《機電傳動控制》課程設(shè)計報告液體混合裝置PLC控制

1、機電傳動控制課程設(shè)計報告題 目液體混合裝置plc控制專 業(yè)機械設(shè)計制造及其自動化班 級0811班姓 名學(xué) 號指導(dǎo)教師職 稱2011年 10 月 15 日摘要本設(shè)計以兩種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，在電動機攪拌后將混合的液體輸出容器。并自動開始新的周期，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)計考慮到其動作的連續(xù)性以及各個被控設(shè)備動作之間的相互關(guān)聯(lián)性，針對不同的工作狀態(tài)，進行相應(yīng)的動作控制輸出，從而實現(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周期控制工作的程序?qū)崿F(xiàn)。設(shè)計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)計過程（包括設(shè)計方案、設(shè)計流程、設(shè)計要求、梯形圖設(shè)計、外部連接等）,旨在對其中的設(shè)計及制作過程做簡單的介紹和說明。文中詳細(xì)介紹了系統(tǒng)的硬件設(shè)計、軟件設(shè)計。其中硬件設(shè)計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；軟件設(shè)計包括系統(tǒng)控制的梯形圖、指令表及工作過程。在本裝置設(shè)計中，液面?zhèn)鞲衅骱碗婇y門以及攪動電機采用相應(yīng)的鈕子開關(guān)和發(fā)光二極管來模擬，另外還借助外圍元件來完成本裝置。整個程序采用結(jié)構(gòu)化的設(shè)計方法, 具有調(diào)試方便, 維護簡單, 移植性好的優(yōu)點。關(guān)鍵詞：兩種液體、混合裝置、自動控制目 錄第一章 引言11.1課程設(shè)計的目的11.2 設(shè)計內(nèi)容及要實現(xiàn)的目標(biāo)1第二章 系統(tǒng)總體方

3、案設(shè)計32.1 系統(tǒng)硬件配置及組成原理32.2 系統(tǒng)接線圖設(shè)計4第三章 控制系統(tǒng)設(shè)計53.1 i/o估算53.2 plc選型53.3 i/o分配表設(shè)計63.4 外部接線圖設(shè)計73.5 控制程序流程圖設(shè)計83.6 控制程序設(shè)計83.7 創(chuàng)新設(shè)計內(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）15附錄2 液體混合裝置plc控制程序的梯形圖和外部接線圖16裝訂線襄樊學(xué)院 課程設(shè)計報告紙第一章 引言1.1課程設(shè)計的目的在工藝加工最初，把多種原料再合適的時間和條件下進行需要的加工以

4、得到產(chǎn)品一直都是在人監(jiān)控或操作下進行的，在后來多用繼電器系統(tǒng)對順序或邏輯的操作過程進行自動化操作，但是現(xiàn)在隨著時代的發(fā)展，這些方式已經(jīng)不能滿足工業(yè)生產(chǎn)的實際需要。實際生產(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，自動化程度要求越來越高，原來的液體混合遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足當(dāng)前自動化的需要。可編程控制器液體自動混合系統(tǒng)集成自動控制技術(shù)，計量技術(shù)，傳感器技術(shù)等技術(shù)與一體的機電一體化裝置。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，采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、系統(tǒng)化設(shè)計，配置靈活、組態(tài)方便?？删幊炭刂破鞫喾N液體自動混合控制系統(tǒng)的特點：1） 系統(tǒng)自動工作；2） 控制的單周期運行方式；3） 由傳感器送入設(shè)

5、定的參數(shù)實現(xiàn)自動控制；4） 啟動后就能自動完成一個周期的工作，并循環(huán)。本系統(tǒng)采用plc是基于以下兩個原因：1） plc具有很高的可靠性，通常的平均無故障時間都在30萬小時以上；2） 編程能力強，可以將模糊化、模糊決策和解模糊都方便地用軟件來實現(xiàn)。根據(jù)多種液體自動混合系統(tǒng)的要求與特點，我們采用的plc具有小型化、高速度、高性能等特點，可編程控制器指令豐富，可以接各種輸出、輸入擴充設(shè)備，有豐富的特殊擴展設(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)計的目的就是設(shè)計一個集plc技術(shù)，自動控制技術(shù)，自動化儀表技術(shù)，系統(tǒng)仿真技術(shù)于一體的功能較全的多種液體自動混合的自動裝

6、置。1.2 設(shè)計內(nèi)容及要實現(xiàn)的目標(biāo)利用三菱plc的fx系列設(shè)計兩種液體混合裝置控制系統(tǒng)。在實驗之前將容器中的液體放空，按動啟動按鈕sb1后，電磁閥yv1通電打開，液體a流入容器。當(dāng)液位高度達(dá)到i時，液位傳感器i接通，此時電磁閥yv1斷電關(guān)閉，而電磁閥yv2通電打開，液體b流入容器。當(dāng)液位達(dá)到h時，液位傳感器h接通，這時電磁閥yv2斷電關(guān)閉，同時啟動電動機m攪拌。1分鐘后電動機m停止攪拌，這時電磁閥yv3通電打開，放出混合液去下道工序。當(dāng)液位高度下降到l后，再延時2s電磁閥yv3斷電關(guān)閉，并同時開始新的周期。需要完成的內(nèi)容有：1） 編寫輸入輸出對照表。包括信號名稱、外部元件號、內(nèi)部繼電器號；2）

7、 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(dá)到一定值時，停止進入，b種液體開始進入，當(dāng)達(dá)到一定值時，停止進入。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(dá)到一

8、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)硬件配置及組成原理隨著科學(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(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)過程中十分重要的組成部分。我準(zhǔn)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。基本的設(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)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

9、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)閉以及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。圖2-1 液體混合控制裝置控制的模擬實驗面板圖 圖2-2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sb1sb2hilyv1yv2yv3kmplcx000x001x002x003x004y001y002y003y000 第三章 控制系統(tǒng)設(shè)計3.1 i/o估算首先統(tǒng)計被控設(shè)備對輸入、輸出點的

10、總需求量，把被控設(shè)備的信號源一一列出，認(rèn)真分析輸入、輸出點的信號類型。在初始狀態(tài)時，根據(jù)要求要實現(xiàn)液體的自動混合導(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)；電動機m為關(guān)閉狀態(tài)。在啟動操作中，當(dāng)裝置和液體的都準(zhǔn)備好之后，按下啟動按鈕,開始下列操作:1) yv1=on,液體a流入容器;當(dāng)液面到達(dá)i時,yv1=off,yv2=on;2) 液體b流入,液面達(dá)到h時,yv2=off,m=on,電動機開始進行液體的充分混合攪拌;3) 當(dāng)混合液體攪拌均勻后(設(shè)時間為60s),m=off,yv3=on,開始放出混

11、合液體;4) 當(dāng)液體下降到l時,l從on變?yōu)閛ff,把時間控制為再過2s后容器放空,關(guān)閉yv3,yv3=off完成一個操作周期;5) 在只要沒有按停止按鈕的狀態(tài)下,則自動進入下一個循環(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)，以便下次啟動系統(tǒng)時能夠順利的開始系統(tǒng)的循環(huán)。根據(jù)以上分析，對plc來說，需要提供5個輸入點和4個輸出點。除了以上的輸入輸出點意外，plc與計算機、打印機、crt顯示器等設(shè)備連接，需要用專用接口，也應(yīng)計算在內(nèi)?？紤]到在實際安裝、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

12、據(jù)實際情況增加一些輸入、輸出信號。因此，要按估計數(shù)再增加15%20%的輸入、輸出點數(shù)，以備將來調(diào)整、擴充使用。綜上所述，i/o估算為：輸入點點數(shù)為8，輸出點點數(shù)為7。3.2 plc選型plc的型號、規(guī)格繁多，根據(jù)前面的i/o估算，再查閱三菱plc編程手冊中的相關(guān)表格，確定plc選型。因為點數(shù)在30以內(nèi)，所以選擇fx1s系列。節(jié)選三菱plc編程手冊中的相關(guān)表格如下表：表3-1 軟元件編號一覽表參照表格，選擇fx1s-20m型號的plc。具體參數(shù)如表中所示。3.3 i/o分配表設(shè)計在了解了系統(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

13、 i/o分配表分類元件端子號作用輸入sb1x000起動按鈕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攪拌電動機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 外部接線圖設(shè)計圖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

14、，p2分別與主機的x000，x001相連，液面?zhèn)鞲衅鱬3，p4，p5分別與主機的輸入點x002，x003，x004相接，液體a閥門，液體b閥門，混合液體閥門和攪拌機p6，p7，p8，p9分別與主機的輸出點y001，y002，y003，y000相連。3.5 控制程序流程圖設(shè)計圖3-3 控制程序流程圖3.6 控制程序設(shè)計根據(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)計思路如下：1) 起始操作在按啟動按鈕x000之后，使y001得電，斷開電磁閥yv1，從而使液體a流入容器。2) 當(dāng)液位上升到i時當(dāng)液面上升到i時,x004由off變?yōu)閛n,使y001復(fù)位，關(guān)閉電磁閥yv1。同

15、時使y002置位，斷開電磁閥yv2，從而使液體b流入容器。3)當(dāng)液位上升到h時當(dāng)液面上升到h時, 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。同時使y000置位，啟動攪拌機m。此時啟動定時器tim00，60s后tim00動作，使y000復(fù)位。4)攪拌均勻后放出混合液體在y000的下降沿通過后沿微分指令difd使y003置位,斷開電磁閥yv3,開始放出混合液體。5)當(dāng)液位下降到l時當(dāng)液位下降到l時,x003由on變?yōu)閛ff,啟動器tim01,2s后使y003復(fù)位, 關(guān)閉電磁閥yv3,此時電磁閥已放空。6)自動循環(huán)工作在沒有按停止按鈕x001的情況下,系統(tǒng)將在tim01的記

16、時時間到了時,使y001置位,自動進入下一操作周期。從而實現(xiàn)混合液體plc自動控制的循環(huán)工作。7)停止操作當(dāng)按下停止按鈕時,停止按鈕x001為on狀態(tài),不能使電磁閥yv1斷開,系統(tǒng)執(zhí)行完本周期的操作后,將自動停留在初始狀態(tài)。使用fx三菱簡易編程器編入梯形圖，如下所示。使用fx三菱簡易編程器將上述梯形圖轉(zhuǎn)化成指令語句表的形式，如下所示。3.7 創(chuàng)新設(shè)計內(nèi)容此次設(shè)計過程中，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，可以試著改為靈敏性強、可靠性高的檢測儀器。避免因為輸入液體時，飛濺的液體觸碰到液位傳感器而導(dǎo)致發(fā)出錯誤信號。2） 在電路中提供一個備用電源，這樣做的目的就是保證掉電之后

17、也能使系統(tǒng)完成該周期的工作，從而保證系統(tǒng)在完成當(dāng)前周期的操作時，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始進行循環(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。因為掉電，長時間儲存在容器中，從而造成對裝置的腐蝕或損壞；也避免了引起環(huán)境污染的可能。同時取代了掉電保持這樣一個麻煩和考慮不周的過程。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(zhǔn)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

18、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 結(jié)果分析基于以上設(shè)計與調(diào)試，兩種液體混合裝置的系統(tǒng)設(shè)計基本結(jié)束。測試結(jié)果滿足課題給定要求。第五章 總結(jié)此次機電傳動控制課程設(shè)計是非常難得的一次理論與實踐相結(jié)合的機會，通過這次對“課題十八 多種液體自動混合裝置的plc控制”的設(shè)計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。通過本次plc的課程設(shè)計，使我了解到plc的重要性。機電傳動控制是一門極其重要的課程，他綜合了計算機技術(shù)和自動控制技術(shù)和通訊技術(shù)。在當(dāng)今由機械化向自動化，信息化飛速發(fā)展的社會，尤其是plc技術(shù)越來越受人們廣泛應(yīng)用。因此學(xué)會和運用plc，將對我們以后踏上工作崗位有極其重要的幫助，在此次設(shè)計中，我們遇到了許多困難，通過對自身的查找，我找出幾點不足之處：1） 不會利用查翻資料。在理論課學(xué)習(xí)過程中，老師曾經(jīng)給過我們很多關(guān)于plc的參考資料。而我沒有去充分利用。在老師的提示下，我才如獲