機(jī)電傳動(dòng)控制課程設(shè)計(jì)報(bào)告液體混合裝置PLC控制

1、機(jī)電傳動(dòng)控制課程設(shè)計(jì)報(bào)告題 目液體混合裝置plc控制專(zhuān) 業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化班 級(jí)0811班姓 名學(xué) 號(hào)指導(dǎo)教師職 稱(chēng)2011年 10 月 15 日摘要本設(shè)計(jì)以?xún)煞N液體的混合控制為例，其要求是將兩種液體按一定比例混合，在電動(dòng)機(jī)攪拌后將混合的液體輸出容器。并自動(dòng)開(kāi)始新的周期，形成循環(huán)狀態(tài)，在按停止按扭后依然要完成本次混合才能結(jié)束。液體混合系統(tǒng)的控制設(shè)計(jì)考慮到其動(dòng)作的連續(xù)性以及各個(gè)被控設(shè)備動(dòng)作之間的相互關(guān)聯(lián)性，針對(duì)不同的工作狀態(tài)，進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)作控制輸出，從而實(shí)現(xiàn)液體混合系統(tǒng)從液體加入到混合完成輸出的這樣一個(gè)周期控制工作的程序?qū)崿F(xiàn)。設(shè)計(jì)以液體混合控制系統(tǒng)為中心,從控制系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)組成、軟件選用

2、到系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程（包括設(shè)計(jì)方案、設(shè)計(jì)流程、設(shè)計(jì)要求、梯形圖設(shè)計(jì)、外部連接等）,旨在對(duì)其中的設(shè)計(jì)及制作過(guò)程做簡(jiǎn)單的介紹和說(shuō)明。文中詳細(xì)介紹了系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)。其中硬件設(shè)計(jì)包液體混合裝置的電路框圖、輸入/輸出的分配表及外部接線(xiàn)；軟件設(shè)計(jì)包括系統(tǒng)控制的梯形圖、指令表及工作過(guò)程。在本裝置設(shè)計(jì)中，液面?zhèn)鞲衅骱碗婇y門(mén)以及攪動(dòng)電機(jī)采用相應(yīng)的鈕子開(kāi)關(guān)和發(fā)光二極管來(lái)模擬，另外還借助外圍元件來(lái)完成本裝置。整個(gè)程序采用結(jié)構(gòu)化的設(shè)計(jì)方法, 具有調(diào)試方便, 維護(hù)簡(jiǎn)單, 移植性好的優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵詞：兩種液體、混合裝置、自動(dòng)控制目 錄第一章 引言11.1課程設(shè)計(jì)的目的11.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容及要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)1第二章 系統(tǒng)總體方

3、案設(shè)計(jì)32.1 系統(tǒng)硬件配置及組成原理32.2 系統(tǒng)接線(xiàn)圖設(shè)計(jì)4第三章 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)53.1 i/o估算53.2 plc選型53.3 i/o分配表設(shè)計(jì)63.4 外部接線(xiàn)圖設(shè)計(jì)73.5 控制程序流程圖設(shè)計(jì)83.6 控制程序設(shè)計(jì)83.7 創(chuàng)新設(shè)計(jì)內(nèi)容11第四章 系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析124.1 系統(tǒng)調(diào)試124.2 結(jié)果分析12第五章 總結(jié)13參考文獻(xiàn)14附 錄15附錄1 液體混合裝置plc控制程序的指令表（帶功能注釋?zhuān)?5附錄2 液體混合裝置plc控制程序的梯形圖和外部接線(xiàn)圖16第一章 引言1.1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

4、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(mǎn)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(mǎn)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)，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

5、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)間都在30萬(wàn)小時(shí)以上；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，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

6、目標(biāo)利用三菱plc的fx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yv1通電打開(kāi)，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yv1斷電關(guān)閉，而電磁閥yv2通電打開(kāi)，液體b流入容器。當(dāng)液位達(dá)到h時(shí)，液位傳感器h接通，這時(shí)電磁閥yv2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yv3通電打開(kāi)，放出混合液去下道工序。當(dāng)液位高度下降到l后，再延時(shí)2s電磁閥yv3斷電關(guān)閉，并同時(shí)開(kāi)始新的周期。需要完成的內(nèi)容有：1） 編寫(xiě)輸入輸出對(duì)照表。包括信號(hào)名稱(chēng)、外部元件號(hào)、內(nèi)部繼電器號(hào)；2） 繪制plc外部接線(xiàn)圖；3）

7、繪制功能流程圖；4） 編寫(xiě)、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(kāi)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

8、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(lèi)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(chēng)型號(hào)數(shù)量微型計(jì)算機(jī)專(zhuān)用計(jì)算機(jī)1臺(tái)plc主機(jī)單元三菱fx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

9、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(kāi)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(mén)、液體b閥門(mén)、混合液閥門(mén)的打開(kāi)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(xiàn)圖設(shè)計(jì)表3-3輸入/輸出接線(xiàn)列表面板sb1sb2hilyv1yv2yv3kmplcx000x001x002x003x004y001y002y003y000 第三章 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1 i/o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

10、一列出，認(rèn)真分析輸入、輸出點(diǎn)的信號(hào)類(lèi)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(kāi)始操作之前，各閥門(mén)必須為關(guān)閉狀態(tài)，容器為空。此時(shí)液體控制電磁閥yv1=yv2=yv3=off狀態(tài)；傳感器h=i=l=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(kāi)始下列操作:1) yv1=on,液體a流入容器;當(dāng)液面到達(dá)i時(shí),yv1=off,yv2=on;2) 液體b流入,液面達(dá)到h時(shí),yv2=off,m=on,電動(dòng)機(jī)開(kāi)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60s),m=off,yv3=on,開(kāi)始放出混合液體;4) 當(dāng)液體下降到l時(shí)

11、,l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yv3,yv3=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(kāi)始狀態(tài)，以便下次啟動(dòng)系統(tǒng)時(shí)能夠順利的開(kāi)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，plc與計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、crt顯示器等設(shè)備連接，需要用專(zhuān)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(jiàn)到的因素，要根據(jù)實(shí)際情況增加一些輸入、輸出信

12、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 plc選型plc的型號(hào)、規(guī)格繁多，根據(jù)前面的i/o估算，再查閱三菱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?xún)?nèi)，所以選擇fx1s系列。節(jié)選三菱plc編程手冊(cè)中的相關(guān)表格如下表：表3-1 軟元件編號(hào)一覽表參照表格，選擇fx1s-20m型號(hào)的plc。具體參數(shù)如表中所示。3.3 i/o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(lèi)元件端子號(hào)作

13、用輸入sb1x000起動(dòng)按鈕sb2x001停止按鈕hx002液面高位傳感器ix003液面中位傳感器lx004液面低位傳感器輸出my000攪拌電動(dòng)機(jī)yv1y001液體a流入電磁閥yv2y002液體b流入電磁閥yv3y003放出混合液體電磁閥3.4 外部接線(xiàn)圖設(shè)計(jì)圖3-1 plc外部接線(xiàn)圖圖3-2 裝置操作面板如圖3-1所示，plc外部接線(xiàn)圖左邊一排為輸入，其中x000，x001，x002，x003，x004分別與sb1，sb2，h，i，l相連;右邊一排為輸出，其中y001，y002，y003，y000分別與yv1，yv2，yv3，km相連。如圖3-2所示起停按鈕p1，p2分別與主機(jī)的x000，x

14、001相連，液面?zhèn)鞲衅鱬3，p4，p5分別與主機(jī)的輸入點(diǎn)x002，x003，x004相接，液體a閥門(mén)，液體b閥門(mén)，混合液體閥門(mén)和攪拌機(jī)p6，p7，p8，p9分別與主機(jī)的輸出點(diǎn)y001，y002，y003，y000相連。3.5 控制程序流程圖設(shè)計(jì)圖3-3 控制程序流程圖3.6 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(xiě)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x000之后，使y001得電，斷開(kāi)電磁閥yv1，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),x004由off變?yōu)閛n,使y001復(fù)位，關(guān)閉電磁閥yv1。同時(shí)使y002置位，斷開(kāi)電磁閥y

15、v2，從而使液體b流入容器。3)當(dāng)液位上升到h時(shí)當(dāng)液面上升到h時(shí), x002由off狀態(tài)變?yōu)閛n狀態(tài),使y002復(fù)位，關(guān)閉電磁閥yv2。同時(shí)使y000置位，啟動(dòng)攪拌機(jī)m。此時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器tim00，60s后tim00動(dòng)作，使y000復(fù)位。4)攪拌均勻后放出混合液體在y000的下降沿通過(guò)后沿微分指令difd使y003置位,斷開(kāi)電磁閥yv3,開(kāi)始放出混合液體。5)當(dāng)液位下降到l時(shí)當(dāng)液位下降到l時(shí),x003由on變?yōu)閛ff,啟動(dòng)器tim01,2s后使y003復(fù)位, 關(guān)閉電磁閥yv3,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x001的情況下,系統(tǒng)將在tim01的記時(shí)時(shí)間到了時(shí),使y001置位,

16、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)停止操作當(dāng)按下停止按鈕時(shí),停止按鈕x001為on狀態(tài),不能使電磁閥yv1斷開(kāi),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fx三菱簡(jiǎn)易編程器編入梯形圖，如下所示。使用fx三菱簡(jiǎn)易編程器將上述梯形圖轉(zhuǎn)化成指令語(yǔ)句表的形式，如下所示。3.7 創(chuàng)新設(shè)計(jì)內(nèi)容此次設(shè)計(jì)過(guò)程中，我有一些自己的想法。1） 攪拌桶內(nèi)的液位傳感器的可靠性不強(qiáng)，可以試著改為靈敏性強(qiáng)、可靠性高的檢測(cè)儀器。避免因?yàn)檩斎胍后w時(shí)，飛濺的液體觸碰到液位傳感器而導(dǎo)致發(fā)出錯(cuò)誤信號(hào)。2） 在電路中提供一個(gè)備用電源，這樣做的目的就是保證掉電之后也能使系統(tǒng)完成該周期的工作，從

17、而保證系統(tǒng)在完成當(dāng)前周期的操作時(shí)，停止在初始狀態(tài)，使容器為空。以便在恢復(fù)電源后能順利的從第一步開(kāi)始進(jìn)行循環(huán)。這樣就避免了在混合某些化學(xué)物質(zhì)，比如具有腐蝕性的物質(zhì)時(shí)。因?yàn)榈綦?，長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)存在容器中，從而造成對(duì)裝置的腐蝕或損壞；也避免了引起環(huán)境污染的可能。同時(shí)取代了掉電保持這樣一個(gè)麻煩和考慮不周的過(guò)程。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，y001的指示燈亮；一段時(shí)間后，液面上升到i位置，y001的指示燈滅，y0

18、02的指示燈亮；一段時(shí)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(shí)間后，y000的指示燈滅，y003的指示燈亮；一段時(shí)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(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(mǎn)足課題給定要求。第五章 總結(jié)此次機(jī)電傳動(dòng)控制課程設(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)“課題十八 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。通過(guò)本次plc的課程設(shè)計(jì)，使我了解到plc的重要性。機(jī)電傳動(dòng)控制是一門(mén)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)，尤其是plc技術(shù)越來(lái)越受人們廣泛應(yīng)用。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，在此次設(shè)計(jì)中，我們遇到了許多困難，通過(guò)對(duì)自身的查找，我找出幾點(diǎn)不足之處：1） 不會(huì)利用查翻資料。在理論課學(xué)習(xí)過(guò)程中，老師曾經(jīng)給過(guò)我們很多關(guān)于plc的參考資料。而我沒(méi)有去充分利用。在老師的提示下，