基于PLC控制液体混合加热系统设计-论文

摘 要 本设计是针对多种液体自动混合系统，一方面由于液体进料与控制过程比较复杂、使进料参数变化较大，造成液体混合精度控制难，难以用测量控制器进行测定；另一方面由于循环控制过程出现故障不能随时停机。PLC控制、应用于多组分原料自动混合系统，从而提高多组分原料自动混合系统的稳定性、可靠性、精确性，以及多种液体混合循环控制时，可以自动或手动调节系统的启停。在大力提倡节约能源的今天，研究这种高性能、经济型的多组分原料自动混合系统，对于提高劳动生产率、降低能耗具有重要的现实意义。关键词： 调试；混合加热；总结AbstractThis design is aimed at a variety of liquid automatically mixed system, on the one hand, because of liquid feeding and control process is more complex, make incoming parameters large variation, cause liquids mixed accuracy control difficult, it is difficult to use measurement controller are measured, On the other hand, because of cycle control process malfunction cant stop. PLC control, used in automatic mixing system components materials, thereby improving the multi-composition raw material automatically mixed systems stability, reliability, accuracy, and a variety of liquid mixing cycle control, can automatically or manually adjusting system of start-stop. In advocate vigorously to save energy today, study this high performance, economical multi-component raw material automatic hybrid systems, to improve labor productivity, reducing energy consumption has the important practical significance. Keywords：debugging ；Hybrid heating ；summary 目 录第一章 PLC简介41.1 PLC的基本概念及其简单介绍41.2 PLC 的基本结构及其工作原理41.2.1 PLC的基本结构41.2.3 PLC的主要技术指标101.3 PLC的特点及应用101.3.1 PLC的特点101.3.2 PLC的应用12第二章 FXGPWIN软件的简介132.1 FXGPWIN编程软件的主要功能132.2 程序的编辑操作13 2.2.1 指令表编辑程序13 2.2.2 梯形图编辑程序142.3 程序的检查152.4 程序的传送152.5 程序的调试和运行监控152.6 参数设置162.7 FX系列PLC的故障诊断与维修162.7.1 状态指示灯检查162.7.2 出错代码与维修处理18第三章 液体加热系统工作的原理203.1 装置结构与控制要求203.2 输入和输出控制21第四章 液体混合加热系统软硬件设计224.1 程序设计方案224.2 表I/O分配表234.3 PLC程序设计234.4 系统调试过程26小 结27致 谢28参考文献29附 录30第一章 PLC简介1.1 PLC的基本概念及其简单介绍 现代社会要求制造业对市场需求作出迅速地反应，生产出小批量、多品种、多规格、低成本和高质量的产品，为了满足这一要求，生产设备和自动生产线的控制系统必须具有极高的可靠性和灵活性，可编程控制器（Programmable Logic Controller ,PLC）正是顺应这一要求出现的，它是以微处理器为基础的通用工业控制装置。可编程控制器（Programmable Controller）是计算机家族中的一员，简称PC，是为工业控制应用而设计制造的。为了避免与个人计算机(Personal Computer)的简称混淆，早期的可编程控制器称为可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller），简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制，随着技术的发展这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围。PLC的应用面广、功能强大、使用方便，已经广泛地应用在各种机械设备和生产过程的自动控制系统中，PLC在其他领域，例如民用和家庭自动化的应用也得到了迅速的发展。PLC仍然处于不断地发展之中，其功能不断增强，更为开放，它不但是单机自动化中应用最广的控制设备，在大型工业网络控制系统中也占有不可动摇的地位。PLC应用面之广、普及程度之高，是其他计算机控制设备无法比拟的。国际电工委员会（IEC）在1985年的PLC标准草案第3稿中，对PLC作了如下定义：“可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于使工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。”从上述定义可以看出，PLC是一种用程序来改变控制功能的工业控制计算机，除了能完成各种各样的控制功能外，还有与其他计算机通信联网的功能。1.2 PLC 的基本结构及其工作原理1.2.1 PLC的基本结构 PLC是微机技术和控制技术相结合的产物，是一种以微处理机为核心的用于控制的特殊计算机，因此PLC的基本组成与一般的微机系统相类似。 根据控制系统的基本要求，PLC采用典型的计算机结构，如图1.1所示。它主要由中央处理单元CPU、存储器（RAM，ROM,EPROM,EEPROM等）、编程器、I/O设备、电信接口电源等单元组成。图1.1 PLC结构示意图 图1.2 三菱PLC示意图（1） 中央处理单元(CPU) CPU模块主要由微处理器（CPU芯片）和存储器组成。在PLC控制系统中，CPU模块相当于人的大脑和心脏，它不断地采集输入信号，执行用户程序，刷新系统的输出；存储器用来储存程序和数据。（2）存储器 PLC 常用的存储器类型1） RAM 随机存取存储器（Random Assess Memory） 用户可以用编程装置读出RAM中的内容，也可以将用户程序写入RAM，因此RAM又叫读/写存储器。它是易失性的存储器，它的电源中断后，储存的信息将会丢失。 RAM的工作速度高、价格便宜、改写方便。在关断PLC的外部电源后，可以用锂电池保存RAM中的用户程序和某些数据。锂电池可以用1-3年，需要更换锂电池时，由PLC发出信号，通知用户。现在部分PLC仍然用RAM来储存用户程序。2） ROM 只读存储器（Read Only Memory） ROM中的内容一般是由PLC制造厂家写入的系统程序，并且永远驻留。系统程序主要包括检查程序、编译程序和监控程序。3） EEPROM可以电擦除可编程的只读存储器(Electrical Erasable Programmable Read Only Memory) EEPROM是非易失性的，但是可以用编程装置对它编程，兼有ROM的非易失性和RAM的随机存取优点，但是写入数据所需的时间比RAM长得多。（3）编程器 编程器用来生成用户程序，并用它来编辑、检查、修改用户程序，监视用户程序的执行情况。手持式编辑器不能直接输入和编辑梯形图，只能输入和编辑指令表程序，因此又叫做指令编辑器。它的体积小，价格便宜，一般用来给小型的PLC编程，或者用于现场调试和维护。 使用编程软件可以在计算机屏幕上直接生成和编辑梯形图或指令表程序，并且可以实现不同编辑语言之间的相互转换。程序被编译后下载到PLC，也可以将PLC中的程序上传到计算机。程序可以存盘或打印，通过网络或电话线，还可以实现远程编程和传送。（4） I/O 设备 I/O设备通常也称I/O模块，是PLC与工业生产现场之间的连接部件。PLC通过输入接口可以检测被控制对象的各种数据，以这些数据作为PLC对被控制对象进行控制的依据；同时，PLC又通过输出接口将处理结果送到被控制对象，以实现控制目的。 输入模块用来接收和采集输入信号，开关量输入模块用来接收从按钮、选择开关、数字拨号开关、即位开关、接近开关、光电开关、压力继电器等来的开关量输入信号；模拟量输入模块用来接收电位器、测速发电机和各种变速器提供的连续变化的模拟量电流电压信号。开关量输出模块用来控制接触器、电磁阀、电磁铁、指示灯、数字显示装置和报警装置等输出设备；模拟量输出模块用来控制调节阀、变频器等执行装置。CPU模块的工作电压一般是5V，而PLC外部的输入/输出电路的电源电压较高，例如DC 24V和AC 220V。从外部引入的尖峰电压和干扰噪声可能损坏CPU模块中的元器件，或使PLC不能正常工作。在I/O模块中，用光耦合器、光敏晶闸管、小型继电器等器件来隔离PLC的内部电路和外部的I/O电路。I/O模块除了传递信号外，还有电平转换与隔离的作用。（5） 电源 PLC使用AC 220V电源或DC 24V电源。内部的开关电源为各模块提供不同电压等级的直流电源。小型PLC可以为输入电路和外部的电子传感器（例如接近开关）提供DC 24V电源，驱动PLC负载的直流电源一般由用户提供。 1.2.2 PLC的基本工作原理可编程控制器有两种基本的工作状态，即运行（RUN）状态与停止（STOP）状态，其中运行状态是执行应用程序的状态，停止状态一般用于程序的编制和修改。在运行状态，可编程控制器通过执行反映控制要求的用户程序来实现控制功能。为了使可编程控制器的输出及时地响应随时可能变化的输入信号，用户程序不是只执行一次，而是反复不断地重复执行，直至可编程控制器停机或切换到停止工作状态。 运行停止 内部处理 通信服务 输入处理 程序执行 输出处理图1.2 扫描过程阶段图 除了执行用户程序之外，在每次循环过程中，可编程控制器还要完成内部处理、通信处理等工作，如图1.2。可编程控制器这种周而复始的循环工作方式称为扫描工作方式。由于计算机执行指令的速度极高，外部输入/输出关系来看，处理过程似乎是同时完成的。（1） 自诊断阶段 在每一次扫描开始之前，CPU都要进行复位监视定时、硬件检查、用户内存检查等等一系列的操作。如果出现异常情况，除了故障显示灯亮以外，还要判断并显示故障的性质。如果属于一般性的故障，则只需要报警不停机，等待处理。如果属于严重故障，则停止PLC的运行。公共处理阶段所用的时间一般是固定的，但是在使用不同的机型的PLC时会有所差异。 （2）通信服务阶段PLC在通信服务阶段检查是否有与编程器和计算机的通信请求，若有则进行相应处理，若接受由编程器送来的程序、命令和各种数据，并把要显示的状态、数据、出错信息等发送到编程器进行显示。如果有与计算机等的通信要求，也在这段时间完成数据的接收和发送任务。可编程控制器处于停止状态时，只执行以上的操作。可编程控制器处于运行状态时，还要完成其他三个阶段的操作，见图1.3 可编程控制器扫描过程示意图，途中仅画出了与用户程序执行过程有关的三个阶段。 输入处理 X000 X001 输入印象寄存 器输入端子 程序执行 ( Y000 ) ( M0 ) X000元件映像寄存 器写入读出写入Y000 输出处理 Y000Y001输出端子输出锁存器图1.3 可编程控制器扫描过程示意（3）输入采样阶段 在这个阶段，CPU从输入电路中读取各输入点的状态，并将此状态写入输入映像寄存器中。自此输入映像寄存器就与外界隔离，输入映像寄存器的内容保持不变，一直到下一个扫描周期的I/O刷新阶段，才会写进新的内容。 值得注意的是，只有采样时刻，输入映像寄存器中的内容与输入信号一致，而其他时间范围内输入信号的变化是不会影响输入映像寄存器中的内容的，输入信号变化了的状态只能在下一个扫描周期的输入处理阶段被读入。因此，输入时脉冲信号，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。由于PLC扫描周期一般只有几十毫秒，所以两次采样间隔很短，对一般开关量来说，可以认为没有因间断采样引起的误差，即认为输入信号一旦变化，就能立即进入输入映像寄存器内，但对于实时性很强的应用，由于循环扫描而造成的输入延迟就必须考虑。（4）程序执行阶段 在程序执行阶段，CPU对用户程序按先左后右、先上后下的顺序逐条地进行解释和执行。CPU从输入映像寄存器和元件映像寄存器中读取各寄存器当前的状态，根据用户程序给出的逻辑关系进行逻辑运算，运算结果写入元件映像寄存器中。 执行用户程序阶段的扫描时间不是固定的，其主要原因取决于以下几个方面的因素： 1）用户程序中所用语句数的多少。用户程序的语句数多少不同，所用的扫描时间必然不同。因此，为了减少扫描时间，应使所编写的程序尽量简洁。 2）每条指令的执行时间不同。对同一控制功能若选用不同的指令进行编程，扫描时间会有很大的差异。因为有的指令的执行时间只需要几个微秒，而有的则多达上百个微秒，所以在实现同样控制功能的情况下，应选择那些执行时间短的指令来编程。 3）程序中有改变程序流向的指令。例如，有的用户程序中安排了跳转指令，当条件满足时某段程序被扫描并执行，否则不对其扫描并且跳过该段程序去执行下面的程序；有的用户程序使用了子程序调用指令，当条件满足时就停止执行当前程序而去执行预先编排好的子程序，当条件不满足时就不扫描子程序；有的用户程序安排了中断控制程序，当有中断申请信号时就转去执行中断处理子程序，否则就不扫描中断处理子程序等等。 可见，执行用户程序的扫描时间是影响扫描周期时间长短的主要原因。而且，在不同时段执行用户程序的扫描时间也不尽相同。（5）输出刷新阶段 在输出刷新阶段，PLC将所有输出继电器的元件映像寄存器的状态传送到相应的输出锁存电路中，再经输出电路的隔离和功率放大传送到PLC的输出端，驱动外部执行元件动作。 输入采样和输出刷新阶段的时间长短取决于PLC的I/O点数。1.2.3 PLC的主要技术指标PLC的主要技术指标包括以下几种：（1）输入输出点数。输入输出的点数是指外部输入输出端子的数量，决定了PLC可控制的输入开关信号和输出开关信号的总体数量。它是描述PLC大小的一个重要参数。（2）扫描速度。扫描速度与扫描周期成反比。通常是指PLC扫描1KB用户程序所需的时间，一般以ms/KB为单位。其中PLC的类型、机器字长等因素直接影响PLC的运算精度和运行速度。（3）编程指令的种类和功能。某种程序上用户程序所完成的控制功能受限于PLC指令的种类和功能。PLC指令的种类和功能越多，用户编程就越方便简单。（4）内部寄存器的配置和容量。用户编制PLC程序时，需要大量使用PLC内部的寄存器存放变量、中间结果、定时计数及各种标志位等数据信息，因此内部存放器的数量直接关系到用户程序的编制。（5）PLC的扩展能力。在进行PLC造型时，其扩展性是一个非常重要的因素。一般来说可扩展性包括存储容量的扩展、输入输出点数的扩展、模块的扩展、通信联网功能的扩展等。另外，PLC的电源、编程语言和编程器、通信接口类型等也是不容忽视的技术指标。1.3 PLC的特点及应用1.3.1 PLC的特点（1）编程方法简单易学，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业控制设备。它的接口简单，编程语言易于工程技术人员接受。梯形图编程语言的符号、表达方式和继电器控制电路相当接近，只用PLC少量的开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器控制电路的功能，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。（2） 功能强，易于扩展 PLC具有逻辑运算、定时、计数、顺序控制、人机对话、通信、联网、自检、记录和显示等功能，还具有PID调节、数据通信、中断处理功能。在控制输出接口有多种电源的开关量控制选择，可以直接驱动各种开关量的设备，如电磁阀、继电器等。还有多种功能模块供用户选择进行扩展，使PLC性能大大提高。（3） 配套齐全，适应性强 PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品，可以用于各种规模的工业控场合。除了逻辑处理功能之外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。今年来PLC的各种功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得越来越容易。（4） 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由于采用了现代大规模的集成电路技术，采用相当严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，所以具有很高的可靠性。例如，日本三菱公司生产的F系列的PLC平均无故障时间（MTBF）高达30万h以上。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器控制系统相比，电气接线及开关触点已减少到数百甚至数千万分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自检测功能，出现故障时可及时地发出报警信息。在应用软件中，还可以编写外围器件的故障自诊断程序，使系统中除了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足为怪了。（5） 系统的设计、构建工作量少 PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及构建的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备通过改变程序改变生产过程成为可能，这很适合多品种、小批量的生产场合。（6） 安装简单，维修方便 现场只需要将PLC控制系统的输入/输出端口与控制设备正确连接就能完成硬件的配置，缩短了安装的时间。软件调试时，可以在脱机状态下用模拟现场的信号代替现场实际信号。观察PLC输入/输出端的指示灯，就可以知道输入/输出的状态。在完成脱机调试后，就可以进行现场联机调试。 PLC有完善的自诊断、监控功能。对内部工作状态、通信状态、异常状态和输入/输出点的状态均有显示，设计人员通过显示可以很快地查出故障的原因，便于快速处理和及时进行维护。（7） 体积小，能耗低 使用PLC设计控制系统减少了大量的继电器，使控制系统大大减少了电器元件，同时使整体结构大大缩小。提高了可靠性，减少了电能的消耗，易于实现机电一体化。 以超小型的PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅有数瓦。由于体积小，很容易装入机械底部，是实现机电一体化的理想控制设备。1.3.2 PLC的应用目前，PLC的应用非常的广泛，在很多行业里都有运用，例如电梯控制、防盗系统的控制、交通分流信号灯控制、楼宇供水自动控制、消防系统自动控制及各种生产流水线的自动控制等等。随着其性能价格比的不断提高，PLC的应用范围也在不断地扩大，主要的使用情况大致可归纳为如下几类：（1）数字量逻辑控制 PLC用“与”、“或”、“非”等逻辑控制指令来实现触点和电路的串、并联，代替继电器进行组合逻辑控制、定时控制与顺序逻辑控制。数字量逻辑控制可以用于单台设备，还可以用于自动生产线，其应用领域已经遍及各种行业，有的甚至深入到了家庭。（2） 运动控制 目前PLC制造商已制造出能驱动步进电动机和伺服电动机的单轴或多轴的PLC和运动控制特殊模块，可驱动单轴或多轴按一定的速度、作用力到达拟定目标位置。 随着PLC用量的增加，其价格大幅度地降低，而其功能却不断地增强，现在用PLC实现运动控制比用其他方法更有优越性：价格更低、速度更快、体积更小、操作更方便。（3） 闭环过程控制 目前，大中型PLC都具有PID控制功能。有些PLC产品将PID控制功能独立出来，使用过程控制器来实现PID控制、比例控制和级联控制。（4） PLC配合数字控制 PLC能和机械加工中的数字控制(NC)及计算机数控（CNC）组成一体，实现数值控制。如日本FANUC公司的CYSTEM10、11、12系列已经将CNC控制功能与PLC融为一体。为实现PLC送至CNC设备间的内部数据自由传送，通过窗口软件，用户可以独自编程，由PLC送至CNC使用。其他公司如日本的东芝、美国的GE、德国的西门子公司都具有数值处理的PLC。从发展趋势看，CNC系统将变成以PLC为主体的控制和管理系统。（5） 通信及联网 为适应现代化工业自动化控制系统的需要-集中及远程管理，PLC可以实现PLC与远程I/O之间的通信、多台PLC之间的通信、PLC与其他智能控制设备（例如计算机、变频器、数控装置等）之间的通信。PLC与其他智能控制设备一起，可以组成“集中管理、分散控制”的分布式控制。第二章 FXGPWIN软件的简介 三菱公司FXGPWIN编程软件是应用于FX系列PLC的中文编程软件，可以在Windows98及以上操作系统中运行。2.1 FXGPWIN编程软件的主要功能（1） 在FXGPWIN编程软件中，可以通过梯形图、指令表及顺序功能图这三种编程语言创建顺控指令程序、建立注释数据及设置寄存器的数据。（2）创建顺控指令程序以及将其存储为文件，用打印机打印。（3）该程序可在串行系统中与PLC进行通信、文件传送、元件监控以及各种测试功能。2.2 程序的编辑操作在使用该软件时有两种编辑方式：指令表编辑和图形编辑2.2.1 指令表编辑程序 指令表也叫做语句表，是程序的一种表示方法。它和单片机程序中的汇编语言有点类似，由语句指令依一定的顺序排列而成。指令表编辑状态，可以用指令表形式编辑一般程序。一条指令一般可分为两部分，一为助记符，二为操作数。也有只有助记符没有操作数的指令，称为无操作数指令。如下指令：Step Instruction I/00 LD X0001 OUT Y0002 END实际操作如下： 1）确认，弹出“指令表”（注：如果不是指令表，可从菜单“视图”内选择“指令表”）建点击菜单文件中的新文件或打开选择PLC类型设置，FXON或FX2N后立新文件，进入“指令编辑”状态，进入输入状态，光标处于指令区，步序号由系统自动填入2）键入“LD”空格 （也可以键入“F5”） 键入“X000”，回车输入第一条指令 （快捷方式输入指令）输入第一条指令元件号，光标自动进入第二条指令3）键入“OUT”空格 键入“Y000”，回车 输入第二条指令号，光标自动进第三指令4)键入“END”，回车 输入结束指令，无元件号，光标下移注：程序结束前必须输入结束指令（END） 程序编辑结束应该进行程序检查，FXGP能自检，单击选项下拉子菜单，选中程序检查弹出程序检查对话框，根据提示，可以检查是否有语法错误，电路错误以及双线圈检验。检查无误进行下一步的操作传送及运行2.2.2 梯形图编辑程序梯形图语言是一种以图形符号及其在图中的相互关系表示控制关系的编程语言，是从继电器电路图演变过来的。例：实际操作如下：1） 点击菜单文件中的新文件或打开选择PLC类型设置，FXON或FX2N后确认，弹出“梯形图” 2） 将光标移到左边母线最上端处以定状态元件输入位置3) 按“F5”弹出 “输入元件”对话框 ，输入一个元件“常开”触点4）键入“X000”回车 ，输入元件的符号“X000”5）按“F6”弹出“输入元件”对话框 ，输入一个元件“常闭”触点6）键入“X001”回车 ，输入元件的符号“X001”7）按“F7”输入一个输出线圈8）键入“Y000”回车， 输入线圈符号“Y000”9）点击功能图中带有连结线的常开，弹出“输入元件”对话框，输入一个并联的常开触点10)键入“Y000”回车，输入一个线圈的辅助常开的符“Y000” 11)按“F8”弹出“输入元件”对话框 输入一个“功能元件”12)键入“END”回车，输入结束注：程序结束前必须输入结束指令（END）“梯形图”程序编辑结束后进行程序检查， FXGP提供自检，单击选项下拉子菜单，选中程序检查弹出程序检查对话框，根据提示可以检查是否有语法错误，电路错误以及双线圈检验。进行下一步及。“梯形图”编辑程序必须经过“转换”成指令表格式才能被PLC认可运行。但有时输入的梯形图无法将其转换为指令格式。梯形图转换成指令表格式的操作用鼠标点击快捷功能键: 转换或者点击工具栏的下拉菜单转换梯形图和指令表编程比较：梯形图编程比较简单、明了，接近电路图，所以一般PLC程序都用梯形图来编辑，然后转换成指令表，下载运行。2.3 程序的检查 程序编写完毕后，可以利用菜单栏的“选项”菜单命令进行程序的检查。操作方法是：选择“选项”至“程序检查”命令，选择相应的检查内容，然后单击“确认”按钮，以实现程序的检查。该项功能可以对程序的语法、双线圈输出和电路的错误等进行检查。如果存在编程的错误，将会提示程序存在错误的原因。2.4 程序的传送程序的传送可以实现程序的读入（上载）、写出（下载）和检验等功能。使用“读入”功能，可将PLC的程序上传到计算机中。使用“写出”功能，可将计算机中的程序下载到PLC中。“校验”功能是将计算机与PLC中的程序加以比较检验。以上各功能的操作方法是：选择“PLC”“传送”“读入/写出/校验”命令。传送程序时，应注意以下问题：（1） 计算机的RS-232C端口及PLC之间必须使用指令的电缆及转换器连接；（2） 执行完“读入”功能操作后，计算机中的程序将会丢失，原有的程序将被读入的程序所代替；（3） 在执行程序的“写出”功能操作时，PLC应该停止运行，PLC运行方式选择开关必须置于“STOP”位置；（4） 程序必须在RAM或EEPROM内存保护关断的情况下写出，然后进行校验。2.5 程序的调试和运行监控 程序的调试和运行监控是编程开发中必不可少的一环。编写的程序一开始就是正确和完善的情况很少，只有经过调试运行乃至现场的实际运行才有可能发现程序中不完善、不合理的地方。 在程序写出下载完毕后，保持编程开发计算机和PLC的在线联机状态，选择“监控/测试”菜单命令，便可开始有关软元件的监控和测试。 （1）梯形图程序的监控 在编程开发计算机与PLC建立通信连接后，单击“开始监视”按钮后，便可以进行梯形图程序的监控了。在监视时，绿色表示梯形图电路中触点或线圈的接通或通电，计数器、定时器和数据寄存器的当前值将在该软元件符号的上方显示。 （2）软元件监控 软元件监控的操作方法是：“监控/测试”至“进入元件监控”菜单命令，屏幕将出现“元件设置”的对话框，在此对话框中，可以输入软元件号、连续监视的点数，这样可以监控软元件号相邻的若干个软元件，显示的数据可以选择16位或32位格式。设置好监视软元件和点数后，单击“确认”按钮。 （3）强制ON/OFF 强制ON/OFF的操作方法是：选择“监控/测试”至“强制ON/OFF”菜单命令，屏幕将出现“强制ON/OFF”对话框。在此对话框中，输入软元件号，选择单选按钮的“设置”（应是置位，SET）命令后单击“确认”按钮，则该软元件将被置位为ON状态。选择单选按钮的“重新设置”（应是复位，RST）命令后单击“确认”按钮，则该软元件将复位为OFF状态。 （4）改变当前值 改变当前值的操作方法是：选择“监控/测试”至“改变当前值”菜单命令，将出现改变当前值的对话框。在该对话框中，输入软元件号和新的当前值数据后，单击“确认”按钮后，新的数值将下传至PLC。 （5）改变设置值 改变设置值的操作方法与上面的改变当前值的操作方法类似，但要注意的是，该功能只在梯形图监控时才有效。2.6 参数设置 利用“选项”菜单命令可以进行参数设置、口令设置、PLC类型设置、串行口设置、元件范围设置和改变PLC类型等等。 选择“选项”“PLC参数设置”菜单命令，将弹出“PLC参数设置”对话框，可以设置实际使用的存储器的容量，设置是否以500步为单位的文件寄存器、注释区和锁存功能（断电保持功能）的软元件的范围等功能。 选择“选项”“PLC类型设置”菜单命令，将弹出“PLC模式设置”对话框，可以设置将某个输入点作为外接的运行选择开关使用。 选择“选项”“串行口设置”菜单命令，将弹出“串行口设置”对话框，可以设置PLC串行通信相关的参数、特殊数据寄存器等等。2.7 FX系列PLC的故障诊断与维修2.7.1 状态指示灯检查（1）电源指示灯POWER 一般情况下，FX系列的PLC基本单元、扩展单元与功能模块均安装有电源指示灯POWER。指示灯亮，表明PLC的基本单元（或扩展单元与特殊功能模块）的电源已经正常工作。 当PLC外部电源接通后，指示灯不亮，首先应检查外部电源是否符合要求。如： 1）PLC电源的交/直流选择是否正确； 2）外部电源是否已经正确连接到PLC得电源连接端； 3）电源的连接是否存在接触不良等现象。在检查确认外部电源已经正确连接到PLC后，如果指示灯仍然不亮，可检查PLC上的接线端“24+”（此连接端用于提供PLC外部输入传感器的DC24V电源），当该连接端“24+”上有连接线时，表明PLC需要为外部输入提供24V电源，为确认故障部位，在断开外部负载的情况下再进行检查、试验。如连接段“24+”未使用或取下连接端“24+”上的连接线后，POWER指示灯仍然不亮，表明PLC内部存在不良。这时可以打开PLC，对内部电源的熔断器进行进一步检查，如是熔断器熔断，在测量确认内部无短路的前提下，可以更换同规格的熔断器；否则应进行PLC的维修或更换。（2） 运行指示灯RUN 当PLC的输入电源正常后，该指示灯亮，表明PLC处于正常工作状态。如果指 示灯不亮，可能的缘由有： 1）PLC上的RUN/STOP开关被设置为“STOP”状态，使得PLC停止运行； 2）PLC程序存在错误，这时，PLC的程序出错指示灯“PROG-E”或出错指示灯“ERROR”同时亮或者闪烁； 3）PLC循环时间超过，这时CPU出错指示灯“CPU-E”或出错指示灯“ERROR”同时亮。（3） 程序出错指示灯PROG-E 程序出错指示灯PROG-E闪烁时，表明PLC用户程序存在错误，可能的原因有： 1）定时器、计数器的时间值、计数值未设置； 2）PLC程序存在语法错误或程序错误； 3）电池电压下降引起的PLC用户程序出错； 4）由于灰尘、导电物的进入，引起的PLC内部工作错误； 5）由于外部干扰引起的PLC内部工作错误，等等。当用户程序存在错误时，通过查看PLC特殊数据寄存器的内容，可以知道对应的用于错误寄存的PLC特殊内部继电器号，通过查阅PLC特殊内部继电器，便可以知道出错的原因。（4）CPU出错指示灯CPU-ECPU出错指示灯CPU-E亮时，表明PLC用户程序的循环执行时间超过，可能的原因如下：1）由于灰尘、导电物的进入，引起的PLC内部工作出错；2）由于外部干扰引起的PLC内部工作出错；3）PLC的功能模块使用越多，引起PLC 用户程序的循环执行时间超过（可以通 过检查PLC特殊数据寄存器的内容，了解PLC程序的最长执行时间）；4）在通电情况下进行了PLC存储器卡的安装与取下操作；5）PLC硬件存在故障，等等。（5）PLC出错指示灯ERROR 在部分FX系列PLC中，PLC未安装单独的CPU出错指示灯（CPU-E）与程序出错指示灯（PROG-E），这时，PLC的出错指示灯ERROR代表了以上两种指示灯的情况。即当PLC出错指示灯ERROR亮时，应同时进行以上两方面的检查。（6） PLC输入指示灯 PLC输入指示灯用于指示PLC输入信号的状态。当设备侧输入信号时，对应的指示灯亮。当输入发信时，如果指示灯不亮，可能的原因有： 1）采用汇点输入（无源）时，信号的接触电阻太大或负载过重、短路引起了PLC内部电源电压的降低与保护，使得输入电流不足以驱动PLC的输入接口电路； 2）采用源输入（有源）时，信号的接触电阻太大或输入信号的电压过低，使得输入电流不足以驱动PLC的输入接口电路； 3）输入端子的接触不良或输入连接线接触不良； 4）当故障发生在扩展单元时，可能是基本单元与扩展单元间的接触不良； 5）PLC输入接口电路损坏，等等。（7） PLC输出指示灯 PLC输出指示灯用于指示PLC输出信号的状态。当PLC输出为“1”时，对应的指示灯亮 ，如果指示灯不亮，则可能的原因有： 1）采用汇点输出（无源）时，可能PLC输出接口电路损坏； 2）采用源输出（有源）时，可能因输出负载过重、短路引起了PLC内部电源电压的降低与保护； 3）当故障发生在扩展单元时，可能是基本单元与扩展单元间的连接不良引起的故障； 4）PLC输出接口电路损坏，等等。2.7.2 出错代码与维修处理 PLC硬件出错包括安装、连接出错和通信出错等方面。当PLC检测到M8060-M8063硬件错误时，在对应的数据寄存器D8060-D8063中间显示错误代码。错误代码所代表的意义与故障处理方法分类说明如下：（1）PLC安装、连接出错 PLC安装、连接出错错误代码所代表的意义及故障处理方法如下表2-1所示:。显示出错代码寄存器错误代码错误内容错误处理M8060D8060annn对为安装的I/O模块进行了编程a：模块类型，1为输入模块，0为输出模块。nnn：出错模块的首地址安装需要的I/O模块；修改PLC程序M8061D80610000PLC正常工作-6101RAM出错检查PLC安装、连接；检查扩展单元、扩展模块的连接6102PLC连接、运算出错6103I/O总线连接出错6104扩展单元连接出错6105PLC循环时间超过表2-1 安装、连接出错代码的意义及处理（2） PLC通信出错 PLC通信出错错误代码所代表的意义与故障处理方法如表2-2所示。出错显示代码寄存器错误代码错误内容错误处理M8062D80620000PLC正常工作-6201奇偶校验出错、溢出检查接口安装、连接；检查通信设定参数；检查通信指令6202字符传送出差6203求和校验出错6204数据格式出错6205传送指令出错M8063D80630000PLC正常工作检查接口安装、连接；检查通信设定参数；检查通信指令；检查通信设备电源6301RS-232奇偶校验出错、溢出6302RS-232字符传送出错6303RS-232求和校验出错6304RS-232数据格式出错6305RS-232传送指令出错6312并联链接字符传送出错6313并联链接求和校验出错6314并联链接数据格式出错表2-2 通信出错代码的意义及处理第三章 液体加热系统工作的原理3.1 装置结构与控制要求 下图3-1为两种液体的混合装置结构图。S1,S2为液面传感器,液面淹没时接通,两种液体的流入和混合液体流出分别由电磁阀Y1,Y2，Y3控制,M为搅匀电动机,控制要求和整个混合加热的步骤如下:一，初始状态：当装置投入运行时，容器内为放空状态。 二，启动操作：1） 启动电源，接通Y1流入液体A，当液体达到传感器S2的高度时，S2发出信号，切断Y1接通Y2。2） Y2接通后流入液体B，当液体达到传感器S1的高度时，S1发出信号，切断Y2接通M。3） M接通后开始搅拌液体使之混合，搅拌3分钟后，自动切断M同时接通加热器R。4） R接通开始对以搅拌混合的液体进行加热，当液体温度达到设定温度时传感器S3发出信号，切断R接通Y3。5）Y3接通时打开出口电磁阀排出混合加热后的液体，定时2分钟。液体排完后切断Y3接通Y1，进行下一次进液。6）当按下停止按钮待整个循环进行到结束，即混合器皿中液体排完时，切断Y3不再接通Y1时，停止工作。 三，停止操作：按下停止按钮后，要处理完当前循环周期剩余的任务后，系统停止在初始状态。图3-1 液体混合搅拌机 图3-2 工作原理图SB2停止Y2液体B阀门S1液体B到位M搅拌器S2液体A到位R加热器S3设定温度Y3放液阀门3.2 输入和输出控制表3-3 输入和输出控制表第四章 液体混合加热系统软硬件设计4.1 程序设计方案根据液体混合加热的设计要求可知，正常工作时液体A先加入搅拌器中在这个过程中液体B不能同时流入，当液体A流入的量达到所需要的高度时，该液体的入口将关闭，同时液体 B开始流入。当液体B的流入量达到要求时，液体流入口的阀门将关闭。这时搅拌器接通开始对液体进行为期3分钟的混合搅拌，时间到后搅拌器切断加热器接通开始对混合搅拌后的液体进行加热，达到设定温度时，加热器关闭液体排出阀门打开，混合加热后的液体在2分钟内排出。由此可见在液体混合加热的过程中只要选择好控制时间，对相应的控制量做出正确的判断问题就迎刃而解了。 开始 达到S2高度？液体A 流入搅拌 液体B流入搅拌器继续加液体A具体的工作流程图如下：否是达到S1高度？否是搅拌器工作继续加液体B达到3分钟？否是加热器工作继续搅拌 接上图 达到设定温度否 是 排除液体 继续加热 结束图4-1液体混合加热工作流程4.2表I/O分配表输入输出X1SB1启动Y1Y1液体A阀门X2SB2停止Y2Y2液体B阀门X3S1液体B到位Y4M搅拌电机X4S2液体A到位Y5R加热器X5S3设定温度Y3Y3放液阀门图4-2 I/O分配表4.3 PLC程序设计梯形图如图4-3所示图4-3 梯形图指令表如下所示：SB1：X1 SB2：X2 S1：X3 S2：X4 S3：X5 电磁阀Y1：Y1 电磁阀Y2：Y2 电磁阀Y3：Y3 电机M：Y4 加热R：Y5 LD M8002 ZRST S20 S23 LD X1按启动SB1 SET M100 LD X2按停止SB2 RST M100 LD X1 SET S20 STL S20 OUT Y1 LD X4 SET S21 STL S21 OUT Y2 LD X3 SET S22 STL S22 OUT T0 K1800 LDI T0 OUT Y4 LD T0 OUT Y5 LD X5 SET S23 STL S23 OUT T1 K1200 LDI T1 OUT Y3 LD M100停止没按下继续循环，按下后等待下次启动 SET S20 RET END0LDM800223SETS231SETS025STLS233STLS026OUTY0054LDX00127LDX0055SETS2028SETS247STLS2030STLS248OUTY00131OUTY0039LDX00432OUTT1 K120010SETS2135LDM112STLS2136ANDT113OUTY00237OUTS014LDX00339RET15SETS2240LDX00117STLS2241ORM118OUTY00442ANIX00219OUTT0 K180043OUTM122LDT044END图4-4 指令表4.4 系统调试过程1） 双击打开FXGPWIN软件，新建一个文件。在该文件中输入所编写程序，并进行转换。2）接通PLC，打在“STOP”挡，对PLC中原始内容进行清除，用以备用。清除过程3） PLC原始内容清除结束后将开关打到“RUN”挡，设定写入范围开始将程序输入PLC中。小 结通过大学里对PLC的学习，不管是理论学习还是在实训中心的实践练习，都学到不少知识，也能够自己动手做出一些简单的设计，对各环节的检查，最终通过设备调试运行也让我对PLC有了深入的了解。另外，PLC在生活中无处不在，而且非常的重要，尤其是对化工、机械工业影响特别大，它使得自动化更加普及，而且节省了很多的人力、物力和财力，对它的了解和认识将对我们以后的学习和工作有很大帮助。通过这个程序的设计，可以看出PLC控制液体混合加热是非常有效率的，对各种环境适应能力也很强，所以它必将成为一个必不可少的工具，尤其是在液体混合加热装置方面！本设计是采用日本三菱公司的FX2N-48MR可编程控制器的硬件配置和程序设计，在实践中有很好的效果，但是设计毕竟是设计，并没有实际投入使用，也没有得到充分的检验，但是PLC程序及相关设计指令却是活的，在不同的实际要求及条件下可以灵活运用，发挥它的最大作用，相信它将给人类文明的发展增添更多的动力！致 谢 大学三年对单片机和PLC的学习，课堂上让我懂得了很多相关理论知识，在实训中心时得到了很好的利用，对PLC也有了一定的了解，虽然学的并不是很精，但是相信在以后的工作中会给我很大的帮助！如果没有老师的谆谆教诲，现在也不会有这样的我，在此感谢秦老师对我的严格教导，你是我离开学校前给我最重要东西的人。对你的渊博知识学生很是钦佩，也让学生知道自己要学的还有很多很多，你是在我从校园走上社会阶段给与帮助最多的人！马上就要毕业了，我现在的心情很矛盾，情绪里掺杂了很多别样的感情，大学三年，就要离开这个学校了，有很多的舍不得，舍不得教过我的老师，舍不得我的同学，以前天天在一起还没感觉，现在才慢慢的体会到离别的难过与伤感，但天下没有不散的宴席，我们总有面对社会的一天，我祝愿我的同学们都有美好的未来！在这里，我还要感谢我宿舍的一群姐妹们，在我写论文期间，她们也给我出了很多的主意，对我写的论文给了很多宝贵的意见。离开纯净的校园，踏上社会的我知道社会的不易，也慢慢的知道自己需要学习的东西还有很多。PLC的学习是永无止境的，对它的更深层次