液体溷合装置控制系统设计Word文件下载.docx
《液体溷合装置控制系统设计Word文件下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《液体溷合装置控制系统设计Word文件下载.docx（14页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
3.4外部接线图设计5
3.5顺序功能图设计6
3.6控制程序设计6
3.7主电路图设计7
第4章系统调试9
4.1系统调试9
4.2结果分析9
结论10
设计总结11
谢辞12
附录13
参考文献18
第1章引言
1.1课程设计的目的
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：
1）系统自动工作；
2）控制的单周期运行方式；
3）由传感器送入设定的参数实现自动控制；
4）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：
1）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；
2）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。
这次课程设计的目的就是设计一个集PLC技术，自动控制技术，自动化仪表技术，系统仿真技术于一体的功能较全的多种液体自动混合的自动装置。
1.2设计内容及要实现的目标
利用西门子PLC的S7-200系列设计两种液体混合装置控制系统。
在实验之前将容器中的液体放空，按动启动按钮SB1后，电磁阀YV1通电打开，液体A流入容器。
当液位高度达到I时，液位传感器I接通，此时电磁阀YV1断电关闭，而电磁阀YV2通电打开，液体B流入容器。
当液位达到H时，液位传感器H接通，这时电磁阀YV2断电关闭，同时启动电动机M搅拌。
1分钟后电动机M停止搅拌，这时电磁阀YV3通电打开，放出混合液去下道工序。
当液位高度下降到L后，再延时2s电磁阀YV3断电关闭，并同时开始新的周期。
液体混合装置如图所示：
图1-1两种液体混合装置
需要完成的内容有：
1）采用PLC控制，列出输入输出点分配表；
2）画出PLC的输入输出设备的接线图；
3）利用STEP7-Micro/WIN32软件完成梯形图、指令表的程序设计与调试；
4）完成课程设计说明书。
第2章系统总体方案设计
根据设计要求，本系统为两种液体自动混合，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。
搅拌机进行搅拌，一分钟后搅拌均匀，停止搅拌，放出液体。
液体放出达到一定值时停止放出。
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。
下面就是系统总体的设计方案。
2.1系统硬件配置及组成原理
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、饮料等行业中，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。
我准备设计一个可以将两种食用液体自动混合成饮料的控制装置，两种饮料分别命名为液体A和液体B。
基本的设计硬件如下表所示：
表2-1设计硬件选择
名称
型号
数量
微型计算机
专用计算机
1台
PLC主机单元
西门子S7-200
两种液体自动混合单元
配套
通信电缆
若干
这套装置主要由若干电磁阀和液位传感器组成。
电磁阀包括进液阀和出液阀。
液位传感器根据不同的需要设置在不同的高度，以实现液体容积的控制。
液位传感器的工作原理是：
当没有液体时，液位传感器无信号，处于断开状态，当页面淹没液位传感器时，液位传感器变为闭合。
根据实际情况需要，液体混合装置中还需要搅拌机甚至电阻丝加热。
搅拌机由于时间参量控制，而电阻丝加热可以通过温度传感器控制。
第3章PLC控制系统设计
3.1I/O估算
首先统计被控设备对输入、输出点的总需求量，把被控设备的信号源一一列出，认真分析输入、输出点的信号类型。
在初始状态时，根据要求要实现液体的自动混合导出控制，在开始操作之前，各阀门必须为关闭状态，容器为空。
此时液体控制电磁阀YV1、YV2、YV3，液位传感器H、I、L，电动机M均为关闭状态。
在启动操作中，当装置和液体的都准备好之后，按下启动按钮,开始下列操作:
1）YV1打开,液体A流入容器;
当液面到达I时,YV1关闭,YV2打开。
2）液体B流入,液面达到H时,YV2关闭,电动机开始运行,电动机开始进行液体的充分混合搅拌;
3）当混合液体搅拌均匀后（时间为60s）,电动机停止,YV3打开,开始放出混合液体;
4）当液体下降到L时,L从打开变为关闭,把时间控制为再过2s后容器放空,关闭YV3,完成一个操作周期;
5）在只要没有按停止按钮的状态下,则自动进入下一个循环操作周期。
在停止操作中，当工作完成之后需要关闭系统，按一下停止按钮,则在当前混合操作周期结束后,才停止操作。
从而使系统停止在开始状态，以便下次启动系统时能够顺利的开始系统的循环。
根据以上分析，对PLC来说，需要提供5个输入点和4个输出点。
除了以上的输入输出点意外，PLC与计算机、打印机、CRT显示器等设备连接，需要用专用接口，也应计算在内。
考虑到在实际安装、调试和应用中，还有可能发现一些估算中未预见到的因素，要根据实际情况增加一些输入、输出信号。
因此，要按估计数再增加15%―20%的输入、输出点数，以备将来调整、扩充使用。
综上所述，I/O估算为：
输入点点数为8，输出点点数为7。
3.2PLC的选型
从上面的分析可知本控制系统有五路输入信号，分别为高、中、低3个位置的液位传感器以及启动、停止两个按钮信号。
有四路输出信号，包括3个电磁阀，其中两个进液阀和一个出液阀，以及一个控制搅拌电动机的接触器。
输入输出信号均为开关量。
所以控制系统可选用CPU224，集成14输入/10输出，共24个数字两I/O点，满足控制要求，而且还有一定的余量。
3.3I/O的分配
液体混合装置PLC控制系统的I/O地址分配如表3-1所示。
表3-1 输入/输出接线列表
控制信号
信号名称
元件名称
元件符号
地址编码
输入信号
启动信号
常开按钮
SB1
I0.0
停止信号
SB2
I0.1
液面到达高液位
传感器
H
I0.2
液面到达中液位
I
I0.3
液面到达低液位
L
I0.4
输出信号
液体A进液
电磁阀
YV1
Q0.0
液体B进液
YV2
Q0.1
混合液C出液
YV3
Q0.2
搅拌机驱动
接触器
KM
Q0.3
3.4外部接线图的设计
图3-1PLC外部I/O接线图
3.5控制流程图
图3—2控制流程图
3.6控制程序设计
根据系统的要求及I/O通道分配,写出继电器梯形图。
具体设计思路如下：
1）起始操作
在按启动按钮I0.0之后，使Q0.0置位，断开电磁阀YV1，从而使液体A流入容器。
2）当液位上升到I时
当液面上升到I时,I0.3由OFF状态变为ON状态,使Q0.0复位，关闭电磁阀YV1。
同时使Q0.1置位，断开电磁阀YV2，从而使液体B流入容器。
3）当液位上升到H时
当液面上升到H时,I0.2由OFF状态变为ON状态,使Q0.1复位，关闭电磁阀YV2。
同时使Q0.3置位，启动搅拌机M。
此时启动定时器T37，60s后停止动作，使Q0.3复位。
4）搅拌均匀后放出混合液体
在Q0.3的下降沿通过后沿微分指令DIFD使Q0.2置位,断开电磁阀YV3,开始放出混合液体。
5）当液位下降到L时
当液位下降到L时,I0.4由OFF变为ON,启动延时继电器T38,2s后使Q0.2复位,关闭电磁阀YV3。
6）自动循环工作
在没有按停止按钮I0.1的情况下,系统将在T38的记时时间到了时,使Q0.0置位,自动进入下一操作周期。
从而实现混合液体PLC自动控制的循环工作。
7）停止操作
当按下停止按钮时,停止按钮I0.1为ON状态,不能使电磁阀YV1断开,系统执行完本周期的操作后,将自动停留在初始状态。
使用STEP7-MicroPLC编程软件编入梯形图，见附录。
语句表见附录。
3.7主电路图设计
由于在该液体混合装置中，只有搅拌电动机，所以其主电路图如图所示：
图3—3主电路图
第4章系统调试及结果分析
4.1系统调试
运用调试程序进行系统仿真调试。
具体作法如下：
在编写完梯形图后，运行仿真软件，按下启动按钮，Q0.0工作；
液面上升到I位置，Q0.0复位，Q0.1工作；
液面上升到H位置，Q0.1复位，Q0.3工作；
定时时间60s到，Q0.3复位，Q0.2工作；
液面降低到L位置，延时时间2s到后，Q0.2复位，当前操作周期结束，自动进入下一个操作周期。
在系统运行过程中，按下停止按钮，所有运行并不立即结束，而是一个周期进行完后才结束。
调试结束。
4.2结果分析
基于以上设计与调试，两种液体混合装置的系统设计基本结束。
测试结果满足课题给定要求。
结论
采用PLC控制的液体混合装置，硬件结构简单，相应速度快，易于控制液体的流量，经现场使用考验，性能稳定，运行可靠。
另外还可以根据需要很方便地进行扩展到多种液体混合。
程序稍作修改，就可以满足不同的控制要求。
该控制系统可用较少资金投入，达到很高的精度。
该系统还是可以进行改进的。
1）搅拌桶内的液位传感器的可靠性不强，可以试着改为灵敏性强、可靠性高的检测仪器。
避免因为输入液体时，飞溅的液体触碰到液位传感器而导致发出错误信号。
2）在电路中提供一个备用电源，这样做的目的就是保证掉电之后也能使系统完成该周期的工作，从而保证系统在完成当前周期的操作时，停止在初始状态，使容器为空。
以便在恢复电源后能顺利的从第一步开始进行循环。
这样就避免了在混合某些化学物质，比如具有腐蚀性的物质时。
因为掉电，长时间储存在容器中，从而造成对装置的腐蚀或损坏；
也避免了引起环境污染的可能。
同时取代了掉电保持这样一个麻烦和考虑不周的过程。
设计总结
此次机电传动控制课程设计是非常难得的一次理论与实践相结合的机会，通过这次对“课题17液体混合装置的控制系统设计”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。
机电传动与控制是一门极其重要的课程，它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，尤其是PLC技术越来越受人们广泛应用。
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）不会利用查翻资料。
在理论课学习过程中，老师曾经给过我们很多关于PLC的参考资料。
而我没有去充分利用。
2）学习认真程度不够，基础相对薄弱。
通过这次课程设计。
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。
在对理论的运用中，提高了我的科学文化素质，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，问题就出现了。
这样，我就只能一个一个问题的去解决，通过查阅资料和询问同学，使得我对PLC的理解得到加强，看到了实践与理论的差距。
在设计过程中，总是遇到这样或那样的问题。
有时发现一个问题的时候，需要做大量的工作，花大量的时间才能解决。
自然而然，我的耐心便在其中建立起来了。
为以后的工作积累了经验，增强了信心。
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重要地位。
因此，学好这门课程十分重要。
谢辞
经过两星期的查资料、整理材料、编写程序，终于可以顺利的完成本次课程设计。
关于最后的谢辞，有必要对同学和老师说几句话。
课程设计得以完成，要感谢的人很多，它离不开翟老师和同学的关心和帮助。
在整个的课程设计中，老师和同学的帮助对我查资料和提供有利于课程设计完成的建议和意见，在他们的帮助下，课程设计得以不断的完善，最终我完整的写完了整个设计。
通过此次的课程设计，我学到了很多知识。
在课程设计过程中，通过查资料和搜集有关的文献，培养了自学能力和动手能力，我们学会了如何将学到的知识转化为自己的东西，学会了怎么更好的处理知识和实践相结合。
在课程设计中学到了做任何事情所要有的态度和心态，首先我明白了做学问要一丝不苟，对于出现的任何问题和偏差都不要轻视，要通过正确的途径去解决，在做事情的过程中要有耐心和毅力，不要一遇到困难就打退堂鼓，只要坚持下去就可以找到思路去解决问题的。
在工作中要学会与人合作的态度，认真听取别人的意见，这样做起事情来就可以事倍功半。
总之，此次课程设计，我收获了很多。
此次设计为下学期的毕业设计做了铺垫，让我认识到了毕业设计的规范化与重要性。
最后，再次感谢设计中给我帮助的老师和同学。
谢谢你们!
参考文献
【1】邓星钟.机电传动控制[M].武汉:
华中科技大学出版社,2007.
【2】张海根.机电传动控制[M].北京:
高等教育出版社,2001.
【3】张扬蔡春伟孙明健.S7-200PLC原理与应用系统设计.机械工业出版社2007.
【4】常文平.电气控制与PLC原理及应用.西安电子科技大学出版社，2006.
【5】吴晓君同志学.电气控制课程设计指导.中国建材工业出版社，2007.
升级会员 