1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上洛陽理工學(xué)院 plc課程設(shè)計專 業(yè)： 電氣自動化技術(shù) 設(shè)計題目：液體混合控制裝置班 級： D 學(xué)生姓名： 周國財 學(xué) 號： D 指導(dǎo)教師： 目錄第一章 前言.31.1課程設(shè)計的目的在工藝加工最初，把多種原料再合適的時間和條件下進行需要的加工以得到產(chǎn)品一直都是在人監(jiān)控或操作下進行的，在后來多用繼電器系統(tǒng)對順序或邏輯的操作過程進行自動化操作，但是現(xiàn)在隨著時代的發(fā)展，這些方式已經(jīng)不能滿足工業(yè)生產(chǎn)的實際需要。實際生產(chǎn)中需要更精確、更便捷的控制裝置。隨著科學(xué)技術(shù)的日新月異，自動化程度要求越來越高，原來的液體混合遠遠不能滿足當(dāng)前自動化的需要。可編程控制器液體自動混合系統(tǒng)集成自動控

2、制技術(shù)，計量技術(shù)，傳感器技術(shù)等技術(shù)與一體的機電一體化裝置。充分吸收了分散式控制系統(tǒng)和集中控制系統(tǒng)的優(yōu)點，采用標準化、模塊化、系統(tǒng)化設(shè)計，配置靈活、組態(tài)方便?？删幊炭刂破鞫喾N液體自動混合控制系統(tǒng)的特點：1） 系統(tǒng)自動工作；2） 控制的單周期運行方式；3） 由傳感器送入設(shè)定的參數(shù)實現(xiàn)自動控制；4） 啟動后就能自動完成一個周期的工作，并循環(huán)。本系統(tǒng)采用PLC是基于以下兩個原因：1） PLC具有很高的可靠性，通常的平均無故障時間高；2） 編程能力強，可以將模糊化、模糊決策和解模糊都方便地用軟件來實現(xiàn)。根據(jù)多種液體自動混合系統(tǒng)的要求與特點，我們采用的PLC具有小型化、高速度、高性能等特點，可編程控制器指

3、令豐富，可以接各種輸出、輸入擴充設(shè)備，有豐富的特殊擴展設(shè)備，其中的模擬輸入設(shè)備和通信設(shè)備是系統(tǒng)所必需的，能夠方便地聯(lián)網(wǎng)通信。這次課程設(shè)計的目的就是設(shè)計一個集PLC技術(shù)，自動控制技術(shù)，自動化儀表技術(shù)，系統(tǒng)仿真技術(shù)于一體的功能較全的多種液體自動混合的自動裝置。1.2 設(shè)計內(nèi)容及要實現(xiàn)的目標利用西門子PLC的S7-200系列設(shè)計兩種液體混合裝置控制系統(tǒng)。在實驗之前將容器中的液體放空，按動啟動按鈕SB1后，電磁閥Y1通電打開，液體A流入容器。當(dāng)液位高度達到I時，液位傳感器I接通，此時電磁閥Y1斷電關(guān)閉，而電磁閥Y2通電打開，液體B流入容器。當(dāng)液位達到L1時，液位傳感器L1接通，這時電磁閥Y2斷電關(guān)閉，

4、同時啟動電動機M攪拌。1分鐘后電動機M停止攪拌，這時電磁閥Y3通電打開，放出混合液去下道工序。當(dāng)液位高度下降到L3后，再延時2s電磁閥Y3斷電關(guān)閉，并同時開始新的周期。需要完成的內(nèi)容有：1） 編寫輸入輸出對照表。包括信號名稱、外部元件號、內(nèi)部繼電器號；2） 繪制PLC外部接線圖；3） 繪制功能流程圖；4） 編寫、調(diào)試梯形圖或語序表。圖1-1 兩種液體混合裝置第二章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計根據(jù)設(shè)計要求，本系統(tǒng)為兩種液體自動混合，需要對各種液體的液面的高度監(jiān)控，因此，需要運用到傳感器進行液面高度的監(jiān)控。各種液體入池的比例需要應(yīng)用電磁閥控制，入池后的攪拌，則需要電機控制。對各個控件的控制，需要一個完整的控

5、制流程，運用PLC技術(shù)進行編程，可以實現(xiàn)對各個控件的控制。具體控制方法根據(jù)題目要求，按下啟動按鈕時，A種液體進入容器，當(dāng)達到一定值時，停止進入，B種液體開始進入，當(dāng)達到一定值時，停止進入。攪拌機進行攪拌，一分鐘后攪拌均勻，停止攪拌，放出液體。液體放出達到一定值時停止放出。液體的進入和放出，需要電磁閥的控制，液面的深度需要傳感器的控制。下面就是系統(tǒng)總體的設(shè)計方案。2.1 系統(tǒng)硬件配置及組成原理隨著科學(xué)技術(shù)的猛速發(fā)展，自動控制技術(shù)在人類活動的各個領(lǐng)域中的應(yīng)用越來越廣泛，它的水平已成為衡量一個國家生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)先進與否的一項重要標志。在煉油、化工、制藥、飲料等行業(yè)中，多種液體混合是必不可少的程序，而

6、且也是其生產(chǎn)過程中十分重要的組成部分。我準備設(shè)計一個可以將兩種食用液體自動混合成飲料的控制裝置，兩種飲料分別命名為液體A和液體B?；镜脑O(shè)計硬件如下表所示：表2-1 設(shè)計硬件選擇名稱型號數(shù)量微型計算機專用計算機1臺PLC主機單元西門子S7-200系列1臺兩種液體自動混合單元配套1臺通信電纜配套若干液體混合控制裝置控制的模擬實驗面板圖如圖2-1所示，此面板中，液面?zhèn)鞲衅饔免o子開關(guān)來模擬，啟動、停止用動合按鈕來實現(xiàn)，液體A閥門、液體B閥門、混合液閥門的打開與關(guān)閉以及攪勻電機的運行與停轉(zhuǎn)用發(fā)光二極管的點亮與熄滅來模擬。如圖2-2為攪拌機的立體示意圖。圖2-1 液體混合控制裝置控制的模擬實驗面板圖 圖

7、2-2攪拌機的立體示意圖2.2 系統(tǒng)接線圖設(shè)計表3-3輸入/輸出接線列表面板SB1SB2L1IL3Y1Y2Y3KMPLCI0.3I0.4I0.1I0.3I0.2Q0.3Q0.0Q0.1Q0.2 第三章 控制系統(tǒng)設(shè)計3.1 估算首先統(tǒng)計被控設(shè)備對輸入、輸出點的總需求量，把被控設(shè)備的信號源一一列出，認真分析輸入、輸出點的信號類型。在初始狀態(tài)時，根據(jù)要求要實現(xiàn)液體的自動混合導(dǎo)出控制，在開始操作之前，各閥門必須為關(guān)閉狀態(tài)，容器為空。此時液體控制電磁閥Y1=Y2=Y3=OFF狀態(tài)；傳感器L1=L2=L3=OFF狀態(tài)；電動機M為關(guān)閉狀態(tài)。在啟動操作中，當(dāng)裝置和液體的都準備好之后，按下啟動按鈕,開始下列操作

8、:1) Y1=ON,液體A流入容器;當(dāng)液面到達L2時,Y1=OFF,Y2=ON;2) 液體B流入,液面達到L1時,Y2=OFF,M=ON,電動機開始進行液體的充分混合攪拌;3) 當(dāng)混合液體攪拌均勻后(設(shè)時間為4s),M=OFF,Y3=ON,開始放出混合液體;4) 當(dāng)液體下降到L3時,L3從ON變?yōu)镺FF,把時間控制為再過2s后容器放空,關(guān)閉Y3,Y3=OFF完成一個操作周期;5) 在只要沒有按停止按鈕的狀態(tài)下,則自動進入下一個循環(huán)操作周期。在停止操作中，當(dāng)工作完成之后需要關(guān)閉系統(tǒng)，按一下停止按鈕,則在當(dāng)前混合操作周期結(jié)束后,才停止操作。從而使系統(tǒng)停止在開始狀態(tài)，以便下次啟動系統(tǒng)時能夠順利的開始

9、系統(tǒng)的循環(huán)。根據(jù)以上分析，對PLC來說，需要提供5個輸入點和4個輸出點。除了以上的輸入輸出點意外，PLC與計算機、打印機、CRT顯示器等設(shè)備連接，需要用專用接口，也應(yīng)計算在內(nèi)。考慮到在實際安裝、調(diào)試和應(yīng)用中，還有可能發(fā)現(xiàn)一些估算中未預(yù)見到的因素，要根據(jù)實際情況增加一些輸入、輸出信號。因此，要按估計數(shù)再增加15%20%的輸入、輸出點數(shù)，以備將來調(diào)整、擴充使用。綜上所述，I/O估算為：輸入點點數(shù)為8，輸出點點數(shù)為7。3.2硬件電路設(shè)計3.2.1液位傳感器的選擇選用LSF-2.5型液位傳感器其中“L”表示光電的，“S”表示傳感器，“F”表示防腐蝕的，2.5為最大工作壓力。LSF系列液位開關(guān)可提供非常

10、準確、可靠的液位檢測。其原理是依據(jù)光的反射折射原理，當(dāng)沒有液體時，光被前端的棱鏡面或球面反射回來；有液體覆蓋光電探頭球面時，光被折射出去，這使得輸出發(fā)生變化，相應(yīng)的晶體管或繼電器動作并輸出一個開關(guān)量。應(yīng)用此原理可制成單點或多點液位開關(guān)。LSF 光電液位開關(guān)具有較高的適應(yīng)環(huán)境的能力，在耐腐蝕方面有較好的抵抗能力。相關(guān)元件主要技術(shù)參數(shù)及原理如下：（1）工作壓力可達2.5Mpa（2）工作溫度上限為125C（3）觸點壽命為100萬次（4）觸點容量為70w（5）開關(guān)電壓為24V DC（6）切換電流為0.5A3.2.2 攪拌電機的選擇選用EJ15-3型電動機其中“E”表示電動機，“J”表示交流的，15為設(shè)

11、計序號，3為最大工作電流相關(guān)元件主要技術(shù)參數(shù)及原理如下：EJ15系列電動機是一般用途的全封閉自扇冷式鼠籠型三相異步電動機。（1）額定電壓為220V，額定頻率為50Hz，功率為2.5KW，采用三角形接法。（2）電動機運行地點的海拔不超過1000m。工作溫度-1540C /濕度90%。（3）EJ15系列電動機效率高、節(jié)能、堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩高、噪音低、振動小、運行安全可靠。其硬件接線如圖2。圖2 硬件接線3.2.3 電磁閥的選擇（1）入罐液體選用VF4-25型電磁閥其中“V”表示電磁閥，“F”表示防腐蝕，4表示設(shè)計序號，25表示口徑（mm） 寬度。相關(guān)元件主要技術(shù)參數(shù)及原理如下：1）材質(zhì)：聚四氟乙烯。使用介

12、質(zhì)：硫酸、鹽酸、有機溶劑、化學(xué)試劑等酸堿性的液體。2）介質(zhì)溫度150/環(huán)境溫度-2060C。3）使用電壓：AC：220 V50Hz/60Hz DC：24V。4）功率：AC：2.5KW。5）操作方式：常閉：通電打開、斷電關(guān)閉，動作響應(yīng)迅速，高頻率。（2）出罐液體選用AVF-40型電磁閥其中“A”表示可調(diào)節(jié)流量，“V”表示電磁閥，“F”表示防腐蝕，40為口徑(mm)相關(guān)元件主要技術(shù)參數(shù)及原理如下：1）其最大特點就是能通過設(shè)備上的按鍵設(shè)置來控制流量，達到定時排空的效果。2）其閥體材料為：聚四氟乙烯，有比較強的抗腐蝕能力。3）使用電壓：AC：220 V50Hz/60Hz DC：24V。4）功率：AC：

13、5KW。3.2.4 接觸器選用CJ20-10/CJ20-16型接觸器其中“C”表示接觸器，“J”表示交流，20為設(shè)計編號，10/16為主觸頭額定電流相關(guān)元件主要技術(shù)參數(shù)及原理如下：（1）操作頻率為1200/h（2）機電壽命為1000萬次（3）主觸頭額定電流為10/16（A）（4）額定電壓為380/220（A）（5）功率為2.5KW3.3選型PLC的型號、規(guī)格繁多，根據(jù)前面的I/O估算，再查閱西門子PLC編程手冊中的相關(guān)表格，確定PLC選型。因為點數(shù)在30以內(nèi)，所以選擇S7-200系列。3.4分配表設(shè)計在了解了系統(tǒng)工藝要求和控制要求后,接著要做的就是將I/O通道分配給PLC的指定I/O端子,具體

14、如表3-2所示。表3-2 I/O分配表分類元件端子號作用輸入SB1I0.3起動按鈕SB2I0.4停止按鈕L1I0.1液面高位傳感器L2I0.3液面中位傳感器L3I0.2液面低位傳感器輸出MQ0.2攪拌電動機Y1Q0.0液體A流入電磁閥Y2Q0.1液體B流入電磁閥Y3Q0.3放出混合液體電磁閥3.5 外部接線圖設(shè)計圖3-1 PLC外部接線圖圖3-2 裝置操作面板如圖3-1所示，PLC外部接線圖左邊一排為輸入，其中I0.3，I0.1，I0.3，I0.2，I0.4分別與SB1，SB2，L1，L2，L3相連;右邊一排為輸出，其中Q0.2，Q0.0，Q0.1，Q0.3分別與Y1，Y2，Y3，KM相連。如

15、圖3-2所示起停按鈕P1，P2分別與主機的I0.3，I0.4相連，液面?zhèn)鞲衅鱌3，P4，P5分別與主機的輸入點I0.1，I0.3，I0.2相接，液體A閥門，液體B閥門，混合液體閥門和攪拌機P6，P7，P8，P9分別與主機的輸出點Q0.0，Q0.1，Q0.3，Q0.2相連。3.6 控制程序流程圖設(shè)計圖3-3 控制程序流程圖示。3.7 控制程序設(shè)計根據(jù)系統(tǒng)的要求及I/O通道分配,寫出繼電器梯形圖，如圖3-4所示。具體設(shè)計思路如下：1) 起始操作在按啟動按鈕I0.3之后，使Q0.2得電，斷開電磁閥Y1，從而使液體A流入容器。2) 當(dāng)液位上升到I時當(dāng)液面上升到I時,I0.2由OFF變?yōu)镺N,使Q0.2

16、復(fù)位，關(guān)閉電磁閥Y1。同時使Q0.0置位，斷開電磁閥Y2，從而使液體B流入容器。3)當(dāng)液位上升到L1時當(dāng)液面上升到L1時, I0.1由OFF狀態(tài)變?yōu)镺N狀態(tài),使Q0.0復(fù)位，關(guān)閉電磁閥Y2。同時使Q0.3置位，啟動攪拌機M。此時啟動定時器T37，4s后T37動作，使Q0.3復(fù)位。4)攪拌均勻后放出混合液體在Q0.3的下降沿通過后沿微分指令DIFD使Q0.1置位,斷開電磁閥Y3,開始放出混合液體。5)當(dāng)液位下降到L3時當(dāng)液位下降到L3時,Q0.1由ON變?yōu)镺FF,啟動器T38,2s后使Q0.1復(fù)位, 關(guān)閉電磁閥Y3,此時電磁閥已放空。6)自動循環(huán)工作在沒有按停止按鈕I0.4的情況下,系統(tǒng)將在T3

17、8的記時時間到了時,使Q0.2置位,自動進入下一操作周期。從而實現(xiàn)混合液體PLC自動控制的循環(huán)工作。7)停止操作當(dāng)按下停止按鈕時,停止按鈕I0.4為ON狀態(tài),不能使電磁閥Y1斷開,系統(tǒng)執(zhí)行完本周期的操作后,將自動停留在初始狀態(tài)。使用S7-200西門子簡易編程器編入梯形圖，如下所第四章 系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析4.1 系統(tǒng)調(diào)試運用調(diào)試程序進行系統(tǒng)靜調(diào)。模擬兩種液體混合裝置的操作過程，對控制程序作一些改動，使之變成可連續(xù)運行的調(diào)試程序。具體作法如下：設(shè)PLC進入運行方式后：經(jīng)過一定的準備時間，模擬按下啟動按鈕，Q0.2的指示燈亮；一段時間后，液面上升到I位置，Q0.2的指示燈滅，Q0.0的指示燈亮；一段

18、時間后，液面上升到L1位置，Q0.0的指示燈滅，Q0.3的指示燈亮；一段時間后，Q0.3的指示燈滅，Q0.1的指示燈亮；一段時間后，液面低于L3位置，Q0.1的指示燈滅，Q0.2的指示燈亮，當(dāng)前操作周期結(jié)束，自動進入下一個操作周期。在系統(tǒng)運行過程中，模擬按下停止按鈕，所有運行立即結(jié)束。調(diào)試結(jié)束。4.2 結(jié)果分析基于以上設(shè)計與調(diào)試，兩種液體混合裝置的系統(tǒng)設(shè)計基本結(jié)束。測試結(jié)果滿足課題給定要求。第五章 總結(jié)此次機plc課程設(shè)計是非常難得的一次理論與實踐相結(jié)合的機會，通過這次對“ 多種液體自動混合裝置的PLC控制”的設(shè)計使我擺脫了單純理論學(xué)習(xí)的狀態(tài)，和眼高手 低的毛病，使我了解到PLC的重要性。在此次計中，我們遇到了許多困難，通過對自身的查找，我找出幾點不足之處：1） 不會利用查翻資料。在理論課學(xué)習(xí)