(jì)算機(jī)接口對系統(tǒng)液位控制發(fā)出控制命令以及通過動(dòng)畫顯示生動(dòng)的模擬整個(gè)液體攪拌控制系統(tǒng)的工藝流程。當(dāng)然，設(shè)計(jì)中可能還存在其他的不足，請老師多多指教。</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　時(shí)光荏苒，

68、歲月如梭。記憶的雪花翩翩起舞，思緒定格在鳳凰花開的季節(jié)。揮灑過汗水，也滴落過淚花，這里有我熟悉的一切，有我熱愛的一切?；秀敝?，在美麗的萬里校園中，度過了人生中最為寶貴的年華。 我首先要衷心感謝我的導(dǎo)師楊亞萍老師悉心指導(dǎo)，從論文題目的選擇、研究資料收集、構(gòu)思謀篇到論文主題撰寫，每個(gè)環(huán)節(jié)都凝聚了導(dǎo)師的大量心血。我不是您最出色的學(xué)生，而您卻是我最尊敬的老師，您的嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué),謙遜豁達(dá)的人生態(tài)度以及淵博的專業(yè)知識，讓我受益匪淺。借此機(jī)會，謹(jǐn)向

69、導(dǎo)師表示深深的謝意，她的言傳身教是我一身最寶貴的財(cái)富。</p><p>　　感謝電氣工程專業(yè)的所有老師，正是你們的博學(xué)和愛護(hù)才使我順利完成了大學(xué)四年的學(xué)業(yè)。感謝各位同學(xué)對我的幫助和鼓勵(lì)。大千世界，茫茫人海，四年中結(jié)識的各位生活和學(xué)習(xí)上的摯友讓我得到了人生最大的一筆財(cái)富。在此，也對他們表示衷心感謝。</p><p>　　整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)是按照學(xué)校公布的撰寫論文規(guī)范去做的，但是由于自身專業(yè)水平的不

70、足，整篇論文會存在漏洞和不足，希望老師們和同學(xué)們批評指正。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 張鵬.PLC和變頻器在物料攪拌控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].化工裝備技術(shù),2010,31(6):26～27.</p><p>　　[2] 汪鋒1，楊紅.利用PLC實(shí)現(xiàn)物料混合的自動(dòng)控制[J]. 清遠(yuǎn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2

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73、有限公司專業(yè)生產(chǎn)攪拌機(jī)[EB/OL].發(fā)布者：天一機(jī)械 .2010.</p><p>　　[8] 張萬忠. 可編程控制器應(yīng)用技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社. 2001.</p><p>　　[9] 吳相省.攪拌機(jī)攪拌機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)原則研究[M].建筑機(jī)械化：2011.</p><p>　　[10]何立民．單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)選編[M]．北京:北京航空航天大學(xué)出版社，199

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