多種液體自動混合控制系統(tǒng)設(shè)計

1、*本科生課程設(shè)計報告題 目 多種液體自動混合控制系統(tǒng)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0802 學(xué) 號 姓 名 指導(dǎo)老師 完成日期 2011 年 12 月 目 錄1 緒論.11.1 課程題目11.2 設(shè)計目的及要求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3 2.2.1液位傳感器的選擇. 3 2.2.2溫度傳感器的選擇.4 2.2.3 攪拌電動機的選擇.4 2.2.4 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.73.

2、1 總體設(shè)計思路.73.2 輸入輸出口分配.83.3 主電路設(shè)計.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141.緒 論1.1 課程題目多種液體自動混合控制系統(tǒng)設(shè)計1.2 設(shè)計目的及要求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，熟練掌握程序設(shè)計的方法和步驟。3、學(xué)會收集、分析、運用電氣設(shè)計有關(guān)資料及數(shù)據(jù)。4、培養(yǎng)獨立工作和工程設(shè)計能力以及綜合運用專業(yè)知識解決實際工程技術(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

3、和M攪拌機均為，液面?zhèn)鞲衅鱈1、L2、L3為。按下啟動按鈕，開始下列操作：1、Y1、Y2為，液體A和B同時注入容器，當(dāng)液面達到L2時，L2為，使Y1、Y2為，Y3為，即關(guān)閉Y1、Y2閥門，打開液體C的閥門Y3。2、液面達到L1時，Y3為，M為，即關(guān)閉閥門Y3，電動機起動開始攪拌。3、經(jīng)10S攪勻后，M為，停止攪拌，H為，加熱器開始加熱。4、當(dāng)混合液體溫度達到某一指定值時，T為，H為，停止加熱，使電磁閥Y4為，開始放出混合液體。5、當(dāng)液體高度降為L3后，L3從到，再經(jīng)5S，容器放空，Y4為，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 課題要求1、設(shè)

4、計原則：國家現(xiàn)行有關(guān)電氣設(shè)計規(guī)范及主管部門規(guī)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、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、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)

5、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.器件選擇2.1 總體結(jié)構(gòu)從圖2-1中可知設(shè)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。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。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)連接從而達到控制效果。

6、圖2.1 液體混合灌裝機2.1 具體器件的選擇2.2.1 液位傳感器的選擇選用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。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)。 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2.5 （2）工作溫度上限為125C （3）

7、觸點壽命為100萬次 （4）觸點容量為70w （5）開關(guān)電壓為24V （6）切換電流為0.5A 3.3在本實驗中，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81-210A型溫度傳感器 其中“T” 表示溫度系列溫度傳感器采用進口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(chǎn)品壽命長等優(yōu)點, 該溫度傳感器已廣泛應(yīng)用于電機變頻調(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81-210A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 -50150（

8、2）溫度系數(shù) 為 0.79 （3）精度等級為 0.5% （4）公稱壓力為 0.62.2.3攪拌電動機的選擇選用15-3型電動機其中“E”表示電動機，“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： 15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50，功率為2.5，采用三角形接法。 （2）電動機運行地點的海拔不超過1000m。工作溫度-1540C /濕度90%。 （3）15系列電動機效率高、節(jié)能、堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩高、噪音低、振動小、運行安全可靠。 2.2.4電磁閥的選擇（1）入罐液體選用4-25型電磁閥 其中“V”

9、表示電磁閥，“F”表示防腐蝕，4表示設(shè)計序號，25表示口徑（） 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）使用電壓：220 V5060 ：24V。 4）功率：2.5。 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() 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，達到定時排空的效果。2）其閥體材料為：聚四氟乙烯，有

10、比較強的抗腐蝕能力。 3）使用電壓：220 V5060 ：24V。4）功率：5。 2.2.5接觸器的選擇選用20-1020-16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 （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2.5 2.2.6熱繼電器的選擇選用1660/3D型熱繼電器 其中“J”表示繼電器，“D”帶斷相保護 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

11、）3.程序設(shè)計3.1總體設(shè)計思路經(jīng)過對上述設(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： 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，則需要電機控制。對各個控件的控制，需要一個完整的控制流程，運用技術(shù)進行編程，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種液體進入容器，當(dāng)達到一定值時，停止進入，B種液體開始進入，當(dāng)達到一定值時，停止進入C種液體開始進入，當(dāng)達到一定深度停止所有液體進入。攪拌機進行攪拌，一分鐘后攪拌均勻，停止攪拌，放出

12、液體。經(jīng)20s后停止放出，按停止鍵停止操作。 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)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。 要實現(xiàn)整個液體混合控制系統(tǒng)的設(shè)計，需要從怎樣實現(xiàn)各電磁閥的開關(guān)以及電動機啟動的控制這個角度去考慮，現(xiàn)在就這個

13、問題的如何實現(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 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X00啟動按鈕Y0電磁閥Y1X11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MX4L1液位傳感器Y4加熱器HX5T溫度傳感器Y5電磁閥Y4X6常閉觸點3.3 主電路設(shè)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止兩種工作狀態(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

14、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(dāng)接通電源后，按下啟動按鈕0后，觸點X0接通，由于有微分指令，使該路只接通一掃描周期，通過保持指令使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。 （2）第三種液體的進人 當(dāng)液體達到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。（3）攪拌機工作 當(dāng)液位到達L1液位傳感器的位置時，該傳感器檢測到該信息，使輸人繼電器線圈得電，在梯形圖中它的X1常開觸點接通，通過指

15、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，同時接通地址為32的X1常開觸點，使代表攪拌機Y5的輸出繼電器接通。 （4）加熱器工作 攪拌機通過Y5的輸出信號得電并開始攪拌，并用0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，開始加熱液體，同時關(guān)閉Y5使攪拌機M停止。 （5）混合液體開始排出 當(dāng)液體溫度達到預(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，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。

16、（6）混合液體排完 當(dāng)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X3也由通到斷，這樣相當(dāng)于一個下降沿，驅(qū)使產(chǎn)生一個掃描周期的脈沖，通過指令置位端使輔助繼電器R0接通，接通后使定時器1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1常開觸點實現(xiàn)的。同時T1常開觸點也接通，通過保持保持指令使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 液體混合裝置的接線圖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： 0.00 10.05 10.00 10.07 0.02

17、 10.06 10.00 10.01 0.02 0.04 10.05 10.02 0.04 10.04 10.05 10.03 001 #100 001 10.04 0.05 10.04 0.05 0.03 10.05 002 10.05 0.03 002 #50 0.01 10.06 0.00 10.06 002 10.07 10.06 10.00 10.074.安裝、接線及系統(tǒng)聯(lián)合測試按照電氣設(shè)計圖完成接線，對程序系統(tǒng)與電氣系統(tǒng)進行聯(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驗在試驗箱上模擬了多液體自動混合裝置的工作過程

18、，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打開和B液體注入（Y0、Y1燈亮）。當(dāng)起動開關(guān)斷開時，信號燈運行完一個周期后才熄滅。（2）當(dāng)液體液位到達4位置時，觸動開關(guān)X4，攪勻電動機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)液體溫度達到一指定值時，溫度傳感器T運行，觸動開關(guān)X5,加熱器停止加熱，電磁閥Y4開始運行（Y5燈亮）。 （4）開始放出混合液體，當(dāng)液面下降到3時，出動X3按鈕，計時器T2開始計時5s，計時完畢后，電磁閥Y4停止。完成了一個周期的控制，開始進行下一個周期。2、常見故障及其排除方案(1)檢查能否完成1個工作流程?不能：程序錯誤解決方案：程序重編(2)檢查能否從最后1步（Y4）回到第1步(Y1)開始新一輪循環(huán)?不能：程序錯誤解決方案：程序重編(3) 檢查能否實現(xiàn)連續(xù)運行？ 不能：程序錯誤