液體混合裝置plc控制系統(tǒng)設計原版2

1、電氣工程學院課程設計說明書電氣限制與PLC設計題目：液體混料裝置的PLC限制系統(tǒng)的設計系另I：電氣工程系年級專業(yè)：檢測技術與儀器2班學 號：101203021113學生姓名：曹慶春 指導教師：張立國 教師職稱：2021年12月12日內容摘要隨著科學技術的開展,人們的生活日趨自動化,生產技術更是如此.PLC作為計算機家族中的一員,是為工業(yè)限制應用而設計的.隨著微處理器、計算機和通信技術的飛 速開展,可編程序限制器 PLC在工業(yè)限制中的地位也日益提升并且在工業(yè)限制中得到 廣泛應用,而且可編程限制器在工業(yè)限制中所占比重在迅速的上升.本次設計是利用PLC實現兩種液體的自動混合.此次設計主要考慮其各個不

2、同狀態(tài)動作的連續(xù)和關聯,對不同的狀態(tài)進行不同的動作限制輸出,從而實現將 AB兩種液 體混合的周期性限制包括單周期.本次設計的主要意義是：用 PLC編程來限制,一 方面可以省去人力物力,從而到達節(jié)省本錢的目的；另一方面,程序的合理性,全面性 和可靠性可以使液體混合能更平安可靠全面的實現.關鍵詞：PLC 液體混合裝置自動限制第1章引言 1第2章限制系統(tǒng)設計22.1 系統(tǒng)整體設計要求 22.2 系統(tǒng)設計思想 22.3 系統(tǒng)硬件設計 32.3.1 PLC輸入輸出口分配 32.3.2 液體混合裝置輸入輸出接線圖 42.3.3 PLC主電路圖 52.3.4 電氣位置安裝圖 62.4 硬件選擇 62.4.1

3、 液位傳感器選擇 62.4.2 電動機選擇 72.4.3 電磁閥的選擇 72.4.4 PLC 的選擇 72.4.5 元件選擇 82.5 系統(tǒng)軟件設計 82.5.1 PLC限制相關流程圖82.5.2 可編程限制器梯形圖102.6 系統(tǒng)調試 13第3章總結及進一步研究方向18致謝 19參考文獻 20第一章引言隨著科學技術的飛速開展,自動限制技術已經在人類活動的各個領域中的應用得越 來越廣泛,而它的水平已經成為衡量一個國家生產和科學技術先進與否的一項重要指 標.在煉油、制藥、化工等行業(yè)中,液體混合已經是不可缺少的程序,而且也是工業(yè)生 產中非常重要的一局部.然而由于此類行業(yè)中多數為有腐蝕有毒性介質和易

4、燃易爆介 質,這樣就造成現場的工作環(huán)境非常惡劣,不適宜工作人員在現場操作.止匕外,要求該 系統(tǒng)在生產過程中具有配料準確、限制良好等規(guī)定,這也是半自動化及人工操作限制所 難以實現的.因此為了解決相關行業(yè)出現的這些問題,尤其是中小型企業(yè)中要求做到多 種液體自動混合,液體自動混合配料勢必成為擺在我們眼前的一大課題.液體混合系統(tǒng)采用基于PLC的限制系統(tǒng)來取代原來由單片機、繼電器等構成的控 制系統(tǒng),采用模塊化結構,具有良好的可移植性和可維護性的特點.對提升企業(yè)生產和 治理自動水平有很大的幫助,同時又提升了生產線的效率、使用壽命和質量,減少了企 業(yè)產品質量的波動,因此具有廣闊的市場前景,液體混合自動配料系

5、統(tǒng)就此應社會工廠 的需要而誕生了.如何使PLC在飲料灌裝中實現限制功能,在相關的研究文獻報道中用PLC對灌裝機進行限制的研究尚不多見,以致人們難以根據它的具體情況正確選用參數進行系統(tǒng)控 制,也就難以滿足提升質量和效率、降低本錢的要求,本設計就是基于以上問題進行的 一些探索.整個設計過程是按工藝流程設計,為設備安裝、運行和保護檢修效勞,設計的編寫 根據國家關于電氣自動化工程設計中的電氣設備常用根本圖形符號GB4728 及其他相關標準和標準編寫.設計原那么主要包括：工作條件：工程對電氣限制線路提供的具體 資料,系統(tǒng)在保證平安、可靠、穩(wěn)定、快速的前提下,盡量做到經濟、合理、合用,減 小設備本錢.在方

6、案的選擇、元器件的選型時更多的考慮新技術、新產品.限制由人工 限制到自動限制,由模擬限制到微機限制,使功能的實現由一到多而且更加趨于完善.對于本課題來說,液體混合系統(tǒng)局部是一個較大規(guī)模工業(yè)限制系統(tǒng)的改適升級,控 制裝置需要根據企業(yè)工藝和設備現況來構成并需盡量用以前系統(tǒng)中的元器件.對于人機交互方式改造后系統(tǒng)的操作模式應盡量和改造前的相類似,以便于操作人員快速掌握. 從企業(yè)的改造要求可以看出在新限制系統(tǒng)中既需要處理模擬量也需要處理大量的開關 量.系統(tǒng)的可靠性要高.人機交互界面友好,應具備數據儲存和分析匯總的水平.要實現整個液體混合限制系統(tǒng)的設計, 需要從怎樣實現多個電磁閥的開關以及電動 機啟動的限

7、制這個角度去考慮,現在就這個問題的如何實現以及選擇怎樣的方法來確定 系統(tǒng)方案.第二章液體混合裝置系統(tǒng)設計2.1 系統(tǒng)的整體設計要求在該混合液體裝置中,需要完成兩種液體的進料、混合、卸料的功能,集體限制 要求如下列圖：按動啟動按鈕后,電磁閥A通電翻開,液體A流入容器.當液位高度到達L2時, 液位傳感器L2接通,此時電磁閥A斷電關閉,而電磁閥B通電接通,液體B流入容器. 液位到達L3時,液位傳感器L3接通,這時電磁閥B斷電關閉,同時啟動電機 M攪拌. 1分鐘后電動機M停止攪拌,這時電磁閥 C通電翻開,放出混合液體.當液位下降到 L3,再繼續(xù)放液20秒后關閉放液閥門,隨后再將電磁閥 A翻開,開始新的

8、周期.本設計使用液位L1、L2、L3三個傳感器限制液體 A、液體B的進入和混合液排出 的3個電磁閥門及攪拌機的啟停.液體A液體B電動閥A液面?zhèn)鞲衅鱈1 液面?zhèn)鞲衅鱈2 液面?zhèn)鞲衅鱈3放液閥nc2.2 系統(tǒng)方案的設計思想限制系統(tǒng)簡單、經濟、使用和維護方便.物料混合設備要節(jié)能、平安、高效和滿足 生產及應用要求：(1)可靠性高具有較高的可靠性是衡量一個電氣限制設備很關鍵的性能指標.由于 PLC采用現 代大規(guī)模集成電子電路技術,采用嚴格的生產工藝制造,內部電路采取了先進的抗干擾 技術,具有很高的可靠性,所以生產制作出來的產品的可靠性往往都是很高的.(2)配套齊全,功能完善,適用性強PLC開展到今天,已

9、經形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產品.可以用于各種規(guī) 模的工業(yè)限制場合.除了功能中的邏輯處理以外,現代 PLC根本上都具有比擬完善的 數據運算水平,因此可以用在各種各樣的數字限制場合.(3)易學易用,深受工程技術人員歡送作為通用的工業(yè)限制計算機,PLC是面向工礦企業(yè)的工控設備.它的接口簡單,編 程語言容易被工程技術人員接受.梯形圖編程語言的符號及圖形與表達方式跟繼電器的 電路圖比擬相當接近,只用少量的 PLC開關量邏輯限制指令就能方便地實現繼電器電 路所能實現的功能.為不熟悉電子電路、不懂計算機原理和匯編語言的人使用計算機來 從事工業(yè)限制減少了很多工作量,節(jié)約了時間.(4)系統(tǒng)的設計、建造工

10、作量小,維護方便,容易改造PLC中存儲邏輯被接線邏輯代替了,這樣一來就大大的削減了限制設備的外部接線 數量,限制系統(tǒng)的設計及建造的周期也大大縮短,同時維護起來也變得容易.更為重要 的是這樣同一設備只需改變程序便可實現不同的生產過程,給需要進行多品種、小批量 的生產場合帶來了很大的便利.(5)體積小,重量輕,能耗低(6)硬件配套齊全,擁護使用方便,適應性強2.3 系統(tǒng)硬件設計2.3.1 PLC輸入輸出口分配通過分析限制任務,共需要5個數字量輸入和4個數字量輸出.I0.0為開始按鈕, I0.1為停止按鈕,I0.2、I0.3、I0.4分別為三個液位傳感器,Q0.1、Q0.2、Q0.3分別為 電磁閥A

11、、電磁閥B、排放電磁閥三個電磁閥,Q0.0為攪拌電機.輸入/輸出地址分配 如圖2-1所示.限制信號信號名稱元件名稱元件符號地址編碼輸入信號啟動常開按鈕SB1I0.0停止常開按鈕SB2I0.1液位傳感器L2接通液位傳感器LT1I0.2液位傳感器L1接通液位傳感器LT2I0.3液位傳感器L3接通液位傳感器LT3I0.4輸出信號電動機M驅動接觸器KMQ0.0電磁閥A翻開電磁閥YV1Q0.1電磁閥B翻開電磁閥YV2Q0.2電磁閥C翻開電磁閥YV3Q0.3圖2-1輸入/輸出地址分配2.3.2 液體混合裝置輸入輸出接線圖液體混合裝置輸入/輸出接線圖如圖2-2所示.(1)啟動操作按下啟動按鈕SB1, YV1

12、通電并自鎖,液體A流入容器.(2)液面上升到I當液位高度到達I時,液位傳感器I接通,此時電磁閥YV1斷電關閉,而電磁閥YV2 通電接通,液體B流入容器.(3)液面上升到H液位到達H時液位傳感器H接通,這時電磁閥YV2斷電關閉,同時啟動電機M攪 拌.(4)攪勻后排放混合液體1分鐘后電動機M停止攪拌,這時電磁閥YV3通電翻開,放出混合液體去下道工序.當液位下降到L后,再延時20s使電磁閥YV3斷電關閉,并自動開始新的周期(6)停止操作220V AC勖°按下停止按鈕SB2,在當前的操作處理完畢后停止操作.1H1L10.QOLO10.1QC. 110,2乳2Id 3嘰310.4S7-200C

13、PU221'1MNL+LKMVV1YV2YV3圖2-2液體混合輸入/輸出接線圖2.3.3 PLC主電路圖本次設計中的混合液體攪拌由電動機 M啟動.帶有短路保護、過載保護等,短路 保護由FU熔斷器來實現保護功能,過載保護由 FR熱繼電器來實現其保護功能.當液體倒到H時,KM接通,攪拌電機開始運行.液體混合裝置的主電路圖如圖2-3 所示.圖2-3 主電路2.4 硬件選擇2.4.1 液位傳感器的選擇2.4.2 -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.LSF系列液位開關可提供非常準確、可靠的液位檢測.其原理是依據光的反射折射 原理,當

14、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,相應的晶體管或繼電器動作并輸出一個開關量. 應用此原理可制成單點或多點液位開關.LSF光電液位開關具有較高的適應環(huán)境的能力,在耐腐蝕方面有較好的反抗水平.相關元件主要技術參數及原理如下：(1)工作壓力可達2.5Mpa.(2)工作溫度上限為125° C.(3)觸點壽命為100萬次.(4)觸點容量為70w.(5)開關電壓為24V DC.(6)切換電流為0.5A.2.4.3 攪拌電機的選擇選用EJ15-3型電動機.其中“ E表示電動機,“J表示交流的,15為設計序號, 3為最大工作電流

15、 相關元件主要技術參數及原理如下：EJ15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50Hz,功率為2.5KW,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-1540 ° C /濕度0 90%.1.1.1 EJ15系列電動機效率高、節(jié)能、堵轉轉矩高、噪音低、振動小、運行平安可 靠.2.4.3 電磁閥的選擇(1)入罐液體選用 VF4-25型電磁閥,其中“V表示電磁閥,“F表示防腐蝕,4 表示設計序號,25表示口徑(mm)寬度.相關元件主要技術參數及原理如下：1)材質：聚四氟乙烯.使用介質：硫酸、鹽酸、有機溶劑

16、、化學試劑等酸堿性的 液體.2)介質溫度0 150/C環(huán)境溫度-2060° Co3)使用電壓：AC: 220 V50Hz/60Hz DC : 24V.4)功率：AC : 2.5KW.5)操作方式：常閉：通電翻開、斷電關閉,動作響應迅速,高頻率.(2)出罐液體選用 AVF-40型電磁閥,其中“ A表示可調節(jié)流量,“V表示電 磁閥,F表示防腐蝕,40為口徑(mm)相關元件主要技術參數及原理如下：1)其最大特點就是能通過設備上的按鍵設置來限制流量,到達定時排空的效果.2)其閥體材料為：聚四氟乙烯,有比擬強的抗腐蝕水平.3)使用電壓：AC: 220 V50Hz/60Hz DC : 24V.4

17、)功率：AC : 5KW.2.4.4 PLC的選擇在本限制系統(tǒng)中,所需的開關量輸入為 5點,開關量輸出為4點,考慮到系統(tǒng)的 可擴展性和維修的方便性,選擇模塊式 PLCo由于本系統(tǒng)的限制是順序限制,選用西門 子S7-200系列PLC作限制單元來限制整個系統(tǒng).之所以選擇這種PLC,主要考慮S7-200 系列PLC有以下特點：(1)豐富的指令系統(tǒng).除能實現一般的邏輯限制外,還可進行運動限制、復雜數據處理,甚至可直接限制變頻器實現電動機調速限制.而且各類PLC產品的指令系統(tǒng)都具有向上兼容性,便于應用程序的移植.(2)快速的CPU處理速度、大程序容量.(3)大的網絡通信功能.可直接連接調制解調器,可方便

18、地與其他PLC或上位機連成通信網絡,通過上位計算機對生產現場的PLC進行實時監(jiān)控.在生產規(guī)模較大,所限制的機床到達兩臺以上時,可采用 1: n上位鏈接通信方式,用一臺計算機治理多 臺床,構成一個二級分布式集一散限制系統(tǒng).(4)編程及監(jiān)控功能強大、維護簡單、價格適中.2.4.5 元件選擇元器件明細如圖2-4名稱型號數量備注按鈕開關KH-22042個液位傳感器LSF-2.53個攪拌電動機EJ15-31個電磁閥(入液罐)VF4-252個電磁閥(出液罐)AVF-401個接觸器CJX1-9/220V1個圖2-4元器件明細2.5系統(tǒng)PLC軟件設計2.5.1 PLC限制相關流程圖PLC限制相關流程圖如圖2-

19、4所示,主要是有混合過程和停止過程兩個方面構成：(1)混合過程：按動啟動按鈕SB1后,電磁閥YV1通電翻開,液體A流入容器.當液位高度到達I時,液位傳感器I接通,此時電磁閥YV1斷電關閉,而電磁閥 YV2通電接通,液體B 流入容器.液位到達H時液位傳感器H接通,這時電磁閥YV2斷電關閉,同時啟動電 機M攪拌.(2)停止過程：1分鐘后電動機M停止攪拌,這時電磁閥YV3通電翻開,放出混合液體去下道工 序.當位下降到L后,再延時2s使電磁閥YV3斷電關閉,并自動開始新的周期.(3)具體運行過程為：按動啟動按鈕SB1后,電磁閥YV1通電翻開,液體A流入容器.當液位高度到達I時,液位傳感器I接通,此時電

20、磁閥YV1斷電關閉,而電磁閥 YV2通電接通,液體B 流入容器.液位到達H時液位傳感器H接通,這時電磁閥YV2斷電關閉,同時啟動電 機M攪拌.1分鐘后電動機M停止攪拌,這時電磁閥YV3通電翻開,放出混合液體去下道工序.當液位下降到L后,再延時2s使電磁閥YV3斷電關閉,并自動開始新的周 期.圖2-42.5.2可編程限制器梯形圖根據系統(tǒng)限制流程圖所表達出的各限制對象的動作順序,相互間的制約關系.在明確PLC存放器空間分配,確定專用存放器的根底上,進行限制系統(tǒng)的程序設計,包括主程序編制,各功能子程序的編制,其他輔助程序的編制.本次設計利用經驗設計的方 法進行在整體上將繼電器轉化成對輸出線圈的限制,

21、然后進行細節(jié)修改.本次設計的PLC梯形圖:| PHUGRHM COMMENTSNetwork 1 Network Title按不舊.1程序運行完后結束I0.0M0.010.1丁M0.0Network 2QD.2011T33|按不通0, Q0J工作I0.0MO.ONetwork 300.0012|液位到的,QU.2工作,QQ.1結束I0.2Network 4凝位到H時電機啟動,開始計時Network 5:一分專詬3T作,T37T38I11 / IQ031|QOL3<Network GI嫌宜到函,正訴始計時公后Q0.靖止工作,開始就循環(huán)MD.1< )T38INTON20-1口口 ms語

22、句表Network 1 / Network Title/ 按下I0.1程序運行完后結束LDI0.1OM0.0ANI0.0=M0.0Network 2/按卜I0.0, Q0.1 工作LDI0.0OQ0.1OT38ANM0.0ANQ0.2=Q0.1Network 3/液位到I時,Q0.2工作,Q0.1結束LD I0.2EUOQ0.2ANQ0.0=Q0.2Network 4/液位到H時電機啟動,開始計時LDI0.3EUOQ0.0ANT37=Q0.0TONT37, 600Network 5/ 一分鐘后Q0.3工作,LDT37O Q0.3ANT38=Q0.3Network 6/液位到L時,T38開始計時

23、2s后Q0.3停止工作,開始新循環(huán)LDI0.4EDOM0.1ANT38=M0.1TONT38, 202.6系統(tǒng)調試根據所設計的關于攪拌限制的梯形圖,選用 PLC的仿真軟件進行仿真具體步驟如下：(1)導入梯形圖(2)點擊運行(3)進行調試按動啟動按鈕SB1后,電磁閥YV1通電翻開,PLC輸出Q0.1工作狀態(tài)指示燈亮, 液體A流入容器.當液位高度到達I時,液位傳感器I接通,此時電磁閥YV1斷電關閉,而電磁閥YV2通電接通,PLC輸出Q0.2工作狀態(tài)指示燈亮,PLC輸出Q0.1工作狀態(tài)指示燈滅,液體B流入容器OR GAN I ZATICN_5 一二二 MAI Z .二:E -Network i 代

24、Hetw&rK TiEleNet*c«rk 31CkDJ2I卜Network 4g|0 1O«l0,00-M0 0-1=00.2 XMZ=：ZZ -O=T38J=ID.20=8©1=W3I IIMOT37 0*00 0T|_r< )OT3T gT38 QKJO, 3Cf=VO.-0*00.0OTJ70=1 0.4O=T38IN TONPT 1'3O ms液位到達H時液位傳感器H接通,這時電磁閥YV2斷電關閉,同時啟動電機M攪 拌.PLC輸出Q0.2工作狀態(tài)指示燈滅,PLC輸出Q0.0工作狀態(tài)指示燈亮.1分鐘后電動機M停止攪拌,這時電磁閥YV3通電翻開,PLC輸出Q0.0工作狀 態(tài)指示燈滅,PLC輸出Q0.3工作狀態(tài)指示燈亮,放出混合液體去下道工序.當液位下降到L后,再延時2s使電磁閥YV3斷電關閉,P