制藥廠液體混合攪拌裝置的自動控制

1、 遼 寧 工 業(yè) 大 學(xué) PLC技術(shù)及應(yīng)用 課程設(shè)計（論文） 題目： 制藥廠液體混合攪拌裝置的自動控制 院（系）： 電氣工程學(xué)院 專業(yè)班級： 學(xué) 號： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： （簽字）起止時間： 本科生課程設(shè)計（論文）課程設(shè)計（論文）任務(wù)及評語院（系）：電氣工程學(xué)院 教研室：自動化 學(xué) 號 學(xué)生姓名專業(yè)班級課程設(shè)計（論文）題目制藥廠液體混合攪拌裝置的自動控制（功能圖設(shè)計）課程設(shè)計（論文）任務(wù)課題完成的功能、設(shè)計任務(wù)及要求、技術(shù)參數(shù)實現(xiàn)功能在藥品生產(chǎn)給過程中，需要將多種液體按一定比例進行攪拌混合后，放出到下一道工序進一步的加工生產(chǎn)，此設(shè)計液體混合攪拌裝置是以2種液體的混合為對象，設(shè)計一個PLC控

2、制的液體混合裝置。液體混合裝置功能如下：1）初始狀態(tài)為容器放空，按啟動按鈕后，液體A流入容器中，達到要求的高度后停止；液體B開始流入裝置，液體B達到要求的高度后停止；加熱器對液體進行加熱，當(dāng)液體到達指定溫度40時，停止加熱；攪拌電機攪拌1分鐘后，將加熱并混合好的液體放出到下一道工序；當(dāng)容器內(nèi)液體放空后，自動開始下一周期循環(huán)。2）按下停止按鈕時，要求不要立即停止工作，而是將停機信號記憶下來，指導(dǎo)完成一個工作循環(huán)后才停止工作，返到初始狀態(tài)上。設(shè)計任務(wù)及要求1、根據(jù)系統(tǒng)功能，確定總體控制方案（包括設(shè)計系統(tǒng)組成框圖，分析各部分的作用）2、設(shè)計電機主電路；3、確定I/O點數(shù)，選擇PLC型號；建立I/O分

3、配表，完成PLC與I/O的外部接線；4、按系統(tǒng)的控制要求，用梯形圖設(shè)計程序；5、上機調(diào)試、完善程序；6、按學(xué)校規(guī)定格式，撰寫、打印設(shè)計說明書一份；設(shè)計說明書應(yīng)在4000字以上。技術(shù)參數(shù)溫度0+60；控制精度為1。攪拌電機P=0.81Kw, I=2A, n=1410r/min, U=380v, 進度計劃1、 布置任務(wù)，查閱資料，確定系統(tǒng)的組成（2天）2、 設(shè)計電機主電路，建立I/O分配，完成外部接線設(shè)計（1天）3、 按系統(tǒng)的控制要求，完成梯形圖設(shè)計（2天）4、 上機調(diào)試、修改程序。（2天）5、 撰寫、打印設(shè)計說明書（2天）6、答辯（1天）指導(dǎo)教師評語及成績平時： 論文質(zhì)量： 答辯： 總成績： 指

4、導(dǎo)教師簽字： 年 月 日注：成績：平時20% 論文質(zhì)量60% 答辯20% 以百分制計算I摘 要隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的快速發(fā)展，液體混合的應(yīng)用更加廣泛。對于液體混合控制技術(shù)的研究有著廣泛的經(jīng)濟價值。針對這一問題本課程設(shè)計重點研究了基于PLC控制的液體混合實時監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)就是一個簡單的集散控制系統(tǒng)。借助現(xiàn)代計算機技術(shù)，實現(xiàn)對攪拌器的集中控制，分散管理。本設(shè)計通過對兩種液體的混合攪拌器控制為例，將兩種液體按一定比例混合，在電動機攪拌后要達均勻狀態(tài)將混合的液體輸出容器并形成循環(huán)狀態(tài)。液體混合系統(tǒng)的控制設(shè)計考慮到其動作的連續(xù)性以及各個被控設(shè)備動作之間的相互關(guān)聯(lián)性，針對不同的工作狀態(tài)，進行相應(yīng)的動作控制輸

5、出，從而實現(xiàn)液體混合系統(tǒng)從第一種液體加入到混合完成輸出的這樣一個周期控制工作的程序?qū)崿F(xiàn)。本設(shè)計以液體混合的結(jié)構(gòu)和工藝流程的系統(tǒng)為中心，確定了合理的系統(tǒng)控制方案。選用西門子公司的S7-200PLC作為現(xiàn)場控制器，利用step7進行液體混合運作程序編寫，同時采用與之配套的WinCC組態(tài)軟件進行組態(tài)工作，建立一個人機交換界面，并實現(xiàn)PLC和組態(tài)軟件之間通訊。通過使用遠程計算機，實現(xiàn)對現(xiàn)場液體混合運行情況的實時監(jiān)控。 關(guān)鍵詞：S7-200PLC；電動機目 錄第1章 緒論1第2章 系統(tǒng)設(shè)計方案22.1 概述22.2 系統(tǒng)組成總體結(jié)構(gòu)2第3章 硬件設(shè)計43.1.系統(tǒng)輸入輸出信號分析43.2 PLC輸人、輸

6、出口分配43.3PLC的各模塊編址53.4液體混合裝置輸人/輸出接線53.5液體混合裝置的順序功能圖73.6電氣接線8第4章 軟件設(shè)計94.1 控制流程圖設(shè)計94.2 梯形圖設(shè)計10第5課 實驗?zāi)M調(diào)試及分析14第6章 程設(shè)計總結(jié)16參考文獻17第1章 緒論為了提高產(chǎn)品質(zhì)量，縮短生產(chǎn)周期，適應(yīng)產(chǎn)品迅速更新?lián)Q代的要求，產(chǎn)品生產(chǎn)正在向縮短生產(chǎn)周期、降低成本、提高生產(chǎn)質(zhì)量等方向發(fā)展。在煉油、化工、制藥等行業(yè)中,多種液體混合是必不可少的工序, 而且也是其生產(chǎn)過程中十分重要的組成部分。但由于這些行業(yè)中多為易燃易爆、有毒有腐蝕性的介質(zhì), 以致現(xiàn)場工作環(huán)境十分惡劣, 不適合人工現(xiàn)場操作。另外, 生產(chǎn)要求該系

7、統(tǒng)要具有混合精確、控制可靠等特點, 這也是人工操作和半自動化控制所難以實現(xiàn)的。所以為了幫助相關(guān)行業(yè), 特別是其中的中小型企業(yè)實現(xiàn)多種液體混合的自動控制, 從而達到液體混合的目的，液體混合自動配料勢必就是擺在我們眼前的一大課題。借助實驗室設(shè)備熟悉工業(yè)生產(chǎn)中PLC的應(yīng)用，了解不同公司的可編程控制器的型號和原理，熟悉其編程方式，而多種液體混合裝置的控制更常見于工業(yè)生產(chǎn)中，適合大中型飲料生產(chǎn)廠家，尤其見于化學(xué)化工業(yè)中，便于學(xué)以致用。采用基于PLC的控制系統(tǒng)來取代原來由單片機、繼電器等構(gòu)成的控制系統(tǒng)，采用模塊化結(jié)構(gòu)，具有良好的可移植性和可維護性。對提高企業(yè)生產(chǎn)和管理自動水平有很大的幫助，同時又提高了生產(chǎn)

8、線的效率、使用壽命和質(zhì)量，減少了企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量的波動，因此具有廣闊的市場前景。用PLC進行開關(guān)量控制的實例很多，在冶金、機械、紡織、輕工、化工、鐵路等行業(yè)幾乎都需用到它，如燈光照明、機床電控、食品加工、印刷機械、電梯、自動化倉庫、液體混合自動配料系統(tǒng)、生產(chǎn)流水線等方面的邏輯控制，都廣泛應(yīng)用PLC來取代傳統(tǒng)的繼電器控制。本次設(shè)計是將PLC用于多種液體混合灌裝設(shè)置的控制，對學(xué)習(xí)與實用是很好的結(jié)合。第2章 系統(tǒng)設(shè)計方案2.1 概述本設(shè)計的主要研究范圍及要求達到的技術(shù)參數(shù)有使液體攪拌器能夠?qū)崿F(xiàn)安全、高效的攪拌；滿足攪拌器的各項技術(shù)要求；（1）系統(tǒng)從初始狀態(tài)開始工作，按啟動按鈕SB1后，電磁閥YV1通電打

9、開，液體A流入容器中。（2）當(dāng)液位高度到達I處時，液位傳感器SL2接通，YV1閥斷電關(guān)閉，同時YV2通電打開，液體B流入容器。（3）當(dāng)液位高度到達H處時，液位傳感器SL1接通，YV2閥斷電關(guān)閉，停止液體流入。（4）加熱器FH開始工作，對液體進行加熱，當(dāng)液體達到指定溫度時，溫度繼電器KTP動作，停止加熱，同時啟動攪拌電動機M攪拌。（5）1min后，電動機停止攪拌，電磁閥YV3通電打開，將加熱并混合好的液體放出到下一道工序。（6）當(dāng)液位高度下降到低于L時，再延時10s，電磁閥YV3斷電關(guān)閉。此時容器內(nèi)液體已放空，電磁閥YV1通電打開，液體A流入容器，自動開始下一周期循環(huán)。（7）按下停止按鈕SB2時

10、，要求不要立即停止工作，而是將停機信號記憶下來，直到完成一個工作循環(huán)后才停止工作，返到到初始狀態(tài)。2.2 系統(tǒng)組成總體結(jié)構(gòu)本課題應(yīng)解決的主要問題是如何使PLC在液體攪拌器中實現(xiàn)控制功能，在相關(guān)的研究文獻報道中用PLC對液體攪拌器進行控制的研究尚不多見，以致人們難以根據(jù)它的具體情況，正確選用參數(shù)進行系統(tǒng)控制，也就難以滿足提高質(zhì)量和效率、降低成本的要求，本設(shè)計就是基于以上問題進行的一些探索。從圖2.1中可知設(shè)計的液體混合裝置主要完成二種液體的自動混合攪拌，此裝置需要控制的元件有：其中SL1、SL2、SL3為液面?zhèn)鞲衅?，液面淹沒該點時為ON。Y1、Y2、Y3為電磁閥，M為攪拌電機。所有這些元件的控制

11、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。 圖2.1 液體混合攪拌器第3章 硬件設(shè)計3.1.系統(tǒng)輸入輸出信號分析系統(tǒng)的輸入信號有：啟動、止按鈕各一個，液位傳感器3個，溫度繼電器開關(guān)1個，共六個輸入信號；系統(tǒng)的輸出信號有：電磁閥3個，攪拌電動機接觸器1個，加熱器接觸器1個，共5輸出信號，考慮到留有15的備用點，選用S7200 CPU224可以滿足要求。3.2 PLC輸人、輸出口分配I/O分配采用自動分配方式，模塊上的輸入端子對應(yīng)的輸入地址和輸出端子對應(yīng)的輸出地址如表1所示。表3.1 液體混合裝置輸入/輸出地址分配輸入輸出 名稱符號地址編號名稱符號地址編號啟動按鈕 SB1

12、I0.0電動機接觸器KM1 Q0.0停止按鈕 SB2I0.1A液體電磁閥 YV1 Q0.1H處液位傳感器 SL1 I0.2 B液體電磁閥YV2 Q0.2I處液位傳感器 SL2I0.3混合液體電磁閥 YV3 Q0.3L處液位傳感器 SL3 I0.4 加熱器接觸器KM2 Q0.4溫度繼電器開關(guān) KTPI0.53.3PLC的各模塊編址 表3.2 各模塊編址 主機CPU224 I/OI0.0Q0.0I0.1Q0.1I0.2Q0.2I0.3Q0.3I0.4Q0.4I0.5Q0.5I0.6Q0.6I0.7Q0.7I1.0Q1.0I1.1Q1.1I1.2Q1.2I1.3Q1.3I1.4Q1.4I1.5Q1.

13、5I1.6Q1.6I1.7Q1.73.4液體混合裝置輸人/輸出接線（1）兩種液體的進人當(dāng)PLC接通電源后，按下啟動按鈕SB1后，觸點I0.0接通，使該路只接通一掃描周期，通過保持指令KP使YV輸出繼電器線圈得電并保持，分別與之相接的YV電磁閥帶電接通，流進液體A。（2）第二種液體的進人當(dāng)液體達到L2液位傳感器的位置時，I0.2輸人繼電器接通使YV1關(guān)閉，同時YV2電磁閥得電接通，第2種液體流進液罐。 圖3.1液體混合裝置的PLC外部接線圖 3.5液體混合裝置的順序功能圖 SM0.1S0.0 I0.0 S0.1 Q0.1 （ ） I0.3S0.3S0.2 Q0.2 （ ） S0.7S0.6S0.

14、5S0.4I0.2 Q0.4 （ ）I0.5 Q0.0 T37In tonPt100ms （ ）T37 1200 Q0.3 （ S ） 1I0.4 T38In tonPt100ms 100 T38 Q0.3 （ R ） 1M0.0 M0.0 圖3.2 順序功能圖3.6電氣接線 額定電壓為380V，額定頻率為50Hz，所以硬件接線如圖3.3。 圖3.3 電氣接線 第4章 軟件設(shè)計4.1 控制流程圖設(shè)計 YV1開，到液位IYV1閉，YV2通，到液位H YV2閉，開始加熱，KTP動作停加熱，開始攪拌，定時1min停止攪拌，YV3通，低于液位LYV3繼續(xù)通，定時10sYV3閉 開始 圖4.1程序框圖4

15、.2 梯形圖設(shè)計 依據(jù)控制流程圖編寫梯形圖。圖4.2 主程序梯形圖1圖4.3主程序梯形圖2圖4.4主程序梯形圖3 圖4.5主程序梯形圖4第5課 實驗?zāi)M調(diào)試及分析在實驗室以試驗臺為基礎(chǔ)模擬設(shè)計結(jié)果。模擬中輸入點對應(yīng)的實際意義： I0.0：啟動按鈕I0.1：停止按鈕I0.2：H液位傳感器I0.3：I液位傳感器I0.4：L液位傳感器I0.5：溫度繼電器開關(guān)模擬中輸出點對應(yīng)的實際意義：Q0.0：電動機接觸器Q0.1：A液體電磁閥Q0.2：B液體電磁閥Q0.3：混合液體電磁閥Q0.4：加熱器接觸器按照上述進行連線，如下圖5.1.圖5.1 模擬調(diào)試連線圖 按照程序設(shè)計中的梯形圖進行程序設(shè)計，進行模擬調(diào)試

16、，調(diào)試結(jié)果滿足液體混合攪拌要求。圖5.2為液體攪拌器的模擬結(jié)果。圖5.2 液體攪拌器結(jié)果 第6章 程設(shè)計總結(jié)實踐證明，本設(shè)計所采用德國西門子公司生產(chǎn)的S7-200型可編程控制器的硬件配置和程序設(shè)計是完全可行的，在實際控制中，由于PLC產(chǎn)品自身具有可靠性高、靈活性強、對工作環(huán)境無要求和抗干擾性能好等諸多優(yōu)點,使之完全可以將操作人員從惡劣的現(xiàn)場環(huán)境中解放出來,因而深受用戶歡迎。同時采用PLC控制液體混合裝置，還能容易地隨時修改可編程控制器程序，以改變液體混合裝置的工作時間和工作狀況，滿足不同液體混合的需要。該控制系統(tǒng)可用較少的資金投入,達到很高的控制精度。本設(shè)計已通過模擬仿真檢驗,有很好的推廣價值

17、。任何設(shè)計的控制系統(tǒng)都是要經(jīng)過實踐和時間的考驗方能不斷的完善。就如同我們做畢業(yè)設(shè)計，這畢業(yè)設(shè)計是對我們所學(xué)知識的考驗，也是對我們對知識綜合運用能力的考驗。更是對我們做一件事情態(tài)度考研。經(jīng)過設(shè)計我們應(yīng)該學(xué)會認真、專心、更有毅力的做一件事情，這樣我們在以后的工作和生活中才能經(jīng)得起實踐和時間的考驗，我們才能走得更遠！自己所學(xué)的知識的機會。從到圖書館、網(wǎng)絡(luò)中查找資料到軟件的設(shè)計，都對我們以前所學(xué)過的知識進行了一次檢驗。對于軟件的設(shè)計，自己有一定的編程功底，一開始認為沒有什么太大的問題。但當(dāng)自己真的動手才發(fā)現(xiàn)實際的控制應(yīng)用和單純的編程還是有區(qū)別的。要想設(shè)計一個好的實用程序必須對電路各部件熟悉了解。自己積極查閱各種資料，上網(wǎng)搜索，最終才解決了問題?？傮w來說，這次實習(xí)我受益匪淺。在摸索該如何設(shè)計一個系統(tǒng)使之實現(xiàn)所需功能的過程中，特別有趣，培養(yǎng)了我們的設(shè)計思維，增加了實際操作能力。參考文獻1 梅麗鳳，鄭海英.電氣與PLC應(yīng)用技術(shù).北京：機械工業(yè)出版社，2011.122 許廣彬. 西門子S7-200 PLC日期與時鐘同步編程剖析.工業(yè)控制計算機2008.63 陳立定，吳玉香，蘇開才電氣控制與可編程控制器廣州：華南理工大學(xué)出版社，20013 鐘肇新，彭侃可編程控制器原理及應(yīng)用（第3版）廣州：華南理工大學(xué)出版社，200