多种液体混合装置课程设计报告书

1、 . . . A、课程设计目的2B、课程设计容21、课题概况说明2系统总体方案设计52.1 系统硬件配置与组成原理62.2 系统接线图设计72.3.1 液位传感器的选择72.3.2 搅拌电机的选择82.3.3 电磁阀的选择82.3.4 按钮开关的选择 82.3.5熔断器的选择92.3.6热继电器的选择92.3.7交流接触器的选择92.3.8电源刀开关92.3.9行程开关92.3.10PLC的选择92.3.11 元件选择102.1 程序流程图102.2 I/O地址分配与接线图112.2.1 I/O地址分配与功能表112.3 操作步骤12系统调试与结果分析144.1 系统调试144.2 结果分析1

2、4总结1517 / 17一 任务书课程设计任务书A、课程设计目的本课程是机械制造与自动化专业的专业必修课。课程设计的目的和任务在于使学生掌握机械设备电器控制的基本知识、基本原理和基本方法,以培养学生对电气控制系统的分析和设计的基本能力。加深学生对课程容的理解，验证理论和巩固、扩大所学的基本理论知识。B、课程设计容1、课题概况说明1. 总体控制要求：如面板图所示，本装置为三种液体混合模拟装置，由液面传感器SL1、SL2、SL3，液体A、B、C阀门与混合液阀门由电磁阀YV1、YV2、YV3、YV4，搅匀电机M，加热器H，温度传感器T组成。实现三种液体的混合，搅匀，加热等功能。2. 打开“启动”开关

3、，装置投入运行时。首先液体A、B、C阀门关闭，混合液阀门打开10秒将容器放空后关闭。然后液体A阀门打开，液体A流入容器。当液面到达SL3时，SL3接通，关闭液体A阀门，打开液体B阀门。液面到达SL2时，关闭液体B阀门，打开液体C阀门。液面到达SL1时，关闭液体C阀门。3. 搅匀电机开始搅匀、加热器开始加热。当混合液体在6秒达到设定温度，加热器停止加热，搅匀电机工作6秒后停止搅动；当混合液体加热6秒后还没有达到设定温度，加热器继续加热，当混合液达到设定的温度时，加热器停止加热，搅匀电机停止工作。4. 搅匀结束以后，混合液体阀门打开，开始放出混合液体。当液面下降到SL3时，SL3由接通变为断开，再

4、过2秒后，容器放空，混合液阀门关闭，开始下一周期。5. 关闭“启动”开关，在当前的混合液处理完毕后，停止操作。2、设计要求 1) 搅拌电机均为三相异步电动机，功率为4KW， 2) 控制电路可以手动调整。 3) 必须配有短路和过载保护。 4) 绘制电气原理图，手工绘制，用A3图纸； 5）列出元件明细表，可以打印，用A3图纸。6）控制电路可以用继电器接触器电路实现，也可以利用PLC结合继电器接触器实现；7）若采用PLC实现，必须画出PLC控制系统的接线图(A3,打印)和梯形图。3、设计步骤 1) 电动机的选择：根据设计要求需配备1台电动机,4个电磁阀，根据设计要求查阅相关手册选择电机型号，注明所查

5、阅的手册的名称、页码。 2) 电气原理图的设计（要求有详细的分析过程）：（1） 系统工作原理分析（2） 主电路设计（3） 控制电路设计 3）电气元件型号的选择：（1） 电源开关的选择（2） 热继电器的选择（3） 接触器的选择（4） 继电器的选择（5） 行程开关的选择（6） 熔断器的选择（7） 按钮的选择（8） 变压器的选择（可选用）（9） 指示灯的选择（可选用） (10) PLC的选择（可选用）1. 概述1.1 机电传动控制概述机电传动（又称电力传动或电力拖动）是指以电动机为原动机驱动生产机械的系统之总称。它的目的是将电能转变为机械能，实现生产机械的启动、停止以与速度调节，满足各种生产工艺过程

6、的要求，保证生产过程正常运行。在现代工业中，为了实现生产过程自动化的要求，机电传动不仅包括拖动生产机械的电动机，而且包括控制电动机的一整套控制系统。也就是说，现代机电传动是和由各种控制元件组成的自动控制系统紧密地联系在一起的，所以，本课程被命名为机电传动控制（也称为机械电气控制）。从现代化生产的要求出发，机电传动控制系统所要完成的任务，从广义上讲，就是要使生产机械设备、生产线、车间甚至整个工厂都实现自动化；从狭义上讲，则专指控制电机驱动生产机械，实现产品数量的增加、产品质量的提高、生产成本的降低工人劳动条件的改善以与能源的合理利用。例如，一些精密机床要求加工精度达百分之几毫米，甚至几微米；重型

7、镗床为保证加工精度和控制表面粗糙度，要求能在极慢的稳速下进给，即要求能在很宽的围调速；轧钢车间的可逆式轧机与其辅助操作频繁，要求在不到一秒的时间疚能完成从正转到反转的过程，即要求能迅速地启动、制动和反转；对于电梯和提升机，要求启动和制动平稳，能并能准确地停止在给定的位置上；对于冷、热连轧机以与造纸机的各机架或各部分，要求它们的转速保持一定的比例关系，以便进行协调运转；为了提高效率，要求对由数台或数十台设别组成的生产自动线实行统一控制和管理。诸如此类要求，都是靠电动机与其控制系统和机械传动装置来实现的。在近代机械工业的发展过程中，机电传动的发展，经历了一个复杂的过程：（1） 电机的拖动的发展过程

8、如下：成组拖动多电机拖动（不同机构由单独电机拖动）单电机拖动（2） 控制系统的发展过程如下：继电器控制接触器控制电机放大机控制磁放大器控制电力功率晶体管控制计算机数字控制（PLC）由整个发展过程，不难看出，随着机械加工要求不断提高，机电传动控制系统的复杂度也在不断增加。本课程的重点在与控制部分，如何利用电气元件或计算机控制电气来拖动机械实现所要求的功能。在设计控制系统时，就要求设计人员对执行元件（电动机）、控制元件的熟练掌握与运用，同时也要求对控要求进行了解。1.2 课程设计此次，我们小组设计的题目是“多种液体混合装置的PLC控制”。本次设计是以三种液体混合为例，将三种液体按一定的比例混合，在

9、加热搅拌后达到一定的温度才能将混合液体输出容器，从而达到精确的自动控制，此次设计主要容包括：I/O分配，梯形图，接线图，电气原理图等，经过多次修改和调试，最终实现题目要求。第二章 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。

10、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 系统硬件配置与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

11、量微型计算机专用计算机1台PLC主机单元三菱FX系列1台两种液体自动混合单元配套1台通信电缆配套若干液体混合控制装置控制的模拟实验面板图如图2-1所示，此面板中，液面传感器用钮子开关来模拟，启动、停止用动合按钮来实现，液体A阀门、液体B阀门、混合液阀门的打开与关闭以与搅匀电机的运行与停转用发光二极管的点亮与熄灭来模拟。如图2-2为搅拌机的立体示意图。2.2 系统接线图设计表3-3输入/输出接线列表面板SB1SB2HILYV1YV2YV3KMPLCX000X001X002X003X004Y001Y002Y003Y0002.3 硬件选择2.3.1 液位传感器的选择选用LSF-2.5型液位传感器其中

12、“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与原理如下：（1）工作压力可达2.5Mpa。（2）工作温度上限为125°C 。（3）触点寿命为100万次 。（4）触点容量为70w 。（5）开关电压为2

13、4V DC。 （6）切换电流为0.5A 。2.3.2 搅拌电机的选择因为设计要求功率4kw，选用Y112M-4型电动机。相关元件主要技术参数与原理如下： 1) Y112M-4系列电动机是一般用途封闭自冷式三相异步电动机。2) 额定电压为380V，额定频率为50Hz，功率为4KW，采用星形接法。3) 电动机运行地点的海拔不超过1000m。随季节变化，但不超过40°C 4) Y112M-4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。2.3.3 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

14、） 宽度。相关元件主要技术参数与原理如下： 1）材质：聚四氟乙烯。使用介质：硫酸、盐酸、有机溶剂、化学试剂等酸碱性的液体。2）介质温度150/环境温度-2060°C。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与原理如下： 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

15、强的抗腐蚀能力。 3）使用电压：AC：220 V50Hz/60Hz DC：24V。4）功率：AC：5KW。 2.3.4 按钮开关的选择 按钮开关型号为KH-2204。 且SB1为绿色按钮，因为是启动按钮，SB2是红色按钮，因为是停止按钮。2.3.5熔断器的选择根据选择出的电机型号，可大致计算该电机工作时的最大电流：再根据以下经验公式，计算出所需熔断器的最大允许电流值，所以FU：RL-60/25,最大熔断电流25A； 2.3.6热继电器的选择根据前面算出的电动机工作电流，查2可直接选出热继电器，得如下结果 FR：LR1-D09310，整定电流围46； 2.3.7交流接触器的选择根据前面计算出的电

16、动机工作电流值，可知交流接触器的工作电流应在25A以， 所以热继电器型号为：14JR20-252.3.8电源刀开关而在整个设计中，我们用到了一个刀开关，总闸一个（即控制电源，又控制照明灯）。故总闸刀开关QS选用蓝色；查2选择刀开关如下：QS：DZ20-100/3，蓝色；2.3.9PLC的选择 在本控制系统中，所需的开关量输入为5点，开关量输出为4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系列PLC作控制单元来控制整个系统。之所以选择这种PLC，主要考虑S7-200系列PLC有以下特点：1） 丰富的指令系统。除能实现一般的逻辑控制

17、外，还可进行运动控制、复杂数据处理，甚至可直接控制变频器实现电动机调速控制。而且各类PLC产品的指令系统都具有向上兼容性，便于应用程序的移植。 （2）快速的CPU处理速度、大程序容量。 （3）大的网络通信功能。可直接连接调制解调器，可方便地与其他PLC或上位机连成通信网络，通过上位计算机对生产现场的PLC进行实时监控。在生产规模较大，所控制的机床达到两台以上时，可采用1：n上位通信方式，用一台计算机管理多台床，构成一个二级分布式集一散控制系统。 （4）编程与监控功能强大、维护简单、价格适中。 2.3.11 元件选择 元器件明细表2-2名称型号数量备注按钮开关KH-22042个液位传感器LSF-

18、2.53个搅拌电动机Y112M-41个电磁阀（入液罐）VF4-252个电磁阀（出液罐）AVF-401个接触器CJX1-9/220V1个电源开关DZ20-100/31个热继电器14JR20-252个继电器LR1-D093103个行程开关JLXK1-311M1个熔断器RL-60/253个2. 软件设计2.1 程序流程图图2-1 程序流程图2.2 I/O地址分配与接线图2.2.1 I/O地址分配与功能表序号PLC地址（PLC端子）电气符号（面板端子）功能说明1X00SD启动（SD）2X01SL1液位传感器SL13X02SL2液位传感器SL24X03SL3液位传感器SL35X04T温度传感器T6Y00

19、YV1进液阀门A7Y01YV2进液阀门B8Y02YV3进液阀门C9Y03YV4排液阀门10Y04YKM搅拌电机11Y05H加热器12主机COM、面板COM接电源GND电源地端13主机COM0、COM1、COM2、COM3、COM4、COM5、接电源GND电源地端14面板V+接电源+24V电源正端2.2.2 PLC外部接线图2-2 外部接线图2.3 操作步骤1. 检查课设设备中器材与调试程序。2. 按照I/O端口分配表或接线图完成PLC与课设模块之间的接线，认真检查，确保正确无误。3. 打开示例程序或用户自己编写的控制程序，进行编译，有错误时根据提示信息修改，直至无误，用SC-09通讯编程电缆连

20、接计算机串口与PLC通讯口，打开PLC主机电源开关，下载程序至PLC中，下载完毕后将PLC的“RUN/STOP”开关拨至“RUN”状态。4. 打开“启动”开关，SL1、SL2、SL3拨至OFF，观察液体混合阀门YV1、YV2、YV3、YV4的工作状态。5. 等待20S后，观察液体混合阀门YV1、YV2、YV3、YV4的工作状态有何变化，依次将SL1、SL2、SL3液面传感器扳至ON，观察系统各阀门、搅动电机YKM与加热器H的工作状态。6. 将测温传感器的开关打到ON，观察系统各阀门、搅动电机YKM与加热器H的工作状态。7. 关闭“启动”开关，系统停止工作。2.3.1 PLC程序第四章 系统调试

21、与结果分析4.1 系统调试运用调试程序进行系统静调。模拟两种液体混合装置的操作过程，对控制程序作一些改动，使之变成可连续运行的调试程序。具体作法如下：设PLC进入运行方式后：经过一定的准备时间，模拟按下启动按钮，Y001的指示灯亮；一段时间后，液面上升到I位置，Y001的指示灯灭，Y002的指示灯亮；一段时间后，液面上升到H位置，Y002的指示灯灭，Y000的指示灯亮；一段时间后，Y000的指示灯灭，Y003的指示灯亮；一段时间后，液面低于L位置，Y003的指示灯灭，Y001的指示灯亮，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，模拟按下停止按钮，所有运行立即结束。调试结束。4.2