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1、四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文)目 录摘 要1第1章 设计概述21.1设计的来源21.2方案选择21.2.1继电器控制系统21.2.2单片机控制21.2.3可编程序控制器控制31.3 PLC的发展趋势31.3.1向高速度、大容量方向发展31.3.2向超大型、超小型两个方向发展31.3.3向智能模块，联网通信能力方向发展41.3.4向较强的自检能力方向发展41.3.5向编程语言多样化方向发展4第2章 PLC控制系统抗干扰措施52.1干扰产生的原因52.2硬件抗干扰措施52.2.1PLC控制系统的安装和使用环境52.2.2PLC的电源与接地62.2.3PLC的输入、输出设备62.3软件抗
2、干扰措施72.3.1利用看门狗方法对系统的运动状态进行监控82.3.2消抖82.3.3用软件数字滤波的方法提高输入信号的信噪比8第3章 设计原理及过程93.1设计原理93.2设计工艺流程93.3设计选择硬件103.4设计过程103.4.1设计要求103.4.2控制要求113.4.3I/O通道分配及I/O接线图113.4.4设计梯形图程序123.4.5安装装置143.4.6指令语句表程序14第4章 系统调试164.1调试时的注意事项164.2程序调试164.2.1系统的规划164.2.2 I/O模块选择与地址设定164.2.3梯形图程序的编写与系统配线164.2.4系统试车与实际运转164.2.
3、5程序注释和归档174.3软件调试174.4模拟运行调试法调试184.5断电保护194.6设计创新想法介绍21总 结22致 谢23参考文献24摘 要本设计以两种液体的混合控制为例，其要求是将两种液体按一定比例混合，在电动机搅拌后将混合的液体输出容器。并形成循环状态，在按停止按扭后依然要完成本次混合才能结束。 液体混合系统的控制设计考虑到其动作的连续性以及各个被控设备动作之间的相互关联性，针对不同的工作状态，进行相应的动作控制输出，从而实现液体混合系统从液体加入到混合完成输出的这样一个周期控制工作的程序实现。设计以液体混合控制系统为中心,从控制系统的硬件系统组成、软件选用到系统的设计过程（包括设
4、计方案、设计流程、设计要求、梯形图设计、外部连接等）,旨在对其中的设计及制作过程做简单的介绍和说明。关键词 ： 多种液体、混合装置、自动控制 第1章 设计概述1.1设计的来源在炼油、化工、制药、饮料等行业中,多种液体混合是必不可少的工序, 而且也是其生产过程中十分重要的组成部分。但由于这些行业中多为易燃易爆、有毒有腐蚀性的介质, 以致现场工作环境十分恶劣, 不适合人工现场操作。另外, 生产要求该系统要具有混合精确、控制可靠等特点, 这也是人工操作和半自动化控制所难以实现的。所以为了帮助相关行业, 特别是其中的中小型企业实现多种液体混合的自动控制, 从而达到液体混合的目的，液体混合自动配料便成为
5、摆在当前的一大课题。1.2方案选择根据液体混合装置的种类，就目前的现状有以下几种控制方式满足系统的要求：继电器控制系统、单片机控制、可编程序控制器控制。 1.2.1继电器控制系统 控制功能是用硬件继电器实现的。继电器串接在控制电路中根据主电路中的电压、电流、转速、时间及温度等参量变化而动作，以实现电力拖动装置的自动控制及保护。系统复杂，在控制过程中，如果某个继电器损坏，都会影响整个系统的正常运行，查找和排除故障往往非常困难，虽然继电器本身价格不太贵，但是控制柜的安装接线工作量大，因此整个控制柜价格非常高，灵活性差，响应速度慢。 1.2.2单片机控制 单片机作为一个超大规模的集成电路，机构上包括
6、CPU、存储器、定时器和多种输入/输出接口电路。其低功耗、低电压和很强的控制功能，成为功控领域、尖端武器、日常生活中最广泛的计算机之一。但是，单片机是一片集成电路，不能直接将它与外部I/O信号相连。要将它用于工业控制还要附加一些配套的集成电路和I/O接口电路，硬件设计、制作和程序设计的工作量相当大。 1.2.3可编程序控制器控制 可编程序控制器配备各种硬件装置，不用再设计和制作硬件装置，只须确定可编程序控制器的硬茧配制和设计外部接线图，同时采用梯形图语言编程，用软件取代继电器电器系统中的触点和接线，通过修改程序适应工艺条件的变化。可编程控制器(PLC)从上个世纪70年代发展起来的一种新型工业控
7、制系统，起初它主要是针对开关量进行逻辑控制的一种装置，可以取代中间继电器、时间继电器等构成开关量控制系统。随着30多年来微电子技术的不断发展，PLC也通过不断的升级换代大大增强了其功能。现在PLC已经发展成为不但具有逻辑控制功能、还具有过程控制功能、运动控制功能和数据处理功能、连网通讯功能等多种性能，是名符其实的多功能控制器。由PLC为主构成的控制系统具有可靠性高、控制功能强大、性价比高等优点，是目前工业自动化的首选控制装置。因控制此根据设计要求与目的选择PLC为此课题的控制系统。1.3 PLC的发展趋势1.3.1向高速度、大容量方向发展 为了提高PLC的处理能力，要求PLC具有更好的响应速度
8、和更大的存储容量。目前，有的PLC的扫描速度可达0.1ms每千步左右。PLC的扫描速度已成为很重要的一个性能指标。在存储容量方面，有的PLC最高可达几十兆字节。为了扩大存储容量，有的设备已使用了磁泡存储器或硬盘。1.3.2向超大型、超小型两个方向发展当前中小型PLC比较多，为了适应市场的多种需要，今后PLC要向多品种方向发展，特别是向超大型和超小型两个方向发展。现已有I/O点数达14336点的超大型PLC，其使用32位微处理器，多个CPU并行工作和大容量存储器，功能强。超小型PLC由整体结构向小型模块化结构发展，使配置更加灵活，为了实际的需要已开发了各种简易、经济的超小型微型PLC，最小配置的
9、I/O点数为816点，以适应单机及小型自动控制的需要，如三菱公司 系列PLC6。 1.3.3向智能模块，联网通信能力方向发展为满足各种自动化控制系统的要求，近年来不断开发出许多功能模块，如高速计数模块、温度控制模块、远程I/O模块、通信和人机接口模块等。这些带CPU和存储器的智能I/O模块，既扩展了PLC功能，又使用灵活方便，扩大了PLC应用范围。加强PLC联网通信的能力，是PLC技术进步的潮流。PLC的联网通信有两类：一类是PLC之间联网通信，另一类是PLC与计算机之间的联网通信，一般PLC都有专用通信模块与计算机通信。 为了加强联网通信能力，PLC使用者通常采用通用的通信标准，以构成更大的
10、网络系统，PLC已成为集散控制系统（DCS）不可缺少的重要组成部分。 1.3.4向较强的自检能力方向发展 根据统计资料表明：在PLC控制系统的故障中，CPU占5%，I/O接口占15%，输入设备占45%，输出设备占30%，线路占5%。前二项共20%故障属于PLC的内部故障，它可通过PLC本身的软、硬件实现检测、处理；而其余80%的故障属于PLC的外部故障。因此，提高系统的故障检测与处理能力势在必行。 1.3.5向编程语言多样化方向发展在PLC系统结构不断发展的同时，PLC的编程语言也越来越丰富，功能也不断提高。除了大多数PLC使用的梯形图语言外，为了适应各种控制要求，出现了面向顺序控制的步进编程
11、语言、面向过程控制的流程图语言、与计算机兼容的高级语言（BASIC、C语言等）等。多种编程语言的并存、互补与发展是PLC进步的一种趋势。 第2章 PLC控制系统抗干扰措施2.1干扰产生的原因自动化系统中所使用的各种类型PLC，有的是集中安装在控制室，有的是分散安装在生产现场的各单机设备上，虽然它们大多处在强电电路和强电设备所形成的恶劣电磁环境中，但PLC是专门为工业生产环境而设计的控制装置，在设计和制造过程中采用了多层次抗干扰和精选元件措施，故具有较强的适应恶劣工业环境的能力、运行稳定性和较高的可靠性，因此一般不需要采取什么特殊措施就可以直接在工业环境使用，但是由于它直接和现场的I/O设备相连
12、，外来干扰很容易通过电源线或I/O传输线侵入，从而引起控制系统的误动作。PLC受到的干扰可分为外部干扰和内部干扰。在实际的生产环境下，外部干扰是随机的，与系统结构无关，且干扰源是无法消除的，只能针对具体情况加以限制；内部干扰与系统结构有关，主要通过系统内交流主电路，模拟量输入信号等引起，可合理设计系统线路来削弱和抑制内部干扰和防止外部干扰。要提高PLC控制系统的可靠性，就要从多方面提高系统的抗干扰能力。 2.2硬件抗干扰措施2.2.1PLC控制系统的安装和使用环境PLC是专为工业控制设计的，一般不需要采取什么特殊措施就可以直接在工业环境使用。但是在PLC控制系统中，如果环境过于恶劣，或安装使用
13、不当，会降低系统的可靠性。PLC使用环境温度通常在055范围内，应避免太阳光直接照射，安装位置应远离发热量大的器件，同时应保证有足够大的散热空间和通风条件。环境湿度一般应小于85%，以保证PLC有良好的绝缘。在含有腐蚀性气体、浓雾或粉尘的场合，需将PLC封闭安装。此外，如果PLC安装位置有强烈的振动源，系统的可靠性也会降低，所以应采取相应的减振措施。2.2.2PLC的电源与接地PLC本身的抗干扰能力一般都很强。通常，只能将PLC的电源与系统的动力设备电源分开配线，对于电源线来的干扰，一般都有足够强的抑制能力。但是，如果遇上特殊情况，电源干扰特别严重，可加接一个带屏蔽层的隔离变压器以减少设备与地
14、之间的干扰，提高系统的可靠性。如果一个系统中含有扩展单元，则其电源必须与基本单元共用一个开关控制，也就是说，它们的上电与断电必须同时进行。良好的接地是保证PLC安全可靠运行的重要条件。为了抑制附加在电源及输入端、输出端的干扰，应给PLC接专用地线，并且接地点要与其它设备分开，如图1（a）。若达不到这种要求，也可采用公共接地方式，如图1（b）。但是禁止采用串联接地方式，如图1（c），因为它会使各设备间产生电位差而引入干扰。此外，接地线要足够粗，接地电阻要小，接地点应尽可能靠近PLC。接地的目的通常有两个，其一为了安全，其二是为了抑制干扰。完善的接地系统是PLC控制系统抗干扰的重要措施之一。接地在
15、消除干扰上起很大的作用。这里的接地是指决定系统电位的地，而不是信号系统归路的接地。在PLC控制系统中有许多悬浮的金属架，它们是惧空中干扰的空中线，需要有决定电位的地线。交流地是PLC控制系统供电所必需的，它通过变压器中心点构成供电两条回路之一。这条回路上的电流、各种谐波电流等是个严重的干扰源。因此交流地线、直流地线、模拟地和数字地等必须分开。数字地和模拟地的共点地最好置悬浮方式。地线各点之间的电位差尽可能小，尽量加粗地线，有条件可采用环形地线。系统地端子（LG）是抗干扰的中性端子，通常不需要接地，可是，当电磁干扰比较严重时，这个端子需与接大地的端子（GR）连接。2.2.3PLC的输入、输出设备输入电路是PLC接受开关量、模拟量等输入信号的端口，其元器件质量的优劣、接线方式及是否牢靠也是影响控制系统可靠性的重要因素。以开关量输入为例，按钮、行程开关的触点接触要保持在良好状态，接线要牢固可靠。机械限位开关是容易产生故障的元件，设计时，应尽量选用可靠性高的接近开关代替机械限位开关。此外，按钮触点的选择也影响到系统的可靠性。在设计电路时，应尽量选用可靠性高的元器件，对于模拟量输入信号来说，常用的有420mA、
