液料自動混合裝置控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

陜西科技大學(xué)《電氣控制與PLC》(2010級?？?系(部)院：職教學(xué)院論文題目液料自動混合裝置控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)作者姓名姚旭東所屬系專業(yè)年級指導(dǎo)教師姓名、職稱王宗剛講師任務(wù)下達(dá)日期混合。液料1液料1液料2液料3電磁閥3液位傳感器1液位傳感器2液位傳感器3B液位傳感器4攪拌電動機(jī)電磁閥4電磁閥2電磁閥1液料自動混合裝置工作示意圖秒鐘(放掉剩余液料)后，YV4閥關(guān)閉，L4滅。之后，自動循環(huán)上述過程。3.停止操作。按下停止按鈕SB2,當(dāng)完成一個(gè)循環(huán)過程，即液灌液體放空后再全部停止。按下急停按鈕SB3,所有輸出立即停止。1.可編程程序控制器輸入輸出接線圖。2.控制面板元件布置圖。3.電動機(jī)主電路圖。4.控制梯形圖和程序。5.列出所選設(shè)備型號、規(guī)格和數(shù)量等。6.完成設(shè)計(jì)說明書，(包括封面，目錄，設(shè)計(jì)任務(wù)書，硬件設(shè)計(jì)思路，硬件原理圖，軟件設(shè)計(jì)思路，梯形圖，所有器件型號，總結(jié)體會，參考文獻(xiàn))第一周星期一、二熟悉課題，初步設(shè)計(jì)星期三、四PLC輸入輸出接線圖，初步設(shè)計(jì)星期五梯形圖，控制面板圖初步設(shè)計(jì)第二周星期一、二PLC輸入輸出接線圖，梯形圖，控制面板圖的修改及完善星期三、四繪圖，寫說明書及操作使用說明星期五答辯指導(dǎo)教師簽字：以三種液體的混合灌裝控制為例，將三種液體按一定比例混合，在電動機(jī)攪拌后要達(dá)到一定的溫度才能將混合的液體輸出容器。并形成循環(huán)狀態(tài)。液體混合系統(tǒng)的控制設(shè)計(jì)考慮到其動作的連續(xù)性以及各個(gè)被控設(shè)備動作之間的相互關(guān)聯(lián)性，針對不同的工作狀態(tài)，進(jìn)行相應(yīng)的動作控制輸出，從而實(shí)現(xiàn)液體混合系統(tǒng)從第一種液體加入到混合完成輸出的這樣一個(gè)周期控制工作的程序?qū)崿F(xiàn)。設(shè)計(jì)以液體混合控制系統(tǒng)為中心，從控制系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)組成、軟件選用到系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程(包括設(shè)計(jì)方案、設(shè)計(jì)流程、設(shè)計(jì)要求、梯形圖設(shè)計(jì)、外部連接通信等),旨在對其中的設(shè)計(jì)及制作過程做簡單的介紹和說明。設(shè)計(jì)采用西門子公司的S7-200系列PLC去實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求。關(guān)鍵詞：多種液體，混合裝置，自動控制一、設(shè)計(jì)目的及意義 1 1三、液料自動混合控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 1四、液料自動混合控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 44.1總體結(jié)構(gòu) 44.2元器件的選擇 54.3液位傳感器的選擇 54.4攪拌電機(jī)的選擇 64.5電磁閥的選擇 6 74.7PLC輸入輸出口分配 84.8控制面板元件布置圖 9 五、軟件系統(tǒng) 5.1程序流程圖 5.2梯形圖程序的總體結(jié)構(gòu)圖設(shè)計(jì) 5.3語句表程序設(shè)計(jì) 六、程序調(diào)試 參考文獻(xiàn) 電氣控制與PLC技術(shù)課程設(shè)計(jì)成績評定表 一、設(shè)計(jì)目的及意義在工藝加工最初，把多種原料在合適的時(shí)間和條件下進(jìn)行加工得到產(chǎn)品，一直都是在人監(jiān)控或操作下進(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，自動化程度要求越來越高，原來的液體混合裝置遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足當(dāng)前自動化的需要?？删幊炭刂破饕后w自動混合系統(tǒng)集成自動控制技術(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)和集中控制系統(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?？删幊炭刂破鞫喾N液體自動混合控制系統(tǒng)的特點(diǎn)：①系統(tǒng)自動工作；②控制的單周期運(yùn)行方式；③由傳感器送入設(shè)定的參數(shù)實(shí)現(xiàn)自動控制；④啟動后就能自動完成一個(gè)周期的工作，并循環(huán)。1.可編程程序控制器輸入輸出接線圖。2.控制面板元件布置圖。3.電動機(jī)主電路圖。4.控制梯形圖和程序。5.列出所選設(shè)備型號、規(guī)格和數(shù)量等。6.完成設(shè)計(jì)說明書，(包括封面，目錄，設(shè)計(jì)任務(wù)書，硬件設(shè)計(jì)思路，硬件原理圖，軟件設(shè)計(jì)思路，梯形圖，所有器件型號，總結(jié)體會，參考文獻(xiàn))三、液料自動混合控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)目前常用的控制系統(tǒng)有以下幾種：繼電器控制系統(tǒng)、單片機(jī)控制、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)和可編程控制器控制?，F(xiàn)在將這幾種控制系統(tǒng)相比較，并結(jié)合本設(shè)計(jì)的實(shí)際確定控制方案。(1)繼電器控制系統(tǒng)PLC與繼電器均可用于開關(guān)量邏輯控制。PLC的梯形圖與繼電器電路圖都是用線圈和觸點(diǎn)來表示邏輯關(guān)系。繼電器控制系統(tǒng)的控制功能是用硬件繼電器(或稱物理繼電器)和硬件接線來實(shí)現(xiàn)的，PLC的控制功能主要是用軟件(即程序)來實(shí)現(xiàn)的。PLC采用的計(jì)算機(jī)技術(shù)、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)、運(yùn)動控制、數(shù)據(jù)處理、閉環(huán)控制和通信聯(lián)網(wǎng)等功能，比繼電器控制系統(tǒng)的功能強(qiáng)大的多。繼電器系統(tǒng)的可靠性差，診斷復(fù)雜的繼電器系統(tǒng)的故障非常困難。梯形圖程序中的輸出繼電器是一種“軟繼電器”,它們的功能是用軟件來實(shí)現(xiàn)的，因此沒有硬件繼電器那樣的觸點(diǎn)易于出現(xiàn)接觸不良的現(xiàn)象。PLC的可靠性高，故障率極低，并且很容易診斷和排繼電器的控制功能被固定在線路中，其功能單一，不易修改，靈活性差。PLC的控制方式靈活，有很強(qiáng)的柔性，僅需修改梯形圖就可以改變控制功能。至今還沒有一套通用的容易掌握的繼電器電路設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)復(fù)雜的繼電器電路既困難又費(fèi)時(shí)，設(shè)計(jì)出的電路也很難閱讀理解。PLC有大量用軟件實(shí)現(xiàn)的輔助繼電器，定時(shí)器和計(jì)數(shù)器等編程元件供梯形圖的設(shè)計(jì)者使用。用先進(jìn)的順序控制設(shè)計(jì)法來設(shè)計(jì)梯形圖，比設(shè)計(jì)相同功能的繼電器電路花費(fèi)的時(shí)間要少得多。繼電器要在硬件安裝，接線全部完成后才能進(jìn)行調(diào)試，發(fā)現(xiàn)問題后修改電路花的時(shí)間也很多。PLC控制系統(tǒng)的開關(guān)柜制作，現(xiàn)場施工和梯形圖設(shè)計(jì)可以同時(shí)進(jìn)行，梯形圖可以在實(shí)驗(yàn)室模擬調(diào)試，發(fā)現(xiàn)問題后修改起來非常方便。(2)單片機(jī)控制單片機(jī)又稱單片微控制器，將CPU、并行輸入/輸出接口、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、存儲器和通信接口集成在一個(gè)芯片中，最便宜的8位單片機(jī)銷售僅為幾元，其功能強(qiáng)，響應(yīng)速度快，性能價(jià)格比極高。但是除了單片機(jī)芯片外，單片機(jī)還需要設(shè)計(jì)硬件電路圖和印制電路板。單片機(jī)一般用匯編語言或C語言編程，編程時(shí)需要了解單片機(jī)內(nèi)部的硬件結(jié)構(gòu)。將單片機(jī)用于工業(yè)控制，對開發(fā)人員的硬件設(shè)計(jì)水平和軟件設(shè)計(jì)水平的要求都很高。此外，用單片機(jī)設(shè)計(jì)測控產(chǎn)品需要采用大量的硬件，軟件方面的抗干擾措施，才能保證長期穩(wěn)定可靠的運(yùn)行。有的專業(yè)公司開發(fā)的單片機(jī)產(chǎn)品的可靠性都難達(dá)到PLC的水平。使用單機(jī)機(jī)的專用測控裝置都由專業(yè)廠家來開發(fā)，現(xiàn)在很少有最終用戶開發(fā)單件或小批量的單片機(jī)測控裝置。(3)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)控制控制用的個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC)稱為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，簡稱為工控機(jī)。工控機(jī)是在個(gè)人計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，采用總線結(jié)構(gòu)，硬件的兼容性較強(qiáng)。IPC有各種各樣的輸入/輸出板卡供用戶選用，有很強(qiáng)的高速浮點(diǎn)去處、圖像運(yùn)算、通信和人機(jī)交互等功能，容易實(shí)現(xiàn)管理控制網(wǎng)絡(luò)的一體化。PLC的體積小巧緊湊，硬件和操作系統(tǒng)的可靠性總體上比工控機(jī)高。工控機(jī)則來源于個(gè)人計(jì)算機(jī)，主要用于過程控制或控制系統(tǒng)中的上位機(jī)和人機(jī)接口。在高端應(yīng)用方面，很難區(qū)分PLC和工業(yè)PC之間的差異，因主兩者均采用同樣的微機(jī)處理器和內(nèi)存芯片。PLC與PC相比有以下優(yōu)點(diǎn)：1)對低端應(yīng)用，PLC具有極大的性能價(jià)格比優(yōu)勢。工控機(jī)的價(jià)格比較高，將它用于小型開關(guān)量控制系統(tǒng)以取代繼電器控制，無論在體積和價(jià)格上都很難接受，可靠性也遠(yuǎn)不2)PLC的可靠性無可比擬，故障停機(jī)時(shí)間最少。3)PLC是專門為工廠現(xiàn)場應(yīng)用環(huán)境設(shè)計(jì)的，結(jié)構(gòu)上采用整體密封或插件組合型，對印制板，電源，機(jī)架，插座的制造和密閉，均采用了嚴(yán)密的措施。4)PLC使用專門為工控設(shè)計(jì)的各種編程語言，這些語言簡單易學(xué)。與PC機(jī)發(fā)展太快相比，PLC產(chǎn)品可以長期供貨，并提供長期的技術(shù)支持。5)PLC有龐大的有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)人員，維護(hù)人員和技術(shù)支持系統(tǒng)。(4)可編程程序控制器控制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器，用來在其內(nèi)部存儲執(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1)使用靈活、通用性強(qiáng)；2)可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)；3)接口簡單、維護(hù)方便；4)體積小、功耗小、性價(jià)比高；5)編程簡單、容易掌握；6)設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試周期短?？删幊炭刂破鞯陌l(fā)展特點(diǎn)是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需要。從控制規(guī)模上來說，這個(gè)時(shí)期發(fā)展了大型機(jī)和超小型機(jī)；從控制能力上來說，誕生了各種各樣的特殊功能單元，用于壓力、溫度、轉(zhuǎn)速、位移等各式各樣的控制場合；從產(chǎn)品的配套能力來說，生產(chǎn)了各種人機(jī)界面單元、通信單元，使應(yīng)用可編程控制器的工業(yè)控制設(shè)備的配套更加容易。目前，可編程控制器在機(jī)械制造、石油化工、冶金鋼鐵、汽車、輕工業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用都得到了長足的發(fā)展。通過以上幾種控制方案的比較，選用PLC來實(shí)現(xiàn)對液體混合過程的控制。本設(shè)計(jì)以三種液體的混合控制，其要求是將三種液體按一定比例混合，在電動機(jī)攪拌后將混合的液體輸出容器。并形成循環(huán)狀態(tài)，在按停止按扭后依然要完成本次混合才能結(jié)束。液體混合系統(tǒng)的控制設(shè)計(jì)考慮到其動作的連續(xù)性以及各個(gè)被控設(shè)備動作之間的相互關(guān)聯(lián)性，針對不同的工作狀態(tài)，進(jìn)行相應(yīng)的動作控制輸出，從而實(shí)現(xiàn)液體混合系統(tǒng)從第一種液體加入到混合完成輸出的這樣一個(gè)周期控制工作的程序?qū)崿F(xiàn)。設(shè)計(jì)以液體混合控制系統(tǒng)為中心，從控制系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)組成、軟件選用到系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程(包括設(shè)計(jì)方案、設(shè)計(jì)流程、設(shè)計(jì)要求、梯形圖設(shè)計(jì)、外部連接通信等),旨在對其中的設(shè)計(jì)及制作過程做簡單的介紹和說明。設(shè)計(jì)采用西門子公司的S7-200型(S7-200型號所用CPU單元為CPU224DC/DC/DC,14點(diǎn)輸入，10點(diǎn)輸出)PLC去實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要四、液料自動混合控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)4.1總體結(jié)構(gòu)某一液料自動混合裝置如圖1所示，用于將3種液體按一定的容積比例進(jìn)行混合。液料1液料2液料3YV1電磁閥1電磁閥2YV3電磁閥3。液位傳感器1液位傳感器2液位傳感器3攪拌電動機(jī)液位傳感器4L4YV4電磁閥4圖1液料自動混合裝置工作示意圖1.初始狀態(tài)，液灌為空，電磁閥YV1-4、電動機(jī)M均為失電狀態(tài)，液位傳感器SQ1-4均2.物料自動混合控制按下啟動按鈕SB1,電磁閥YV1得電，正式注入液料1,當(dāng)液料1的液位達(dá)到液位傳亮。注入液料2,當(dāng)液位達(dá)到液位傳感器SQ2時(shí)，YV2作，L5滅。當(dāng)液位下降到液位傳感器SQ4以下時(shí)，L4滅，再經(jīng)過5秒鐘(放掉剩余液料)3.停止操作。按下停止按鈕SB2,當(dāng)完成一個(gè)循環(huán)過程，即液灌液體放空后再全部停止。按下急停按鈕SB3,所有輸出立即停止。4.2元器件的選擇表1元器件明細(xì)表名稱型號數(shù)量備注按鈕開關(guān)3個(gè)液位傳感器4個(gè)攪拌電動機(jī)1個(gè)電磁閥(入液罐)3個(gè)電磁閥(出液罐)AVF-401個(gè)接觸器4個(gè)LED指示燈5個(gè)4.3液位傳感器的選擇蝕的，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，在耐相關(guān)元件主要技術(shù)參數(shù)及原理如下：(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24VDC(6)切換電流為0.5A3.34.4攪拌電機(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(jì)序號，3為最大工作電流相關(guān)元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-15～40°C/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。其硬件接線如圖2所示。4.5電磁閥的選擇(1)入罐液體選用VF4-25型電磁閥相關(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-20～60°C。3)使用電壓：AC:220V50Hz/60HzDC:24V。5)操作方式：常閉：通電打開、斷電關(guān)閉，動作響應(yīng)迅速，高頻率。(2)出罐液體選用AVF-40型電磁閥關(guān)元件主要技術(shù)參數(shù)及原理如下：圖2攪拌機(jī)的硬件接線圖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，有比較強(qiáng)的抗腐蝕能力。3)使用電壓：AC:220V50Hz/60HzDC:24V。PLC的一般結(jié)構(gòu)如圖3所示，由圖可見主要有6個(gè)部分組成，包括CPU(中央處理器)、存儲器、輸入/輸出接口電路、電源、外設(shè)接口、I/0擴(kuò)展接口。(1)中央處理單元(CPU)控制器、寄存器及實(shí)現(xiàn)它們之間聯(lián)系的地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線構(gòu)成，此外還有外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。CPU在很大程度上決定了PLC的整體性能，如整個(gè)系統(tǒng)的控制規(guī)模、工作速度和內(nèi)存容量等。(2)存儲器存儲器存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器。存放應(yīng)用軟件的存儲器稱為用戶(3)I/O模塊輸入模塊和輸出模塊通常稱為I/O模塊或I/0單元。PLC的對外功能主要是通過各種I/0接口模塊與外界聯(lián)系而實(shí)現(xiàn)的。輸入模塊和輸出模塊是PLC與現(xiàn)場I/0裝置或設(shè)備之?dāng)U展接口其他外設(shè)驅(qū)動受控單元電源部件用戶程序系統(tǒng)程序接受現(xiàn)場信號輸出部件擴(kuò)展接口外設(shè)接口輸入部件其他外設(shè)編譯器圖3PLC結(jié)構(gòu)圖(4)電源模塊輸入點(diǎn)地址功能輸出點(diǎn)地址功能SB1啟動按鈕YV1電磁閥SQ1液位傳感器1YV2電磁閥SQ2液位傳感器2YV3電磁閥SQ3液位傳感器3YV4電磁閥SQ4液位傳感器4L1指示燈SB2停止按鈕L2指示燈SB3急停按鈕L3指示燈L4指示燈L5指示燈M電動機(jī)V2V3YV4啟動停止急停液體混合裝置控制模擬液料1液料2液料3電磁閥2電磁閥2電磁閥1電磁閥3液位傳感器1液位傳感器22液位傳感器3B液位傳感器4攪拌電動機(jī)電磁閥4圖4控制面板元件布置圖4.9PLC輸入/輸出接線設(shè)計(jì)57-224PLC少羅日日日Q0.5日Q0.6TQ0.7Q1.1Q1.2MQ1.0圖5PLC輸入輸出接線設(shè)計(jì)圖YV1YV2YV3YV4L2開始開始YV1開，進(jìn)液料1YV2開，L3亮，進(jìn)液料2L2滅，L5亮，電動機(jī)M啟動否停止是結(jié)束5.2梯形圖程序的總體結(jié)構(gòu)圖設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)4/())5.3語句表程序設(shè)計(jì)AM0.0Network2AN二=AN二M0.1M0.0M0.2Network3二AN二AN二二M0.1M0.2M0.3M0.2Network4=AN二二M0.2M0.5AN二AN二M0.4M0.5T37,+200Network5ANM0.6Network6AN二二M0.6Network7六、程序調(diào)試這個(gè)課題在調(diào)試當(dāng)中還是比較成功的，沒有遇到太大的問題。有小的問題也在同學(xué)和老師的幫助下迅速的弄好。另外，由于實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)比較簡單，電路圖設(shè)計(jì)的并不是非常完美，用的器件少，因而，并不能很好的保證所要的理想結(jié)果。總而言之，調(diào)試的結(jié)果還是比較順利?！鳲RGANIZATION_BLOCK主程序：081Network1/網(wǎng)絡(luò)標(biāo)題0=10.50=T380=M0.00=M0.1按下啟動按鈕，電磁閥1打開，進(jìn)液料1.0=10.50=T38Network2液位到SQ3時(shí)，電磁閥2開，電磁閥1關(guān)閉，進(jìn)液料2,L3亮。Network30=M0.20=M0.30=M0.20=10.10=M0.50=10.10=M0.5)0=M0.3>0=M0.40=Q1.00=M0.4)0=M0.50=Q1.20=M0.5)0=T37+200+200L3滅，進(jìn)液料3.0=M0.80=M0.80=Q1.10=T380=Q1.10=T380=T380=M0.8M攪拌20秒后停止，L1滅，L5滅