PLC在液体混合装置中的应用与设计

1、38 毕业设计（论文）报告纸毕 业 设 计 (论 文)专 业 城建电气工程及其自动化 班 级 学生姓名 学 号 课 题 PLC在液体混合装置中的应用与设计 指导教师 20 年 月 日38摘 要 随着科学技术的发展，人们的生活日趋自动化，生产技术更是如此。PLC作为计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计的。随着微处理器、计算机和通信技术的飞速发展，可编程序控制器PLC在工业控制中的地方也日益提升并且在工业控制得到广泛应用，而且可编程序控制器在工业中所占比重迅速的上升。 本次设计是利用PLC在实现两种液体的自动混合。此次设计的主要考虑其各个不同状态动作的连续和关联，对不同的状态进行不同的动作输

2、出，从而实现将AB两种液体混合的周期性控制（包括单周期）。本次设计主要意义是：用PLC编程来控制，乙方面可以省去人力和物力，从而达到节省成本的目的；另外程序的合理性，全面性和可靠性可以使液体混合更安全可靠全面实现。关键词：PLC 液体混合装置 自动控制 ABSTRACTWith the development of science and technology, people's lives become increasingly automated, especially in production technology. PLC as a member of the family

3、computer, is designed for industrial control applications. With the rapid development of the microprocessor, computer and communication technology, the programmable controller PLC in industrial control area is increasing and has been widely used in industrial control, and the programmable controller

4、 in the industry is rapidly rising.This design is the use of PLC in the automatic mixing two liquids. We consider various continuous state action and the relevance of this design, different action output to a different state, in order to achieve the AB two periodic liquid mixing control (including s

5、ingle cycle). The design of the main meaning is: PLC programming control, B can save manpower and material resources, so as to achieve the purpose of saving the cost; the other procedure rationality, comprehensiveness and reliability can make liquid mixture is more safe and reliable comprehensive im

6、plementation.Keywords: PLC liquid mixing device for automatic control目录摘 要2Keywords:3目录4第1章 引言5第2章 液体混合装置系统设计72.1系统的整体设计要求72.2系统方案设计思想7第3章 硬件电路设计93.1 总体结构93.2 液位传感器的选择103.3 搅拌电机的选择113.4PLC的选择123.5 PLC输入、输出口分配123.6液体混合装置输入输出接线13第4章 系统PLC软件设计154.1PLC控制相关流程图154.2可编程控制梯形图174.2系统调试21第5章 总结25致谢26参考文献27附录：

7、28第1章 引言 随着科学技术的飞速发展，自动控制技术已经在人类活动各个领域中的应用得越来越广泛，而它的水平已经成为衡量一个国家生产和科学技术先进与否的一项重要指标。在炼油、制药、化工等行业中，液体混合已经是不可缺少的一个程序，而且也是工业生产中非常重要的一部分。然而由于此类行业张多数为有腐蚀有毒性介质和易爆介质买这样就造成现场的工作环境非常恶劣，不适宜工作人员在现场操作。此外，要求改系统在成产过程中具有配料准群、控制良好等规定，这也是半自动化及人工操作控制所难以实现的。因此为了解决相关行业出现的这些问题，尤其是中小型企业中要求做到多种液体自动混合，液体自动混合配料势必成为摆在我们眼前的一大课

8、题。多种液体搅拌用于灌装各种各样的瓶装饮料，使用于大中型饮料生产厂家。早期的灌装机械大多采用蠕动泵式、用溶积泵作为计量方式。它具有效率高，性能强，加工质量高等特点，是当今世界的前沿课题，但是还存在一些问题。该液体混合系统采用基于PLC的控制系统来取代原来单片机、继电器等构成的控制系统，采用模块化结构，具有良好的可移植性和维护性的特点。对提高企业生产和管理自动化水平有很大帮助，同时又提高了生产线的效率、使寿命和质量，减少了企业产品质量的波动，因此具有广阔的市场前景，液体混合自动配料系统就此应社会工厂的需要而诞生了。 如何使用PLC在饮料灌装中实现控制功能，在相关的研究文献报道中用PLC对灌装机进

9、行控制的研究尚不多见，以致人们难以根据它的具体情况正确选用参数进行系统控制，也就难以满足提高质量和效率、降低成本的要求，本设计就是基于以上问题进行的一些探索。整个设计过程是按工艺流程设计，为设备安装，运行和保护检修服务，设计的编写按照国家关于电气自动化工程设计中的电气设备常用基本图形符号及其他相关保准和规范编写。设计原则主要包括：工作条件：工程对电气控制线路提供的具有资料，系统保证安全、可靠、稳定、快速的前提下，尽量做到经济、合理、合用、减小设备成本、在方案的选择、元器件选型时跟多的考虑新技术、新产品。控制由人工控制到自动控制，由模拟控制到微机控制，使功能的实现由一到多而且更加趋于完善、对于本

10、课题来说，液体混合系统部分是一个较大规模工业控制系统的改适升级，控制装置需要根据企业工艺和设备现况来构成并需尽量用以前系统中的元器件。对于人机交互方式改造要求可以看出在信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，需要从怎么样实现多个电磁阀的开关以及电动机的控制这个角度去考虑，现在这个问题的如何实现以及选择怎样的方法来确定系统方案。 第2章 液体混合装置系统设计2.1系统的整体设计要求 在该混合液体装置中，需要完成两种液体进料、很合、卸料的功能，控制要求如下： 按动启动按钮SB1后，电

11、磁阀YV1通电打开，液体A流入容器。当液位高度达到SL2时，液体传感器SL2接通，此时电磁阀YV1断电关闭，而电磁阀YV2通电接通，液体B流入容器。液位达到SL1时液位传感器SL1接通，这是电磁阀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，这是电磁阀YV3通电打开，放出混合液体去下道工序。当液体下降到SL1后在延时20S式电磁阀YV3关闭，并自动开始新的周期。 本设计使用液位SL1、SL2、SL3三个传感器控制液体A、液体B的进入和混合液排除的三个电磁阀们及搅拌机的启停。2.2系统方案设计思想控制系统简单、经济、使用和维护方便。物料混合设备要节能、安全、高效和满足生产及应用

12、要求： （1）可靠性 具有较高的可靠性的是衡量一个电器控制设备很关键的性能指标。由于PLC采用现代大规模集成电子电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性，所以生产制作出来的产品的可靠性往往都很高的。 （2）配套齐全，功能完善。使用性强PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各个规模的工业控制场合。除了功能中的逻辑处理以外，现代PLC基本上都具有比较完善的数据运算能力，因此可以用在各种各样的数字控制场合。 （3）易学易用，深受工程技术人员欢迎作为通用的工业控制计算机，PLC是面向工矿企业的工控设备，它的接口简单，编程语言容易被

13、工程技术人员接受。梯形图编程语言的符号及图形与表达方式跟继电器的电路图比较相接近，只用少量的PLC开关量逻辑控制指令就能方便的实现继电器电路所能实现的功能。为不熟悉电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机来从事工业控制减少了很多工作量，节约了时间。 （4）系统的设计、建造工作量小。维护方便，容易改造PLC中存储逻辑被接线逻辑代替了，这样一来就大大的消减了控制的外部接线数量，控制系统的设计及建造的周期也大大缩减，同时维护起来也变得容易。更为重要的是这样同一设备只需改变程序便可实现不同的生产过程，给需要进行多品种、小批量的生产场合带来了很大便利。 （5)体积小，重量轻，能耗低 （6）硬件配套齐

14、全，用户使用方便，适应性强第3章 硬件电路设计3.1 总体结构 从图3-1中可知设计的液体混合装置主要完成两种液体的自动混合搅拌。此装置需要控制的元件有：其中SL1,SL2,SL3,为液面传感器，液面淹没该点时为ON，、YV1、YV2 、YV3、为电磁阀，KM0为搅拌机。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3-1多种液体混合装置示意图要求如下：1、 初始状态：当装置投入运行时，容器内为放空状态。2、 起始操作：按下启动按钮SB1，装置开始按规定工作，液体YV1阀门打开，液体A流入容器。当液面到达

15、SL2时，关闭液体YV1阀门，打开YV2阀门。当液面到达SL1时，关闭液体YV2阀门，搅拌电动机开始转动。搅拌电动机工作1min后，停止搅动，混合液体阀门YV3打开，开始放出混合液体。当液面下降到SL3时，SL3有接通变为断开，在经过20s后，容器放空，混合液体阀门YV3关闭，接着开始下一个循环操作。3、 停止操作：按下停止按钮后，要处理完当前循环周期剩余任务后，系统停止在初始状态。3.2 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

16、理 ，当没有液面时，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125；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 搅拌电机的选择选用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数及原理

17、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-1540/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。其硬件接线如图3-2图2-2 硬件接线3.4PLC的选择传统的控制方法是采用继电器-接触器控制。这种控制系统较复杂，并且大量的硬件接线使系统可靠性降低，也间接的降低了设备的工作效率。采用可编程控制器较好地解决了这一问题，可编程控制器是一种将计算机技术、自动控制技术和通信技术结合在一起的新型工业自动

18、控制设备，不仅能实现对开关量信号的逻辑控制，还能实现与上位计算机等智能设备之间的通信。因此，将可编程控制器应用于多种液体混合灌装机，完全能满足控制要求，且具有操作简单、运行可靠、工艺参数修改方便、自动化程度高等优点。在本控制系统中，所需的开关量输入为6点，开关量输出为5点，考虑到系统的可扩展性和维修的方便性，选择模块式PLC。由于本系统的控制是顺序控制，选用西门子S7-200作为控制单元来控制整个系统，之所以选择这种PLC，主要考虑S7系列PLC有以下特点：1）快速的CPU处理速度，大程序容量；2）编程及监控功能强大，维修简单；3）结构紧凑，价格低廉，具有极高的性能/价格比；4）丰富的指令系统

19、。国际电工委员会( International Electrotechnical Commission,IEC)颁布的PLC的定义为：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下的应用而设计，它采用可编程的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算数运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出来控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关设备，都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。 3.5 PLC输入、输出口分配输入/输出地址分配如表3-3SB1I0.0启动按钮SB2I0.1停止按钮SL1I0.2高液面传感器SL2I0.3

20、中间液面传感器SL3I0.4低液面传感器KM1Q0.0液体A电磁阀YV1KM2Q0.1液体B电磁阀YV2KM3Q0.2放液电磁阀YV3KMQ0.3控制搅匀电动机M表3-3液体混合装置输入/输出地址分配3.6液体混合装置输入输出接线输入/输出接线图如图3-4图3-4液体混合装置输入输出接线第4章 系统PLC软件设计4.1PLC控制相关流程图 PLC控制相关流程图如图41所以，主要是有混合过程和停止过程两个方面构成： （1）混合过程： 按动启动按钮SB1后，电磁阀YV1通电打开，液体A流入容器。当页面高度达到SL2时，液位传感器SL2接通，此时电磁阀YV1断电关闭，而电磁阀YV2接通，液体B流入容

21、器。液位达到SL1时传感器SL1接通，这是电磁阀YV2断电关闭，同时启动电动机M搅拌。（2） 停止过程60S后电动机M停止搅拌，这时电磁阀YV3通电打开,放出混合液体去下道工序。当液位下降到SL3后，在延时20S使电磁阀YV3断电关闭，并自动开始新的周期。 （3）具体运行过程：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SL2时，液体传感器SL2接通，此时电磁阀YV1断电关闭，而电磁阀YV2通电接通，液体B流入容器。液位达到SL1时液位传感器SL1接通，这时电磁阀YV2断电关闭，同时启动电动机M搅拌。60S后电动机M停止搅拌，这是电磁阀YV3通电打开，放出混合液体

22、去下道工序。当液位降到SL3后，在延时20S使电磁阀YV3断电关闭，并自懂开始新的周期。图414.2可编程控制梯形图根据系统控制流程图所表达出的各个控制对象的动作顺序，相互间的制约关系。在明确PLC寄存器空间分配，确定专用寄存器的基础上，进行控制系统的程序设计，包括主程序编制，各功能子程序的编制，其他辅助程序的编制。本次设计利用经验设计的方法进行在整体上将继电器转化成对输出线圈的控制，然后进行细节修改。本次设计的PLC梯形图：4.2系统调试 根据所设计的关于搅拌控制的梯形图，选用PLC仿真软件进行仿真。 具体步骤如下：（1） 导入梯形图（2） 点击运行（3） 进行调试第5章 总结 本文主要阐述

23、液体混料罐的自动控制，实现液体混料全过程：即进料、混料、出料的自动控制。其系统结构简单，进行稳定可靠。使用西门子S7-200系列PLC，设计了控制程序。 尽管毕业设计的内容繁多，过程繁琐，但是我的收获却更加。各种系统的使用条件，各种设备的选用标准，各种继电器的安装方式，我都随着设计的不断深入而不断熟悉并学会应用得。与老师的交流沟通也使我从各种角度对设计有了新的认识，也对自己提出了新的要求。 致谢 本文从选题到完成的过程，得到了指导老师的悉心指导。龚老师渊博的学识，谦虚、严谨的治学态度、灵活的思维方式、认真的工作作风和对学生的关心都令我佩服不已，淳淳教诲使我受益匪浅，这必将在今后的学习和工作中给

24、我鼓励和鞭策，为以后步入社会。适应工作奠定了良好的基础。再次，本人由衷的表示感谢！ 在设计的完成过程中，通过不断的查询有关资料加深了对PLC的人是。丰富了自己的相关知识，为以后的工作积累了丰富的设计经验。参考文献1 西门子公司.SIMATIC S7-200可编程控制器系统手册.2 常晓玲.电气控制系统与可编程控制器.北京：机械工业出版社，2006.3 廖常初. PLC编程及应用.机械工业出版社.20024 肖清、王中锋.西门子PLC课程设计指导书.20095 张进秋等.可编程控制器原理及应用实例. 北京：机械工业出版社，20046 严盈富等.监控组态软件与PLC入门.北京：人民邮电出版社，20

25、06.7 马国华，监控组态软件及其应用.北京:清华大学出版社，20018 曾庆波等.监控组态软件及其应用技术.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社20059 孙亮等.自动控制原理.北京：北京工业大学出版社，200110 胡寿松等.自动控制原理.北京：科学出版社，200411 郭东栋 单片机控制的直流调速系统 可编程控制器与工厂自动化, 200712 陈伯时等.电力拖动自动控制系统.北京：机械工业出版社，200213 顾绳谷.电机及拖动基础.北京：机械工业出版社，200014 康华光. 电子技术基础.高等教育出版社.200515 李正熙等.电力拖动自动控制系统.北京：冶金工业出版社，1997附录：Int

26、elligent Power Supply英文With the rapid development of electronic technology, application field of electronic system is more and more extensive, electronic equipment, there are more and more people work with electronic equipment, life is increasingly close relationship. Any electronic equipment are in

27、separable from reliable power supply for power requirements, they more and more is also high. Electronic equipment miniaturized and low cost in the power of light and thin,small and efficient for development direction. The traditional transistors series adjustment manostat is continuous control line

28、ar manostat. This traditional manostat technology more mature, and there has been a large number of integrated linear manostat module, has the stable performance is good, output ripple voltage small, reliable operation, etc. But usually need are bulky and heavy industrial frequency transformer and b

29、ulk and weight are big filter.In the 1950s, NASA to miniaturization, light weight as the goal, for a rocket carrying the switch power development. In almost half a century of development process, switch power because of is small volume, light weight, high efficiency, wide range, voltage advantages i

30、n electric, control, computer, and many other areas of electronic equipment has been widely used. In the 1980s, a computer is made up of all of switch power supply, the first complete computer power generation. Throughout the 1990s, switching power supply in electronics,electrical equipment, into th

31、e rapid development. In addition, large scale integrated circuit technology, and the rapid development of switch power supply with a qualitative leap, raised high frequency power products of, miniaturization, modular tide.Power switch tube, PWM controller and high-frequency transformer is an indispe

32、nsable part of the switch power supply. The traditional switch power supply is normally made by using high frequency power switch tube division and the pins, such as using PWM integrated controller UC3842 + MOSFET is domestic small power switch power supply, the design method of a more popularity.Si

33、nce the 1970s, emerged in many function complete integrated control circuit, switch power supply circuit increasingly simplified, working frequency enhances unceasingly, improving efficiency, and for power miniaturization provides the broad prospect. Three end off-line pulse width modulation monolit

34、hic integrated circuit TOP (Three switch Line) will Terminal Off with power switch MOSFET PWM controller one package together, has become the mainstream of switch power lC development. Adopt TOP switch lC design switch power, can make the circuitsimplified,volume further narrowing, cost also is decr

35、eased obviousiy.Monolithic switching power supply has the monolithic integrated, the minimalist peripheral circuit, best performance index, no work frequency transformer can constitute a significant advantage switching power supply, etc. American Pl (with) company in Power in the mid 1990s first lau

36、nched the new high frequency switching Power supply chip, known as the "top switch Power", with low cost, simple circuit, higher efficiency. The first generation of products launched in 1994 represented TOP100/200 series, the second generation product is the TOPSwitch - debuted in 1997 .Th

37、e above products once appeared showed strong vitality and he greatly simplifies the design of 150W following switching power supply and the development of new products for the new job, also, high efficiency and low cost switch power supply promotion and popularization created good condition, which c

38、an be widely used in instrumentation, notebook computers, mobile phones, TV, VCD and DVD, perturbation VCR, mobile phone battery chargers, power amplifier and other fields, and form various miniaturization, density, on price can compete with the linear manostat AC/DC power transformation module.Swit

39、ching power supply to integrated direction of future development will be the main trend, power density will more and more big, to process requirements will increasingly high. In semiconductor devices and magnetic materials, no new breakthrough technology progress before major might find it hard to a

40、chieve, technology innovation will focus on how to improve the efficiency and focus on reducing weight. Therefore, craft level will be in the position of power supply manufacturing higher in. In addition, the application of digital control IC is the future direction of the development of a switch po

41、wer. This trust in DSP for speed and anti-interference technology unceasing enhancement. As for advanced control method, now the individual feels haven't seen practicability of the method appears particularly strong, perhaps with the popularity of digital control, and there are some new control

42、theory into switching power supply.(1) The technology: with high frequency switching frequencies increase, switch converter volume also decrease,power density has also been boosted, dynamic response improved. Small power DC - DC converter switch frequency will rise to MHz. But as the switch frequenc

43、y unceasing enhancement, switch components and passive components loss increases, high-frequency parasitic parameters and high-frequency EMI and so on the new issues will also be caused(2) Soft switching technologies: in order to improve the efficiency of non-linearity of various soft switch, commut

44、ation technical application and hygiene, representative of soft switch technology is passive and active soft switch technology, mainly including zero voltage switch/zero current switch (ZVS/ZCS) resonance, quasi resonant, zero voltage/zero current pulse width modulation technology (ZVS/ZCS - PWM) an

45、d zero voltage transition/zero current transition pulse width modulation (PWM) ZVT/ZCT - technical, etc. By means of soft switch technology can effectively reduce switch loss and switch stress, help converter transformation efficiency.(3) Power factor correction technology (IC simplifies PFC). At pr

46、esent mainly divided into IC simplifies PFC technology passive and active IC simplifies PFC technology using IC simplifies PFC technology two kinds big, IG simplifies PFC technology can improve AC - DC change device input power factor, reduce the harmonic pollution of power grid.(4) Modular technolo

47、gy. Modular technology can meet the needs of the distributed power system, enhance the system reliability.(5) Low output voltage technology. With the continuous development of semiconductor manufacturing technology, microprocessor and portable electronic devices work more and more low, this requires

48、 future DC - DG converter can provide low output voltage to adapt microprocessor and power supply requirement of portable electronic devicesPeople in switching power supply technical fields are edge developing related power electronics device, the side of frequency conversion technology, development

49、 of switch between mutual promotion push switch power supply with more than two year growth toward light, digital small, thin, low noise and high reliability, anti-interference direction. Switching power supply can be divided into the AC/DC and DC/DC two kinds big, also have AC/AC DC/AC as inverter

50、DC/DC converter is now realize modular, and design technology and production process at home and abroad, are mature and standardization, and has approved by users, but the AC/DC modular, because of its own characteristics in the process of making modular, meet more complex technology and craft manuf

51、acture problems. The following two types of switch power supply respectively on the structure and properties of this.Switching power supply is the development direction of high frequency, high reliability, low consumption, low noise, anti-jamming and modular. Because light switch power, small, thin

52、key techniques are changed, so high overseas each big switch power supply manufacturer are devoted to the development of new high intelligent synchronous rectifier, especially the improvement of secondary devices of the device, and power loss of Zn ferrite (Mn) material? By increasing scientific and

53、 technological innovation, to enhance in high frequency and larger magnetic flux density (Bs) can get high magnetic under the miniaturization of, and capacitor is a key technology. SMT technology application makes switching power supply has made considerable progress, both sides in the circuit board

54、 to ensure that decorate components of switch power supply light, small, thin. The high frequency switching power supply of the traditional PWM must innovate switch technology, to realize the ZCS ZVS, soft switch technology has become the mainstream of switch power supply technical, and greatly impr

55、ove the efficiency of switch power. For high reliability index, America's switch power producers, reduce by lowering operating current measures such as junction temperature of the device, in order to reduce stress the reliability of products made greatly increasedModularity is of the general dev

56、elopment of switch power supply trend can be modular power component distributed power system, can be designed to N + 1 redundant system, and realize the capacity expansion parallel. According to switch power running large noise this one defect, if separate the pursuit of high frequency noise will increase its with the partial resonance, and transform circuit technology, high frequency can be realized in theory and can reduce the noise, but part of the practical application of resonant conversion technology still have a technic