多種液體混合裝置課程設(shè)計報告書

1、 . . . A、課程設(shè)計目的2B、課程設(shè)計容21、課題概況說明2系統(tǒng)總體方案設(shè)計52.1 系統(tǒng)硬件配置與組成原理62.2 系統(tǒng)接線圖設(shè)計72.3.1 液位傳感器的選擇72.3.2 攪拌電機的選擇82.3.3 電磁閥的選擇82.3.4 按鈕開關(guān)的選擇 82.3.5熔斷器的選擇92.3.6熱繼電器的選擇92.3.7交流接觸器的選擇92.3.8電源刀開關(guān)92.3.9行程開關(guān)92.3.10PLC的選擇92.3.11 元件選擇102.1 程序流程圖102.2 I/O地址分配與接線圖112.2.1 I/O地址分配與功能表112.3 操作步驟12系統(tǒng)調(diào)試與結(jié)果分析144.1 系統(tǒng)調(diào)試144.2 結(jié)果分析1

2、4總結(jié)1517 / 17一 任務(wù)書課程設(shè)計任務(wù)書A、課程設(shè)計目的本課程是機械制造與自動化專業(yè)的專業(yè)必修課。課程設(shè)計的目的和任務(wù)在于使學(xué)生掌握機械設(shè)備電器控制的基本知識、基本原理和基本方法,以培養(yǎng)學(xué)生對電氣控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計的基本能力。加深學(xué)生對課程容的理解，驗證理論和鞏固、擴大所學(xué)的基本理論知識。B、課程設(shè)計容1、課題概況說明1. 總體控制要求：如面板圖所示，本裝置為三種液體混合模擬裝置，由液面?zhèn)鞲衅鱏L1、SL2、SL3，液體A、B、C閥門與混合液閥門由電磁閥YV1、YV2、YV3、YV4，攪勻電機M，加熱器H，溫度傳感器T組成。實現(xiàn)三種液體的混合，攪勻，加熱等功能。2. 打開“啟動”開關(guān)

3、，裝置投入運行時。首先液體A、B、C閥門關(guān)閉，混合液閥門打開10秒將容器放空后關(guān)閉。然后液體A閥門打開，液體A流入容器。當(dāng)液面到達SL3時，SL3接通，關(guān)閉液體A閥門，打開液體B閥門。液面到達SL2時，關(guān)閉液體B閥門，打開液體C閥門。液面到達SL1時，關(guān)閉液體C閥門。3. 攪勻電機開始攪勻、加熱器開始加熱。當(dāng)混合液體在6秒達到設(shè)定溫度，加熱器停止加熱，攪勻電機工作6秒后停止攪動；當(dāng)混合液體加熱6秒后還沒有達到設(shè)定溫度，加熱器繼續(xù)加熱，當(dāng)混合液達到設(shè)定的溫度時，加熱器停止加熱，攪勻電機停止工作。4. 攪勻結(jié)束以后，混合液體閥門打開，開始放出混合液體。當(dāng)液面下降到SL3時，SL3由接通變?yōu)閿嚅_，再

4、過2秒后，容器放空，混合液閥門關(guān)閉，開始下一周期。5. 關(guān)閉“啟動”開關(guān)，在當(dāng)前的混合液處理完畢后，停止操作。2、設(shè)計要求 1) 攪拌電機均為三相異步電動機，功率為4KW， 2) 控制電路可以手動調(diào)整。 3) 必須配有短路和過載保護。 4) 繪制電氣原理圖，手工繪制，用A3圖紙； 5）列出元件明細表，可以打印，用A3圖紙。6）控制電路可以用繼電器接觸器電路實現(xiàn)，也可以利用PLC結(jié)合繼電器接觸器實現(xiàn)；7）若采用PLC實現(xiàn)，必須畫出PLC控制系統(tǒng)的接線圖(A3,打印)和梯形圖。3、設(shè)計步驟 1) 電動機的選擇：根據(jù)設(shè)計要求需配備1臺電動機,4個電磁閥，根據(jù)設(shè)計要求查閱相關(guān)手冊選擇電機型號，注明所查

5、閱的手冊的名稱、頁碼。 2) 電氣原理圖的設(shè)計（要求有詳細的分析過程）：（1） 系統(tǒng)工作原理分析（2） 主電路設(shè)計（3） 控制電路設(shè)計 3）電氣元件型號的選擇：（1） 電源開關(guān)的選擇（2） 熱繼電器的選擇（3） 接觸器的選擇（4） 繼電器的選擇（5） 行程開關(guān)的選擇（6） 熔斷器的選擇（7） 按鈕的選擇（8） 變壓器的選擇（可選用）（9） 指示燈的選擇（可選用） (10) PLC的選擇（可選用）1. 概述1.1 機電傳動控制概述機電傳動（又稱電力傳動或電力拖動）是指以電動機為原動機驅(qū)動生產(chǎn)機械的系統(tǒng)之總稱。它的目的是將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，實現(xiàn)生產(chǎn)機械的啟動、停止以與速度調(diào)節(jié)，滿足各種生產(chǎn)工藝過程

6、的要求，保證生產(chǎn)過程正常運行。在現(xiàn)代工業(yè)中，為了實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化的要求，機電傳動不僅包括拖動生產(chǎn)機械的電動機，而且包括控制電動機的一整套控制系統(tǒng)。也就是說，現(xiàn)代機電傳動是和由各種控制元件組成的自動控制系統(tǒng)緊密地聯(lián)系在一起的，所以，本課程被命名為機電傳動控制（也稱為機械電氣控制）。從現(xiàn)代化生產(chǎn)的要求出發(fā)，機電傳動控制系統(tǒng)所要完成的任務(wù)，從廣義上講，就是要使生產(chǎn)機械設(shè)備、生產(chǎn)線、車間甚至整個工廠都實現(xiàn)自動化；從狹義上講，則專指控制電機驅(qū)動生產(chǎn)機械，實現(xiàn)產(chǎn)品數(shù)量的增加、產(chǎn)品質(zhì)量的提高、生產(chǎn)成本的降低工人勞動條件的改善以與能源的合理利用。例如，一些精密機床要求加工精度達百分之幾毫米，甚至幾微米；重型

7、鏜床為保證加工精度和控制表面粗糙度，要求能在極慢的穩(wěn)速下進給，即要求能在很寬的圍調(diào)速；軋鋼車間的可逆式軋機與其輔助操作頻繁，要求在不到一秒的時間疚能完成從正轉(zhuǎn)到反轉(zhuǎn)的過程，即要求能迅速地啟動、制動和反轉(zhuǎn)；對于電梯和提升機，要求啟動和制動平穩(wěn)，能并能準確地停止在給定的位置上；對于冷、熱連軋機以與造紙機的各機架或各部分，要求它們的轉(zhuǎn)速保持一定的比例關(guān)系，以便進行協(xié)調(diào)運轉(zhuǎn)；為了提高效率，要求對由數(shù)臺或數(shù)十臺設(shè)別組成的生產(chǎn)自動線實行統(tǒng)一控制和管理。諸如此類要求，都是靠電動機與其控制系統(tǒng)和機械傳動裝置來實現(xiàn)的。在近代機械工業(yè)的發(fā)展過程中，機電傳動的發(fā)展，經(jīng)歷了一個復(fù)雜的過程：（1） 電機的拖動的發(fā)展過程

8、如下：成組拖動多電機拖動（不同機構(gòu)由單獨電機拖動）單電機拖動（2） 控制系統(tǒng)的發(fā)展過程如下：繼電器控制接觸器控制電機放大機控制磁放大器控制電力功率晶體管控制計算機數(shù)字控制（PLC）由整個發(fā)展過程，不難看出，隨著機械加工要求不斷提高，機電傳動控制系統(tǒng)的復(fù)雜度也在不斷增加。本課程的重點在與控制部分，如何利用電氣元件或計算機控制電氣來拖動機械實現(xiàn)所要求的功能。在設(shè)計控制系統(tǒng)時，就要求設(shè)計人員對執(zhí)行元件（電動機）、控制元件的熟練掌握與運用，同時也要求對控要求進行了解。1.2 課程設(shè)計此次，我們小組設(shè)計的題目是“多種液體混合裝置的PLC控制”。本次設(shè)計是以三種液體混合為例，將三種液體按一定的比例混合，在

9、加熱攪拌后達到一定的溫度才能將混合液體輸出容器，從而達到精確的自動控制，此次設(shè)計主要容包括：I/O分配，梯形圖，接線圖，電氣原理圖等，經(jīng)過多次修改和調(diào)試，最終實現(xiàn)題目要求。第二章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計根據(jù)設(shè)計要求，本系統(tǒng)為兩種液體自動混合，需要對各種液體的液面的高度監(jiān)控，因此，需要運用到傳感器進行液面高度的監(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，則需要電機控制。對各個控件的控制，需要一個完整的控制流程，運用PLC技術(shù)進行編程，可以實現(xiàn)對各個控件的控制。具體控制方法根據(jù)題目要求，按下啟動按鈕時，A種液體進入容器，當(dāng)達到一定值時，停止進入，B種液體開始進入，當(dāng)達到一定值時，停止進入。

10、攪拌機進行攪拌，一分鐘后攪拌均勻，停止攪拌，放出液體。液體放出達到一定值時停止放出。液體的進入和放出，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)計方案。2.1 系統(tǒng)硬件配置與組成原理隨著科學(xué)技術(shù)的猛速發(fā)展，自動控制技術(shù)在人類活動的各個領(lǐng)域中的應(yīng)用越來越廣泛，它的水平已成為衡量一個國家生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)先進與否的一項重要標志。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)過程中十分重要的組成部分。我準備設(shè)計一個可以將兩種食用液體自動混合成飲料的控制裝置，兩種飲料分別命名為液體A和液體B?；镜脑O(shè)計硬件如下表所示：表2-1 設(shè)計硬件選擇名稱型號數(shù)

11、量微型計算機專用計算機1臺PLC主機單元三菱FX系列1臺兩種液體自動混合單元配套1臺通信電纜配套若干液體混合控制裝置控制的模擬實驗面板圖如圖2-1所示，此面板中，液面?zhèn)鞲衅饔免o子開關(guān)來模擬，啟動、停止用動合按鈕來實現(xiàn)，液體A閥門、液體B閥門、混合液閥門的打開與關(guān)閉以與攪勻電機的運行與停轉(zhuǎn)用發(fā)光二極管的點亮與熄滅來模擬。如圖2-2為攪拌機的立體示意圖。2.2 系統(tǒng)接線圖設(shè)計表3-3輸入/輸出接線列表面板SB1SB2HILYV1YV2YV3KMPLCX000X001X002X003X004Y001Y002Y003Y0002.3 硬件選擇2.3.1 液位傳感器的選擇選用LSF-2.5型液位傳感器其中

12、“L”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)可提供非常準確、可靠的液位檢測。其原理是依據(jù)光的反射折射原理，當(dāng)沒有液體時，光被前端的棱鏡面或球面反射回來；有液體覆蓋光電探頭球面時，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作并輸出一個開關(guān)量。應(yīng)用此原理可制成單點或多點液位開關(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)與原理如下：（1）工作壓力可達2.5Mpa。（2）工作溫度上限為125°C 。（3）觸點壽命為100萬次 。（4）觸點容量為70w 。（5）開關(guān)電壓為2

13、4V DC。 （6）切換電流為0.5A 。2.3.2 攪拌電機的選擇因為設(shè)計要求功率4kw，選用Y112M-4型電動機。相關(guān)元件主要技術(shù)參數(shù)與原理如下： 1) Y112M-4系列電動機是一般用途封閉自冷式三相異步電動機。2) 額定電壓為380V，額定頻率為50Hz，功率為4KW，采用星形接法。3) 電動機運行地點的海拔不超過1000m。隨季節(jié)變化，但不超過40°C 4) Y112M-4電動機效率高、節(jié)能、堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩高、噪音低、振動小、運行安全可靠。2.3.3 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)計序號，25表示口徑（mm

14、） 寬度。相關(guān)元件主要技術(shù)參數(shù)與原理如下： 1）材質(zhì)：聚四氟乙烯。使用介質(zhì)：硫酸、鹽酸、有機溶劑、化學(xué)試劑等酸堿性的液體。2）介質(zhì)溫度150/環(huán)境溫度-2060°C。3）使用電壓：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)與原理如下： 1）其最大特點就是能通過設(shè)備上的按鍵設(shè)置來控制流量，達到定時排空的效果。2）其閥體材料為：聚四氟乙烯，有比較

15、強的抗腐蝕能力。 3）使用電壓：AC：220 V50Hz/60Hz DC：24V。4）功率：AC：5KW。 2.3.4 按鈕開關(guān)的選擇 按鈕開關(guān)型號為KH-2204。 且SB1為綠色按鈕，因為是啟動按鈕，SB2是紅色按鈕，因為是停止按鈕。2.3.5熔斷器的選擇根據(jù)選擇出的電機型號，可大致計算該電機工作時的最大電流：再根據(jù)以下經(jīng)驗公式，計算出所需熔斷器的最大允許電流值，所以FU：RL-60/25,最大熔斷電流25A； 2.3.6熱繼電器的選擇根據(jù)前面算出的電動機工作電流，查2可直接選出熱繼電器，得如下結(jié)果 FR：LR1-D09310，整定電流圍46； 2.3.7交流接觸器的選擇根據(jù)前面計算出的電

16、動機工作電流值，可知交流接觸器的工作電流應(yīng)在25A以， 所以熱繼電器型號為：14JR20-252.3.8電源刀開關(guān)而在整個設(shè)計中，我們用到了一個刀開關(guān)，總閘一個（即控制電源，又控制照明燈）。故總閘刀開關(guān)QS選用藍色；查2選擇刀開關(guān)如下：QS：DZ20-100/3，藍色；2.3.9PLC的選擇 在本控制系統(tǒng)中，所需的開關(guān)量輸入為5點，開關(guān)量輸出為4點，考慮到系統(tǒng)的可擴展性和維修的方便性，選擇模塊式PLC。由于本系統(tǒng)的控制是順序控制，選用西門子S7-200系列PLC作控制單元來控制整個系統(tǒng)。之所以選擇這種PLC，主要考慮S7-200系列PLC有以下特點：1） 豐富的指令系統(tǒng)。除能實現(xiàn)一般的邏輯控制

17、外，還可進行運動控制、復(fù)雜數(shù)據(jù)處理，甚至可直接控制變頻器實現(xiàn)電動機調(diào)速控制。而且各類PLC產(chǎn)品的指令系統(tǒng)都具有向上兼容性，便于應(yīng)用程序的移植。 （2）快速的CPU處理速度、大程序容量。 （3）大的網(wǎng)絡(luò)通信功能。可直接連接調(diào)制解調(diào)器，可方便地與其他PLC或上位機連成通信網(wǎng)絡(luò)，通過上位計算機對生產(chǎn)現(xiàn)場的PLC進行實時監(jiān)控。在生產(chǎn)規(guī)模較大，所控制的機床達到兩臺以上時，可采用1：n上位通信方式，用一臺計算機管理多臺床，構(gòu)成一個二級分布式集一散控制系統(tǒng)。 （4）編程與監(jiān)控功能強大、維護簡單、價格適中。 2.3.11 元件選擇 元器件明細表2-2名稱型號數(shù)量備注按鈕開關(guān)KH-22042個液位傳感器LSF-

18、2.53個攪拌電動機Y112M-41個電磁閥（入液罐）VF4-252個電磁閥（出液罐）AVF-401個接觸器CJX1-9/220V1個電源開關(guān)DZ20-100/31個熱繼電器14JR20-252個繼電器LR1-D093103個行程開關(guān)JLXK1-311M1個熔斷器RL-60/253個2. 軟件設(shè)計2.1 程序流程圖圖2-1 程序流程圖2.2 I/O地址分配與接線圖2.2.1 I/O地址分配與功能表序號PLC地址（PLC端子）電氣符號（面板端子）功能說明1X00SD啟動（SD）2X01SL1液位傳感器SL13X02SL2液位傳感器SL24X03SL3液位傳感器SL35X04T溫度傳感器T6Y00

19、YV1進液閥門A7Y01YV2進液閥門B8Y02YV3進液閥門C9Y03YV4排液閥門10Y04YKM攪拌電機11Y05H加熱器12主機COM、面板COM接電源GND電源地端13主機COM0、COM1、COM2、COM3、COM4、COM5、接電源GND電源地端14面板V+接電源+24V電源正端2.2.2 PLC外部接線圖2-2 外部接線圖2.3 操作步驟1. 檢查課設(shè)設(shè)備中器材與調(diào)試程序。2. 按照I/O端口分配表或接線圖完成PLC與課設(shè)模塊之間的接線，認真檢查，確保正確無誤。3. 打開示例程序或用戶自己編寫的控制程序，進行編譯，有錯誤時根據(jù)提示信息修改，直至無誤，用SC-09通訊編程電纜連

20、接計算機串口與PLC通訊口，打開PLC主機電源開關(guān)，下載程序至PLC中，下載完畢后將PLC的“RUN/STOP”開關(guān)撥至“RUN”狀態(tài)。4. 打開“啟動”開關(guān)，SL1、SL2、SL3撥至OFF，觀察液體混合閥門YV1、YV2、YV3、YV4的工作狀態(tài)。5. 等待20S后，觀察液體混合閥門YV1、YV2、YV3、YV4的工作狀態(tài)有何變化，依次將SL1、SL2、SL3液面?zhèn)鞲衅靼庵罯N，觀察系統(tǒng)各閥門、攪動電機YKM與加熱器H的工作狀態(tài)。6. 將測溫傳感器的開關(guān)打到ON，觀察系統(tǒng)各閥門、攪動電機YKM與加熱器H的工作狀態(tài)。7. 關(guān)閉“啟動”開關(guān)，系統(tǒng)停止工作。2.3.1 PLC程序第四章 系統(tǒng)調(diào)試

21、與結(jié)果分析4.1 系統(tǒng)調(diào)試運用調(diào)試程序進行系統(tǒng)靜調(diào)。模擬兩種液體混合裝置的操作過程，對控制程序作一些改動，使之變成可連續(xù)運行的調(diào)試程序。具體作法如下：設(shè)PLC進入運行方式后：經(jīng)過一定的準備時間，模擬按下啟動按鈕，Y001的指示燈亮；一段時間后，液面上升到I位置，Y001的指示燈滅，Y002的指示燈亮；一段時間后，液面上升到H位置，Y002的指示燈滅，Y000的指示燈亮；一段時間后，Y000的指示燈滅，Y003的指示燈亮；一段時間后，液面低于L位置，Y003的指示燈滅，Y001的指示燈亮，當(dāng)前操作周期結(jié)束，自動進入下一個操作周期。在系統(tǒng)運行過程中，模擬按下停止按鈕，所有運行立即結(jié)束。調(diào)試結(jié)束。4.2