多種液體自動(dòng)混合控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

-.z.揚(yáng)州大學(xué)本科生課程設(shè)計(jì)報(bào)告題目多種液體自動(dòng)混合控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程電氣控制及可編程控制器專業(yè)電氣工程及其自動(dòng)化班級(jí)電氣1102學(xué)號(hào)姓名指導(dǎo)教師王永華完成日期2014年12月29日目錄1.緒論21.1課程題目21.2設(shè)計(jì)目的及要求21.3原始資料21.4課題要求31.5日程安排31.6主要參考書32.器件選擇42.1總體構(gòu)造42.2具體器件的選擇52.2.1液位傳感器的選擇52.2.2溫度傳感器的選擇5攪拌電動(dòng)機(jī)的選擇6電磁閥的選擇6接觸器的選擇7熱繼電器的選擇73.程序設(shè)計(jì)83.1總體設(shè)計(jì)思路83.2PLC輸入輸出口分配103.3主電路設(shè)計(jì)113.4液體混合裝置的輸入輸出接線圖113.5液體混合裝置的梯形圖134.安裝、接線及系統(tǒng)聯(lián)合測(cè)試155.后期工作156.總結(jié)167.參考文獻(xiàn)171.緒論1.1課程題目多種液體自動(dòng)混合控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.2設(shè)計(jì)目的及要求1、熟悉電氣控制系統(tǒng)的一般設(shè)計(jì)原則、設(shè)計(jì)容及設(shè)計(jì)程序。2、掌握電氣設(shè)計(jì)制圖的根本規(guī)，熟練掌握PLC程序設(shè)計(jì)的方法和步驟。3、學(xué)會(huì)收集、分析、運(yùn)用電氣設(shè)計(jì)有關(guān)資料及數(shù)據(jù)。4、培養(yǎng)獨(dú)立工作和工程設(shè)計(jì)能力以及綜合運(yùn)用專業(yè)知識(shí)解決實(shí)際工程技術(shù)問(wèn)題的能力。1.3原始資料初始時(shí)，容器為空，Y1、Y2、Y3、Y4電磁閥和M攪拌機(jī)均為OFF，液面?zhèn)鞲衅鱈1、L2、L3為OFF。按下啟動(dòng)按鈕，開場(chǎng)以下操作：1、Y1、Y2為ON，液體A和B同時(shí)注入容器，當(dāng)液面到達(dá)L2時(shí)，L2為ON，使Y1、Y2為OFF，Y3為ON，即關(guān)閉Y1、Y2閥門，翻開液體C的閥門Y3。2、液面到達(dá)L1時(shí)，Y3為OFF，M為ON，即關(guān)閉閥門Y3，電動(dòng)機(jī)起動(dòng)開場(chǎng)攪拌。3、經(jīng)10S攪勻后，M為OFF，停頓攪拌，H為ON，加熱器開場(chǎng)加熱。4、當(dāng)混合液體溫度到達(dá)*一指定值時(shí)，T為ON，H為OFF，停頓加熱，使電磁閥Y4為ON，開場(chǎng)放出混合液體。5、當(dāng)液體高度降為L(zhǎng)3后，L3從ON到OFF，再經(jīng)5S，容器放空，Y4為OFF，開場(chǎng)下一周期。當(dāng)按下停頓按鈕后，在當(dāng)前的混合操作處理完畢后，停頓操作，停在初始狀態(tài)。1.4課題要求1、設(shè)計(jì)原則：國(guó)家現(xiàn)行有關(guān)電氣設(shè)計(jì)規(guī)及主管部門規(guī)定等。2、設(shè)計(jì)圍：控制系統(tǒng)主電路及控制電路設(shè)計(jì)，電器設(shè)備選型。3、設(shè)計(jì)成果：課程設(shè)計(jì)報(bào)告〔設(shè)計(jì)說(shuō)明書及計(jì)算書等〕，主電路圖、控制電路圖、流程圖、I/O端子接線圖、梯形圖及程序?！菜谐晒鶓?yīng)為打印稿〕。1.5日程安排本次課程設(shè)計(jì)時(shí)間共一周，進(jìn)度安排如下：1、設(shè)計(jì)準(zhǔn)備，熟悉有關(guān)電氣設(shè)計(jì)規(guī)，熟悉課題設(shè)計(jì)要求及容?！?天〕2、分析控制要求、主電路及控制電路方案設(shè)計(jì)。〔1天〕3、繪制控制流程圖、I/O端子接線圖?！?天〕4、梯形圖設(shè)計(jì)、編制程序及程序說(shuō)明?！?天〕5、整理計(jì)算書及圖紙、寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告?！?天〕1.6主要參考書1、"電氣控制與可編程控制器應(yīng)用技術(shù)"郁漢琪主編東南大學(xué)2、"工廠電氣控制技術(shù)"方承遠(yuǎn)主編機(jī)械工業(yè)3、"可編程控制器原理應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)"徐世許主編中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)4、"工廠常用電氣設(shè)備手冊(cè)"〔第2版〕上、下冊(cè)中國(guó)電力2.器件選擇2.1總體構(gòu)造從圖2-1中可知設(shè)計(jì)的液體混合裝置主要完成三種液體的自動(dòng)混合攪拌并控制溫度，如圖2-1所示。此裝置需要控制的元件有：其中L1、L2、L3為液面?zhèn)鞲衅?，液面淹沒(méi)該點(diǎn)時(shí)為ON。Y1、Y2、Y3、Y4為電磁閥，M為攪拌電機(jī)，T為溫度傳感器，H為加熱器。另外還有控制電磁閥和電動(dòng)機(jī)的1個(gè)交流接觸器KM。所有這些元件的控制都屬于數(shù)字量控制，可以通過(guò)引線與相應(yīng)的控制系統(tǒng)連接從而到達(dá)控制效果。圖2.1液體混合灌裝機(jī)2.2具體器件的選擇2.2.1液位傳感器的選擇選用LSF-2.5型液位傳感器其中“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(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125°C〔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24VDC〔6〕切換電流為0.5A3.3在本實(shí)驗(yàn)中，I/O接線圖中用限位開關(guān)來(lái)代替液位傳感器。溫度傳感器的選擇選用KTY81-210A型溫度傳感器其中“T〞表示溫度KTY系列溫度傳感器采用進(jìn)口Philips硅電阻元件精心制作而成，具有精度高，穩(wěn)定性好，可靠性強(qiáng)，產(chǎn)品壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn),該溫度傳感器已廣泛應(yīng)用于電機(jī)變頻調(diào)速溫度控制，太陽(yáng)能熱水器溫度測(cè)量領(lǐng)域彩印設(shè)備溫控，汽車油溫測(cè)量、發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)、工業(yè)控制系統(tǒng)中過(guò)熱保護(hù)、加熱控制系統(tǒng)、電源供電保護(hù)等。選用KTY81-210A型溫度傳感器。相關(guān)元件主要技術(shù)參數(shù)及原理如下：〔1〕測(cè)量溫度圍為-50~150℃℃〔2〕溫度系數(shù)TC為0.79%/K〔3〕精度等級(jí)為0.5%〔4〕公稱壓力為0.6MPa攪拌電動(dòng)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籠型三相異步電動(dòng)機(jī)?！?〕額定電壓為220V，額定頻率為50Hz，功率為2.5KW，采用三角形接法?！?〕電動(dòng)機(jī)運(yùn)行地點(diǎn)的海拔不超過(guò)1000m。工作溫度-15～40°C/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)行平安可靠。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-20～60°C。3〕使用電壓：AC：220V50Hz/60HzDC：24V。4〕功率：AC：2.5KW。5〕操作方式：常閉：通電翻開、斷電關(guān)閉，動(dòng)作響應(yīng)迅速，高頻率?！?〕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，到達(dá)定時(shí)排空的效果。2〕其閥體材料為：聚四氟乙烯，有比擬強(qiáng)的抗腐蝕能力。3〕使用電壓：AC：220V50Hz/60HzDC：24V。4〕功率：AC：5KW。接觸器的選擇選用CJ20-10/CJ20-16型接觸器其中“C〞表示接觸器，“J〞表示交流，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2.5KW熱繼電器的選擇選用JR16B-60/3D型熱繼電器其中“J〞表示繼電器，“D〞帶斷相保護(hù)相關(guān)元件主要技術(shù)參數(shù)及原理如下：〔1〕額定電流為20〔A〕〔2〕熱元件額定電流為32/45〔A〕3.程序設(shè)計(jì)3.1總體設(shè)計(jì)思路經(jīng)過(guò)對(duì)上述設(shè)計(jì)要求的深入思考后，對(duì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程有了一定的構(gòu)架。具體的想法有一下幾點(diǎn)：系統(tǒng)為多種液體自動(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)展液面高度的監(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)展編程，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種液體進(jìn)入容器，當(dāng)?shù)竭_(dá)一定值時(shí)，停頓進(jìn)入，B種液體開場(chǎng)進(jìn)入，當(dāng)?shù)竭_(dá)一定值時(shí)，停頓進(jìn)入C種液體開場(chǎng)進(jìn)入，當(dāng)?shù)竭_(dá)一定深度停頓所有液體進(jìn)入。攪拌機(jī)進(jìn)展攪拌，一分鐘后攪拌均勻，停頓攪拌，放出液體。經(jīng)20s后停頓放出，按停頓鍵停頓操作。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。對(duì)于本課題來(lái)說(shuō)，如果液體混合系統(tǒng)局部是一個(gè)較大規(guī)模工業(yè)控制系統(tǒng)的改造升級(jí)，新控制裝置需要根據(jù)企業(yè)設(shè)備和工藝現(xiàn)況來(lái)構(gòu)成并需盡可能的利用舊系統(tǒng)中的元器件。對(duì)于人機(jī)交互方式改造后系統(tǒng)的操作模式應(yīng)盡量和改造前的相類似，以便于操作人員迅速掌握。從企業(yè)的改造要求可以看出在新控制系統(tǒng)中既需要處理模擬量也需要處理大量的開關(guān)量，系統(tǒng)的可靠性要高，人機(jī)交互界面友好，應(yīng)具備數(shù)據(jù)儲(chǔ)存和分析匯總的能力。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，現(xiàn)在就這個(gè)問(wèn)題的如何實(shí)現(xiàn)以及選擇怎樣的方法來(lái)確定系統(tǒng)方案?？刂屏鞒虉D如下。圖3-1液體混合裝置流程圖3.2PLC輸入輸出口分配輸入/輸出地址分配如表1表1液體混合裝置輸入/輸出地址分配輸入點(diǎn)地址功能輸出點(diǎn)地址功能*0SB0啟動(dòng)按鈕Y0電磁閥Y1*1SB1停頓按鈕Y1電磁閥Y2*2L2液位傳感器Y2電磁閥Y3*3L3液位傳感器Y3攪拌機(jī)M*4L1液位傳感器Y4加熱器H*5T溫度傳感器Y5電磁閥Y4*6FR常閉觸點(diǎn)3.3主電路設(shè)計(jì)因?yàn)橹挥袛嚢铏C(jī)是電動(dòng)機(jī)控制的，所以主電路只需要一個(gè)電機(jī)控制，并攪拌機(jī)只有啟動(dòng)與停頓兩種工作狀態(tài)，因此只需要一組主觸點(diǎn)。主電路如下。圖3-1液體混合裝置流程圖圖3-2液體混合裝置的主電路3.4液體混合裝置的輸入輸出接線圖〔1〕兩種液體的進(jìn)人當(dāng)PLC接通電源后，按下啟動(dòng)按鈕SB0后，觸點(diǎn)*0接通，由于有微分指令DF，使該路只接通一掃描周期，通過(guò)保持指令KP使Y1、Y2輸出繼電器線圈得電并保持，分別與之相接的Y1、Y2電磁閥帶電接通，流進(jìn)兩種不同成分的液體?！?〕第三種液體的進(jìn)人當(dāng)液體到達(dá)L2液位傳感器的位置時(shí)，*2輸人繼電器接通使Y1、Y2關(guān)閉，同時(shí)地址為16的*2接通，利用KP指令使輸出繼電器Y3接通并保持，與之相連的Y3電磁閥得電接通，第3種液體流進(jìn)液罐。〔3〕攪拌機(jī)工作當(dāng)液位到達(dá)L1液位傳感器的位置時(shí)，該傳感器檢測(cè)到該信息，使*l輸人繼電器線圈得電，在梯形圖中它的*1常開觸點(diǎn)接通，通過(guò)KP指令復(fù)位端，使輸出繼電器Y3關(guān)閉，與之相連的硯電磁閥關(guān)閉，同時(shí)接通地址為32的*1常開觸點(diǎn)，使代表攪拌機(jī)Y5的輸出繼電器接通?！?〕加熱器工作攪拌機(jī)通過(guò)Y5的輸出信號(hào)得電并開場(chǎng)攪拌，并用TIMY0定時(shí)器定時(shí)，定時(shí)時(shí)間為10s。10s到后，地址為45的定時(shí)器常開觸點(diǎn)T0接通，使Y6輸出繼電器得電，與之相連的加熱器H這時(shí)接通，開場(chǎng)加熱液體，同時(shí)關(guān)閉Y5使攪拌機(jī)M停頓?！?〕混合液體開場(chǎng)排出當(dāng)液體溫度到達(dá)預(yù)定溫度時(shí)，溫度傳感器T檢測(cè)到該信息，同時(shí)梯形圖中地址為47的*4接通使Y6失電，從而使加熱器H關(guān)閉，同時(shí)接通地址為51的*4常開觸點(diǎn)，使*4接通，與之相連的Y4電磁閥翻開，排出攪拌均勻后的混合液體?！?〕混合液體排完當(dāng)液位低于L3液位傳感器的位置時(shí)，L3液位傳感器由通到斷，使*3也由通到斷，這樣相當(dāng)于一個(gè)下降沿，驅(qū)使DF產(chǎn)生一個(gè)掃描周期的脈沖，通過(guò)KP指令置位端使輔助繼電器R0接通，接通后使定時(shí)器TMY1定時(shí)，大約5s時(shí)間，液體排完?！?〕重復(fù)液體混合過(guò)程重復(fù)液體混合過(guò)程是通過(guò)并聯(lián)在梯形圖地址為2位置上的定時(shí)器TMY1常開觸點(diǎn)實(shí)現(xiàn)的。同時(shí)T1常開觸點(diǎn)也接通，通過(guò)保持保持指令KP使R0復(fù)位，定時(shí)器關(guān)閉。液體混合裝置輸人輸出接線圖如下。圖3-3液體混合裝置的I/O接線圖3.5液體混合裝置的梯形圖圖3-4液體混合裝置的梯形圖多種液體混合自動(dòng)裝置指令表如下：LD0.00ANDNOT10.05OR10.00OR10.07ANDNOT0.02ANDNOT10.06OUT10.00OUT10.01LD0.02ANDNOT0.04ANDNOT10.05OUT10.02LD0.04ANDNOT10.04ANDNOT10.05OUT10.03TIM001*100LDTIM001OR10.04ANDNOT0.05OUT10.04LD0.05AND0.03OR10.05ANDNOTTIM002OUT10.05ANDNOT0.03TIM002*50LD0.01OR10.06ANDNOT0.00OUT10.06LDTIM002OR10.07ANDNOT10.06ANDNOT10.00OUT10.074.安裝、接線及系統(tǒng)聯(lián)合測(cè)試按照電氣設(shè)計(jì)圖完成接線，對(duì)程序系統(tǒng)與電氣系統(tǒng)進(jìn)展聯(lián)合測(cè)試，詳細(xì)步驟略。如不滿足要求，再回去修改程序或檢查接線，直到滿足要求為止。5.后期工作1、操作過(guò)程簡(jiǎn)要說(shuō)明本實(shí)驗(yàn)在試驗(yàn)箱上模擬了多液體自動(dòng)混合裝置的工作過(guò)程，用按鈕代替液面出發(fā)開關(guān)，用信號(hào)燈表示閥門和電動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)〔1〕啟動(dòng)開接通時(shí)，系統(tǒng)開場(chǎng)工作，電磁閥Y1、Y2翻開,A和B液體注入〔Y0、Y1燈亮〕。當(dāng)起動(dòng)開關(guān)斷開時(shí)，信號(hào)燈運(yùn)行完一個(gè)周期后才熄滅?！?〕當(dāng)液體液位到達(dá)SQ4位置時(shí)，觸動(dòng)開關(guān)*4，攪勻電動(dòng)機(jī)M開場(chǎng)攪勻〔Y3燈亮〕，同時(shí)計(jì)時(shí)器T0開場(chǎng)計(jì)時(shí)，10s后計(jì)時(shí)完畢，加熱器H開場(chǎng)加熱〔Y4燈亮〕?！?〕當(dāng)液體溫度到達(dá)一指定值時(shí)，溫度傳感器T運(yùn)行，觸動(dòng)開關(guān)*5,加熱器停頓加熱，電磁閥Y4開場(chǎng)運(yùn)行〔Y5燈亮〕?！?〕開場(chǎng)放出混合液體，當(dāng)液面下降到SQ3時(shí)，出動(dòng)*3按鈕，計(jì)時(shí)器T2開場(chǎng)計(jì)時(shí)5s，計(jì)時(shí)完畢后，電磁閥Y4停頓。完成了一個(gè)周期的控制，開場(chǎng)進(jìn)展下一個(gè)周期。2、常見故障及其排除方案(1)檢查PLC能否完成1個(gè)工作流程"不能：程序錯(cuò)誤解決方案：程序重編(2)檢查PLC能否從最后1步〔Y4