精品毕业设计：多种液体自动混合装置的PLC控制.doc

题目：基于PLC的多种液体自动混合控制 系 别： 自动化 姓 名： 刘 畅 小组成员： 刘 畅 指导教师： 王振玉 李文娟 石家庄铁道大学四方学院2011年 1月 11日摘 要 随着经济的发展和社会的进步，各种工业自动化的不断升级，对于工人的素质要求也逐渐提高。其中在生产的第一线有着各种各样的自动加工系统，其中多种原材料混合在加工，是其中最为常见的一种。 在工艺加工最初，把多种原料再合适的时间和条件下进行需要的加工以得到产品一直都是在人监控或操作下进行的，在后来多用继电器系统对顺序或逻辑的操作过程进行自动化操作，但是现在随着时代的发展，这些方式已经不能满足工业生产的实际需要。实际生产中需要更精确、更便捷的控制装置。 我设计的题目是“多种液体自动混合装置的PLC控制”，此次设计主要内容包括：工作过程分析，I/O分配，梯形图，指令表，接线图，电气原理图及情况说明, 经过多次修改和调试，最终实现题目要求。 本文通过对“多种液体自动混合装置的PLC控制”的分析，解决了按下启动按钮SB1，液体A阀门打开，液体A流入容器，当液面到达SQ3时，SQ3接通，关闭液体A阀门，打开液体B阀门；当液面到达SQ2时，关闭液体B阀门，打开液体C阀门；当液面到达SQ1时关闭阀门C，搅匀电动机开始搅匀；搅匀电动机工作1min后停止搅动，混合液体阀门打开，开始放出混合液体等控制问题，实现了控制装置根据液位不同时状态自动转换的的任务。 同时本文还论述了在进行程序设计时遇到的问题和不足，最终我们通过自己的努力解决了这些问题。关键词：自动控制 PLC 多种液体自动混合目 录一、课题背景 11、课题背景 12、研究目的和意义 23、本文的主要工作 3二、已知情况、控制要求、设计要求 41、已知情况 42、控制要求 43、设计要求 5三、总体设计思路 6四、程序设计及调试 71、PLC的选型及I/0分配图 72、梯形图、指令表及编程元件明细表 8五、电气设计 111、PLC外部接线原理图 112、多种液体自动混合装置电气元件明细表 11六、安装、接线、及系统联合测试12七、后期工作 121、操作过程简要说明 122、常见故障及排除方案 123、编写并提交（课程）设计说明书 13八、尚存在的问题及方案建议 14九、课程设计总结 15十、致谢 16十一、参考文献 16 多种液体自动混合装置的PLC控制一、课题背景1、课题背景 随着科学技术的猛速发展，自动控制技术在人类活动的各个领域中的应用越来越广泛，它的水平已成为衡量一个国家生产和科学技术先进与否的一项重要标志。在炼油、化工、制药等行业中，多种液体混合是必不可少的程序，而且也是其生产过程中十分重要的组成部分。 但由于这些行业中多为易燃易爆、有毒有腐蚀性的介质，以致现场工作环境十分恶劣，不适合人工现场操作。另外，生产要求该系统要具有配料精确、控制可靠等特点，这也是人工操作和半自动化控制所难以实现的。所以为了帮助相关行业，特别是其中的中小型企业实现多种液体自动混合的目的,液体自动混合配料势必就是摆在我们眼前的一大课题。 随着计算机技术的发展，对原有液体混合装置进行技术改造，提出数据采集、自动控制、运行管理等多方面的要求。设计的多种液体混合装置利用可编程控制器实现在混合过程中精确控制，提高了液体混合比例的稳定性、运行稳定、自动化程度高，适合工业生产的需要。2、研究目的和意义 在工艺加工最初，把多种原料再合适的时间和条件下进行需要的加工以得到产品一直都是在人监控或操作下进行的，在后来多用继电器系统对顺序或逻辑的操作过程进行自动化操作，但是现在随着时代的发展，这些方式已经不能满足工业生产的实际 需要。实际生产中需要更精确、更便捷的控制装置。 随着科学技术的日新月异，自动化程度要求越来越高，原来的液体混合远远不能满足当前自动化的需要。可编程控制器液体自动混合系统集成自动控制技术，计量技术，传感器技术等技术与一体的机电一体化装置。充分吸收了分散式控制系统和集中控制系统的优点，采用标准化、模块化、系统化设计，配置灵活、组态方便。 可编程控制器多种液体自动混合控制系统的特点：系统自动工作；控制的单周期运行方式；由传感器送入设定的参数实现自动控制；启动后就能自动完成一个周期的工作，并循环。 本系统采用PLC是基于以下两个原因： PLC具有很高的可靠性，通常的平均无故障时间都在30万小时以上； 编程能力强，可以将模糊化、模糊决策和解模糊都方便地用软件来实现； 根据多种液体自动混合系统的要求与特点，我们采用的PLC具有小型化、高速度、高性能等特点，可编程控制器指令丰富，可以接各种输出、输入扩充设备，有丰富的特殊扩展设备，其中的模拟输入设备和通信设备是系统所必需的，能够方便地联网通信。本系统就是应用可编程序控制器(PLC)对多种液体自动混合实现控制。3、 本文的主要工作本文首先回顾多种液体自动混合装置的发展过程，说明了种液体自动混合装置的PLC控制的重要性和必然性 。然后，讲述了可编程程序控制器的应用，通过论述可编程程序控制器的优点对可控制编程器对多种液体混合装置的控制有一个总体的认识。综合多种液体自动混合装置的控制系统的要求，进行了外部电路的连线和PLC程序设计，从部件的选择，流程的分析，程序顺序控制的设计等方面，完成了本次的设计任务。最后，通过对程序液位控制系统的程序的调试，检测，再进行是对系统的更正，使控制系统更加完善，确保系统能顺利运行。二、已知情况、控制要求、设计要求1、 已知情况： 本题目用PLC来模拟并实现多种液体自动混合装置的控制2、控制要求：如图所示为三种液体混合装置，SQ1、SQ2、SQ3和SQ4为液面传感器，液面淹没时接通，液体A、B、C与混合液阀由电磁阀YV1、YV2、YV3、YV4控制，M为搅匀电动机，其控制要求如下：1、初始状态 装置投入运行时，液体A、B、C阀门关闭 ，混合液阀门 打开20s将容器放空后关闭。2、起动操作 按下启动按钮SB1，装置开始按下列给定规律运转。(1) 液体A阀门打开，液体A流入容器。当液面到达SQ3时，SQ3接通，关闭液体A阀门，打开液体B阀门。(2) 当液面到达SQ2时，关闭液体B阀门，打开液体C阀门。(3) 当液面到达SQ1时关闭阀门C，搅匀电动机开始搅匀。(4) 搅匀电动机工作1min后停止搅动，混合液体阀门打开，开始放出混合液体。(5) 当液面下降到SQ4时，SQ4由接通变断开，再过20s后，容器放空，混合液阀门关闭，开始下一周期。3、停止操作 按下停止按钮SB2后，要将当前的混合操作处理完毕后，才停止操作（停在初始状态）。3、设计要求 ：根据生产设备工作方面及其它方面的需要，本次设计要达到如下设计要求：（1）要求本次设计的控制装置采用PLC技术实现;（2）要能完全满足控制要求；（3） 按下停止按钮后，要将当前的混合操作处理完毕后，才停止操作三、总体设计思路 经过对上述设计要求的深入思考后，对系统的设计过程有了一定的构架。具体的想法有一下几点： 我做的系统为多种液体自动混合，需要对各种液体的液面的高度监控，因此，需要运用到传感器进行液面高度的监控。各种液体入池的比例需要应用电磁阀控制，入池后的搅拌，则需要电机控制。对各个控件的控制，需要一个完整的控制流程，运用PLC技术进行编程，可以实现对各个控件的控制。 具体控制方法根据题目要求，按下启动按钮时，A种液体进入容器，当达到一定值时，停止进入，B种液体开始进入，当达到一定值时，停止进入C种液体开始进入，当达到一定深度停止所有液体进入。搅拌机进行搅拌，一分钟后搅拌均匀，停止搅拌，放出液体。经20s后停止放出，按停止键停止操作。 液体的进入和放出，需要电磁阀的控制，液面的深度需要传感器的控制。四、程序设计及调试1、PLC选型及I/O分配图 根据设计要求、控制要求，选定PLC的型号为：FX1N系列它是日本三菱公司生产的三菱FX1N系列，拥有28路输入、18路(继电器)输出， 而本例实际只需要6路输入、5路输出，输出留有约1/3的余量，输出所留余量超出1/3，完全满足要求；拥有8K步的内存容量，而本例用户程序的容量估计在50步左右，完全够用 多种液体自动混合装置的I/0分配。输人 X0：启动按钮 X1：限位开关SQ1 X2：限位开关SQ2X3：限位开关SQ3X4：限位开关SQ4X5：停止按钮 输出Y1:液体A控制阀门YV1Y2：液体B控制阀门YV2Y3：液体C控制阀门YV3Y4：D口控制阀门YV4Y5：搅拌机控制M 2、编程PLC多种液体自动混合装置程序工作过程简析、编程元件明细表梯形图多种液体混合自动装置指令表如下：PLC编程元件明细表：编程元件作用X0起动开关X1触发液面传感器SQ1X2触发液面传感器SQ2X3触发液面传感器SQ3X4触发液面传感器SQ4X5 停止开关Y1阀门A打开液体A注入Y2阀门B打开液体B注入Y3阀门C打开液体C注入Y4阀门D打开 混合液流出Y5电动机转动T0电动机转动定时T1混合液流出定时M200中间继电器，使阀A门打开M100中间继电器，使阀门A关闭，使阀门B打开M101中间继电器，使阀B门关闭，使阀C门打开M102中间继电器，使阀门C关闭，使搅拌机工作M104中间继电器，使M105置位 M105使计时器T1计数 五、电气设计1、 PLC外部接线原理图 2、多种液体自动混合装置电气元件明细表参考电气控制与PLC应用（胡汉文 丁如春主编，人民邮电出版社，2009.5）第9章设计样例，拟定本顺控设备电气元件明细表如表2所示。序号文字符号名称型号规格单位数量备注11#PLC1号PLCF1N-240M8路输入8路输出台1求是生产六、安装、接线、及系统联合测试按照电气设计图完成接线，对程序系统与电气系统进行联合测试，详细步骤略。如不满足要求，再回去修改程序或检查接线，直到满足要求为止七、 后期工作1、操作过程简要说明本实验在试验箱上模拟了多液体自动混合装置的工作过程，用按钮代替液 面出发开关，用信号灯表示阀门和电动机的工作状态（1）启动开接通时，系统开始工作，电磁阀YV打开A液体注入（Y1灯亮）。当起动开关断开时，信号灯运行完一个周期后才熄灭。（2）当液体液位到达SQ3位置时，触动开关X3，电磁阀YV2打开B液体注入，（Y2灯亮）。（3） 当液体液位到达SQ2位置时，触动开关X2，电磁阀YV3打开C液体注入，（Y3灯亮）。（4） 当液体液位到达SQ1位置时，触动开关X1，搅匀电动机开始搅匀，（Y5灯亮），同时计时器T0开始计时，1min钟后计时完毕，电磁阀YV4阀门打开，（Y4灯亮）。 （5）开始放出混合液体，当液面下降到SQ4时，出动X4按钮，计时器T2开始计时20s，计时完毕完成了一个周期的控制，开始进行下一个周期。2、常见故障及其排除方案(1)检查PLC能否完成1个工作流程?不能：程序错误解决方案：程序重编(2)检查PLC能否从最后1步（Y4）回到第1步(Y1)开始新一轮循环?不能：程序错误解决方案：程序重编(3) 检查PLC能否实现连续运行？ 不能：程序错误 解决方案：程序重编3、编写并提交(课程)设计说明书“课程设计说明书”包括以下内容：(1)封面(2)课程设计任务书(3)摘要(4)目录(5)已知情况、控制要求、设计要求(6)总体设计思路(7)程序设计及调试(8)电气设计(9)安装、接线、联合测试(10)后期工作(11)课程设计总结(12)致谢(13)主要参考文献及资料八、 尚存在的问题及方案建议本设计方案虽然“设计简约，考虑面广，满足要求”，但至少存在以下2个问题尚未解决：(1）由于试验设备的限制，只能制作成手动的控制装置，与实际根据液压传感器来自动控制装置的试验现象相差较大，到达指定液位时装置就自动变化的现象可能有时不太明显观察。 （2)随时停止工作：在设过程中，为了简化操作过程，对PLC未加装强制停止按钮，突发情况不能强制停止。 九、课程设计总结 小学期课程设计是非常难得的一次理论与实践相结合的机会，通过这次小学期对“多种液体自动混合装置的PLC控制”的设计使我摆脱了单纯理论学习的状态，和眼高手低的毛病，通过本次PLC的课程设计，使我了解到PLC的重要性。电气控制与可编程控制器是一门极其重要的课程，他综合了计算机技术和自动控制技术和通讯技术。在当今由机械化向自动化，信息化飞速发展的社会，PLC技术越来越受人们广泛应用，前景可观，因此学会和运用PLC，将对我们以后踏上工作岗位有极其重要的帮助，在此次设计中，我们遇到了许多困难，通过对自身的查找，我找出几点不足之处： 1，不太会利用查翻资料。遇到困难，首先不先查看资料，过多依赖同学和老师的帮助，相对不独立。2，学习认真程度不够，学习热情不高，基础相对薄弱，掌握知识太少。3，设计时对时间合理安排上欠妥。但正是这次设计，让我认识到自己的不足，为以后以后的工作学习找到了方向和前进的动力。通过这次PLC课程设计实践。我学会了PLC的基本编程方法，对PLC的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。在对理论的运用中，提高了我们的工程素质，在没有做实践设计以前，我们对知识的撑握都是理论上的，对一些细节不加重视，当我们把自己想出来的程序用到PLC中的时候，问题出现了，不是不能运行，就是运行的结果和要求的结果不相符合。这样，我就只能一个一个问题的去解决，通过查阅资料或者是请教同学，一次一次的调试程序，最后达到设计要求。使得我对PLC 的理解得到加强，看到了实践与理论的差距。最后通过本次课程设计，使我了解了PLC控制技术在工业应用和工业生产中的重要地位；通过本次课程设计，使我更深刻的理解了PLC的编程思想，也能更好的将所学知识应用到实践中动。因此学好这门课程对以后的发展有举足轻重的地位。十、致 谢 这次课程设计基本上涵盖了我们所学习的PLC程序的大部分知识点，课程设计题目要求不仅要求对课本知识有较深刻的了解，同时要求程序设计者由较强的思维能力和操作动手能力。这次课程设计使我对PLC程序的编程、程序的录入、以及在上机操作调试有了很大的提高。大部分同学只关心程序运行的结果，而对程序的创新丝毫不在意。这是非常不可取的，因为往往在动脑思考创新中我们会有更多收获，学到更多的知识。做课程设计不仅让我们修补了以前学习的漏洞，也让我明白了一个道理：学习好PLC这门技术，需要自己对它有兴趣，而且要自己肯于动手操作实验。最后该感谢帮助我的同学和老师。首先该感谢这门课程任教的王振玉老师给我们精心的讲解和给我精心的讲解和辅导、感谢李文娟老师在实验过程中对我遇到的疑难问题的指导帮助。感谢实验室诸位老师帮助我排除设备故障。感谢同学们对我实验过程中的交流和帮助。还得感谢学校给我们这样的一个自己动手设计的好机会！十一、参考文献 1电器与可编程控制器应用技术（第三版），邓则名2可编程控制器指导书，李文娟