1、基于 PLC 的盐碱分离离心机第 页共 26 页1 目 录第一章PLC 的概述.4（一）PLC 的定义4（二）PLC 的产生与发展4（三）PLC 的特点5（四）PLC 的基本结构6（五）PLC 的工作原理7第二章盐碱分离离心机的方案设计 .9 （一）盐碱分离离心机的控制要求.9（二）盐碱分离离心机的工作原理.10第三章硬件的设计.11（一）PLC 的选型.11（二）选用 FX2N 系列 PLC 的原因.12（三）参数的计算15（四）主电路17（五）控制电路（外部接线图）17第四章.软件的设计19(一)盐碱分离离心机的顺序功能图.20（二）地址分配表.21（三）PLC 控制系统的梯形图22第五章
2、系统的调试.23结束语.25 参考文献.26基于 PLC 的盐碱分离离心机第 页共 26 页2 摘 要本次课程设计的课题是基于 PLC 的盐碱分离离心机。介绍了 PLC 在盐碱分离离心机电气控制系统的应用。重点介绍了加工工艺要求、PLC 功能流程图设计和 PLC 软件设计。对盐碱分离离心机的控制各程序间的联系编制相应 PLC 程序对其控制来完成其各步骤和工序，加以不断调试从中选取最佳途径以使盐碱分离离心机的控制达到能很好工作的最佳状态,提高其性能与稳定性。在设计工作的结尾，还对本次设计的盐碱分离离心机电气控制系统进行了上机调试，保证了设计的正确、可靠。关键词：PLC 盐碱分离离心机 基于 PL
3、C 的盐碱分离离心机第 页共 26 页3 前 言大部分厂家均采用离心机为主体的分离系统。其分离机的电气控制系统主要由定时器、中间继电器和堂压器等部分构成。但是体积大、造价高、安装和维修比较麻烦。而可编程控制器是专为在工业环境下而设计的电子系统。以其可靠性高、抗干扰能力强、改造容易、方便等优点，迅速成为电气控制线路的首选。因此对原有的继电器控制系统进行 PLC 改造，使其线路大大简化、可靠性能的提高，满足了在激烈的市场环境下立于不败之地的迫切需求。基于 PLC 的盐碱分离离心机第 页共 26 页4 第一章PLC 的概述（一）PLC 的定义可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下
4、应用而设计。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术操作等面向用户的指令，并通过数字式或模拟式的输入/输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外围设备，都按易于工业系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。（ 二 ） PLC 的 产 生 与 发 展产 生 ： 1968 年 美 国 通 用 汽 车 公 司 提 出 取 代 继 电 器 控 制 装 置 的 要 求 。 1969 年 ， 美国 数 字 设 备 公 司 研 制 出 了 第 一 台 可 编 程 控 制 器 PDP14 ， 在 美 国 通 用 汽 车 公 司 的 生产 线 上 试
5、用 成 功 ， 首 次 采 用 程 序 化 的 手 段 应 用 于 电 气 控 制 ， 这 是 第 一 代 可 编 程 序 控 制 器 ，称 Programmable， 是 世 界 上 公 认 的 第 一 台 PLC。 1969 年 ， 美 国 研 制 出 世 界 第 一 台 PDP-14 1971 年 ， 日 本 研 制 出 第 一 台 DCS-8 1973 年 ， 德 国 研 制 出 第 一 台 PLC 1974 年 ， 中 国 研 制 出 第 一 台 PLC 发 展 ： 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
6、 ， 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 。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 。 个 人 计 算 机 发 展 起 来 后 ，为 了 方 便 和 反 映 可 编 程 控 制 器 的 功 能 特 点 ， 可 编 程 序 控 制 器 定 名 为 Programmable Logic Controller（ PLC） 。 20 世 纪 70 年 代 中 末 期 ， 可 编 程 控 制 器 进 入 实 用 化 发 展
7、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 。 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
8、控 制 器 已 步 入 成 熟 阶 段 。20 世 纪 80 年 代 至 90 年 代 中 期 ， 是 PLC 发 展 最 快 的 时 期 ， 年 增 长 率 一 直 保 持 为3040%。 在 这 时 期 ， PLC 在 处 理 模 拟 量 能 力 、 数 字 运 算 能 力 、 人 机 接 口 能 力 和 网 络 能 力基于 PLC 的盐碱分离离心机第 页共 26 页5 得 到 大 幅 度 提 高 ， PLC 逐 渐 进 入 过 程 控 制 领 域 ， 在 某 些 应 用 上 取 代 了 在 过 程 控 制 领 域 处于 统 治 地 位 的 DCS 系 统 。 20 世 纪 末 期 ， 可
9、 编 程 控 制 器 的 发 展 特 点 是 更 加 适 应 于 现 代 工 业 的 需 要 。 这 个 时 期发 展 了 大 型 机 和 超 小 型 机 、 诞 生 了 各 种 各 样 的 特 殊 功 能 单 元 、 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 。（ 三 ） PLC 的 特 点1、 可 靠 性 高 ， 抗 干 扰 能 力 强高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC 由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可
10、靠性。例如三菱公司生产的 F 系列 PLC 平均无故障时间高达 30 万小时。一些使用冗余 CPU 的 PLC 的平均无故障工作时间则更长。从 PLC 的机外电路来说，使用 PLC 构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC 带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除 PLC 以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。2、编程简单，使用方便PLC 的编程可采用与继电器电路极为相似的梯形图语言，这种
11、语言直观易懂并且深受现场电气技术人员的欢迎。近年来又发展了面向对象的顺序功能图语言(Sequential Function Chart，SFC),使编程更为简单方便。3、通用性好，组合灵活PLC 是通过软件来实现控制的。同一台 PLC 可用于不同的控制对象，只需改变软件就可以实现不同的控制要求，充分体现了灵活性和通用性。各种 PLC 都有各自的系列化产品。同一系列不同机型的 PLC 功能基本相同，可以互换，还可以根据控制要求进行扩展。4、功能完善，适应面广PLC 不仅可以完成逻辑运算、技术、定时和算术运算功能，配合特殊功能模块还可实现定位控制、过程控制和数字控制等功能。PLC 既可以控制一台电
12、机、一条生产线，还可以控制一个机群、多条生产线；可以现场控制，也可远距离控制。在大系统控制中，PLC可以作为下位机与上位机或同级的 PLC 之间进行通信，完成数据处理和信息交换，实现对整个生产过程的信息控制和管理。5、体积小、功耗低基于 PLC 的盐碱分离离心机第 页共 26 页6 由于 PLC 是采用半导体集成电路制成的，因此具有体积小、重量轻、功耗低的特点，并且设计结构紧凑，易于装入机械设备内部，是实现机电一体化的理想控制设备。6、设计施工周期短使用 PLC 完成一项控制工程时，在系统设计完成以后，现场控制柜等硬件的设计及现场施工和 PLC 程序设计可以同时进行。PLC 的程序设计可以先在
13、实验室模拟调试，等程序设计好后再将 PLC 安装在现场统调。由于 PLC 用软件取代了继电一接触控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等低压电器，因此整个设计、安装、接线的工作量大大减少。7、易学易用，深受工程技术人员欢迎PLC 作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用 PLC 的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。（四）PLC 的基本结构PLC 生产厂家很多，产品的结构也
14、各不相同，但基本构成是一样的，都采用计算机结构：（如下图 1.4 所示）都以微处理器为核心，通过硬件和软件的共同作用来实现其功能。PLC 主要有 6 部分组成：CPU（中央处理器）、存储器、输入/输出（I/0）接口电路、电源、外设接口、输入/输出（I/0）扩展接口。 、 电 源 PLC 的 电 源 在 整 个 系 统 中 起 着 十 分 重 要 的 作 用 。 如 果 没 有 一 个 良 好 的 、 可 靠 的 电 源系 统 是 无 法 正 常 工 作 的 ， 因 此 PLC 的 制 造 商 对 电 源 的 设 计 和 制 造 也 十 分 重 视 。 一 般 交流 电 压 波 动 在 +10%
15、(+15%)范 围 内 ， 可 以 不 采 取 其 它 措 施 而 将 PLC 直 接 连 接 到 交 流 电 网上 去 。 、 中 央 处 理 单 元 (CPU) 中 央 处 理 单 元 (CPU)是 PLC 的 控 制 中 枢 。 它 按 照 PLC 系 统 程 序 赋 予 的 功 能 接 收 并 存储 从 编 程 器 键 入 的 用 户 程 序 和 数 据 ； 检 查 电 源 、 存 储 器 、 I/O 以 及 警 戒 定 时 器 的 状 态 ，并 能 诊 断 用 户 程 序 中 的 语 法 错 误 。 当 PLC 投 入 运 行 时 ， 首 先 它 以 扫 描 的 方 式 接 收 现
16、场各 输 入 装 置 的 状 态 和 数 据 ， 并 分 别 存 入 I/O 区 ， 然 后 从 用 户 程 序 存 储 器 中 逐 条 读 取 用户 程 序 ， 经 过 命 令 解 释 后 按 指 令 的 规 定 执 行 逻 辑 或 算 数 运 算 的 结 果 送 入 I/O 区 或 数 据寄 存 器 内 。 等 所 有 的 用 户 程 序 执 行 完 毕 之 后 ， 最 后 将 I/O 区 的 各 输 出 状 态 或 输 出 寄 存器 内 的 数 据 传 送 到 相 应 的 输 出 装 置 ， 如 此 循 环 运 行 ， 直 到 停 止 运 行 。 基于 PLC 的盐碱分离离心机第 页共
17、26 页7 为 了 进 一 步 提 高 PLC 的 可 靠 性 ， 近 年 来 对 大 型 PLC 还 采 用 双 CPU 构 成 冗 余 系 统 ，或 采 用 三 CPU 的 表 决 式 系 统 。 这 样 ， 即 使 某 个 CPU 出 现 故 障 ， 整 个 系 统 仍 能 正 常 运 行 。 、 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 。 、 输 入 输 出 接 口 电 路 现 场 输 入 接 口 电 路 由 光 耦 合 电 路 和 微 机 的 输 入 接 口
18、 电 路 ， 作 用 是 PLC 与 现 场 控 制的 接 口 界 面 的 输 入 通 道 。 现 场 输 出 接 口 电 路 由 输 出 数 据 寄 存 器 、 选 用 电 路 和 中 断 请 求 电 路 集 成 ， 作 用 PLC通 过 现 场 输 出 接 口 电 路 向 现 场 的 执 行 部 件 输 出 相 应 的 控 制 信 号 。图 1.4 PLC 结构示意图（五）PLC 的工作原理1.扫 描 技 术当 PLC 投 入 运 行 后 ， 其 工 作 过 程 一 般 分 为 三 个 阶 段 ， 即 输 入 采 样 、 用 户 程 序 执 行 和输 出 刷 新 三 个 阶 段 。 完 成
19、 上 述 三 个 阶 段 称 作 一 个 扫 描 周 期 。 在 整 个 运 行 期 间 ， PLC的 CPU 以 一 定 的 扫 描 速 度 重 复 执 行 上 述 三 个 阶 段 。 基于 PLC 的盐碱分离离心机第 页共 26 页8 1. 输 入 采 样 阶 段 在 输 入 采 样 阶 段 ， PLC 以 扫 描 方 式 依 次 地 读 入 所 有 输 入 状 态和 数 据 ， 并 将 它 们 存 入 I/O 区 中 的 相 应 得 单 元 内 。 输 入 采 样 结 束 后 ， 转 入 用 户 程 序 执行 和 输 出 刷 新 阶 段 。 在 这 两 个 阶 段 中 ， 即 使 输 入
20、 状 态 和 数 据 发 生 变 化 ， I/O 中 的 相 应单 元 的 状 态 和 数 据 也 不 会 改 变 。 因 此 ， 如 果 输 入 是 脉 冲 信 号 ， 则 该 脉 冲 信 号 的 宽 度 必 须大 于 一 个 扫 描 周 期 ， 才 能 保 证 在 任 何 情 况 下 ， 该 输 入 均 能 被 读 入 。 2. 用 户 程 序 执 行 阶 段 在 用 户 程 序 执 行 阶 段 ， PLC 总 是 按 由 上 而 下 的 顺 序 依 次地 扫 描 用 户 程 序 (梯 形 图 )。 在 扫 描 每 一 条 梯 形 图 时 ， 又 总 是 先 扫 描 梯 形 图 左 边 的
21、 由 各触 点 构 成 的 控 制 线 路 ， 并 按 先 左 后 右 、 先 上 后 下 的 顺 序 对 由 触 点 构 成 的 控 制 线 路 进 行 逻辑 运 算 ， 然 后 根 据 逻 辑 运 算 的 结 果 ， 刷 新 该 逻 辑 线 圈 在 系 统 RAM 存 储 区 中 对 应 一 位 的状 态 ； 或 者 刷 新 该 输 出 线 圈 在 I/O 区 中 对 应 一 位 的 状 态 ； 或 者 确 定 是 否 要 执 行 该 梯 形图 所 规 定 的 特 殊 功 能 指 令 。 即 ， 在 用 户 程 序 执 行 过 程 中 ， 只 有 输 入 点 在 I/O 区 内 的 状 态
22、 和 数 据 不 会 发 生 变 化 ，而 其 他 输 出 点 和 软 设 备 在 I/O 区 或 系 统 RAM 存 储 区 内 的 状 态 和 数 据 都 有 可 能 发 生 变 化 ，而 且 排 在 上 面 的 梯 形 图 ， 其 程 序 执 行 结 果 会 对 排 在 下 面 的 凡 是 用 到 这 些 线 圈 或 数 据 的 梯形 图 起 作 用 ； 相 反 ， 排 在 下 面 的 梯 形 图 ， 其 被 刷 新 的 逻 辑 线 圈 的 状 态 或 数 据 只 能 到 下 一个 扫 描 周 期 才 能 对 排 在 其 上 面 的 程 序 起 作 用 。 在 程 序 执 行 的 过 程
23、 中 如 果 使 用 立 即 I/O 指 令 则 可 以 直 接 存 取 I/O 点 。 即 使 用 I/O指 令 的 话 ， 输 入 过 程 影 像 寄 存 器 的 值 不 会 被 更 新 ， 程 序 直 接 从 I/O 模 块 取 值 ， 输 出 过程 影 像 寄 存 器 会 被 立 即 更 新 ， 这 和 立 即 输 入 有 些 区 别 。 3. 输 出 刷 新 阶 段 当 扫 描 用 户 程 序 结 束 后 ， PLC 就 进 入 输 出 刷 新 阶 段 。 在 此 期间 ， CPU 按 照 I/O 区 内 对 应 的 状 态 和 数 据 刷 新 所 有 的 输 出 锁 存 电 路 ，
24、 再 经 输 出 电 路 驱 动相 应 的 外 设 。 这 时 ， 才 是 PLC 的 真 正 输 出 。基于 PLC 的盐碱分离离心机第 页共 26 页9 第 二 章 盐 碱 分 离 离 心 机 的 方 案 设 计1、 盐 碱 分 离 离 心 机 的 控 制 要 求加工工艺要求与电磁阀状态表：盐碱分离离心机的分离过程是一顺序循环的工作过程（如图2.1所示） 。按加工工艺的要求共分为6个工步:进料、甩料、洗盐、升刀、间歇、清洗。6个工步的实现靠6个电磁阀的通电配合来完成。从工艺流程图可知，只有前5步工作做连续循环8次后方可进人清洗工步，待清洗完毕后再进入下一次大循环。其中进料工步由进料阀和母液
25、阀通电，甩料工步由母液阀通电，洗盐工步由洗盐阀和母液阀通电，升刀工步由化盐阀、升刀阀、母液阀通电，间歇工步由母液阀通电，清洗工步由洗盐阀和熟盐水阀通电。图 2.1 盐碱分离离心机的工艺流程图对应的6个工步的各个电磁阀通断电的状态（如表2.2所示）表2.2 各电磁闸的状态表基于 PLC 的盐碱分离离心机第 页共 26 页10 2、盐碱分离离心机的工作原理盐碱分离离心机的原理 ：当含有细小颗粒的悬浮液静置不动时，由于重力场的作用使得悬浮的颗粒逐渐下沉。粒子越重，下沉越快，反之密度比液体小的粒子就会上浮。微粒在重力场下移动的速度与微粒的大小、形态和密度有关，并且又与重力场的强度及液体的粘度有关。像红
26、血球大小的颗粒，直径为数微米，就可以在通常重力作用下观察到它们的沉降过程。 此外，物质在介质中沉降时还伴随有扩散现象。扩散是无条件的绝对的。扩散与物质的质量成反比，颗粒越小扩散越严重。而沉降是相对的，有条件的，要受到外力才能运动。沉降与物体重量成正比，颗粒越大沉降越快。对小于几微米的微粒如病毒或蛋白质等，它们在溶液中成胶体或半胶体状态，仅仅利用重力是不可能观察到沉降过程的。因为颗粒越小沉降越慢，而扩散现象则越严重。所以需要利用离心机产生强大的离心力，才能迫使这些微粒克服扩散产生沉降运动。 离心就是利用离心机转子高速旋转产生的强大的离心力，加快液体中颗粒的沉降速度，把样品中不同沉降系数和浮力密度的物质分离开。系统工作原理：在氯碱的生产中，碱液的蒸发、浓缩过程往往伴着盐的结晶。因此需要对盐、碱进行分离，目前大部分厂家采用以离心机作为主体的分离系统。分离过程为一个顺序循环工作过程，工分 6 个工步，靠进料阀、洗盐阀、化盐阀、升刀阀、母液阀、熟盐水阀完成上述过程，各阀的动作如下表所示。当系统启动时,首先进料,5s 后甩料,延时5s 后，洗盐，5s 后升刀，再延时 5s 后间歇，间歇时间为 5s，之后进行重复进料、甩料、洗盐、升刀、间歇工序，重复 8 次后进行洗盐，20s 后再进入下一次大循环。
