基于組態(tài)軟件的液體混合器PLC控制設計含6張CAD圖.zip,基于,組態(tài),軟件,液體,混合器,PLC,控制,設計,CAD 附錄 1：外文譯文 虛擬 plc 在 LabVIEW 軟件中的實際應用 Mohammad K. Abuzalata Department of Mechatronics Engineering, Faculty of Engineering Technology, Al-Balqa’ Applied University, P.O. Box 425530, Amman-Jordan 摘要： 在這項研究里測試并設計了 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、計時器、計數器、邏輯函數、小于、大于以及等于的計算功能,異或函數、復合函數和移位寄存器。在研究的最后,為了說明目的,開發(fā)并測試了 7 天泡茶機、電空驅動系統(tǒng)和它們的模擬。實驗結果表明,基于 plc 的控制與基于虛擬 plc 的程序結果完全吻合。 關鍵詞：函數,LabVIEW,梯形圖,plc,仿真 說明 如今,傳統(tǒng)的 PLC 仍在很多領域應用,但是對于新裝置而言,基于 Windows 的PC 機使用 LabVIEW 軟件（abuzalata et al.,2010；除 et al.,2011）是日益成為首選的控制機制。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)訪問數據信息的障礙?？梢蕴砑?PLC 固有的專有設計由于一些原因限制了數據通道,像存儲器的容量,編程語言的隨意性（繼電器梯形圖）以及通過數據表對表內的數據訪問。PLCs 的一個重要特點是,標準 PLC 只能一次執(zhí)行一個程序,而一臺工業(yè)計算機能夠同時執(zhí)行多個程序,或 以任意順序執(zhí)行。還可以指出另外兩個重要的 PLC 缺點：第一個是對于 Morris（1982）系列和特拉維斯系列和克林（2006） 系列的 PLC 而言,其進行登記的訪問在一個很低的水平上。第二個是,如果梯形圖和上位機程序都寫入 PLC 寄存器,則有明顯的沖突。相反,所有寄存器都應該是單向的,也就是說或者是 PLC 輸出信息或者是主機進行輸出。與傳統(tǒng)的 PLC 相比之下,PC 機實際上具有很大的內存。在實際應用程序中 lab-VIEW 很容易保持良好的架構,因為在使用中易于實現(xiàn)封裝和模塊化。 40 基于以上的研究目標是為了說明設計不同 PLC 功能是被用作使用 labVIEW 環(huán)境的應用。 等價 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 七天泡茶機的操作：泡茶機的操作需要按照以下順序進行,時間開關在上午的適當時間閉合,啟動循環(huán)。閥門 V1 打開,讓水充滿水壺 K,直到浮動開關 FS 運行。它關閉閥門 V1 并接通加熱元件 E,水壺里的水煮沸并啟動恒溫箱,之后將關閉加熱元件 E 和打開閥門 V2。熱水將注入茶壺,茶壺水滿時關閉閥門 V2。這時會有鬧鐘通知使用者茶水已制作完畢。 這個系統(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計之前都要確定。在泡茶機的應用方面,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/ 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 天泡茶機的西門子梯形圖。 開關、恒溫器、傳感器等都是輸入設備。 ?輸出:它們是由 PLC (LabVIEW 程序)發(fā)布的命令,用于執(zhí)行任務(通常需要電源)。輸出設備必須被告知何時進行工作；如泵、電磁閥、燈具等。 輸出設備:圖 1 中 7 天制茶機的圖表說明了系統(tǒng)的操作。 參照茶葉制造商系統(tǒng),將每個元素標識為輸入或輸出設備,并賦予其唯一標識, 如 表 2 所 示 。7 天泡茶機程序:因為 LabVIEW 是用來代替 PLC 來控制這個系統(tǒng),而且然后由 PLC 西門子(S7-200)軟件來設計程序,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 天泡茶機程序的梯形圖是 LabVIEW 的。 44 ?使用 LabVIEW 的 7 天泡茶機模擬:如圖 4 所示,使用 LabVIEW 軟件模擬 7 天泡茶機。 44 氣動缸系統(tǒng) 氣動氣缸的操作:氣動氣缸閥門的操作等(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。當圓筒接觸限位開關時,定時器 T1 將被激活。當 T1 的時間值結束后,SV 返回到 off 狀態(tài),而螺線管反向運動。這使得定時器 2 T2 打開,T1 關閉,計數器 C1 增加 1。當 T2 的時間值結束后,SV 被激活,氣缸又向前移動。序列一直持續(xù)到計數器到達它的值,然后操作將自動關閉。用戶可以在任何時候通過外部按鈕或軟件內部的按鈕關閉操作,用戶也可以從外部按下按鈕開關操作。 氣缸的輸入和輸出: LabVIEW 將代替 PLC 來控制這個系統(tǒng)。眾所周知,PLC 的輸入和輸出必須在程序設計之前確定。參照氣動氣缸系統(tǒng),我們可以將每個元件識別為輸入或輸出裝置,并給它一個獨特的識別,如表 3 所示。 45 圖 9:氣動氣缸的硬件電路。 氣動氣缸程序: 由于 LabVIEW 是用來代替 PLC 來控制這個系統(tǒng)的,所以首先使用 PLC 來設計程序,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: ?氣動氣缸的 LabVIEW 梯形圖: 圖 6 顯示了氣動氣缸系統(tǒng)的梯形圖。使用 labVIEW 的氣缸模擬: 圖 7 演示了使用 LabVIEW 軟件的氣動氣缸應用程序的仿真。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,限位開關的數據采集板,本文研究了以下 DIO（數字量輸入輸出）通道數據采集板,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 DAQ 板供電,本研究在 DAQ 板(表 4)中處理了以下的 DIO(數字輸入輸出)通道,表示這些引腳。 如圖 9 所示,硬件電路的構造。電路包括兩個部分；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。數字通道 5 在 DAQ 板上激活光耦合器及其 47 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 通道 密碼 狀態(tài) (I,O) 項目 DIO5 51 Output SV DIO2 49 Input LS DIO4 19 Input ON DIO0 52 Input OFF 結論 使用 LabVIEW 環(huán)境,設計并測試了 13 個不同的虛擬 rungs。應用同樣的方法,可以設計一套完整的 PLC 功能,實現(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。 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. Eng. Technol., 2(3): 283-288. Alia, M.A.K., T. Yunis and M.K. Abuzalata, 2011. Development of equivalent virtual instruments To PLC functions and networks. J. Software Eng. Appl., 4: 172-180. Bolton, W., 1999. Mechatronics Electronic Control System in Mechanical Engineering. 2nd Edn., British Library, Britain. Bolton, W., 2006. Programmable Logic Controllers. 4th Edn., British Library, Britain. Morris,M.M,1982.Computer System Architecture.Prentice-Hall,New Jersey Thomas, L.F, 2002. Digital Fundamental. th Edn,Prentice Hall,New Jersey. Travis,J.and J.Kring,2006,LabVIEW for Everyone:Graphical Programming Made Easy and Fun.3rd Edn,Prentice Hall,New Jersey. 47 附錄二：外文原文 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 任務書 論文(設計)題目：基于組態(tài)軟件的液體混合器PLC控制設計 工作日期：2017年12月18日 ~ 2018年05月20日 1.選題依據: 混合多種原材料進行加工是一種基本的加工方式，應用領域廣泛。目前，PLC在國內外市場得到了廣泛的應用。鋼鐵、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸等各個行業(yè)，其應用范圍不斷擴大。 組態(tài)軟件自誕生起至今已有30年的發(fā)展歷史，其工業(yè)過程動態(tài)可視化、數據采集和 管理、過程監(jiān)控報警，簡單的回路調節(jié)等等功能，極大促進工業(yè)的發(fā)展。 該設計符合機械設計制造及其自動化專業(yè)培養(yǎng)目標的要求。 2.論文要求(設計參數): 1.完成液體混合器PLC控制設計 2.完成液體混合器組態(tài)控制軟件設計 3.繪制相關的CAD設計圖紙 4.翻譯相關外文資料（不少于2000字） 5.編寫畢業(yè)設計說明書 3.個人工作重點: 1.主要完成液體混合器PLC控制設計 ； 2.主要完成液體混合器組態(tài)控制軟件設計 ； 3.繪制相關的CAD設計圖紙。 4.時間安排及應完成的工作: 第1周：查閱相關文獻資料，了解設計內容； 第2周：初步方案設計； 第3周：總體方案設計； 第4周：撰寫并完善開題報告； 第5周：液體混合器PLC控制初步設計； 第6周：液體混合器PLC控制設計； 第7周：液體混合器PLC控制設計； 第8周：觸摸屏組態(tài)控制初步設計第9周：觸摸屏組態(tài)控制設計 第10周：觸摸屏組態(tài)控制設計第11周：繪制相關圖紙； 第12周：繪制相關圖紙； 第13周：撰寫設計說明書； 第14周：完善畢業(yè)設計各項內容，準備答辯。 5.應閱讀的基本文獻: [1] 馮清秀,鄧星鐘,周祖德.鄧堅機電傳動控制[M].武漢:華中科技大學出版社,2011. [2] 李江全.組態(tài)軟件MCGS從入門到監(jiān)控應用35例[M].石河子:電子工業(yè)出版社,2015. [3] 王華忠.工業(yè)控制系統(tǒng)及應用-PLC與組態(tài)軟件[M].機械工業(yè)出版社,2002. [4] 秦健,國海東,譚雪峰.基于組態(tài)王的液位PLC控制系統(tǒng)的設計[J].化工學院學報 ,2006,23(1):56-58. [5] 蘆志強,王凌睿.基于PLC和組態(tài)軟件的二氧化碳自動滅火系統(tǒng)軟件設計[J].中國水泥 ,2017,(10):94-95. [6] 譚雪峰.基于組態(tài)王的液位PLC控制系統(tǒng)的設計[J].技術與教育,2005,(2):13-15. [7] 毛新紅.基于組態(tài)軟件的西門子PLC S7-200鍋爐爐溫控制系統(tǒng)的教學仿真實現(xiàn)[J].工業(yè)控 制計算機,2013,26(9):147-148. [8] 張呈彬,基于PLC和組態(tài)軟件的多層電梯控制系統(tǒng)設計[J].機電技術,2013,(2):158-15． [9] 馬國華,監(jiān)控組態(tài)軟件及其應用[J].智能建筑與城市信息,2001,(10):5-5. [10]鄒偉,楊平,徐德.基于MCGS組態(tài)軟件的上位機控制系統(tǒng)設計[J].制造業(yè)自動化 ,2008,30(12):103-108. [11]龔仲華.S7-200/300/400PLC應用技術[M].人民郵電出版社,2008. [12]Al-Khudairy TF.,Al-Baker MAJ.,Al-Hashemy BAR. Design of a VMEbus-based programmable logic controller (PLC) [J]. Microprocessors and microsystems,1998,21(5):329-336. [13]Xingqiao Liu,. A fuzzy-PID controller with adjustable factor based on S7-300 PLC [J]. International Journal of Modelling, Identification and Control,2009,7(4):371-375． [14]Mohammad K. Abuzalata. A Practical Applications of Virtual PLC using Lab VIEW Software [J]. Research journal of applied science, engineering and technology,2013,5(23):5677-5682. 指導教師簽字： XX 教研室主任意見： 同意 簽字：XX 2017年12月14日 教學指導分委會意見： 同意 簽字：XX 2017年12月15日 學院公章 進度檢查表 第 -3 周 工作進展情況 查閱了四本圖書，34篇相關文獻，充分學習了組態(tài)軟件和PLC控制設計相關內容，已完成初步方案設計，開始撰寫開題報告。 2017年12月28日 指導教師意見 畢業(yè)設計前十周的工作進度正常，畢業(yè)設計中期檢查答辯通過，希望抓緊時間開展下一階段的工作。 指導教師(簽字)：XX 2017年12月28日 第 -1 周 工作進展情況 完成了總體方案設計，完成了開題報告撰寫工作，通過了開題報告答辯 ，利用寒假期間進行外文翻譯工作，進行液體混合器PLC控制初步設計。 2018年01月11日 指導教師意見 總體方案設計合理可行，開題報告合格，請按計劃進行下一階段工作。 指導教師(簽字)：XX 2018年01月11日 第 3 周 工作進展情況 寒假期間完成了外文翻譯工作，完成了液體混合器PLC控制設計。 2018年03月21日 指導教師意見 外文資料譯文合格，液體混合器PLC控制設計合理。請按計劃開展下一階段工作。 指導教師(簽字)：XX 2018年03月23日 第 6 周 工作進展情況 按計劃完成了畢業(yè)設計前10周的工作，參加了畢業(yè)設計中期檢查答辯 ，已經開始繪制相關圖紙。 2018年04月12日 指導教師意見 畢業(yè)設計前十周的工作質量較高，畢業(yè)設計中期檢查答辯通過，希望抓緊時間開展下一階段的工作。 指導教師(簽字)：XX 2018年05月23日 第 11 周 工作進展情況 按計劃按時完成了畢業(yè)設計的全部工作，準備參加畢業(yè)答辯。 2018年05月18日 指導教師意見 XX同學按時完成了畢業(yè)設計的各項任務，請進一步完善畢業(yè)設計，認真準備畢業(yè)答辯。 指導教師(簽字)：XX 2018年05月19日 第周 工作進展情況 年 月 日 指導教師意見 指導教師(簽字)： 年 月 日 過程管理評價表 評價內容 具體要求 總分 評分 工作態(tài)度 態(tài)度認真，刻苦努力，作風嚴謹 3 3 遵守紀律 自覺遵守學校有關規(guī)定，主動聯(lián)系指導教師,接受指導 3 2 開題報告 內容詳實，符合規(guī)范要求 5 4 任務完成 按時、圓滿完成各項工作任務 4 3 過程管理評分合計 12 過程管 理評語 XX同學在畢業(yè)設計過程中作風比較嚴謹，對待問題能夠做到刻苦努力，工作態(tài)度比較認真。 XX同學能夠自覺遵守學校的相關規(guī)定，定期與指導教師聯(lián)系 ，主動接受指導。對于畢業(yè)設計過程中所遇到的問題，提出的解決方案水平較高。 XX同學查閱了大量的相關資料，開題報告內容比較詳實，其中的文獻綜述比較全面，基本做到了有分析，歸納，撰寫開題報告格式基本符合規(guī)范要求。 XX同學能夠按計劃完成畢業(yè)設計各階段的工作，完成質量較高。 指導教師簽字:XX 日期:2018-05-21 指導教師評價表 評價內容 具體要求 總分 評分 選題質量 符合培養(yǎng)目標要求,有一定的研究價值和實踐意義,有一定的開拓性、創(chuàng)新性,深度、難度適宜,工作量飽滿 5 4 能力水平 有較強的綜合運用知識能力、科研方法運用能力、中文表達與外語能力、文獻資料檢索能力、計算機應用能力 5 4 完成質量 文題相符,概念準確,分析、論證、計算、設計、實驗等正確合理,結論明確；論文結構、撰寫格式、圖表等符合基本規(guī) 10 8 指導教師評分合計 16 指導教 師評語 該生完成的基于組態(tài)軟件的液體混合器PLC控制設計，有一定的開拓性、創(chuàng)新性。畢業(yè)設計選題符合機械設計制造及自動化專業(yè)培養(yǎng)目標要求，有一定的深度和難度，工作量飽滿。 該生在畢業(yè)設計過程中能夠很好地運用所學知識解決問題，表現(xiàn)出較強的綜合運用知識的能力、計算機應用能力、中文表達及應用能力。 在畢業(yè)設計完成質量方面，論文文題相符、設計合理，撰寫格式、圖表符合規(guī)范要求。 該生按時完成了畢業(yè)設計的各項工作 ，完成質量較高，同意參加畢業(yè)答辯。 指導教師簽字:XX 日期:2018-05-21 評閱人評價表 評價內容 具體要求 總分 評分 選題質量 符合培養(yǎng)目標要求,有一定的研究價值和實踐意義,有一定的 開拓性、創(chuàng)新性,深度、難度適宜,工作量飽滿 5 4 能力水平 有較強的綜合運用知識能力、科研方法運用能力、中文表 達與外語能力、文獻資料檢索能力、計算機應用能力 5 4 完成質量 文題相符,概念準確,分析、論證、計算、設計、實驗等正確 合理,結論明確；論文結構、撰寫格式、圖表等符合基本規(guī) 10 8 評閱人評分合計 16 評閱人 評語 畢業(yè)設計題目源自實驗室建設項目，為機電控制類設計，工作量適中、難度適宜，有一定的創(chuàng)新性，具有較好的實踐意義。該同學專業(yè)基礎知識比較扎實，能夠綜合運用專業(yè)知識進行研究和設計 ，具有一定的學習能力。中文表達能力和外語能力較好，能較熟練運用計算機進行文檔編輯和二次開發(fā)。整套畢業(yè)設計，對液體混合器工作原理進行了分析，進行了PLC控制系統(tǒng)和MCGS組態(tài)軟件監(jiān) 控設計，方案合理可行，內容表達比較充分，結論也較明確。建議能以實際參數作為輸入值來驗證該設計系統(tǒng)的有效性，格式不規(guī)范之處需要再修改完善。同意答辯。 評閱人簽字：XX 評閱人工作單位：機械工程學院日期：2018-05-23 答辯紀錄 學生姓名：XX 專業(yè)班級：XX 畢業(yè)論文(設計)題目： 基于組態(tài)軟件的液體混合器PLC控制設計答辯時間：2018年05月24日 時 分 ~ 時 分 答辯委員會(答 主任委員(組長)： XX 辯小組)成員 委 員(組 員)： XX XX 答辯委員會(答辯小組)提出的問題和答辯情況 問題1：1.PPT中的軟件是二次開發(fā)嗎？ 回 答： 軟件是實驗。 問題2：2.MCSG需要自己做什么？ 回 答： 需要自己做腳本，動畫和程序語言。問題3：3.程序語言和C語言的區(qū)別是什么？ 回 答： 程序語言比C語言要簡單一些，要一遍一遍反復循環(huán)。問題4：4.液體混合器的容積控制怎樣實現(xiàn)？ 回 答： 硬件有控制器和傳感器，分別對應不同容積。 問題5：5.傳感器如何感應高低？對液體特性有什么區(qū)別？ 回 答： 這個問題沒有考慮周全。 問題6：6.控制中是檢測什么？ 回 答： 檢測液面，主要是展示控制過程定制混合某種液體。問題7：7.圖紙是否為真實混合器圖紙？ 回 答： 不是，只是仿真圖形，自己設置，使用現(xiàn)有的平臺設計。 記錄人： 2018年05月24日 答辯委員會評價表 評價內容 具體要求 總分 評分 自述總結 思路清晰,語言表達準確,概念清楚,論點正確,分析歸納合理 10 8 答辯過程 能夠正確回答所提出的問題,基本概念清楚,有理論根據 10 8 選題質量 符合培養(yǎng)目標要求,有一定的研究價值和實踐意義,有一定的 開拓性、創(chuàng)新性,深度、難度適宜,工作量飽滿 5 4 完成質量 文題相符,概念準確,分析、論證、計算、設計、實驗等正確 合理,結論明確；論文結構、撰寫格式、圖表等符合基本規(guī) 10 8 能力水平 有較強的綜合運用知識能力、科研方法運用能力、中文表 達與外語應用能力、文獻資料檢索能力、計算機應用能力 10 9 答辯委員會評分合計 37 答辯委員會評語 XX同學在畢業(yè)設計工作期間，工作努力，態(tài)度認真，能遵守各項紀律 ，表現(xiàn)良好。 能按時、全面、獨立地完成與畢業(yè)設計有關的各環(huán)節(jié)工作，具有一定的綜合分析問題和解決問題的能力。 論文立論正確，理論分析得當，解決問題方案實用，結論正確。 論文使用的概念正確，語言表達準確，結構嚴謹，條理清楚。 論文中使用的圖表，設計中的圖紙在書寫和制作時，能夠執(zhí)行國家相關標準，規(guī)范化較好。 具有一定的獨立查閱文獻資料及外語應用能力，原始數據搜集得當，實驗或計算結論準確。 答辯過程中，能夠簡明和正確地闡述論文的主要內容，思路清晰，論點基本正確；回答問題準確，有應變力；有較好的語言表達能力。 答辯成績： 37 答辯委員會主任： XX 2018年05月30日 成績評定 項目分類 成績評定 過程管理評分 12 指導教師評分 16 評閱人評分 16 答辯委員會評分 37 總分 81 成績等級 B 成績等級按“A、B、C、D、F”記載 成績審核人簽章： XX 學院審核人簽章： XX 一、選題依據 1、研究領域機電工程 2、論文（設計）工作的理論意義和應用價值 混合多種原材料是一種基本的加工方式。隨著社會的發(fā)展，提高產品質量， 縮短生產周期，適應產品迅速更新?lián)Q代的要求已經成為多數企業(yè)不斷努力的目標。另外，在煉油、化工、制藥等行業(yè)中，多種液體混合是必不可少的工序，而且也是其生產過程中十分重要的組成部分，但由于這些行業(yè)中多是易燃易爆、有毒有腐蝕性的介質，以致現(xiàn)場工作環(huán)境十分惡劣，不適合人工現(xiàn)場操作。而且，這些行業(yè)的生產要求該系統(tǒng)要具有混合精確、控制可靠等特點，這也是人工操作和半自動化控制所難以實現(xiàn)的。所有為了幫助相關行業(yè)，特別是其中的中小型企業(yè)實現(xiàn)多種液體混合的自動控制，從而達到液體混合的目的，液體混合器勢必就是擺在我們眼前的一大課題，借助實驗室設備熟悉工業(yè)生產中 PLC 的應用，了解有關可編程控制器的型號和原理，熟悉其編程方式，便于學以致用。 本課題從以 PLC 為基礎實現(xiàn)液體混合器自動控制的角度進行討論。在對液體混合器急速需求的今天，在相關的研究文獻報道中用 PLC 對液體混合器進行控制的研究有限的前提下，對以 PLC 為基礎的液體混合器的研究有重要的意義。 3．目前研究的概況和發(fā)展趨勢 液體混合器是食品業(yè)、化工業(yè)、制藥業(yè)等行業(yè)必不可少的設備。當前各生產以及科研領域所應用的液體混合器大致分為三類：動態(tài)液體混合器、靜態(tài)液體混合器、微液體混合器。 動態(tài)液體混合器：用于高粘流體混合的高效動態(tài)混合器,不但對流體具有很強的剪切作用.而且有分流、剝離配位、擠壓捏合等綜合作用,并且多數具有三維混合功能。代表性的動態(tài)混合器有以下三種: (1)行星齒輪動態(tài)混合器 由螺桿計量段過來的帶狀物料,被強制扯為多股擠入嚙合的齒輪間隙中,行星輪象輾輪一樣將其輾成條片狀物.物料在混煉區(qū)里,不斷地被翻轉輾伸,經受強烈的剪切、擠壓作用。這種動態(tài)混合器徑向尺寸較大,結構較為復雜。 (2)動靜齒圈式動態(tài)混合器 動靜齒圈式動態(tài)混合器的結構，它由動齒圈和靜齒圈組成,動靜齒圈一件件依次交替重疊組裝起來. 熔體在流經動靜齒構成的混合區(qū)時,受到的剪切是脈沖式,即當相鄰動靜齒圈上的相鄰齒相向運動到貼近時,對熔休形成一次脈沖剪切。由于動靜齒圈的齒數較多,這種詠沖剪切頗率很高,加速了對物料的混合作用。料流流經動靜齒圈的齒槽時被分流, 由于齒圈的相對轉動,由齒槽流出的物料不斷地被“剝離”,產生宏觀遷移,這對混合極為有利。 (3)月牙槽型動態(tài)混合器 15 月牙槽型動態(tài)混合器芯軸表面上開有多排沿圓周均布的月牙形槽，在相對應的機筒內，重疊裝入多個圓圈，其上也開有均布的半月牙形槽，當相鄰的兩個圓圈組裝后， 在其內圓表面上就形成了多個均布的月牙形槽。 由于芯軸上和圓圈十二的月牙槽相互錯開,流體在沿月牙槽軸向流動時,將產生沿半徑方向的流動。山于芯軸的轉動,流體從一個牙槽中流出的瞬間.被剝離到另一個牙槽中,同時也經受剪切作用.這對高粘流體的混合十分有利。 靜態(tài)混合器：靜態(tài)混合器是一種沒有運動部件的高效混合設備，其基本工作機理是利用固定在管內的混合單元體改變流體在管內的流動狀態(tài)，以達到不同流體之間良好分散和充分混合的目的。該設備應用廣泛，不可拆卸。常見靜態(tài)液體混合器主要有以下五種： （1） SV 型靜態(tài)混合器 SV 型單元是由一定規(guī)格的波紋板組裝而成的圓柱體，技術特性：最高分散程度為： 1-2μ m，液液相及氣氣相不均勻度系數為：s X≤1～5%。適用于粘度≤102 厘泊的液 —液、液—氣、氣—氣的混合乳化，反應、吸收、萃取、強化傳熱過程。 dh≤3.5 適用于粘度≤102 厘泊清潔介質 dn≥5 應用介質可伴有少量非沾結性雜質 （2） SK 型靜態(tài)混合器 單元由單孔道左、右扭轉的螺旋片組焊而成，它的技術性能：最高分散程度 ≤10um，液－液、液－固相不均勻度系數 s X≤5%。適用于化工、石油、制藥、食品、精細加工、塑料、環(huán)保、合成纖維、礦治等部門的混合、反應、萃取、吸收、注塑、配色傳熱等過程。對較小流量并拌有雜質或粘度≤106 厘泊的高粘性介質成為適用。 （3） SX 型靜態(tài)混合器 單元由交叉的橫條按一定規(guī)律構成許多 X 型單元，技術特性：混合不均勻度數為s X≤1～5%。適用于粘度≤104 厘泊的中高粘度液—液反應、混合、吸收過程或生產高聚物流體的混合、反應過程，處理量較大時使用效果更佳。 （4） SH 型靜態(tài)混合器 單元是由雙孔道組成，孔道內放置螺旋片，相鄰單元雙孔道的方位錯位 90°，單元之間設有流體再分配室。技術特性為：最高分散程度為：1-2mm，液－液相的不均勻度為：s X≤1～5%。適用于精細加工、塑料、合成纖維、礦治等部門的混合、乳化、配色、注塑紡絲、傳熱等過程，對流量小、混合要求高的中高粘度（≤106 厘泊）的清潔介質尤為適合。 （5） SL 型靜態(tài)混合器 單元由交叉的橫條按一定規(guī)律構成單 X 形單元，技術特性為液－液、液－固相混合，不均勻度系數 s X≤5%。適用于化工、石油、油脂等行業(yè)粘度量≤106 厘泊或伴有高聚物介質的混合，同時進行傳熱、混合和傳熱反應的熱交換器、加熱或冷卻粘性產品等單元操作。 微液體混合器： 在分析化學和生命科學方面，系統(tǒng)的微型化是大勢所趨。隨著基于塑料基底的微細加工技術的快速發(fā)展，微流控在生物芯片實驗室中具有越來越重要的作用。在兩股或多股流體進行化學反應時，必須解決它們之間的有效混合，因而微混合器是微流控中的重要組成部分。微混合器還可以作為傳感器進行環(huán)境檢測。除了傳感和分析領域的應用，微混合器還可以用于不互溶液體的擴散并形成微液滴。總之微混合器是當今國際研究的前沿領域，具有非常廣闊的應用前景。 其主要分為以下幾種： （1）被動混合器：被動混合器多采用在微通道中引入各種微結構來促進混合。 根據不同的混合特征又可以大致分為分層流微混合器、混沌對流微混合器等幾類。一般來說，分層流微混合器在較低的 Re 數和 Pe 數的情況下工作較好，而混沌對流微混合器可以工作在較廣的 Re 數范圍。 （2）主動微混合器：主動混合器主要是通過外力產生混沌水平對流，它在微混合中非常有效，僅需很短的混合距離。文獻報道的主動混合器有超聲制動混合器，聲波氣泡混合器，基于電潤濕的液滴混合器，磁力微混合器和電動效應微混合器等。 （3）新型混合器：微混合技術作為一個多學科交叉的新興技術，其系統(tǒng)的設計、制造、檢測等問題還有待深入研究，要攻克的難點也很多，比如如何提高混合的靈敏性、加強混合技術與其它單元過程的集成等。但它的發(fā)展會為化學或生物化學等領域提供一個很好的平臺。同時，微流控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢也會促進簡單有效的混合器的出現(xiàn)。 另外有關于 PLC 的應用。目前，PLC 在國內外已廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)，使用情況主要分為如下幾類： (1)開關量邏輯控制 取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設備的控制，也可用于多機群控及自動化流水線。如注塑機、印刷機、訂書機械、組合機床、磨床、包裝生產線、電鍍流水線等。 (2)工業(yè)過程控制 在工業(yè)生產過程當中，存在一些如溫度、壓力、流量、液位和速度等連續(xù)變化的量（即模擬量），PLC 采用相應的 A/D 和 D/A 轉換模塊及各種各樣的控制算法程序來處理模擬量，完成閉環(huán)控制。PID 調節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的一種調節(jié)方法。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應用。 (3)運動控制 PLC 可以用于圓周運動或直線運動的控制。一般使用專用的運動控制模塊，如可驅動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊，廣泛用于各種機械、機床、機器人、電梯等場合。 (4)數據處理 PLC 具有數學運算（含矩陣運算、函數運算、邏輯運算）、數據傳送、 數據轉換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數據的采集、分析及處理。數據處理一般用于如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。 (5)通信及聯(lián)網 PLC 通信含 PLC 間的通信及 PLC 與其它智能設備間的通信。隨著工廠自動化網絡的發(fā)展，現(xiàn)在的 PLC 都具有通信接口，通信非常方便。 我國可編程控制器的引進、應用、研制、生產是伴隨著改革開放開始的。最初是在引進設備中大量使用了可編程控制器。接下來在各種企業(yè)的生產設備及產品中不斷擴大了 PLC 的應用。目前，我國自己已可以生產中小型可編程控制器?？梢灶A期，隨著我國現(xiàn)代化進程的深入，PLC 在我國將有更廣闊的應用天地。 二、論文（設計）研究的內容 1.重點解決的問題 (1) 液體混合器控制系統(tǒng)設計 (2) 液體混合器控制系統(tǒng) MCGS 組態(tài)設計 2.擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設計思路） 通過查閱資料，首先介紹說明可編程控制器 PLC 的產生，以及國內外可編程控制器 PLC 的現(xiàn)狀和以后的發(fā)展趨勢。重點突出分析可編程控制器 PLC 的優(yōu)越性。再對 PLC 控制步進電機進行整體的規(guī)劃和設想，最后把組態(tài)軟件與液體混合器的 PLC 控制系統(tǒng)相結合。 論文寫作大綱： 1.緒論 1.1 課題的背景 1.2 本題的研究內容 1.3 目前的研究概況和發(fā)展趨勢 2.液體混合器 PLC 控制系統(tǒng)設計 2.1 PLC 可編程控制器簡介及選擇 2.2 液體混合器結構設計 2.3 液體混合器控制系統(tǒng)設計 2.3 程序設計 2.4 電路原理圖 3. MCGS 在液體混合器控制系統(tǒng)中的應用 3.1 MCGS 的概述 3.2 工程的建立 3.3 工程畫面的創(chuàng)建 3.4 動畫的連接 3.5 組態(tài)運行 5.總結 3.本論文（設計）預期取得的成果 (1) 液體混合器控制系統(tǒng)設計方案 (2) MCGS 液體混合器控制系統(tǒng)組態(tài)設計 三、論文（設計）工作安排 1.擬采用的主要研究方法（技術路線或設計參數）； 對 PLC 編程語言和程序結構進行研究，最終與液體混合器結合，設計適合的控制程序，最終完成 PLC 對電鍍控制的研究工作。 2.論文（設計）進度計劃 第 1 周：查閱相關文獻資料，了解設計內容； 第 2 周：初步方案設計； 第 3 周：總體方案設計； 第 4 周：撰寫并完善開題報告； 第 5 周：液體混合器 PLC 控制初步設計； 第 6 周：液體混合器 PLC 控制設計； 第 7 周：液體混合器 PLC 控制設計； 第 8 周：觸摸屏組態(tài)控制初步設計； 第 9 周：觸摸屏組態(tài)控制設計； 第 10 周：觸摸屏組態(tài)控制設計； 第 11 周：繪制相關圖紙； 第 12 周：繪制相關圖紙； 第 13 周：撰寫設計說明書； 第 14 周：完善畢業(yè)設計各項內容，準備答辯。 四、需要閱讀的參考文獻 [1] 馮清秀,鄧星鐘,周祖德.鄧堅機電傳動控制[M].武漢:華中科技大學出版社,2011. [2] 李江全.組態(tài)軟件MCGS 從入門到監(jiān)控應用 35 例[M].石河子:電子工業(yè)出版社,2015. [3] 王華忠.工業(yè)控制系統(tǒng)及應用-PLC 與組態(tài)軟件[M].機械工業(yè)出版社,2002. [4] 秦健,國海東,譚雪峰.基于組態(tài)王的液位 PLC 控制系統(tǒng)的設計[J].化工學院學報,2006,23 (1):56-58. [5] 蘆志強,王凌睿.基于 PLC 和組態(tài)軟件的二氧化碳自動滅火系統(tǒng)軟件設計[J].中國水泥,201 7,(10):94-95. [6] 譚雪峰.基于組態(tài)王的液位PLC 控制系統(tǒng)的設計[J].技術與教育,2005,(2):13-15. 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Research journal of applied science, engineering and technology,2 013,5(23):5677-5682. 附：文獻綜述  文獻綜述 我國混合機制造業(yè)有著悠久的歷史和雄厚的基礎，國產混合機已經在各個不同領域得到應用并經過驗證，有些混合機還出口國外，得到國外用戶的認可并受到好評， 應該說我國混合機制造業(yè)在國內外市場仍然有著巨大的發(fā)展空間。 混合機是利用機械力和重力等，將兩種或兩種以上物料均勻混合起來的機械?；旌蠙C械廣泛用于各類工業(yè)和日常生活中。常用的混合機分為氣體和低粘度液體混合器、中高粘度液體和膏狀物混合機械、熱塑性物料混合機、粉狀與粒狀固體物料混合機械四大類。 氣體和低粘度液體混合器特點是結構簡單，且無轉動部件，維護檢修量小，能耗低。這類混合機械又分為氣流攪拌、管道混合、射流混合和強制循環(huán)混合等四種。 混合機配件主要有耐磨合金材料制造，包括高速攪拌刮刀、攪拌翅、耐磨襯板， 攪拌臂，攪拌鏟、行星鏟、攪拌犁刀、攪拌棒、攪拌耙等中、高黏度液體和膏狀物的混合機械一般具有強的剪切作用。 熱塑性的物料混合機械主要用于熱塑性物料（如橡膠和塑料）與添加劑混合；粉狀、粒狀固體物料混合機械多為間歇操作，也包括兼有混合和研磨作用的機械，如輪輾機等。 機械攪拌器的運動部件在旋轉時也會對液體產生剪切作用，液體在流經器壁和安裝在容器內的各種固定構件時，也要受到剪切作用，這些剪切作用都會引起許多局部渦流擴散。 對于密度、成分不同、互不相溶的液體，攪拌產生的剪切作用和強烈的湍動將密度大的液體撕碎成小液滴并使其均勻地分散到主液體中。 當今時代飲料生產、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品質量的關鍵,同樣也是產品品質一致性的保障。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, 產品質量無法保證, 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如經常維修,抗干擾能力差以及系統(tǒng)升級改造困難等等, 對產品質量和生產效率也難于提高。 可編程控制器是專為在工業(yè)環(huán)境下而設計的一種數字運算操作的電子裝置，是帶有儲存器、可以編織程序的控制器。它能夠存儲和執(zhí)行命令，進行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算數運算等操作，并通過數字式和模擬式的輸入和輸出，來控制各種類型的機電一體化設備和生產過程。近年來，隨著科學技術的進步和微電子技術的迅猛發(fā)展，可編程控制器技術廣泛應用于自動化控制領域?？删幊绦蚩刂破饕云涓呖煽啃缘牟僮骱啽愕忍攸c，已經形成了一種工業(yè)控制趨勢。 可編程序控制器(PLC)是專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的實時工業(yè)控制裝置。隨著微電子技術，自動控制技術和計算機通信技術的飛速發(fā)展，PLC 在硬件配置，軟件編程，通訊聯(lián)網功能以及模擬量控制等方面均取得了長足的進步，已經成為工廠自動化的標準配置之一。 由于自動化可以節(jié)省大量的人力，物力等，而 PLC 也具有其他控制方式所不具有的特殊優(yōu)越性，如通用性好，實用性強，硬件配套齊全，編程方法簡單易學，因此工業(yè)領域中廣泛應用 PLC。 本次設計采用SIMATIC S7-200 系列PLC ，其具有許多優(yōu)點,如, (1)可靠性高, 抗干擾能力強, 適于惡劣環(huán)境; ( 2 )體積小, 功耗低;(3)編程簡單,可在線調試;(4)通信能力強等等。這些優(yōu)勢使得它適用于各行各業(yè)、各種場合中的檢測及自動化控制的 需要。其強大功能使其無論在獨立運行中, 或相互聯(lián)成網絡皆能實現(xiàn)復雜控制功能, 具有極高的性價比。本文提出一種新型的液體混合系統(tǒng)設計方案,該系統(tǒng)采用的西門子SIMATIC S7-200 系列PLC 作為系統(tǒng)核心控制器, 摒棄了原有人工方式的不足, 與繼電接觸器系統(tǒng)相比降低了故障率, 從而保證了產品質量, 提高了工作效率。PLC的編程是我們整個設計最主要的一部分，我們的編程是采用梯形圖編程語言，所有的編寫步驟和編寫要點是嚴格按照課本要求和教科老師的指導來編寫的，所以整個編寫的過程是相當嚴謹的。而且我們編寫程序之前對電鍍生產線的工作流程做了詳細的分析，每個步驟考慮都很嚴密，所以總的來說，這個系統(tǒng)的設計師比較好的。 組態(tài)軟件作為用戶可訂制功能的軟件平臺工具，是隨著分布式控制系統(tǒng)及計算機控制技術的日趨成熟而發(fā)展起來的。是 DCS 的商品化應用促進了組態(tài)軟件的概念的普及。隨著微處理器及個人計算機技術的飛速發(fā)展，自動化監(jiān)控設備的價格得以大幅度降低，體積也逐漸縮小，另外，計算機網絡技術的發(fā)展使得監(jiān)控設備之間的互聯(lián)通信變得簡便易行。所有這一切都促進了監(jiān)控組態(tài)軟件的普及與推廣，同時監(jiān)控組態(tài)軟件也促使自動化技術走出工業(yè)應用的狹小范圍，積極向樓宇自動化、家庭自動化、農業(yè)自動化、環(huán)境（監(jiān)測、保護）自動化等領域滲透，加快整個社會的信息化步伐，提高自動化工程的工作效率，減少系統(tǒng)的維護和升級費用。 目前自動化產品呈現(xiàn)出智能化、小型化、網絡化、PC 化、低成本的發(fā)展趨勢，并逐漸形成了各種標準的網絡結構、硬件規(guī)范。這使得自動化系統(tǒng)的“水平”和“垂直” 集成變得更加容易。監(jiān)控組態(tài)軟件已經成為其中的橋梁和紐帶，是自動化系統(tǒng)中重要的組成部分。 MCGS 是用于快速構造和生成計算機監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件。它能夠基于 Microsoft 的各種 32 位 Windows 平臺上運行，通過對現(xiàn)場數據的采集處理，以動畫顯示、報警處理、流程控制和報表輸出等多種方式向用戶提供解決實際工程問題的方案，在自動化領域有著廣泛的應用。 MCGS 嵌入版組態(tài)軟件的主要特點有 1.容量?。赫麄€系統(tǒng)最低配置只需要極小的存貯空間，可以方便的使用 DOC 等存貯設備； 2.速度快：系統(tǒng)的時間控制精度高，可以方便地完成各種高速采集系統(tǒng)，滿足實時控制系統(tǒng)要求； 3.成本低：使用嵌入式計算機，大大降低設備成本； 4.真正嵌入：運行于嵌入式實時多任務操作系統(tǒng)； 5.穩(wěn)定性高：無風扇，內置看門狗，上電重啟時間短，可在各種惡劣環(huán)境下穩(wěn)定長時間運行； 6.功能強大：提供中斷處理，定時掃描精度可達到毫秒級，提供對計算機串口， 內存，端口的訪問。并可以根據需要靈活組態(tài)； 7.通訊方便：內置串行通訊功能、以太網通訊功能、GPRS 通訊功能、Web 瀏覽功能和 Modem 遠程診斷功能，可以方便地實現(xiàn)與各種設備進行數據交換、遠程采集和 Web 瀏覽； 8.操作簡便：MCGS 嵌入版采用的組態(tài)環(huán)境，繼承了 MCGS 通用版與網絡版簡單易學的優(yōu)點，組態(tài)操作既簡單直觀，又靈活多變； 9.支持多種設備：提供了所有常用的硬件設備的驅動； 10.有助于建造完整的解決方案：MCGS 嵌入版組態(tài)環(huán)境運行于具備良好人機界面的 Windows 操作系統(tǒng)上，具備與北京昆侖通態(tài)公司已經推出的通用版本組態(tài)軟件和網絡版組態(tài)軟件相同的組態(tài)環(huán)境界面，可有效幫助用戶建造從嵌入式設備，現(xiàn)場監(jiān)控工作站到企業(yè)生產監(jiān)控信息網在內的完整解決方案；并有助于用戶開發(fā)的項目在這三個 層次上的平滑遷移； MCGS 嵌入式體系結構分為組態(tài)環(huán)境、模擬環(huán)境和運行環(huán)境 3 部分。組態(tài)環(huán)境和模擬運行環(huán)境相當于一套完整的工具軟件，可以在 PC 機上運行。用戶可根據實際需要裁減其中內容。它幫助用戶設計和構造自己的組態(tài)工程并進行功能測試。由 MCGS 嵌入版生成的用戶應用系統(tǒng)，其結構由主控窗口、設備窗口、用戶窗口、實時數據庫和運行策略 5 個部分構成。其主要特征和功能大體為:具有簡單靈活的可視化操作界面， 實時性強，有良好的并行處理性能，有豐富生動的多媒體畫面，開放式結構，廣泛的數據獲取和強大的數據處理功能，完善的安全 機制，強大的網絡功能，多樣化的報警功能，支持多種硬件設備，方便控制復雜的運行流 程，良好的可維護性和可擴充性，設立對象元件庫組態(tài)工作簡單方便，能實現(xiàn)對工控系統(tǒng) 的分布式控制和管理等等。