1、 本科 毕业 论文 (设计 ) （二零 届） 硅胶自动添加控制系统的设计 所在学院 专业班级 电气工程及其自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 - 1 - 摘 要 我国是轻工发酵大国，但该行业的技术控制相对比较落后，生产中人工控制为主，采用计算机技术起步较晚，普及率低。目前轻工发酵行业正 面临着日益激烈的全球竞争，因此对以计算机为核心的最大控制技术有着强烈的需求。 硅胶添加于发酵罐向待滤罐滤酒的管路中，硅胶与啤酒的反应取决于待滤罐德液位高度。硅胶自动添加变频调速控制系统硅胶的添加量与进入待滤罐中的啤酒的流量成正比。硅胶和啤酒的反应时间与待滤罐得液位高度有关，根据控制系统的形
2、成理论，构造出硅胶自动添加控制系统。系统的工作过程是：由压差变送器测出待滤罐内的液位高度，并与原设定值相比较，得出的偏差经调节器内的智能 PID调节处理后，分别送到 1号和 2号变频器；这两个变频器根据输入信号的大小，按照各自的 调节规律对主泵电动机和添加泵电动机进行相应的调整。当差压变送器测得待滤罐内的液位高度达到设定值，可编程控制器提示或允许待滤罐向过滤 罐 供酒。当发酵罐中酒液比较少时，酒液中开始混有大量泡沫。 PLC根据滤罐内的液位高度和变频器的运行状态 做 出相应的逻辑判断，停止硅胶添加泵电动机工作，并让主泵电动机低速运行或停止运行。 关键词： PLC控制器；变频器； SR73A调节
3、器； PID控制 - 2 - Abstract China is a light fermentation big country, but the technical control of the industry is relatively backward, mainly the production of artificial control, the use of computer technology started late and the penetration rate is low. Light fermentation industry is currently faci
4、ng increasingly fierce global competition, and therefore the largest computer-control technology at the core there is a strong demand. Silica to be added to the fermentation tank canister filter to the pipe of wine, the reaction depends on the silica gel and beer cans to be filtered liquid level Ger
5、man. The silicone Frequency Control System automatically added addition of silica gel and into the filter tank to be in direct proportion to the flow of beer. Silica gel and the reaction time and the beer cans have to be filtered liquid height, and the formation of the control system based on the th
6、eory constructed silicone automatic control system. Working process is: to be measured by the differential pressure transmitter filter tank of liquid height, and compared with the original set value, the deviation obtained by the intelligent PID regulator after adjustment, respectively, to 1 and 2 o
7、f the drive; these two drive the size of the input signal, in accordance with the laws regulating their own and add to the main pump motor pump motor to be adjusted accordingly. When the differential pressure transmitter same to measured liquid level reaches the set value, the programmable controlle
8、r or allow to be prompted to filter canister for wine. When comparing wine fermentation tank is low, the wine began to mix in a large number of bubbles. PLC made the appropriate logic by Filter tank liquid level and the operational status of the drive. Have the pump motor to stop the work of silica
9、gel and allow the main pump motor at low speed or stopped. Key Words: PLC Controller; Converter; Pressure Sensor; PID control - 3 - 目 录 1 引言 .1 2 总体设计 .3 3 硬件设计 .4 3.1 PLC模块 .4 3.2 I/O口 .5 3.3 电源模块 .6 3.4 SR73A调节器 .6 3.5 变频器 .7 3.6 电机 . 11 4 软件设计 .13 4.1程序流程图 .13 4.2程序代码 .14 4.3 梯形图 .15 5 制作和调试 .16
10、6 结论 .17 致谢 . 错误 !未定义书签。 参考文献 .18 附录 1 电路原理图 .19 附录 2 现场实物图 .20 附录 3 软件仿真图 .21 - 1 - 1 引言 发酵控制工程 已深入到医药、轻工、食品、农业、环保各个领域，在国民经济中占有很大的比重。提高发酵水平，具有重要的经济和社会意义。基于参数相关的发酵过程多尺度问题研究的放大和优化技术的理论，在发酵工程放大和优化上取得了很大的成绩。由于发酵过程的复杂性和高度非线性等诸多因素和多容量过程特征，使系统具有动态性和难以预测性，同时发酵过程严酷的工况条件， 如啤酒酿制过程中待滤罐中硅胶添加量的控制 提出了严格的要求。以 FX2n
11、系列 PLC为主控制器的生物反应器控制系统 , 是新的 发酵工程放大和优化理论的支撑工作平台。 控制系统技术要求 ： (1） 硅胶的添加量与进入待滤罐中的啤酒的流量成正比。 (2）执行器，大部分是开关量，如电磁阀、隔膜阀等各类阀门，间隙工作的各类补料泵等。 (3） 当差压变送器测得待滤罐内的液位高度达到设定值，允许待滤罐向过滤 罐 供 酒。 (4） 当发酵罐中酒液比较少时 ， PLC停止硅胶添加泵电动机工作，并让主泵电动机低速运行或停止运行。 (5) 直接测量的精度，稳定性和控制系统的运算能力决定了整个系统的品质。 (6) 随着 Internet 技术的推广 ，现代信息技术正在进入 到每个领域
12、，并且基于参数相关的发酵过程多尺度问题研究的放大和优化技术的理论，是个全新的概念，正在逐步发展，需要国内各方面专家的协同努力，本系统应具有开放的通讯接口，在车间范围内组成局域网，并通过 Internet，使远方终端可以浏览现场数据，或进行干预。 系统的组成 ： 根据上述技术要求和以往的经验，我们觉得选用三菱公司的 FX2n 系列 PLC是合适的。 FX2n 系列 PLC 有各种扩展模块可以选择，如 FX2n-4AD-PT,FX2n-4AD, FX2n-232-Bd 等扩展模块，适合模拟量的输入和数据通信；开关量可以直接 输出； FX2n 系列 PLC 指令集丰富，涵盖大部分运算。 数据 输入
13、FX2n-4AD-PT 和- 2 - FX2n-4AD 等摸块， PLC 运算后输出控制执行器， 控制终端设备。 人机界面采用三菱公司的 A975GOT-TBA-B,10.4 英寸液晶屏带触摸键， 画面清晰 ，还 存储了许多 用户帮助画面， 给予 在线帮助， 以及人性化界面 。 通过 各类传感器和 PLC 的运算控制 ,变送器、 PLC 等供电回路加配交流滤波器。 使得反馈信号在系统内稳定传输。 - 3 - 2 总体设计 该控制系统是由 PLC 控制器、变频器、异步电机、传感 器等关键器件组成的自动添加控制系统。以 PLC 为控制核心，变频器为中端处理，电机、电磁阀等为终端控制对象。总体设计框
14、图 2-1 所示。 图 2-1 总体设计框图 如图 2-1发酵罐通过水泵（ M1）向待滤罐内添加啤酒，硅胶则由水泵（ M2）向待滤罐内添加硅胶，而什么时候添加，什么时候停止添加，该添加多少以及快慢则有变频器直接控制（变频器 1 控制 M1，变频器 2 控制 M2）。两个变频器执行该系统控制核心 PLC 发出的命令， 而 PLC 也接受发酵罐和待滤罐内压差变送器传回的反馈信息。同时，由待滤罐内的压差变送器、比较器、 PID 算法组成的反馈系统反馈的信息一起参与调整，使该系统趋于稳定。 当差压变送器测得待滤罐内的液位高度达到设定值，可编程控制器提示或允许待滤罐向过滤 罐 供酒 。该动作让电磁阀来完
15、成，其也受 PLC直接控制。 发酵罐 待滤罐 M1 M2 硅胶 变频器 1 变频器 2 PLC 过滤罐 比较器 PID 电磁阀 设定值 - 4 - 3 硬件设计 3.1 PLC 模块 本系统以 PLC 为控制核心如图 3-1所示，控制对象只有两个变频器和一个电磁阀，所需资源比较小，对 CPU 处理能力、 I/O 口和存储器的要求都不高。该系统中采用的是三菱 FX2N 系列中的 FX2N-32MR 控制器。该控制器的输入输出总点数为 32，为继电器输出，属于基本控制单元。直流输入为 24V(DC),需外部供应12。 (1) 外部端子包括 PLC 电源端子（ L,N）和接地端子，还有公共端 COM
16、。输入端子（ X）、输出端子（ Y）、电源端子（ 24+、 COM）等主要完成电源、输入信号和输出信号的连接。 (2) 内置 8K 容量的 RAM 存储器，最大可以扩展到 16K。 (3) CPU 运算处理速度 0.08us/基本指令。 (4) 在 FX2N 系列右侧可连接输入输出扩展模块和特殊功能模块。 (5) 电源规格 AC100V-240V。 (6) 数据通信 RS-232C、 RS-485、 RS-422、 N:N 网络、并联链接、计算机链接 。 X0S B 0X1S B 1X2S B 2X3S B 3X4S B 4X5S B 5X6S B 6X7S B 7X 10S B 9X 11S
17、 B 10C O M 0C O M 1LNC O M 4y 11Y 10Y 14C O M 3Y7Y6Y5Y4C O M 2Y3Y2Y1Y0图 3-1 PLC 引脚图 - 5 - 3.2 I/O 口 本控制系统采用的是三菱 FX2N 系列中的 FX2N-32MR 控制器。该设计中所用到的输入、输出口分配如表 3-2所示。 表 3-2 I/O 分配表 输入 输出 符号 地址 信号 符号 地址 信号 SB0 X0 U1 异常报警 STF2 Y2 M2 正转运行 SB1 X1 U2 异常报警 STR2 Y3 M2 停止运行 SB2 X2 液位自动 SB3 X3 液位手动 SB4 X4 下限报警 KM
18、1 Y14 液位自动设定 SB5 X5 上限报警 STR1 Y0 M2 停止运行 SB6 X6 M1 启动 STF1 Y1 M2 正转运行 SB7 X7 M1 停止 电磁阀 Y10 进入过滤机 SB9 X10 M2 启动 电喇叭 Y4 警告报警 SB10 X11 M2 停止 0X、 X1 分别用于变频器 1、变频器 2 的异常报警输入。当某一端口闭合时，与其相应的变频器停止工作，并会报警喇叭会响 起。 X2、 X3 是用于啤酒泵液位的控制方式选择， X2 闭合液位自动控制， X3闭合液位手动控制。 X4、 X5 则是管理液位的上下限报警。相当于限位开关，让待虑罐内液位控制在上下限内，同时，当待
19、滤罐达到上限时，会控制电磁阀打开，向过滤机灌酒。 X6、 X7， X10、 X11两组，四个端口是用于变频器启动、停止的主令控制端口。人工控制硅胶泵和啤酒泵的运行、停止。 - 6 - 3.3 电源模块 PLC 的电源模块把交流电源转换成供 CPU、存储器等电子电路工作所需的直流电源，使 PLC 正常工作。 PLC 的电源部件有很好的稳压措施，因此对 外部电源的稳定性要求不高，一般允许外部电源的额定值在 +10%到 -15%的范围内波动。有些 PLC 的电源模块还能向外提供 24V（ DC）稳压电源，用于外部传感器供电。为了防止在外部电源发生故障的情况下， PLC 内部程序和数据等重要信息的丢失
20、，PLC 用锂电池做停电时的后备电源 34。 抗干扰处理 : (1) 屏蔽 :对电源变压器、中央处理器、编程器等主要部件，采用导电、导磁性良好材料进行屏蔽处理，止外界干扰信号影响。 (2) 滤波 :对供电系统计输入线路采用多种形式滤波处理，以消除和抑制高频干扰信号，也削弱了个模块间 相互影响 5。 (3) 电源调整与保护 :电源波动造成电压畸变或毛刺，将对 PLC 及 I/O 模块产生不良影响。对微处理器核心部件所需要 5V 电源采用多级滤波处理，并用集成电压调整器进行调整，以适应交流电网波动和过电压、欠电压影响。尽量时电源线平行走线，时电源线对呈低阻抗，以减少电源噪声干扰。其屏蔽层接方式不同
21、，对干扰抑制效果不一样，一般次级线圈不能接。输入、输出线应用双绞线且屏蔽层应可靠接，以抑制共摸干扰 6。 (4) 隔离 :微处理器与 I/O 电路之间，采用光电隔离措施，有效把他们各离开来，外部干扰信号及线环路 中产生噪声电信号公共线进入 PLC 本机，影响其正常工作。 (5) 采用模块式结构 :这种结构有助于故障发生时进行短时期修复，一旦查出某一模块出现故障，可迅速更换，使系统恢复正常工作，同时也有助于加速查找系统故障原因 7。 3.4 SR73A 调节器 PID 是模拟量闭环控制无静差控制的一种控制方式。它是一种既能消除偏差控制中所存在的静差，又能进一步解决稳定性，快速性的较好控制方式。简单地说， PID 是比例积分微分控制的简称 8。计算机 PID 算法是用差分方程近似实现
