液体混合控制装置的模拟(一).doc

目 录1课题的内容和设计要求111.1控制系统简介112.控制要求如下：122系统整体方案设计122.1总体方案选择说明122.2控制方式选择132.3操作界面133 PLC控制系统的硬件设计143.1 PLC选择：143.2 I/O点数的估算143.3 电动机所用接触器的选择153.4 热继电器的选择163.5笼型电动机所用低压断路器的选择163.6 电气元器件明细表163.7 电气元器件布置图设计183.8 电气元器件接线图设计184 PLC控制系统系统程序设计184.1 I/O分配表184.2 电气原理图184.3 顺序功能图184.4 状态分配表194.5 控制程序设计思路195 系统调试及结果分析235.1 系统调试及解决的问题235.1.1系统梯形图235.2 调试情况335.2.1 程序检验335.2.2 信号模拟335.2.3 按要求进行模拟运行346 设计小结347 附录367.1 附录A367.2 附录B367.3附录C377.4 附录D378 参考文献371 课题的内容和设计要求1.1控制系统简介液体混合装置控制的模拟实验面板图：如图所示本装置为两种液体混合装置，SL1、SL2、SL3为液面传感器，液体A、B阀门与混合液阀门由电磁阀YV1、YV2、YV3控制，M为搅动电机。SA1、SA2为工作流程选择开关。SA3为单次工作和循环工作的选择开关。SB1、SB2为启动和停止。2.控制要求如下：（1）初始状态:装置投入运行时，液体A、B阀门关闭，混合液阀门打开20秒将容器放空后关闭。（2）启动操作:按下启动按钮SB1，装置就开始按下列约定的规律操作：（3）液体A阀门打开，液体A流入容器。当液面到达SL2时，SL2接通，关闭液体A阀门，打开液体B阀门。液面到达SL1时，关闭液体B阀门，搅动电机开始搅动。搅动电机工作6秒后停止搅动，混合液体阀门打开，开始放出混合液体。当液面下降到SL3时，SL3由接通变为断开，再过2秒后，容器放空，混合液阀门关闭，开始下一周期。停止操作:按下停止按钮SB2后，在当前的混合液操作处理完毕后，才停止操作（停在初始状态上）。通过PLC控制实现工作流程的选择并且准确控制每个流程的每一步完美完成。 选择工作流程一：这个流程只工作一次就自动停止，首先液体阀门A打开；当液面到达SL2时阀门A关闭，阀门B打开；当液面到达SL1时液体阀门B关闭并且搅匀电机M开始工作，搅匀电机工作六秒后关闭并且混合液体阀门打开；当液面到达SL3时混合液体阀门延时两秒关闭并且停止工作。选择工作流程二：开始液体阀门A、B同时打开，当液面到达SL2时液体阀门A关闭；当液面到达SL1时，液体阀门B关闭并且搅匀电机M运行，搅匀电机运行十秒后混合液体阀门打开；当液面到达SL2时搅匀电机停止；当液面到达SL3时混合阀门延时两秒关闭接着液体阀门A、B打开进行下次工作。选择工作流程三：开始液体阀门A和B轮流打开五秒，当液面到达SL2后，液体阀门A和B轮流打开八秒；当液面到达SL1，立即关闭液体阀门并且混合液体阀门打开；当液面到达SL3混合液体阀门延时两秒，两秒后进行下次工作（总共循环三次）。2 系统整体方案设计2.1总体方案选择说明刚开始拿到这个实训课题时还不知道如何下手，然后通过网上查找相关的资料得出了自己的设计思想。首先根据课题的要求画出了大致的顺序功能图，然后根据课题要求有3个工作流程，我们就把这3个工作流程分作对应的3个工作功能块。在OB1中通过开关SA1、SA2开关，来选择工作流程方式。当SA1接通时选择工作流程1；当SA2接通时选择工作流程2；当SA1、SA2同时接通时选择工作流程3。功能块FC1为工作流程1。功能块FC2为工作流程2。功能块FC3为工作流程3。2.2控制方式选择由于PLC控制系统较继电-接触器控制系统有许多优点，如硬件电路简单，修改程序容易，可靠性高等，所以本设计选择PLC控制系统。2.3操作界面3 PLC控制系统的硬件设计刚开始拿到这个实训课题时还不知道如何下手，然后通过网上查找相关的资料得出了自己的设计思想。首先根据课设要求我们做出了输入/输出分配表，然后在做出了流程图，接着根据流程图画出了系统流程图。之后，用PLC做出LAD图，通过流程一、流程二、流程三的分别调试、更改、修正、直到成功的满足课设要求之后。再根据LAD图画出了原理图，进而得出了混合液体装置控制的接线图和器件分配图。整体思路，就是这样。沿着这条线做的梯形图编程语言是一沿用了种图形化的编程语言，它沿用了继电器控制中的触点、线圈、串并联等术语和图形符号，与传统的继电器控制原理图非常相似，但又加入了许多功能强又使用灵活的指令，他比较直观，形象，对于那些熟悉继电器的人来说，易被接受。3.1 PLC选择：本次液体混合装置的模拟设计用的是来自西门子公司的S7-300可编程控制器。西门子公司的SIMATIC S7-300系列属于中型PLC，可用来代替继电器的简单控制场合，也可用于负载的自动化控制系统。由于他有极强的通信功能，在大型网络控制系统中也能充分发挥其作用。它可靠性高，可以用梯形图，语句表和功能图块三种语言来编程。它是指令丰富，指令功能强大，易于掌握，操作方便，内置有高速计数器，高速输出，PID控制器、RS-485通信/编程接口、PPI通信协议，MPI通信协议和自由端口模式通信功能，最大可以扩展到248点数字量I/O或35路模拟量I/O，最多有30多个KB程序和数据存储空间。3.2 I/O点数的估算I/O是PLC的一项重要指标。合理选择I/O点数即可使系统满足控制要求，又可使系统总投资最低。PLC的输入/输出总点数和种类应根据被控对象所需控制的模拟量、开关量等输入/输出设备情况(包括模拟量、开关量等输入信号和需控制的输出设备数元件要占用一个输入/输出点。考虑到今后的调整和扩充，一般应在估计的总点数上加上20%30%的备用量。根据实验前的输入输出分配表可知本次试验用了11个I/O口，所用PLC满足需求，且还有20%30%的备用量3.3电动机所用接触器的选择接触器的基本选择原则：接触器的额定电流电动机的额定电流交流接触器一般按“AC-3类别”设计，如CJ20、CJX4类别的接触器，则应降级使用v中小型工厂90KW及以下的笼型电动机，基本是一般任务型，属于“AC-3工作类别”。本例电动机M1功率为1.5KW，额定电流In=3.7A，故可选CJ20-10型交流接触器；为多留一点余量，实际CJ20-10，10A、380V，线圈额定电压选220V。 额定电压（V）工作功率(KW)工作电流（A）2202.2103304660表2 CJ20-10的主要参数额定工作电压（V）工作功率（KW）工作电流（A）2204.5163307.5.66011表3 CJ20-16的主要参数3.4热继电器的选择热继电器的基本选择原则：热继电器座体的额定电流电动机的额定电流In；热元件的电流电动机的的电流In，动作整定值=（1.01.1）In，档电动机的启动电流不超过6倍且启动时间不超过5s是取1.0，其他情况可取1.1。这里的继电器取1.1，热继电器JR20-10的外形及安装尺寸与交流接触器CJ20-10的想匹配所以取JR20-10，额定电流的范围为2s （5.4-6.7-8）A 3s （8-10-12）A 4s （10-12-14）A 。在本次设计中热继电器底座的额定电流为10A电动机的额定电流3.7A热元件的电流（5.4-7.8）A电动机的电流3.7A.3.5 电源模块选择 一般步骤为： （1）确定电源的输入电压。220V （2）将框架中每块I/O模块所需的总背板电流相加，计算出I/O模块所需的总背板电流值。 （3）I/O模块所需的总背板电流值再加上以下各电流：框架中带有处理器时，则加上处理器的最大电流值；当框架中带有远程适配器模块或扩展本地I/O适配器模块时，应加上适配器模块或扩展本地I/O适配器模块的最大电流值。1200Ma+80mA+75Ma=1355maA （4）如果框架中留有空槽用作将来扩展时，则应做以下处理：列出将来要扩展的I/O模块所需的背板电流；将所有扩展的I/O模块的背板总电流值与步骤（3）中计算得出的总背板电流值相加。 （5）在框架中是否有用于电源的空槽，若没有，将电源装到框架的外面。 （6）根据确定好的输入电压要求和所需的总背板电流值，从用户手册中选择合适的电源模块。电源模块（PS 307 10A）3.6 熔断器的选择对于变压器、电炉、和照明等负载，熔体的额定电流应略大于负载电流；对于输配电线路，熔体的额定电流应略大于线路的安全电流，在电动机回路中用作短路保护时，因考虑电动机的启动条件时间的长短来选择熔体的额定电流。本次设计熔断器的RT18-32-1 ，座体32A400v熔体1A PLC内的保险负载启动电流0.6A 完全满足要求。3.7 笼型电动机所用低压断路器的选择低压断路器又名自动开启开关，简称“空开”。笼型电动机所用空开的基本原则：空开的壳架额定电流空开的额定电流，空开的额定电流=（1.52）电动机的额定电流In；瞬间脱扣整流电流12电动机的额定电流In;热脱扣器（长延时）整流电流=（11.1）电动机的瞬时电流In；6倍长延时电流整定值的课返回时间电动机启动时间，按实际可选用返回时间1S、3S、5S、8S、15S中的某一档。本例电动机M功率为功率1.5KW，额定电流In=3.7A，3.7A2=7.4A，故可选DJ20Y-100/3-20Y,20A（380A）、3极；瞬时脱扣整流电流1220A，不带热脱扣器；热过载保护另由热继电器实现。3.8 电气元器件明细表序号文字符号名称型号规格单位数量备注1M电动机Y90L-4380V、1.5KW、3.7A、7倍台1Y接法3端接头2PLC可编程控制器314c-2DP32路输出输入工作电压24V 输出频率50（KHZ）台1西门子 S-700系列3KM1 通电接触器CJ20-10/03主触点10A380V/线圈AC220V台1（ac-3）10A4KW正泰电器4FR0热继电器JR20-10/L座体10A 380V 热元件3.65.4A3相带断相保护个1整定值4.7AL独立安装正泰电器虎牌集团5QS空气开关DJ20Y-100/32002-20A壳架电流100A额定电流In=20A2-保护电动机用个1200-带瞬时脱扣器2-瞬脱扣整定12In正泰电器6FU1、FU2负载保护RT18-32-1座体32A400v熔体1A个4plc内含2A保险负载启动电流0.6A7SB1启动按钮LA39-11/g个11常开，1常闭上8SB2预停按钮LA39-11/r个19YV1，YV2，YV3电磁阀门SV0110-100AC 220VP 58VA个310XT1端子板个1XT1需24个端子XT2需24个端子11主电路导线BV500套212交流控制线BV500500v铜芯塑料线 3.9 电气元器件布置图设计见附录C3.10 电气元器件接线图设计见附录D4 PLC控制系统系统程序设计4.1 I/O分配表变量名变量符号注明SB1I0.0启动SB2I0.1停止SA1I1.0工作流程选择开关SA2I1.1YV1Q0.0液体A阀门YV2Q0.1液体B阀门YV3Q0.2混合液体阀门YKMQ0.3搅匀电机MSL1I1.2液面传感器SL1SL2I1.3液面传感器SL2SL3I1.4液面传感器SL34.2 电气原理图见附录B4.3 顺序功能图见附录A4.4 状态分配表 表3状态分配表工序名称状态器地址号功 能1M0.0启动程序2M0.7复位程序3M1.0控制A阀门工作线圈4M1.1控制B阀门工作线圈5 M1.2控制混合阀门工作线圈6M1.3控制搅匀电动机M工作线圈7M2.0控制A阀门工作线圈8M2.1控制B阀门工作线圈控制程序的设计有两种设计思路：一种是使用起保停指令，另一种是使用置位复位指令，本次程序为方便起见，使用了置位复位指令。4.5 控制程序设计思路（1）程序的组成(注：本次课程设计采用顺序功能图设计方法)液体混合装置的组成情况如下图所示。初始程序 主体程序切换程序计数及其定时程序动作程序信号程序（2）初始程序液体混合装置的初始程序的梯形图如下所示： I1.1、I1.2为各个功能的选择，I1.1闭合启动功能FC1，I1.2闭合启动功能FC2，同事闭合I1.1、I1.2启动功能FC3.此程序是为启动程序进行初始化的程序。（3）混合液体阀门打开5S放料的程序 当关闭启动按钮I1.0时，关闭按钮I1.1，此时要进行放料，因此M0.0要进行工作，即置位，并启动定时器进行定时，当定时时间到达5S时，混合液体阀门要关闭，此时混合液体阀门不工作，因此要进行复位。（4） 循环3次的程序设计5 系统调试及结果分析5.1 系统调试及解决的问题5.1.1系统梯形图5.2 调试情况这个课题在调试当中还是比较成功的，并没有遇到太大的问题。不过有些小的问题通过我们组员对梯形图的分析得到了解决。5.2.1 程序检验首先我们将我们编好的PLC程序输入到计算机上的PLC编程软件，利用该软件进行程序的正确性的初步检验，当检验没有编程语法错误后，下载到PLC内。5.2.2 信号模拟利用实验台上的模拟开关、按钮和指示灯来模拟输入信号，传感器信号、电机和电磁阀通断信号，并且接入相应的输入和输出端点。输入程序后，扳动开关，接通或断开模拟开关，泳衣模拟相应的按钮动作及机械动作是检测原件状态发生的变化，并通过输出指示灯来观察输入输出端点的状态变化，经检查模拟开关与PLC连接正常。5.2.3 按要求进行模拟运行首先对照已定义的系统输入表，先设置好原始状态下所有输入信号的状态，然后让PLC运行，并且按下相应的按钮或者开关，那梯形图程序，观察输出情况死否符合要求，经过试验改程序运行符合要求问题1：当选择好工作流程后，一按下启动快关Q0.0一直处于亮的状态（即混合液体阀门处于打开状态）。分析及解决方法：因为I0.0（启动）是用的快关，因此MO.O一直处于置1的状态。我们在I1.0加了一个上升沿的检测指令，问题就得以解决。问题2：在调试工作流程2时，搅匀电机M一直处于运行状态（Q0.3亮），混合液体阀门不打开（Q0.0不亮）。分析及解决方法：原来是我们组员在输入梯形图时，错将功能块FC2 Network 9中的M0.3写成了M0.5，从而导致M0.3不能复位、M0.4能不置位，从而使得搅匀电机M一直处于工作状态，混合液体阀门不打开。另外，由于这次实训的课题与我们平时做过的实验四“顺序控制程序的编程”和实验五“小车控制”都是关于顺序控制的问题，所以我们这个课题还是比较的简单，总之，在调试的过程中我们并没有遇到什么大的问题。6 设计小结在这次为期一周的PLC课程设计中，我们小组成员精诚合作，不畏困难，在不懈的努力下终于完成了这次课程设计的要求。我们首先掌握了液体混合装置控制的工作原理，然后对PLC的液体混合装置控制系统进行功能分析。通过PLC课程设计，我们知道：混合液体装置控制模仿实际装置的某些动作功能，用以按固定程序打开进料阀和搅拌的自动操作装置。它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。混合液体装置主要由液体阀门、液面传感器和搅动电动机系统三大部分组成。和学别的学科一样，在学完PLC理论课程后我们做了课程设计，此次设计以分组的方式进行，每组有一个题目。我们做的是机械手臂的PLC控制系统。由于平时大家都是学理论，没有过实际开发设计的经验，拿到的时候都不知道怎么做。但通过各方面的查资料并学习。我们基本学会了PLC设计的步聚和基本方法。分组工作的方式给了我与同学合作的机会，提高了与人合作的意识与能力。第二天，我们画出了硬件电路图，设计硬件系统结构。同时又完成了软件的设计。 第三天的软件系统调试，是最麻烦，遇到问题最多的地方。我们对程序修改了多次，才将程序中的错误全部改正过来。又经过了长时间的研究，对软件进行调整，最终终于得到了需要的数据和结果。通过这次设计实践。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，提高了我们的工程素质，在没有做实践设计以前，我们对知道的撑握都是思想上的，对一些细节不加重视，当我们把自己想出来的程序与到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。能过解决一个个在调试中出现的问题，我们对PLC 的理解得到加强，看到了实践与理论的差距。通过合作，我们的合作意识得到加强。合作能力得到提高。上大学后，很多同学都没有过深入的交流，在设计的过程中，我们用了分工与合作的方式，每个人互责一定的部分，同时在一定的阶段共同讨论，以解决分工中个人不能解决的问题，在交流中大家积极发言，和提出意见，同