多種液體自動(dòng)混合裝置plc課設(shè)報(bào)告.doc

目 錄1.選題背景12.方案論證12.1 繼電器控制系統(tǒng)12.2 單片機(jī)控制12.3 工業(yè)控制計(jì)算機(jī)控制22.4 可編程控制器控制23.過程論述33.1 控制分析33.2 plc 選擇43.3 攪拌機(jī)的主電路圖53.4 分配I/O點(diǎn)63.5 外部接線圖73.6 元器件選型73.6.1 液位傳感器的選擇73.6.2 攪拌電機(jī)的選擇83.6.3 電磁閥的選擇81）入罐液體 82）出罐液體 83.7 元件目錄表83.8 順序控制圖93.9 梯形圖104. 結(jié)果分析134.1 系統(tǒng)模擬調(diào)試134.2 仿真結(jié)果135 總結(jié)13參考文獻(xiàn)151 選題背景 隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，自動(dòng)控制技術(shù)在人類活動(dòng)的各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用越來越廣泛，它的水平已成為衡量一個(gè)國(guó)家生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)先進(jìn)與否的一項(xiàng)重要標(biāo)志。在煉油、化工、制藥等行業(yè)中，多種液體混合是必不可少的程序，而且也是其生產(chǎn)過程中十分重要的組成部分。但由于這些行業(yè)中多為易燃易爆、有毒有腐蝕性的介質(zhì)，以致現(xiàn)場(chǎng)給工作環(huán)境十分惡劣，不適合人工現(xiàn)場(chǎng)操作。另外，生產(chǎn)要求該系統(tǒng)要具有配料精確、控制可靠等特點(diǎn)，這也是人工操作和半自動(dòng)化控制所難以實(shí)現(xiàn)的。所以為了幫助相關(guān)行業(yè)，特別是其中的中小型企業(yè)實(shí)現(xiàn)多種液體自動(dòng)混合的目的，液體自動(dòng)混合配料勢(shì)必就是擺在我們眼前的一大課題。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)原有液體混合裝置進(jìn)行技術(shù)改造，提出數(shù)據(jù)采集、自動(dòng)控制、運(yùn)行管理等多方面的要求。設(shè)計(jì)的多種液體混合裝置利用可編程控制器實(shí)現(xiàn)在混合過程中的精確控制，提高了液體混合比例的穩(wěn)定性、運(yùn)行穩(wěn)定、自動(dòng)化程度高，適合工業(yè)生產(chǎn)的需要。要實(shí)現(xiàn)整個(gè)液體混合控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，需要從怎樣實(shí)現(xiàn)各電磁閥的開關(guān)以及電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)的控制這個(gè)角度去考慮。該系統(tǒng)需要對(duì)各種液體的液面進(jìn)行液面的高度控制，因此，需要用到傳感器進(jìn)行液面高度的監(jiān)控。各種液體入池的比例需要應(yīng)用電磁閥控制，入池后的攪拌，則需要電機(jī)控制。對(duì)各個(gè)控件的控制，需要一個(gè)完整的控制流程，運(yùn)用PLC技術(shù)進(jìn)行編程，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)控件的控制。2 方案論證就目前的現(xiàn)狀有以下幾種控制方式滿足系統(tǒng)的要求：繼電器控制系統(tǒng)、單片機(jī)控制、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)控制、可編程序控制器控制。 2.1 繼電器控制系統(tǒng) 控制功能是用硬件繼電器實(shí)現(xiàn)的。繼電器串接在控制電路中根據(jù)主電路中的電壓、電流、轉(zhuǎn)速、時(shí)間及溫度等參量變化而動(dòng)作，以實(shí)現(xiàn)電力拖動(dòng)裝置的自動(dòng)控制及保護(hù)。系統(tǒng)復(fù)雜，在控制過程中，如果某個(gè)繼電器損壞，都會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，查找和排除故障往往非常困難，雖然繼電器本身價(jià)格不太貴，但是控制柜的安裝接線工作量大，因此整個(gè)控制柜價(jià)格非常高，靈活性差，響應(yīng)速度慢。 2.2 單片機(jī)控制 單片機(jī)作為一個(gè)超大規(guī)模的集成電路，機(jī)構(gòu)上包括CPU、存儲(chǔ)器、定時(shí)器和多種輸入/輸出接口電路。其低功耗、低電壓和很強(qiáng)的控制功能，成為功控領(lǐng)域、尖端武器、日常生活中最廣泛的計(jì)算機(jī)之一。但是，單片機(jī)是一片集成電路，不能直接將它與外部I/O信號(hào)相連。要將它用于工業(yè)控制還要附加一些配套的集成電路和I/O接口電路，硬件設(shè)計(jì)、制作和程序設(shè)計(jì)的工作量相當(dāng)大。 2.3 工業(yè)控制計(jì)算機(jī)控制 工控機(jī)采用總線結(jié)構(gòu)，各廠家產(chǎn)品兼容性強(qiáng)，有實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的支持，在要求快速、實(shí)用性強(qiáng)、功能復(fù)雜的領(lǐng)域中占優(yōu)勢(shì)。但工控機(jī)價(jià)格較高，將它用于開關(guān)量控制有些大材小用。且其外部I/O接線一般都用于多芯扁平電纜和插頭、插座，直接從印刷電路板上引出，不如接線端子可靠。 2.4 可編程控制器控制 可編程序控制器配備各種硬件裝置供用戶選擇，用戶不用自己設(shè)計(jì)和制作硬件裝置，只須確定可編程序控制器的硬繭配制和設(shè)計(jì)外部接線圖，同時(shí)采用梯形圖語言編程，用軟件取代繼電器電器系統(tǒng)中的觸點(diǎn)和接線，通過修改程序適應(yīng)工藝條件的變化?？删幊炭刂破饕后w自動(dòng)混合系統(tǒng)集成自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)量技術(shù)、傳感器技術(shù)等技術(shù)與一體的機(jī)電一體化裝置，充分吸收了分散式控制系統(tǒng)和集中控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、系統(tǒng)化設(shè)計(jì)，配置靈活、組態(tài)方便?？删幊炭刂破鞫喾N液體自動(dòng)混合系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)： a) 系統(tǒng)自動(dòng)工作； b) 控制的單周期運(yùn)行方式； c) 由傳感器送入設(shè)定的參數(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制； d) 啟動(dòng)后就能自動(dòng)完成一個(gè)周期的工作，并循環(huán)。在本設(shè)計(jì)中我將引入PLC來實(shí)現(xiàn)其攪拌控制功能。本系統(tǒng)采用PLC是基于以下兩個(gè)原因： a) PLC具有很高的可靠性，通常的平均無故障時(shí)間都在30萬小時(shí)以上； b) 編程能力強(qiáng)，可以將模糊化、模糊決策和解模糊都方便地用軟件來實(shí)現(xiàn)；3 過程論述3.1 控制分析本課題的基本要求如下：圖三-1 設(shè)計(jì)要求由控制要求可知設(shè)計(jì)的液體自動(dòng)混合裝置主要完成三種液體的自動(dòng)混合攪拌。此裝置需要四個(gè)液面?zhèn)鞲衅鳎⊿Q1、SQ2、SQ3、SQ4）、一個(gè)啟動(dòng)按鈕（SB1）、一個(gè)停止按鈕（SB2）作為輸入控制。四個(gè)電磁閥（YV1、YV2、YV3、YV4）和一個(gè)攪拌機(jī)(M)作為輸出控制對(duì)象。還有一個(gè)攪拌電動(dòng)機(jī)接觸器KM。系統(tǒng)剛上電時(shí)，需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，因此可用SM0.1控制實(shí)現(xiàn)。輸出控制對(duì)象是否有效，可采用置位和復(fù)位的方式實(shí)現(xiàn)。當(dāng)液面到達(dá)某傳感器的位置時(shí)，該傳感器就會(huì)發(fā)出ON信號(hào)，若低于傳感器位置時(shí)，傳感器就變?yōu)镺FF狀態(tài)。四個(gè)電磁閥：YV1為液體A輸入電磁閥，YV2為液體B輸入電磁閥，YV3為液體C輸入電磁閥，YV4為混合液體輸出電磁閥，當(dāng)電磁閥為ON狀態(tài)時(shí)，閥門打開，為OFF時(shí)閥門就關(guān)閉，閥門的開和閉來實(shí)現(xiàn)液體的流入和流出。M為攪拌電動(dòng)機(jī)，當(dāng)M=ON時(shí)，攪拌電動(dòng)機(jī)運(yùn)行；當(dāng)M=OFF時(shí)，攪拌電動(dòng)機(jī)停止。初始時(shí)，電磁閥YV1、YV2、YV3和攪拌機(jī)M為關(guān)斷狀態(tài)，電磁閥YV4打開20s使容器為空，液面?zhèn)鞲衅鞫紵o信號(hào)。按下啟動(dòng)按鈕后，電磁閥YV1打開，注入液體A。當(dāng)液面高度到達(dá)SQ4時(shí)，繼續(xù)流入液體，當(dāng)液面高度到達(dá)SQ3時(shí)，YV1關(guān)閉，液體A停止注入。同時(shí)開啟液體B的電磁閥YV2，注入液體B。 當(dāng)液面升高至SQ2時(shí)， YV2關(guān)閉，停止注入B液體。同時(shí)打開電磁閥YV3，C液體開始注入。當(dāng)液面升高到SQ1時(shí)，YV3關(guān)閉，液體C停止流入，同時(shí)開啟攪拌機(jī)M，使這三種液體充分混合，攪拌時(shí)間定為1分鐘（60s），然后電磁閥YV4開啟，排出液體。 當(dāng)液面高度降低至低SQ4時(shí)，SQ4無信號(hào)，延時(shí)20S后容器中的液體放完，YV4關(guān)閉，攪拌機(jī)又開始執(zhí)行下一次的循環(huán)。3.2 PLC選擇機(jī)型選擇的基本原則是在滿足控制功能要求的前提下，保證系統(tǒng)工作可靠、維護(hù)使用方便及最佳的性能價(jià)格比。具體應(yīng)考慮的因素如下所述。 a) 結(jié)構(gòu)合理對(duì)于工藝過程比較固定、環(huán)境條件較好、維修量較小的場(chǎng)合，選用整體式結(jié)構(gòu)的PLC；否則，選用模塊式結(jié)構(gòu)的PLC，物料混合控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)選用整體式結(jié)構(gòu)的PLC能夠達(dá)到要求。 b) 功能強(qiáng)弱適當(dāng)對(duì)于開關(guān)量控制的工程項(xiàng)目，若控制速度要求不高，一般選用低檔的PLC，西門子公司的S7-200系列機(jī)或歐姆龍公司的COM1。 c) 機(jī)型統(tǒng)一PLC的結(jié)構(gòu)分為整體式和模塊式兩種。整體式結(jié)構(gòu)把PLC的I/O和CPU放在一塊印刷電路板上，并封裝在一個(gè)殼體內(nèi)，省去了插接環(huán)節(jié)，因此體積小、價(jià)格便宜。 在本控制系統(tǒng)中，考慮到系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和維修的方便性，選擇模塊式PLC。由于本系統(tǒng)是順序控制，選用西門子S7-200plc作控制單元來控制整個(gè)系統(tǒng)。根據(jù)控制要求和設(shè)計(jì)要求選定PLC CPU226。其各項(xiàng)參數(shù)如下，完全滿足設(shè)計(jì)要求。表三-1 CPU226電源特性表三-2 CPU226存儲(chǔ)其特性與I/O特性3.3 攪拌機(jī)的主電路圖本次設(shè)計(jì)中的混合液體攪拌由電動(dòng)機(jī)M驅(qū)動(dòng)。該電路帶有短路保護(hù)、過載保護(hù)、失壓零壓保護(hù)等，短路保護(hù)有FU熔斷器來實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能，過載保護(hù)由FR熱繼電器來實(shí)現(xiàn)其保護(hù)功能，失壓零壓保護(hù)功能由接觸器來實(shí)現(xiàn)其保護(hù)功能。圖三-2 主電路圖3.4 分配I/O點(diǎn)表三-3 I/O分配表輸入設(shè)備輸入節(jié)點(diǎn)輸出設(shè)備輸出節(jié)點(diǎn)代號(hào)功能代號(hào)功能SB1啟動(dòng)按鈕I0.0YV1液體A電磁閥Q0.0SB2停止按鈕I0.1YV2液體B電磁閥Q0.1SQ1高液位傳感器I0.2YV3液體C電磁閥Q0.2SQ2中液位傳感器I0.3YV4放液電磁閥Q0.3SQ3低液位傳感器I0.4KM攪勻電動(dòng)機(jī)接觸器Q0,.4SQ4超低液位傳感器I0.53.5 外部接線圖圖三-3 PLC外部接線圖3.6 元器件選型3.6.1 液位傳感器的選擇選用LSF-2.5型液位傳感器。LSF系列液位開關(guān)可提供非常準(zhǔn)確、可靠的液位檢測(cè)。LSF光電液位開關(guān)具有較高的適應(yīng)環(huán)境的能力，在耐腐蝕方面有較好的抵抗能力。相關(guān)元件主要技術(shù)參數(shù)如下： a) 工作壓力可達(dá)2.5Mpa。 b) 工作溫度上限為125。c) 觸電壽命為100萬次。 d) 觸點(diǎn)容量為70w。 e) 開關(guān)電壓為24V DC。 f) 切換電流為0.5A。3.6.2 攪拌電機(jī)的選擇選用EJ15-3型電動(dòng)機(jī)。相關(guān)元件主要技術(shù)參數(shù)如下： a) 額定電壓為220V，額定頻率為50Hz，額定功率為2.5KW，采用三角形接法。 b) 電動(dòng)機(jī)運(yùn)行地點(diǎn)的海拔不超過1000m。工作溫度-1540/濕度90%。 c) EJ15系列電動(dòng)機(jī)效率高、節(jié)能、堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩高、噪音低、振動(dòng)小、運(yùn)行安全可靠。3.6.3 電磁閥的選擇1）入罐液體選用VF4-25型電磁閥。相關(guān)元件主要技術(shù)參數(shù)如下： a) 材質(zhì)：聚四氟乙烯。適用介質(zhì)：硫酸、鹽酸、有機(jī)溶劑、化學(xué)試劑等弱堿性的液體。 b) 介質(zhì)溫度150，環(huán)境溫度-2060。 c) 使用電壓：AC：220 V50Hz/60Hz DC：24V。 d) 功率：AC：2.5KW e) 操作方式：常閉：通電打開、斷電閉合，動(dòng)作響應(yīng)迅速，高頻率。2）出罐液體選用AVF-40型電磁閥。相關(guān)元件主要技術(shù)參數(shù)如下： a) 其最大特點(diǎn)就是能通過設(shè)備上的按鍵控制來控制流量，達(dá)到定時(shí)排空的效果。 b) 其閥體材料為：聚四氟乙烯，有比較強(qiáng)的抗腐蝕能力。 c) 使用電壓：AC：220 V50Hz/60Hz DC：24V。 d) 功率：AC：5KW。3.7 元件目錄表表三-4 元件目錄表名稱型號(hào)數(shù)量按鈕開關(guān)KH-22042液位傳感器LSF-2.54攪拌電動(dòng)機(jī)EJ15-31電磁閥（入液罐）VF4-253電磁閥（出液罐）AVF-401接觸器CJX1-9/220V43.8 順序控制圖M0.0Q0.3T37M0.3Q0.0M0.2M0.1M0.6Q0.4M0.5Q0.2M0.4Q0.1T39Q0.3M0.7Q0.3T38SM0.1T37I0.0I0.4I0.3I0.2T38I0.5M1.0T39M1.0裝置上電初始化。放液閥門打開。T37計(jì)時(shí)20s。20s后停止放液按下啟動(dòng)按鈕SB1液體A閥門打開液面到達(dá)SQ3液體B閥門打開A閥關(guān)閉液面到達(dá)SQ2液體C閥門打開B閥關(guān)閉液面到達(dá)SQ1關(guān)閉液體C閥門。電動(dòng)機(jī)開始攪拌。T38計(jì)時(shí)一分鐘一分鐘后停止攪拌。打開放液閥門，放出混合液體。液面到達(dá)SQ4繼續(xù)放液，T39計(jì)時(shí)20s，時(shí)間到后開始下一周期。I0.1控制停止繼電器M1.0圖三-4 順序控制圖3.9 梯形圖圖三-5 梯形圖4 結(jié)果分析4.1 系統(tǒng)模擬調(diào)試在仿真控制臺(tái)進(jìn)行程序調(diào)試 具體步驟如下： a) 導(dǎo)入梯形圖 b) 點(diǎn)擊運(yùn)行 c) 進(jìn)行調(diào)試 觀察試驗(yàn)臺(tái)上的燈是否按照程序要求依次點(diǎn)亮，延時(shí)是否準(zhǔn)確。是就說明程序正確，不是就說明程序還存在問題4.2 仿真結(jié)果本設(shè)計(jì)仿真結(jié)果如下：(分別按下I0.0，I0.1，I0.2，I0.3，I0.4顯示)當(dāng)裝置投入運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)QS，進(jìn)液閥Q0.0、Q0.1、Q0.2關(guān)閉，放液閥Q0.3打開，并啟動(dòng)定時(shí)器T37定時(shí)20s，將容器中的殘存液體放空，20s后關(guān)閉。按下啟動(dòng)按鈕SB1（I0.0得電），同時(shí)電磁閥YV1接通（即線圈Q0.0得電），液體A 進(jìn)入流入容器。當(dāng)容器液面高度上升到低液位SQ3時(shí)（I0.4得電），此時(shí)電磁閥YV2接通（Q0.1得電）液體B流進(jìn)容器，電磁閥YV1斷開（Q0.0失電）液體A不再進(jìn)入容器。當(dāng)容器液面高度上升到中液位SQ2時(shí)（I0.3得電），此時(shí)電磁閥YV3接通（Q0.2得電）液體C流進(jìn)容器，電磁閥YV2斷開（Q0.1失電）液體A不再進(jìn)入容器。當(dāng)容器液面高度上升到高液位SQ1時(shí)（I0.2得電），此時(shí)電磁閥YV3關(guān)閉（Q0.2失電）液體C不再流進(jìn)容器。同時(shí)電動(dòng)機(jī)開始轉(zhuǎn)動(dòng)（Q0.4得電），并啟動(dòng)定時(shí)器定時(shí)1分鐘。定時(shí)1分鐘到，電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)（Q0.4失電），放液電磁閥YV4接通（Q0.3得電），開始放出混合液體。當(dāng)容器液面高度下降到超低液位SQ4時(shí)（I0.5失電），繼續(xù)放液，同時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器T39定時(shí)20s。定時(shí)20s到后開始下一周期。5 總結(jié)多種液體自動(dòng)混合系統(tǒng)應(yīng)用比較廣泛，采用了可編程控制技術(shù)，使整個(gè)控制系統(tǒng)的可靠性和精度大大提高，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制。同時(shí)由于PLC擴(kuò)展容易，可以對(duì)它進(jìn)行擴(kuò)展，如只需增加I/O接口模塊就可擴(kuò)展原料系統(tǒng)的輸送控制；也可以與電爐控制系統(tǒng)連接，只需增加通信模塊就可實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)的通信，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)管理。本設(shè)計(jì)將控制作為一個(gè)整體的考慮，使各部分密切配合，協(xié)調(diào)動(dòng)作，共同完成多種液體混合的任務(wù)。電氣控制與可編程控制器是一門極其重要的課程，他綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)和通訊技術(shù)。在當(dāng)今由機(jī)械化向自動(dòng)化，信息化飛速發(fā)展的社會(huì)，PLC技術(shù)越來越受人們廣泛應(yīng)用，前景可觀，因此學(xué)會(huì)和運(yùn)用PLC，將對(duì)我們以后踏上工作崗位有極其重要的幫助。通過對(duì)本次PLC論文的研究，我了解到PLC的重要性。在此設(shè)計(jì)中，我遇到了很多困難，通過對(duì)自身的查找，我找出以下不足：1.不太會(huì)利用查翻資料。遇到困難，首先不先查資料，過多依賴同學(xué)的幫助，相對(duì)不獨(dú)立。2.學(xué)習(xí)認(rèn)真程度不夠，學(xué)習(xí)熱情不高，基礎(chǔ)相對(duì)薄弱，掌握知識(shí)太少。3.設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)時(shí)間合理安排上欠妥。但正是這次設(shè)計(jì)，讓我認(rèn)識(shí)到自己的不足，為以后的工作學(xué)習(xí)找到了方向和前進(jìn)的動(dòng)力。通過這次PLC課題論文的研究。我學(xué)會(huì)了PLC的基本編程方法，對(duì)PLC的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。在對(duì)理論的運(yùn)用中，提高了我的工程素質(zhì)，在沒有做實(shí)踐設(shè)計(jì)以前，我們對(duì)知識(shí)的掌握都是理論上的，對(duì)一些細(xì)節(jié)不加重視，當(dāng)我們把自己想出來