液料自动混合装置控制系统设计

陕西科技大学《电气控制与PLC》(2010级专科)系(部)院：职教学院论文题目液料自动混合装置控制系统设计作者姓名姚旭东所属系专业年级指导教师姓名、职称王宗刚讲师任务下达日期混合。液料1液料1液料2液料3电磁阀3液位传感器1液位传感器2液位传感器3B液位传感器4搅拌电动机电磁阀4电磁阀2电磁阀1液料自动混合装置工作示意图秒钟(放掉剩余液料)后，YV4阀关闭，L4灭。之后，自动循环上述过程。3.停止操作。按下停止按钮SB2,当完成一个循环过程，即液灌液体放空后再全部停止。按下急停按钮SB3,所有输出立即停止。1.可编程程序控制器输入输出接线图。2.控制面板元件布置图。3.电动机主电路图。4.控制梯形图和程序。5.列出所选设备型号、规格和数量等。6.完成设计说明书，(包括封面，目录，设计任务书，硬件设计思路，硬件原理图，软件设计思路，梯形图，所有器件型号，总结体会，参考文献)第一周星期一、二熟悉课题，初步设计星期三、四PLC输入输出接线图，初步设计星期五梯形图，控制面板图初步设计第二周星期一、二PLC输入输出接线图，梯形图，控制面板图的修改及完善星期三、四绘图，写说明书及操作使用说明星期五答辩指导教师签字：以三种液体的混合灌装控制为例，将三种液体按一定比例混合，在电动机搅拌后要达到一定的温度才能将混合的液体输出容器。并形成循环状态。液体混合系统的控制设计考虑到其动作的连续性以及各个被控设备动作之间的相互关联性，针对不同的工作状态，进行相应的动作控制输出，从而实现液体混合系统从第一种液体加入到混合完成输出的这样一个周期控制工作的程序实现。设计以液体混合控制系统为中心，从控制系统的硬件系统组成、软件选用到系统的设计过程(包括设计方案、设计流程、设计要求、梯形图设计、外部连接通信等),旨在对其中的设计及制作过程做简单的介绍和说明。设计采用西门子公司的S7-200系列PLC去实现设计要求。关键词：多种液体，混合装置，自动控制一、设计目的及意义 1 1三、液料自动混合控制系统方案设计 1四、液料自动混合控制系统的硬件设计 44.1总体结构 44.2元器件的选择 54.3液位传感器的选择 54.4搅拌电机的选择 64.5电磁阀的选择 6 74.7PLC输入输出口分配 84.8控制面板元件布置图 9 五、软件系统 5.1程序流程图 5.2梯形图程序的总体结构图设计 5.3语句表程序设计 六、程序调试 参考文献 电气控制与PLC技术课程设计成绩评定表 一、设计目的及意义在工艺加工最初，把多种原料在合适的时间和条件下进行加工得到产品，一直都是在人监控或操作下进行的，在后来多用继电器系统对顺序或逻辑的操作过程进行自动化操作，但是现在随着时代的发展，这些方式已经不能满足工业生产的实际需要，实际生产中需要更精确、更便捷的控制装置。随着科学技术的日新月异，自动化程度要求越来越高，原来的液体混合装置远远不能满足当前自动化的需要。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控制系统的特点：①系统自动工作；②控制的单周期运行方式；③由传感器送入设定的参数实现自动控制；④启动后就能自动完成一个周期的工作，并循环。1.可编程程序控制器输入输出接线图。2.控制面板元件布置图。3.电动机主电路图。4.控制梯形图和程序。5.列出所选设备型号、规格和数量等。6.完成设计说明书，(包括封面，目录，设计任务书，硬件设计思路，硬件原理图，软件设计思路，梯形图，所有器件型号，总结体会，参考文献)三、液料自动混合控制系统方案设计目前常用的控制系统有以下几种：继电器控制系统、单片机控制、工业控制计算机和可编程控制器控制。现在将这几种控制系统相比较，并结合本设计的实际确定控制方案。(1)继电器控制系统PLC与继电器均可用于开关量逻辑控制。PLC的梯形图与继电器电路图都是用线圈和触点来表示逻辑关系。继电器控制系统的控制功能是用硬件继电器(或称物理继电器)和硬件接线来实现的，PLC的控制功能主要是用软件(即程序)来实现的。PLC采用的计算机技术、顺序控制、定时、计数、运动控制、数据处理、闭环控制和通信联网等功能，比继电器控制系统的功能强大的多。继电器系统的可靠性差，诊断复杂的继电器系统的故障非常困难。梯形图程序中的输出继电器是一种“软继电器”,它们的功能是用软件来实现的，因此没有硬件继电器那样的触点易于出现接触不良的现象。PLC的可靠性高，故障率极低，并且很容易诊断和排继电器的控制功能被固定在线路中，其功能单一，不易修改，灵活性差。PLC的控制方式灵活，有很强的柔性，仅需修改梯形图就可以改变控制功能。至今还没有一套通用的容易掌握的继电器电路设计方法，设计复杂的继电器电路既困难又费时，设计出的电路也很难阅读理解。PLC有大量用软件实现的辅助继电器，定时器和计数器等编程元件供梯形图的设计者使用。用先进的顺序控制设计法来设计梯形图，比设计相同功能的继电器电路花费的时间要少得多。继电器要在硬件安装，接线全部完成后才能进行调试，发现问题后修改电路花的时间也很多。PLC控制系统的开关柜制作，现场施工和梯形图设计可以同时进行，梯形图可以在实验室模拟调试，发现问题后修改起来非常方便。(2)单片机控制单片机又称单片微控制器，将CPU、并行输入/输出接口、定时器/计数器、存储器和通信接口集成在一个芯片中，最便宜的8位单片机销售仅为几元，其功能强，响应速度快，性能价格比极高。但是除了单片机芯片外，单片机还需要设计硬件电路图和印制电路板。单片机一般用汇编语言或C语言编程，编程时需要了解单片机内部的硬件结构。将单片机用于工业控制，对开发人员的硬件设计水平和软件设计水平的要求都很高。此外，用单片机设计测控产品需要采用大量的硬件，软件方面的抗干扰措施，才能保证长期稳定可靠的运行。有的专业公司开发的单片机产品的可靠性都难达到PLC的水平。使用单机机的专用测控装置都由专业厂家来开发，现在很少有最终用户开发单件或小批量的单片机测控装置。(3)工业控制计算机控制控制用的个人计算机(PC)称为工业控制计算机，简称为工控机。工控机是在个人计算机的基础上发展起来的，采用总线结构，硬件的兼容性较强。IPC有各种各样的输入/输出板卡供用户选用，有很强的高速浮点去处、图像运算、通信和人机交互等功能，容易实现管理控制网络的一体化。PLC的体积小巧紧凑，硬件和操作系统的可靠性总体上比工控机高。工控机则来源于个人计算机，主要用于过程控制或控制系统中的上位机和人机接口。在高端应用方面，很难区分PLC和工业PC之间的差异，因主两者均采用同样的微机处理器和内存芯片。PLC与PC相比有以下优点：1)对低端应用，PLC具有极大的性能价格比优势。工控机的价格比较高，将它用于小型开关量控制系统以取代继电器控制，无论在体积和价格上都很难接受，可靠性也远不2)PLC的可靠性无可比拟，故障停机时间最少。3)PLC是专门为工厂现场应用环境设计的，结构上采用整体密封或插件组合型，对印制板，电源，机架，插座的制造和密闭，均采用了严密的措施。4)PLC使用专门为工控设计的各种编程语言，这些语言简单易学。与PC机发展太快相比，PLC产品可以长期供货，并提供长期的技术支持。5)PLC有庞大的有经验的设计人员，维护人员和技术支持系统。(4)可编程程序控制器控制PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其1)使用灵活、通用性强；2)可靠性高、抗干扰能力强；3)接口简单、维护方便；4)体积小、功耗小、性价比高；5)编程简单、容易掌握；6)设计、施工、调试周期短。可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。从控制规模上来说，这个时期发展了大型机和超小型机；从控制能力上来说，诞生了各种各样的特殊功能单元，用于压力、温度、转速、位移等各式各样的控制场合；从产品的配套能力来说，生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。目前，可编程控制器在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻工业等领域的应用都得到了长足的发展。通过以上几种控制方案的比较，选用PLC来实现对液体混合过程的控制。本设计以三种液体的混合控制，其要求是将三种液体按一定比例混合，在电动机搅拌后将混合的液体输出容器。并形成循环状态，在按停止按扭后依然要完成本次混合才能结束。液体混合系统的控制设计考虑到其动作的连续性以及各个被控设备动作之间的相互关联性，针对不同的工作状态，进行相应的动作控制输出，从而实现液体混合系统从第一种液体加入到混合完成输出的这样一个周期控制工作的程序实现。设计以液体混合控制系统为中心，从控制系统的硬件系统组成、软件选用到系统的设计过程(包括设计方案、设计流程、设计要求、梯形图设计、外部连接通信等),旨在对其中的设计及制作过程做简单的介绍和说明。设计采用西门子公司的S7-200型(S7-200型号所用CPU单元为CPU224DC/DC/DC,14点输入，10点输出)PLC去实现设计要四、液料自动混合控制系统的硬件设计4.1总体结构某一液料自动混合装置如图1所示，用于将3种液体按一定的容积比例进行混合。液料1液料2液料3YV1电磁阀1电磁阀2YV3电磁阀3。液位传感器1液位传感器2液位传感器3搅拌电动机液位传感器4L4YV4电磁阀4图1液料自动混合装置工作示意图1.初始状态，液灌为空，电磁阀YV1-4、电动机M均为失电状态，液位传感器SQ1-4均2.物料自动混合控制按下启动按钮SB1,电磁阀YV1得电，正式注入液料1,当液料1的液位达到液位传亮。注入液料2,当液位达到液位传感器SQ2时，YV2作，L5灭。当液位下降到液位传感器SQ4以下时，L4灭，再经过5秒钟(放掉剩余液料)3.停止操作。按下停止按钮SB2,当完成一个循环过程，即液灌液体放空后再全部停止。按下急停按钮SB3,所有输出立即停止。4.2元器件的选择表1元器件明细表名称型号数量备注按钮开关3个液位传感器4个搅拌电动机1个电磁阀(入液罐)3个电磁阀(出液罐)AVF-401个接触器4个LED指示灯5个4.3液位传感器的选择蚀的，2.5为最大工作压力。LSF系列液位开关可提供非常准确、可靠的液位检测。其原理是依据光的反射折射原理，当没有液体时，光被前端的棱镜面或球面反射回来；有液体覆盖光电探头球面时，光被折射出去，这使得输出发生变化，相应的晶体管或继电器动作并输出一个开关量。应用此原理可制成单点或多点液位开关。LSF光电液位开关具有较高的适应环境的能力，在耐相关元件主要技术参数及原理如下：(1)工作压力可达2.5Mpa(2)工作温度上限为125°C(3)触点寿命为100万次(4)触点容量为70w(5)开关电压为24VDC(6)切换电流为0.5A3.34.4搅拌电机的选择选用EJ15-3型电动机其中“E”表示电动机，“J”表示交流的，15为设计序号，3为最大工作电流相关元EJ15系列电动机是一般用途的全封闭自扇冷式鼠笼型三相异步电动机。(1)额定电压为220V,额定频率为50Hz,功率为2.5KW,采用三角形接法。(2)电动机运行地点的海拔不超过1000m。工作温度-15～40°C/湿度≤90%。(3)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。其硬件接线如图2所示。4.5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及原理如下：1)材质：聚四氟乙烯。使用介质：硫酸、盐酸、有机溶剂、化学试剂等酸碱性的液体。2)介质温度≤150/℃环境温度-20～60°C。3)使用电压：AC:220V50Hz/60HzDC:24V。5)操作方式：常闭：通电打开、断电关闭，动作响应迅速，高频率。(2)出罐液体选用AVF-40型电磁阀关元件主要技术参数及原理如下：图2搅拌机的硬件接线图1)其最大特点就是能通过设备上的按键设置来控制流量，达到定时排空的效果。2)其阀体材料为：聚四氟乙烯，有比较强的抗腐蚀能力。3)使用电压：AC:220V50Hz/60HzDC:24V。PLC的一般结构如图3所示，由图可见主要有6个部分组成，包括CPU(中央处理器)、存储器、输入/输出接口电路、电源、外设接口、I/0扩展接口。(1)中央处理单元(CPU)控制器、寄存器及实现它们之间联系的地址总线、数据总线和控制总线构成，此外还有外围芯片、总线接口及有关电路。CPU在很大程度上决定了PLC的整体性能，如整个系统的控制规模、工作速度和内存容量等。(2)存储器存储器存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。存放应用软件的存储器称为用户(3)I/O模块输入模块和输出模块通常称为I/O模块或I/0单元。PLC的对外功能主要是通过各种I/0接口模块与外界联系而实现的。输入模块和输出模块是PLC与现场I/0装置或设备之扩展接口其他外设驱动受控单元电源部件用户程序系统程序接受现场信号输出部件扩展接口外设接口输入部件其他外设编译器图3PLC结构图(4)电源模块输入点地址功能输出点地址功能SB1启动按钮YV1电磁阀SQ1液位传感器1YV2电磁阀SQ2液位传感器2YV3电磁阀SQ3液位传感器3YV4电磁阀SQ4液位传感器4L1指示灯SB2停止按钮L2指示灯SB3急停按钮L3指示灯L4指示灯L5指示灯M电动机V2V3YV4启动停止急停液体混合装置控制模拟液料1液料2液料3电磁阀2电磁阀2电磁阀1电磁阀3液位传感器1液位传感器22液位传感器3B液位传感器4搅拌电动机电磁阀4图4控制面板元件布置图4.9PLC输入/输出接线设计57-224PLC少罗日日日Q0.5日Q0.6TQ0.7Q1.1Q1.2MQ1.0图5PLC输入输出接线设计图YV1YV2YV3YV4L2开始开始YV1开，进液料1YV2开，L3亮，进液料2L2灭，L5亮，电动机M启动否停止是结束5.2梯形图程序的总体结构图设计网络4/())5.3语句表程序设计AM0.0Network2AN二=AN二M0.1M0.0M0.2Network3二AN二AN二二M0.1M0.2M0.3M0.2Network4=AN二二M0.2M0.5AN二AN二M0.4M0.5T37,+200Network5ANM0.6Network6AN二二M0.6Network7六、程序调试这个课题在调试当中还是比较成功的，没有遇到太大的问题。有小的问题也在同学和老师的帮助下迅速的弄好。另外，由于实验设计比较简单，电路图设计的并不是非常完美，用的器件少，因而，并不能很好的保证所要的理想结果。总而言之，调试的结果还是比较顺利。▲▲ORGANIZATION_BLOCK主程序：081Network1/网络标题0=10.50=T380=M0.00=M0.1按下启动按钮，电磁阀1打开，进液料1.0=10.50=T38Network2液位到SQ3时，电磁阀2开，电磁阀1关闭，进液料2,L3亮。Network30=M0.20=M0.30=M0.20=10.10=M0.50=10.10=M0.5)0=M0.3>0=M0.40=Q1.00=M0.4)0=M0.50=Q1.20=M0.5)0=T37+200+200L3灭，进液料3.0=M0.80=M0.80=Q1.10=T380=Q1.10=T380=T380=M0.8M搅拌20秒后停止，L1灭，L5灭