基于PLC多種液體混合系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、 煙 臺(tái) 南 山 學(xué) 院plc課程設(shè)計(jì)題目 基于plc多種液體混合系統(tǒng)設(shè)計(jì)姓 名： 林 義 武 所在學(xué)院： 計(jì)算機(jī)與電氣自動(dòng)化學(xué)院 所學(xué)專業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 班 級： 電氣工程1006班 學(xué) 號： 201002140310 指導(dǎo)教師： 劉 毅 平 完成時(shí)間： 2012年10月18日 摘要隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，微電子技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)也得到了迅速發(fā)展，但是我國工業(yè)企業(yè)的自動(dòng)化程度普遍較低，plc產(chǎn)品有很大的應(yīng)用空間，如機(jī)械行業(yè)80%以上的設(shè)備仍采用傳統(tǒng)的繼電器和接觸器進(jìn)行控制。因此，plc在我國的應(yīng)用潛力遠(yuǎn)沒有得到充分發(fā)揮。隨著競爭的日益加劇，越來越多的小型企業(yè)將采用經(jīng)濟(jì)、實(shí)

2、用的自動(dòng)化產(chǎn)品對生產(chǎn)過程進(jìn)行控制，以提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和競爭實(shí)力。plc是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。plc及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。本監(jiān)控系統(tǒng)采用plc為控制核心，具備自動(dòng)混合三種液體的功能，由傳感器檢測儲(chǔ)藏罐中的液面高度，按順序加入a、b和c三種液體，攪拌5s后，加熱，放出混合液體。在此過程監(jiān)控上，我們采用的是西門子step7。西門子

3、step7是用于simatic s7-300/400創(chuàng)建可編程邏輯控制程序的標(biāo)準(zhǔn)軟件，可使用梯形邏輯圖、功能塊圖和語句表進(jìn)行編程操作。關(guān)鍵詞：自動(dòng)化產(chǎn)品；數(shù)字運(yùn)算操作；液體自動(dòng)混合；可編程控制器plc；西門子step7；目錄第1章 緒論41.1課程背景及意義41.2 課程研究的意義及目的41.3 課程研究的主要內(nèi)容5第2章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案62.1 總體控制要求62.2設(shè)計(jì)要求7第3章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)83.1液位傳感器的選擇83.2溫度傳感器的選擇83.3接觸器的選擇93.4 plc的選擇93.5系統(tǒng)的io分配圖及外部接線圖9第4章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)114.1軟件概述114.2系統(tǒng)的程序圖11心

4、得體會(huì)13參考文獻(xiàn)1414第1章 緒論1.1課程背景及意義隨著科學(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)用越來越廣泛，它的水平已成為衡量一個(gè)國家生產(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。但由于這些行業(yè)中多為易燃易爆、有毒有腐蝕性的介質(zhì)，以致現(xiàn)場工作環(huán)境十分惡劣，不適合人工現(xiàn)場操作。另外，生產(chǎn)要求該系統(tǒng)要具有配料精確、控制可靠等特點(diǎn)，這也是人工操作和半自動(dòng)化控制所難以實(shí)現(xiàn)的。所以為了幫助相關(guān)行業(yè)，特別是其中的中小型企業(yè)實(shí)現(xiàn)多種液體自動(dòng)混合的目的，液體自動(dòng)混合配料勢必就是擺在我們眼前的一大

5、課題。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，對原有液體混合裝置進(jìn)行技術(shù)改造，提出數(shù)據(jù)采集、自動(dòng)控制、運(yùn)行管理等多方面的要求。設(shè)計(jì)的多種液體混合裝置利用可編程控制器實(shí)現(xiàn)在混合過程中精確控制，提高了液體混合系統(tǒng)的穩(wěn)定性，自動(dòng)化程度高，適合工業(yè)生產(chǎn)的需要。plc一經(jīng)出現(xiàn)，由于它的自動(dòng)化程度高、可靠性好、設(shè)計(jì)周期短、使用和維護(hù)簡便等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，備受國內(nèi)外工程技術(shù)人員和工業(yè)界廠商的極大關(guān)注，生產(chǎn)plc的廠家云起。隨著大規(guī)模集成電路和微處理器在plc中的應(yīng)用，使plc的功能不斷得到增強(qiáng)，產(chǎn)品得到飛速發(fā)展。1.2 課程研究的意義及目的在工藝加工最初，把多種原料在適合的時(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

6、下進(jìn)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(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)化程度要求越來越高，原來的液體混合遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能夠滿足當(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)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。采用基于plc的控制系統(tǒng)來取代原來由單片機(jī)、繼電器等構(gòu)成的控制系統(tǒng)，具有良好的可移植性和可維護(hù)性。對提高企業(yè)生產(chǎn)和管理自動(dòng)水平有很大的幫助，同時(shí)

7、又提高了生產(chǎn)線的效率、使用壽命和質(zhì)量，減少了企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量的波動(dòng)，因此具有廣闊的市場前景。用plc進(jìn)行開關(guān)量控制的實(shí)例很多，在冶金、機(jī)械、紡織、輕工、化工、鐵路等行業(yè)幾乎都需用到它，如燈光照明、機(jī)床電控、自動(dòng)化倉庫、液體混合自動(dòng)配料系統(tǒng)、生產(chǎn)流水線等方面的邏輯控制，都廣泛應(yīng)用plc來取代傳統(tǒng)的繼電器控制。1.3 課程研究的主要內(nèi)容本課題應(yīng)解決的主要問題是如何使plc在液體灌裝中實(shí)現(xiàn)控制功能，在相關(guān)的研究文獻(xiàn)報(bào)道中用plc對灌裝機(jī)進(jìn)行控制的研究尚不多見，以致人們難以根據(jù)它的具體情況，正確選用參數(shù)進(jìn)行系統(tǒng)控制，也就難以滿足提高質(zhì)量和效率、降低成本的要求，本設(shè)計(jì)就是基于以上問題進(jìn)行的一些探索。然后，講

8、述了可編程控制器的應(yīng)用，通過論述可編程控制器的優(yōu)點(diǎn)對可編程控制器對多種液體混合裝置的控制有一個(gè)總體的認(rèn)識。綜合多種液體自動(dòng)混合裝置的控制系統(tǒng)的要求，進(jìn)行了外部電路的連線和plc程序設(shè)計(jì)，從部件的選擇，流程的分析，程序順序控制的設(shè)計(jì)等方面，完成了本次的設(shè)計(jì)任務(wù)。最后，通過對程序液位控制系統(tǒng)的程序的調(diào)試，檢測，再進(jìn)行對系統(tǒng)的更正，使控制系統(tǒng)更加完善，確保系統(tǒng)能順利運(yùn)行。第2章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案2.1 總體控制要求本題目用plc來模擬并實(shí)現(xiàn)多種液體自動(dòng)混合裝置的控制。圖2.1液體混合灌裝機(jī)面板由面板圖可知：其中l(wèi)1、l2、l3為液面?zhèn)鞲衅?，液面淹沒該點(diǎn)時(shí)為on。y1、y2、y3、y4為電磁閥，m為攪

9、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，可以通過引線與相應(yīng)的控制系統(tǒng)連接從而達(dá)到控制效果?？刂埔笕缦拢?、初始狀態(tài) 裝置投入運(yùn)行時(shí)，液體a、b、c閥門關(guān)閉 ，混合液閥門 打開20s將容器放空后關(guān)閉。2、起動(dòng)操作 按下啟動(dòng)按鈕sb1，裝置開始按下列給定規(guī)律運(yùn)轉(zhuǎn)。(1) 液體a閥門打開，液體a流入容器。當(dāng)液面到達(dá)sq3時(shí)，sq3接通，關(guān)閉液體a閥門，打開液體b閥門。(2) 當(dāng)液面到達(dá)sq2時(shí)，關(guān)閉液體b閥門，打開液體c閥門。(3) 當(dāng)液面到達(dá)sq1時(shí)關(guān)閉閥門c，攪勻電動(dòng)機(jī)開始攪勻。(4) 攪勻電動(dòng)機(jī)工作1min后停止

10、攪動(dòng)，混合液體閥門打開，開始放出混合液體。(5) 當(dāng)液面下降到sq4時(shí)，sq4由接通變斷開，再過20s后，容器放空，混合液閥門關(guān)閉，開始下一周期。3、停止操作 啟動(dòng)、停止、液面?zhèn)鞲衅鳌囟鹊竭_(dá)開關(guān)利用鈕子開關(guān)來模擬，液體a閥門、液體b閥門、液體c閥門的打開與關(guān)閉以及攪動(dòng)電機(jī)的運(yùn)行與停轉(zhuǎn)，加熱器的開停用發(fā)光二極管的點(diǎn)亮與熄滅來模擬。 2.2設(shè)計(jì)要求根據(jù)生產(chǎn)設(shè)備工作方面及其它方面的需要，本次設(shè)計(jì)要達(dá)到如下設(shè)計(jì)要求：（1）要求本次設(shè)計(jì)的控制裝置采用plc技術(shù)實(shí)現(xiàn);（2）要能完全滿足控制要求；（3） 按下停止按鈕后，要將當(dāng)前的混合操作處理完畢后，才停止操作。經(jīng)過對上述設(shè)計(jì)要求的深入思考后，對系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

11、過程有了一定的構(gòu)架。具體的想法有以下幾點(diǎn)：經(jīng)過對上述設(shè)計(jì)要求的深入思考后，對系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程有了一定的構(gòu)架。具體的想法有以下幾點(diǎn)：我做的系統(tǒng)為多種液體自動(dòng)混合，需要對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)入溶液，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，c種液體開始進(jìn)入，當(dāng)達(dá)到一定深度停止所有液體進(jìn)入。攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌，5s后攪拌均

12、勻，停止攪拌，開始加熱，當(dāng)加熱到一定溫度時(shí)，放出液體。經(jīng)5s后停止放出，按停止鍵停止操作。第3章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3.1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。其原理是依據(jù)光的反射折射原理，當(dāng)沒有液體時(shí)，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(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)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

13、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0.5a。3.2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，太陽能熱水器溫度測量領(lǐng)域彩印設(shè)備溫控，汽車油溫測量、發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)、工業(yè)控制系統(tǒng)中過熱保護(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

14、數(shù)及原理如下：（1）溫度系數(shù)tc為 0.79%/k；（2）精度等級為 0.5%；（3）公稱壓力為 0.6mpa。3.3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，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。3.4 plc的選擇在本控制系統(tǒng)中，所需的開關(guān)量輸入為6點(diǎn)，開關(guān)量輸出為7點(diǎn)，考慮到系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和維修的方便性，選擇模塊式plc。選用simatic s

15、7-300/400。主要考慮simatic step7有以下特點(diǎn)：（1）豐富的指令系統(tǒng)；（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；（4） 編程及監(jiān)控功能強(qiáng)大、維護(hù)簡單、價(jià)格。3.5系統(tǒng)的io分配圖及外部接線圖多種液體混合系統(tǒng)的io分配圖如表3.1：表 3.1 io分配圖地址名稱功能i0.0啟動(dòng)開關(guān)i0.1停止開關(guān)i0.2液面?zhèn)鞲衅鞯臀粰z測i0.3液面?zhèn)鞲衅髦形粰z測i0.4液面?zhèn)鞲衅鞲呶粰z測i0.5溫度傳感器溫度檢測q0.1電磁閥a進(jìn)液閥q0.2電磁閥b進(jìn)液閥q0.3電磁閥c進(jìn)液閥q0.4電磁閥出液閥q0.5攪動(dòng)電機(jī)q0.6加熱器多種液體混合系統(tǒng)plc系統(tǒng)設(shè)計(jì)的外部接線圖

16、如圖3.1：圖3.1系統(tǒng)外部接線圖第4章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)4.1西門子軟件概述西門子step7是用于simatic可編程序控制器組態(tài)和編程的標(biāo)準(zhǔn)軟件包，其用戶接口是基于當(dāng)前最高水平的人機(jī)控制工程設(shè)計(jì)，可以輕松方便的使用。step7編程軟件適用于simatic s7、m7、c7和基于pc的winac,是供它們編程、監(jiān)控和參數(shù)設(shè)置的標(biāo)準(zhǔn)工具。step7是一個(gè)強(qiáng)大的工程工具，用于整個(gè)項(xiàng)目流程的設(shè)計(jì)。從項(xiàng)目的計(jì)劃配置、實(shí)施模塊測試、集成測試調(diào)試到運(yùn)行維護(hù)階段，都需要不同功能的工程工具。step7工程工具包括了整個(gè)項(xiàng)目流程的各種功能要求：cad/cae支持、硬件組態(tài)、網(wǎng)絡(luò)組態(tài)、仿真、過程診斷等。4.2系統(tǒng)

17、的程序圖多種液體混合系統(tǒng)設(shè)計(jì)的plc程序圖如下：（1）開始啟動(dòng)，a液體進(jìn)料（2）b液體開始進(jìn)料，a液體停止（3）c液體開始進(jìn)料，b液體停止（4）開始攪拌，c液體停止進(jìn)料，并且啟動(dòng)定時(shí)器，定時(shí)10s（5）攪拌10s,開始加熱，停止攪拌（6）到達(dá)設(shè)定溫度，開始放混合液體（7）當(dāng)混合液體達(dá)到低液位l1時(shí)，啟動(dòng)定時(shí)器t2，定時(shí)5s，放完剩余的液體，同時(shí)進(jìn)入下一輪循環(huán)（8）按下停止按鈕，進(jìn)行完此次循環(huán)后停止，再次啟動(dòng)從頭開始心得體會(huì)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)，通過這次對“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，通過本次plc的課程設(shè)計(jì)，

18、使我了解到plc的重要性。電氣控制與可編程控制器是一門極其重要的課程，它綜合了計(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)，plc技術(shù)越來越受人們的廣泛應(yīng)用，前景可觀，因此學(xué)會(huì)和運(yùn)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(jì)中，我們遇到了許多困難，通過對自身的查找，我找出幾點(diǎn)不足之處：1 不能有效的利用身邊的資源，有點(diǎn)依賴他人；2 學(xué)習(xí)認(rèn)真程度不夠，學(xué)習(xí)熱情不高，基礎(chǔ)相對薄弱。通過這次plc課程設(shè)計(jì)實(shí)踐。我學(xué)會(huì)了plc的基本編程方法，對plc的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。在對理論的運(yùn)用中，提高了我們的工程素質(zhì)，在沒有做實(shí)踐設(shè)計(jì)以前，我們對知識的把握都是理論上的，對一些細(xì)節(jié)不加重視，當(dāng)我們把自己想出來的程序用到plc中的時(shí)候，問題出現(xiàn)了，不是不能運(yùn)行，就是運(yùn)行的結(jié)果和要求的結(jié)果不相符合。這樣，我就只能一個(gè)一個(gè)問題的去解決，通過查閱資料或者是請教同學(xué)，一次一次的調(diào)試程序，最后達(dá)到設(shè)計(jì)要求。使得我對plc 的理解得到加強(qiáng)，看到了實(shí)踐與理論的差距。最后通過本次課程設(shè)計(jì)，使我了解了plc控制技術(shù)在工業(yè)應(yīng)用和工業(yè)生產(chǎn)中的重要地位；通過本次課程設(shè)計(jì)，使我更深刻的理解了plc的編程思想，也能更好的將所學(xué)知識應(yīng)用到實(shí)踐中動(dòng)。因此學(xué)好這門課程對以后的發(fā)展有舉足