多种液体自动混合控制系统设计

1、*专科生课程设计报告题 目 多种液体自动混合控制系统设计 课 程 电气控制及可编程控制器 专 业 电气工程及其自动化 班 级 电气21131 学 号 姓 名 王喆 杨杰 田东升 指导老师 完成日期 2013年 6月 目 录1 绪论.11.1 课程题目11.2 设计目的及要求11.3 原始资料11.4 课题要求11.5 日程安排21.2 主要参考书22 器件选择.32.1 总体结构32.2 具体器件的选择3 2.2.1液位传感器的选择. 3 2.2.2温度传感器的选择.4 2.2.3 搅拌电动机的选择.4 2.2.4 电磁阀的选择.52.2.5 接触器的选择.52.2.6 热继电器的选择.63

2、程序设计.73.1 总体设计思路.73.2 PLC输入输出口分配.83.3 主电路设计.93.4 液体混合装置的输入输出接线图.93.5 液体混合装置的梯形图.114 安装、接线及系统联合测试135 后期工作136 总结147 参考文献141.绪 论1.1 课程题目多种液体自动混合控制系统设计1.2 设计目的及要求1、熟悉电气控制系统的一般设计原则、设计内容及设计程序。2、掌握电气设计制图的基本规范，熟练掌握PLC程序设计的方法和步骤。3、学会收集、分析、运用电气设计有关资料及数据。4、培养独立工作和工程设计能力以及综合运用专业知识解决实际工程技术问题的能力。1.3 原始资料图例是三种液体自动

3、加热搅拌混合示意图，工作过程如下：打开电磁阀Y1加入液体A，加到L3位置时停止，然后打开Y2加入液体B，到L2位置时停止，再打开Y3，加入液体C，到位置L1停止，此时，电炉接通加热，搅拌电机工作。当温度到后停止加热和搅拌，打开电磁阀Y4，排放加工好的液体，排放时间由拨码开关设定，时间到后关断Y4，加工完成。拨码开关第一位为设定产量，7段数码管显示当前产量，设计电路，编写程序。1.4 课题要求1、 根据项目技术要求，设计PLC控制系统总体方案；2、 根据方案选择相应电气元器件后列写主要元器件清单；3、 绘制电路图、控制板电气元件布置图、电气安装接线图；4、 在控制板上安装接线；5、 系统控制板测

4、试；6、 通电联调；7、 整理技术资料，编写项目报告，项目验收。1.5 日程安排本次课程设计时间共一周，进度安排如下：1、设计准备，熟悉有关电气设计规范，熟悉课题设计要求及内容。（1天）2、分析控制要求、主电路及控制电路方案设计。（1天）3、绘制控制流程图、I/O端子接线图。（1天）4、梯形图设计、编制程序及程序说明。（1天）5、整理计算书及图纸、写课程设计报告。（1天）1.6 主要参考书1、电气控制与可编程控制器应用技术 郁汉琪主编 东南大学出版社2、工厂电气控制技术 方承远主编 机械工业出版社3、可编程控制器原理应用网络 徐世许主编 中国科学技术大学出版社4、工厂常用电气设备手册（第2版）

5、上、下册 中国电力出版社2.器件选择2.1 总体结构从图2-1中可知设计的液体混合装置主要完成三种液体的自动混合搅拌并控制温度，如图2-1所示。 此装置需要控制的元件有：其中L1、L2、L3为液面传感器，液面淹没该点时为ON。Y1、Y2、Y3、Y4为电磁阀，M为搅拌电机，T为温度传感器，H为加热器。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。 图2.1 液体混合灌装机2.1 具体器件的选择2.2.1 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，

6、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0.5A 3.3在本实验中，I/O接线图中用限

7、位开关来代替液位传感器。2.2.2 温度传感器的选择选用KTY81-210A型温度传感器 其中“T” 表示温度KTY系列温度传感器采用进口Philips硅电阻元件精心制作而成，具有精度高，稳定性好，可靠性强，产品寿命长等优点, 该温度传感器已广泛应用于电机变频调速温度控制，太阳能热水器温度测量领域彩印设备温控，汽车油温测量、发动机冷却系统、工业控制系统中过热保护、加热控制系统、电源供电保护等。选用KTY81-210A型温度传感器。 相关元件主要技术参数及原理如下： （1）测量温度范围为 -50150（2）温度系数TC 为 0.79%/K （3）精度等级为 0.5% （4）公称压力为 0.6MP

8、a2.2.3搅拌电动机的选择选用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。 2.2.4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

9、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

10、抗腐蚀能力。 3）使用电压：AC：220 V50Hz/60Hz DC：24V。4）功率：AC：5KW。 2.2.5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 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 2.2.6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”带断相保护 相关元件主要技术参数及原理如下： （1）额定电流为

11、20（A） （2）热元件额定电流为32/45（A）3.程序设计3.1总体设计思路经过对上述设计要求的深入思考后，对系统的设计过程有了一定的构架。具体的想法有一下几点： 系统为多种液体自动混合，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C种液体开始进入，当达到一定深度停止所有液体

12、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。经20s后停止放出，按停止键停止操作。 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。对于本课题来说，如果液体混合系统部分是一个较大规模工业控制系统的改造升级，新控制装置需要根据企业设备和工艺现况来构成并需尽可能的利用旧系统中的元器件。对于人机交互方式改造后系统的操作模式应尽量和改造前的相类似，以便于操作人员迅速掌握。从企业的改造要求可以看出在新控制系统中既需要处理模拟量也需要处理大量的开关量，系统的可靠性要高，人机交互界面友好，应具备数据储存和分析汇总的能力。 要实现整个液体混合控制系统的设计，需要从怎样实现各电磁

13、阀的开关以及电动机启动的控制这个角度去考虑，现在就这个问题的如何实现以及选择怎样的方法来确定系统方案。控制流程图如下。开始 结束产量由数码管显示。按停止按钮？Y1打开，进液体A到L3时Y1闭合Y2打开，进液体B到L2时Y2闭合Y3打开，进液体C当到L1时Y3闭合，并且电动机M和电炉H开始搅拌和加热当混合液体加热到所设定的温度时，电动机停转，电炉停止加热。同时打开Y4.混合液体锁排的时间由拨码开关所设定的时间决定，当时间一到时，闭合Y4. 图3-1 液体混合装置流程图3.2 PLC输入输出口分配输入/输出地址分配如表1 表1 液体混合装置输入/输出地址分配输入点地址功能输出点地址功能X22SB0

14、启动按钮Y10电磁阀Y1X21SB1停止按钮Y11电磁阀Y2X23L3液传感器Y12电磁阀Y3X24L2液位传感器Y13搅拌机MX25L1液位传感器Y14加热器HX26T温度传感器Y15电磁阀Y4X6FR常闭触点Y0数码馆A段显示X27拨码器时间设定启动按钮Y1数码馆B段显示X28拨码器数码馆显示按钮Y2数码馆C段显示Y3数码馆D段显示Y4数码馆E段显示Y5数码馆F段显示Y6数码馆G段显示3.3 主电路设计因为只有搅拌机是电动机控制的，所以主电路只需要一个电机控制，并搅拌机只有启动与停止两种工作状态，因此只需要一组主触点。主电路如下。图3-1 液体混合装置流程图图3-2 液体混合装置的主电路3

15、.4 液体混合装置的输入输出接线图液体混合装置输人输出接线图如下。图3-3 液体混合装置的I/O接线图3.5 液体混合装置的梯形图图3-4 液体混合装置的梯形图3.6：拨码开关 图35拨码开关 接线吧版的拨码开关内部已经接到PLC内部，所以只要把0003和0407接到com0端口，把1013和1417接到com2端口，右边的三个拨码开关是控制电磁阀闭合的时间，当时间一到时电磁阀Y4闭合，从而完成一个循环。 但是要把拨码开关的8421码通过PLC的BIN指令装换成可由7段数码管显示的十进制数这段程序是：而拨码开关的左面第一位是8段数码管的显示，他是显示液体流量的。它的效果是通过下面的程序来实现的

16、：而7段数码管是效果图如下： 3.6 数码管4.安装、接线及系统联合测试按照电气设计图完成接线，对程序系统与电气系统进行联合测试，详细步骤略。如不满足要求，再回去修改程序或检查接线，直到满足要求为止5.后期工作1、操作过程简要说明本实验在试验箱上模拟了多液体自动混合装置的工作过程，用按钮代替液面出发开关，用信号灯表示阀门和电动机的工作状态打开电磁阀Y1加入液体A，加到L3位置时停止，然后打开Y2加入液体B，到L2位置时停止，再打开Y3，加入液体C，到位置L1停止，此时，电炉接通加热，搅拌电机工作。当温度到后停止加热和搅拌，打开电磁阀Y4，排放加工好的液体，排放时间由拨码开关设定，时间到后关断Y

17、4，加工完成。拨码开关第一位为设定产量，7段数码管显示当前产量，设计电路，编写程序。2、常见故障及其排除方案(1)检查PLC能否完成1个工作流程?不能：程序错误解决方案：程序重编(2)检查PLC能否从最后1步（Y4）回到第1步(Y1)开始新一轮循环?不能：程序错误解决方案：程序重编(3) 检查PLC能否实现连续运行？ 不能：程序错误 解决方案：程序重编6.总结为期一个星期的PLC课程设计结束了，通过此次课程设计，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。课程设计是我对所学知识理论的检验与总结，能够培养和提高设计者独立分析和解决问题的能力；是我在校期间向学校所交的一份综和性作业.在不断的努力下我的课程设计终于完成了。在没有做课程设计以前，觉得课程设计只是对这几年来所学知识的大概总结，但是真的面对课程设计时发现自己的想法是错误的，我们对知识的掌握都是理论上的，对一些细节不够重视，面对单独课题的时候感觉很茫然。自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。当我们把自己想出来的程序用到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