多種液體自動混合裝置plc課設報告課件

1、目 錄1.選題背景12.方案論證12.1 繼電器控制系統(tǒng)12.2 單片機控制12.3 工業(yè)控制計算機控制22.4 可編程控制器控制23.過程論述33.1 控制分析33.2 plc 選擇43.3 攪拌機的主電路圖53.4 分配I/O點63.5 外部接線圖73.6 元器件選型73.6.1 液位傳感器的選擇73.6.2 攪拌電機的選擇83.6.3 電磁閥的選擇81）入罐液體 82）出罐液體 83.7 元件目錄表83.8 順序控制圖93.9 梯形圖104. 結(jié)果分析134.1 系統(tǒng)模擬調(diào)試134.2 仿真結(jié)果135 總結(jié)13參考文獻151 選題背景 隨著科學技術(shù)的迅猛發(fā)展，自動控制技術(shù)在人類活動的各個

2、領域中的應用越來越廣泛，它的水平已成為衡量一個國家生產(chǎn)和科學技術(shù)先進與否的一項重要標志。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)場給工作環(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，這也是人工操作和半自動化控制所難以實現(xiàn)的。所以為了幫助相關行業(yè)，特別是其中的中小型企業(yè)實現(xiàn)多種液體自動混合的目的，液體自動混合配料勢必就是擺在我們眼前的一大課題。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，對原有液體混合裝置進行技術(shù)改造，提出數(shù)據(jù)采集、自動控制、運行管理等多方面的要求。

3、設計的多種液體混合裝置利用可編程控制器實現(xiàn)在混合過程中的精確控制，提高了液體混合比例的穩(wěn)定性、運行穩(wěn)定、自動化程度高，適合工業(yè)生產(chǎn)的需要。要實現(xiàn)整個液體混合控制系統(tǒng)的設計，需要從怎樣實現(xiàn)各電磁閥的開關以及電動機啟動的控制這個角度去考慮。該系統(tǒng)需要對各種液體的液面進行液面的高度控制，因此，需要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。2 方案論證就目前的現(xiàn)狀有以下幾種控制方式滿足系統(tǒng)的要求：繼電器控制系統(tǒng)、單片機控制、工業(yè)控制計算機控制、可編程序控制

4、器控制。 2.1 繼電器控制系統(tǒng) 控制功能是用硬件繼電器實現(xiàn)的。繼電器串接在控制電路中根據(jù)主電路中的電壓、電流、轉(zhuǎn)速、時間及溫度等參量變化而動作，以實現(xiàn)電力拖動裝置的自動控制及保護。系統(tǒng)復雜，在控制過程中，如果某個繼電器損壞，都會影響整個系統(tǒng)的正常運行，查找和排除故障往往非常困難，雖然繼電器本身價格不太貴，但是控制柜的安裝接線工作量大，因此整個控制柜價格非常高，靈活性差，響應速度慢。 2.2 單片機控制 單片機作為一個超大規(guī)模的集成電路，機構(gòu)上包括CPU、存儲器、定時器和多種輸入/輸出接口電路。其低功耗、低電壓和很強的控制功能，成為功控領域、尖端武器、日常生活中最廣泛的計算機之一。但是，單片機

5、是一片集成電路，不能直接將它與外部I/O信號相連。要將它用于工業(yè)控制還要附加一些配套的集成電路和I/O接口電路，硬件設計、制作和程序設計的工作量相當大。 2.3 工業(yè)控制計算機控制 工控機采用總線結(jié)構(gòu)，各廠家產(chǎn)品兼容性強，有實時操作系統(tǒng)的支持，在要求快速、實用性強、功能復雜的領域中占優(yōu)勢。但工控機價格較高，將它用于開關量控制有些大材小用。且其外部I/O接線一般都用于多芯扁平電纜和插頭、插座，直接從印刷電路板上引出，不如接線端子可靠。 2.4 可編程控制器控制 可編程序控制器配備各種硬件裝置供用戶選擇，用戶不用自己設計和制作硬件裝置，只須確定可編程序控制器的硬繭配制和設計外部接線圖，同時采用梯形

6、圖語言編程，用軟件取代繼電器電器系統(tǒng)中的觸點和接線，通過修改程序適應工藝條件的變化。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，采用標準化、模塊化、系統(tǒng)化設計，配置靈活、組態(tài)方便?？删幊炭刂破鞫喾N液體自動混合系統(tǒng)具有以下特點： a) 系統(tǒng)自動工作； b) 控制的單周期運行方式； c) 由傳感器送入設定的參數(shù)實現(xiàn)自動控制； d) 啟動后就能自動完成一個周期的工作，并循環(huán)。在本設計中我將引入PLC來實現(xiàn)其攪拌控制功能。本系統(tǒng)采用PLC是基于以下兩個原因： a) PLC具有很高的可靠性，通常的平均無故障

7、時間都在30萬小時以上； b) 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)；3 過程論述3.1 控制分析本課題的基本要求如下：圖三-1 設計要求由控制要求可知設計的液體自動混合裝置主要完成三種液體的自動混合攪拌。此裝置需要四個液面?zhèn)鞲衅鳎⊿Q1、SQ2、SQ3、SQ4）、一個啟動按鈕（SB1）、一個停止按鈕（SB2）作為輸入控制。四個電磁閥（YV1、YV2、YV3、YV4）和一個攪拌機(M)作為輸出控制對象。還有一個攪拌電動機接觸器KM。系統(tǒng)剛上電時，需要對系統(tǒng)進行初始化，因此可用SM0.1控制實現(xiàn)。輸出控制對象是否有效，可采用置位和復位的方式實現(xiàn)。當液面到達某傳感器的位置

8、時，該傳感器就會發(fā)出ON信號，若低于傳感器位置時，傳感器就變?yōu)镺FF狀態(tài)。四個電磁閥：YV1為液體A輸入電磁閥，YV2為液體B輸入電磁閥，YV3為液體C輸入電磁閥，YV4為混合液體輸出電磁閥，當電磁閥為ON狀態(tài)時，閥門打開，為OFF時閥門就關閉，閥門的開和閉來實現(xiàn)液體的流入和流出。M為攪拌電動機，當M=ON時，攪拌電動機運行；當M=OFF時，攪拌電動機停止。初始時，電磁閥YV1、YV2、YV3和攪拌機M為關斷狀態(tài)，電磁閥YV4打開20s使容器為空，液面?zhèn)鞲衅鞫紵o信號。按下啟動按鈕后，電磁閥YV1打開，注入液體A。當液面高度到達SQ4時，繼續(xù)流入液體，當液面高度到達SQ3時，YV1關閉，液體A停

9、止注入。同時開啟液體B的電磁閥YV2，注入液體B。 當液面升高至SQ2時， YV2關閉，停止注入B液體。同時打開電磁閥YV3，C液體開始注入。當液面升高到SQ1時，YV3關閉，液體C停止流入，同時開啟攪拌機M，使這三種液體充分混合，攪拌時間定為1分鐘（60s），然后電磁閥YV4開啟，排出液體。 當液面高度降低至低SQ4時，SQ4無信號，延時20S后容器中的液體放完，YV4關閉，攪拌機又開始執(zhí)行下一次的循環(huán)。3.2 PLC選擇機型選擇的基本原則是在滿足控制功能要求的前提下，保證系統(tǒng)工作可靠、維護使用方便及最佳的性能價格比。具體應考慮的因素如下所述。  a) 結(jié)構(gòu)合理 對于工藝

10、過程比較固定、環(huán)境條件較好、維修量較小的場合，選用整體式結(jié)構(gòu)的PLC；否則，選用模塊式結(jié)構(gòu)的PLC，物料混合控制系統(tǒng)的設計選用整體式結(jié)構(gòu)的PLC能夠達到要求。  b) 功能強弱適當 對于開關量控制的工程項目，若控制速度要求不高，一般選用低檔的PLC，西門子公司的S7-200系列機或歐姆龍公司的COM1。  c) 機型統(tǒng)一 PLC的結(jié)構(gòu)分為整體式和模塊式兩種。整體式結(jié)構(gòu)把PLC的I/O和CPU放在一塊印刷電路板上，并封裝在一個殼體內(nèi)，省去了插接環(huán)節(jié)，因此體積小、價格便宜。 在本控制系統(tǒng)中，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)是順

11、序控制，選用西門子S7-200plc作控制單元來控制整個系統(tǒng)。根據(jù)控制要求和設計要求選定PLC CPU226。其各項參數(shù)如下，完全滿足設計要求。表三-1 CPU226電源特性表三-2 CPU226存儲其特性與I/O特性3.3 攪拌機的主電路圖本次設計中的混合液體攪拌由電動機M驅(qū)動。該電路帶有短路保護、過載保護、失壓零壓保護等，短路保護有FU熔斷器來實現(xiàn)保護功能，過載保護由FR熱繼電器來實現(xiàn)其保護功能，失壓零壓保護功能由接觸器來實現(xiàn)其保護功能。圖三-2 主電路圖3.4 分配I/O點表三-3 I/O分配表輸入設備輸入節(jié)點輸出設備輸出節(jié)點代號功能代號功能SB1啟動按鈕I0.0YV1液體A電磁閥Q0.

12、0SB2停止按鈕I0.1YV2液體B電磁閥Q0.1SQ1高液位傳感器I0.2YV3液體C電磁閥Q0.2SQ2中液位傳感器I0.3YV4放液電磁閥Q0.3SQ3低液位傳感器I0.4KM攪勻電動機接觸器Q0,.4SQ4超低液位傳感器I0.53.5 外部接線圖圖三-3 PLC外部接線圖3.6 元器件選型3.6.1 液位傳感器的選擇選用LSF-2.5型液位傳感器。LSF系列液位開關可提供非常準確、可靠的液位檢測。LSF光電液位開關具有較高的適應環(huán)境的能力，在耐腐蝕方面有較好的抵抗能力。相關元件主要技術(shù)參數(shù)如下： a) 工作壓力可達2.5Mpa。 b) 工作溫度上限為125。c) 觸電壽命為100萬次。

13、 d) 觸點容量為70w。 e) 開關電壓為24V DC。 f) 切換電流為0.5A。3.6.2 攪拌電機的選擇選用EJ15-3型電動機。相關元件主要技術(shù)參數(shù)如下： a) 額定電壓為220V，額定頻率為50Hz，額定功率為2.5KW，采用三角形接法。 b) 電動機運行地點的海拔不超過1000m。工作溫度-1540/濕度90%。 c) EJ15系列電動機效率高、節(jié)能、堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩高、噪音低、振動小、運行安全可靠。3.6.3 電磁閥的選擇1）入罐液體選用VF4-25型電磁閥。相關元件主要技術(shù)參數(shù)如下： a) 材質(zhì)：聚四氟乙烯。適用介質(zhì)：硫酸、鹽酸、有機溶劑、化學試劑等弱堿性的液體。 b) 介質(zhì)溫度15

14、0，環(huán)境溫度-2060。 c) 使用電壓：AC：220 V50Hz/60Hz DC：24V。 d) 功率：AC：2.5KW e) 操作方式：常閉：通電打開、斷電閉合，動作響應迅速，高頻率。2）出罐液體選用AVF-40型電磁閥。相關元件主要技術(shù)參數(shù)如下： a) 其最大特點就是能通過設備上的按鍵控制來控制流量，達到定時排空的效果。 b) 其閥體材料為：聚四氟乙烯，有比較強的抗腐蝕能力。 c) 使用電壓：AC：220 V50Hz/60Hz DC：24V。 d) 功率：AC：5KW。3.7 元件目錄表表三-4 元件目錄表名稱型號數(shù)量按鈕開關KH-22042液位傳感器LSF-2.54攪拌電動機EJ15-

15、31電磁閥（入液罐）VF4-253電磁閥（出液罐）AVF-401接觸器CJX1-9/220V43.8 順序控制圖M0.0Q0.3T37M0.3Q0.0M0.2M0.1M0.6Q0.4M0.5Q0.2M0.4Q0.1T39Q0.3M0.7Q0.3T38SM0.1T37I0.0I0.4I0.3I0.2T38I0.5M1.0T39·M1.0裝置上電初始化。放液閥門打開。T37計時20s。20s后停止放液按下啟動按鈕SB1液體A閥門打開液面到達SQ3液體B閥門打開A閥關閉液面到達SQ2液體C閥門打開B閥關閉液面到達SQ1關閉液體C閥門。電動機開始攪拌。T38計時一分鐘一分鐘后停止攪拌。打開放

16、液閥門，放出混合液體。液面到達SQ4繼續(xù)放液，T39計時20s，時間到后開始下一周期。I0.1控制停止繼電器M1.0圖三-4 順序控制圖3.9 梯形圖圖三-5 梯形圖4 結(jié)果分析4.1 系統(tǒng)模擬調(diào)試在仿真控制臺進行程序調(diào)試 具體步驟如下： a) 導入梯形圖 b) 點擊運行 c) 進行調(diào)試 觀察試驗臺上的燈是否按照程序要求依次點亮，延時是否準確。是就說明程序正確，不是就說明程序還存在問題4.2 仿真結(jié)果本設計仿真結(jié)果如下：(分別按下I0.0，I0.1，I0.2，I0.3，I0.4顯示)當裝置投入運行時，轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換開關QS，進液閥Q0.0、Q0.1、Q0.2關閉，放液閥Q0.3打開，并啟動定時器T3

17、7定時20s，將容器中的殘存液體放空，20s后關閉。按下啟動按鈕SB1（I0.0得電），同時電磁閥YV1接通（即線圈Q0.0得電），液體A 進入流入容器。當容器液面高度上升到低液位SQ3時（I0.4得電），此時電磁閥YV2接通（Q0.1得電）液體B流進容器，電磁閥YV1斷開（Q0.0失電）液體A不再進入容器。當容器液面高度上升到中液位SQ2時（I0.3得電），此時電磁閥YV3接通（Q0.2得電）液體C流進容器，電磁閥YV2斷開（Q0.1失電）液體A不再進入容器。當容器液面高度上升到高液位SQ1時（I0.2得電），此時電磁閥YV3關閉（Q0.2失電）液體C不再流進容器。同時電動機開始轉(zhuǎn)動（Q0.

18、4得電），并啟動定時器定時1分鐘。定時1分鐘到，電動機停止轉(zhuǎn)動（Q0.4失電），放液電磁閥YV4接通（Q0.3得電），開始放出混合液體。當容器液面高度下降到超低液位SQ4時（I0.5失電），繼續(xù)放液，同時啟動定時器T39定時20s。定時20s到后開始下一周期。5 總結(jié)多種液體自動混合系統(tǒng)應用比較廣泛，采用了可編程控制技術(shù)，使整個控制系統(tǒng)的可靠性和精度大大提高，實現(xiàn)了自動控制。同時由于PLC擴展容易，可以對它進行擴展，如只需增加I/O接口模塊就可擴展原料系統(tǒng)的輸送控制；也可以與電爐控制系統(tǒng)連接，只需增加通信模塊就可實現(xiàn)與上位機的通信，從而實現(xiàn)整個系統(tǒng)的計算機管理。本設計將控制作為一個整體的考慮，

19、使各部分密切配合，協(xié)調(diào)動作，共同完成多種液體混合的任務。電氣控制與可編程控制器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)。在當今由機械化向自動化，信息化飛速發(fā)展的社會，PLC技術(shù)越來越受人們廣泛應用，前景可觀，因此學會和運用PLC，將對我們以后踏上工作崗位有極其重要的幫助。通過對本次PLC論文的研究，我了解到PLC的重要性。在此設計中，我遇到了很多困難，通過對自身的查找，我找出以下不足：1.不太會利用查翻資料。遇到困難，首先不先查資料，過多依賴同學的幫助，相對不獨立。2.學習認真程度不夠，學習熱情不高，基礎相對薄弱，掌握知識太少。3.設計時對時間合理安排上欠妥。但正是這次設計，讓我認識到自己的不足，為以后的工作學習找到了方向和前進的動力。通過這次PLC課題論文的研究。我學會了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。在對理論的運用中，提高了我的工程素質(zhì)，在沒有做實踐設計以前，我們對知識的掌握都是理論上的，對一些細節(jié)不加重視，當我們把自