兩種液體混合裝置PLC控制系統(tǒng)設(shè)計

./專業(yè)資料摘要S7-200是一種小型的可編程序控制器,適用于各行各業(yè),各種場合中的檢測、監(jiān)測及控制的自動化。S7-200系列的強(qiáng)大功能使其無論在獨立運(yùn)行中,或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實現(xiàn)復(fù)雜控制功能。因此S7-200系列具有極高的性能價格比。本系統(tǒng)使用S7-200PLC實現(xiàn)了對液體混合裝置的自動控制要求。同時控制系統(tǒng)利用仿真設(shè)備不僅能滿足兩種液體混合的功能,而且可以擴(kuò)展其功能滿足多種液體混合系統(tǒng)的功能。提出了一種基于PLC的多種液體混合控制系統(tǒng)設(shè)計思路,提高了液體混合生產(chǎn)線的自動化程度和生產(chǎn)效率。文中詳細(xì)介紹了系統(tǒng)的硬件設(shè)計、軟件設(shè)計。其中硬件設(shè)計包液體混合裝置的電路框圖、輸入/輸出的分配表及外部接線；軟件設(shè)計包括系統(tǒng)控制的梯形圖、指令表及工作過程。在本裝置設(shè)計中,液面?zhèn)鞲衅骱碗婇y門以及攪動電機(jī)采用相應(yīng)的鈕子開關(guān)和發(fā)光二極管來模擬,另外還借助外圍元件來完成本裝置。整個程序采用結(jié)構(gòu)化的設(shè)計方法,具有調(diào)試方便,維護(hù)簡單,移植性好的優(yōu)點.關(guān)鍵詞：PLC；液體混合裝置；程序目錄TOC\o"1-2"\h\z\u1液體混合裝置控制系統(tǒng)設(shè)計任務(wù)21.1課程設(shè)計的目的21.2設(shè)計內(nèi)容及要實現(xiàn)的目標(biāo)22系統(tǒng)總體方案設(shè)計32.1系統(tǒng)硬件配置及組成原理32.2系統(tǒng)接線圖設(shè)計33控制系統(tǒng)設(shè)計43.1估算43.2硬件電路設(shè)計43.3選型63.4分配表設(shè)計63.5外部接線圖設(shè)計73.6控制程序流程圖設(shè)計83.7控制程序設(shè)計83.8創(chuàng)新設(shè)計內(nèi)容104系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析114.1系統(tǒng)調(diào)試114.2結(jié)果分析11總結(jié)12致謝13參考文獻(xiàn)141液體混合裝置控制系統(tǒng)設(shè)計任務(wù)1.1課程設(shè)計的目的在工藝加工最初,把多種原料再合適的時間和條件下進(jìn)行需要的加工以得到產(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)在隨著時代的發(fā)展,這些方式已經(jīng)不能滿足工業(yè)生產(chǎn)的實際需要。實際生產(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,采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、系統(tǒng)化設(shè)計,配置靈活、組態(tài)方便。可編程控制器多種液體自動混合控制系統(tǒng)的特點：系統(tǒng)自動工作；控制的單周期運(yùn)行方式；由傳感器送入設(shè)定的參數(shù)實現(xiàn)自動控制；啟動后就能自動完成一個周期的工作,并循環(huán)。本系統(tǒng)采用PLC是基于以下兩個原因：PLC具有很高的可靠性,通常的平均無故障時間都在30萬小時以上；編程能力強(qiáng),可以將模糊化、模糊決策和解模糊都方便地用軟件來實現(xiàn)。根據(jù)多種液體自動混合系統(tǒng)的要求與特點,我們采用的PLC具有小型化、高速度、高性能等特點,可編程控制器指令豐富,可以接各種輸出、輸入擴(kuò)充設(shè)備,有豐富的特殊擴(kuò)展設(shè)備,其中的模擬輸入設(shè)備和通信設(shè)備是系統(tǒng)所必需的,能夠方便地聯(lián)網(wǎng)通信。1.2設(shè)計內(nèi)容及要實現(xiàn)的目標(biāo)利用西門子PLC的S7-200系列設(shè)計兩種液體混合裝置控制系統(tǒng)。在實驗之前將容器中的液體放空,按動啟動按鈕SB1后,電磁閥A通電打開,液體A流入容器。當(dāng)液位高度達(dá)到中限位時,液位傳感器I0.0接通,此時電磁閥A斷電關(guān)閉,而電磁閥B通電打開,液體B流入容器。當(dāng)液位達(dá)到上限位時,液位傳感器I0.1接通,這時電磁閥B斷電關(guān)閉,同時啟動電動機(jī)M攪拌。60分鐘后電動機(jī)M停止攪拌,這時電磁閥C通電打開,放出混合液去下道工序。當(dāng)液位高度下降到下限位后,再延時5s電磁閥C斷電關(guān)閉,并同時開始新的周期。圖1.1兩種液體混合裝置2系統(tǒng)總體方案設(shè)計根據(jù)設(shè)計要求,本系統(tǒng)為兩種液體自動混合,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。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。2.1系統(tǒng)硬件配置及組成原理在煉油、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)計一個可以將兩種食用液體自動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)計硬件如下表所示：表2.1設(shè)計硬件選擇名稱型號數(shù)量微型計算機(jī)專用計算機(jī)1臺PLC主機(jī)單元西門子S7-200系列1臺兩種液體自動混合單元配套1臺通信電纜配套若干圖液體混合控制裝置控制的模擬實驗面板圖如圖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、停止用動合按鈕來實現(xiàn),液體A閥門、液體B閥門、混合液閥門的打開與關(guān)閉以及攪勻電機(jī)的運(yùn)行與停轉(zhuǎn)用發(fā)光二極管的點亮與熄滅來模擬。圖2.1液體混合控制裝置控制的模擬實驗面板圖2.2系統(tǒng)接線圖設(shè)計表2.2輸入/輸出接線列表面板SB1SB2HILY1Y2Y3KMPLCI0.3I0.4I0.1I0.0I0.2Q0.3Q0.0Q0.1Q0.23控制系統(tǒng)設(shè)計3.1估算首先統(tǒng)計被控設(shè)備對輸入、輸出點的總需求量,把被控設(shè)備的信號源一一列出,認(rèn)真分析輸入、輸出點的信號類型。在初始狀態(tài)時,根據(jù)要求要實現(xiàn)液體的自動混合導(dǎo)出控制,在開始操作之前,各閥門必須為關(guān)閉狀態(tài),容器為空。此時液體控制電磁閥Y1=Y2=Y3=OFF狀態(tài)；傳感器L1=L2=L3=OFF狀態(tài)；電動機(jī)M為關(guān)閉狀態(tài)。在啟動操作中,當(dāng)裝置和液體的都準(zhǔn)備好之后,按下啟動按鈕,開始下列操作:Y1=ON,液體A流入容器;當(dāng)液面到達(dá)L2時,Y1=OFF,Y2=ON;液體B流入,液面達(dá)到L1時,Y2=OFF,M=ON,電動機(jī)開始進(jìn)行液體的充分混合攪拌;當(dāng)混合液體攪拌均勻后<設(shè)時間為60s>,M=OFF,Y3=ON,開始放出混合液體;當(dāng)液體下降到L3時,L3從ON變?yōu)镺FF,把時間控制為再過5s后容器放空,關(guān)閉Y3,Y3=OFF完成一個操作周期;在只要沒有按停止按鈕的狀態(tài)下,則自動進(jìn)入下一個循環(huán)操作周期。在停止操作中,當(dāng)工作完成之后需要關(guān)閉系統(tǒng),按一下停止按鈕,則在當(dāng)前混合操作周期結(jié)束后,才停止操作。從而使系統(tǒng)停止在開始狀態(tài),以便下次啟動系統(tǒng)時能夠順利的開始系統(tǒng)的循環(huán)。3.2硬件電路設(shè)計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,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或多點液位開關(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工作壓力可達(dá)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(guān)電壓為24VDC

〔6切換電流為0.5A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)?！?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(jī)運(yùn)行地點的海拔不超過1000m。工作溫度-15～40°C/濕度≤90%。〔3EJ15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3.1。圖圖3.1硬件接線電磁閥的選擇〔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-20～60°C。3使用電壓：AC：220V50Hz/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：220V50Hz/60Hz

DC：24V。4功率：AC：5KW。3.2.4接觸器選用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2.5KW3.3選型PLC的型號、規(guī)格繁多,根據(jù)前面3.1的I/O估算,再查閱《西門子PLC編程手冊》中的相關(guān)表格,確定PLC選型。根據(jù)以上分析,對PLC來說,需要提供5個輸入點和4個輸出點。除了以上的輸入輸出點意外,PLC與計算機(jī)、打印機(jī)、CRT顯示器等設(shè)備連接,需要用專用接口,也應(yīng)計算在內(nèi)?？紤]到在實際安裝、調(diào)試和應(yīng)用中,還有可能發(fā)現(xiàn)一些估算中未預(yù)見到的因素,要根據(jù)實際情況增加一些輸入、輸出信號。因此,要按估計數(shù)再增加15%―20%的輸入、輸出點數(shù),以備將來調(diào)整、擴(kuò)充使用。綜上所述,I/O估算為：輸入點點數(shù)為8,輸出點點數(shù)為7。綜上所述,點數(shù)在30以內(nèi),為方便擴(kuò)展,選擇S7-200系列CPU224型。3.4分配表設(shè)計在了解了系統(tǒng)工藝要求和控制要求后,接著要做的就是將I/O通道分配給PLC的指定I/O端子,具體如表3.1所示。表3.1I/O分配表分類元件端子號作用輸入SB1I0.3起動按鈕SB2I0.4停止按鈕L1I0.1液面高位傳感器L2I0.0液面中位傳感器L3I0.2液面低位傳感器輸出MQ0.2攪拌電動機(jī)Y1Q0.0液體A流入電磁閥Y2Q0.1液體B流入電磁閥Y3Q0.3放出混合液體電磁閥3.5外部接線圖設(shè)計圖3.2PLC外部接線圖圖3.3裝置操作面板如圖3.2所示,PLC外部接線圖左邊一排為輸入,其中I0.3,I0.1,I0.3,I0.2,I0.4分別與SB1,SB2,L1,L2,L3相連;右邊一排為輸出,其中Q0.2,Q0.0,Q0.1,Q0.3分別與Y1,Y2,Y3,KM相連。如圖3.3所示起停按鈕P1,P2分別與主機(jī)的I0.3,I0.4相連,液面?zhèn)鞲衅鱌3,P4,P5分別與主機(jī)的輸入點I0.1,I0.3,I0.2相接,液體A閥門,液體B閥門,混合液體閥門和攪拌機(jī)P6,P7,P8,P9分別與主機(jī)的輸出點Q0.0,Q0.1,Q0.3,Q0.2相連。3.6控制程序流程圖設(shè)計圖3.4控制程序流程圖3.7控制程序設(shè)計根據(jù)系統(tǒng)的要求及I/O通道分配,寫出繼電器梯形圖,如圖3.5所示。具體設(shè)計思路如下：起始操作：在按啟動按鈕I0.3之后,使Q0.0得電,打開電磁閥A,從而使液體A流入容器。當(dāng)液位上升到中限位時：當(dāng)液面上升到中限位時,I0.0由OFF變?yōu)镺N,使Q0.0斷電,關(guān)閉電磁閥A。同時使Q0.1得電,打開電磁閥B,從而使液體B流入容器。3>當(dāng)液位上升到上限位時：當(dāng)液面上升到上限位時,I0.1由OFF狀態(tài)變?yōu)镺N狀態(tài),使Q0.1斷電,關(guān)閉電磁閥B。同時使Q0.2得電,啟動攪拌機(jī)M。此時啟動定時器T37,60s后T37動作,使Q0.2失電。4>攪拌均勻后放出混合液體：在Q0.2的下降沿通過后沿微分指令DIFD使Q0.3置位,打開電磁閥C,開始放出混合液體。5>當(dāng)液位下降到下限位時：當(dāng)液位下降到下限位時,啟動定時器T38,5s后使Q0.3失電,關(guān)閉電磁閥C,此時液體已放空。6>自動循環(huán)工作：在沒有按停止按鈕I0.4的情況下,系統(tǒng)將在T38的記時時間到了時,使Q0.0置位,自動進(jìn)入下一操作周期。從而實現(xiàn)混合液體PLC自動控制的循環(huán)工作。7>停止操作：當(dāng)按下停止按鈕時,停止按鈕I0.4為ON狀態(tài),不能使電磁閥A、B、C斷開,系統(tǒng)執(zhí)行完本周期的操作后,將自動停留在初始狀態(tài)。使用S7-200西門子簡易編程器編入梯形圖,如下所示。圖3.5梯形圖3.8創(chuàng)新設(shè)計內(nèi)容此次設(shè)計過程中,我有一些自己的想法。攪拌桶內(nèi)的液位傳感器的可靠性不強(qiáng),可以試著改為靈敏性強(qiáng)、可靠性高的檢測儀器。避免因為輸入液體時,飛濺的液體觸碰到液位傳感器而導(dǎo)致發(fā)出錯誤信號。在電路中提供一個備用電源,這樣做的目的就是保證掉電之后也能使系統(tǒng)完成該周期的工作,從而保證系統(tǒng)在完成當(dāng)前周期的操作時,停止在初始狀態(tài),使容器為空。以便在恢復(fù)電源后能順利的從第一步開始進(jìn)行循環(huán)。這樣就避免了在混合某些化學(xué)物質(zhì),比如具有腐蝕性的物質(zhì)時。因為掉電,長時間儲存在容器中,從而造成對裝置的腐蝕或損壞；也避免了引起環(huán)境污染的可能。同時取代了掉電保持這樣一個麻煩和考慮不周的過程。4系統(tǒng)調(diào)試及結(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,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)備時間,模擬按下啟動按鈕,Q0.0的指示燈亮；一段時間后,液面上升到L2位置,Q0.0的指示燈滅,Q0.1的指示燈亮；一段時間后,液面上升到L1位置,Q0.1的指示燈滅,Q0.2的指示燈亮；一段時間后,Q0.2的指示燈滅,Q0.3的指示燈亮；一段時間后,液面低于L3位置,Q0.1的指示燈滅,Q0.0的指示燈亮,當(dāng)前操作周期結(jié)束,自動進(jìn)入下一個操作周期。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結(jié)果分析基于以上設(shè)計與調(diào)試,兩種液體混合裝置的系統(tǒng)設(shè)計基本結(jié)束。測試結(jié)果滿足課題給定要求。總結(jié)這次課程設(shè)計是非常難得的一次理論與實踐相結(jié)合的機(jī)會,通過這次這次對"液體自動混合裝置的PLC控制"的設(shè)計使我擺脫了單純理論學(xué)習(xí)的狀態(tài),和眼高手低的毛病,通過本次PLC的課程設(shè)計,使我了解到PLC的重要性。電氣控制與可編程控制器是一門極其重要的課程,他綜合了計算機(jī)技術(shù)和自動控制技術(shù)和通訊技術(shù)。在當(dāng)今由機(jī)械化向自動化,信息化飛速發(fā)展的社會,PLC技術(shù)越來越受人們廣泛應(yīng)用,前景可觀,因此學(xué)會和運(yùn)用PLC,將對我們以后踏上工作崗位有極其重要的幫助,在此次設(shè)計中,我們遇到了許多困難,通過對自身的查找,我找出幾點不足之處：1,不太會利用查翻資料。遇到困難,首先不先查看資料,過多依賴同學(xué)和老師的幫助,相對不獨立。2,學(xué)習(xí)認(rèn)真程度不夠,學(xué)習(xí)熱情不高,基礎(chǔ)相對薄弱,掌握知識太少。3,設(shè)計時對時間合理安排上欠妥。但正是這次設(shè)計,讓我認(rèn)識到自己的不足,為以后以后的工作學(xué)習(xí)找到了方向和前進(jìn)的動力。通過這次PLC課程設(shè)計實踐。我學(xué)會了PLC的基本編程方法,對PLC的工作原理和