基于組態(tài)軟件的液體混合器PLC控制設(shè)計(jì)【含CAD圖紙、說明書】

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壓縮包內(nèi)含有CAD圖紙和說明書,咨詢Q 197216396 或 11970985 摘 要 液體混合器的核心控制板塊為 S7-200PLC、輔以 I/O 設(shè)備、電磁閥控制系統(tǒng)和采用 MCGS 組態(tài)軟件而實(shí)現(xiàn)的實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)。在石油冶煉、化學(xué)工程、藥品制造等行業(yè)中，進(jìn)行多種液體混合是必然而然的工作，而且在其生產(chǎn)過程中具有重要的意義，但在這些行業(yè)中大部分都具有易燃易爆、毒性以及腐蝕性的溶劑或溶質(zhì)，會(huì)導(dǎo)致工人工作環(huán)境相對(duì)惡劣，更嚴(yán)重的時(shí)候工人無法在現(xiàn)場(chǎng)工作 。再則，上述的所有行業(yè)中對(duì)于混合的比例具有嚴(yán)格的精準(zhǔn)性要求，而且要求整體操作過程可靠，這兩點(diǎn)是工人實(shí)操和半自動(dòng)化控制很難實(shí)現(xiàn)的。本文總體上闡述了現(xiàn)階段我國(guó)液體混合器的應(yīng)用領(lǐng)域及應(yīng)用情況，針對(duì)此種情況設(shè)計(jì)出以 MCGS 為實(shí)時(shí)監(jiān)控的具有自動(dòng)化功能的液體混合器，此系統(tǒng)重點(diǎn)設(shè)計(jì)了 PLC 的控制系統(tǒng)以及 MCGS 組態(tài)軟件監(jiān)控設(shè)計(jì)。本次設(shè)計(jì)可達(dá)成的效果是可以根據(jù)液位的變化過程和各液體含量相關(guān)參數(shù)的變化隨時(shí)進(jìn)行控制，液體混合器控制系統(tǒng)工作場(chǎng)合靈活且具有一定的精確性和安全性。 關(guān)鍵詞：組態(tài)軟件；液體混合器；PLC ABSTRACT The core control plate of the liquid mixer is the real-time monitoring system implemented by s7-200plc, supplemented by I/O equipment, solenoid valve control system and MCGS configuration software. In the oil refining, chemical engineering, medicine, manufacturing and other industries, for a variety of liquid mixing is inevitable but work, and is of great importance in the process of its production, but in most of these industries are flammable and explosive, toxic and corrosive solvent or solute, leads to the workers working environment is relatively poor, is more serious when the workers can't work in the field. Moreover, all of the above industries to mix proportion with strict precision requirement, and overall process and reliable operation, both of which are workers in field and semi-automatic control is difficult to realize. This paper generally describes the present application and the application of liquid mixer, aimed at the situation designed with MCGS for real-time monitoring, which has the function of automatic liquid mixer, this system mainly design the PLC control system and MCGS configuration software monitoring design. This design can achieve the effect of the process can be according to the change of liquid level and the change of liquid content related parameters to control at any time, liquid mixer control system with the accuracy and security of the workplace flexibility. Key words: MCGS; Liquid mixer;PLC 目 錄 摘 要 3 ABSTRACT 4 1. 緒論 1 1.1 課題的背景 1 1.2 本課題的研究?jī)?nèi)容 1 1.3 目前研究的概況和發(fā)展趨勢(shì) 1 2. 液體混合器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3 2.1 液體混合器材料的選擇 3 2.2 液體混合器相關(guān)參數(shù)確定 4 3. PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 7 3.1 PLC 簡(jiǎn)介及選擇依據(jù) 7 3.2 多種液體混合器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 13 3.3 PLC 控制程序設(shè)計(jì) 18 4. MCGS 的應(yīng)用——多種液體混合器的監(jiān)控、反饋 24 4.1 MCGS 的總體情況概述 24 4.5 工程的建立 26 4.6 工程畫面的創(chuàng)建 29 4.7 動(dòng)畫的連接 31 4.8 組態(tài)運(yùn)行 34 5.總結(jié) 36 致 謝 38 附錄 1：外文譯文 39 基于組態(tài)軟件的液體混合器 PLC 控制設(shè)計(jì) 1. 緒論 1.1 課題的背景 液體混合器是食品業(yè)、化工業(yè)、制藥業(yè)等行業(yè)必不可少的設(shè)備。當(dāng)前各生產(chǎn)以及科研領(lǐng)域所應(yīng)用的液體混合器大致分為三類：動(dòng)態(tài)液體混合器（行星齒輪動(dòng)態(tài)混合器、動(dòng)靜齒圈式動(dòng)態(tài)混合器、月牙槽型動(dòng)態(tài)混合器）、靜態(tài)液體混合器（ SV 型靜態(tài)混合器、SK 型靜態(tài)混合器、SX 型靜態(tài)混合器、SH 型靜態(tài)混合器、SL 型靜態(tài)混合器）、微液體混合器（被動(dòng)混合器、主動(dòng)微混合器、新型混合器）。 目前我國(guó)各類液體混合器研發(fā)正處在快速成長(zhǎng)的階段，包括用于混合高粘度流體,不但對(duì)流體具有很強(qiáng)的剪切作用.而且有分流、剝離配位、擠壓捏合等綜合作用,并且多數(shù)具有三維混合功能的高效動(dòng)態(tài)混合器；利用固定在館內(nèi)的混合單元體改變流體在館內(nèi)的流動(dòng)形態(tài)，以達(dá)到不同流體之間良好分散和充分混合的目的的靜態(tài)混合器；還有微型混合器的發(fā)展尤為迅速，在分析化學(xué)和生命科學(xué)領(lǐng)域，系統(tǒng)的微型化是大勢(shì)所趨，隨著基于塑料基底的微細(xì)加工技術(shù)的快速發(fā)展，微流控在生物芯片及芯片實(shí)驗(yàn)室中具有越來越重要的作用。 1.2 本課題的研究?jī)?nèi)容 本課題以 PLC 控制為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)對(duì)液體混合器的自動(dòng)控制來進(jìn)行的討論，在我國(guó)目前液體混合器的 PLC 控制還沒有普及，但是社會(huì)在極速發(fā)展的狀態(tài)下， 對(duì)液體混合器 PLC 自動(dòng)控制的研究具有非常重要的意義，這符合了社會(huì)成長(zhǎng)的潮流。目前絕大多數(shù)的生產(chǎn)要求其系統(tǒng)要具有混合精確、控制可靠等特點(diǎn)，這也是人工操作和半自動(dòng)化控制所難以實(shí)現(xiàn)的。所有為了幫助相關(guān)行業(yè)，特別是其中的中小型企業(yè)實(shí)現(xiàn)多種液體混合的自動(dòng)控制，從而達(dá)到液體混合的目的， 液體混合自動(dòng)配料勢(shì)必就是擺在我們眼前的一大課題。 1.3 目前研究的概況和發(fā)展趨勢(shì) 我國(guó)混合機(jī)制造業(yè)有著悠久的歷史和雄厚的基礎(chǔ)，國(guó)產(chǎn)混合機(jī)已經(jīng)在各個(gè)不同領(lǐng)域得到應(yīng)用并經(jīng)過驗(yàn)證，有些混合機(jī)還出口國(guó)外，得到國(guó)外用戶的認(rèn)可并受到好評(píng)，應(yīng)該說我國(guó)混合機(jī)制造業(yè)在國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)仍然有著巨大的發(fā)展空間。 38 當(dāng)今時(shí)代飲料生產(chǎn)、酒廠配液等等行業(yè)都離不開液體混合裝置。液體混料比例的精確性和均勻性是產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵,同樣也是產(chǎn)品品質(zhì)一致性的保障。傳統(tǒng)的液體混合裝置完全由人工操作,無論在配料、混料等階段都存在諸多不確定因素, 產(chǎn)品質(zhì)量無法保證, 廢品多、人工投入大?；诶^電接觸器控制的液體混合裝置也由于繼電接觸裝置自身的缺點(diǎn)如經(jīng)常維修,抗干擾能力差以及系統(tǒng)升級(jí)改 造困難等等, 對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率也難于提高。而可編程控制器有效地解決了這一問題。 在目前還說，在國(guó)內(nèi)外可編程控制器已已廣泛在鋼鐵冶煉、石油提煉、化工、汽車、紡織、交通、電力、建材、機(jī)械、環(huán)保、文化娛樂等行業(yè)使用，使用的可編程控制器分為以下幾類： （1） 開關(guān)量的邏輯控制 這是PLC最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺(tái)設(shè)備的控制，也可用于多機(jī)群控及自動(dòng)化流水線。如注塑機(jī)、印刷機(jī)、訂書機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。 （2） 模擬量控制 在工業(yè)生產(chǎn)過程當(dāng)中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實(shí)現(xiàn)模擬量(Analog)和數(shù)字量(Digital)之間的A/D轉(zhuǎn)換及D/A轉(zhuǎn)換。PLC廠家都生產(chǎn)配套的A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。 （3） 運(yùn)動(dòng)控制 PLC可以用于圓周運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)的控制。從控制機(jī)構(gòu)配置來說，早期直接用于開關(guān)量I/O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專用的運(yùn)動(dòng)控制模塊。如可驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要PLC廠家的產(chǎn)品幾乎都有運(yùn)動(dòng)控制功能，廣泛用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、電梯等場(chǎng)合。 （4） 過程控制 過程控制是指對(duì)溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。大中型PLC都有PID模塊，目前許多小型PLC 也具有此功能模塊。PID處理一般是運(yùn)行專用的PID子程序。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場(chǎng)合有非常廣泛的應(yīng)用。 （5） 數(shù)據(jù)處理 現(xiàn)代 PLC 具有數(shù)學(xué)運(yùn)算(含矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算)、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票?。?shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。 （6） 通信及聯(lián)網(wǎng) PLC 通信含 PLC 間的通信及 PLC 與其它智能設(shè)備間的通信。隨著計(jì)算機(jī)控制的發(fā)展，工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展得很快，各 PLC 廠商都十分重視 PLC 的通信功能， 紛紛推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的 PLC 都具有通信接口，通信非常方便。 從上世紀(jì)八十年代開始，我國(guó)的可編程控制器就一直在不斷的引進(jìn)與研發(fā)。起初的是用在引進(jìn)設(shè)備中的。但隨后來在各各企業(yè)中生產(chǎn)設(shè)備及產(chǎn)品中的慢慢PLC 控制的應(yīng)用。目前，我國(guó)本身已經(jīng)可以出產(chǎn)各種的中小型 PLC 等可編程控制器。于是可以預(yù)期到的是，伴隨著我國(guó)的社會(huì)現(xiàn)代化發(fā)展的不斷深入，PLC 控制將在我國(guó)工廠和生活中將有更為遼闊的應(yīng)用市場(chǎng)。 2. 液體混合器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2.1 液體混合器材料的選擇 本次設(shè)計(jì)的液體混合器主要應(yīng)用于醫(yī)藥業(yè)，故對(duì)材質(zhì)的耐腐蝕性及穩(wěn)定性有著一定的要求。經(jīng)查閱資料可知，316 不銹鋼由于在合金中添加了 Mo 元素， 使其耐腐蝕性和高溫強(qiáng)度相當(dāng)優(yōu)秀，符合我們對(duì)材質(zhì)的要求，故本次混合器容器部分材質(zhì)應(yīng)用 316 不銹鋼。 2.2 液體混合器相關(guān)參數(shù)確定 （1） 壁厚計(jì)算 查閱資料可知 316 不銹鋼的許用應(yīng)力為 =465MPa 設(shè)定其中裝入液體為水銀（密度最大的液體）其密度為 1.36*104kg/m3； 已知液體混合器整體尺寸為 250mm*170mm，焊縫系數(shù) =0.85；壁厚負(fù)加量C=1mm； 根據(jù)鋼制—壓力容器壁厚計(jì)算公式（GB150-89） 可得到壁厚 S=0.73mm 根據(jù)實(shí)際情況和機(jī)構(gòu)牢固性及鋼板規(guī)格考慮，設(shè)定壁厚為 5mm （2） 壁厚校核 根據(jù)鋼制—壓力容器壁厚校核公式（GB150-89） =9.86MPa<465MPa （3） 軸的參數(shù)確定 此軸的剛度強(qiáng)度足以使此裝置正常長(zhǎng)期運(yùn)行。 如圖所示，軸的左側(cè)較長(zhǎng)部分是銜接攪拌葉片置于混合液體內(nèi)部的，故其長(zhǎng)度應(yīng)足夠深入混合器中下方位置設(shè)定其長(zhǎng)度為 98cm，為了確保旋轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性，接下來為配合 5106 推力球軸承將軸半徑局部 5mm 內(nèi)增大為 30mm，為防止軸向竄動(dòng)，故設(shè)定一段長(zhǎng)為 5mm，直徑為 37mm 的軸肩，軸的最后尾端需通 過聯(lián)軸器與減速器配合，而軸與聯(lián)軸器需要通過鍵來連接，所選鍵長(zhǎng)為 22mm， 故尾端軸長(zhǎng)度定為 24mm。 （4） 攪拌葉片的材料及參數(shù)確定 攪拌葉片應(yīng)具有足夠的剛度和穩(wěn)定的耐腐蝕性，同時(shí)是選用 316 不銹鋼作為制作材料。 經(jīng)查閱資料可知葉片的總體長(zhǎng)度應(yīng)為容器直徑的 0.3-0.6 倍，即 75mm-150mm 之間，故確定葉片最大回轉(zhuǎn)直徑為 140mm。 整體裝配簡(jiǎn)圖如下： 3. PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3.1 PLC 簡(jiǎn)介及選擇依據(jù) 隨著近一個(gè)世紀(jì)以來科學(xué)的飛速發(fā)展，可編程控制器（PLC）誕生了。 PLC 是通過研發(fā)于 1969 年開發(fā)的，其開發(fā)時(shí)間僅為近 50 年，但具有良好的通用性和可靠性，且使用相對(duì)簡(jiǎn)單。 PLC 內(nèi)部包含不同類型的內(nèi)存與順序操作，并且期望的輸入和輸出功能在數(shù)字或模擬模式下實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)在，PL 是工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的三大支柱之一。 1969 年，美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司(DEC)開發(fā)了世界上第一個(gè)新控制器。他們將其命名為“可編程邏輯控制器(PLC)”在 PLC 在通用汽車的測(cè)試應(yīng)用成功后，它開始廣泛應(yīng)用于各種邏輯控制場(chǎng)合。 初期，我們所認(rèn)識(shí)的的 PLC 就是一種小型的集成電路，上邊有著大量的分立元器件，其所應(yīng)用的相關(guān)指令系統(tǒng)，以及軟件的大部分功能都比較簡(jiǎn)單，極大多數(shù)情況下應(yīng)用于邏輯處理，但我們的計(jì)算機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)變得愈加簡(jiǎn)單化，有了一定可靠性的提升，極大程度的適應(yīng)了工業(yè)的環(huán)境。 PLC 的發(fā)展歷程中， 20 世紀(jì) 70 年代早期，出現(xiàn)過序列控制器，由二極管矩陣和集成電路組成。在 1970 年代后期，有“ICU”，其主要核心是 MC14500 單元，有 MC14512 (8 通道數(shù)據(jù)選擇器)、MC14516 (指令計(jì)數(shù)器)、MC14599 (雙向 8 位可尋址鎖存器)、2732 (存儲(chǔ)器)和其他組件。雖然與 PLC 相比，其具有一定的價(jià)格優(yōu)勢(shì)，但由于其可靠性和功能，其發(fā)展停滯不前。PLC 作為現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化控制技術(shù)的重要支柱，具有較高的性價(jià)比。 3.1.1 PLC 的分類 由于 PLC 的產(chǎn)品性能不一，規(guī)格眾多，其分類方法也較多。根據(jù)習(xí)慣 PLC 可分為以下三種。 （1） 小型 PLC 習(xí)慣性的劃分為，能夠進(jìn)行控制的 I/O 點(diǎn)總數(shù)小于或等于 256 點(diǎn)的 PLC 稱作“小型 PLC”。小型 PLC 所采用的結(jié)構(gòu)為整體固定 I/O 型或基本單元加擴(kuò)展性結(jié)構(gòu)，其用戶存儲(chǔ)器的容量通常在 8000 步以內(nèi)，PLC 的定時(shí)器、輔助繼電器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器以及計(jì)數(shù)器數(shù)量相對(duì)較少，且限制了功能模塊以及應(yīng)用指令數(shù)量。 （2） 中型 PLC 可控制的最大 I/O 點(diǎn)數(shù)在 256-1024 之間的 PLC 稱為“中型 PLC”。 中型 PLC 采用的結(jié)構(gòu)為模塊型結(jié)構(gòu)，可以根據(jù)使用要求添加適當(dāng)?shù)哪K， 也正亦如此不同的中型 PLC 之間性能差距較大；通常我們所見的中型 PLC 存儲(chǔ)器的容量在 16000 步以上；應(yīng)用指令、功能模塊的數(shù)量大大增加，通信能力大大增強(qiáng)。 （3） 大型 PLC 可控制的的最大的 I/O 點(diǎn)數(shù)大于 1024 點(diǎn)即可稱為“大型 PLC”。 大型 PLC 一貫采用模塊型結(jié)構(gòu)；一般情況下而言存儲(chǔ)器的容量大于 32000 步；PLC 的計(jì)數(shù)器、定時(shí)器、數(shù)據(jù)寄存器、輔助繼電器的數(shù)量很多；所應(yīng)用的操作指令、相關(guān)功能的模塊配套豐富；其網(wǎng)絡(luò)功能強(qiáng)大，足以構(gòu)建基于大型 PLC 的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)；其還可以實(shí)現(xiàn)冗余的系統(tǒng)功能，還可以適應(yīng)對(duì)速度及可靠新要求較高的控制場(chǎng)合。 按照其所應(yīng)用的硬件分類，可分為五種，如下所示： （1） 整體固定 I/O 型 PLC:這是一個(gè)基于 I/O 定點(diǎn)的整體結(jié)構(gòu)，也是一個(gè)小的 PLC。它的 I/O 接口、內(nèi)存、電源、PLC 處理器和通信接口都安裝在基本單元上，沒有擴(kuò)展模塊接口。 （2） 基本單元加擴(kuò)展型 PLC：也是一種小型 PLC，其由可選的擴(kuò)展 I/O 模塊、整體結(jié)構(gòu)以及固定的 I/O 點(diǎn)數(shù)的基本單元所構(gòu)成。 （3） 模塊型 PLC：它將 PLC 部分或所有單元均變成模塊的形式，且統(tǒng)一安裝在一塊基板上，是一種常用結(jié)構(gòu)，通常應(yīng)用于大中型 PLC。 （4） 集成性 PLC：以補(bǔ)充功能為主，一般應(yīng)用于數(shù)控系統(tǒng)，用以實(shí)現(xiàn)輔助機(jī)能控制。 （5） 分布式 PLC: PLC 用來控制遠(yuǎn)程的體積規(guī)模較大的生產(chǎn)設(shè)備，依靠主站模塊實(shí)控制遠(yuǎn)程 I/O 點(diǎn)。 3.1.2 PLC 的系統(tǒng)組成 PLC 的組成框圖如圖 2.1 所示。 圖 2.1 PLC 結(jié)構(gòu)框圖 （1） 中央處理器（CPU） 中央處理模塊是直接決定 PLC 性能的關(guān)鍵組件。 其具體作用是： ①接受來自編程器的用戶程序輸入并將其存儲(chǔ)在程序存儲(chǔ)器中； ②采集站的輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)主要是同時(shí)掃描并存儲(chǔ)在輸入狀態(tài)寄存器中； ③執(zhí)行用戶程序，生成相應(yīng)的控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)程序指定的各項(xiàng)功能； ④通過診斷程序診斷 PLC 的各種操作錯(cuò)誤。 （2） I/O 模塊 ①輸入電路 ②可編程控制器中的輸入電路是連接外部信號(hào)的方式?，F(xiàn)場(chǎng)輸入信號(hào)流過輸入電路，并在輸入電路中轉(zhuǎn)換為 CPU 可處理的數(shù)字信號(hào)。 輸出電路 輸出電路是可編程控制器輸送控制信號(hào)給外部執(zhí)行器的通道。 （3） 存儲(chǔ)器模塊 可編程控制器的所有內(nèi)部存儲(chǔ)器分為以下三種： ①系統(tǒng)存儲(chǔ)器 系統(tǒng)儲(chǔ)存器一般為 ROM、EPROM，用途是存儲(chǔ) PLC 系統(tǒng)程序。 可編程序控制器的系統(tǒng)程序主要有三種類型：命令解釋器，管理程序和中斷控制程序。 可編程控制器的系統(tǒng)程序由生產(chǎn)廠家編制并安裝，用戶無權(quán)限進(jìn)行更改， 因此 P 其一般情況下不會(huì)發(fā)生死機(jī)之類的故障。 ②用戶存儲(chǔ)器 用戶存儲(chǔ)器可分為兩部分，一部分用來存儲(chǔ)用戶程序，另一部分則供監(jiān)控和用戶程序作為緩沖單元。 用戶程序是根據(jù)用戶自己學(xué)習(xí)PLC 指令系統(tǒng)和程序以及所理解的實(shí)際問題， 可隨時(shí)利用編程器完成指令的編輯輸入，所有指令都由微處理器發(fā)送給用戶程序處理器。為了使程序的修改、調(diào)試、完善、擴(kuò)充更加方便，該存儲(chǔ)器可采用具有掉電保護(hù)功能的 RAM。 ③數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器是為了存放 PLC 的內(nèi)部邏輯變量而研制，因?yàn)槠?CPU 需要隨時(shí)讀取并更新各個(gè)存儲(chǔ)器的內(nèi)容。 （4） 編程器 編程器是 PLC 重要的外圍設(shè)備。其可以對(duì)程序進(jìn)行編寫和修改，還具有監(jiān)視和調(diào)試功能。最終能夠在在 EPROM 中鞏固程序。 它分為簡(jiǎn)單和智能兩種。 簡(jiǎn)單編程器和 PLC 連接通過特殊接口相連，只能進(jìn)行在線的程序編寫，程序的輸入形式是軟件模塊類型。 指令程序先存儲(chǔ)于編程器的 RAM 中，然后存入控制器的存儲(chǔ)器中。 智能編程器可以在線編程，也可以在離線編程時(shí)，通過 PLC 直接插入到現(xiàn)場(chǎng)控制站的相應(yīng)編程接口中，還可以實(shí)現(xiàn)事務(wù)管理，梯形圖編程，通訊網(wǎng)絡(luò)， 彩色圖形顯示和打印 輸出控制等。編程器的鍵盤由兩種類型（梯形語言鍵或指令語言鍵）表示。 另外，屏幕對(duì)話是用戶編程的好途徑。此外，用戶還可以使用計(jì)算機(jī)編程通過 RS-232 接口將編織程序輸出到 PLC。 （5） 通信接口 通信接口是可編程控制器與外部設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的接口。 3.1.3 PLC 的工作方式 PLC 通常使用循環(huán)掃描操作模式來掃描用戶程序。 掃描方法大致分為以下五個(gè)階段： （1） 自診斷 執(zhí)行自我診斷相關(guān)程序。 （2） 與編程器進(jìn)行通信 如有通信請(qǐng)求，則 PLC 在自診斷后就會(huì)立刻進(jìn)行通信相關(guān)處理。 （3） 讀入相關(guān)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào) 當(dāng) PLC 開始執(zhí)行用戶程序時(shí)，微處理器會(huì)優(yōu)先順序讀取所有輸出信號(hào)，并在相應(yīng)的輸入狀態(tài)寄存器中逐個(gè)存儲(chǔ)它們。 （4） 進(jìn)行用戶程序的執(zhí)行操作 程序是由一條一條的指令所構(gòu)成，且每條指令都有順序號(hào)，這些順序號(hào)在可編程控制器中被稱作步號(hào)。根據(jù)步驟號(hào)將每條指令順序存儲(chǔ)在存儲(chǔ)單元中。在執(zhí)行程序的過程中，微處理器調(diào)用并執(zhí)行指令序列，并對(duì)輸入或輸出狀態(tài)執(zhí)行相關(guān)的“處理”，即根據(jù)程序執(zhí)行邏輯和算術(shù)運(yùn)算，然后將計(jì)算結(jié)果存儲(chǔ)在 輸出狀態(tài)寄存器。 （5） 輸出結(jié)果 指令完成后，輸出電路用于將輸出狀態(tài)寄存器中的狀態(tài)轉(zhuǎn)換為電壓或電流信號(hào)輸出。 PLC 都有兩種工作狀態(tài)：STOP（停機(jī)狀態(tài)，此時(shí)只能輸入不能輸出）和 RUN （運(yùn)行狀態(tài)，此時(shí)只能輸出不能輸入）。 根據(jù)工作狀態(tài)、工作階段不同，有以下兩種工作路徑。如圖 2-2 所示。 圖 2.2 PLC 運(yùn)行框圖 3.1.4 PLC 應(yīng)用領(lǐng)域 可編程控制器已廣泛應(yīng)用于國(guó)內(nèi)外各行各業(yè)。 PLC 目前應(yīng)用于以下幾個(gè)方面： （1） 邏輯控制[14] （2） 順序控制[14] （3） 運(yùn)動(dòng)控制[14] （4） 數(shù)據(jù)處理[14] （5） 過程控制[14] 2.1.5 PLC 機(jī)型的選擇 PLC 產(chǎn)品種類和型號(hào)很多，其功能，價(jià)格和使用條件各不相同。 在選擇中， 除了輸入和輸出點(diǎn)之外，通常應(yīng)考慮以下方面。 （1） PLC 的功能。PLC 的功能必須適應(yīng)完成的控制任務(wù)。 這是最基本的要求。若所用的 PLC 功能不當(dāng)或者功能不是很強(qiáng)，而且滿足不了設(shè)計(jì)者的要求。控制過程中也必須考慮可編程控制器的計(jì)算速度。以順序掃描工作方式進(jìn) 行工作的 PLC 并不能一直接受持續(xù)時(shí)間小于掃描周期的通訊信號(hào)。 （2） 輸入電路模塊。PLC 輸入連接到受控設(shè)備的輸出。 因此，除了根據(jù)上述估計(jì)結(jié)果考慮使用的輸入點(diǎn)的數(shù)量之外，還需要精確地選擇傳感器等。另外， 需要考慮輸入點(diǎn)的相關(guān)參數(shù)。 主要目的是選擇一個(gè)準(zhǔn)確的工作電壓和電流。 （3） 輸出電路模塊。輸出電路模塊的任務(wù)是將 PLC 的內(nèi)部輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換為可驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器的控制信號(hào)。除考慮輸出點(diǎn)的數(shù)量外，通常還需要注意兩個(gè)問題： 對(duì)于工作電壓和電流，輸出電路應(yīng)該大于負(fù)載； 對(duì)于感性負(fù)載，應(yīng)該注意的是， 斷開時(shí)可能會(huì)產(chǎn)生較高的反向電感。 3.2 多種液體混合器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3.2.1 液體混合器的基本組成結(jié)構(gòu) 圖 2.3 很好的詮釋了多種液體混合器的結(jié)構(gòu)，其所要達(dá)到的功能是能自動(dòng)完成三種液體的混合和攪拌。該設(shè)備需要控制的組件如下：液位傳感器 L1，L2， L3（當(dāng)液體浸入此點(diǎn)時(shí)為 ON 狀態(tài)）； 電磁閥 Y1，Y2，Y3，混合器 M.所有部件的控制都是數(shù)字控制，即通過導(dǎo)線和相應(yīng)的控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)控制效果。 圖 2.3 液體混合器 工作過程的敘述如下： （1） 初始狀態(tài)：容器內(nèi)部為空，Y1 至 Y4 以及攪拌機(jī) M 處都是關(guān)閉的， 液面?zhèn)鞲衅?L1-L3 也都是關(guān)閉的。 （2） 起始操作：撥動(dòng)啟動(dòng)按鈕，啟動(dòng)系統(tǒng)，復(fù)位 Q0.0-Q0.5.撥動(dòng) L3 按鈕 （即準(zhǔn)備開始注入液體）電磁閥 Y1、Y2 處于開啟狀態(tài)，此時(shí)開始注入液體 A、B 兩種液體，當(dāng)其液面高度升高到 L2 時(shí)（此時(shí) L2 和 L3 全部未開啟狀態(tài)）， 然后打開液體 C 的電磁閥 Y3，像 A、B 混合液體中注入液體 C，當(dāng)最終混合液體液面到達(dá) L1 高度時(shí)，L1 變?yōu)殚_啟狀態(tài)，即三種液體立刻停止注入，緊接著攪拌機(jī) M 接通開始工作，程序設(shè)定的攪拌時(shí)間為 5 秒，攪拌過程結(jié)束后打開電磁閥 Y4，排出攪拌完的混合液體，最后按下停止按鈕，復(fù)位系統(tǒng)復(fù)位并結(jié)束工作。 （3） 停止及重復(fù)操作：按啟動(dòng)按鈕可以重新開始工作。 3.2.2 液位傳感器的選擇 LSF 系列液位傳感器開關(guān)可以提供相當(dāng)準(zhǔn)確的檢測(cè)依據(jù)，能夠在各種惡劣環(huán)境中進(jìn)行工作。 經(jīng)查閱資料，選用 LSF-2.5 型液位傳感器。相關(guān)元件主要技術(shù)參數(shù)及原理如下： 表 2.1 相關(guān)部件的主要技術(shù)參數(shù) 3.2.3 攪拌電機(jī)的選擇 結(jié)合電機(jī)效率，節(jié)能情況，噪音振動(dòng)以及運(yùn)行安全可靠性等方面考慮。選用 EJ15-3 型電動(dòng)機(jī)。 表 2.2 相關(guān)部件的主要技術(shù)參數(shù) 其硬件接線如圖 2.4。 圖 2.4 硬件接線 3.2.4 電磁閥的選擇 （1） VF4-25 電磁閥用于罐裝液體。 表 2.3 相關(guān)部件的主要技術(shù)參數(shù) （2） AVF-40 型電磁閥用于儲(chǔ)存液體。 表 2.4 相關(guān)部件的主要技術(shù)參數(shù) 3.2.5 接觸器的選擇及熱繼電器的選擇 （1）接觸器的選擇 在日常實(shí)際作業(yè)中，不同的情況下電機(jī)總會(huì)時(shí)遇到電壓或者電流過載的情況，長(zhǎng)期過載的后果是繞組溫度升高且超過允許值使繞組老化加速，明顯降低電機(jī)使用壽命，最嚴(yán)重時(shí)會(huì)損壞使電機(jī)，因此，都需要提供過載保護(hù)裝置以維持電機(jī)長(zhǎng)時(shí)間的工作。選擇熱繼電器需要考慮因素有：整定電流要大于被保護(hù)電路護(hù)的正常工作電流。保護(hù)電機(jī)時(shí)，綜合考慮所選熱繼電器的型號(hào)、規(guī)格和特性等。 本次設(shè)計(jì)中選用 CJ20-10/CJ20-16 型接觸器。 表 2.5 相關(guān)部件的主要技術(shù)參數(shù) （2）選擇合適的熱繼電器 熱繼電器的種類很多，我們大多時(shí)候應(yīng)用的是雙金屬片的熱繼電器。本次設(shè)計(jì)選用 JR16B-60/3D 型熱繼電器。 ： 表 2.6 相關(guān)元件主要技術(shù)參數(shù) 3.3 PLC 控制程序設(shè)計(jì) 3.3.1 I/O 地址對(duì)照表 表 2.7 多種液體自動(dòng)控制的 I/O 分配表 3.3.2 外部接線圖 圖 2.5 plc 接線圖 圖 2.6 實(shí)驗(yàn)?zāi)K接線圖 3.3.3 梯形圖 經(jīng)反復(fù)研究確認(rèn)后設(shè)計(jì)了相關(guān)程序，梯形圖繪制如下： 功能：?jiǎn)?dòng)復(fù)位，停止復(fù)位。 啟動(dòng) SM0.1，啟動(dòng) I0.0，并且檢測(cè)到 I0.0 產(chǎn)生正跳變時(shí)，復(fù)位 T190-T191， Q0.0-Q0.5。,使其由高電平變?yōu)榈碗娖健ｉ]合停止開關(guān)，復(fù)位 Q0.0-Q0.5。 功能：閉合 L3，點(diǎn)亮 Y1、Y2，注入液體 A、B。 撥動(dòng) L3，使得電磁閥 Y1、Y2 線圈通電，電磁閥 Y1、Y2 閉合，變亮。 功能；點(diǎn)亮 L3，即注入液體 C。 閉合開關(guān) L2（I0.2）電磁閥 Y3 線圈通電，其常開觸點(diǎn)閉合，即 Y3 亮。 功能：液面上升到了 L1 時(shí)，電磁閥 Y3 關(guān)閉，C 液體停止注入，開啟攪拌機(jī)。閉合 L1，定時(shí)器 T190 開始計(jì)時(shí)，攪拌機(jī) M 開始工作，計(jì)時(shí)器計(jì)滿 5 秒后，常開跳為常閉，常閉跳常開，攪拌機(jī)停止工作，即 M 滅。 功能：液面降低至 L3 時(shí)，再延時(shí) 5 秒。T190 計(jì)時(shí)滿 5 秒后，T191 開始計(jì)時(shí) 5 秒。 功能：T191 延時(shí) 5 秒，便于排除液體。 5 秒后，Y4 亮。 功能：復(fù)位操作。 T191 計(jì)滿 5 秒后，將 T190、T191 計(jì)時(shí)器復(fù)位。 基于組態(tài)軟件的液體混合器 PLC 控制設(shè)計(jì) 實(shí)驗(yàn)整體接線圖如圖 3.3 所示。 圖 3.3 接線實(shí)物圖 4. MCGS 的應(yīng)用——多種液體混合器的監(jiān)控、反饋 4.1 MCGS 的總體情況概述 監(jiān)控和控制生成系統(tǒng)（MCGS）是一個(gè)以 Windows 平臺(tái)為參考而研發(fā)的組態(tài)軟件系統(tǒng)，可以完成實(shí)時(shí)操作現(xiàn)場(chǎng)的相關(guān)數(shù)據(jù)采集，對(duì)采集到的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算以及相關(guān)處理，具有故障報(bào)警和安全機(jī)制，能夠隨時(shí)隨地的對(duì)過程進(jìn)行控制，有強(qiáng)大的動(dòng)畫顯示功能，生動(dòng)而形象的反映工作進(jìn)程等等。同時(shí)為用戶提供了一個(gè)完整的解決方案和開發(fā)平臺(tái)。 MCGS 具有操作簡(jiǎn)單，可視性好，可維護(hù)性強(qiáng)，性能高，可靠性高等突出特點(diǎn)。 4.2 MCGS 組態(tài)軟件的整體結(jié)構(gòu) 圖 3.1MCGS 軟件系統(tǒng)組成圖 圖 3.2MCGS 工程組成圖 MCGS 軟件系統(tǒng)由組態(tài)環(huán)境和運(yùn)行環(huán)境兩大部分組成。 組態(tài)環(huán)境：經(jīng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)定義數(shù)據(jù)變量后，其可以構(gòu)建動(dòng)畫、進(jìn)行流程控制、組態(tài)報(bào)警、設(shè)計(jì)報(bào)表以及連接設(shè)備，近似于一整套十分完整的工具軟件。運(yùn)行環(huán)境：其主要是顯示具體的動(dòng)畫情形、能夠直接的觀看現(xiàn)場(chǎng)并且進(jìn)行 控制、而且能夠報(bào)警輸出、打印相關(guān)情況的報(bào)表等功能。 MCGS 的所有工程都由五個(gè)部分組成：主控窗口、設(shè)備窗口、用戶窗口、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和運(yùn)行策略。每一部分都要進(jìn)行組態(tài)的設(shè)定，完成不同的工作。 4.3 MCGS 組態(tài)軟件的功能和特點(diǎn) MCGS 具有大量的設(shè)備驅(qū)動(dòng)，可以應(yīng)用于現(xiàn)在我們所了解的大多數(shù)的硬件設(shè)備；另外，MCGS 將組態(tài)環(huán)境調(diào)試功能與設(shè)備操作命令結(jié)合，完美地實(shí)現(xiàn)了軟件與硬件的銜接。 采用的腳本語言為類 Basic 腳本語言，使用戶能夠經(jīng)過簡(jiǎn)單的學(xué)習(xí)之后便可入手編程，而且在短時(shí)間內(nèi)便可以編輯出與所需系統(tǒng)相對(duì)的復(fù)雜程序。 數(shù)據(jù)處理的功能十分強(qiáng)大，能靈活的運(yùn)用各種方式對(duì)現(xiàn)場(chǎng)隨時(shí)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與相關(guān)處理，以確保用戶能夠獲得現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。 具有完善的安全機(jī)制，使用者具有一定的操作權(quán)限，例如：自由設(shè)定菜單、按鈕及退出系統(tǒng)等。 MCGS 同時(shí)提供了 WWW 瀏覽功能，在整個(gè)企業(yè)范圍內(nèi)，僅僅通過 IE 瀏覽器就可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)畫畫面的監(jiān)控，以及當(dāng)下與以往生產(chǎn)信息，包括發(fā)展趨勢(shì)，生產(chǎn)報(bào)表等，并具有完整的用戶權(quán)限控制功能。 4.4 MCGS 組態(tài)軟件的工作方式 MCGS 通訊外部設(shè)備：MCGS 利用自身攜帶的且與外部設(shè)備相匹配的驅(qū)動(dòng)程序驅(qū)動(dòng)有關(guān)設(shè)備后，彼此之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。 MCGS 的動(dòng)畫效果產(chǎn)生：MCGS 中的每一個(gè)電器元件的圖片都有與其相匹配的固有的動(dòng)畫屬性。每一種動(dòng)畫屬性都會(huì)產(chǎn)生動(dòng)畫效果，我們可以根據(jù)自身需求去設(shè)定。這里提到的動(dòng)畫屬性，就是是一種特征參數(shù)，反映圖形的各種狀態(tài)。 4.5 工程的建立 4.5.1 工程的建立 圖 3.3 MCGS 工程建立 4.5.2 賦予數(shù)據(jù)變量含義 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)是 MCGS 中相當(dāng)重要的一個(gè)組成部分。是為了完成 PLC 的監(jiān)控項(xiàng)目而定義出完備的數(shù)據(jù)變量用以交換和處理。正是數(shù)據(jù)變量的逐個(gè)定義累積構(gòu)成了我們所見到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，我們?cè)诮?shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的時(shí)候就相當(dāng)于定義了相關(guān)的數(shù)據(jù)變量（即確定了數(shù)據(jù)變量的類型、名稱、初始值和數(shù)值范圍）。 變量的分配：對(duì)液體混合器進(jìn)行分析，確定所需要的變量類型及名稱。見 圖 3.4 多種液體混合器數(shù)據(jù)變量表 定義數(shù)據(jù)變量的步驟： 設(shè)備與變量連接： 圖 3.5 數(shù)據(jù)對(duì)象屬性設(shè)置 圖 3.6 設(shè)備管理窗口 4.6 工程畫面的創(chuàng)建 工程畫面的創(chuàng)建按照以下步驟進(jìn)行 構(gòu)造完的工程畫面如下： 圖 3.7 工程畫面的創(chuàng)建 圖 3.8 初始 按下“啟動(dòng)按鈕”，系統(tǒng)運(yùn)行且將 PLC 的 Q0.0-Q0.5 復(fù)位，并實(shí)時(shí)監(jiān)控液體混合器的工作狀態(tài)。初始狀態(tài)時(shí)， L3 燈亮，電磁閥 Y1、Y2 流通狀態(tài)，A、B 液體同時(shí)流入；當(dāng) A、B 混合液體到達(dá)液位傳感器 L2 所處高度時(shí)，液位傳感器L2 燈亮，此時(shí)電磁閥 Y3 打開，A、B、C 三種液體同時(shí)流入進(jìn)行混合；當(dāng)混合液體到達(dá)液位傳感器 L1 所處高度時(shí)，液位傳感器 L1 燈亮，同時(shí)電磁閥 Y1、Y2、Y3 同時(shí)關(guān)閉，攪拌器開始攪拌，攪拌 5s 后，電磁閥 Y4 由關(guān)閉轉(zhuǎn)為開啟狀態(tài)， 排出混合液體；按下“停止按鈕”，系統(tǒng)復(fù)位，即停止工作。 4.7 動(dòng)畫的連接 在設(shè)定完每一個(gè)動(dòng)畫元件的動(dòng)畫屬性之后，需要把我們?cè)趯?shí)施數(shù)據(jù)庫(kù)中所定義好的數(shù)據(jù)變量與每一個(gè)動(dòng)畫元件相匹配，這是完成監(jiān)控與控制的前提條件。 啟動(dòng)按鈕的動(dòng)畫連接 圖 3.9 動(dòng)畫組態(tài)屬性窗口 圖 3.10 動(dòng)畫組態(tài)屬性設(shè)置 整體動(dòng)畫腳本循環(huán)設(shè)計(jì) （1）雙擊用戶窗口中沒有元件的空白處，將會(huì)彈出如下頁面； 圖 3.11 整體動(dòng)畫腳本循環(huán)設(shè)計(jì) （2）左鍵單擊選擇“循環(huán)腳本”，點(diǎn)擊“打開程序編輯器”進(jìn)行相關(guān)編程。如下所示： 圖 3.12 腳本編程 4.8 組態(tài)運(yùn)行 在我們把每一項(xiàng)設(shè)置都完成之后，進(jìn)行項(xiàng)目的保存工作，然后可以把組態(tài)監(jiān)控程序關(guān)閉，連接好數(shù)據(jù)線，在 PLCSTOP 狀態(tài)下，將 PLC 程序下載到我們?cè)趯?shí)驗(yàn)室中所選定的 PLC 裝置中，再一次啟動(dòng) MCGS 組態(tài)軟件，通過 USB 數(shù)據(jù)線將組態(tài)動(dòng)畫下載至觸摸屏，之后我們可以清晰的見到操作界面，最后將 PLC 調(diào)到 RUN 狀態(tài)，可以實(shí)現(xiàn) MCGS 對(duì) PLC 的監(jiān)控與控制?？v觀整個(gè)操作過程， 我們可以反復(fù)的按鍵來完成對(duì)我們已設(shè)定程序的檢測(cè)。經(jīng)過一次次的測(cè)試，組態(tài)監(jiān)控軟件可實(shí)現(xiàn)預(yù)期的監(jiān)控與控制功能。 PC 機(jī)、PLC、mcgs 整體運(yùn)行情況如圖 3.13 所示。 圖 3.13 整體工作圖 5. 總結(jié) 本設(shè)計(jì)的目標(biāo)是通過組態(tài)軟件MCGS 以及可編程控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)多種液體混合器的控制。MCGS 提供了更為直觀、清晰以及更加準(zhǔn)確的電磁閥開關(guān)、液位以及液體的流動(dòng)；這樣 PLC 的工作效率要比單獨(dú) PLC 工作的情況高得多。 我對(duì)于 MCGS 的學(xué)習(xí)是零基礎(chǔ)開始，一步步的了解、一步步的實(shí)踐，最后成功的應(yīng)用于多種液體混合器并且實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制是讓我感到很成功的一件事。利用組態(tài)軟件 MCGS 監(jiān)控的多種液體混合器，可以節(jié)省大量的人力資源，很大程度上提高了工作的效率。 本設(shè)計(jì)是基于西門子 S7-200 型 PLC 進(jìn)行的程序設(shè)計(jì)，也同時(shí)基于 PLC 系列產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)（具有靈活性強(qiáng)、可靠性高、抗干擾性能好以及對(duì)工作環(huán)境無要求等），所以今后相關(guān)的惡劣環(huán)境可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，降低人們?cè)诖谁h(huán)境中工作的危害。同時(shí)本設(shè)計(jì)項(xiàng)目采用 PLC 來控制液體混合器，所以能夠較為方便的隨時(shí)修改 PLC 的程序，滿足不同情況下液體的混合要求。此控制系統(tǒng)在具有一定的經(jīng)濟(jì)性的基礎(chǔ)上，還具有相當(dāng)高的精確性。 我們現(xiàn)在所作的畢業(yè)設(shè)計(jì)，充分考驗(yàn)了我們對(duì)于所學(xué)知識(shí)的運(yùn)用。另一方面，每一個(gè)環(huán)節(jié)都會(huì)端正我們做事的態(tài)度，畢業(yè)設(shè)計(jì)是嚴(yán)肅的，是需要認(rèn)真對(duì)待的。整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)期間，我們的專業(yè)知識(shí)、技能在不斷鞏固的前提下一直在穩(wěn)步的提升。而且我所得到的啟發(fā)是在今后不管是任何的事情，都需要我們一點(diǎn)一滴的積累，不斷的努力，才會(huì)完成。相信我們通過這次經(jīng)歷，會(huì)對(duì)我們以后的工作生活產(chǎn)生不可估量的鼓舞和影響。 參考文獻(xiàn) [1] 殷建國(guó).工廠電氣控制技術(shù)[M].經(jīng)濟(jì)管理出版社,2006. 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Chinese Journal of Aeronautics20 (2007) 266-271. 致 謝 經(jīng)過兩個(gè)月的寫作以及不斷修正,終于完成本文,在書面謄寫的過程中遇到了許多困難和障礙,所幸的是一直有老師的幫助。十分感謝十四周以來,指導(dǎo)老師——?jiǎng)采蠋煂?duì)我的耐心指導(dǎo),無論何時(shí)何地,每當(dāng)我遇到問題聯(lián)系劉老師時(shí),他總是能第一時(shí)間給予解答, 另外在圖書館圖書的選擇方面,給了我明確的方向；同時(shí)感謝四年以來機(jī)械工程學(xué)院所有老師的教導(dǎo)與幫助。 本文應(yīng)用了數(shù)位學(xué)者的論文成果,在此表示深切的感謝,每一篇論文在我的研究課題處于瓶頸期的時(shí)候都給了我明確的提示,一次又一次的啟發(fā),才能讓我按時(shí)保質(zhì)的完成論文。最后感謝我的同學(xué)和朋友,在寫作過程中,他們不是幫我提意見,并給予了我很多的幫助,最終論文得以完成。 附錄 1：外文譯文 虛擬 plc 在 LabVIEW 軟件中的實(shí)際應(yīng)用 Mohammad K. Abuzalata Department of Mechatronics Engineering, Faculty of Engineering Technology, Al-Balqa’ Applied University, P.O. Box 425530, Amman-Jordan 摘要： 在這項(xiàng)研究里測(cè)試并設(shè)計(jì)了 13 種不同的功能。其中包括,單輸入單輸出、單輸入雙輸出、鎖存器輸出、計(jì)時(shí)器、計(jì)數(shù)器、邏輯函數(shù)、小于、大于以及等于的計(jì)算功能,異或函數(shù)、復(fù)合函數(shù)和移位寄存器。在研究的最后,為了說明目的,開發(fā)并測(cè)試了 7 天泡茶機(jī)、電空驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和它們的模擬。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,基于 plc 的控制與基于虛擬 plc 的程序結(jié)果完全吻合。 關(guān)鍵詞：函數(shù),LabVIEW,梯形圖,plc,仿真 說明 如今,傳統(tǒng)的 PLC 仍在很多領(lǐng)域應(yīng)用,但是對(duì)于新裝置而言,基于 Windows 的PC 機(jī)使用 LabVIEW 軟件（abuzalata et al.,2010；除 et al.,2011）是日益成為首選的控制機(jī)制。PLC 由于其穩(wěn)定性、便捷的 I/O 接口以及其可靠的監(jiān)控裝置已經(jīng)成為控制業(yè)中最受歡迎的工具。傳統(tǒng)的 PLC 系統(tǒng)已被視為是企業(yè)訪問數(shù)據(jù)信息的障礙?？梢蕴砑?PLC 固有的專有設(shè)計(jì)由于一些原因限制了數(shù)據(jù)通道,像存儲(chǔ)器的容量,編程語言的隨意性（繼電器梯形圖）以及通過數(shù)據(jù)表對(duì)表內(nèi)的數(shù)據(jù)訪問。PLCs 的一個(gè)重要特點(diǎn)是,標(biāo)準(zhǔn) PLC 只能一次執(zhí)行一個(gè)程序,而一臺(tái)工業(yè)計(jì)算機(jī)能夠同時(shí)執(zhí)行多個(gè)程序,或 以任意順序執(zhí)行。還可以指出另外兩個(gè)重要的PLC 缺點(diǎn)：第一個(gè)是對(duì)于 Morris（1982）系列和特拉維斯系列和克林（2006） 系列的 PLC 而言,其進(jìn)行登記的訪問在一個(gè)很低的水平上。第二個(gè)是,如果梯形圖和上位機(jī)程序都寫入 PLC 寄存器,則有明顯的沖突。相反,所有寄存器都應(yīng)該是單向的,也就是說或者是 PLC 輸出信息或者是主機(jī)進(jìn)行輸出。與傳統(tǒng)的 PLC 相比之下,PC 機(jī)實(shí)際上具有很大的內(nèi)存。在實(shí)際應(yīng)用程序中 lab-VIEW 很容易保持良好的架構(gòu),因?yàn)樵谑褂弥幸子趯?shí)現(xiàn)封裝和模塊化。 39 基于以上的研究目標(biāo)是為了說明設(shè)計(jì)不同 PLC 功能是被用作使用 labVIEW 環(huán)境的應(yīng)用。 等價(jià)PLC/labVIEW 梯形圖 在表一部分,是 PLC 的梯形圖,西門子軟件以及其設(shè)備像 Thomas 一樣從單 向輸入、單向輸出的角度使用著 labVIEW。 七天泡茶機(jī) 七天泡茶機(jī)的操作：泡茶機(jī)的操作需要按照以下順序進(jìn)行,時(shí)間開關(guān)在上午的適當(dāng)時(shí)間閉合,啟動(dòng)循環(huán)。閥門 V1 打開,讓水充滿水壺 K,直到浮動(dòng)開關(guān) FS 運(yùn)行。它關(guān)閉閥門 V1 并接通加熱元件 E,水壺里的水煮沸并啟動(dòng)恒溫箱,之后將關(guān)閉加熱元件 E 和打開閥門 V2。熱水將注入茶壺,茶壺水滿時(shí)關(guān)閉閥門 V2。這時(shí)會(huì)有鬧鐘通知使用者茶水已制作完畢。 這個(gè)系統(tǒng)依賴于用戶每天更換茶壺、茶葉,而且每周需要將配套的水箱注滿水。以上所列舉的順序就是程序說明書。 輸入和輸出：LabVIEW 是用來代替 PLC 控制系統(tǒng)的,正如我們所知道的那樣,PLC 的輸入和輸出在程序設(shè)計(jì)之前都要確定。在泡茶機(jī)的應(yīng)用方面,它輸入和輸出是什么呢？ ?輸入：它們是通知 PLC（LabVIEW 程序）控制系統(tǒng)的傳感器所發(fā)出的信號(hào)/ 信息。輸入系統(tǒng)告訴 PLC（LabVIEW 程序）將要發(fā)生什么。 Res. J. App. Sci. Eng. Technol., 5(24): 5677-5682, 2013 40 41 42 圖 2:7 天泡茶機(jī)的西門子梯形圖。 開關(guān)、恒溫器、傳感器等都是輸入設(shè)備。 ?輸出:它們是由 PLC (LabVIEW 程序)發(fā)布的命令,用于執(zhí)行任務(wù)(通常需要電源)。輸出設(shè)備必須被告知何時(shí)進(jìn)行工作；如泵、電磁閥、燈具等。 輸出設(shè)備:圖 1 中 7 天制茶機(jī)的圖表說明了系統(tǒng)的操作。 參照茶葉制造商系統(tǒng),將每個(gè)元素標(biāo)識(shí)為輸入或輸出設(shè)備,并賦予其唯一標(biāo)識(shí), 如表 2 所示。 7 天泡茶機(jī)程序:因?yàn)?LabVIEW 是用來代替 PLC 來控制這個(gè)系統(tǒng),而且然后由 PLC 西門子(S7-200)軟件來設(shè)計(jì)程序,接著由 LabVIEW 軟件繼續(xù)執(zhí)行。 ? PLC 梯形圖:如圖 2 所示,采用 PLC 西門子(S7-200)軟件的 7 天泡茶機(jī)程序梯形圖如圖 2 所示。、 ? LabVIEW 的梯形圖:如圖 3 所示,7 天泡茶機(jī)程序的梯形圖是 LabVIEW 的。 43 ?使用 LabVIEW 的 7 天泡茶機(jī)模擬:如圖 4 所示,使用 LabVIEW 軟件模擬 7 天泡茶機(jī)。 44 氣動(dòng)缸系統(tǒng) 氣動(dòng)氣缸的操作:氣動(dòng)氣缸閥門的操作等(2011)需要以下步驟:通過外推按鈕或軟件內(nèi)部的操作來初始化操作,電磁閥 SV 是工作的,并將氣缸向前移動(dòng)。當(dāng)圓筒接觸限位開關(guān)時(shí),定時(shí)器 T1 將被激活。當(dāng) T1 的時(shí)間值結(jié)束后,SV 返回到 off 狀態(tài),而螺線管反向運(yùn)動(dòng)。這使得定時(shí)器 2 T2 打開,T1 關(guān)閉,計(jì)數(shù)器 C1 增加 1。當(dāng) T2 的時(shí)間值結(jié)束后,SV 被激活,氣缸又向前移動(dòng)。序列一直持續(xù)到計(jì)數(shù)器到達(dá)它的值,然后操作將自動(dòng)關(guān)閉。用戶可以在任何時(shí)候通過外部按鈕或軟件內(nèi)部的按鈕關(guān)閉操作,用戶也可以從外部按下按鈕開關(guān)操作。 氣缸的輸入和輸出: LabVIEW 將代替 PLC 來控制這個(gè)系統(tǒng)。眾所周知,PLC 的輸入和輸出必須在程序設(shè)計(jì)之前確定。參照氣動(dòng)氣缸系統(tǒng),我們可以將每個(gè)元件識(shí)別為輸入或輸出裝置,并給它一個(gè)獨(dú)特的識(shí)別,如表 3 所示。 45 圖 9:氣動(dòng)氣缸的硬件電路。 氣動(dòng)氣缸程序: 由于 LabVIEW 是用來代替 PLC 來控制這個(gè)系統(tǒng)的,所以首先使用 PLC 來設(shè)計(jì)程序,如圖 5 所示,采用 PLC 西門子(S7-200)軟件,然后使用 LabVIEW 軟件如圖 6 所示。 ?氣缸的 PLC 梯形圖: ?氣動(dòng)氣缸的 LabVIEW 梯形圖: 圖 6 顯示了氣動(dòng)氣缸系統(tǒng)的梯形圖。使用 labVIEW 的氣缸模擬: 圖 7 演示了使用 LabVIEW 軟件的氣動(dòng)氣缸應(yīng)用程序的仿真。氣缸的硬件: 它包含多路光耦合器光電晶體管輸出(4 - 2 元),其銷連接圖 8 所示- BD 237 NPN 晶體管電阻 920Ω,440 KΩ- 2 推 buttons-leds-24 V 直流電源 supply-4 / 2 雙作用氣缸,電磁閥,限位開關(guān)的數(shù)據(jù)采集板,本文研究了以下 DIO（數(shù)字量輸入輸出）通道數(shù)據(jù)采集板,表 4,代表這些引腳。按下 24V 直流電源的按鈕以給電磁閥、雙作用氣缸,限制開關(guān) DAQ 板供電,本研究在 DAQ 板(表 4)中處理了以下的DIO(數(shù)字輸入輸出)通道,表示這些引腳。 如圖 9 所示,硬件電路的構(gòu)造。電路包括兩個(gè)部分；第一部分是光耦合器,它將DAQ 板與電磁線圈的高電流隔離開來。數(shù)字通道 5 在 DAQ 板上激活光耦合器及其 46 輸出激活第二部分(功率晶體管)。第二部分的目的是將合適的電流提供給螺線管。功率晶體管的輸出激活電磁閥(Alia et al., 2011)。 表 4:戴奧頻道 符號(hào) 通道 密碼 狀態(tài) (I,O) 項(xiàng)目 DIO5 51 Output SV DIO2 49 Input LS DIO4 19 Input ON DIO0 52 Input OFF 結(jié)論 使用 LabVIEW 環(huán)境,設(shè)計(jì)并測(cè)試了 13 個(gè)不同的虛擬 rungs。應(yīng)用同樣的方法,可以設(shè)計(jì)一套完整的 PLC 功能,實(shí)現(xiàn)可編程的基于 pc 的虛擬 PLC。在這種情況下, 虛擬 PLC 將獲得基于 pc 的控制的優(yōu)勢(shì)。 引用 Abuzalata, M.K., M.A.K. Alia, S. Asad and M. Salahat, 2010. Design of a Virtual PLC using Lab View, Res. J. Appl. Sci. E