液体混合PLC课程设计.doc

一、工艺流程及分析为了提高产品质量，缩短生产周期，适应产品迅速更新换代的要求，产品生产正在向缩短生产周期、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是易燃易爆、有毒有腐蚀性的介质，以致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。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，具有良好的课移植性和可维护性。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到它，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来取代传统的继电器控制。设计原则主要包括：工作条件；工程对电气控制线路提供的具体资料。系统在保证安全、可靠、稳定、快速的前提下，尽量做到经济、合理、合用、减小设备成本。在方案的选择、元器件的选型时更多的考虑新技术、新产品。控制由人工控制到自动控制，由模拟控制到微机控制，使功能的实现由一到多而且更加趋于完善。液体自动混合原理图如图所示。从图中可知，本混合装置用来将两种液体进行混合。S1、S2、S3是液面传感器，液体A、B的阀门由电磁阀V1、V2和V3进行控制，M为搅拌电机。它们的控制要求如下：1)装置投入运行前，要将液体A、B的阀门关闭，混合液的阀门打开30s，将容器内的液体排空后关闭。2)按下启动按钮SB1，液体A的阀门打开，液体A流入容器；当液体A的液面达到L2时，S2会接通，从而关闭液体A的阀门，打开液体B的阀门。当液面达到L1时，液体B的阀门会自动关闭，搅拌电机则开始运转，将液体A和B的混合液体进行搅匀。搅拌电机运转60s后停止，然后混合液体的阀门打开，开始将搅拌均匀的混合液体排出。当容器内的液面下降到L3时，L3由接通变为断开。再过10s，容器内的液体排空，混合液的阀门关闭。3)按下停止按钮SB2后，回到开机初始化状态，混合液的阀门打开30s后关闭，等待按下启动按钮，开始下一个周期的操作。流程图如下：开始液体混合阀门V3打开30s，排空液体N按下启动按钮SB1Y液体A阀门开，液体A流入液面到达L2时，关闭液体A阀门，打开液体B阀门液面到达L3时，关闭液体B阀门，搅拌电机运转电机运转60s后停止，液体混合阀门V3打开液面下降到L3后经过10s，液体排空，混合阀门关闭Y按下停止按钮SB2N待机状态停止二、设备选型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，当没有液面时，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。2.2搅拌电机的选择选用EJ15-3型电动机，是一般用途的全封闭自扇冷式鼠笼型三相异步电动机。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。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-1540/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。2.3 电磁阀的选择入罐液体选用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。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）。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；2.4接触器的选择选用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。2.5热继电器的选择选用JR16B-60/3D型热继电器。其中“J”表示继电器，“D”表示带断相保护。2.6 PLC的选择可编程控制器是一种将计算机技术、自动控制技术和通信技术结合在一起的新型工业自动控制设备，不仅能实现对开关量信号的逻辑控制，还能实现与上位计算机等智能设备之间的通信。因此，将可编程控制器应用于多种液体混合灌装机，完全能满足控制要求，且具有操作简单、运行可靠、工艺参数修改方便、自动化程度高等优点。PLC的一般结构主要有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/O扩展接口。 （1） 中央处理单元（CPU）与通用计算机中的CPU一样，PLC中的CPU也是整个系统的核心部件，主要有运算器、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程序存储器。PLC常用的存储器类型有RAM、EPROM、EEPROM等。（3）I/O模块输入模块和输出模块通常称为I/O模块或I/O单元。PLC的对外功能主要是通过各种I/O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/O装置或设备之间的连接部件，起着PLC与外部设备之间传递信息的作用。通常I/O模块上还有状态显示和I/O接线端子排，以便于连接和监视。（4）电源模块输入、输出接口电路是PLC与现场I/O设备相连接的部件。它的作用是将输入信号转换为PLC能够接收和处理的信号，将CPU送来的弱电信号转换为外部设备所需要的强电信号。PLC的选型及软件中的设置如下：单元名称型号电源单元 PS 307-5ACPU单元 CPU 314-1AG13-0AB0 V2.6输入单元 SM 321 DI16XDC24V-1HF01-0AB0输出单元SM 322 DO8XREIAC230V-1HF02-0AB0三、输入输出端口分配I/O地址符号功能输 入I0.0SB1启动I0.1SB2停止I0.2S1液面传感器1I0.3S2液面传感器2I0.4S3液面传感器3输 出Q4.0KM电机Q4.1V1A阀门Q4.2V2B阀门Q4.3V3混合阀门四、输入输出硬件接线图五、程序设计梯形图如下：六、总结实践证明，所采用西门子S7-200型可编程控制器的硬件配置和程序设计是完全可行的，在实际控制中，由于PLC产品自身具有可靠性高、灵活性强、对工作环境无要求和抗干扰性能好等诸多优点，使之完全可以将操作人员从恶劣的现场环境中解放出来，因此深受用户欢迎。同时采用PLC控制液体混合装置，还能容易的随时修改可编程控制器程序，以改变液体混合装置的工作时间和工作状态，满足不同液体混合的需要。该控制系统可用较少的资金投入，达到很高的控制精度。设计是对我们所学知识的考验，也是对我们对知识综合运用能力的考