PLC课程设计（论文）-液体混合控制装置.doc

plc实训洛阳理工学院 plc课程设计专 业： 电气自动化技术 设计题目：液体混合控制装置班 级： 学生姓名： 学 号： 指导教师： 目录第一章 前言.31.1课程设计的目的31.2 设计内容及要实现的目标3第二章 系统总体方案设计.42.1 系统硬件配置及组成原理42.2 系统接线图设计5第三章 控制系统设计.53.1 估算.53.2硬件电路设计53.2.1液位传感器的选择53.2.2 搅拌电机的选择53.2.3 电磁阀的选择53.2.4 接触器53.3选型53.4分配表设计53.5 外部接线图设计53.6 控制程序流程图设计53.7 控制程序设计53.8 创新设计内容5第四章 系统调试及结果分析.54.1 系统调试.54.2 结果分析5第五章 总结.5参考文献.5附录.51.1课程设计的目的在工艺加工最初，把多种原料再合适的时间和条件下进行需要的加工以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。本系统采用plc是基于以下两个原因：1） plc具有很高的可靠性，通常的平均无故障时间高；2） 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。根据多种液体自动混合系统的要求与特点，我们采用的plc具有小型化、高速度、高性能等特点，可编程控制器指令丰富，可以接各种输出、输入扩充设备，有丰富的特殊扩展设备，其中的模拟输入设备和通信设备是系统所必需的，能够方便地联网通信。这次课程设计的目的就是设计一个集plc技术，自动控制技术，自动化仪表技术，系统仿真技术于一体的功能较全的多种液体自动混合的自动装置。1.2 设计内容及要实现的目标利用西门子plc的s7-200系列设计两种液体混合装置控制系统。在实验之前将容器中的液体放空，按动启动按钮sb1后，电磁阀y1通电打开，液体a流入容器。当液位高度达到i时，液位传感器i接通，此时电磁阀y1断电关闭，而电磁阀y2通电打开，液体b流入容器。当液位达到l1时，液位传感器l1接通，这时电磁阀y2断电关闭，同时启动电动机m搅拌。1分钟后电动机m停止搅拌，这时电磁阀y3通电打开，放出混合液去下道工序。当液位高度下降到l3后，再延时2s电磁阀y3断电关闭，并同时开始新的周期。需要完成的内容有：1） 编写输入输出对照表。包括信号名称、外部元件号、内部继电器号；2） 绘制plc外部接线图；3） 绘制功能流程图；4） 编写、调试梯形图或语序表。图1-1 两种液体混合装置第二章 系统总体方案设计根据设计要求，本系统为两种液体自动混合，需要对各种液体的液面的高度监控，因此，需要运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。具体控制方法根据题目要求，按下启动按钮时，a种液体进入容器，当达到一定值时，停止进入，b种液体开始进入，当达到一定值时，停止进入。搅拌机进行搅拌，一分钟后搅拌均匀，停止搅拌，放出液体。液体放出达到一定值时停止放出。液体的进入和放出，需要电磁阀的控制，液面的深度需要传感器的控制。下面就是系统总体的设计方案。2.1 系统硬件配置及组成原理随着科学技术的猛速发展，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、饮料等行业中，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。我准备设计一个可以将两种食用液体自动混合成饮料的控制装置，两种饮料分别命名为液体a和液体b。基本的设计硬件如下表所示：表2-1 设计硬件选择名称型号数量微型计算机专用计算机1台plc主机单元西门子s7-200系列1台两种液体自动混合单元配套1台通信电缆配套若干液体混合控制装置控制的模拟实验面板图如图2-1所示，此面板中，液面传感器用钮子开关来模拟，启动、停止用动合按钮来实现，液体a阀门、液体b阀门、混合液阀门的打开与关闭以及搅匀电机的运行与停转用发光二极管的点亮与熄灭来模拟。如图2-2为搅拌机的立体示意图。图2-1 液体混合控制装置控制的模拟实验面板图 图2-2搅拌机的立体示意图2.2 系统接线图设计表3-3输入/输出接线列表面板sb1sb2l1il3y1y2y3kmplci0.3i0.4i0.1i0.3i0.2q0.3q0.0q0.1q0.2 第三章 控制系统设计3.1 估算首先统计被控设备对输入、输出点的总需求量，把被控设备的信号源一一列出，认真分析输入、输出点的信号类型。在初始状态时，根据要求要实现液体的自动混合导出控制，在开始操作之前，各阀门必须为关闭状态，容器为空。此时液体控制电磁阀y1=y2=y3=off状态；传感器l1=l2=l3=off状态；电动机m为关闭状态。在启动操作中，当装置和液体的都准备好之后，按下启动按钮,开始下列操作:1) y1=on,液体a流入容器;当液面到达l2时,y1=off,y2=on;2) 液体b流入,液面达到l1时,y2=off,m=on,电动机开始进行液体的充分混合搅拌;3) 当混合液体搅拌均匀后(设时间为4s),m=off,y3=on,开始放出混合液体;4) 当液体下降到l3时,l3从on变为off,把时间控制为再过2s后容器放空,关闭y3,y3=off完成一个操作周期;5) 在只要没有按停止按钮的状态下,则自动进入下一个循环操作周期。在停止操作中，当工作完成之后需要关闭系统，按一下停止按钮,则在当前混合操作周期结束后,才停止操作。从而使系统停止在开始状态，以便下次启动系统时能够顺利的开始系统的循环。根据以上分析，对plc来说，需要提供5个输入点和4个输出点。除了以上的输入输出点意外，plc与计算机、打印机、crt显示器等设备连接，需要用专用接口，也应计算在内。考虑到在实际安装、调试和应用中，还有可能发现一些估算中未预见到的因素，要根据实际情况增加一些输入、输出信号。因此，要按估计数再增加15%20%的输入、输出点数，以备将来调整、扩充使用。综上所述，i/o估算为：输入点点数为8，输出点点数为7。3.2硬件电路设计3.2.1液位传感器的选择选用lsf-2.5型液位传感器其中“l”表示光电的，“s”表示传感器，“f”表示防腐蚀的，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，在耐腐蚀方面有较好的抵抗能力。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125c（3）触点寿命为100万次（4）触点容量为70w（5）开关电压为24v dc（6）切换电流为0.5a3.2.2 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件主要技术参数及原理如下：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-1540c /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。图2 硬件接线3.2.3 电磁阀的选择（1）入罐液体选用vf4-25型电磁阀其中“v”表示电磁阀，“f”表示防腐蚀，4表示设计序号，25表示口径（mm） 宽度。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-2060c。3）使用电压：ac：220 v50hz/60hz dc：24v。4）功率：ac：2.5kw。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型电磁阀其中“a”表示可调节流量，“v”表示电磁阀，“f”表示防腐蚀，40为口径(mm)相关元件主要技术参数及原理如下：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：220 v50hz/60hz dc：24v。4）功率：ac：5kw。3.2.4 接触器选用cj20-10/cj20-16型接触器其中“c”表示接触器，“j”表示交流，20为设计编号，10/16为主触头额定电流相关元件主要技术参数及原理如下：（1）操作频率为1200/h（2）机电寿命为1000万次（3）主触头额定电流为10/16（a）（4）额定电压为380/220（a）（5）功率为2.5kw3.3选型plc的型号、规格繁多，根据前面的i/o估算，再查阅西门子plc编程手册中的相关表格，确定plc选型。因为点数在30以内，所以选择s7-200系列。3.4分配表设计在了解了系统工艺要求和控制要求后,接着要做的就是将i/o通道分配给plc的指定i/o端子,具体如表3-2所示。表3-2 i/o分配表分类元件端子号作用输入sb1i0.3起动按钮sb2i0.4停止按钮l1i0.1液面高位传感器l2i0.3液面中位传感器l3i0.2液面低位传感器输出mq0.2搅拌电动机y1q0.0液体a流入电磁阀y2q0.1液体b流入电磁阀y3q0.3放出混合液体电磁阀3.5 外部接线图设计图3-1 plc外部接线图图3-2 装置操作面板如图3-1所示，plc外部接线图左边一排为输入，其中i0.3，i0.1，i0.3，i0.2，i0.4分别与sb1，sb2，l1，l2，l3相连;右边一排为输出，其中q0.2，q0.0，q0.1，q0.3分别与y1，y2，y3，km相连。如图3-2所示起停按钮p1，p2分别与主机的i0.3，i0.4相连，液面传感器p3，p4，p5分别与主机的输入点i0.1，i0.3，i0.2相接，液体a阀门，液体b阀门，混合液体阀门和搅拌机p6，p7，p8，p9分别与主机的输出点q0.0，q0.1，q0.3，q0.2相连。3.6 控制程序流程图设计图3-3 控制程序流程图3.7 控制程序设计根据系统的要求及i/o通道分配,写出继电器梯形图，如图3-4所示。具体设计思路如下：1) 起始操作在按启动按钮i0.3之后，使q0.2得电，断开电磁阀y1，从而使液体a流入容器。2) 当液位上升到i时当液面上升到i时,i0.2由off变为on,使q0.2复位，关闭电磁阀y1。同时使q0.0置位，断开电磁阀y2，从而使液体b流入容器。3)当液位上升到l1时当液面上升到l1时, i0.1由off状态变为on状态,使q0.0复位，关闭电磁阀y2。同时使q0.3置位，启动搅拌机m。此时启动定时器t37，4s后t37动作，使q0.3复位。4)搅拌均匀后放出混合液体在q0.3的下降沿通过后沿微分指令difd使q0.1置位,断开电磁阀y3,开始放出混合液体。5)当液位下降到l3时当液位下降到l3时,q0.1由on变为off,启动器t38,2s后使q0.1复位, 关闭电磁阀y3,此时电磁阀已放空。6)自动循环工作在没有按停止按钮i0.4的情况下,系统将在t38的记时时间到了时,使q0.2置位,自动进入下一操作周期。从而实现混合液体plc自动控制的循环工作。7)停止操作当按下停止按钮时,停止按钮i0.4为on状态,不能使电磁阀y1断开,系统执行完本周期的操作后,将自动停留在初始状态。使用s7-200西门子简易编程器编入梯形图，如下所示。第四章 系统调试及结果分析4.1 系统调试运用调试程序进行系统静调。模拟两种液体混合装置的操作过程，对控制程序作一些改动，使之变成可连续运行的调试程序。具体作法如下：设plc进入运行方式后：经过一定的准备时间，模拟按下启动按钮，q0.2的指示灯亮；一段时间后，液面上升到i位置，q0.2的指示灯灭，q0.0的指示灯亮；一段时间后，液面上升到l1位置，q0.0的指示灯灭，q0.3的指示灯亮；一段时间后，q0.3的指示灯灭，q0.1的指示灯亮；一段时间后，液面低于l3位置，q0.1的指示灯灭，q0.2的指示灯亮，当前操作周期结束，自动进入下一个操作周期。在系统运行过程中，模拟按下停止按钮，所有运行立即结束。调试结束。4.2 结果分析基于以上设计与调试，两种液体混合装置的系统设计基本结束。测试结果满足课题给定要求。第五章 总结此次机plc课程设计是非常难得的一次理论与实践相结合的机会，通过这次对“ 多种液体自动混合装置的plc控制”的设计使我摆脱了单纯理论学习的状态，和眼高手 低的毛病，使我了解到plc的重要性。在此次计中，我们遇到了许多困难，通过对自身的查找，我