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多种混合液体系统

常州轻工职业技术学院

电器控制与PLC课程设计

专业:

机械制造工艺与设备

及业电气自动化

班级:

02机双Y1

姓名:

汤鸣卿

学号:

003818号

时间:

05/06（─）20周

目录

第一章绪论∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙2

第二章方案设计∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙5

第一节课题介绍∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙5

第二节硬件设计∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙6

第三节元器件选择∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙10

第四节软件设计∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙14

第三章设计中碰到的问题及处理方法∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙17

第四章设计小结∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙18

附录:

1、梯形图∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙18

2、设计的主电路,PLC控制电路∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙19

3、元器件清单∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙20

4、参考文献及参考网站∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙20

第一章绪论

　　　可编程控制器（ProgrammableLogicController）简称PLC或PC，在现代工业控制中占有重要地位。

本文对其基础知识进行简要介绍。

　　一、PLC的起源

　　PLC是从早期的继电器逻辑控制系统发展而来的。

自1836年继电器问世，人们就开始用导线将它同开关器件巧妙地连接，构成用途各异的逻辑控制或顺序控制。

上世纪60年代末，它不断吸收微计算机技术使之功能不断增强，逐渐适合复杂的控制任务。

随着微电子技术、计算机技术和数据通信技术的飞速发展、微处理器的出现，以及流程加工行业（如汽车制造业）对生产流程迅速、频繁变更的需求，PLC技术出现并快速发展。

世界上公认的第一台PLC是1969年美国数字设备公司（DEC）研制的。

限于当时的元器件条件及计算机发展水平，早期的PLC主要由分立元件和中小规模集成电路组成，可以完成简单的逻辑控制及定时、计数功能。

20世纪70年代初出现了微处理器。

人们很快将其引入可编程控制器，使PLC增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。

为了方便熟悉继电器、接触器系统的工程技术人员使用，可编程控制器采用和继电器电路图类似的梯形图作为主要编程语言，并将参加运算及处理的计算机存储元件都以继电器命名。

此时的PLC为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。

  20世纪70年代中末期，可编程控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。

更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。

20世纪80年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。

这个时期可编程控制器发展的特点是大规模、高速度、高性能、产品系列化。

这个阶段的另一个特点是世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。

这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。

  20世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。

从控制规模上来说，这个时期发展了大型机和超小型机；从控制能力上来说，诞生了各种各样的特殊功能单元，用于压力、温度、转速、位移等各式各样的控制场合；从产品的配套能力来说，生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。

目前，可编程控制器在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻工业等领域的应用都得到了长足的发展。

进入21世纪以来，PLC芯片技术有所突破，此项技术的发展速度明显加快，目前正朝着实用化方向发展。

英国

英国联合电力公司的子公司Norweb通讯公司在1990年开始对电力线载波通讯进行研究。

1995年，该公司又与加拿大Nortel（北电网络）公司联手，共同开发这项新技术。

1995～1997年的两年间，Norweb和Nortel公司已经成功地在英国曼彻斯特对20个居民用户进行了试验，传输速率达到1Mbps，但仅进行了小规模现场试验，未能得到推广。

1997年10月，这两家公司声称已经解决了电力噪声等问题，取得了电力线载波技术的重大突破，利用新开发的数字电力线载波技术DPL（DigitalPowerLine，数字电力线）实现了在低压配电网上进行1Mbps的远程通讯，从而将四通八达的电力线转化为信息高速公路。

1998年3月25日，成立合资公司NOR.WEB，进行该技术的市场推广。

美国

1998年，美国lntelogis公司推出了passPort商业化PLC产品，用于户内联网，最高速率为350kbps。

由于技术不成熟，亦未能大规模商用。

到2001年初，PLC专用芯片制造技术的进展明显加速，美国lntellon公司用于户内联网的14Mbps芯片达到实用水平。

同年6月26日，电力线通信联盟（HOMEPLUG）在lntellon公司基础上发布了HOMEPLUG1.0工业标准，为能够开发出相互兼容的产品提供了准则。

目前，美国市面上已有近十家公司的PLC户内组网产品问世，这些产品基本上都满足了HOMEPLUG1.0标准的规范性、相互可操作性、运行稳定、无干扰、系统可靠、应用普遍、诊断和维护简便等要求。

早些时候，美国联邦通讯署（FCC）讨论了美国对PLC技术的相关政策。

总的来说，目前还没有一个统一完善的PLC宽带通信经营认证标准，因为技术本身还未形成规范，但FCC正努力在做这方面的工作，而且以后将要制定PLC设备的入网认证，建立PLC专业测试机构，以确保将电力通信中的辐射降到最低。

瑞士   

瑞士ASCOM公司1998年开始进入PLC技术研究领域，1999年在德国RWE公司实验取得成功，2000年与欧洲、东南亚以及拉丁美洲的20个大型企业或电信运行商联合建设了实验系统，试验的用户数超过2000个，并全部取得了成功。

德国   

德国RWE电力线通信公司（RWEPowerlineGmbH）从1997年开始与瑞士ASCOM公司合作开发PLC产品，2000年5月开始进行200户的现场试验。

2000年11月起在德国埃森RWEPlug公司总部大厅开放PLC演示样板间。

2001春季推出了RWEPowerNet（PLC上网）、RWEPowerSchool（PLC学校联网）和RWEeHome（智能家庭自动化）三项业务及相应产品。

自2001年7月1日起正式开始商用化，致力于德国电力线接入市场的运营、数字化家居的建设以及电力线数字学校的建设和运营。

RWE电力线宽带接入产品在德国的埃森安装了1500户，从而使RWE公司成为世界上首家宣布实现PLC接入系统商业化运营的企业，同时德国也是迄今为止世界上唯一允许PLC进入商业化运行的国家，并颁布了有关法律（NB30）。

韩国

韩国Xeline公司成立于1999年5月，它的前身是韩国KeyinTelecom公司。

主要业务是开发、制造、销售基于PLC的产品和网络解决方案。

在2001年3月在德国汉诺威举办的CeBIT2001展览会上，推出PLC产品解决最后一公里接入、家庭网络应用解决方案。

在韩国汉城建立了与互联网相连接的示范点，实现了同步互联网接入的家庭联网、文件共享和MP3音乐播送。

目前，该公司除在汉城外，还在德国、日本、美国、中国等地建设了PLC试验。

以色列

以色列MANET和德国MVV的合资公司PPC，已在11个地区进行了PLC的测试，包括西班牙、瑞典、荷兰等国家。

在德国有15个试验点，每个试验点有20～100用户不等。

2001年7月开始商业化，在曼海姆和Hamelu开展业务。

该公司正与意大利某公司合作试验自动抄表。

奥地利

奥地利能源公司TIWAG，在1999年3月与ASCOM合作，2000年6月开通试验，其中包括语音测试。

2001年5月向ASCOM订购1000台PLCAdapter；2001年10月开始安装，到2002年2月，已安装了270个用户。

现已实现了有线电视的信号传输的测试。

作为通用工业控制计算机，30年来，可编程控制器从无到有，实现了工业控制领域接线逻辑到存储逻辑的飞跃；其功能从弱到强，实现了逻辑控制到数字控制的进步；其应用领域从小到大，实现了单体设备简单控制到胜任运动控制、过程控制、及集散控制等各种任务的跨越。

今天的可编程控制器正在成为工业控制领域的主流控制设备，在世界各地发挥着越来越大的作用。

  我国可编程控制器的引进、应用、研制、生产是伴随着改革开放开始的。

最初是在引进设备中大量使用了可编程控制器。

接下来在各种企业的生产设备及产品中不断扩大了PLC的应用。

目前，我国自己已可以生产中小型可编程控制器。

上海东屋电气有限公司生产的CF系列、杭州机床电器厂生产的DKK及D系列、大连组合机床研究所生产的S系列、苏州电子计算机厂生产的YZ系列等多种产品已具备了一定的规模并在工业产品中获得了应用。

此外，无锡华光公司、上海乡岛公司等中外合资企业也是我国比较著名的PLC生产厂家。

可以预期，随着我国现代化进程的深入，PLC在我国将有更广阔的应用天地。

第二章方案设计

第一节课题介绍

水塔水位的控制要求

当水池水位低于水位界（S4为ON）,电磁阀Y打开进水（S4为OFF表示高于水池水位界）。

当水位高于水池水位界（S3为ON表示）,阀Y关闭。

当S4为OFF时,且水塔水位低于塔水位界时,S2为ON,电机M运转,开始抽水。

当水塔水位高于水塔水位界时,S1为ON,电机M停止。

当液面低于水塔液面传感器S4时，电磁阀Y打开；直到水面到达S3时，电磁阀Y关闭，当同时液面低于水池液面传感器S2时，电动机M打开抽水，直到液面到达S1时，电动机M关闭。

第二节硬件设计

一、机型的选择

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。

1．下表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

2．1确定Ｉ／Ｏ点数

根据控制系统的要求确定所需要的Ｉ／Ｏ点数时应再增加１０％～２０％的备用量，以便随时增加控制功能。

对于一个控制对象，由于采用的控制方法不同或编程水平不同，Ｉ／Ｏ点数也应有所不同。

为了对三相步进电动机的转速进行控制，可实现对三相步进电动机的正、反转控制和对三相步进电动机的步数进行控制，结合设计方案，选择三菱系列可编程控制器FX2-32MR，输入点数16，输出点数16，输入输出总点数32，继电器输出，通信功能较强，基本指令执行时间/us1.6~3.6。

项目

FX2N-48MR

输入输出控制方式

批处理方式（在执行END指令时）但有输入输出刷新指令

基本指令

0．08us/指令

应用指令

数1.52~数百us/指令

程序语言

继电器符号语言+步进方式

运算控制方式

存储程序，反复运算方式

定时器

100ms

200点T0~T199

10ms

46点T200~T245

1ms

4点T246~T249

3.PLC的I/O资源配置

1）各输入点的作用

SB1是电磁阀启动按扭

SB2是电磁阀停止按扭

SB3是电动机启动按扭

SB4是电动机停止按扭

SL1、SL2、SL3、SL4分别是液面传感器S1、S2、S3、S4

2）按照以上要求接线并画出PLC接线图

由图可知，输入点有SB1SB2SB3SB4SL1SL2SL3SL4；输出点有SB1SB3。

则I/O总点数为10个。

3）确定PLC的外围设备

PLC的外围设备主要是人-机对话装置，用于PLC的编程和监控，通过人-机对话可以进行编程，调试及显示图形报表，文件复印，报警等，PLC的外围设备有编程器，打印机，EPROM写入器，显示器等。

4）电源电压的选择

PLC控制系统供电的电源优先选择220V，特殊情况选择24V直流电源，输入信号电源一般利用PLC内部提供的24V直流电源，选用直流I/O模块时，需设直流电源。

第三节元器件的选择

一．PLC的选用

1．PLC是应用面很广、发展非常迅速的工业自动化装置，在工厂自动化（和计算机集成制造系统（CIMS）内占重要地位。

FX2、FX1、FX2C系列是三菱公司近年来推出的高性能小型可编程控制器，FX0FX0S、FX0N、FX2N系列为微型可编程控制器。

2．FX系列三菱可编程控制器的特点

（1）FX0S、FX0N和FX2N系列可编程控制器的体积小。

（2）有各种不同规模的控制器可供选择。

FX0S、FX0N和FX2N的外观、高度、深度差不多，但是性能和价格有很大的差别，如下表：

（3）高度、深度差不多，但是性能和价格有很大的差别，如下表：

型号

I/O点数

用户程序步数

功能指令

通行功能

基本指令执行时间

模拟量模块

Fxos

10～30

800步EEPROM

50

无

1.6～3.6µs

无

Fxon

24～128

2K步EEPROM

55

较强

1.6～3.6µs

有

FX2n

16～256

内附8k步RAM

295

强

0.08µs

有

3．菱FX系列可编程控制器一般技术指标

环境温度使用温度为0～60℃，存储温度为-20～70℃

环境湿度　　使用时36%～85%

使用环境无腐蚀气体，无灰尘

接地电阻第三种接地

绝缘耐压AC1500V1min

4．根据以上条件我们选用Fx2n型号的PLC且是FX2-48MR型号性价比高

5.电动机的选择

首先考虑采用封闭式，防腐电动机，所以要求使用液压泵式电动机

适用范围：

适用于输送不含固体颗粒和纤维、无腐蚀性、温度不高于200oC，粘度为5～1500cst的润滑油或性质类似润滑油的其他液体，并适用于液压传动系统。

故采用液压泵电动机进行控制，所选用的型号为JO3-801-4/72。

二继电器

1、热继电器

热继电器主要用于电动机长期过载保护，主要依据电动机的额定电流来选择的热元件，以准确反映电动机的发热情况。

我国目前生产的型号主要有：

JR0，JR5，JR14，JR16，JR20等系列。

现根据自控成型机的工作性能特点，选用JR20-16。

JB36B系列热过载继电器；

　　JR20-10、JR20-16、JR20-25系列热继电器；

　　JRS2、JRS3（3UA）系列热继电器；

JR36B-36系列

JR20-10、JR20－16、JR20－25

适用范围:

JR20-10、JR20-16、JR20-25系列双金属片式热继电器适用于交流50Hz、额定电压至660V、电流至630A的电力传动系统中作为三相鼠笼型电动机的过载和断相保护之用。

并可与CJ20系列交流接触器配套组成电磁起动器。

JRS2-12.5（3UA50）

适用范围:

JRS2、JRS3（3UA）系列热继电器适用于交流50Hz、主电路额定工作电压660V、1000V，电流0.1～630A的电力系统中，供三相交流异步电动机作过载与断相保护之用，性能参数等同于西门子公司的3UA系列。

（引进厂型号为JRS2，仿造厂型号为JRS3）

2、中间继电器

中间继电器实质上是电压继电器，一般并联与电路中，触点数目多，电流容量大，在控制电路中起中间放大的作用。

常用的有JZ7和JZ8等系列。

由于在电路中工作频繁，现选用JZ7-62型。

三熔断器

型 号  

额定电压（V）

额定电流（A）

RT18-20

500

0.5.1.2.4.6.8.10.16.20

RT18-32

690

0.5.1.2.4.6.8.10.20.25.32.

RT18-63

2.4.6.8.10.20.25.32.40.50.63

RT18-125

20.25.32.40.50.63.80.100.125

RT18-160

32.40.50.63.80.100.125.160

熔断器常用型号有RCIA（插入式），RM7，RM10（无填料密闭管式），RT0，RT12，RT14-RT17，RT20系列（有填料密闭管式）等。

RSO系列可作为大容量硅整流元件的过电流和短路保护，RS3系列用于晶闸管的过电流和短路保护。

现根据课题中主电路控制要求条件，选用RT18-160型号。

四主令电器

1、控制按扭

控制按扭简称按扭，是一种结构简单，使用广泛的手动主令电器，在控制电路中作远距离手动控制电磁式电器使用，也可用来转换各种信号电路和电器连接电路等。

根据控制要求，现选用LA19-11K开启式按扭。

2、三相电源开关

此开关一般采用凸轮锁定装置定位准确；优质银氧化镉电触头，能够保证电气性能和通断特性良好，现选用KXK-20-5-03

五、电磁阀

因为是水塔，考虑成本，故通用电磁阀。

第四节软件设计

PLC的软件设计指PLC控制系统中用户程序的设计，用户程序的设计内容包括：

控制流程图的设计，梯形图或功能图的设计，以及对应指令表的编写，用户程序的执行结果应以能实现预期的控制功能，对于不同的被控对象和被控范围，PLC应用不同的用户程序实现不同的控制功能。

因为我们使用模块式设计，故采用FX2N系列系统程序。

可写出I/O地址表：

输入

输出

SB1

X1

SB1

Y0

SB2

X2

SB3

Y1

SB3

X3

SB4

X4

SL1

X5

SL2

X6

SL3

X7

SL4

X8

由I/O地址画出的PLC外部接线图：

根据I/O地址表可以作出其梯形图

对应的指令语句为：

LDX1

ORY0

ANIX2

OUTY0

LDX3

ORY1

ANIX4

OUTY1

LDX8

OUTY0

OUTT0

K2

LDX7

OUTY0

LDIX8

ANDX6

ORX5

OUTY1

END

第三章设计中碰到的问题及处理方法

1.根据课题要求需要绘制设计的主电路和PLC控制电路，我参考教科书和借阅的书籍没有查到符合课题的设计要求的相关控制电路，书籍上对这部分内容的介绍甚少。

向老师学习了相关电路的设计原则，和同学积极探讨电路知识，在互联网查找到了有关电路的知识。

2.在使用PLC编程软件画梯形图时，发现FXGPWIN中没有提供相应的一些画图命令，比如圆圈、长方形等命令。

用AUTOCAD2005绘制该梯形图，并将该梯形图导入到WordXP中，形成图片格式。

3.选择元器件时，对某些元器件不熟悉，尤其是在选择PLC主机时发现有很多的PLC厂商生产的主机，各个PLC厂商生产的PLC也不尽相同，各有特点，选择上遇到了困难。

通过参照参考书和手册，根据自己课题的具体要求，运用场合的环境要求，决定选三菱公司的FX2N-32MT-001（晶体管输出型）

第四章设计小结

通过本次PLC的课程设计，使我了解到PLC的重要性。

电气控制与可编程控制器是一门极其重要的课程，他综合了计算机技术和自动控制技术和通讯技术。

在当今由机械化向自动化，信息化飞速发展的社会，PLC技术越来越受人们广泛应用，前景可观，因此学会和运用PLC，将对我们以后踏上工作岗位有极其重要的帮助，在此次设计中，我们遇到了许多困难，通过对自身的查找，我找出几点不足之处：

1，不太会利用查翻资料。

遇到困难，首先不先查看资料，过多依赖团队和老师的帮助，没有相对独立之处。

2，学习认真程度不够高，因为自己某些原因，始终认为自己在电气方面不擅长，所以学习热情不高，基础相对薄弱，掌握知识太少，造成实际时独性不高。

2，设计时对时间合理安排上欠妥，造成前面松垮垮，后面紧兮兮。

但是这次设计，让我认识到自己的不足，为以后的工作揭开了迷途，为我指引了正途。

我相信只要发挥愚公移山的精神和红军万里长征的精神，没有啃不了的骨头

附录：

一梯形图

二设计的主电路、PLC控制电路

1、主电路

2、PLC控制电路

三元器件清单

1．微型可编程控制器FX2-48MR

2．热继电器JR20-16

3．中间继电器JZ27-62

4．电动机JO3-801-4/72

5．三相电源开关KXK-20-5-03

6．熔断器RT18-160

7．电磁阀通用电磁阀

8．控制按扭LA19-11K开启式按扭

四参考文献及参考网站

1王兆明主编电气控制与PLC技术清华大学出版社2005年

2田瑞庭.可编程控制器应用技术.北京：

机械工业出版社，1994

  3张万忠.可编程控制器应用技术.北京：

化学工业出版社，2001.12

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