多種液體自動混合控制系統(tǒng)設計

-.z.揚州大學本科生課程設計報告題目多種液體自動混合控制系統(tǒng)設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學號姓名指導教師王永華完成日期2014年12月29日目錄1.緒論21.1課程題目21.2設計目的及要求21.3原始資料21.4課題要求31.5日程安排31.6主要參考書32.器件選擇42.1總體構造42.2具體器件的選擇52.2.1液位傳感器的選擇52.2.2溫度傳感器的選擇5攪拌電動機的選擇6電磁閥的選擇6接觸器的選擇7熱繼電器的選擇73.程序設計83.1總體設計思路83.2PLC輸入輸出口分配103.3主電路設計113.4液體混合裝置的輸入輸出接線圖113.5液體混合裝置的梯形圖134.安裝、接線及系統(tǒng)聯(lián)合測試155.后期工作156.總結167.參考文獻171.緒論1.1課程題目多種液體自動混合控制系統(tǒng)設計1.2設計目的及要求1、熟悉電氣控制系統(tǒng)的一般設計原則、設計容及設計程序。2、掌握電氣設計制圖的根本規(guī)，熟練掌握PLC程序設計的方法和步驟。3、學會收集、分析、運用電氣設計有關資料及數據。4、培養(yǎng)獨立工作和工程設計能力以及綜合運用專業(yè)知識解決實際工程技術問題的能力。1.3原始資料初始時，容器為空，Y1、Y2、Y3、Y4電磁閥和M攪拌機均為OFF，液面?zhèn)鞲衅鱈1、L2、L3為OFF。按下啟動按鈕，開場以下操作：1、Y1、Y2為ON，液體A和B同時注入容器，當液面到達L2時，L2為ON，使Y1、Y2為OFF，Y3為ON，即關閉Y1、Y2閥門，翻開液體C的閥門Y3。2、液面到達L1時，Y3為OFF，M為ON，即關閉閥門Y3，電動機起動開場攪拌。3、經10S攪勻后，M為OFF，停頓攪拌，H為ON，加熱器開場加熱。4、當混合液體溫度到達*一指定值時，T為ON，H為OFF，停頓加熱，使電磁閥Y4為ON，開場放出混合液體。5、當液體高度降為L3后，L3從ON到OFF，再經5S，容器放空，Y4為OFF，開場下一周期。當按下停頓按鈕后，在當前的混合操作處理完畢后，停頓操作，停在初始狀態(tài)。1.4課題要求1、設計原則：國家現行有關電氣設計規(guī)及主管部門規(guī)定等。2、設計圍：控制系統(tǒng)主電路及控制電路設計，電器設備選型。3、設計成果：課程設計報告〔設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。〔所有成果均應為打印稿〕。1.5日程安排本次課程設計時間共一周，進度安排如下：1、設計準備，熟悉有關電氣設計規(guī)，熟悉課題設計要求及容?！?天〕2、分析控制要求、主電路及控制電路方案設計?！?天〕3、繪制控制流程圖、I/O端子接線圖?！?天〕4、梯形圖設計、編制程序及程序說明?！?天〕5、整理計算書及圖紙、寫課程設計報告。〔1天〕1.6主要參考書1、"電氣控制與可編程控制器應用技術"郁漢琪主編東南大學2、"工廠電氣控制技術"方承遠主編機械工業(yè)3、"可編程控制器原理應用網絡"徐世許主編中國科學技術大學4、"工廠常用電氣設備手冊"〔第2版〕上、下冊中國電力2.器件選擇2.1總體構造從圖2-1中可知設計的液體混合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)鞲衅鳎好嫜蜎]該點時為ON。Y1、Y2、Y3、Y4為電磁閥，M為攪拌電機，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的1個交流接觸器KM。所有這些元件的控制都屬于數字量控制，可以通過引線與相應的控制系統(tǒng)連接從而到達控制效果。圖2.1液體混合灌裝機2.2具體器件的選擇2.2.1液位傳感器的選擇選用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系列液位開關可提供非常準確、可靠的液位檢測。其原理是依據光的反射折射原理，當沒有液體時，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，相應的晶體管或繼電器動作并輸出一個開關量。應用此原理可制成單點或多點液位開關。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。相關元件主要技術參數及原理如下：〔1〕工作壓力可達2.5Mpa〔2〕工作溫度上限為125°C〔3〕觸點壽命為100萬次〔4〕觸點容量為70w〔5〕開關電壓為24VDC〔6〕切換電流為0.5A3.3在本實驗中，I/O接線圖中用限位開關來代替液位傳感器。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，產品壽命長等優(yōu)點,該溫度傳感器已廣泛應用于電機變頻調速溫度控制，太陽能熱水器溫度測量領域彩印設備溫控，汽車油溫測量、發(fā)動機冷卻系統(tǒng)、工業(yè)控制系統(tǒng)中過熱保護、加熱控制系統(tǒng)、電源供電保護等。選用KTY81-210A型溫度傳感器。相關元件主要技術參數及原理如下：〔1〕測量溫度圍為-50~150℃℃〔2〕溫度系數TC為0.79%/K〔3〕精度等級為0.5%〔4〕公稱壓力為0.6MPa攪拌電動機的選擇選用EJ15-3型電動機其中“E〞表示電動機，“J〞表示交流的，15為設計序號，3為最大工作電流相關元件主要技術參數及原理如下：EJ15系列電動機是一般用途的全封閉自扇冷式鼠籠型三相異步電動機。〔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?！?〕電動機運行地點的海拔不超過1000m。工作溫度-15～40°C/濕度≤90%。〔3〕EJ15系列電動機效率高、節(jié)能、堵轉轉矩高、噪音低、振動小、運行平安可靠。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表示設計序號，25表示口徑〔mm〕寬度。相關元件主要技術參數及原理如下：1〕材質：聚四氟乙烯。使用介質：硫酸、鹽酸、有機溶劑、化學試劑等酸堿性的液體。2〕介質溫度≤150/℃環(huán)境溫度-20～60°C。3〕使用電壓：AC：220V50Hz/60HzDC：24V。4〕功率：AC：2.5KW。5〕操作方式：常閉：通電翻開、斷電關閉，動作響應迅速，高頻率。〔2〕出罐液體選用AVF-40型電磁閥其中“A〞表示可調節(jié)流量，“V〞表示電磁閥，“F〞表示防腐蝕，40為口徑(mm)相關元件主要技術參數及原理如下：1〕其最大特點就是能通過設備上的按鍵設置來控制流量，到達定時排空的效果。2〕其閥體材料為：聚四氟乙烯，有比擬強的抗腐蝕能力。3〕使用電壓：AC：220V50Hz/60HzDC：24V。4〕功率：AC：5KW。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為設計編號，10/16為主觸頭額定電流相關元件主要技術參數及原理如下：〔1〕操作頻率為1200/h〔2〕機電壽命為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〞帶斷相保護相關元件主要技術參數及原理如下：〔1〕額定電流為20〔A〕〔2〕熱元件額定電流為32/45〔A〕3.程序設計3.1總體設計思路經過對上述設計要求的深入思考后，對系統(tǒng)的設計過程有了一定的構架。具體的想法有一下幾點：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，需要運用到傳感器進展液面高度的監(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技術進展編程，可以實現對各個控件的控制。具體控制方法根據題目要求，按下啟動按鈕時，A種液體進入容器，當到達一定值時，停頓進入，B種液體開場進入，當到達一定值時，停頓進入C種液體開場進入，當到達一定深度停頓所有液體進入。攪拌機進展攪拌，一分鐘后攪拌均勻，停頓攪拌，放出液體。經20s后停頓放出，按停頓鍵停頓操作。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。對于本課題來說，如果液體混合系統(tǒng)局部是一個較大規(guī)模工業(yè)控制系統(tǒng)的改造升級，新控制裝置需要根據企業(yè)設備和工藝現況來構成并需盡可能的利用舊系統(tǒng)中的元器件。對于人機交互方式改造后系統(tǒng)的操作模式應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量，系統(tǒng)的可靠性要高，人機交互界面友好，應具備數據儲存和分析匯總的能力。要實現整個液體混合控制系統(tǒng)的設計，需要從怎樣實現各電磁閥的開關以及電動機啟動的控制這個角度去考慮，現在就這個問題的如何實現以及選擇怎樣的方法來確定系統(tǒng)方案?？刂屏鞒虉D如下。圖3-1液體混合裝置流程圖3.2PLC輸入輸出口分配輸入/輸出地址分配如表1表1液體混合裝置輸入/輸出地址分配輸入點地址功能輸出點地址功能*0SB0啟動按鈕Y0電磁閥Y1*1SB1停頓按鈕Y1電磁閥Y2*2L2液位傳感器Y2電磁閥Y3*3L3液位傳感器Y3攪拌機M*4L1液位傳感器Y4加熱器H*5T溫度傳感器Y5電磁閥Y4*6FR常閉觸點3.3主電路設計因為只有攪拌機是電動機控制的，所以主電路只需要一個電機控制，并攪拌機只有啟動與停頓兩種工作狀態(tài)，因此只需要一組主觸點。主電路如下。圖3-1液體混合裝置流程圖圖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〕兩種液體的進人當PLC接通電源后，按下啟動按鈕SB0后，觸點*0接通，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，流進兩種不同成分的液體?！?〕第三種液體的進人當液體到達L2液位傳感器的位置時，*2輸人繼電器接通使Y1、Y2關閉，同時地址為16的*2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種液體流進液罐?！?〕攪拌機工作當液位到達L1液位傳感器的位置時，該傳感器檢測到該信息，使*l輸人繼電器線圈得電，在梯形圖中它的*1常開觸點接通，通過KP指令復位端，使輸出繼電器Y3關閉，與之相連的硯電磁閥關閉，同時接通地址為32的*1常開觸點，使代表攪拌機Y5的輸出繼電器接通?！?〕加熱器工作攪拌機通過Y5的輸出信號得電并開場攪拌，并用TIMY0定時器定時，定時時間為10s。10s到后，地址為45的定時器常開觸點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，開場加熱液體，同時關閉Y5使攪拌機M停頓?！?〕混合液體開場排出當液體溫度到達預定溫度時，溫度傳感器T檢測到該信息，同時梯形圖中地址為47的*4接通使Y6失電，從而使加熱器H關閉，同時接通地址為51的*4常開觸點，使*4接通，與之相連的Y4電磁閥翻開，排出攪拌均勻后的混合液體?！?〕混合液體排完當液位低于L3液位傳感器的位置時，L3液位傳感器由通到斷，使*3也由通到斷，這樣相當于一個下降沿，驅使DF產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〕重復液體混合過程重復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常開觸點實現的。同時T1常開觸點也接通，通過保持保持指令KP使R0復位，定時器關閉。液體混合裝置輸人輸出接線圖如下。圖3-3液體混合裝置的I/O接線圖3.5液體混合裝置的梯形圖圖3-4液體混合裝置的梯形圖多種液體混合自動裝置指令表如下：LD0.00ANDNOT10.05OR10.00OR10.07ANDNOT0.02ANDNOT10.06OUT10.00OUT10.01LD0.02ANDNOT0.04ANDNOT10.05OUT10.02LD0.04ANDNOT10.04ANDNOT10.05OUT10.03TIM001*100LDTIM001OR10.04ANDNOT0.05OUT10.04LD0.05AND0.03OR10.05ANDNOTTIM002OUT10.05ANDNOT0.03TIM002*50LD0.01OR10.06ANDNOT0.00OUT10.06LDTIM002OR10.07ANDNOT10.06ANDNOT10.00OUT10.074.安裝、接線及系統(tǒng)聯(lián)合測試按照電氣設計圖完成接線，對程序系統(tǒng)與電氣系統(tǒng)進展聯(lián)合測試，詳細步驟略。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驗在試驗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，用信號燈表示閥門和電動機的工作狀態(tài)〔1〕啟動開接通時，系統(tǒng)開場工作，電磁閥Y1、Y2翻開,A和B液體注入〔Y0、Y1燈亮〕。當起動開關斷開時，信號燈運行完一個周期后才熄滅?！?〕當液體液位到達SQ4位置時，觸動開關*4，攪勻電動機M開場攪勻〔Y3燈亮〕，同時計時器T0開場計時，10s后計時完畢，加熱器H開場加熱〔Y4燈亮〕。〔3〕當液體溫度到達一指定值時，溫度傳感器T運行，觸動開關*5,加熱器停頓加熱，電磁閥Y4開場運行〔Y5燈亮〕?！?〕開場放出混合液體，當液面下降到SQ3時，出動*3按鈕，計時器T2開場計時5s，計時完畢后，電磁閥Y4停頓。完成了一個周期的控制，開場進展下一個周期。2、常見故障及其排除方案(1)檢查PLC能否完成1個工作流程"不能：程序錯誤解決方案：程序重編(2)檢查PLC能否從最后1步〔Y4