多種液體混合裝置課程設(shè)計(jì)報(bào)告書

1、 . . . A、課程設(shè)計(jì)目的2B、課程設(shè)計(jì)容21、課題概況說明2系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)52.1 系統(tǒng)硬件配置與組成原理62.2 系統(tǒng)接線圖設(shè)計(jì)72.3.1 液位傳感器的選擇72.3.2 攪拌電機(jī)的選擇82.3.3 電磁閥的選擇82.3.4 按鈕開關(guān)的選擇 82.3.5熔斷器的選擇92.3.6熱繼電器的選擇92.3.7交流接觸器的選擇92.3.8電源刀開關(guān)92.3.9行程開關(guān)92.3.10PLC的選擇92.3.11 元件選擇102.1 程序流程圖102.2 I/O地址分配與接線圖112.2.1 I/O地址分配與功能表112.3 操作步驟12系統(tǒng)調(diào)試與結(jié)果分析144.1 系統(tǒng)調(diào)試144.2 結(jié)果分析1

2、4總結(jié)1517 / 17一 任務(wù)書課程設(shè)計(jì)任務(wù)書A、課程設(shè)計(jì)目的本課程是機(jī)械制造與自動(dòng)化專業(yè)的專業(yè)必修課。課程設(shè)計(jì)的目的和任務(wù)在于使學(xué)生掌握機(jī)械設(shè)備電器控制的基本知識(shí)、基本原理和基本方法,以培養(yǎng)學(xué)生對電氣控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)的基本能力。加深學(xué)生對課程容的理解，驗(yàn)證理論和鞏固、擴(kuò)大所學(xué)的基本理論知識(shí)。B、課程設(shè)計(jì)容1、課題概況說明1. 總體控制要求：如面板圖所示，本裝置為三種液體混合模擬裝置，由液面?zhèn)鞲衅鱏L1、SL2、SL3，液體A、B、C閥門與混合液閥門由電磁閥YV1、YV2、YV3、YV4，攪勻電機(jī)M，加熱器H，溫度傳感器T組成。實(shí)現(xiàn)三種液體的混合，攪勻，加熱等功能。2. 打開“啟動(dòng)”開關(guān)

3、，裝置投入運(yùn)行時(shí)。首先液體A、B、C閥門關(guān)閉，混合液閥門打開10秒將容器放空后關(guān)閉。然后液體A閥門打開，液體A流入容器。當(dāng)液面到達(dá)SL3時(shí)，SL3接通，關(guān)閉液體A閥門，打開液體B閥門。液面到達(dá)SL2時(shí)，關(guān)閉液體B閥門，打開液體C閥門。液面到達(dá)SL1時(shí)，關(guān)閉液體C閥門。3. 攪勻電機(jī)開始攪勻、加熱器開始加熱。當(dāng)混合液體在6秒達(dá)到設(shè)定溫度，加熱器停止加熱，攪勻電機(jī)工作6秒后停止攪動(dòng)；當(dāng)混合液體加熱6秒后還沒有達(dá)到設(shè)定溫度，加熱器繼續(xù)加熱，當(dāng)混合液達(dá)到設(shè)定的溫度時(shí)，加熱器停止加熱，攪勻電機(jī)停止工作。4. 攪勻結(jié)束以后，混合液體閥門打開，開始放出混合液體。當(dāng)液面下降到SL3時(shí)，SL3由接通變?yōu)閿嚅_，再

4、過2秒后，容器放空，混合液閥門關(guān)閉，開始下一周期。5. 關(guān)閉“啟動(dòng)”開關(guān)，在當(dāng)前的混合液處理完畢后，停止操作。2、設(shè)計(jì)要求 1) 攪拌電機(jī)均為三相異步電動(dòng)機(jī)，功率為4KW， 2) 控制電路可以手動(dòng)調(diào)整。 3) 必須配有短路和過載保護(hù)。 4) 繪制電氣原理圖，手工繪制，用A3圖紙； 5）列出元件明細(xì)表，可以打印，用A3圖紙。6）控制電路可以用繼電器接觸器電路實(shí)現(xiàn)，也可以利用PLC結(jié)合繼電器接觸器實(shí)現(xiàn)；7）若采用PLC實(shí)現(xiàn)，必須畫出PLC控制系統(tǒng)的接線圖(A3,打印)和梯形圖。3、設(shè)計(jì)步驟 1) 電動(dòng)機(jī)的選擇：根據(jù)設(shè)計(jì)要求需配備1臺(tái)電動(dòng)機(jī),4個(gè)電磁閥，根據(jù)設(shè)計(jì)要求查閱相關(guān)手冊選擇電機(jī)型號(hào)，注明所查

5、閱的手冊的名稱、頁碼。 2) 電氣原理圖的設(shè)計(jì)（要求有詳細(xì)的分析過程）：（1） 系統(tǒng)工作原理分析（2） 主電路設(shè)計(jì)（3） 控制電路設(shè)計(jì) 3）電氣元件型號(hào)的選擇：（1） 電源開關(guān)的選擇（2） 熱繼電器的選擇（3） 接觸器的選擇（4） 繼電器的選擇（5） 行程開關(guān)的選擇（6） 熔斷器的選擇（7） 按鈕的選擇（8） 變壓器的選擇（可選用）（9） 指示燈的選擇（可選用） (10) PLC的選擇（可選用）1. 概述1.1 機(jī)電傳動(dòng)控制概述機(jī)電傳動(dòng)（又稱電力傳動(dòng)或電力拖動(dòng)）是指以電動(dòng)機(jī)為原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械的系統(tǒng)之總稱。它的目的是將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)機(jī)械的啟動(dòng)、停止以與速度調(diào)節(jié)，滿足各種生產(chǎn)工藝過程

6、的要求，保證生產(chǎn)過程正常運(yùn)行。在現(xiàn)代工業(yè)中，為了實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動(dòng)化的要求，機(jī)電傳動(dòng)不僅包括拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械的電動(dòng)機(jī)，而且包括控制電動(dòng)機(jī)的一整套控制系統(tǒng)。也就是說，現(xiàn)代機(jī)電傳動(dòng)是和由各種控制元件組成的自動(dòng)控制系統(tǒng)緊密地聯(lián)系在一起的，所以，本課程被命名為機(jī)電傳動(dòng)控制（也稱為機(jī)械電氣控制）。從現(xiàn)代化生產(chǎn)的要求出發(fā)，機(jī)電傳動(dòng)控制系統(tǒng)所要完成的任務(wù)，從廣義上講，就是要使生產(chǎn)機(jī)械設(shè)備、生產(chǎn)線、車間甚至整個(gè)工廠都實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化；從狹義上講，則專指控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品數(shù)量的增加、產(chǎn)品質(zhì)量的提高、生產(chǎn)成本的降低工人勞動(dòng)條件的改善以與能源的合理利用。例如，一些精密機(jī)床要求加工精度達(dá)百分之幾毫米，甚至幾微米；重型

7、鏜床為保證加工精度和控制表面粗糙度，要求能在極慢的穩(wěn)速下進(jìn)給，即要求能在很寬的圍調(diào)速；軋鋼車間的可逆式軋機(jī)與其輔助操作頻繁，要求在不到一秒的時(shí)間疚能完成從正轉(zhuǎn)到反轉(zhuǎn)的過程，即要求能迅速地啟動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)；對于電梯和提升機(jī)，要求啟動(dòng)和制動(dòng)平穩(wěn)，能并能準(zhǔn)確地停止在給定的位置上；對于冷、熱連軋機(jī)以與造紙機(jī)的各機(jī)架或各部分，要求它們的轉(zhuǎn)速保持一定的比例關(guān)系，以便進(jìn)行協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)；為了提高效率，要求對由數(shù)臺(tái)或數(shù)十臺(tái)設(shè)別組成的生產(chǎn)自動(dòng)線實(shí)行統(tǒng)一控制和管理。諸如此類要求，都是靠電動(dòng)機(jī)與其控制系統(tǒng)和機(jī)械傳動(dòng)裝置來實(shí)現(xiàn)的。在近代機(jī)械工業(yè)的發(fā)展過程中，機(jī)電傳動(dòng)的發(fā)展，經(jīng)歷了一個(gè)復(fù)雜的過程：（1） 電機(jī)的拖動(dòng)的發(fā)展過程

8、如下：成組拖動(dòng)多電機(jī)拖動(dòng)（不同機(jī)構(gòu)由單獨(dú)電機(jī)拖動(dòng)）單電機(jī)拖動(dòng)（2） 控制系統(tǒng)的發(fā)展過程如下：繼電器控制接觸器控制電機(jī)放大機(jī)控制磁放大器控制電力功率晶體管控制計(jì)算機(jī)數(shù)字控制（PLC）由整個(gè)發(fā)展過程，不難看出，隨著機(jī)械加工要求不斷提高，機(jī)電傳動(dòng)控制系統(tǒng)的復(fù)雜度也在不斷增加。本課程的重點(diǎn)在與控制部分，如何利用電氣元件或計(jì)算機(jī)控制電氣來拖動(dòng)機(jī)械實(shí)現(xiàn)所要求的功能。在設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)，就要求設(shè)計(jì)人員對執(zhí)行元件（電動(dòng)機(jī)）、控制元件的熟練掌握與運(yùn)用，同時(shí)也要求對控要求進(jìn)行了解。1.2 課程設(shè)計(jì)此次，我們小組設(shè)計(jì)的題目是“多種液體混合裝置的PLC控制”。本次設(shè)計(jì)是以三種液體混合為例，將三種液體按一定的比例混合，在

9、加熱攪拌后達(dá)到一定的溫度才能將混合液體輸出容器，從而達(dá)到精確的自動(dòng)控制，此次設(shè)計(jì)主要容包括：I/O分配，梯形圖，接線圖，電氣原理圖等，經(jīng)過多次修改和調(diào)試，最終實(shí)現(xiàn)題目要求。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)入容器，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。

10、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)硬件配置與組成原理隨著科學(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、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(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)硬件選擇名稱型號(hào)數(shù)

11、量微型計(jì)算機(jī)專用計(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子開關(guān)來模擬，啟動(dòng)、停止用動(dòng)合按鈕來實(shí)現(xiàn)，液體A閥門、液體B閥門、混合液閥門的打開與關(guān)閉以與攪勻電機(jī)的運(yùn)行與停轉(zhuǎn)用發(fā)光二極管的點(diǎn)亮與熄滅來模擬。如圖2-2為攪拌機(jī)的立體示意圖。2.2 系統(tǒng)接線圖設(shè)計(jì)表3-3輸入/輸出接線列表面板SB1SB2HILYV1YV2YV3KMPLCX000X001X002X003X004Y001Y002Y003Y0002.3 硬件選擇2.3.1 液位傳感器的選擇選用LSF-2.5型液位傳感器其中

12、“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。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)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)與原理如下：（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100萬次 。（4）觸點(diǎn)容量為70w 。（5）開關(guān)電壓為2

13、4V DC。 （6）切換電流為0.5A 。2.3.2 攪拌電機(jī)的選擇因?yàn)樵O(shè)計(jì)要求功率4kw，選用Y112M-4型電動(dòng)機(jī)。相關(guān)元件主要技術(shù)參數(shù)與原理如下： 1) Y112M-4系列電動(dòng)機(jī)是一般用途封閉自冷式三相異步電動(dòng)機(jī)。2) 額定電壓為380V，額定頻率為50Hz，功率為4KW，采用星形接法。3) 電動(dòng)機(jī)運(yùn)行地點(diǎn)的海拔不超過1000m。隨季節(jié)變化，但不超過40°C 4) Y112M-4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)行安全可靠。2.3.3 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

14、） 寬度。相關(guān)元件主要技術(shù)參數(shù)與原理如下： 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-2060°C。3）使用電壓：AC：220 V50Hz/60Hz DC：24V。 4）功率：AC：2.5KW。 5）操作方式：常閉：通電打開、斷電關(guān)閉，動(dòng)作響應(yīng)迅速，高頻率。 （2）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)與原理如下： 1）其最大特點(diǎn)就是能通過設(shè)備上的按鍵設(shè)置來控制流量，達(dá)到定時(shí)排空的效果。2）其閥體材料為：聚四氟乙烯，有比較

15、強(qiáng)的抗腐蝕能力。 3）使用電壓：AC：220 V50Hz/60Hz DC：24V。4）功率：AC：5KW。 2.3.4 按鈕開關(guān)的選擇 按鈕開關(guān)型號(hào)為KH-2204。 且SB1為綠色按鈕，因?yàn)槭菃?dòng)按鈕，SB2是紅色按鈕，因?yàn)槭峭Ｖ拱粹o。2.3.5熔斷器的選擇根據(jù)選擇出的電機(jī)型號(hào)，可大致計(jì)算該電機(jī)工作時(shí)的最大電流：再根據(jù)以下經(jīng)驗(yàn)公式，計(jì)算出所需熔斷器的最大允許電流值，所以FU：RL-60/25,最大熔斷電流25A； 2.3.6熱繼電器的選擇根據(jù)前面算出的電動(dòng)機(jī)工作電流，查2可直接選出熱繼電器，得如下結(jié)果 FR：LR1-D09310，整定電流圍46； 2.3.7交流接觸器的選擇根據(jù)前面計(jì)算出的電

16、動(dòng)機(jī)工作電流值，可知交流接觸器的工作電流應(yīng)在25A以， 所以熱繼電器型號(hào)為：14JR20-252.3.8電源刀開關(guān)而在整個(gè)設(shè)計(jì)中，我們用到了一個(gè)刀開關(guān)，總閘一個(gè)（即控制電源，又控制照明燈）。故總閘刀開關(guān)QS選用藍(lán)色；查2選擇刀開關(guān)如下：QS：DZ20-100/3，藍(lán)色；2.3.9PLC的選擇 在本控制系統(tǒng)中，所需的開關(guān)量輸入為5點(diǎn)，開關(guān)量輸出為4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。由于本系統(tǒng)的控制是順序控制，選用西門子S7-200系列PLC作控制單元來控制整個(gè)系統(tǒng)。之所以選擇這種PLC，主要考慮S7-200系列PLC有以下特點(diǎn)：1） 豐富的指令系統(tǒng)。除能實(shí)現(xiàn)一般的邏輯控制

17、外，還可進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制、復(fù)雜數(shù)據(jù)處理，甚至可直接控制變頻器實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制。而且各類PLC產(chǎn)品的指令系統(tǒng)都具有向上兼容性，便于應(yīng)用程序的移植。 （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?？芍苯舆B接調(diào)制解調(diào)器，可方便地與其他PLC或上位機(jī)連成通信網(wǎng)絡(luò)，通過上位計(jì)算機(jī)對生產(chǎn)現(xiàn)場的PLC進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。在生產(chǎn)規(guī)模較大，所控制的機(jī)床達(dá)到兩臺(tái)以上時(shí)，可采用1：n上位通信方式，用一臺(tái)計(jì)算機(jī)管理多臺(tái)床，構(gòu)成一個(gè)二級分布式集一散控制系統(tǒng)。 （4）編程與監(jiān)控功能強(qiáng)大、維護(hù)簡單、價(jià)格適中。 2.3.11 元件選擇 元器件明細(xì)表2-2名稱型號(hào)數(shù)量備注按鈕開關(guān)KH-22042個(gè)液位傳感器LSF-

18、2.53個(gè)攪拌電動(dòng)機(jī)Y112M-41個(gè)電磁閥（入液罐）VF4-252個(gè)電磁閥（出液罐）AVF-401個(gè)接觸器CJX1-9/220V1個(gè)電源開關(guān)DZ20-100/31個(gè)熱繼電器14JR20-252個(gè)繼電器LR1-D093103個(gè)行程開關(guān)JLXK1-311M1個(gè)熔斷器RL-60/253個(gè)2. 軟件設(shè)計(jì)2.1 程序流程圖圖2-1 程序流程圖2.2 I/O地址分配與接線圖2.2.1 I/O地址分配與功能表序號(hào)PLC地址（PLC端子）電氣符號(hào)（面板端子）功能說明1X00SD啟動(dòng)（SD）2X01SL1液位傳感器SL13X02SL2液位傳感器SL24X03SL3液位傳感器SL35X04T溫度傳感器T6Y00

19、YV1進(jìn)液閥門A7Y01YV2進(jìn)液閥門B8Y02YV3進(jìn)液閥門C9Y03YV4排液閥門10Y04YKM攪拌電機(jī)11Y05H加熱器12主機(jī)COM、面板COM接電源GND電源地端13主機(jī)COM0、COM1、COM2、COM3、COM4、COM5、接電源GND電源地端14面板V+接電源+24V電源正端2.2.2 PLC外部接線圖2-2 外部接線圖2.3 操作步驟1. 檢查課設(shè)設(shè)備中器材與調(diào)試程序。2. 按照I/O端口分配表或接線圖完成PLC與課設(shè)模塊之間的接線，認(rèn)真檢查，確保正確無誤。3. 打開示例程序或用戶自己編寫的控制程序，進(jìn)行編譯，有錯(cuò)誤時(shí)根據(jù)提示信息修改，直至無誤，用SC-09通訊編程電纜連

20、接計(jì)算機(jī)串口與PLC通訊口，打開PLC主機(jī)電源開關(guān)，下載程序至PLC中，下載完畢后將PLC的“RUN/STOP”開關(guān)撥至“RUN”狀態(tài)。4. 打開“啟動(dòng)”開關(guān)，SL1、SL2、SL3撥至OFF，觀察液體混合閥門YV1、YV2、YV3、YV4的工作狀態(tài)。5. 等待20S后，觀察液體混合閥門YV1、YV2、YV3、YV4的工作狀態(tài)有何變化，依次將SL1、SL2、SL3液面?zhèn)鞲衅靼庵罯N，觀察系統(tǒng)各閥門、攪動(dòng)電機(jī)YKM與加熱器H的工作狀態(tài)。6. 將測溫傳感器的開關(guān)打到ON，觀察系統(tǒng)各閥門、攪動(dòng)電機(jī)YKM與加熱器H的工作狀態(tài)。7. 關(guān)閉“啟動(dòng)”開關(guān)，系統(tǒng)停止工作。2.3.1 PLC程序第四章 系統(tǒng)調(diào)試

21、與結(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程，對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，Y002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