PLC課程設(shè)計(jì)（論文）液體混合控制裝置

1、plc實(shí)訓(xùn)洛陽(yáng)理工學(xué)院 plc課程設(shè)計(jì)專 業(yè)： 電氣自動(dòng)化技術(shù) 設(shè)計(jì)題目：液體混合控制裝置班 級(jí)： 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 目錄第一章 前言.31.1課程設(shè)計(jì)的目的31.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容及要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)3第二章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì).42.1 系統(tǒng)硬件配置及組成原理42.2 系統(tǒng)接線圖設(shè)計(jì)5第三章 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì).53.1 估算.53.2硬件電路設(shè)計(jì)53.2.1液位傳感器的選擇53.2.2 攪拌電機(jī)的選擇53.2.3 電磁閥的選擇53.2.4 接觸器53.3選型53.4分配表設(shè)計(jì)53.5 外部接線圖設(shè)計(jì)53.6 控制程序流程圖設(shè)計(jì)53.7 控制程序設(shè)計(jì)53.8 創(chuàng)新設(shè)計(jì)內(nèi)容5第四章 系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)

2、果分析.54.1 系統(tǒng)調(diào)試.54.2 結(jié)果分析5第五章 總結(jié).5參考文獻(xiàn).5附錄.51.1課程設(shè)計(jì)的目的在工藝加工最初，把多種原料再合適的時(shí)間和條件下進(jìn)行需要的加工以得到產(chǎn)品一直都是在人監(jiān)控或操作下進(jìn)行的，在后來(lái)多用繼電器系統(tǒng)對(duì)順序或邏輯的操作過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)化操作，但是現(xiàn)在隨著時(shí)代的發(fā)展，這些方式已經(jīng)不能滿足工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際需要。實(shí)際生產(chǎn)中需要更精確、更便捷的控制裝置。隨著科學(xué)技術(shù)的日新月異，自動(dòng)化程度要求越來(lái)越高，原來(lái)的液體混合遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足當(dāng)前自動(dòng)化的需要?？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)

3、，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)混合控制系統(tǒng)的特點(diǎn)：1） 系統(tǒng)自動(dòng)工作；2） 控制的單周期運(yùn)行方式；3） 由傳感器送入設(shè)定的參數(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制；4） 啟動(dòng)后就能自動(dòng)完成一個(gè)周期的工作，并循環(huán)。本系統(tǒng)采用plc是基于以下兩個(gè)原因：1） plc具有很高的可靠性，通常的平均無(wú)故障時(shí)間高；2） 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(lái)實(shí)現(xiàn)。根據(jù)多種液體自動(dòng)混合系統(tǒng)的要求與特點(diǎn)，我們采用的plc具有小型化、高速度、高性能等特點(diǎn)，可編程控制器指令豐富，可以接各種輸出、輸入擴(kuò)充設(shè)備，有豐富的特殊擴(kuò)展設(shè)備，其中的模擬輸入設(shè)備和通信設(shè)備是系統(tǒng)所必需的

4、，能夠方便地聯(lián)網(wǎng)通信。這次課程設(shè)計(jì)的目的就是設(shè)計(jì)一個(gè)集plc技術(shù)，自動(dòng)控制技術(shù)，自動(dòng)化儀表技術(shù)，系統(tǒng)仿真技術(shù)于一體的功能較全的多種液體自動(dòng)混合的自動(dòng)裝置。1.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容及要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)利用西門子plc的s7-200系列設(shè)計(jì)兩種液體混合裝置控制系統(tǒng)。在實(shí)驗(yàn)之前將容器中的液體放空，按動(dòng)啟動(dòng)按鈕sb1后，電磁閥y1通電打開，液體a流入容器。當(dāng)液位高度達(dá)到i時(shí)，液位傳感器i接通，此時(shí)電磁閥y1斷電關(guān)閉，而電磁閥y2通電打開，液體b流入容器。當(dāng)液位達(dá)到l1時(shí)，液位傳感器l1接通，這時(shí)電磁閥y2斷電關(guān)閉，同時(shí)啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)m攪拌。1分鐘后電動(dòng)機(jī)m停止攪拌，這時(shí)電磁閥y3通電打開，放出混合液去下道工序。當(dāng)液位高

5、度下降到l3后，再延時(shí)2s電磁閥y3斷電關(guān)閉，并同時(shí)開始新的周期。需要完成的內(nèi)容有：1） 編寫輸入輸出對(duì)照表。包括信號(hào)名稱、外部元件號(hào)、內(nèi)部繼電器號(hào)；2） 繪制plc外部接線圖；3） 繪制功能流程圖；4） 編寫、調(diào)試梯形圖或語(yǔ)序表。圖1-1 兩種液體混合裝置第二章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本系統(tǒng)為兩種液體自動(dòng)混合，需要對(duì)各種液體的液面的高度監(jiān)控，因此，需要運(yùn)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。具體控制方法根據(jù)題目要求，按下啟動(dòng)按鈕時(shí)，a

6、種液體進(jìn)入容器，當(dāng)達(dá)到一定值時(shí)，停止進(jìn)入，b種液體開始進(jìn)入，當(dāng)達(dá)到一定值時(shí)，停止進(jìn)入。攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌，一分鐘后攪拌均勻，停止攪拌，放出液體。液體放出達(dá)到一定值時(shí)停止放出。液體的進(jìn)入和放出，需要電磁閥的控制，液面的深度需要傳感器的控制。下面就是系統(tǒng)總體的設(shè)計(jì)方案。2.1 系統(tǒng)硬件配置及組成原理隨著科學(xué)技術(shù)的猛速發(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(lái)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、飲料等行業(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(guò)程中十分重要的組成部分。我準(zhǔn)備設(shè)計(jì)一個(gè)可以將兩種食用液體自動(dòng)混合成飲料的控制裝置，兩種飲

7、料分別命名為液體a和液體b?；镜脑O(shè)計(jì)硬件如下表所示：表2-1 設(shè)計(jì)硬件選擇名稱型號(hào)數(shù)量微型計(jì)算機(jī)專用計(jì)算機(jī)1臺(tái)plc主機(jī)單元西門子s7-200系列1臺(tái)兩種液體自動(dòng)混合單元配套1臺(tái)通信電纜配套若干液體混合控制裝置控制的模擬實(shí)驗(yàn)面板圖如圖2-1所示，此面板中，液面?zhèn)鞲衅饔免o子開關(guān)來(lái)模擬，啟動(dòng)、停止用動(dòng)合按鈕來(lái)實(shí)現(xiàn)，液體a閥門、液體b閥門、混合液閥門的打開與關(guān)閉以及攪勻電機(jī)的運(yùn)行與停轉(zhuǎn)用發(fā)光二極管的點(diǎn)亮與熄滅來(lái)模擬。如圖2-2為攪拌機(jī)的立體示意圖。圖2-1 液體混合控制裝置控制的模擬實(shí)驗(yàn)面板圖 圖2-2攪拌機(jī)的立體示意圖2.2 系統(tǒng)接線圖設(shè)計(jì)表3-3輸入/輸出接線列表面板sb1sb2l1il3y1

8、y2y3kmplci0.3i0.4i0.1i0.3i0.2q0.3q0.0q0.1q0.2 第三章 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1 估算首先統(tǒng)計(jì)被控設(shè)備對(duì)輸入、輸出點(diǎn)的總需求量，把被控設(shè)備的信號(hào)源一一列出，認(rèn)真分析輸入、輸出點(diǎn)的信號(hào)類型。在初始狀態(tài)時(shí)，根據(jù)要求要實(shí)現(xiàn)液體的自動(dòng)混合導(dǎo)出控制，在開始操作之前，各閥門必須為關(guān)閉狀態(tài)，容器為空。此時(shí)液體控制電磁閥y1=y2=y3=off狀態(tài)；傳感器l1=l2=l3=off狀態(tài)；電動(dòng)機(jī)m為關(guān)閉狀態(tài)。在啟動(dòng)操作中，當(dāng)裝置和液體的都準(zhǔn)備好之后，按下啟動(dòng)按鈕,開始下列操作:1) y1=on,液體a流入容器;當(dāng)液面到達(dá)l2時(shí),y1=off,y2=on;2) 液體b流入,液面

9、達(dá)到l1時(shí),y2=off,m=on,電動(dòng)機(jī)開始進(jìn)行液體的充分混合攪拌;3) 當(dāng)混合液體攪拌均勻后(設(shè)時(shí)間為4s),m=off,y3=on,開始放出混合液體;4) 當(dāng)液體下降到l3時(shí),l3從on變?yōu)閛ff,把時(shí)間控制為再過(guò)2s后容器放空,關(guān)閉y3,y3=off完成一個(gè)操作周期;5) 在只要沒(méi)有按停止按鈕的狀態(tài)下,則自動(dòng)進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)操作周期。在停止操作中，當(dāng)工作完成之后需要關(guān)閉系統(tǒng)，按一下停止按鈕,則在當(dāng)前混合操作周期結(jié)束后,才停止操作。從而使系統(tǒng)停止在開始狀態(tài)，以便下次啟動(dòng)系統(tǒng)時(shí)能夠順利的開始系統(tǒng)的循環(huán)。根據(jù)以上分析，對(duì)plc來(lái)說(shuō)，需要提供5個(gè)輸入點(diǎn)和4個(gè)輸出點(diǎn)。除了以上的輸入輸出點(diǎn)意外，pl

10、c與計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、crt顯示器等設(shè)備連接，需要用專用接口，也應(yīng)計(jì)算在內(nèi)?？紤]到在實(shí)際安裝、調(diào)試和應(yīng)用中，還有可能發(fā)現(xiàn)一些估算中未預(yù)見到的因素，要根據(jù)實(shí)際情況增加一些輸入、輸出信號(hào)。因此，要按估計(jì)數(shù)再增加15%20%的輸入、輸出點(diǎn)數(shù)，以備將來(lái)調(diào)整、擴(kuò)充使用。綜上所述，i/o估算為：輸入點(diǎn)點(diǎn)數(shù)為8，輸出點(diǎn)點(diǎn)數(shù)為7。3.2硬件電路設(shè)計(jì)3.2.1液位傳感器的選擇選用lsf-2.5型液位傳感器其中“l(fā)”表示光電的，“s”表示傳感器，“f”表示防腐蝕的，2.5為最大工作壓力。lsf系列液位開關(guān)可提供非常準(zhǔn)確、可靠的液位檢測(cè)。其原理是依據(jù)光的反射折射原理，當(dāng)沒(méi)有液體時(shí)，光被前端的棱鏡面或球面反射回來(lái)；有液

11、體覆蓋光電探頭球面時(shí)，光被折射出去，這使得輸出發(fā)生變化，相應(yīng)的晶體管或繼電器動(dòng)作并輸出一個(gè)開關(guān)量。應(yīng)用此原理可制成單點(diǎn)或多點(diǎn)液位開關(guān)。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)及原理如下：（1）工作壓力可達(dá)2.5mpa（2）工作溫度上限為125c（3）觸點(diǎn)壽命為100萬(wàn)次（4）觸點(diǎn)容量為70w（5）開關(guān)電壓為24v dc（6）切換電流為0.5a3.2.2 攪拌電機(jī)的選擇選用ej15-3型電動(dòng)機(jī)其中“e”表示電動(dòng)機(jī)，“j”表示交流的，15為設(shè)計(jì)序號(hào)，3為最大工作電流相關(guān)元件主要技術(shù)參數(shù)及原理如下：ej15系列電動(dòng)機(jī)是一般用途的全封閉自扇冷式鼠

12、籠型三相異步電動(dòng)機(jī)。（1）額定電壓為220v，額定頻率為50hz，功率為2.5kw，采用三角形接法。（2）電動(dòng)機(jī)運(yùn)行地點(diǎn)的海拔不超過(guò)1000m。工作溫度-1540c /濕度90%。（3）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。其硬件接線如圖2。圖2 硬件接線3.2.3 電磁閥的選擇（1）入罐液體選用vf4-25型電磁閥其中“v”表示電磁閥，“f”表示防腐蝕，4表示設(shè)計(jì)序號(hào)，25表示口徑（mm） 寬度。相關(guān)元件主要技術(shù)參數(shù)及原理如下：1）材質(zhì)：聚四氟乙烯。使用介質(zhì)：硫酸、鹽酸、有機(jī)溶劑、化學(xué)試劑等酸堿性的液體。2）介質(zhì)溫度150/環(huán)境溫度-2060c。3）使用電

13、壓：ac：220 v50hz/60hz dc：24v。4）功率：ac：2.5kw。5）操作方式：常閉：通電打開、斷電關(guān)閉，動(dòng)作響應(yīng)迅速，高頻率。（2）出罐液體選用avf-40型電磁閥其中“a”表示可調(diào)節(jié)流量，“v”表示電磁閥，“f”表示防腐蝕，40為口徑(mm)相關(guān)元件主要技術(shù)參數(shù)及原理如下：1）其最大特點(diǎn)就是能通過(guò)設(shè)備上的按鍵設(shè)置來(lái)控制流量，達(dá)到定時(shí)排空的效果。2）其閥體材料為：聚四氟乙烯，有比較強(qiáng)的抗腐蝕能力。3）使用電壓：ac：220 v50hz/60hz dc：24v。4）功率：ac：5kw。3.2.4 接觸器選用cj20-10/cj20-16型接觸器其中“c”表示接觸器，“j”表示交

14、流，20為設(shè)計(jì)編號(hào)，10/16為主觸頭額定電流相關(guān)元件主要技術(shù)參數(shù)及原理如下：（1）操作頻率為1200/h（2）機(jī)電壽命為1000萬(wàn)次（3）主觸頭額定電流為10/16（a）（4）額定電壓為380/220（a）（5）功率為2.5kw3.3選型plc的型號(hào)、規(guī)格繁多，根據(jù)前面的i/o估算，再查閱西門子plc編程手冊(cè)中的相關(guān)表格，確定plc選型。因?yàn)辄c(diǎn)數(shù)在30以內(nèi)，所以選擇s7-200系列。3.4分配表設(shè)計(jì)在了解了系統(tǒng)工藝要求和控制要求后,接著要做的就是將i/o通道分配給plc的指定i/o端子,具體如表3-2所示。表3-2 i/o分配表分類元件端子號(hào)作用輸入sb1i0.3起動(dòng)按鈕sb2i0.4停止按

15、鈕l1i0.1液面高位傳感器l2i0.3液面中位傳感器l3i0.2液面低位傳感器輸出mq0.2攪拌電動(dòng)機(jī)y1q0.0液體a流入電磁閥y2q0.1液體b流入電磁閥y3q0.3放出混合液體電磁閥3.5 外部接線圖設(shè)計(jì)圖3-1 plc外部接線圖圖3-2 裝置操作面板如圖3-1所示，plc外部接線圖左邊一排為輸入，其中i0.3，i0.1，i0.3，i0.2，i0.4分別與sb1，sb2，l1，l2，l3相連;右邊一排為輸出，其中q0.2，q0.0，q0.1，q0.3分別與y1，y2，y3，km相連。如圖3-2所示起停按鈕p1，p2分別與主機(jī)的i0.3，i0.4相連，液面?zhèn)鞲衅鱬3，p4，p5分別與主機(jī)

16、的輸入點(diǎn)i0.1，i0.3，i0.2相接，液體a閥門，液體b閥門，混合液體閥門和攪拌機(jī)p6，p7，p8，p9分別與主機(jī)的輸出點(diǎn)q0.0，q0.1，q0.3，q0.2相連。3.6 控制程序流程圖設(shè)計(jì)圖3-3 控制程序流程圖3.7 控制程序設(shè)計(jì)根據(jù)系統(tǒng)的要求及i/o通道分配,寫出繼電器梯形圖，如圖3-4所示。具體設(shè)計(jì)思路如下：1) 起始操作在按啟動(dòng)按鈕i0.3之后，使q0.2得電，斷開電磁閥y1，從而使液體a流入容器。2) 當(dāng)液位上升到i時(shí)當(dāng)液面上升到i時(shí),i0.2由off變?yōu)閛n,使q0.2復(fù)位，關(guān)閉電磁閥y1。同時(shí)使q0.0置位，斷開電磁閥y2，從而使液體b流入容器。3)當(dāng)液位上升到l1時(shí)當(dāng)液

17、面上升到l1時(shí), i0.1由off狀態(tài)變?yōu)閛n狀態(tài),使q0.0復(fù)位，關(guān)閉電磁閥y2。同時(shí)使q0.3置位，啟動(dòng)攪拌機(jī)m。此時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器t37，4s后t37動(dòng)作，使q0.3復(fù)位。4)攪拌均勻后放出混合液體在q0.3的下降沿通過(guò)后沿微分指令difd使q0.1置位,斷開電磁閥y3,開始放出混合液體。5)當(dāng)液位下降到l3時(shí)當(dāng)液位下降到l3時(shí),q0.1由on變?yōu)閛ff,啟動(dòng)器t38,2s后使q0.1復(fù)位, 關(guān)閉電磁閥y3,此時(shí)電磁閥已放空。6)自動(dòng)循環(huán)工作在沒(méi)有按停止按鈕i0.4的情況下,系統(tǒng)將在t38的記時(shí)時(shí)間到了時(shí),使q0.2置位,自動(dòng)進(jìn)入下一操作周期。從而實(shí)現(xiàn)混合液體plc自動(dòng)控制的循環(huán)工作。7)停

18、止操作當(dāng)按下停止按鈕時(shí),停止按鈕i0.4為on狀態(tài),不能使電磁閥y1斷開,系統(tǒng)執(zhí)行完本周期的操作后,將自動(dòng)停留在初始狀態(tài)。使用s7-200西門子簡(jiǎn)易編程器編入梯形圖，如下所示。第四章 系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析4.1 系統(tǒng)調(diào)試運(yùn)用調(diào)試程序進(jìn)行系統(tǒng)靜調(diào)。模擬兩種液體混合裝置的操作過(guò)程，對(duì)控制程序作一些改動(dòng)，使之變成可連續(xù)運(yùn)行的調(diào)試程序。具體作法如下：設(shè)plc進(jìn)入運(yùn)行方式后：經(jīng)過(guò)一定的準(zhǔn)備時(shí)間，模擬按下啟動(dòng)按鈕，q0.2的指示燈亮；一段時(shí)間后，液面上升到i位置，q0.2的指示燈滅，q0.0的指示燈亮；一段時(shí)間后，液面上升到l1位置，q0.0的指示燈滅，q0.3的指示燈亮；一段時(shí)間后，q0.3的指示燈滅，q0.1的指示燈亮；一段時(shí)間后，液面低于l3位置，q0.1的指示燈滅，q0.2的指示燈亮，當(dāng)前操作周期結(jié)束，自動(dòng)進(jìn)入下一個(gè)操作周期。在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，模擬按下停止按鈕，所有運(yùn)行立即結(jié)束。調(diào)試結(jié)束。4.2 結(jié)果分析基于以上設(shè)計(jì)與調(diào)試，兩種液體混合裝置的系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本結(jié)束。測(cè)試結(jié)果滿足課題給定要求。第五章 總結(jié)此次機(jī)plc課程設(shè)計(jì)是非常難得的一次理論與實(shí)踐相結(jié)合的機(jī)會(huì)，通過(guò)這次對(duì)“ 多種液體自動(dòng)混合裝置的plc控制”的設(shè)計(jì)使我擺脫了單純理論學(xué)習(xí)的狀態(tài)，和眼高手 低的毛病，使我了解到plc的重要性。在此次計(jì)中，我們遇到了許多困難，通過(guò)對(duì)自身的查找，我