真空表面处理反应釜控制系统设计
在工业过程中，真空度是常见的控制参数之一。对真空度的控制效果将会影响生产的效率和产品的质量，如果控制不当，将会破坏工艺设备的精准度。因此反应釜真空度的控制是至关重要的。本课题是对真空表面处理反应釜的自动控制，通过可编程控制器实现了液体自动混合以及真空环境下零件表面的处理等控制功能。该论文重要的是研究系统方案的设计及系统软件的设计过程。说明了PLC设计的关键在于能够满足基本控制功能，还要考虑能够方便的维护，系统的可扩展性等。本文中还介绍了一些硬件的选型，PLC类型的选择以及相对应扩展模块的选择和系统的I/O分配。根据设计要求画出了控制系统的PLC接线原理图和扩展模块的I/O接线图，并且编写了系统的程序梯形图，以及绘制出了程序顺序功能图。之后，使用触摸屏软件设计出了主监控画面及其他所需画面。这样通过PLC和触摸屏对真空表面处理反应釜系统的自动控制，就能在很大程度上减少了其他元器件的使用，从而使检测维修时更加方便。
目 录
摘要 I
Abstract II
第一章 绪论 3
1.1 课题研究的意义 3
1.2 国内外研究情况与发展 3
1.3 本设计的主要工作 4
第二章 系统方案设计 5
2.1 系统设计要求 5
2.2 系统控制方案 5
2.3 检测模块方案 5
2.3.1 真空度检测方案 5
2.3.2 液位检测方案 6
2.4 显示界面和输入方案 6
第三章 系统硬件设计 7
3.1 总体设计 7
3.2 电动机的选择 8
3.3 真空泵的选择 10
3.4 真空计的选择 13
3.5 传感器的选择 15
3.6 电磁阀的选择 16
3.7 接触器的选择 18
3.8热继电器的选择 19
3.9按钮开关的选择 20
3.10 PLC及其扩展模块的选择 20
3.10.1 PLC及其扩展模块的端口分配 24
3.10.2 接线原理图 25
第四章 系统软件设计 27
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
4.1 编程软件 27
4.2 扩模块的设置 27
4.3 PLC程序编写 27
4.3.1液位的模数转换 31
4.3.2 真空度的模数转换 32
4.3.3 液位检测 35
4.3.4 判断是否按下停止按钮 36
第五章 监控界面设计 38
5.1 触摸屏的介绍 38
5.2 触摸屏的硬件与软件选用 38
5.3 触摸屏画面设计 39
结束语 43
参考文献 44
附录 45
附录1.接线原理图 45
附录2.元器件清单表 47
附录3.顺序功能图 48
附录4.PLC梯形图 49
附录5.元器件布置图 59
致谢 73
第一章 绪论
1.1 课题研究的意义
如今，在很多行业都会用到反应釜，尤其是在石油化工、食品、制药等行业。它可以作为压力容器来完成聚合、氢化等过程。在其反应过程中，它能够对温度的变化、搅拌过程中力的变化、反应液浓度的高低等进行严密的控制。其主要是由传动装置、搅拌器、釜体等组成。当中搅拌器的搅拌形式一般有浆式、推进式等。反应釜在使用过程中，要注意防止一些异常情况的发生，使用之前要仔细地检查一下，看看是否有损坏情况的发生，平时还要注意保养，这样他就能够使用更长的时间。而在本课题中，主要是控制反应釜内的真空度，使其能达到生产要求。真空度控制的好就能够减少零件表面出现气泡的情况，这样一来产品质量就会大大提高，也更接近它的生产要求。在这次设计中，不仅提高了我的综合设计能力，还让我将自己在课堂上所学到的知识熟悉地运用到实际生产当中。
1.2 国内外研究情况与发展
经过调查发现，反应釜在国内市场上一般以低压反应釜为主。虽然基本组成是相同的，但是由于不同的介质和生产条件，使得它选择的材料以及结构都不相同。现在，罐体的材料一般以钢或者玻璃为主，但它们使用的搅拌装置、材料等各有异处。反应釜有这样几个基本特点：①它们的结构基本上都是一样的；②还可以通过改进传热条件，平稳而均匀地控制反应过程中温度的变化。而温度反应釜不仅可以承受一定的压力，对温度的变化也有一定的承受能力。当温度的要求不是很高时，可以采取水加温使其获取高温，还可以使用电加热等方法来火得高温。在化学反应过程中一般都会用到反应釜的搅拌装置，因此为了使其能够充分而均匀的反应，一定要加装搅拌装置，还要考虑其泄漏的问题。在国内，反应釜趋于大容积的发展趋势，其容积的增大降低了生产成本，同时也减少了产品质量之间的误差，还大大提高了生产效率。反应釜的搅拌装置也从单独的搅拌器发展到了多个搅拌器同时使用。以前笨拙的手工操作也被自动化生产所代替。这样不仅可以保证生产稳定的进行，产品的质量也得到提高，降低了对劳动力的需求，而且还增加了效益，对自然环境也有很多好处，节省了资源。
对于国外来说，反应釜在化工行业是非常典型的物化反应设备之一。绝大多数情况下，反应釜是一种化工设备，会经常有缺陷。由于反应釜在工作时存在危险的物质，所以反应釜的缺陷在不同程度上都会让人身财产安全受到威胁，同时产品的质量也会大打折扣。因此有必要采取相应的补救措施，来免除人们的顾虑。
1.3 本设计的主要工作
1）系统硬件选型；
2）真空表面处理反应釜控制系统设计，绘出电气控制系统接线原理图；
3）电子元器件选型并列出电子元器件清单；
4）进行电气控制系统PLC程序设计和触摸屏程序的编制。
第二章 系统方案设计
2.1 系统设计要求
真空表面处理反应釜应用于表面处理领域，主要是为了减少处理过程中出现的气泡的缺陷而设计，该设计的要求：
（1）能够完成反应釜真空度为200Pa以内的真空需求；
（2）每次反应液的反应时间为8min；
（3）电机旋转的最高转速不低于750r/min；
2.2 系统控制方案
方案一：采用单片机控制
单片机虽然价格很实惠，生产成本低，但是其主控板容易受到布局方法、零件的质量等的影响，这样一来单片机就很容易发生故障，也很容易受到其他因素的干扰。还有它很强的依赖性，其研究生产周期较长。
方案二：采用PLC控制
PLC实际形如一种计算机，它主要应用于对工业生产方面的控制，它已经历了很长一段时间的验证。其有很强的抗干扰性、不容易发生故障，而且还方便扩展设备，维护的时候也比较方便，重要的是它的开发周期很短，但它的成本价格比单片机高。
现根据控制要求，比较两种方案，其中方案二，采用PLC控制更加合适。
目 录
摘要 I
Abstract II
第一章 绪论 3
1.1 课题研究的意义 3
1.2 国内外研究情况与发展 3
1.3 本设计的主要工作 4
第二章 系统方案设计 5
2.1 系统设计要求 5
2.2 系统控制方案 5
2.3 检测模块方案 5
2.3.1 真空度检测方案 5
2.3.2 液位检测方案 6
2.4 显示界面和输入方案 6
第三章 系统硬件设计 7
3.1 总体设计 7
3.2 电动机的选择 8
3.3 真空泵的选择 10
3.4 真空计的选择 13
3.5 传感器的选择 15
3.6 电磁阀的选择 16
3.7 接触器的选择 18
3.8热继电器的选择 19
3.9按钮开关的选择 20
3.10 PLC及其扩展模块的选择 20
3.10.1 PLC及其扩展模块的端口分配 24
3.10.2 接线原理图 25
第四章 系统软件设计 27
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
4.1 编程软件 27
4.2 扩模块的设置 27
4.3 PLC程序编写 27
4.3.1液位的模数转换 31
4.3.2 真空度的模数转换 32
4.3.3 液位检测 35
4.3.4 判断是否按下停止按钮 36
第五章 监控界面设计 38
5.1 触摸屏的介绍 38
5.2 触摸屏的硬件与软件选用 38
5.3 触摸屏画面设计 39
结束语 43
参考文献 44
附录 45
附录1.接线原理图 45
附录2.元器件清单表 47
附录3.顺序功能图 48
附录4.PLC梯形图 49
附录5.元器件布置图 59
致谢 73
第一章 绪论
1.1 课题研究的意义
如今，在很多行业都会用到反应釜，尤其是在石油化工、食品、制药等行业。它可以作为压力容器来完成聚合、氢化等过程。在其反应过程中，它能够对温度的变化、搅拌过程中力的变化、反应液浓度的高低等进行严密的控制。其主要是由传动装置、搅拌器、釜体等组成。当中搅拌器的搅拌形式一般有浆式、推进式等。反应釜在使用过程中，要注意防止一些异常情况的发生，使用之前要仔细地检查一下，看看是否有损坏情况的发生，平时还要注意保养，这样他就能够使用更长的时间。而在本课题中，主要是控制反应釜内的真空度，使其能达到生产要求。真空度控制的好就能够减少零件表面出现气泡的情况，这样一来产品质量就会大大提高，也更接近它的生产要求。在这次设计中，不仅提高了我的综合设计能力，还让我将自己在课堂上所学到的知识熟悉地运用到实际生产当中。
1.2 国内外研究情况与发展
经过调查发现，反应釜在国内市场上一般以低压反应釜为主。虽然基本组成是相同的，但是由于不同的介质和生产条件，使得它选择的材料以及结构都不相同。现在，罐体的材料一般以钢或者玻璃为主，但它们使用的搅拌装置、材料等各有异处。反应釜有这样几个基本特点：①它们的结构基本上都是一样的；②还可以通过改进传热条件，平稳而均匀地控制反应过程中温度的变化。而温度反应釜不仅可以承受一定的压力，对温度的变化也有一定的承受能力。当温度的要求不是很高时，可以采取水加温使其获取高温，还可以使用电加热等方法来火得高温。在化学反应过程中一般都会用到反应釜的搅拌装置，因此为了使其能够充分而均匀的反应，一定要加装搅拌装置，还要考虑其泄漏的问题。在国内，反应釜趋于大容积的发展趋势，其容积的增大降低了生产成本，同时也减少了产品质量之间的误差，还大大提高了生产效率。反应釜的搅拌装置也从单独的搅拌器发展到了多个搅拌器同时使用。以前笨拙的手工操作也被自动化生产所代替。这样不仅可以保证生产稳定的进行，产品的质量也得到提高，降低了对劳动力的需求，而且还增加了效益，对自然环境也有很多好处，节省了资源。
对于国外来说，反应釜在化工行业是非常典型的物化反应设备之一。绝大多数情况下，反应釜是一种化工设备，会经常有缺陷。由于反应釜在工作时存在危险的物质，所以反应釜的缺陷在不同程度上都会让人身财产安全受到威胁，同时产品的质量也会大打折扣。因此有必要采取相应的补救措施，来免除人们的顾虑。
1.3 本设计的主要工作
1）系统硬件选型；
2）真空表面处理反应釜控制系统设计，绘出电气控制系统接线原理图；
3）电子元器件选型并列出电子元器件清单；
4）进行电气控制系统PLC程序设计和触摸屏程序的编制。
第二章 系统方案设计
2.1 系统设计要求
真空表面处理反应釜应用于表面处理领域，主要是为了减少处理过程中出现的气泡的缺陷而设计，该设计的要求：
（1）能够完成反应釜真空度为200Pa以内的真空需求；
（2）每次反应液的反应时间为8min；
（3）电机旋转的最高转速不低于750r/min；
2.2 系统控制方案
方案一：采用单片机控制
单片机虽然价格很实惠，生产成本低，但是其主控板容易受到布局方法、零件的质量等的影响，这样一来单片机就很容易发生故障，也很容易受到其他因素的干扰。还有它很强的依赖性，其研究生产周期较长。
方案二：采用PLC控制
PLC实际形如一种计算机，它主要应用于对工业生产方面的控制，它已经历了很长一段时间的验证。其有很强的抗干扰性、不容易发生故障，而且还方便扩展设备，维护的时候也比较方便，重要的是它的开发周期很短，但它的成本价格比单片机高。
现根据控制要求，比较两种方案，其中方案二，采用PLC控制更加合适。
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