基于欧姆龙C40P型的两种液体混合控制系统设计毕业设计Word文档格式.docx
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基于欧姆龙C40P型的两种液体混合控制系统设计
摘要
以两种液体的混合罐装控制为例，将两种液体按一定的比例混合，在电动机搅拌后要达到一定的温度才能将混合的液体输出容器，并形成液态。
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第一种液体加入到混和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（包括设计方案、设计流程、设计要求、梯形图设计等），旨在对其中的设计及制作过程做简单的介绍和说明。
设计采用日本欧姆龙（OMRON）公司的C40P型PLC去实现设计要求。
关键词：
多种液体、混合装置、自动控制
BasedontheOmronC40PPLCtwofluidsmixcontrolsystemdesign
ABSTRACT
Intwooftheliquidmixcannedcontrolasanexample,thetwoliquidratamixed,stirinthemotormustreachacertaintemperaturecanbemixedwiththeliquidoutputcontainer,andformingliquid.Liquidmixedsystemofcontroldesigntakingintoaccountthecontinuityofitsactionsandindividualchargeddeviceactionbetweentherelevance,fordifferentworkstatus,maketheappropriateactionstocontroltheoutput,enablingliquidhybridsystemfromthefirstliquidaddedtothemixandthecompleteoutputofsuchacyclecontrolofprogramimplementation.DesigntoliquidmixturecontrolsystemfortheCentre,fromthecontrolsystemhardwaresystems,softwareselectiontosystemdesignprocess（includingthedesign,designprocesses,designrequirements,ladderdiagram,etc）,designedtoenticethemtodesignandproductionprocessesdosimpleintroductionanddescription.DesignuseOmron（OMRON）companyofC40PPLCtoimplementdesignrequirements.
KEYWORDS:
multipleliquid,mixingequipment,automaticcontrol
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明
原创性声明
本人郑重承诺：
所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
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使用授权说明
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学位论文原创性声明
所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
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日期：
年月日
学位论文版权使用授权书
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涉密论文按学校规定处理。
日期：
导师签名：
指导教师评阅书
指导教师评价：
一、撰写（设计）过程
1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神
□优□良□中□及格□不及格
2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度
3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力
4、研究方法的科学性；
技术线路的可行性；
设计方案的合理性
5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
建议成绩：
（在所选等级前的□内画“√”）
指导教师：
（签名）单位：
（盖章）
年月日
评阅教师评阅书
评阅教师评价：
一、论文（设计）质量
二、论文（设计）水平
评阅教师：
教研室（或答辩小组）及教学系意见
教研室（或答辩小组）评价：
一、答辩过程
1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况
2、对答辩问题的反应、理解、表达情况
3、学生答辩过程中的精神状态
评定成绩：
教研室主任（或答辩小组组长）：
（签名）
教学系意见：
系主任：
目 录
前 言
从上世纪四、五十年代到七十年代初期，模拟式仪表控制系统经历了基地式气动、电动仪表、单元组合式仪表和组装式智能仪表等几个阶段。
随着工业生产规模日益扩大，生产能力不断提高，要求有更高水平的控制系统，常规的模拟式仪表控制暴露它的局限性。
计算机技术的应用，使仪表控制无法达到的功能得以实现，计算机控制系统首先实现了开环监视、闭环控制，同时引入了现代控制方法，如自适应控制，最优控制及分级控制等等，提高了控制精度；
实现了集中显示和操作；
但是由于整个生产过程控制集中到一台计算机上，对计算机的可靠性提出了苛刻的要求，一旦计算机出现故障，整个生产系统将处于瘫痪，甚至产生危险。
随着现代工业控制的分散性和管理的集中性的不断的提高，分布型或集散型配料控制系统应运而生。
分布型配料控制系统由分散的仪表控制系统组成，它将控制系统分成若干个独立的局部控制系统，用以完成受控制生产过程自动控制任务。
由于微型计算机的出现与发展，为实现分散控制提供了物质和技术基础。
集散型控制系统是采用标准化、模块化和系列化设计，有过程控制级、控制管理级和生产管理级所组成的一个通信网络为纽带的集中显示操作管理、控制相对分散、具有灵活配置、组态方便的多级计算机网络系统结构。
集散控制系统不同于集中控制系统，它由多个微处理器组成的分布式控制系统，有分散的控制站来控制分散的生产部分，实现了功能、负荷和危险的分散，从而克服了集中型集中性计算机控制系统的致命弱点；
它也不同于分散的仪表控制系统，它的集中在于各操作员站可以生产监控，从而克服了二者的缺陷而集中了二者的优势，利用计算机技术对生产过程进行集中监测、操作、管理和分算控制。
在现代工业生产中，如化工、冶金、建材、矿山、电力、食品、饲料加工等行业，有许多产品是将一种原料和其他多种原料按事先设定的比例进行混合配料，在通过加工而成。
这种按一定的比例混合原料的过程就是配料的过程。
配料过程中，物料混合比例是否按预先的配比进行，将直接影响产品的质量。
现在各行业对配料的效率和精度要求越来越高，人工配料己远远不能满足连续化、自动化生产化的要求。
所以研制高效率、高精度自动配料生产线势在必行，而配料控制器是关键的设备之一。
一般配料工业现场要保持良好的环境、噪音污染小、通风设施好，有利于操作人员的身心健康。
第1章液体混料装置控制系统的方案设计
1.1总体方案设计
整个设计过程是按思想工艺流程设计，为设备安装、运行和保护检修服务，设计的编写按照国家关于电气自动化工程设计中的电气设备常用基本图形符号及其他相关标准和规范编写。
设计原则主要包括：
工作条件；
工程对电气控制线路提供的具体资料。
系统在保证安全、可靠、稳定、快速的前提下，尽量做到经济、合理、减小设备成本，在方案的选择、元器件的选型时更多的考虑新技术、新产品、控制由人工控制到自动控制，有模拟控制到微机控制，使功能的实现一到多而且更加趋于完善。
对于本课题来说，如果液体混合系统部分是一个较大规模工业控制系统的改造升级，新控制装置需要根据企业设备和工艺现况来构成并需要尽可能的利用旧系统中的元器件。
对于人机交互方式改造后系统的操作模式应尽量和改造前的相类似，以便于操作人员迅速掌握，从企业的改造要求可以看出在新控制系统中急需要处理模拟量也需要处理大量的开关量，系统的可靠性要高，人机交互界面友好，应具备数据储存和分析汇总的能力。
要实现整个液体混合控制系统的设计，需要从怎样实现个电磁阀的开关以及电动机启动的控制这个角度去考虑，现在就这个问题的如何实现以及选择怎样的方法来确定系统方案。
1.1.1方案的介绍
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、工业控制计算机工业、可编程控制器控制。
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贵，但是控制柜的安装接线工作量大，因此整个控制柜价格昂贵，灵活性差，影响速度慢。
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CPU、存储器、定时器和多种输入和输出接口电路。
其低功耗、低电压和很强的控制功能，成为控制领域、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。
3.工业控制计算机工业
工业控制采用总线结构，各厂家产品兼容性强，有时操作系统的支持，
在要求快速、实用性功能复杂的领域中占优势。
但工业控制价格较高，将
它用于开关控制有些大材小用。
且其外部I/O接线一般都用于多芯扁平电
缆和插头、插座，直接从印刷电路板上引出，不如接线端子可靠。
4.可编程控制器控制
可编程控制器配各种硬件装置供用户选择，用户不用自己设计和制作硬件装置，只需确定可编程控制器的硬件配置和设计外部接线图，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电和接线，通过修改程序适应工艺条件的变化。
可编程控制器从上个世纪70年代发展起来的一种新型工业控制系统，
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等多种性能，是名副其实的多
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、
价格低等优点，是目前工业自动化的首选控装置。
1.2PLC的选择
随着PLC的推广普及，PLC产品的种类和数量越来越多，而且功能也日趋完善。
近年来，从美国、日本、德国等国引进的PLC产品及国内厂家组装或自行开发的产品已有几十个系列、上百种型号。
PLC的品种繁多，其结构型式、性能、容量、指令系统、编程方法、价格等各不相同，适用场合也各有侧重。
因此，合理选择PLC，对于提高PLC在控制系统中的应用起着重要作用。
传统的控制方法是采用继电器-接触器控制。
这种控制系统较复杂，并且大量的硬件接线使系统可靠性降低，也间接的降低了设备的工作效率。
采用可编程控制器较好地解决了这一问题，可编程控制器是一种将计算机技术、自动控制技术和通信技术结合在一起的新型工业自动控制设备，不仅能实现对开关量信号的逻辑控制，还能实现与上位计算机等智能设备之间的通信。
因此，将可编程控制器应用于多种液体混合灌装机，完全能满足控制要求，且具有操作简单、运行可靠、工艺参数修改方便、自动化程度高等优点。
PLC机型选择的基本原则是，在功能满足要求的前提下，选择最可靠、维护使用最方便以及性能价格比的最优化机型。
在工艺过程比较固定、环境条件较好（维修量较小）的场合，建议选用整体式结构的PLC；
其它情况则最好选用模块式结构的PLC。
对于开关量控制以及以开关量控制为主、带少量模拟量控制的工程项目中，一般其控制速度无须考虑，因此，选用带A/D转换、D/A转换、加减运算、数据传送功能的低档机就能满足要求。
而在控制比较复杂，控制功能要求比较高的工程项目中（如要实现PID运算、闭环控制、通信联网等），可视控制规模及复杂程度来选用中档或高档机。
其中高档机主要用于大规模过程控制、全PLC的分布式控制系统以及整个工厂的自动化等。
根据不同的应用对象，表1列出了PLC的几种功能选择。
PLC的功能及应用场合
序号、应用对象、功能要求、应用场合
1替代继电器继电器触点输入/输出、逻辑线圈、定时器、计数器替代传统使用的继电器，完成条件控制和时序控制功能。
2数学运算四则数学运算、开方、对数、函数计算、双倍精度的数学运算设定值控制、流量计算；
PID调节、定位控制和工程量单位换算。
3数据传送寄存器与数据表的相互传送等数据库的生成、信息管理、BAT-CH（批量）控制、诊断和材料处理等。
4矩阵功能逻辑与、逻辑或、异或、比较、置位（位修改）、移位和变反等这些功能通常按“位”操作，一般用于设备诊断、状态监控、分类和报警处理等。
5高级功能表与块间的传送、校验和、双倍精度运算、对数和反对数、平方根、PID调节等通信速度和方式、与上位计算机的联网功能、调制解调器等。
6诊断功能PLC的诊断功能有内诊断和外诊断两种。
内诊断是PLC内部各部件性能和功能的诊断，外诊断是中央处理机与I/O模块信息交换的诊断。
7串行接口（RS-232C）一般中型以上的PLC都提供一个或一个以上串行标准接口（RS-232C），以例连接打印机、CRT、上位计算机或另一台PLC。
8通信功能现在的PLC能够支持多种通信协议。
比如现在比较流行的工业以太网等对通信有特殊要求的用户。
对于一个大型企业系统，应尽量做到机型统一。
这样，同一机型的PLC模块可互为备用，便于备品备件的采购和管理；
同时，其统一的功能及编程方法也有利于技术力量的培训、技术水平的提高和功能的开发；
此外，由于其外部设备通用，资源可以共享，因此，配以上位计算机后即可把控制各独立系统的多台PLC联成一个多级分布式控制系统，这样便于相互通信，集中管理。
在本控制系统中，所需的开关量输入为6点，开关量输出为5点，考虑到系统的可扩展性和维修的方便性，选择模块式PLC。
由于本系统的控制是顺序控制，选用西门子S7-200作为控制单元来控制整个系统，之所以选择这种PLC，主要考虑S7系列PLC有以下特点：
1）快速的CPU处理速度，大程序容量；
2）编程及监控功能强大，维修简单；
3）结构紧凑，价格低廉，具有极高的性能/价格比；
4）丰富的指令系统。
输入/输出的选择
PLC是一种工业控制系统，它的控制对象是工业生产设备或工业生产过程，工作环境是工业生产现场。
它与工业生产过程的联系是通过I/O接口模块来实现的。
通过I/O接口模块可以检测被控生产过程的各种参数，并以这些现场数据作为控制信息对被控对象进行控制。
同时通过I/O接口模块将控制器的处理结果送给被控设备或工业生产过程，从而驱动各种执行机构来实现控制。
PLC从现场收集的信息及输出给外部设备的控制信号都需经过一定距离，为了确保这些信息的正确无误，PLC的I/O接口模块都具有较好的抗干扰能力。
根据实际需要，一般情况下，PLC都有许多I/O接口模块，包括开关量输入模块、开关量输出模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块以及其它一些特殊模块，使用时应根据它们的特点进行选择。
输入模块和输出模块通常称为I/O模块或I/O单元。
PLC的对外功能主要是通过各种I/O接口模块与外界联系而实现的。
输入模块和输出模块是PLC与现场I/O装置或设备之间的连接部件，起着PLC与外部设备之间传递信息的作用。
通常I/O模块上还有状态显示和I/O接线端子排，以便于连接和监视。
PLC的一般结构如图1-1所示，由图可见主要有6个部分组成，包括CPU（中央处理器）、存储器、输入/输出接口电路、电源、外设接口、I/O扩展接口。
图1-1PLC结构图
中央处理单元（CPU）
与通用计算机中的CPU一样，PLC中的CPU也是整个系统的核心部件，主要有运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的地址总线、数据总线和控制总线构成，此外还有外围芯片、总线接口及有关电路。
CPU在很大程度上决定了PLC的整体性能，如整个系统的控制规模、工作速度和内存容量等。
存储器
存储器存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。
存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。
PLC常用的存储器类型有RAM、EPROM、EEPROM等。
（1）I/O模块
输入模块和输出
升级会员 