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多种液体自动混合装置plc课设报告目 录 1.选题背景1 2.方案论证1 2.1 继电器控制系统1 2.2 单片机控制1 2.3 工业控制计算机控制2 2.4 可编程控制器控制2 3.过程论述3 3.1 控制分析3 3.2 plc 选择4 3.3 搅拌机的主电路图5 3.4 分配I/O点6 3.5 外部接线图7 3.6 元器件选型7 3.6.1 液位传感器的选择7 3.6.2 搅拌电机的选择8 3.6.3 电磁阀的选择8 1）入罐液体 8 2）出罐液体 8 3.7 元件目录表8 3.8 顺序控制图9 3.9 梯形图10 4.结果分析13 4.1 系统模拟调试13 4.2 仿真结果13 5 总结13 参考文献15 1 1 选题背景 随着科学技术的迅猛发展，自动控制技术在人类活动的各个领域中的应用越来越广泛，它的水平已成为衡量一个国家生产和科学技术先进与否的一项重要标志。在炼油、化工、制药等行业中，多种液体混合是必不可少的程序，而且也是其生产过程中十分重要的组成部分。 但由于这些行业中多为易燃易爆、有毒有腐蚀性的介质，以致现场给工作环境十分恶劣，不适合人工现场操作。另外，生产要求该系统要具有配料精确、控制可靠等特点，这也是人工操作和半自动化控制所难以实现的。所以为了帮助相关行业，特别是其中的中小型企业实现多种液体自动混合的目的，液体自动混合配料势必就是摆在我们眼前的一大课题。 随着计算机技术的发展，对原有液体混合装置进行技术改造，提出数据采集、自动控制、运行管理等多方面的要求。设计的多种液体混合装置利用可编程控制器实现在混合过程中的精确控制，提高了液体混合比例的稳定性、运行稳定、自动化程度高，适合工业生产的需要。 要实现整个液体混合控制系统的设计，需要从怎样实现各电磁阀的开关以及电动机启动的控制这个角度去考虑。该系统需要对各种液体的液面进行液面的高度控制，因此，需要用到传感器进行液面高度的监控。各种液体入池的比例需要应用电磁阀控制，入池后的搅拌，则需要电机控制。对各个控件的控制，需要一个完整的控制流程，运用PLC技术进行编程，可以实现对各个控件的控制。 2 方案论证 就目前的现状有以下几种控制方式满足系统的要求：继电器控制系统、单片机控制、工业控制计算机控制、可编程序控制器控制。 2.1 继电器控制系统 控制功能是用硬件继电器实现的。继电器串接在控制电路中根据主电路中的电压、电流、转速、时间及温度等参量变化而动作，以实现电力拖动装置的自动控制及保护。系统复杂，在控制过程中，如果某个继电器损坏，都会影响整个系统的正常运行，查找和排除故障往往非常困难，虽然继电器本身价格不太贵，但是控制柜的安装接线工作量大，因此整个控制柜价格非常高，灵活性差，响应速度慢。 2.2 单片机控制 单片机作为一个超大规模的集成电路，机构上包括CPU、存储器、定时器和多种输入/输出接口电路。其低功耗、低电压和很强的控制功能，成为功控领域、尖端武器、日常生活中最广泛的计算机之一。但是，单片机是一片集成电路，不能直接将它与外部I/O信号相连。要将它用于工业控制还要附加一些配套的集成电路和I/O接口电路，硬件设计、制作和程2 序设计的工作量相当大。 2.3 工业控制计算机控制 工控机采用总线结构，各厂家产品兼容性强，有实时操作系统的支持，在要求快速、实用性强、功能复杂的领域中占优势。但工控机价格较高，将它用于开关量控制有些大材小用。且其外部I/O接线一般都用于多芯扁平电缆和插头、插座，直接从印刷电路板上引出，不如接线端子可靠。 2.4 可编程控制器控制 可编程序控制器配备各种硬件装置供用户选择，用户不用自己设计和制作硬件装置，只须确定可编程序控制器的硬茧配制和设计外部接线图，同时采用梯形图语言编程，用软件取代继电器电器系统中的触点和接线，通过修改程序适应工艺条件的变化。 可编程控制器液体自动混合系统集成自动控制技术、计量技术、传感器技术等技术与一体的机电一体化装置，充分吸收了分散式控制系统和集中控制系统的优点，采用标准化、模块化、系统化设计，配置灵活、组态方便。可编程控制器多种液体自动混合系统具有以下特点： a) 系统自动工作； b) 控制的单周期运行方式； c) 由传感器送入设定的参数实现自动控制； d) 启动后就能自动完成一个周期的工作，并循环。 在本设计中我将引入PLC来实现其搅拌控制功能。本系统采用PLC是基于以下两个原因： a) PLC具有很高的可靠性，通常的平均无故障时间都在30万小时以上； b) 编程能力强，可以将模糊化、模糊决策和解模糊都方便地用软件来实现； 3 3 过程论述 3.1 控制分析 本课题的基本要求如下： 图三-1 设计要求 由控制要求可知设计的液体自动混合装置主要完成三种液体的自动混合搅拌。此装置需要四个液面传感器、一个启动按钮、一个停止按钮作为输入控制。四个电磁阀和一个搅拌机(M)作为输出控制对象。还有一个搅拌电动机接触器KM。系统刚上电时，需要对系统进行初始化，因此可用SM0.1控制实现。输出控制对象是否有效，可采用置位和复位的方式实现。 当液面到达某传感器的位置时，该传感器就会发出ON信号，若低于传感器位置时，传感器就变为OFF状态。四个电磁阀：YV1为液体A输入电磁阀，YV2为液体B输入电磁阀，YV3为液体C输入电磁阀，YV4为混合液体输出电磁阀，当电磁阀为ON状态时，阀门打开，为OFF时阀门就关闭，阀门的开和闭来实现液体的流入和流出。M为搅拌电动机，当M=ON时，搅拌电动机运行；当M=OFF时，搅拌电动机停止。初始时，电磁阀YV1、YV2、YV3和搅拌机M为关断状态，电磁阀YV4打开20s使容器为空，液面传感器都无信号。按下启动按钮后，电磁阀YV1打开，注入液体A。当液面高度到达SQ4时，继续流入液体，当液面高度到达SQ3时，YV1关闭，液体A停止注入。同时开启液体B的电磁阀YV2，注入液体B。 当液面升高至SQ2时， YV2关闭，停止注入B液体。同时打开电磁阀YV3，C液体开始注入。当液面升高到SQ1时，YV3关闭，液体C停止流入，同时开启搅拌机M，使这三种液4 体充分混合，搅拌时间定为1分钟，然后电磁阀YV4开启，排出液体。 当液面高度降低至低SQ4时，SQ4无信号，延时20S后容器中的液体放完，YV4关闭，搅拌机又开始执行下一次的循环。 3.2 PLC选择 机型选择的基本原则是在满足控制功能要求的前提下，保证系统工作可靠、维护使用方便及最佳的性能价格比。具体应考虑的因素如下所述。 a) 结构合理 对于工艺过程比较固定、环境条件较好、维修量较小的场合，选用整体式结构的PLC；否则，选用模块式结构的PLC，物料混合控制系统的设计选用整体式结构的PLC能够达到要求。 b) 功能强弱适当 对于开关量控制的工程项目，若控制速度要求不高，一般选用低档的PLC，西门子公司的S7-200系列机或欧姆龙公司的COM1。 c) 机型统一 PLC的结构分为整体式和模块式两种。整体式结构把PLC的I/O和CPU放在一块印刷电路板上，并封装在一个壳体内，省去了插接环节，因此体积小、价格便宜。 在本控制系统中，考虑到系统的可扩展性和维修的方便性，选择模块式PLC。由于本系统是顺序控制，选用西门子S7-200plc作控制单元来控制整个系统。根据控制要求和设计要求选定PLC CPU226。其各项参数如下，完全满足设计要求。 表三-1 CPU226电源特性 5 表三-2 CPU226存储其特性与I/O特性 3.3 搅拌机的主电路图 本次设计中的混合液体搅拌由电动机M驱动。该电路带有短路保护、过载保护、失压零压保护等，短路保护有FU熔断器来实现保护功能，过载保护由FR热继电器来实现其保护功能，失压零压保护功能由接触器来实现其保护功能。 6 图三-2 主电路图 3.4 分配I/O点 表三-3 I/O分配表 输入设备 输入节点 代号 SB1 SB2 SQ1 SQ2 SQ3 SQ4 功能 启动按钮 停止按钮 高液位传感器 中液位传感器 低液位传感器 超低液位传感器 I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 I0.4 I0.5 7 输出设备 输出节点 代号 YV1 YV2 YV3 YV4 KM 功能 液体A电磁阀 液体B电磁阀 液体C电磁阀 放液电磁阀 搅匀电动机接触器 Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0,.4 3.5 外部接线图 图三-3 PLC外部接线图 3.6 元器件选型 3.6.1 液位传感器的选择 选用LSF-2.5型液位传感器。LSF系列液位开关可提供非常准确、可靠的液位检测。LSF光电液位开关具有较高的适应环境的能力，在耐腐蚀方面有较好的抵抗能力。相关元件主要技术参数如下： a) 工作压力可达2.5Mpa。 b) 工作温度上限为125。 c) 触电寿命为100万次。 d) 触点容量为70w。 e) 开关电压为24V DC。 8 f) 切换电流为0.5A。 3.6.2 搅拌电机的选择 选用EJ15-3型电动机。相关元件主要技术参数如下： a) 额定电压为220V，额定频率为50Hz，额定功率为2.5KW，采用三角形接法。 b) 电动机运行地点的海拔不超过1000m。工作温度-1540/湿度90%。 c) EJ15系列电动机效率高、节能、堵转转矩高、噪音低、振动小、运行安全可靠。 3.6.3 电磁阀的选择 1）入罐液体 选用VF4-25型电磁阀。相关元件主要技术参数如下： a) 材质：聚四氟乙烯。适用介质：硫酸、盐酸、有机溶剂、化学试剂等弱碱性的液体。 b) 介质温度150，环境温度-2060。 c) 使用电压：AC：220 V50Hz/60Hz DC：24V。 d) 功率：AC：2.5KW e) 操作方式：常闭：通电打开、断电闭合，动作响应迅速，高频率。 2）出罐液体 选用AVF-40型电磁阀。相关元件主要技术参数如下： a) 其最大特点就是能通过设备上的按键控制来控制流量，达到定时排空的效果。 b) 其阀体材料为：聚四氟乙烯，有比较强的抗腐蚀能力。 c) 使用电压：AC：220 V50Hz/60Hz DC：24V。 d) 功率：AC：5KW。 3.7 元件目录表 表三-4 元件目录表 名称 按钮开关 液位传感器 搅拌电动机 电磁阀 电磁阀 接触器 型号 KH-2204 LSF-2.5 EJ15-3 VF4-25 AVF-40 CJX1-9/220V 数量 2 4 1 3 1 4 9 3.8 顺序控制图 SM0.1 装置上电初始化。放液阀门M0.0 Q0.3 T37 T37 M0.1 I0.0 M0.2 Q0.0 I0.4 M0.3 Q0.1 I0.3 M0.4 Q0.2 I0.2 M0.5 Q0.4 T38 T38 M0.6 Q0.3 I0.5 M0.7 Q0.3 T39 T39· 1.0 M1.0 图三-4 顺序控制图 10 打开。T37计时20s。 20s后停止放液 按下启动按钮SB1 液体A阀门打开 液面到达SQ3 液体B阀门打开A阀关闭 液面到达SQ2 液体C阀门打开B阀关闭 液面到达SQ1 关闭液体C阀门。电动机开始搅拌。T38计时一分钟 一分钟后停止搅拌。打开放液阀门，放出混合液体。 液面到达SQ4 继续放液，T39计时20s，时间到后开始下一周期。 I0.1控制停止继电器M1.0 3.9 梯形图 11 12 图三-5 梯形图 13 4 结果分析 4.1 系统模拟调试 在仿真控制台进行程序调试 具体步骤如下： a) 导入梯形图 b) 点击运行 c) 进行调试 观察试验台上的灯是否按照程序要求依次点亮，延时是否准确。是就说明程序正确，不是就说明程序还存在问题 4.2 仿真结果 本设计仿真结果如下：(分别按下I0.0，I0.1，I0.2，I0.3，I0.4显示) 当装置投入运行时，转动转换开关QS，进液阀Q0.0、Q0.1、Q0.2关闭，放液阀Q0.3打开，并启动定时器T37定时20s，将容器中的残存液体放空，20s后关闭。 按下启动按钮SB1，同时电磁阀YV1接通，液体A 进入流入容器。 当容器液面高度上升到低液位SQ3时，此时电磁阀YV2接通液体B流进容器，电磁阀YV1断开液体A不再进入容器。 当容器液面高度上升到中液位SQ2时，此时电磁阀YV3接通液体C流进容器，电磁阀YV2断开液体A不再进入容器。 当容器液面高度上升到高液位SQ1时，此时电磁阀YV3关闭液体C不再流进容器。同时电动机开始转动，并启动定时器定时1分钟。 定时1分钟到，电动机停止转动，放液电磁阀YV4接通，开始放出混合液体。 当容器液面高度下降到超低液位SQ4时，继续放液，同时启动定时器T39定时20s。定时20s到后开始下一周期。 5 总结 多种液体自动混合系统应用比较广泛，采用了可编程控制技术，使整个控制系统的可靠性和精度大大提高，实现了自动控制。同时由于PLC扩展容易，可以对它进行扩展，如只需增加I/O接口模块就可扩展原料系统的输送控制；也可以与电炉控制系统连接，只需增加通信模块就可实现与上位机的通信，从而实现整个系统的计算机管理。本设计将控制作为一个整体的考虑，使各部分密切配合，协调动作，共同完成多种液体混合的任务。电气控制与可编程控制器是一门极其重要的课程，他综合了计算机技术和自动控制技术和通讯技术。在当今由机械化向自动化，信息化飞速发展的社会，PLC技术越来越受人们广泛应用，前景可观，因此学会和运用PLC，将对我们以后踏上工作岗位有极其重要的帮助。通过对本次PLC论文的研究，我了解到PLC的重要性。在此设计中，我遇到了很多困难，通过对14 自身的查找，我找出以下不足：1.不太会利用查翻资料。遇到困难，首先不先查资料，过多依赖同学的帮助，相对不独立。2.学习认真程度不够，学习热情不高，基础相对薄弱，掌握知识太少。3.设计时对时间合理安排上欠妥。但正是这次设计，让我认识到自己的不足，为以后的工作学习找到了方向和前进的动力。通过这次PLC课题论文的研究。我学会了PLC的基本编程方法，对PLC的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。在对理论的运用中，提高了我的工程素质，在没有做实践设计以前，我们对知识的掌握都是理论上的，对一些细节不加重视，当我们把自己想出来的程序用到PLC中的时候，问题出现了，不是不能运行，就是运行的结果和要求的结果不相符合。这样，我就只能一个一个问题的去解决，通过查阅资料或者是请教同学，一次次的调试程序，最后达到设计要求。使得我对PLC的理解得到加强，看到了实践与理论的差距。通过本次设计，我的认识领域得到了进一步的扩展，专业技能得到了进一步的提高，同时增强了分析和解决工程实际的综合能力。另外，也培养了自己严肃认真的科学态度和严谨求实的工作作风。最后感谢在这次课设中帮助过我的老师和同学们。谢谢。 15 参 考 文 献 1 廖常初PLC编程及应用M机械工业出版社，2005.5 2 张万忠. 可编程控制器入门与应用实例M. 北京：中国电力出版社，2006. 3 王宇炎. 基于PLC的多种液体混合控制系统设计J. 电脑开发与应用, 2009.5 4 林春方. 可编程控制器原理及应用M. 上海：上海交通大学出版社，2004. 5 殷兴光,孙瑜. PLC在液体混合装置中的应用J. 机电一体化, 2004.3 6 王宇炎,陈朝晖. 基于西门子PLC的液体混合系统设计J. 自动化技术与应用, 2009.5 7 刘玉梅. 多种液体混合自动控制系统设计J. 辽宁工学院学报, 2000.3 8 赵宏亮. 可编程序控制器在液体混合搅拌器中的应用J. 黑龙江科技信息, 2007. 9 吴锦锋. 利用PLC进行液体自动混合控制设计J. 装备制造技术, 2010.2 10 罗麦丰,陈小祝等. 西门子S7-200系列PLC在配料生产线上的应用J 16