课程设计（论文）-液体混合的模拟装置的PLC设计.doc

plc液体混合装置控制的模拟 题目： 液体混合的模拟控制plc的设计 二级学院（直属学部）： 电光学院 专业： 电气工程及其自动化 班级： 12电y2 学生姓名： 学号： 12120822 指导教师姓名： 职称： 电器与可编程控制器课程设计说明书 电器与可编程控制器课程设计任务书二级学院：电光学院 专业：电气工程及其自动化 班级：12电y2学生姓名指导老师职称课题名称 液体混合的模拟控制plc的设计指标及要求 按动启动按钮sb1后，电磁阀yv1通电打开，液体a流入容器。当液位高度达到sl2时，液体传感器sl2接通，此时电磁阀yv1断电关闭，而电磁阀yv2通电接通，液体b流入容器。液位达到sl1时液位传感器sl1接通，这是电磁阀yv2断电关闭，同时启动电动机m搅拌。6s后电动机m停止搅拌，这是电磁阀yv3通电打开，放出混合液体去下道工序。当液体下降到sl1后在延时2s式电磁阀yv3关闭，并自动开始新的周期。 本设计使用液位sl1、sl2、sl3三个传感器控制液体a、液体b的进入和混合液排除的三个电磁阀们及搅拌机的启停。课题工作内容工作内容：1、熟悉课题工作原理。2、设计方案论证，系统建立，电气原理控制设计。3、元器件选择，梯形图设计（控制分析）。4、完成设计图纸，完成设计任务书。5、设计测评。进程安排第1天 查阅课题相关资料，熟悉课题工作原理第2天 完成电气原理主电路设计：包括电机的选型、接触器或继电器，熔断器的选型 第3天根据plc功能，分配输入输出点数，并进行plc选型第4天 完成plc外部接线图的设计 第5天 编写梯形图控制程序 第6天 编写梯形图控制程序 第7天 软件仿真调试 第8天 实验台调试 第9天 撰写课程设计说明书 第10天 答辩测评 主要参考文献可编程控制原理与应用 北京人民邮电出版社 宫淑贞可编程控制器及应用 北京机械工业出版社 李建兴电气控制与可编程控制器技术 化学工业出版社 史国生电气控制与plc应用 北京机械工业出版社 余雷生 方宗达电机及拖动基础 北京机械工业出版社 顾绳谷电子技术基础 高等教育出版社 康华光地点起止日期目录第1章 引言5第2章 液体混合装置系统设计6第3章 硬件电路设计73.1 总体结构73.2 液位传感器的选择83.3 搅拌电机的选择93.4plc的选择93.5 plc输入、输出口分配103.6液体混合装置输入输出接线10第4章 系统plc软件设计114.1plc控制相关流程图124.2可编程控制梯形图154.2系统调试15第5章 总结16 附录：17第1章 引言 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。 为了提高产品质量，缩短生产周期，适应产品迅速更新换代的要求，产品生产正想缩短生产周期、降低成本、提高生产质量等方向发展。在炼油、化工、制药等行业中，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、有毒有腐蚀性的介质，以至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混合精确、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混合的自动控制，从而达到液体混合的目的，液体混合自动配料势必就是摆在我们眼前的一大课题，借助实验室设备熟悉工业生产中plc的应用，了解不同公司的可编程控制器的型号和原理，熟悉其编程方式，而多种液体混合装置的控制更常见于工业生产中，适合大中型饮料生产厂家，尤其见于化学化工业中，便于学以致用。计算机的出现给大规模工业自动化带来了曙光。1968年，美国最大的汽车制造厂商通用汽车（gm）公司提出了公开招标方案，设想将功能完备、灵活、通用的计算机技术与继电器便于使用的特点相结合，吧计算机的编程方法和程序输入方式加以简化，用面向过程、面向问题“自然语言”编程，生产一种新型的工业通用继电器，使人们不必花费大量的精力进行计算机编程，也能想几点起那样方便地使用。这个方案首先得到了美国数字设备（dec）公司的积极响应，并中标。该公司于1969年研制出了第一台符合招标要求的工业控制器，命名为可编程逻辑控制器（programmable logic controller），简称plc（有的称为pc），并在gm公司的汽车自动装配线上实验获得了成功。采用基于plc的控制系统来取代原来由单片机、继电器等构成的控制系统，采用模块化结构，具有良好的可移植性和可维护性，对提高企业生产和管理自动水平有很大的帮助，同时又提高了生产线的效率、使用寿命和质量，减少了企业产品质量的波动，因此具有广阔的市场前景。用plc进行开关量控制的实例很多，在冶金、机械、纺织、轻工、化工、铁路等行业几乎都需要它，如灯光照明、机床电控、食品加工、印刷机械、电梯、自动化仓库、液体混合自动配料系统、生产流水线等方面的逻辑控制，都广泛应用plc来取代传统的继电气控制。本次设计是将plc用于两种液体混合灌装设置的控制，对学习与实用是很好的结合。本设计的主要研究范围及要求达到的技术参数有：1. 液体灌装机能够实现对混合装置安全、高效的加料、混料、出料的控制；2. 满足混合装置的各项技术要求；3. 具体内容包括两种液体混料控制方案的设计、软硬件电路的设计、常见故障分析等等。第2章 液体混合装置系统设计根据设计要求，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。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。图2-1 液体混合控制装置控制的模拟实验面板图第3章 硬件电路设计3.1 总体结构 从图3-1中可知设计的液体混合装置主要完成两种液体的自动混合搅拌。此装置需要控制的元件有：其中sl1,sl2,sl3,为液面传感器，液面淹没该点时为on，、yv1、yv2 、yv3、为电磁阀，km0为搅拌机。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。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2.5kw热继电器选择：选用jr16-20 额定电流为20a 热元件额定电流选取7.2 调节范围6.8-11熔断器选择： ifni=6.6a ifn(1.5-2.5)in=9.9-16.5a 型号：rt-14接触器选择： cj-10 3.2.5 plc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。在本控制系统中，所需的开关量输入为5点，开关量输出为4点，考虑到系统的可扩展性和维修的方便性，选择模块式plc。由于本系统的控制是顺序控制，选用三菱fx2n-16mr作为控制单元来控制整个系统。3.4 plc输入、输出口分配输入/输出地址分配如表3-3sb1i0.0启动按钮sb2i0.1停止按钮sl1i0.2高液面传感器sl2i0.3中间液面传感器sl3i0.4低液面传感器km1q0.0液体a电磁阀yv1km2q0.1液体b电磁阀yv2km3q0.2放液电磁阀yv3kmq0.3控制搅匀电动机m3.6液体混合装置输入输出接线输入/输出接线图如图3-4第4章 系统plc软件设计4.1 plc控制相关流程图 plc控制相关流程图如图41。所以，主要是有混合过程和停止过程两个方面构成：混合过程： 按动启动按钮sb1后，电磁阀yv1通电打开，液体a流入容器。当页面高度达到sl2时，液位传感器sl2接通，此时电磁阀yv1断电关闭，而电磁阀yv2接通，液体b流入容器。液位达到sl1时传感器sl1接通，这是电磁阀yv2断电关闭，同时启动电动机m搅拌。停止过程:6s后电动机m停止搅拌，这时电磁阀yv3通电打开,放出混合液体去下道工序。当液位下降到sl3后，在延时2s使电磁阀yv3断电关闭，并自动开始新的周期。运行过程： 按动启动按钮sb1后，电磁阀yv1通电打开，液体a流入容器。当液位高度达到sl2时，液体传感器sl2接通，此时电磁阀yv1断电关闭，而电磁阀yv2通电接通，液体b流入容器。液位达到sl1时液位传感器sl1接通，这时电磁阀yv2断电关闭，同时启动电动机m搅拌。6s后电动机m停止搅拌，这是电磁阀yv3通电打开，放出混合液体去下道工序。当液位降到sl3后，在延时2s使电磁阀yv3断电关闭，并自懂开始新的周期。图414.2可编程控制梯形图本次设计的plc梯形图主要部分如下所示：4.2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sl1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sl2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sl3位置，q0.1的指示灯灭