多种液体混合控制系统设计.pdf

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1、本科生课程设计报告本科生课程设计报告题目多种液体自动混合控制系统设计课程电气控制及可编程控制器专业电气工程及其自动化班级学号姓名指导老师完成日期目录1 绪论.11.1 课程题目11.2 设计目的及要求11.3 原始资料11.4 课题要求11.5 日程安排21.2 主要参考书22 器件选择.32.1 总体结构32.2 具体器件的选择32.2.1 液位传感器的选择.32.2.2 温度传感器的选择.42.2.3 搅拌电动机的选择.42.2.4 电磁阀的选择.52.2.5 接触器的选择.52.2.6 热继电器的选择.63 程序设计.73.1 总体设计思路.73.2 PLC 输入输出口分配.83.3 主

2、电路设计.93.4 液体混合装置的输入输出接线图.93.5 液体混合装置的梯形图.114 安装、接线及系统联合测试135 后期工作136 总结147 参考文献141.绪 论1.1 课程题目多种液体自动混合控制系统设计1.2 设计目的及要求1、熟悉电气控制系统的一般设计原则、设计内容及设计程序。2、掌握电气设计制图的基本规范，熟练掌握 PLC 程序设计的方法和步骤。3、学会收集、分析、运用电气设计有关资料及数据。4、培养独立工作和工程设计能力以及综合运用专业知识解决实际工程技术问题的能力。1.3 原始资料初始时，容器为空，Y1、Y2、Y3、Y4 电磁阀和 M 搅拌机均为 OFF，液面传感器 L1

3、、L2、L3 为 OFF。按下启动按钮，开始下列操作：1、Y1、Y2 为 ON，液体 A 和 B 同时注入容器，当液面达到 L2 时，L2为 ON，使 Y1、Y2 为 OFF，Y3 为 ON，即关闭 Y1、Y2 阀门，打开液体C 的阀门 Y3。2、液面达到 L1 时，Y3 为 OFF，M 为 ON，即关闭阀门 Y3，电动机起动开始搅拌。3、经 10S 搅匀后，M 为 OFF，停止搅拌，H 为 ON，加热器开始加热。4、当混合液体温度达到某一指定值时，T 为 ON，H 为 OFF，停止加热，使电磁阀Y4 为 ON，开始放出混合液体。5、当液体高度降为 L3 后，L3 从 ON 到 OFF，再经

4、5S，容器放空，Y4 为 OFF，开始下一周期。当按下停止按钮后，在当前的混合操作处理完毕后，停止操作，停在初始状态。1.4 课题要求1、设计原则：国家现行有关电气设计规范及主管部门规定等。2、设计范围：控制系统主电路及控制电路设计，电器设备选型。3、设计成果：课程设计报告（设计说明书及计算书等），主电路图、控制电路图、流程图、I/O 端子接线图、梯形图及程序。（所有成果均应为打印稿）。1.5 日程安排本次课程设计时间共一周，进度安排如下：1、设计准备，熟悉有关电气设计规范，熟悉课题设计要求及内容。（1 天）2、分析控制要求、主电路及控制电路方案设计。（1 天）3、绘制控制流程图、I/O 端子

5、接线图。（1 天）4、梯形图设计、编制程序及程序说明。（1 天）5、整理计算书及图纸、写课程设计报告。（1 天）1.6 主要参考书1、电气控制与可编程控制器应用技术郁汉琪主编东南大学出版社2、工厂电气控制技术方承远主编机械工业出版社3、可编程控制器原理应用网络徐世许主编中国科学技术大学出版社4、工厂常用电气设备手册（第 2 版）上、下册中国电力出版社2.器件选择2.1 总体结构从图 2-1 中可知设计的液体混合装置主要完成三种液体的自动混合搅拌并控制温度，如图 2-1 所示。此装置需要控制的元件有：其中 L1、L2、L3 为液面传感器，液面淹没该点时为 ON。Y1、Y2、Y3、Y4 为电磁阀，

6、M 为搅拌电机，T 为温度传感器，H 为加热器。另外还有控制电磁阀和电动机的 1 个交流接触器 KM。所有这些元件的控制都属于数字量控制，可以通过引线与相应的控制系统连接从而达到控制效果。图 2.1 液体混合灌装机2.1 具体器件的选择2.2.12.2.1 液位传感器的选择液位传感器的选择选用 LSF-2.5 型液位传感器其中“L”表示光电的，“S”表示传感器，“F”表示防腐蚀的，2.5 为最大工作压力。LSF 系列液位开关可提供非常准确、可靠的液位检测。其原理是依据光的反射折射原理，当没有液体时，光被前端的棱镜面或球面反射回来；有液体覆盖光电探头球面时，光被折射出去，这使得输出发生变化，相应

7、的晶体管或继电器动作并输出一个开关量。应用此原理可制成单点或多点液位开关。LSF 光电液位开关具有较高的适应环境的能力，在耐腐蚀方面有较好的抵抗能力。相关元件主要技术参数及原理如下：（1）工作压力可达 2.5Mpa（2）工作温度上限为 125C（3）触点寿命为 100 万次（4）触点容量为 70w（5）开关电压为 24V DC（6）切换电流为 0.5A 3.3在本实验中，I/O 接线图中用限位开关来代替液位传感器。2.2.22.2.2 温度传感器的选择温度传感器的选择选用 KTY81-210A 型温度传感器其中“T”表示温度KTY 系列温度传感器采用进口 Philips 硅电阻元件精心制作而成

8、，具有精度高，稳定性好，可靠性强，产品寿命长等优点,该温度传感器已广泛应用于电机变频调速温度控制，太阳能热水器温度测量领域彩印设备温控，汽车油温测量、发动机冷却系统、工业控制系统中过热保护、加热控制系统、电源供电保护等。选用 KTY81-210A 型温度传感器。相关元件主要技术参数及原理如下：（1）测量温度范围为-50150（2）温度系数 TC 为 0.79%/K（3）精度等级为 0.5%（4）公称压力为 0.6MPa2.2.32.2.3 搅拌电动机的选择搅拌电动机的选择选用 EJ15-3 型电动机其中“E”表示电动机，“J”表示交流的，15 为设计序号，3 为最大工作电流 相关元件主要技术参

9、数及原理如下：EJ15 系列电动机是一般用途的全封闭自扇冷式鼠笼型三相异步电动机。（1）额定电压为 220V，额定频率为 50Hz，功率为 2.5KW，采用三角形接法。（2）电动机运行地点的海拔不超过 1000m。工作温度-1540C/湿度90%。（3）EJ15 系列电动机效率高、节能、堵转转矩高、噪音低、振动小、运行安全可靠。2.2.42.2.4 电磁阀的选择电磁阀的选择（1）入罐液体选用 VF4-25 型电磁阀其中“V”表示电磁阀，“F”表示防腐蚀，4 表示设计序号，25 表示口径（mm）宽度。相关元件主要技术参数及原理如下：1）材质：聚四氟乙烯。使用介质：硫酸、盐酸、有机溶剂、化学试剂等

10、酸碱性的液体。2）介质温度150/环境温度-2060C。3）使用电压：AC：220 V50Hz/60Hz DC：24V。4）功率：AC：2.5KW。5）操作方式：常闭：通电打开、断电关闭，动作响应迅速，高频率。（2）出罐液体选用 AVF-40 型电磁阀其中“A”表示可调节流量，“V”表示电磁阀，“F”表示防腐蚀，40 为口径(mm)相关元件主要技术参数及原理如下：1）其最大特点就是能通过设备上的按键设置来控制流量，达到定时排空的效果。2）其阀体材料为：聚四氟乙烯，有比较强的抗腐蚀能力。3）使用电压：AC：220 V50Hz/60Hz DC：24V。4）功率：AC：5KW。2.2.52.2.5

11、接触器的选择接触器的选择选用 CJ20-10/CJ20-16 型接触器其中“C”表示接触器，“J”表示交流，20 为设计编号，10/16 为主触头额定电流相关元件主要技术参数及原理如下：（1）操作频率为 1200/h（2）机电寿命为 1000 万次（3）主触头额定电流为 10/16（A）（4）额定电压为 380/220（A）（5）功率为 2.5KW2.2.62.2.6热继电器的选择热继电器的选择选用 JR16B-60/3D 型热继电器其中“J”表示继电器，“D”带断相保护相关元件主要技术参数及原理如下：（1）额定电流为 20（A）（2）热元件额定电流为 32/45（A）3.程序设计3.1 总体

12、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：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 2

13、0s 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。对于本课题来说，如果液体混合系统部分是一个较大规模工业控制系统的改造升级，新控制装置需要根据企业设备和工艺现况来构成并需尽可能的利用旧系统中的元器件。对于人机交互方式改造后系统的操作模式应尽量和改造前的相类似，以便于操作人员迅速掌握。从企业的改造要求可以看出在新控制系统中既需要处理模拟量也需要处理大量的开关量，系统的可靠性要高，人机交互界面友好，应具备数据储存和分析汇总的能力。要实现整个液体混合控制系统的设计，需要从怎样实现各电磁阀的开关以及电动机启动的控制这个角度去考虑，现在就这个问题的如何实

14、现以及选择怎样的方法来确定系统方案。控制流程图如下。图 3-1 液体混合装置流程图3.2PLC 输入输出口分配输入/输出地址分配如表 1表 1 液体混合装置输入/输出地址分配输入点地址X0X1X2X3X4X5X6功能SB0 启动按钮SB1 停止按钮L2 液位传感器L3 液位传感器L1 液位传感器T 温度传感器FR 常闭触点输出点地址Y0Y1Y2Y3Y4Y5功能电磁阀 Y1电磁阀 Y2电磁阀 Y3搅拌机 M加热器 H电磁阀 Y43.3 主电路设计因为只有搅拌机是电动机控制的，所以主电路只需要一个电机控制，并搅拌机只有启动与停止两种工作状态，因此只需要一组主触点。主电路如下。图 3-1 液体混合装

15、置流程图图 3-2 液体混合装置的主电路3.4 液体混合装置的输入输出接线图（1）两种液体的进人 当 PLC 接通电源后，按下启动按钮 SB0 后，触点 X0接通，由于有微分指令 DF，使该路只接通一扫描周期，通过保持指令 KP 使 Y1、Y2 输出继电器线圈得电并保持，分别与之相接的Y1、Y2 电磁阀带电接通，流进两种不同成分的液体。（2）第三种液体的进人当液体达到 L2 液位传感器的位置时，X2 输人继电器接通使 Y1、Y2 关闭，同时地址为 16 的 X2 接通，利用 KP 指令使输出继电器 Y3 接通并保持，与之相连的 Y3 电磁阀得电接通，第 3 种液体流进液罐。（3）搅拌机工作 当

16、液位到达 L1 液位传感器的位置时，该传感器检测到该信息，使 Xl 输人继电器线圈得电，在梯形图中它的 X1 常开触点接通，通过 KP指令复位端，使输出继电器 Y3 关闭，与之相连的砚电磁阀关闭，同时接通地址为 32 的 X1 常开触点，使代表搅拌机 Y5 的输出继电器接通。（4）加热器工作 搅拌机通过 Y5 的输出信号得电并开始搅拌，并用 TIMY0定时器定时，定时时间为 10s。10s 到后，地址为 45 的定时器常开触点 T0 接通，使 Y6 输出继电器得电，与之相连的加热器 H 这时接通，开始加热液体，同时关闭 Y5 使搅拌机 M 停止。（5）混合液体开始排出 当液体温度达到预定温度时

17、，温度传感器 T 检测到该信息，同时梯形图中地址为 47 的 X4 接通使 Y6 失电，从而使加热器 H 关闭，同时接通地址为 51 的 X4 常开触点，使 X4 接通，与之相连的 Y4 电磁阀打开，排出搅拌均匀后的混合液体。（6）混合液体排完 当液位低于 L3 液位传感器的位置时，L3 液位传感器由通到断，使 X3 也由通到断，这样相当于一个下降沿，驱使 DF 产生一个扫描周期的脉冲，通过KP 指令置位端使辅助继电器 R0 接通，接通后使定时器 TMY1 定时，大约 5s 时间，液体排完。（7）重复液体混合过程 重复液体混合过程是通过并联在梯形图地址为 2位置上的定时器 TMY1 常开触点实

18、现的。同时 T1 常开触点也接通，通过保持保持指令 KP 使 R0 复位，定时器关闭。液体混合装置输人输出接线图如下。图 3-3 液体混合装置的 I/O 接线图3.5 液体混合装置的梯形图图 3-4 液体混合装置的梯形图多种液体混合自动装置指令表如下：LD 0.00ANDNOT 10.05OR 10.00OR 10.07ANDNOT 0.02ANDNOT 10.06OUT 10.00OUT 10.01LD 0.02ANDNOT 0.04ANDNOT 10.05OUT 10.02LD 0.04ANDNOT 10.04ANDNOT 10.05OUT 10.03TIM 001#100LD TIM00

19、1OR 10.04ANDNOT 0.05OUT 10.04LD 0.05AND 0.03OR 10.05ANDNOT TIM002OUT 10.05ANDNOT 0.03TIM 002#50LD 0.01OR 10.06ANDNOT 0.00OUT 10.06LD TIM002OR 10.07ANDNOT 10.06ANDNOT 10.00OUT 10.074.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5.后期工作1 1、操作过程简要说明、操作过程简要说明本实验在试验箱上模拟了多液体自动

20、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 Y1、Y2 打开,A 和 B 液体注入（Y0、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 SQ4 位置时，触动开关 X4，搅匀电动机 M 开始搅匀（Y3灯亮），同时计时器 T0 开始计时，10s 后计时完毕，加热器 H 开始加热（Y4 灯亮）。（3）当液体温度达到一指定值时，温度传感器 T 运行，触动开关 X5,加热器停止加热，电磁阀 Y4 开始运行（Y5 灯亮）。（4）开始放出混合液体，当液面下降到 SQ3 时，出动 X3 按钮，计时

21、器 T2开始计时 5s，计时完毕后，电磁阀Y4 停止。完成了一个周期的控制，开始进行下一个周期。2 2、常见故障及其排除方案、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6.总结为期一个星期的 PLC 课程设计结束了，通过此次课程设计，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。课程设计是我对所学知识理论的检验与总结，

22、能够培养和提高设计者独立分析和解决问题的能力；是我在校期间向学校所交的一份综和性作业.在不断的努力下我的课程设计终于完成了。在没有做课程设计以前，觉得课程设计只是对这几年来所学知识的大概总结，但是真的面对课程设计时发现自己的想法是错误的，我们对知识的掌握都是理论上的，对一些细节不够重视，面对单独课题的时候感觉很茫然。自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。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。通过这次课程设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，这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去。在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。7.参考文献1、电气控制与可编程控制器应用技术郁汉琪主编东南大学出版社2、工厂电气控制技术方承远主编机械工业出版社3、可编程控制器原理应用网络徐世许主编中国科学技术大学出版社4、工厂常用电气设备手册（第 2 版）上、下册中国电力出版社