液体搅拌机PLC课程设计.doc

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1、1 引 言本设计围绕液体搅拌机的控制，选用德国西门子公司的S7-200系列PLC完成搅拌机的变速搅拌任务。在炼油、化工、只要等行业中，多种液体混合是必不可少的工序，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，有毒有腐蚀的介质，一直现场工作环境十分恶劣，不适合人工现场操作，另外，生产要求该系统要具有配料精准、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混合的自动控制。在此次设计中，对于人机交互方式改造系统的操作模式应尽量和改造前的相类似，以便于人员的迅速掌握。从企业的改造要求可以看出在新的控制系统中既

2、需要处理模拟量也需要处理大量的开关量，系统的可靠性要高，人机交互界面友好，应具备数据储存和分析总的能力。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，此次设计就这个问题的如何实现以及选择怎样的方法来确定系统方案。2 设计内容整个设计过程是按思想工艺流程设计，为设备安装、运行和保护检修服务。设计的编写按照国家关于电气自动化工程设计中的电气设备常用基本图形符号（GB4728）及其他相关标准和规范编写。设计原则主要包括：工作条件；工程对电气控制线路提供的具体资料。系统在保证安全、可靠、稳定、快速的前提下，尽量做到经济、合理、合用，减小设备成本。在方

3、案的选择、元器件的选型时更多的考虑新技术、新产品。控制由人工控制到自动控制，由模拟控制到微机控制，使功能的实现由一到多而且更加趋于完善。本次设计中的液体搅拌机包括：3个进料阀 Y1、Y2、Y3，出料阀Y4，变频器控制的搅拌机FM，加热器DH，3个液位器L1、L2、L3。系统要完成的工作过程如下：（1)开始关Y4，打开Y1进液体A，当L3有输出时，关Y1。（2) 打开Y2，同时使搅拌机以转速1搅拌，当L2有输出时，关Y2。（3) 打开Y3，同时使搅拌机以转速2搅拌，当L1有输出时，关Y3。（4) 搅拌机以转速3搅拌，同时使加热器DH工作，延时10秒。（5) 搅拌机停止工作，继续加热10秒。（6)

4、 停止加热，打开出料阀Y4，延时10秒，在打开Y4时，Y1、Y2、Y3不能打开。 3 工艺分析及控制要求3.1 工艺分析本次设计的液体混合装置主要完成三种液体的自动混合搅拌并控制温度， 此装置需要控制的元件有：其中L1、L2、L3为液面传感器，液面淹没该点时为ON。Y1、Y2、Y3、Y4为电磁阀，M为搅拌电机，T为温度传感器，H为加热器。另外还有控制电磁阀和电动机的1个交流接触器KM。所有这些元件的控制都属于数字量控制，可以通过引线与相应的控制系统连接从而达到控制效果。 图3.1 液体搅拌机基本构造 3.2 控制要求本次设计要完成以下控制要求：（1）初始状态 容器是空的，各个阀门Yl、Y2、Y

5、3、Y4均为OFF，液位传感器L1、L2、L3均为OFF，电动机M为OFF，加热器H为OFF。 （2）启动操作 按下启动按扭，开始下列操作:1) Y1=Y2=ON，液体A和B同时注人容器。当液面达到L2时，L2=ON，使Y1=Y2=OFF，Y3=ON，即关闭Y1和Y2阀门，打开液体C的阀门Y3。 2) 液面达到L1时，Y3=OFF，M=ON，即关闭阀门Y3，搅拌机M启动，开始搅拌。 3) 经10s钟搅匀后，M=OFF，停止搅动，H=ON，加热器开始加热。4) 当混合液温度达到某一指定值时，T=ON，H=OFF，停止加热，使电磁阀Y4=ON，开始放出混合液体。 5) 液面低于L3时，L3从ON到

6、OFF,再经过5s，容器放空，使Y4=OFF，开始下一周期。 （3）停止操作 按下停止键，无论处于什么状态均停止。 4 液体搅拌机控制的硬件设计4.1 网络结构设计图4.1 液体反应池控制网络结构图4.2 硬件设计图4.2 液体搅拌机控制的硬件设计图图4.3 液体搅拌机输人/输出接线图（1）两种液体的进人 当PLC接通电源后，按下启动按钮SB0后，触点X0接通，由于有微分指令DF，使该路只接通一扫描周期，通过保持指令KP使Y1、Y2输出继电器线圈得电并保持，分别与之相接的Y1、Y2电磁阀带电接通，流进两种不同成分的液体。 （2）第三种液体的进人 当液体达到L2液位传感器的位置时，X2输人继电器

7、接通使Y1、Y2关闭，同时地址为16的X2接通，利用KP指令使输出继电器Y3接通并保持，与之相连的Y3电磁阀得电接通，第3种液体流进液罐。 （3）搅拌机工作 当液位到达L1液位传感器的位置时，该传感器检测到该信息，使Xl输人继电器线圈得电，在梯形图中它的X1常开触点接通，通过KP指令复位端，使输出继电器Y3关闭，与之相连的砚电磁阀关闭，同时接通地址为32的X1常开触点，使代表搅拌机Y5的输出继电器接通。 （4）加热器工作 搅拌机通过Y5的输出信号得电并开始搅拌，并用TIMY0定时器定时，定时时间为10s。10s到后，地址为45的定时器常开触点T0接通，使Y6输出继电器得电，与之相连的加热器H这

8、时接通，开始加热液体，同时关闭Y5使搅拌机M停止。 （5）混合液体开始排出 当液体温度达到预定温度时，温度传感器T检测到该信息，同时梯形图中地址为47的X4接通使Y6失电，从而使加热器H关闭，同时接通地址为51的X4常开触点，使X4接通，与之相连的Y4电磁阀打开，排出搅拌均匀后的混合液体。（6）混合液体排完 当液位低于L3液位传感器的位置时，L3液位传感器由通到断，使X3也由通到断，这样相当于一个下降沿，驱使DF产生一个扫描周期的脉冲，通过KP指令置位端使辅助继电器R0接通，接通后使定时器TMY1定时，大约5s时间，液体排完。 （7）重复液体混合过程 重复液体混合过程是通过并联在梯形图地址为2

9、位置上的定时器TMY1常开触点实现的。同时T1常开触点也接通，通过保持保持指令KP使R0复位，定时器关闭。 4.3 电气原理图设计图4.4 液体搅拌机控制中电动机的工作原理图4.4 I/O地址分配 根据设备的控制要求及系统的I/O点数，并考虑富裕量，PLC系统的输入、输出元件及I/O地址设定如下表所示：表4.1 I/O表输入点地址功能输出点地址功能X0SB0启动按钮Y0报警灯HLX1L1液位传感器Y1电磁阀Y1X2L2液位传感器Y2电磁阀Y2X3L3液位传感器Y3电磁阀Y3X4T温度传感器Y4电磁阀Y4X5SB1停止按钮Y5搅拌机MX6FR常闭触点Y6加热器HY7热继电器FR5 PLC程序设计

10、及过程分析、（1）当按下启动按钮后，执行以下操作：1) Y1=Y2=ON，液体A和B同时注人容器。当液面达到L2时，L2=ON，使Y1=Y2=OFF，Y3=ON，即关闭Y1和Y2阀门，打开液体C的阀门Y3。 2) 液面达到L1时，Y3=OFF，M=ON，即关闭阀门Y3，搅拌机M启动，开始搅拌。 3) 经10s钟搅匀后，M=OFF，停止搅动，H=ON，加热器开始加热。4) 当混合液温度达到某一指定值时，T=ON，H=OFF，停止加热，使电磁阀Y4=ON，开始放出混合液体。 5) 液面低于L3时，L3从ON到OFF,再经过5s，容器放空，使Y4=OFF，开始下一周期。（2）当按下停止按钮后，所有工

11、作均停止。 6 结 论 两周时间的课程设计结束了，我用PLC设计完成了液体搅拌机的控制程序，达到了控制要求，实现了对液体搅拌机转速的控制。 整个设计过程是按思想工艺流程设计，为设备安装、运行和保护检修服务。系统在保证安全、可靠、稳定、快速的前提下，尽量做到经济、合理、合用，减小设备成本。在方案的选择、元器件的选型时更多的考虑新技术、新产品。控制由人工控制到自动控制，由模拟控制到微机控制，使功能的实现由一到多而且更加趋于完善。 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。继电器控制系统灵活性差，响应速度慢；单片机控制硬件设计、

12、制作和程序设计的工作量相当大；业控制计算机控制价格较高，将它用于开关量控制有些大材小用。可编程控制器(PLC)从上个世纪70年代发展起来的一种新型工业控制系统。在PLC已经发展成为不但具有逻辑控制功能、还具有过程控制功能、运动控制功能和数据处理功能、连网通讯功能等多种性能，是名符其实的多功能控制器。由PLC为主构成的控制系统具有可靠性高、控制功能强大、性价比高等优点，是目前工业自动化的首选控制装置。对于本课设来说，如果液体混合系统部分是一个较大规模工业控制系统的改造升级，新控制装置需要根据企业设备和工艺现况来构成并需尽可能的利用旧系统中的元器件。对于人机交互方式改造后系统的操作模式应尽量和改造前的相类似，以便于操作人员迅速掌握。从企业的改造要求可以看出在新控制系统中既需要处理模拟量也需要处理大量的开关量，系统的可靠性要高，人机交互界面友好，应具备数据储存和分析汇总的能力。7 参考文献1 李辉.S7200PLC编程原理与工程实训.北京：北京航空航天大学出版社， 20082 王永华.现代电气控制及PLC应用技术.北京：北京航空航天大学出版社，20083 程玉华.S7-200工程实例分析.北京：电子工业出版社4 罗宇航.流行PLC使用程序及设计.西安：西安电子科技大学出版社，20065 周万珍.PLC分析与设计应用.北京：电子工业出版社，2004