电气控制设计

1、葩气控制技术课程设右课题：液体混合装置PLC控制专业：电气工程及其自动化班级：.学号：姓名：指导教师：设计日期：2016-12-122016-12-30成绩：目录 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 一、设计目的1 HYPERLINK l bookmark44 o Current Document 二、设计要求1 HYPERLINK l bookmark48 o Current Document 1、基本要求1 HYPERLINK l bookmark52 o Current Document 2、控制要求1 HYPE

2、RLINK l bookmark60 o Current Document 3、时间安排2三、实现过程2 HYPERLINK l bookmark64 o Current Document 1、系统概述2 HYPERLINK l bookmark68 o Current Document 2、设计与分析32.1、系统硬件配置及组成原理32.2、输入/输出接线列表4 HYPERLINK l bookmark73 o Current Document 3、控制系统设计43.1、估算43.2、硬件电路设计43.3、PLC 选型63.4、I/O分配表设计63.5、PLC外部接线图设计63.6、控制程序

3、流程图设计83.7、控制程序设计83.8、系统调试103.9、结果分析10 HYPERLINK l bookmark130 o Current Document 四、总结10 HYPERLINK l bookmark136 o Current Document 五、附录10 HYPERLINK l bookmark140 o Current Document 六、参考文献11液体混合装置PLC控制一、设计目的在工艺加工最初，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，

4、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：系统自动工作；控制的单周期运行方式；由传感器送入设定的参数实现自动控制；启动后就能自动完成一个周期的工作，并循环。本系统采用PLC是基于以下两个原因：PLC具有很高的可靠性，通常的

5、平均无故障时间高；编程能力强，可以将模糊化、模糊决策和解模糊都方便地用软件来实现。根据多种液体自动混合系统的要求与特点，我们采用的PLC具有小型化、高 速度、高性能等特点，可编程控制器指令丰富，可以接各种输出、输入扩充设备， 有丰富的特殊扩展设备，其中的模拟输入设备和通信设备是系统所必需的，能够 方便地联网通信。这次课程设计的目的就是设计一个集PLC技术，自动控制技术，自动化仪表 技术，系统仿真技术于一体的功能较全的两种液体自动混合的自动装置。二、设计要求1、基本要求根据设计要求正确地设计主电路和控制电路，合理地选择各种低压电器和 PLC控制器，学习与设计有关的编程方法和语言，独立设计控制程序

6、并圆满完成 调试工作。2、控制要求按动启动按钮SB1后，电磁阀YV1通电打开，液体A流入容器。当液位高 度达到I时，液位传 感器I接通，此时电磁阀YV1断电关闭，而电磁阀YV2通 电打开，液体B流入容器。当液位达到H时，液位传感器H接通，这时电磁阀YV2 断电关闭，同时启动电动柚 搅拌。1分钟后电动机M停 止搅拌，这时电磁阀YV3 通电打开，放出混合液去下道工序。当液位高度下降到L后，再延时2s使 电磁 阀YV3断电关闭，并自动开始新的周期。某液体混合装置如图所示：、编写输入输出对照表。包括信号名称、外部元件号、内部继电器号;、绘制PLC外部接线图；、绘制功能流程；、编写、调试梯形图或语句表程

7、序。3、时间安排第1天：根据设计任务查阅相关文献。第2-3天：选择一种合适的设计方法，制定详细的设计方案，设计出满足要 求的电器控制系统并验证其正确性。第4天：编写课程设计报告；绘制相关电气图纸。第5天：提交课程设计报告；进行课程设计答辩。三、实现过程1、系统概述根据设计要求，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

8、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、设计与分析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

9、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：名称型号数量微型计算机专用计算机1台PLC主机单元西门子S7-200 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表2-1设计硬件选择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2-1为搅拌机的立体示意图：图2-1液体混合控制装置控制的模拟实验面板图2.2、输入/输出接线列表板面B1SB2S1LI3L1Y2Y3YMKPIIIIIQQ

10、QQLC0.30.40.10.30.20.30.00.10.2表2-2输入/输出接线列表3、控制系统设计3.1、估算首先统计被控设备对输入、输出点的总需求量，把被控设备的信号源一一列 出，认真分析输入、输出点的信号类型。在初始状态时，根据要求要实现液体的自动混合导出控制，在开始操作之前， 各阀门必须为关闭状态，容器为空。此时液体控制电磁阀Y1=Y2=Y3=OFF状态； 传感器L1=L2=L3=OFF状态；电动机M为关闭状态。在启动操作中，当装置和液体的都准备好之后，按下启动按钮，开始下列操 作：（1）Y1=ON,液体A流入容器；当液面到达L2时，丫1=OFF,Y2=ON；（2）液体B流入，液面

11、达到L1时,Y2=OFF,M=ON,电动机开始进行液体的充分 混合搅拌；（3）当混合液体搅拌均匀后（设时间为4s）,M=OFF,Y3=ON,开始放出混合液 体；（4）当液体下降到L3时,L3从ON变为OFF,把时间控制为再过2s后容器放 空，关闭Y3,Y3=OFF完成一个操作周期；（5）在只要没有按停止按钮的状态下，则自动进入下一个循环操作周期。在停止操作中，当工作完成之后需要关闭系统，按一下停止按钮，则在当前 混合操作周期结束后，才停止操作。从而使系统停止在开始状态，以便下次启动 系统时能够顺利的开始系统的循环。根据以上分析，对PLC来说，需要提供5个输入点和4个输出点。除了以上 的输入输出

12、点意外，PLC与计算机、打印机、CRT显示器等设备连接，需要用专 用接口，也应计算在内。考虑到在实际安装、调试和应用中，还有可能发现一些 估算中未预见到的因素，要根据实际情况增加一些输入、输出信号。因此，要按 估计数再增加15%-20%的输入、输出点数，以备将来调整、扩充使用。综上所 述，I/O估算为：输入点点数为8，输出点点数为7。3.2、硬件电路设计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

13、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0.5A3.2.2、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。EJ15系列电动机是一般用途的全封

14、闭自扇冷式鼠笼 型三相异步电动机。相关元件主要技术参数及原理如下：（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 C /湿度W 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3-1：LI L2 L3qkJ1 n n fuFR图3-1硬件接线3.2.3、电磁阀的选择f（1 ）入罐液体选用VF4-25型电磁阀 3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

15、。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W150C/环境温度-2060 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

16、DC： 24V。4）功率：AC： 5KW。3.2.4、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2.5KW3.3、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。因为点数在30以内，所以选择S7-200系列。3.4、I/O分配表设计分类元件端子号作用输入SB1I0

17、.3起动按钮SB2I0.4停止按钮L1I0.1液面高位传感器L2I0.3液面中位传感器L3I0.2液面低位传感器输 出MQ0.2搅拌电动机Y1Q0.0液体A流入电磁 阀Y2Q0.1液体B流入电磁 阀Y3Q0.3放出混合液体电 磁阀表3-1 I/O分配表3.5、PLC外部接线图设计在了解了系统工艺要求和控制要求后，接着要做的就是将I/O通道分配给 PLC的指定I/O端子。具体如图3-1和图3-2所示226呷启幼按til 丁1226呷启幼按til 丁1L1渔位传愚参L2灌位传惠器L3液位恃感器图3-1 PLC外部接线图如图3-1所示，PLC外部接线图左边一排为输入，其中I0.3, I0.1, I0

18、.3, I0.2, I0.4分别与SB1, SB2, L1, L2, L3相连;右边一排为输出，其中Q0.2, Q0.0，Q0.1，Q0.3 分别与 Y1，Y2, Y3, KM 相连。SB1SB2L1L2L3OOOOOP1P2P3P4P5P6P7P8P9O OOOY1 Y2 Y3 KM图3-2装置操作面板如图3-2所示起停按钮P1, P2分别与主机的I0.3, I0.4相连，液面传感器 P3, P4, P5分别与主机的输入点I0.1，I0.3，I0.2相接，液体A阀门，液体B 阀门，混合液体阀门和搅拌机P6, P7, P8, P9分别与主机的输出点Q0.0，Q0.1， Q0.3，Q0.2 相连

19、。3.6、控制程序流程图设计NDO |r 3。螺体 a*100中限位NP2 - QOll 倾体 B1时上限位 Q0 ： TJ7 |T3-NP4 ; QOJ 放混合液而利0位ND5QQ | 13厂放混卸EMl 0 T38 MI O T3S图3-3控制程序流程图3.7、控制程序设计根据系统的要求及I/O通道分配，写出继电器梯形图，如图3-4所示。具体 设计思路如下：（1）起始操作：在按启动按钮I0.3之后，使Q0.2得电，断开电磁阀Y1，从而使液体A流 入容器。（2）当液位上升到I时：当液面上升到I时,I0.2由OFF变为ON,使Q0.2复位，关闭电磁阀Y1。同 时使Q0.0置位，断开电磁阀Y2,

20、从而使液体B流入容器。（3）当液位上升到L1时：当液面上升到L1时，I0.1由OFF状态变为ON状态，使Q0.0复位，关闭电 磁阀Y2。同时使Q0.3置位，启动搅拌机M。此时启动定时器T37，4s后T37动 作，使Q0.3复位。（4）搅拌均匀后放出混合液体：在Q0.3的下降沿通过后沿微分指令DIFD使Q0.1置位，断开电磁阀Y3,开始 放出混合液体。（5）当液位下降到L3时：当液位下降到L3时,Q0.1由ON变为OFF，启动器T38,2s后使Q0.1复位，关 8闭电磁阀Y3,此时电磁阀已放空。（6）自动循环工作：在没有按停止按钮I0.4的情况下，系统将在T38的记时时间到了时，使Q0.2 置位

21、，自动进入下一操作周期。从而实现混合液体PLC自动控制的循环工作。（7）停止操作：当按下停止按钮时，停止按钮I0.4为ON状态,不能使电磁阀Y1断开,系统执 行完本周期的操作后，将自动停留在初始状态。使用S7-200西门子简易编程器编 入梯形图，如下所示。使用S7-200西门子简易编程器编入梯形图，如下所示：H M10 /H()皿-QO.O,IQ0中限位MJ.2 -Q01IQ1限位-Q0 2-T37MH-Q0 3H M10 /H()皿-QO.O,IQ0中限位MJ.2 -Q01IQ1限位-Q0 2-T37MH-Q0 3页下限位放混合液H I 1/Q03进液体A城体B放混台液H I FH/T38M

22、L。TSSM1.0 TJ8T I)T |10.2M)0 MMT M/HH/II/I-K )J卜Q0350-T H（）放混m梯形图inTONPTT383.8、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I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L1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L3位置，Q0. 1的指示灯灭，Q0.2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，模拟按下停止按钮，所有运行立即结束，调试结束。3.9、结果分析基于以上设