多種液體自動混合控制系統(tǒng)設(shè)計(共17頁)

1、PAGE 20揚(yáng) 州 大 學(xué)本科生課程設(shè)計報告(bogo)題 目 多種液體自動(zdng)混合控制系統(tǒng)(xtng)設(shè)計 課 程 電氣控制及可編程控制器 專 業(yè) 電氣工程及其自動化 班 級 電氣1102 學(xué) 號 姓 名 指導(dǎo)老師 王永華 完成日期 2014年12月29日 目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc408927746 1.緒 論 PAGEREF _Toc408927746 h 2 HYPERLINK l _Toc408927747 1.1 課程(kchng)題目 PAGEREF _Toc408927747 h 2 HYPERLINK l _Toc408

2、927748 1.2 設(shè)計目的(md)及要求 PAGEREF _Toc408927748 h 2 HYPERLINK l _Toc408927749 1.3 原始(yunsh)資料 PAGEREF _Toc408927749 h 2 HYPERLINK l _Toc408927750 1.4 課題要求 PAGEREF _Toc408927750 h 3 HYPERLINK l _Toc408927751 1.5 日程安排 PAGEREF _Toc408927751 h 3 HYPERLINK l _Toc408927752 1.6 主要參考書 PAGEREF _Toc408927752 h 3

3、 HYPERLINK l _Toc408927753 2.器件選擇 PAGEREF _Toc408927753 h 4 HYPERLINK l _Toc408927754 2.1 總體結(jié)構(gòu) PAGEREF _Toc408927754 h 4 HYPERLINK l _Toc408927755 2.2 具體器件的選擇 PAGEREF _Toc408927755 h 5 HYPERLINK l _Toc408927756 2.2.1 液位傳感器的選擇 PAGEREF _Toc408927756 h 5 HYPERLINK l _Toc408927757 2.2.2 溫度傳感器的選擇 PAGEREF

4、 _Toc408927757 h 5 HYPERLINK l _Toc408927758 2.2.3攪拌電動機(jī)的選擇 PAGEREF _Toc408927758 h 6 HYPERLINK l _Toc408927759 2.2.4電磁閥的選擇 PAGEREF _Toc408927759 h 6 HYPERLINK l _Toc408927760 2.2.5接觸器的選擇 PAGEREF _Toc408927760 h 7 HYPERLINK l _Toc408927761 2.2.6熱繼電器的選擇 PAGEREF _Toc408927761 h 7 HYPERLINK l _Toc408927

5、762 3.程序設(shè)計 PAGEREF _Toc408927762 h 8 HYPERLINK l _Toc408927763 3.1總體設(shè)計思路 PAGEREF _Toc408927763 h 8 HYPERLINK l _Toc408927764 3.2 PLC輸入輸出口分配 PAGEREF _Toc408927764 h 10 HYPERLINK l _Toc408927765 3.3 主電路設(shè)計 PAGEREF _Toc408927765 h 11 HYPERLINK l _Toc408927766 3.4 液體混合裝置的輸入輸出接線圖 PAGEREF _Toc408927766 h 1

6、1 HYPERLINK l _Toc408927767 3.5 液體混合裝置的梯形圖 PAGEREF _Toc408927767 h 13 HYPERLINK l _Toc408927768 4.安裝、接線及系統(tǒng)聯(lián)合測試 PAGEREF _Toc408927768 h 15 HYPERLINK l _Toc408927769 5.后期工作 PAGEREF _Toc408927769 h 15 HYPERLINK l _Toc408927771 6.總結(jié) PAGEREF _Toc408927771 h 16 HYPERLINK l _Toc408927772 7.參考文獻(xiàn) PAGEREF _To

7、c408927772 h 171.緒 論1.1 課程(kchng)題目多種液體(yt)自動混合控制系統(tǒng)設(shè)計1.2 設(shè)計(shj)目的及要求1、熟悉電氣控制系統(tǒng)的一般設(shè)計原則、設(shè)計內(nèi)容及設(shè)計程序。2、掌握電氣設(shè)計制圖的基本規(guī)范，熟練掌握PLC程序設(shè)計的方法和步驟。3、學(xué)會收集、分析、運(yùn)用電氣設(shè)計有關(guān)資料及數(shù)據(jù)。4、培養(yǎng)獨(dú)立工作和工程設(shè)計能力以及綜合運(yùn)用專業(yè)知識解決實(shí)際工程技術(shù)問題的能力。1.3 原始資料初始時，容器為空，Y1、Y2、Y3、Y4電磁閥和M攪拌機(jī)均為OFF，液面?zhèn)鞲衅鱈1、L2、L3為OFF。按下啟動按鈕，開始下列操作：1、Y1、Y2為ON，液體A和B同時注入容器，當(dāng)液面達(dá)到L2時，

8、L2為ON，使Y1、Y2為OFF，Y3為ON，即關(guān)閉Y1、Y2閥門，打開液體C的閥門Y3。2、液面達(dá)到L1時，Y3為OFF，M為ON，即關(guān)閉閥門Y3，電動機(jī)起動開始攪拌。3、經(jīng)10S攪勻后，M為OFF，停止攪拌，H為ON，加熱器開始加熱。4、當(dāng)混合液體溫度達(dá)到某一指定值時，T為ON，H為OFF，停止加熱，使電磁閥Y4為ON，開始放出混合液體。5、當(dāng)液體(yt)高度降為L3后，L3從ON到OFF，再經(jīng)5S，容器放空，Y4為OFF，開始下一周期。當(dāng)按下停止按鈕后，在當(dāng)前的混合操作處理完畢后，停止操作，停在初始狀態(tài)。1.4 課題(kt)要求1、設(shè)計(shj)原則：國家現(xiàn)行有關(guān)電氣設(shè)計規(guī)范及主管部門規(guī)

9、定等。2、設(shè)計范圍：控制系統(tǒng)主電路及控制電路設(shè)計，電器設(shè)備選型。3、設(shè)計成果：課程設(shè)計報告（設(shè)計說明書及計算書等），主電路圖、控制電路圖、流程圖、I/O端子接線圖、梯形圖及程序。（所有成果均應(yīng)為打印稿）。1.5 日程安排本次課程設(shè)計時間共一周，進(jìn)度安排如下：1、設(shè)計準(zhǔn)備，熟悉有關(guān)電氣設(shè)計規(guī)范，熟悉課題設(shè)計要求及內(nèi)容。（1天）2、分析控制要求、主電路及控制電路方案設(shè)計。（1天）3、繪制控制流程圖、I/O端子接線圖。（1天）4、梯形圖設(shè)計、編制程序及程序說明。（1天）5、整理計算書及圖紙、寫課程設(shè)計報告。（1天）1.6 主要參考書1、電氣控制與可編程控制器應(yīng)用技術(shù) 郁漢琪主編 東南大學(xué)出版社2、工

10、廠電氣控制技術(shù) 方承遠(yuǎn)主編 機(jī)械工業(yè)出版社3、可編程控制器原理應(yīng)用網(wǎng)絡(luò) 徐世許主編 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社4、工廠常用電氣設(shè)備手冊（第2版）上、下冊 中國電力出版社2.器件(qjin)選擇2.1 總體(zngt)結(jié)構(gòu)從圖2-1中可知設(shè)計的液體混合(hnh)裝置主要完成三種液體的自動混合攪拌并控制溫度，如圖2-1所示。 此裝置需要控制的元件有：其中L1、L2、L3為液面?zhèn)鞲衅?，液面淹沒該點(diǎn)時為ON。Y1、Y2、Y3、Y4為電磁閥，M為攪拌電機(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機(jī)的1個交流接觸器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

11、制效果。 圖2.1 液體(yt)混合灌裝機(jī)2.2 具體(jt)器件的選擇2.2.1 液位傳感器的選擇(xunz)選用LSF-2.5型液位傳感器其中“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，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，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作并輸出一個開關(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)及原理如下：（1

12、）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 3.3在本實(shí)驗(yàn)中，I/O接線圖中用限位開關(guān)來代替液位傳感器。2.2.2 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

13、用KTY81-210A型溫度傳感器。 相關(guān)元件主要技術(shù)參數(shù)及原理(yunl)如下： （1）測量溫度(wnd)范圍為 -50150（2）溫度(wnd)系數(shù)TC 為 0.79%/K （3）精度等級為 0.5% （4）公稱壓力為 0.6MPa2.2.3攪拌電動機(jī)的選擇選用EJ15-3型電動機(jī)其中“E”表示電動機(jī)，“J”表示交流的，15為設(shè)計序號，3為最大工作電流 相關(guān)元件主要技術(shù)參數(shù)及原理如下： EJ15系列電動機(jī)是一般用途的全封閉自扇冷式鼠籠型三相異步電動機(jī)。 （1）額定電壓為220V，額定頻率為50Hz，功率為2.5KW，采用三角形接法。 （2）電動機(jī)運(yùn)行地點(diǎn)的海拔不超過1000m。工作溫度-1

14、540C /濕度90%。 （3）EJ15系列電動機(jī)效率高、節(jié)能、堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩高、噪音低、振動小、運(yùn)行安全可靠。 2.2.4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)計序號，25表示口徑（mm） 寬度。相關(guān)元件主要技術(shù)參數(shù)及原理如下： 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-2060C。3）使用(shyng)電壓：AC：220 V50Hz/60Hz DC：24V。 4）功率(gngl)：AC：2.5KW。 5）操作方式：常閉：通電(tng din)打開、斷電關(guān)閉，動作響應(yīng)迅速

15、，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)及原理如下： 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)到定時排空的效果。2）其閥體材料為：聚四氟乙烯，有比較強(qiáng)的抗腐蝕能力。 3）使用電壓：AC：220 V50Hz/60Hz DC：24V。4）功率：AC：5KW。 2.2.5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）

16、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 2.2.6熱繼電器的選擇選用JR16B-60/3D型熱繼電器 其中“J”表示繼電器，“D”帶斷相保護(hù) 相關(guān)元件主要技術(shù)參數(shù)及原理如下： （1）額定電流為20（A） （2）熱元件額定電流為32/45（A）3.程序設(shè)計(chn x sh j)3.1總體設(shè)計思路(sl)經(jīng)過對上述(shngsh)設(shè)計要求的深入思考后，對系統(tǒng)的設(shè)計過程有了一定的構(gòu)架。具體的想法有一下幾點(diǎn)： 系統(tǒng)為多種液體自動混合，需要對各種液體的液面的高度監(jiān)控，因此，需要運(yùn)用到傳感器進(jìn)行液面高度的監(jiān)控。各種液體

17、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。對各個控件的控制，需要一個完整的控制流程，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(jìn)入容器，當(dāng)達(dá)到一定值時，停止進(jìn)入，B種液體開始進(jìn)入，當(dāng)達(dá)到一定值時，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，一分鐘后攪拌均勻，停止攪拌，放出液體。經(jīng)20s后停止放出，按停止鍵停止操作。 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。對于本課題來說，如果液體混合系統(tǒng)部分是一個較大規(guī)模工業(yè)控制系統(tǒng)的改造升級，新控制裝置需要根據(jù)企業(yè)設(shè)備和工藝現(xiàn)況

18、來構(gòu)成并需盡可能的利用舊系統(tǒng)中的元器件。對于人機(jī)交互方式改造后系統(tǒng)的操作模式應(yīng)盡量和改造前的相類似，以便于操作人員迅速掌握。從企業(yè)的改造要求可以看出在新控制系統(tǒng)中既需要處理模擬量也需要處理大量的開關(guān)量，系統(tǒng)的可靠性要高，人機(jī)交互界面友好，應(yīng)具備數(shù)據(jù)儲存和分析匯總的能力。 要實(shí)現(xiàn)整個液體混合控制系統(tǒng)的設(shè)計(shj)，需要從怎樣實(shí)現(xiàn)各電磁閥的開關(guān)以及電動機(jī)啟動的控制這個角度去考慮，現(xiàn)在就這個問題的如何實(shí)現(xiàn)以及選擇怎樣的方法來確定系統(tǒng)方案?？刂?kngzh)流程圖如下。圖3-1 液體混合(hnh)裝置流程圖3.2 PLC輸入輸出口分配(fnpi)輸入/輸出地址(dzh)分配如表1 表1 液體混合裝置

19、輸入/輸出地址分配輸入點(diǎn)地址功能輸出點(diǎn)地址功能X0SB0啟動按鈕Y0電磁閥Y1X1SB1停止按鈕Y1電磁閥Y2X2L2液位傳感器Y2電磁閥Y3X3L3液位傳感器Y3攪拌機(jī)MX4L1液位傳感器Y4加熱器HX5T溫度傳感器Y5電磁閥Y4X6FR常閉觸點(diǎn)3.3 主電路設(shè)計因?yàn)橹挥袛嚢铏C(jī)是電動機(jī)控制的，所以主電路只需要一個電機(jī)控制，并攪拌機(jī)只有啟動與停止兩種工作狀態(tài)，因此(ync)只需要一組主觸點(diǎn)。主電路(dinl)如下。圖3-1 液體混合(hnh)裝置流程圖圖3-2 液體混合裝置的主電路3.4 液體混合裝置的輸入輸出接線圖（1）兩種液體的進(jìn)人 當(dāng)PLC接通電源后，按下啟動按鈕SB0后，觸點(diǎn)X0接通，

20、由于有微分指令DF，使該路只接通一掃描周期，通過保持指令KP使Y1、Y2輸出繼電器線圈得電并保持，分別與之相接的Y1、Y2電磁閥帶電接通，流進(jìn)兩種不同成分的液體。 （2）第三種液體的進(jìn)人 當(dāng)液體達(dá)到L2液位傳感器的位置時，X2輸人繼電器接通使Y1、Y2關(guān)閉，同時地址為16的X2接通，利用KP指令使輸出繼電器Y3接通并保持，與之相連的Y3電磁閥得電接通，第3種液體流進(jìn)液罐。（3）攪拌機(jī)工作(gngzu) 當(dāng)液位到達(dá)L1液位傳感器的位置時，該傳感器檢測到該信息(xnx)，使Xl輸人繼電器線圈得電，在梯形圖中它的X1常開觸點(diǎn)接通，通過KP指令復(fù)位端，使輸出繼電器Y3關(guān)閉，與之相連的硯電磁閥關(guān)閉，同時

21、接通地址為32的X1常開觸點(diǎn)，使代表攪拌機(jī)Y5的輸出繼電器接通。 （4）加熱器工作 攪拌機(jī)通過Y5的輸出信號得電并開始攪拌，并用TIMY0定時器定時，定時時間(shjin)為10s。10s到后，地址為45的定時器常開觸點(diǎn)T0接通，使Y6輸出繼電器得電，與之相連的加熱器H這時接通，開始加熱液體，同時關(guān)閉Y5使攪拌機(jī)M停止。 （5）混合液體開始排出 當(dāng)液體溫度達(dá)到預(yù)定溫度時，溫度傳感器T檢測到該信息，同時梯形圖中地址為47的X4接通使Y6失電，從而使加熱器H關(guān)閉，同時接通地址為51的X4常開觸點(diǎn)，使X4接通，與之相連的Y4電磁閥打開，排出攪拌均勻后的混合液體。（6）混合液體排完 當(dāng)液位低于L3液位

22、傳感器的位置時，L3液位傳感器由通到斷，使X3也由通到斷，這樣相當(dāng)于一個下降沿，驅(qū)使DF產(chǎn)生一個掃描周期的脈沖，通過KP指令置位端使輔助繼電器R0接通，接通后使定時器TMY1定時，大約5s時間，液體排完。 （7）重復(fù)液體混合過程 重復(fù)液體混合過程是通過并聯(lián)在梯形圖地址為2位置上的定時器TMY1常開觸點(diǎn)實(shí)現(xiàn)的。同時T1常開觸點(diǎn)也接通，通過保持保持指令KP使R0復(fù)位，定時器關(guān)閉。液體混合裝置輸人輸出接線圖如下。圖3-3 液體(yt)混合裝置的I/O接線圖3.5 液體(yt)混合裝置的梯形圖圖3-4 液體(yt)混合裝置的梯形圖多種液體混合(hnh)自動裝置指令表如下：LD 0.00ANDNOT 1

23、0.05OR 10.00OR 10.07ANDNOT 0.02ANDNOT 10.06OUT 10.00OUT 10.01LD 0.02ANDNOT 0.04ANDNOT 10.05OUT 10.02LD 0.04ANDNOT 10.04ANDNOT 10.05OUT 10.03TIM 001 #100LD TIM001OR 10.04ANDNOT 0.05OUT 10.04LD 0.05AND 0.03OR 10.05ANDNOT TIM002OUT 10.05ANDNOT 0.03TIM 002 #50LD 0.01OR 10.06ANDNOT 0.00OUT 10.06LD TIM002

24、OR 10.07ANDNOT 10.06ANDNOT 10.00OUT 10.074.安裝、接線及系統(tǒng)(xtng)聯(lián)合測試按照電氣設(shè)計圖完成(wn chng)接線，對程序系統(tǒng)與電氣系統(tǒng)進(jìn)行(jnxng)聯(lián)合測試，詳細(xì)步驟略。如不滿足要求，再回去修改程序或檢查接線，直到滿足要求為止。5.后期工作1、操作過程簡要說明本實(shí)驗(yàn)在試驗(yàn)箱上模擬了多液體自動混合裝置的工作過程，用按鈕代替液面出發(fā)開關(guān)，用信號燈表示閥門和電動機(jī)的工作狀態(tài)（1）啟動開接通時，系統(tǒng)開始工作，電磁閥Y1、Y2打開,A和B液體注入（Y0、Y1燈亮）。當(dāng)起動開關(guān)斷開時，信號燈運(yùn)行完一個周期后才熄滅。（2）當(dāng)液體液位到達(dá)SQ4位置時，觸動開關(guān)X4，攪勻電動機(jī)M開始攪勻（Y3燈亮），同時計時器T0開始計時，10s后計時完畢，加熱器H開始加熱（Y4燈亮）。（3）當(dāng)液體溫度達(dá)到一指定值時，溫度傳感器T運(yùn)行，觸動開關(guān)X5,加熱器停止加熱，電磁閥Y4開始運(yùn)行（Y5燈亮）。 （4）開始放出(fn ch)混合液體，當(dāng)液面下降到SQ3時，