1、 畢業設計苯基苯酚甲醛樹脂成套裝置設計生產過程控制Phenyl phenol formaldehyde resin complete sets of equipment designproduction process control班級： 過程裝備與自動化 學生姓名： 學號： 指導教師： 職稱： 導師單位： 徐州工業職業技術學院 論文提交日期： 2013年11月30日 徐州工業職業技術學院畢業設計任務書課題名稱： 苯基苯酚甲醛樹脂成套裝置設計 過程控制 課題性質： 工程設計類 系 名 稱： 機電工程系 專業： 過程裝備與自動化 班級： 過程裝備與自動化 指導教師： 學生姓名： 一選題意義及背

2、景苯基苯酚甲醛樹脂是一種重要的工業產品，經濟的發展對制氫工藝和裝置的效率、經濟性、靈活性、安全都提出了更高的要求，同時也促進了新型工藝、高效率裝置的開發和投產。二畢業設計（論文）主要內容能熟悉運用三菱PLC來編寫控制苯基苯酚甲醛樹脂的工藝流程的梯形圖，并能將其三維動態以及在各個工藝過程中的狀態顯示（溫度，壓力，以及液位等）在組態王上顯現出來，能夠正確的選用各種硬件，以及正確的完成軟件的編寫。三計劃進度1.第一周：查閱資料，完成論文的緒論，掌握初步設計方法2.第二周：熟悉PLC和組態王軟件3.第三周：初步可以用PLC編寫簡單的梯形圖并有簡單的設計思想4.第四周：用組態王將其工藝流程圖畫出，并將主

3、要的梯形圖編出5.第五周：畫出電路接線圖并完成畢業論文電子稿6.第六周：準備畢業答辯四畢業設計（論文）結束應提交的材料.畢業設計（論文）報告.畢業設計論文評閱表和交叉評閱表.答辯評分表.論文真實性承諾及指導教師聲明.設計計算書.其它相關資料指導教師 教研室主任 年 月 日 年 月 日39論文真實性承諾及指導教師聲明學生論文真實性承諾本人鄭重聲明：所提交的作品是本人在指導教師的指導下，獨立進行研究工作所取得的成果，內容真實可靠，不存在抄襲、造假等學術不端行為。除文中已經注明引用的內容外，本論文不含其他個人或集體已經發表或撰寫過的研究成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式

4、標明。如被發現論文中存在抄襲、造假等學術不端行為，本人愿承擔本聲明的法律責任和一切后果。畢業生簽名： 日 期： 指導教師關于學生論文真實性審核的聲明本人鄭重聲明：已經對學生論文所涉及的內容進行嚴格審核，確定其內容均由學生在本人指導下取得，對他人論文及成果的引用已經明確注明，不存在抄襲等學術不端行為。指導教師簽名： 日 期： 摘要摘 要可編程控制器是一種應用很廣泛的自動控制裝置，它將傳統的繼電器控制技術、計算機技術和通訊技術融為一體，具有控制能力強、操作靈活方便、可靠性高、適宜長期連續工作的特點，非常適合溫度控制的要求。在工業領域，隨著自動化程度的迅速提高，用戶對控制系統的過程監控要求越來越高，

5、人機界面的出現正好滿足了用戶這一需求。人機界面可以對控制系統進行全面監控，包括過程監測、報警提示、數據記錄等功能，從而使控制系統變得操作人性化、過程可視化，在自動控制領域的作用日益顯著。本文以三菱PLC為代表，結合組態王工業自動控制系統針對其主要特點及在苯基苯酚甲醛樹脂生產中的應用問題進行探討， 以期通過本文的闡述促進三菱PLC技術在工業電氣自動化中的推廣應用，以及苯基苯酚甲醛樹脂的自動化生產。設計的程序要求完成該裝置自動運行功能如：自動計量加料過程、溫度自動檢測、壓力檢測、變頻調速等。合理分配PLC后模塊應用。關鍵詞：溫度控制 可編程控制器 人機界面 組態王AbstractProgramma

6、ble Logic Controller (PLC) is a kind of automatic control equipment which is widely used in the industrial manufacture. It merges the traditional control technology, computer and communication technologies with a strong ability to control, flexible operation, high reliability and suitable for long-t

7、erm characteristics of continuous work. It is very suitable for temperature control requirements.In the industrial field, with the rapid increase in the degree of automation, it is more and more important to monitor the process of control system for the users. The emergence of human-machine interfac

8、e meets the needs of users. Man-machine interface can comprehensively monitor the control system, including process monitoring, alarm, data logging and other functions, so that the control systems have become user-friendly operation, the process of visualization and it will play more and more import

9、ant part in the field of automatic control.In this paper,as the representative of Mitsubishi PLC combined king view industrial automatic control system for its main characteristics and the phenyl phenol formaldehyde resin production application problems are discussed, in order to promote the adoptio

10、n of this exposition Mitsubishi PLC technology in the promotion of industrial electrical automation applications, and phenyl phenol form aldehyde resin automated productionKeywords: Temperature Control PLC HMI Kingview目錄目錄第一章 緒論11.1苯基苯酚現狀1第二章 工藝流程及控制要求2第三章 硬件組成33.1可編程控制器的基礎33.2 可編程控制器的產生33.3可編程控制器的特

11、點33.4 Fx2N-4AD模塊介紹43.5 Fx2N-4AD-PT63.6 Fx2N-4DA模塊介紹63.7電動執行機構83.7.1概述：83.7.2電動執行機構的工作原理83.8變頻器1.5KW93.9壓力傳感器103.10 液位計選型113.11 PT100傳感器113.12接線圖12第四章 使用軟件簡介164.1 三菱PLC軟件簡介 GX Developer164.1.1 定義164.1.2結構及其工作原理164.2三菱PLC編程軟件GX Developer的應用164.3組態王簡介224.3.1定義224.3.2特點224.4系統監控界面設計224.4.1建立一個新工程224.5創建

12、組態畫面234.6其它254.7數據字典設計264.7.1 整形變量的設計26第五章 設計思想及程序275.1計量采樣285.2加料控制295.3溫度控制315.4 壓力檢測325.5變頻器調速345.6閥門控制36總結38致謝39參考文獻40苯基苯酚甲醛樹脂成套裝置設計過程控制第一章 緒論1.1苯基苯酚現狀苯基苯酚甲醛樹脂產品外觀為淡黃色至紅棕色粘稠液體或透明固體，能溶于乙醇。有熱塑性和熱固性兩種 。二十世紀八十年代天津樹脂廠用生產苯酚的副產物鄰苯基苯酚和甲醛為原料，在氫氧化鈉催化劑作用下，經催化縮合，中和、水洗、真空蒸餾制得熱固性苯基苯酚甲醛樹脂，外觀為粘稠狀紅棕色液體，成功地為我國鑄造業

13、提供了自己配的砂芯粘合劑，用本劑所粘合的砂芯其抗彎性、抗 拉、流動性、透氣性和固化時間等指標都比較理想。目前，市場上以油溶性鄰苯基苯酚甲醛樹脂為主，能做出壽命長 、而且對水和堿穩定性能寒冷和海上船只使極好的清漆，這種清漆具有極強耐久性和耐候性，特別適用于潮濕用。尤其是船舶漆，具有極佳的耐久性，特別適用于海上船只。第二章 工藝流程及控制要求苯基苯酚甲醛樹脂生產工藝分為兩個部分，第一部分為鄰苯基苯酚和甲醛進行催化縮合合成樹脂，第二部分為蒸餾脫水及溶劑制得產品。首先將苯酚按苯基苯酚（固體，白色晶體，加入反應釜中）和甲醛（計量罐A中）固液比1：1.3，反應溫度為30 ，以乙醇（計量罐B中）為溶劑 ，催

14、化劑量加入反應釜中，開始攪拌加熱 (溫度不宜升的過快)，轉速控制在50100v /m i n內，反應時 間為4-6小時左右，經過濾罐過濾掉催化劑后得乳白色溶液。用抽濾罐將過濾罐中溶液抽到蒸餾釜中。開始攪拌加熱，轉速轉速控制在5 0100v /min內，進行升溫蒸餾脫水及溶劑，當溫度升至85時有餾出液， 后期溫度為110左右，約 60-90 min后餾出液較少，溫度開始升高，應控制在 110120至無餾出液為止，然后停止加熱 、冷卻，得到產品為淡黃色透明液體 。工藝流程圖如下：第三章 硬件組成3.1可編程控制器的基礎可編程控制器是以計算機技術、自動控制技術和通信技術等現代科學技術為基礎而發展起來

15、的一種新型工業控制裝置，目前已被廣泛應用于各個領域。早期的可編程控制器主要用來代替繼電器實現開關量的邏輯控制，因此稱為可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller, PLC）。后來可編程控制器采用微處理器作為其控制核心，它的功能已遠遠超過邏輯控制的范疇，于是人們又將其稱為可編程控制器（Programmable Controller, PC）。但因為容易與個人計算機混淆，所以可編程控制器仍被稱為PLC。PLC從誕生至今，僅有不到40年的歷史，得到了異常迅猛的發展，并與CAD/CAM、機器人技術一起被譽為現代工業自動化的三大支柱。3.2 可編程控制器的產生20世紀末

16、期，可編程控制器的發展特點是更加適應于現代工業的需要。這個時期發展了大型機和超小型機、誕生了各種各樣的特殊功能單元、生產了各種人機界面單元、通信單元，使應用可編程控制器的工業控制設備的配套更加容易。PLC技術發展呈現新的動向：1：產品規模向大、小兩個方向發展 大：I/O點數達14336點、32位為微處理器、多CPU并行工作、大容量存儲器、掃描速度高速化。 小：由整體結構向小型模塊化結構發展，增加了配置的靈活性，降低了成本。 2：PLC在閉環過程控制中應用日益廣泛。 3：不斷加強通訊功能。 4：.新器件和模塊不斷推出 高檔的PLC除了主要采用CPU以提高處理速度外，還有帶處理器的EPROM或RA

17、M的智能I/O模塊、高速計數模塊、遠程I/O模塊等專用化模塊。 5：編程工具豐富多樣，功能不斷提高，編程語言趨向標準化 有各種簡單或復雜的編程器及編程軟件，采用梯形圖、功能圖、語句表等編程語言，亦有高檔的PLC指令系統 6：發展容錯技術 采用熱備用或并行工作、多數表決的工作方式。 7：追求軟硬件的標準化。3.3可編程控制器的特點1.可靠性高，抗干擾能力強高可靠性是電氣控制設備的關鍵性能。PLC由于采用現代大規模集成電路技術，采用嚴格的生產工藝制造，內部電路采取了先進的抗干擾技術，具有很高的可靠性。例如三菱公司生產的F系列PLC平均無故障時間高達30萬小時。一些使用冗余CPU的PLC的平均無故障

18、工作時間則更長。從PLC的機外電路來說，使用PLC構成控制系統，和同等規模的繼電接觸器系統相比，電氣接線及開關接點已減少到數百甚至數千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC帶有硬件故障自我檢測功能，出現故障時可及時發出警報信息。在應用軟件中，應用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統中除PLC以外的電路及設備也獲得故障自診斷保護。這樣，整個系統具有極高的可靠性也就不奇怪了。2.配套齊全，功能完善，適用性強PLC發展到今天，已經形成了大、中、小各種規模的系列化產品。可以用于各種規模的工業控制場合。除了邏輯處理功能以外，現代PLC大多具有完善的數據運算能力，可用于各種數字控制領域。近年來PL

19、C的功能單元大量涌現，使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業控制中。加上PLC通信能力的增強及人機界面技術的發展，使用PLC組成各種控制系統變得非常容易。3.易學易用，深受工程技術人員歡迎PLC作為通用工業控制計算機，是面向工礦企業的工控設備。它接口容易，編程語言易于為工程技術人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達方式和繼電器電路圖相當接近，只用PLC的少量開關量邏輯控制指令就可以方便地實現繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計算機原理和匯編語言的人使用計算機從事工業控制打開了方便之門。4.系統的設計、建造工作量小，維護方便，容易改造PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制

20、設備外部的接線，使控制系統設計及建造的周期大為縮短，同時維護也變得容易起來。更重要的是使同一設備經過改變程序改變生產過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產場合。5.體積小，重量輕，能耗低以超小型PLC為例，新近出產的品種底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗僅數瓦。由于體積小很容易裝入機械內部，是實現機電一體化的理想控制設備。3.4 Fx2N-4AD模塊介紹1、功能：接收模擬信號，并轉換成數字量，可接收電流和電壓兩種輸入信號。2、性能指標：4輸入通道，12位分辨率。3、信號范圍：-10+10V；420mA；或-2020mA。4、共有32個16位的緩沖存儲器（BFM），用來與主單元交

21、換數據。5、共占用擴展總線8個點。6、配線三種模擬輸入信號及其分辨率：分辨率：5MV(10V 默認范圍：1/2000) 20A(20MA 默認范圍:1/1000)3.5 Fx2N-4AD-PT三菱FX2N-4AD-PT是三菱FX2N系列PLC中的一款模擬量的特殊功能模塊，廣泛用于基本三菱工控搭建的自動化平臺中。FX2N-2AD型模擬輸入模塊（以后稱之為FX2N-2AD）用于將2點模擬輸入（電壓輸入和電流輸入）轉換成12位的數字值，并將這個值輸入到可編程控制器中。FX2N-2AD可連接到FX0N、FX2N和FX2NC系列的可編程控制器。3.6 Fx2N-4DA模塊介紹1、功能：接收數字信號，并轉

22、換成等價的模擬信號，可輸出電流和電壓兩種輸出信號。2、性能指標：4輸出通道，12位分辨率。3、信號范圍：-10+10V；420mA；或020mA。4、共有32個16位的緩沖存儲器（BFM），用來與主單元交換數據。5、共占用擴展總線8個點。6、配線三種模擬輸出信號及其分辨率：分辨率：5MV(10V 默認范圍：1/2000) 20A(20MA 默認范圍:1/1000)3.7電動執行機構3.7.1概述：電動執行機構是電動單元組合式儀表中的執行單元。它是以單相交流電源為動力，接受統一的標準直流信號，輸出相應的轉角位移，操縱風門、擋板等調節機構，可配用各種電動操作器完成調節系統“手動自動”的無擾動切換，

23、及對被調對象的遠方手動操作，電動執行機構還設有電氣限位和機械限位雙重保護來完成自動調節的任務。它在電力、冶金、石油化工及鍋爐系統的上水及風門擋板的調節等部門得到廣泛應用。3.7.2電動執行機構的工作原理電動執行機構包括伺服放大器及執行機構兩大部分，其中執行機構又分為電機、減速器及位置發送器三大部件來自調節器的電流信號作為伺服放大器的輸入，與閥的位置反饋信號進行比較，當輸入信號和反饋信號比較差值不等于零時，其差值經伺服放大器放大后，控制兩相伺服電機按相應的方向轉動，再經減速器減速后使輸出軸產生位移；同時，輸出軸位移又經位置發送器轉換成閥的反饋信號；當反饋信號與輸入信號相等時，伺服放大器無輸出，電

24、機不轉動，執行機構就穩定在與輸入信號相應的位置上。電動執行機構的輸出軸位移和輸入信號成線性關系。伺服放大器是電動執行機構的控制單元儀表，可分為墻掛式和架裝式兩種。放大器的前置板包括信號的隔離、比較、極性的判別、故障診斷等功能。主回路板上有兩路交流開關，電源變壓器及直流穩壓電源。前置板安裝在主回路板上。它接受調節儀表的標準信號（4-20mA）和執行機構的反饋信號，輸出220V交流電驅動伺服電動機正轉、反轉，連續調節閥位開度。實現各種工藝過程參數自動調節。伺服放大器的調節原理類似于一個純積分作用的調節器，只要指令信號與閥位反饋信號的偏差超過調節不靈敏區的范圍，伺服放大器就會一直發出開指令或者關指令

25、。3.8變頻器1.5KW三菱變頻器是利用電力半導體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。三菱變頻器主要采用交直交方式，先把工頻交流電源通過整流器轉換成直流電源，然后再把直流電源轉換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動機。三菱變頻器的電路一般由整流、中間直流環節、逆變和控制4個部分組成。整流部分為三相橋式不可控整流器，逆變部分為IGBT三相橋式逆變器，且輸出為PWM波形，中間直流環節為濾波、直流儲能和緩沖無功功率。1、變頻器的分類1）交交變頻器可將工頻交流直接換成頻率、電壓均可控制的交流，又稱直接式變頻器。2）交直交變頻器先把工頻交流電通過整流變成直流電，然后再把直流電變成頻

26、率、電壓均可控制的交流電，又稱為間接型變頻器。2、交直交變頻器變頻器的工作原理1）用可控整流器調壓，逆變器變頻2）用直流斬波器調壓，逆變器變頻3）用不可控整流器整流，PWM變壓變頻PWM的含意是脈沖寬度調制，在同一逆變器中既調壓又變頻，電路結構簡單，可靠性高，調節速度快、輸出電壓電流波形較好，并且對電網功率因數較高，因而在實際工程中使用很廣.總之，變頻器是一種利用電力半導體器件通斷作用，將工頻交流電變換成頻率、電壓連續可調的交流電的電能控制裝置。3、選型方法由于電力電子技術的不斷發展和進步，新的控制理論提出與完善，是交流調速傳動、尤其是采用性能優異的三菱變頻調速傳動得到了飛速發展，因此在實際工

27、作中采用三菱變頻器+變頻電機的情況越來越多，因此如何正確選擇三菱變頻器對機械設備的正常調試運行至關重要，選型方法如下：1）根據機械設備的負載轉矩特性來選擇三菱變頻器在實踐中常常將機械設備根據負載轉矩特性不同，分為如下三類：（1）恒轉矩負載（2）恒功率負載（3）流體類負載2）根據負載特性選取適當控制方式的三菱變頻器三菱變頻器的控制方式主要分為：V/f控制，包括開環和閉環；矢量控制，包括無速度傳感器和帶速度傳感器控制；直接轉矩控制；三種方式的優缺點如下：（1）V/f開環控制優點：結構簡單，調節容易，可用于通用鼠籠型異步電機；缺點：低速力矩難保證，不能采用力矩控制，調速范圍小；主要采用場合：一般的風

28、機，泵類節能調速或一臺變頻器帶多臺電機傳動場合。（2）V/f閉環控制優點：結構簡單，調速精度比較高，可用于通用性異步電機；缺點：低速力矩難保證，不能采用力矩控制，調速范圍小，要增加速度傳感器；主要采用場合：用于保持壓力，溫度，流量，PH定值等過程場合。（3）無速度傳感器的矢量控制優點：不需要速度傳感器，力矩響應好、結構簡單，速度控制范圍較廣；缺點：需要設定電機參數，須有自動測試功能；采用場合：一般工業設備，大多數調速場合。（4）帶有速度傳感器的矢量控制優點：力矩控制性能良好，力矩響應好，調速精度高，速度控制范圍大；缺點：需要正確設定電機參數，需要自動測試功能，要高精度速度傳感器；使用場合：要求

29、精確控制力矩和速度的高動態性能應用場合。（5）直接轉矩控制優點：不需要速度傳感器，力矩響應好，結構較簡單，速度控制范圍較大；缺點：需要設定電機參數，須有自動測試功能；采用場合：要求精確控制力矩的高動態性能應用場合，如起重機、電梯、軋機等。4、根據使用安裝環境選用三菱變頻器的防護結構三菱變頻器的防護結構要與其安裝環境相適應，這就要考慮環境溫度、濕度、粉塵、酸堿度、腐蝕性氣體等因素，這樣與三菱變頻器能否長期、穩定、安全、可靠的運行關系重大。3.9壓力傳感器壓力傳感器原理：壓電傳感器中主要使用的壓電材料包括有石英、酒石酸鉀鈉和磷酸二氫胺。其中石英（二氧化硅）是一種天然晶體，壓電效應就是在這種晶體中發

30、現的，在一定的溫度范圍之內，壓電性質一直存在，但溫度超過這個范圍之后，壓電性質完全消失。由于隨著應力的變化電場變化微小（也就說壓電系數比較低），所以石英逐漸被其他的壓電晶體所替代。而酒石酸鉀鈉具有很大的壓電靈敏度和壓電系數，但是它只能在室溫和濕度比較低的環境下才能夠應用。合理進行壓力傳感器的誤差補償是其應用的關鍵。壓力傳感器主要有偏移量誤差、靈敏度誤差、線性誤差和滯后誤差，本文將介紹這四種誤差產生的機理和對測試結果的影響，同時將介紹為提高測量精度的壓力標定方法以及應用實例。 壓力傳感器是工業實踐中最為常用的一種傳感器。一般普通壓力傳感器的輸出為模擬信號，模擬信號是指信息參數在給定范圍內表現為連

31、續的信號。或在一段連續的時間間隔內，其代表信息的特征量可以在任意瞬間呈現為任意數值的信號。而我們通常使用的壓力傳感器主要是利用壓電效應制造而成的，這樣的傳感器也稱為壓電傳感器。在使用的時候也要對以下常識進行了解：1）檢查安裝孔的尺寸、保持安裝孔的清潔；2）正確安裝、選擇恰當的位置；3）仔細清潔、保持干燥；4）避免高低溫干擾、高低頻干擾、靜電干擾；5）防止壓力過載；壓力傳感器在我國的工業實踐中是最為常用的一種傳感器，其廣泛應用于各種工業自控環境，涉及水利水電、鐵路交通、智能建筑、生產自控、航空航天、軍工、石化、油井、電力、船舶、機床、管道等眾多行業，因此對其進行一個全面的了解是非常有必要的。3.

32、10 液位計選型因為需要檢測原料的加入量，只有通過測量液位來計算出料量。原料為液態甲醛和乙醇，并且還具有輕微的腐蝕性，所以液位檢測采用雷達式液JERD702位計。雷達式液位計是一種采用微波技術的液位檢測儀表，當前在石化領域廣泛被采用。由于微波具有良好的定向輻射性，在傳輸過程中受火焰、灰塵、煙霧及強光的影響極小，因此可以用來連續測量腐蝕性液體、高粘度液體和有毒液體的液位。它沒有可動部件、不接觸介質、沒有測量盲區，而且測量精度幾乎不受被測介質的溫度、壓力、相對介電常數的影響，在在易燃易爆等惡劣工況下仍能應用。導波雷達物位計是基于時間行程原理的測量儀表，雷達波以光速運行，運行時間通過電子部件被轉換成

33、物位信號。探頭發出高頻脈沖并沿纜式或者桿式探頭傳導，當脈沖遇到物料表面時反射回來被儀表內的接收器接收，并將距離信號轉化成物位信號。JERD702簡介：應用：液體、粉料、固體顆粒測量范圍：2米過程連接：螺紋、法蘭過程溫度：-40250過程壓力：-1.020bar精度：1mm頻率范圍：100MHZ1.8GHZ防爆/防護等級：Exia II C T6/IP67信號輸出：420mA/HART(兩線)3.11 PT100傳感器Pt100溫度傳感器是一種將溫度變量轉換為可傳送的標準化輸出信號的儀表。主要用于工業過程溫度參數的測量和控制。帶傳感器的變送器通常由兩部分組成：傳感器和信號轉換器。傳感器主要是熱電

34、偶或熱電阻；信號轉換器主要由測量單元、信號處理和轉換單元組成（由于工業用熱電阻和熱電偶分度表是標準化的，因此信號轉換器作為獨立產品時也稱為變送器），有些變送器增加了顯示單元，有些還具有現場總線功能。Pt100溫度傳感器如果由兩個用來測量溫差的傳感器組成，輸出信號與溫差之間有一給定的連續函數關系。Pt100溫度傳感器輸出信號與溫度變量之間有一給定的連續函數關系（通常為線性函數），早期生產的Pt100溫度傳感器其輸出信號與溫度傳感器的電阻值（或電壓值）之間呈線性函數關系。標準化輸出信號主要為0mA10mA和4mA20mA（或1V5V）的直流電信號。不排除具有特殊規定的其他標準化輸出信號。溫度變送器

35、按供電接線方式可分為兩線制和四線制。3.12接線圖 第四章 使用軟件簡介4.1 三菱PLC軟件簡介 GX Developer4.1.1 定義可編程控制器是一種數字運算操作的電子系統，專為在工業環境應用而設計，它采用可編程序的存儲器存儲邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作的指令，并通過數字式和模擬式的輸入/輸出接口，控制各種類型的機械或生產過程可編程控制器及其有關外圍設備，易于與工業控制系統連成一個整體，并易于擴充其功能。4.1.2結構及其工作原理中央處理單元（CPU）是PLC控制部件，一般由控制電路，運算器，寄存器等組成，通過地址及數據總線與存儲器，I/O接口電路連接，它主要完成從存

36、儲器中讀取指令并執行，然后再取下一條指令，處理中斷等任務 PLC可被看成是在系統軟件支持下的一種掃描設備。它一直周而復始地循環掃描并執行由系統軟件規定好的任務。用戶程序只是掃描周期的一個組成部分，用戶程序不運行時，PLC也在掃描，只不過在一個周期中去除了用戶程序和讀輸入、寫輸出這幾部分內容。典型的PLC在一個周期中可完成以下5個掃描過程。1.自診斷測試掃描過程。為保證設備的可靠性，及時反應所出現的故障，PLC都具有自監視功能。自監視功能主要由時間監視器完成。WDT是一個硬件定時器，每一個掃描周期開始前都被復位。WDT的定時可由用戶修改，一般在100200ms之間。其它的執行結果錯誤可由程序設計

37、者通過標志位進行處理。2.與網絡進行通信的掃描過程。一般小型系統沒有這一掃描過程，配有網絡的PLC系統才有通信掃描過程，這一過程用于PLC之間及PLC與上位計算機或終端設備之間的通信。3.用戶程序掃描過程。機器處于正常運行狀態下，每一掃描周期內部包換掃描過程。該過程在機器運行中是可控的，即用戶可以通過軟件進行設定。用戶程序的長短，會影響過程所用的時間.4.讀輸入與寫輸出掃描過程。機器在正常運行狀態下，每一時間。一個掃描周期內都包含這個掃描過程。該過程在機器運行中是否被執行是可控的。CPU在處理用戶程序時，使用的輸入值不是直接從輸入點讀取的運算的結果也不直接送到實際輸出點，而是在內存中設置了兩個

38、映像寄存器：一個為輸入映像寄存器，另一個為輸出映像寄存器。用戶程序中所用的輸入值是輸入映像寄存器的值，運算結果也放在輸出映像寄存器中。在輸入掃描過程中，CPU把實際輸入點的狀態鎖入到輸入映像寄存器；在輸出過程中，CPU把輸出映像寄存器的值鎖定到實際輸出點。為了現場調試方便，PLC具有I/O控制功能，用戶可以通過編程器封鎖或開放I/O。封鎖I/O就是關閉I/O掃描過程。4.2三菱PLC編程軟件GX Developer的應用1、打開程序。單擊“開始”“程序”“MELSOFT應用程序”“GXDeveloper”即打開程序。2、創建新工程單擊“工程（F）”“創建新工程（N）”或單擊“工程”下面的圖標，

39、即出現圖對話框“PLC系列”選擇FXCPU“PLC類型”選擇FX1s。“程序類型”。默認為“梯形圖”，勾選“設置工程名”，在“工程名”框中輸入程序名稱。如“精梳機”。點擊“確定”，因為在C盤沒有此文件夾，所以會出現選擇“是”，在C盤新工程建立完畢，此時便進入編程界面。本軟件可用于三菱的A系列、Q系列和FX系列等的PLC。如果不想在D盤建立此文件夾，可以點擊“瀏覽”出現“驅動器/途徑”界面，選擇“驅動器/途徑”，如D盤，填寫工程名，如“苯基苯酚甲醛樹脂過程控制”，于是在D盤新工程建立完畢。 點擊“新建文件”，恢復到“新建工程”界面。 點擊確定”，因為在E盤沒有此文件夾，所以會出現 點擊“是”，在

40、E盤新工程建立完畢，此時便進入編程界面。本軟件可用于三菱的A系列、Q系列和FX系列等的PLC。3、輸入梯形圖。輸入梯形圖有兩種方法，一是利用工具條中的快捷鍵輸入。另一種是直接用鍵盤輸入如F5，F6，F7，F8，F9，F10。下面以一段簡單的程序為例說明這兩種輸入方法。例4-1：輸入下面一段程序。（1）、用工具條中的快捷鍵輸入。4、輸入觸點：點擊F5，則出現一個“梯形圖輸入”對話框，如下圖在對話框中輸入X0，點擊“確定”則觸點輸入，用同樣的方法，可以輸入其他的常開、常閉觸點。5、線圈輸入：點擊F8，則出現如圖“梯形圖輸入”對話框如下圖在對話框中輸入Y0，點擊“確定”，則線圈輸入。用同樣的方法，可

41、以輸入其他程序。6、梯形圖編輯。在輸入梯形圖時，常需要對梯形進行編輯，如插入、刪除等操作。（1）、觸點的修改、添加和刪除。修改：把光標移在需要修改的觸點上，直接輸入新的觸點，回車即可；則新的觸點覆蓋原來的觸點。也可以把光標移到需要修改的觸點上，雙擊，則出現一個對話框，在對話框中輸入新觸點的標號，回車，即可。添加：把光標移在需要添加觸點處，直接輸入新的觸點，回車即可。刪除：把光標點在需要刪除的觸點上，再按鍵盤的“Delete”鍵，即可刪除再點擊直線，回車即可。用直線覆蓋原來的觸點。（2）、行插入和行刪除。在進行程序編輯時，通常要插入或刪除一行或幾行程序；操作方法：行插入：先將光標移到要插入行的地

42、方，點擊“編輯（E）”彈出下拉菜單，再點擊“行插入（N）”，則在光標處出現一個空行，就可以輸入一行程序；用同樣的方法，可以繼續插入行。行刪除：先將光標移到要刪除行的地方，點擊“編輯（E）”彈出下拉菜單，再點擊“行刪除（E）”，就刪除了一行；用同樣的方法可以繼續刪除。注意，“END”是不能刪除的。7、程序的轉換程序通過編輯以后，電腦界面的底色是灰色的，要通過轉換變成白色能傳給PLC或進行仿真運行。轉換方法：（1）直接敲擊功能鍵“F4”即可。（2）點擊菜單條中的“變換（C）”彈出下拉菜單在下拉菜單中點擊“變換（C）”即可。8、程序傳送（電腦-PLC）PLC寫入：把程序從電腦PLC。（1）點擊快捷按

43、鈕。（2）點擊菜單條中的“在線（O）”彈出下拉菜單，在下拉菜單中點擊“PLC寫入（W）”。PLC讀取：把程序從PLC電腦。（1）點擊快捷按鈕。（2）點擊菜單條中的“在線（O）”彈出下拉菜單，在下拉菜單中點擊“PLC讀取（R）”。4.3組態王簡介4.3.1定義 組態王開發監控系統軟件，是新型的工業自動控制系統，它以標準的工業計算機軟、硬件平臺構成的集成系統取代傳統的封閉式系統。組態王保持了其早期版本功能強大、運行穩定且使用方便的特點，并根據國內眾多用戶的反饋及意見，對一些功能進行了完善和擴充。組態王kingview6.53提供了豐富的、簡捷易用的配置界面，提供了大量的圖形元素和圖庫精靈，同時也為

44、用戶創建圖庫精靈提供了簡單易用的接口；該款產品的歷史曲線、報表及web發布功能進行了大幅提升與改進，軟件的功能性和可用性有了很大的提高。組態王在保留了原報表所有功能的基礎上新增了報表向導功能，能夠以組態王的歷史庫或KingHistorian為數據源，快速建立所需的班報表、日報表、周報表、月報表、季報表和年報表。此外，還可以實現值的行列統計功能。組態王在web發布方面取得新的突破，全新版的Web發布可以實現畫面發布，數據發布和OCX控件發布，同時保留了組態王Web的所有功能：IE瀏覽客戶端可以獲得與組態王運行系統相同的監控畫面，IE客戶端與Web服務器保持高效的數據同步，通過網絡您可以在任何地方

45、獲得與Web服務器上相同的畫面和數據顯示、報表顯示、報警顯示等，同時可以方便快捷的向工業現場發布控制命令，實現實時控制的功能。4.3.2特點它具有適應性強、開放性好、易于擴展、經濟、開發周期短等優點。通常可以把這樣的系統劃分為控制層、監控層、管理層三個層次結構。其中監控層對下連接控制層，對上連接管理層，它不但實現對現場的實時監測與控制，且在自動控制系統中完成上傳下達、組態開發的重要作用。尤其考慮三方面問題：畫面、數據、動畫。通過對監控系統要求及實現功能的分析，采用組態王對監控系統進行設計。組態軟件也為試驗者提供了可視化監控畫面，有利于試驗者實時現場監控。而且，它能充分利用Windows的圖形編

46、輯功能，方便地構成監控畫面，并以動畫方式顯示控制設備的狀態，具有報警窗口、實時趨勢曲線等，可便利的生成各種報表。它還具有豐富的設備驅動程序和靈活的組態方式、數據鏈接功能。4.4系統監控界面設計4.4.1建立一個新工程點擊“開始”-“程序”-“組態王 6.53”-“組態王6.53”（或直接雙桌面上組態王的快捷方式），啟動后的工程管理窗口如圖1 所示：圖 1 工程管理窗口新建：單擊此快捷鍵，彈出新建工程對話框建立組態王工程。點擊工程管理器上的“新建”，彈出“新建工程向導之一”，接下來一直按下一步直到點擊完成后會出現“是否將新建的工程設為組態王當前工程”的提示，選擇“是”即可新建一工程如圖2。圖 2

47、 新建工程 4.5創建組態畫面建立一個新的畫面操作流程如下：1.在工程瀏覽器左側的“工程目錄顯示區”中選擇“畫面”選項，在右側視圖中雙擊 “新建”圖標，彈出新建畫面對話框，如圖 3 所示，新畫面屬性設置如圖4所示。圖 3 新建畫面對話框圖 4 新畫面屬性設置2.在對話框中單擊“確定” 組態王軟件將按照您指定的風格產生出一幅名為“監控主界面”的畫面。如圖5所示圖 5監控主界面繪制3.接下來在此畫面中繪制各種圖素。繪制圖素的主要工具放置在圖形編輯工具箱內。當畫 面打開時，工具箱自動顯示。工具箱中的每個工具按鈕都有“浮動提示”，幫助您了解工具 的用途。4.選擇“工具”菜單中的“顯示調色板”，或在工具

48、箱中選擇按鈕，彈出調色板畫面，如圖6所示。5.選擇“圖庫”菜單中“打開圖庫”命令或按 F2 鍵打開圖庫管理器，如圖7所示。 圖 6 調色板畫面 圖 7 圖庫管理器6.在圖庫管理器左側圖庫名稱列表中選擇圖庫名稱“反應器”，選中后雙擊鼠標，圖庫管理器自動關閉，在工程畫面上鼠標位置出現的標志，在畫面上單擊鼠標，該圖素就被放置在畫面上作為原料油罐并拖動邊框到適當的位置，在工具箱里選擇所要用的圖重復上面的操作，可以生成如圖8所示的畫面。圖8 監控主界圖4.6其它本系統中設置了標題欄，標題欄中閃爍顯示控制系統名稱，并設置了菜單項，用戶可以方便的切換畫面。本系統中設置了用戶登錄功能，可以登錄不同的用戶，而只

49、有管理員用戶方可關閉運行系統。本系統中附帶有實驗指導功能，可以對用戶的使用提供幫助。并且在線幫助功能還可使用戶獲得在線的幫助。4.7數據字典設計4.7.1 整形變量的設計表4-1 整形變量的設計變量變量類型初始值最大值計量罐液位（甲醛）內存實數0260計量罐液位（溶劑）內存實數0260閥門開合度內存實數0100反應釜溫度內存實數0200反應釜壓力內存實數0600攪拌器轉速內存實數0980蒸餾釜溫度內存實數0110集液罐液位內存實數0260接收罐液位（甲醛）內存實數0150接收罐液位(乙醇)內存實數0150氣液分離器液位內存實數0100表4-2 離散型變量的設計變量變量類型初始狀態連接設備閥門開

50、關I/O離散關PLC第五章 設計思想及程序由于編寫的程序中變量過多，為了減少變量之間的重復使用，從而使程序混亂，所以以下對變量進行了劃分。說明：PLC內部資源劃分：斷電記憶：D200-D511普通：D600-D999文件寄存器：D1000-D7999（斷電記憶）D600-D690為模擬量輸入輸出用D700-D799為計算時的臨時變量模塊分配定義與存儲器定義：模塊類型1CH2CH3CH4CH模塊04AD液位1檢測D600液位2檢測D601壓力1檢測D602壓力2檢測D603模塊14AD加液閥1饋D610加液閥2饋D611溫度閥1反饋D612溫度閥2反饋D613模塊2AD變頻速度反饋D620模塊3

51、4AD-PT反應釜溫度D630蒸餾釜溫度D631模塊44DA加液閥1控制D640加液閥2控制D641反應釜溫度閥D642蒸餾釜溫度閥D643模塊54DA變頻控制D650輸入輸出分配輸入含意輸出含意X0反應釜出口閥開檢測Y0反應釜出口閥開信號X1反應釜出口閥關檢測Y1反應釜出口閥關信號X2氣液分離器入口閥開檢測Y2氣液分離器入口閥開信號X3氣液分離器入口閥關檢測Y3氣液分離器入口閥關信號X4集液罐出口閥開檢測Y4集液罐出口閥開信號X5集液罐出口閥關檢測Y5集液罐出口閥關信號X6冷凝器入口閥開檢測Y6冷凝器入口閥開信號X7冷凝器入口閥關檢測Y7冷凝器入口閥關信號X10接收罐A入口閥開檢測Y10接收

52、罐A入口閥開信號X11接收罐A入口閥關測Y11接收罐A入口閥關信號X12接收罐B入口閥開檢測Y12接收罐B入口閥開信號X13接收罐B入口閥關檢測Y13接收罐B入口閥關信號X20計量1加液開始Y24變頻器啟動信號X21計量2加液開始X22反應釜加熱啟動X23反應釜加熱停止X24攪拌啟動X25攪拌停止液位計量AD模塊初始化全設為4-20mA,即為1，AD值（0-+1000）所有DA模塊初始化全設為4-20mA,即為1，AD值（0-+1000）計量程序：寄存器分配如下：設置（需斷電記憶）：計量罐1內半徑（mm） D200計量罐2內半徑（mm） D204計量罐1加液量 （升） D202計量罐2加液量

53、（升） D206溫度控制程序寄存器分配如下：設置（需斷電記憶）：反應釜溫度D210蒸餾釜溫度D212由于整個反應系統所編寫的PLC程序過于繁瑣，所以把程序編寫成了一個模擬量初始化程序和數個子程序，這樣更能清晰地分辨出各個程序。模擬量初始化程序如下：5.1計量采樣液位測量因為生產過程中。不同原料加入量的不同,需要控制加料量，因此需要檢測原料的加入量，因原料為液態，并放在計量罐中，需要通過測量液位來計算出料量。因為所用原料是具有腐蝕性的甲醛和乙醇，所以液位檢測采用雷達測距。因為液位計總高度為0.6m,所以選用2m的雷達式液位計，雷達式液位計是一種采用微波技術的液位檢測儀表，當前在石化領域廣泛被采用

54、。由于微波具有良好的定向輻射性，在傳輸過程中受火焰、灰塵、煙霧及強光的影響極小，因此可以用來連續測量腐蝕性液體、高黏度液體和有毒液體的液位。它沒有可動部件、不接觸介質、沒有測量盲區，而且測量精度幾乎不受被測介質的溫度、壓力、相對介電常數的影響，在易燃易爆等惡劣工況下仍能應用。定義A/D值放在D10中，測量高度值放在D800中，為方便起見，對甲醛液位計量程序列出如下變量分配表：D200計量罐1半徑D704面積D800高度值D708體積算面積：程序中： 算體積:梯形圖程序如圖：5.2加料控制因生產量不同，可根據生產人員的加料設置量，自動進行加料控制，5.1 中已得出料量的采樣，根據料量的采樣大小和設置值的數據比對