多种液体混合装置课程设计

A 课程设计目的 2 B 课程设计内容 2 1 课题概况说明 2 系统总体方案设计 5 2 1 系统硬件配置及组成原理 6 2 2 系统接线图设计 7 2 3 1 液位传感器的选择 7 2 3 2 搅拌电机的选择 8 2 3 3 电磁阀的选择 8 2 3 4 按钮开关的选择 8 2 3 5 熔断器的选择 9 2 3 6 热继电器的选择 9 2 3 7 交流接触器的选择 9 2 3 8 电源刀开关 9 2 3 9 行程开关 9 2 3 10PLC 的选择 9 2 3 11 元件选择 10 2 1 程序流程图 10 2 2 I O 地址分配及接线图 11 2 2 1 I O 地址分配及功能表 11 2 3 操作步骤 12 系统调试及结果分析 14 4 1 系统调试 14 4 2 结果分析 14 总结 15 一 一 任务书任务书 课程设计任务书 A 课程设计目的 课程设计目的 本课程是机械制造及自动化专业的专业必修课 课程设计的目的和任务在于使学生掌 握机械设备电器控制的基本知识 基本原理和基本方法 以培养学生对电气控制系统的分析 和设计的基本能力 加深学生对课程内容的理解 验证理论和巩固 扩大所学的基本理论 知识 B 课程设计内容 课程设计内容 1 课题概况说明 课题概况说明 1 总体控制要求 如面板图所示 本装置为三种液体混合模拟装置 由液面传感器 SL1 SL2 SL3 液体 A B C 阀门与混合液阀门由电磁阀 YV1 YV2 YV3 YV4 搅匀电 机 M 加热器 H 温度传感器 T 组成 实现三种液体的混合 搅匀 加热等功能 2 打开 启动 开关 装置投入运行时 首先液体A B C 阀门关闭 混合液阀门 打开 10 秒将容器放空后关闭 然后液体A 阀门打开 液体A 流入容器 当液面到达SL3 时 SL3 接通 关闭液体A 阀门 打开液体B 阀门 液面到达SL2 时 关闭液体B 阀门 打开液 体 C 阀门 液面到达SL1 时 关闭液体C 阀门 3 搅匀电机开始搅匀 加热器开始加热 当混合液体在6 秒内达到设定温度 加热器 停止加热 搅匀电机工作6 秒后停止搅动 当混合液体加热6 秒后还没有达到设定温度 加 热器继续加热 当混合液达到设定的温度时 加热器停止加热 搅匀电机停止工作 4 搅匀结束以后 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 5 关闭 启动 开关 在当前的混合液处理完毕后 停止操作 2 设计要求 1 搅拌电机均为三相异步电动机 功率为 4KW 2 控制电路可以手动调整 3 必须配有短路和过载保护 4 绘制电气原理图 手工绘制 用 A3 图纸 5 列出元件明细表 可以打印 用 A3 图纸 6 控制电路可以用继电器接触器电路实现 也可以利用 PLC 结合继电器接触器实现 7 若采用 PLC 实现 必须画出 PLC 控制系统的接线图 A3 打印 和梯形图 3 设计步骤 1 电动机的选择 根据设计要求需配备 1 台电动机 4 个电磁阀 根据设计要求查阅相关手册选择电机型 号 注明所查阅的手册的名称 页码 2 电气原理图的设计 要求有详细的分析过程 1 系统工作原理分析 2 主电路设计 3 控制电路设计 3 电气元件型号的选择 1 电源开关的选择 2 热继电器的选择 3 接触器的选择 4 继电器的选择 5 行程开关的选择 6 熔断器的选择 7 按钮的选择 8 变压器的选择 可选用 9 指示灯的选择 可选用 10 PLC 的选择 可选用 1 概述概述 1 1 机电传动控制概述机电传动控制概述 机电传动 又称电力传动或电力拖动 是指以电动机为原动机驱动生产机 械的系统之总称 它的目的是将电能转变为机械能 实现生产机械的启动 停 止以及速度调节 满足各种生产工艺过程的要求 保证生产过程正常运行 在现代工业中 为了实现生产过程自动化的要求 机电传动不仅包括拖动 生产机械的电动机 而且包括控制电动机的一整套控制系统 也就是说 现代 机电传动是和由各种控制元件组成的自动控制系统紧密地联系在一起的 所以 本课程被命名为 机电传动控制 也称为 机械电气控制 从现代化生产的要求出发 机电传动控制系统所要完成的任务 从广义上 讲 就是要使生产机械设备 生产线 车间甚至整个工厂都实现自动化 从狭 义上讲 则专指控制电机驱动生产机械 实现产品数量的增加 产品质量的提 高 生产成本的降低工人劳动条件的改善以及能源的合理利用 例如 一些精 密机床要求加工精度达百分之几毫米 甚至几微米 重型镗床为保证加工精度 和控制表面粗糙度 要求能在极慢的稳速下进给 即要求能在很宽的范围内调 速 轧钢车间的可逆式轧机及其辅助操作频繁 要求在不到一秒的时间内疚能 完成从正转到反转的过程 即要求能迅速地启动 制动和反转 对于电梯和提 升机 要求启动和制动平稳 能并能准确地停止在给定的位置上 对于冷 热 连轧机以及造纸机的各机架或各部分 要求它们的转速保持一定的比例关系 以便进行协调运转 为了提高效率 要求对由数台或数十台设别组成的生产自 动线实行统一控制和管理 诸如此类要求 都是靠电动机及其控制系统和机械 传动装置来实现的 在近代机械工业的发展过程中 机电传动的发展 经历了一个复杂的过程 1 电机的拖动的发展过程如下 成组拖动 多电机拖动 不同 机构由单独电机拖 动 单电机拖动 2 控制系统的发展过程如下 继电器控制接触器控制电机放大机控制 磁放大器控制电力功率晶体管控制计算机数字控制 PLC 由整个发展过程 不难看出 随着机械加工要求不断提高 机电传动控制 系统的复杂度也在不断增加 本课程的重点在与控制部分 如何利用电气元件 或计算机控制电气来拖动机械实现所要求的功能 在设计控制系统时 就要求 设计人员对执行元件 电动机 控制元件的熟练掌握与运用 同时也要求对控 要求进行了解 1 2 课程设计课程设计 此次 我们小组设计的题目是 多种液体混合装置的 PLC 控制 本次设计 是以三种液体混合为例 将三种液体按一定的比例混合 在加热搅拌后达到一 定的温度才能将混合液体输出容器 从而达到精确的自动控制 此次设计主要 内容包括 I O 分配 梯形图 接线图 电气原理图等 经过多次修改和调试 最终实现题目要求 第二章第二章 系统总体方案设计系统总体方案设计 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 主机单元三菱 FX 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 2 22 2 系统接线图设计系统接线图设计 表 3 3 输入 输出接线列表 2 32 3 硬件选择硬件选择 2 3 12 3 1 液位传感器的选择液位传感器的选择 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 面板 SB1SB2HILYV1YV2YV3KM PLCX000X001X002X003X004Y001Y002Y003Y000 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 24V DC 6 切换电流为 0 5A 2 3 22 3 2 搅拌电机的选择搅拌电机的选择 因为设计要求功率 4kw 选用 Y112M 4 型电动机 相关元件主要技术参数 及原理如下 1 Y112M 4 系列电动机是一般用途封闭自冷式三相异步电动机 2 额定电压为 380V 额定频率为 50Hz 功率为 4KW 采用星形接法 3 电动机运行地点的海拔不超过 1000m 随季节变化 但不超过 40 C 4 Y112M 4 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 2 3 32 3 3 电磁阀的选择电磁阀的选择 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 20 60 C 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 2 3 4 按钮开关的选择按钮开关的选择 按钮开关型号为 KH 2204 且 SB1 为绿色按钮 因为是启动按钮 SB2 是红色 按钮 因为是停止按钮 2 3 5 熔断器的选择熔断器的选择 根据选择出的电机型号 可大致计算该电机工作时的最大电流 再根据以下经验公式 计算出所需熔断器的最大允许电流值 AI U P 10 380 4000 所以 FU RL 60 25 最大熔断电流 25A N II R I N I R I max 5 2 5 1 5 2 5 1 多支路 单支路 AIN25 2 3 6 热继电器的选择热继电器的选择 根据前面算出的电动机工作电流 查 2 可直接选出热继电器 得如下结果 FR LR1 D09310 整定电流范围 4 6 2 3 7 交流接触器的选择交流接触器的选择 根据前面计算出的电动机工作电流值 可知交流接触器的工作电流应在 25A 以 内 所以热继电器型号为 14JR20 25 2 3 8 电源刀开关电源刀开关 而在整个设计中 我们用到了一个刀开关 总闸一个 即控制电源 又控制照 明灯 故总闸刀开关 QS 选用蓝色 查 2 选择刀开关如下 QS DZ20 100 3 蓝色 2 3 9PLC 的选择的选择 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 选用西门子 S7 200 系列 PLC 作控制单元来控制整个系统 之所以选择这 种 PLC 主要考虑 S7 200 系列 PLC 有以下特点 1 丰富的指令系统 除能实现一般的逻辑控制外 还可进行运动控制 复 杂数据处理 甚至可直接控制变频器实现电动机调速控制 而且各类 PLC 产品 的指令系统都具有向上兼容性 便于应用程序的移植 2 快速的 CPU 处理速度 大程序容量 3 大的网络通信功能 可直接连接调制解调器 可方便地与其他 PLC 或 上位机连成通信网络 通过上位计算机对生产现场的 PLC 进行实时监控 在生 产规模较大 所控制的机床达到两台以上时 可采用 1 n 上位链接通信方式 用一台计算机管理多台床 构成一个二级分布式集一散控制系统 4 编程及监控功能强大 维护简单 价格适中 2 3 11 元件选择元件选择 元器件明细表 2 2 名称型号数量备注 按钮开关 KH 2204 2 个 液位传感器 LSF 2 5 3 个 搅拌电动机 Y112M 4 1 个 电磁阀 入液罐 VF4 25 2 个 电磁阀 出液罐 AVF 40 1 个 接触器 CJX1 9 220V 1 个 电源开关 DZ20 100 3 1 个 热继电器 14JR20 25 2 个 继电器 LR1 D09310 3 个 行程开关 JLXK1 311M 1 个 熔断器 RL 60 25 3 个 2 软件设计软件设计 2 1 程序流程图 图 2 1 程序流程图 2 2 I O 地址分配及接线图 2 2 1 I O 地址分配及功能表 序号序号 PLCPLC 地址 地址 PLCPLC 端子 端子 电气符号 面板端子 电气符号 面板端子 功能说明功能说明 1X00SD启动 SD 2X01SL1液位传感器 SL1 3X02SL2液位传感器 SL2 4X03SL3液位传感器 SL3 5X04T温度传感器 T 6Y00YV1进液阀门 A 7Y01YV2进液阀门 B 8Y02YV3进液阀门 C 9Y03YV4排液阀门 10Y04YKM搅拌电机 11Y05H加热器 12主机 COM 面板 COM 接电源 GND电源地端 13 主机 COM0 COM1 COM2 COM3 COM4 COM5 接 电源 GND 电源地端 14面板 V 接电源 24V电源正端 2 2 2 PLC 外部接线 图 2 2 外部接线图 2 3 操作步骤操作步骤 1 检查课设设备中器材及调试程序 2 按照 I O 端口分配表或接线图完成 PLC 与课设模块之间的接线 认真检查 确保 正确无误 3 打开示例程序或用户自己编写的控制程序 进行编译 有错误时根据提示信息修 改 直至无误 用 SC 09 通讯编程电缆连接计算机串口与 PLC 通讯口 打开 PLC 主机电源 开关 下载程序至 PLC 中 下载完毕后将 PLC 的 RUN STOP 开关拨至 RUN 状态 4 打开 启动 开关 SL1 SL2 SL3 拨至 OFF 观察液体混合阀门 YV1 YV2 YV3 YV4 的工作状态 5 等待 20S 后 观察液体混合阀门YV1 YV2 YV3 YV4 的工作状态有何变化 依次 将 SL1 SL2 SL3 液面传感器扳至ON 观察系统各阀门 搅动电机 YKM 及加热器 H 的工作 状态 6 将测温传感器的开关打到ON 观察系统各阀门 搅动电机 YKM 及加热器 H 的工作 状态 7 关闭 启动 开关 系统停止工作 2 3 1 PLC 程序 第四章第四章 系统调试及结果分析系统调试及结果分析 4 1 系统调试系统调试 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 Y001 的指示灯亮 一段时间后 液面上升到 I 位置 Y001 的指示灯灭 Y002 的指示灯亮 一段时间后 液面上升到 H 位置 Y002 的指示灯灭 Y000 的指示灯亮 一段时间后 Y000 的指示灯灭 Y003 的指示灯亮 一段时间后 液面低于 L 位置 Y003 的指示灯灭 Y001 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