多種液體自動(dòng)混合控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、本科生課程設(shè)計(jì)報(bào)告題目多種液體自動(dòng)混合控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程電氣控制及可編程控制器專業(yè)電氣工程及其自動(dòng)化班級(jí)電氣0802學(xué)號(hào)姓名指導(dǎo)老師完成日期2011年12月1緒論 .11.1課程題目11.2設(shè)計(jì)目的及要求11.3原始資料11.4課題要求11.5日程安排21.2主要參考書22器件選擇 .32.1總體結(jié)構(gòu)32.2具體器件的選擇 32.2.1液位傳感器的選擇 .32.2.2溫度傳感器的選擇 .42.2.3攪拌電動(dòng)機(jī)的選擇 42.2.4 電磁閥的選擇 . 52.2.5 接觸器的選擇 . 52.2.6 熱繼電器的選擇 . 63 程序設(shè)計(jì) . 73.1 總體設(shè)計(jì)思路 . .73.2PLC輸入輸出口分配 .8

2、3.3 主電路設(shè)計(jì) . .93.4 液體混合裝置的輸入輸出接線圖 . .93.5 液體混合裝置的梯形圖 .114 安裝、接線及系統(tǒng)聯(lián)合測試 135 后期工作 136 總結(jié)147 參考文獻(xiàn) 141緒論1.1課程題目多種液體自動(dòng)混合控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.2設(shè)計(jì)目的及要求1、熟悉電氣控制系統(tǒng)的一般設(shè)計(jì)原則、設(shè)計(jì)內(nèi)容及設(shè)計(jì)程序。2、掌握電氣設(shè)計(jì)制圖的基本規(guī)范，熟練掌握 PLC程序設(shè)計(jì)的方法和步驟。3、學(xué)會(huì)收集、分析、運(yùn)用電氣設(shè)計(jì)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(jì)能力以及綜合運(yùn)用專業(yè)知識(shí)解決實(shí)際工程技術(shù)問題 的能力。1.3原始資料初始時(shí)，容器為空，丫1、丫2、丫3、Y4電磁閥和M攪拌機(jī)均為OFF 液面

3、傳感器L1、L2、L3為OFF按下啟動(dòng)按鈕，開始下列操作：1、丫1、丫2為ON液體A和B同時(shí)注入容器，當(dāng)液面達(dá)到L2時(shí)，L2為ON使丫1、Y2為OFF Y3為ON即關(guān)閉丫1、丫2閥門，打開 液體C的閥門丫3。2、液面達(dá)到L1時(shí)，丫3為OFF M為ON即關(guān)閉閥門丫3,電動(dòng)機(jī)起 動(dòng)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(shí)，T為ON H為OFF停止加熱，使電磁 閥丫4為ON開始放出混合液體。5、當(dāng)液體高度降為L3后，L3從ON到OFF再經(jīng)5S,容器放空，丫4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

4、操作， 停在初始狀態(tài)。1.4課題要求1、設(shè)計(jì)原則：國家現(xiàn)行有關(guān)電氣設(shè)計(jì)規(guī)范及主管部門規(guī)定等。2、設(shè)計(jì)范圍：控制系統(tǒng)主電路及控制電路設(shè)計(jì)，電器設(shè)備選型 3、設(shè)計(jì)成果：課程設(shè)計(jì)報(bào)告（設(shè)計(jì)說明書及計(jì)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(jì)時(shí)間共一周，進(jìn)度安排如下：1、設(shè)計(jì)準(zhǔn)備，熟悉有關(guān)電氣設(shè)計(jì)規(guī)范，熟悉課題設(shè)計(jì)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(jì)。（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(jì)、編制程序及程序說明。（1天）5、整理計(jì)算書及圖紙、寫課

5、程設(shè)計(jì)報(bào)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(cè)（第2 版）上、下冊(cè)中國電力出版社2. 器件選擇2.1總體結(jié)構(gòu)從圖2-1中可知設(shè)計(jì)的液體混合裝置主要完成三種液體的自動(dòng)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(diǎn) 時(shí)為ON 丫1、丫2、丫3 丫4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(dòng)機(jī)的 1個(gè)交流接觸器KM所有

6、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)到控制效果。吸面?zhèn)鞔绕?L2 L?圖2.1液體混合灌裝機(jī)2.1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(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)

7、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）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

8、設(shè)備溫控，汽車油溫 測量、發(fā)動(dòng)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)及原理如下：（1）測量溫度范圍為-50150LC（2）溫度系數(shù) TC 為 0.79%/K（ 3）精度等級(jí)為 0.5%（ 4）公稱壓力為 0.6MPa2.2.3 攪拌電動(dòng)機(jī)的選擇選用 EJ15-3 型電動(dòng)機(jī)其中“E表示電動(dòng)機(jī)，“ J”表示交流的，15為設(shè)計(jì)序號(hào)，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(dòng)機(jī)是一般用途的全封閉自扇冷式鼠籠型三相異步電動(dòng)機(jī)。(1) 額定電壓為220V,額定頻率為50Hz,功率為2.5KW采

9、用三角形接 法。(2) 電動(dòng)機(jī)運(yùn)行地點(diǎn)的海拔不超過1000m工作溫度-1540C /濕度 90%(3) EJ 1 5系列電動(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。2.2.4 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(jì)序號(hào)，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w 150/ T環(huán)境溫度-2060 C3) 使用電壓： AC：220 V50Hz/60Hz DC：24V。4) 功率： AC：2.5

10、KW。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)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(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： 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(jì)編號(hào)，10/16為主觸頭

11、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）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 2.5KW2.2.6 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(jì)3.1 總體設(shè)計(jì)思路經(jīng)過對(duì)上述設(shè)計(jì)要求的深入思考后，對(duì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(dòng)混合，需要對(duì)各種液體的液面的高度監(jiān)控，因此，需 要運(yùn)

12、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(duì)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(duì)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 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(duì)于本課題來說，如果液體混合系統(tǒng)部分是一個(gè)較大規(guī)模工業(yè)控制

13、系統(tǒng)的 改造升級(jí)，新控制裝置需要根據(jù)企業(yè)設(shè)備和工藝現(xiàn)況來構(gòu)成并需盡可能的利用 舊系統(tǒng)中的元器件。對(duì)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(chǔ)存和分析匯總的能力。要實(shí)現(xiàn)整個(gè)液體混合控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，需要從怎樣實(shí)現(xiàn)各電磁閥的開關(guān)以 及電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)的控制這個(gè)角度去考慮，現(xiàn)在就這個(gè)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?？刂屏鞒虉D如下。圖3-1液體混合裝置流程圖3.2 PLC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

14、置輸入/輸出地址分配輸入點(diǎn)地址功能輸出點(diǎn)地址功能X0SBO啟動(dòng)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3攪拌機(jī)MX4L1液位傳感器4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(jì)因?yàn)橹挥袛嚢铏C(jī)是電動(dòng)機(jī)控制的，所以主電路只需要一個(gè)電機(jī)控制，并 攪拌機(jī)只有啟動(dòng)與停止兩種工作狀態(tài)，因此只需要一組主觸點(diǎn)。主電路如下。KM V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(jìn)人 當(dāng)PLC接通電源后，按下啟動(dòng)按鈕SBO后，觸點(diǎn)X0 接通，由于有微分指令DF,使該路只

15、接通一掃描周期，通過保持指令 KP使 丫1、Y2輸出繼電器線圈得電并保持，分別與之相接的 丫1、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(shí)，X2輸人繼電器接通使丫1、Y2關(guān)閉， 同時(shí)地址為16的X2接通，利用KP指令使輸出繼電器丫3接通并保持，與之相 連的丫3電磁閥得電接通，第3種液體流進(jìn)液罐。（3）攪拌機(jī)工作 當(dāng)液位到達(dá) L1 液位傳感器的位置時(shí)，該傳感器檢測到該 信息，使XI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，使輸出繼電器丫3關(guān)閉，與之相連的硯電磁閥關(guān)閉，同時(shí)接通地址 為32的X1常開觸點(diǎn)，使

16、代表攪拌機(jī)丫5的輸出繼電器接通。（4）加熱器工作 攪拌機(jī)通過丫5的輸出信號(hào)得電并開始攪拌，并用 TIMYO 定時(shí)器定時(shí)，定時(shí)時(shí)間為10s。10s到后，地址為45的定時(shí)器常開觸點(diǎn)T0接通, 使丫6輸出繼電器得電，與之相連的加熱器 H這時(shí)接通，開始加熱液體，同時(shí)關(guān) 閉丫5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(shí)，溫度傳感器 T檢測 到該信息，同時(shí)梯形圖中地址為47的X4接通使丫6失電，從而使加熱器H關(guān) 閉，同時(shí)接通地址為51的X4常開觸點(diǎn)，使X4接通，與之相連的丫4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液位傳感器的位置時(shí)，L3液位傳感器

17、由通到斷，使X3也由通到斷，這樣相當(dāng)于一個(gè)下降沿，驅(qū)使 DF產(chǎn)生一個(gè)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(shí)器TMY1 定時(shí)，大約 5s 時(shí)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(shí)器TMY1常開觸點(diǎn)實(shí)現(xiàn)的。同時(shí)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(shí)器關(guān)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(dòng)裝置指令表如下:LD 0.00ANDNOT 10.05 OR 10.00 OR 10.07 ANDNO

18、T 0.02 ANDNOT 10.06 OUT 10.00 OUT 10.01 LD 0.02 ANDNOT 0.04 ANDNOT 10.05 OUT 10.02 LD 0.04 ANDNOT 10.04 ANDNOT 10.05 OUT 10.03 TIM 001 #100 LD TIM001 OR 10.04 ANDNOT 0.05 OUT 10.04 LD 0.05 AND 0.03 OR 10.05 ANDNOT TIM002 OUT 10.05 ANDNOT 0.03 TIM 002 #50 LD 0.01 OR 10.06 ANDNOT 0.00 OUT 10.06 LD TIM

19、002 OR 10.07 ANDNOT 10.06 ANDNOT 10.00 OUT 10.074. 安裝、接線及系統(tǒng)聯(lián)合測試按照電氣設(shè)計(jì)圖完成接線，對(duì)程序系統(tǒng)與電氣系統(tǒng)進(jìn)行聯(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(dòng)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(hào)燈表示閥門和電動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)（1）啟動(dòng)開接通時(shí)，系統(tǒng)開始工作，電磁閥 丫1、丫2打開,A和B液體注入（ Y0、 Y1 燈亮）。當(dāng)起動(dòng)開關(guān)斷開時(shí)，信號(hào)燈運(yùn)行完一個(gè)周期后才熄滅。（2）當(dāng)液體液位到達(dá)SQ4位置時(shí)，觸動(dòng)開關(guān)X4,攪勻

20、電動(dòng)機(jī)M開始攪勻（丫3燈亮），同時(shí)計(jì)時(shí)器TO開始計(jì)時(shí)，10s后計(jì)時(shí)完畢，加熱器H開始加熱（ 丫4燈亮）。（3）當(dāng)液體溫度達(dá)到一指定值時(shí)，溫度傳感器 T運(yùn)行，觸動(dòng)開關(guān)X5,加熱 器停止加熱，電磁閥 丫4開始運(yùn)行（ 丫5燈亮）。（4） 開始放出混合液體，當(dāng)液面下降到 SQ3時(shí)，出動(dòng)X3按鈕，計(jì)時(shí)器T2 開始計(jì)時(shí)5s，計(jì)時(shí)完畢后，電磁閥丫4停止。完成了一個(gè)周期的控制，開始進(jìn) 行下一個(gè)周期。2、常見故障及其排除方案（1）檢查PLC能否完成1個(gè)工作流程？不能：程序錯(cuò)誤解決方案：程序重編（2）檢查PLC能否從最后1步（丫4）回到第1步（Y1）開始新一輪循環(huán)？ 不能：程序錯(cuò)誤解決方案：程序重編（3）檢查PL