多种液体自动混合控制系统设计

1、扬州大学本科生课程设计报告题 目多种液体自动混合控制系统设计课程电气控制及可编程控制器专业 电气工程及其自动化班 级电气1102学号姓名指导老师王永华完成日期2014年12月29日 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark11 o Current Document 绪论3 HYPERLINK l bookmark15 o Current Document 1.1课程题目3 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 1.2设计目的及要求3 HYPERLINK l bookmark25 o Current Document 1.

2、3原始资料3 HYPERLINK l bookmark32 o Current Document 1.4课题要求4 HYPERLINK l bookmark38 o Current Document 1.5日程安排4 HYPERLINK l bookmark46 o Current Document 1.6主要参考书4 HYPERLINK l bookmark53 o Current Document 器件选择5 HYPERLINK l bookmark57 o Current Document 2.1总体结构5 HYPERLINK l bookmark60 o Current Documen

3、t 2.2具体器件的选择5 HYPERLINK l bookmark63 o Current Document 2.2.1液位传感器的选择5 HYPERLINK l bookmark72 o Current Document 2.2.2温度传感器的选择6 HYPERLINK l bookmark79 o Current Document 2.2.3搅拌电动机的选择7 HYPERLINK l bookmark85 o Current Document 2.2.4电磁阀的选择7 HYPERLINK l bookmark99 o Current Document 2.2.5接触器的选择8 HYPER

4、LINK l bookmark107 o Current Document 2.2.6热继电器的选择8 HYPERLINK l bookmark112 o Current Document 程序设计9 HYPERLINK l bookmark116 o Current Document 3.1总体设计思路9 HYPERLINK l bookmark119 o Current Document 3.2 PLC输入输出口分配10 HYPERLINK l bookmark122 o Current Document 3.3主电路设计11 HYPERLINK l bookmark125 o Curre

5、nt Document 3.4液体混合装置的输入输出接线图 11 HYPERLINK l bookmark135 o Current Document 3.5液体混合装置的梯形图 13 HYPERLINK l bookmark138 o Current Document 安装、接线及系统联合测试15 HYPERLINK l bookmark141 o Current Document 后期工作15 HYPERLINK l bookmark157 o Current Document 总结16 HYPERLINK l bookmark160 o Current Document 参考文献17绪论

6、1.1课程题目多种液体自动混合控制系统设计1.2设计目的及要求1、熟悉电气控制系统的一般设计原则、设计内容及设计程序。2、掌握电气设计制图的基本规范，熟练掌握PLC程序设计的方法和步骤。3、学会收集、分析、运用电气设计有关资料及数据。4、培养独立工作和工程设计能力以及综合运用专业知识解决实际工程技术问题 的能力。1.3原始资料初始时，容器为空，Y1、Y2、Y3、Y4电磁阀和M搅拌机均为OFF， 液面传感器L1、L2、L3为OFF。按下启动按钮，开始下列操作： 1、Y1、Y2为ON，液体A和B同时注入容器，当液面达到L2时，L2 为ON，使Y1、Y2为OFF，Y3为ON，即关闭Y1、Y2阀门，打

7、开液体C的阀门Y3。2、液面达到L1时，Y3为OFF，M为ON，即关闭阀门Y3，电动机起动开始搅拌。3、经10S搅匀后，M为OFF，停止搅拌，H为ON，加热器开始加热。4、当混合液体温度达到某一指定值时，T为ON，H为OFF，停止加热，使电磁阀 Y4为ON，开始放出混合液体。5、当液体高度降为L3后，L3从ON到OFF，再经5、，容器放空，Y4为OFF，开 始下一周期。当按下停止按钮后，在当前的混合操作处理完毕后，停止操作，停 在初始状态。1.4课题要求1、设计原则：国家现行有关电气设计规范及主管部门规定等。2、设计范围：控制系统主电路及控制电路设计，电器设备选型。3、设计成果：课程设计报告（

8、设计说明书及计算书等），主电路图、控制电路图、 流程图、I/O端子接线图、梯形图及程序。（所有成果均应为打印稿）。1.5日程安排本次课程设计时间共一周，进度安排如下：1、设计准备，熟悉有关电气设计规范，熟悉课题设计要求及内容。（1天）2、分析控制要求、主电路及控制电路方案设计。（1天）3、绘制控制流程图、I/O端子接线图。（1天）4、梯形图设计、编制程序及程序说明。（1天）5、整理计算书及图纸、写课程设计报告。（1天）1.6主要参考书1、电气控制与可编程控制器应用技术 郁汉琪主编 东南大学出版社2、工厂电气控制技术 方承远主编 机械工业出版社3、可编程控制器原理应用网络 徐世许主编中国科学技术

9、大学出版社4、工厂常用电气设备手册（第2版）上、下册 中国电力出版社器件选择2.1总体结构从图2-1中可知设计的液体混合装置主要完成三种液体的自动混合搅拌并 控制温度，如图2-1所示。此装置需要控制的元件有：其中L1、L2、L3为液面传感器，液面淹没该点 时为ON。Y1、Y2、Y3、Y4为电磁阀，M为搅拌电机，T为温度传感器，H为加热 器。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。液体a液体口液体口液面恃感器一 L2L3图2.1液体混合灌装机2.2具体器件的选择2.2.1液位传感器的选择选用LSF-2

10、.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及原理如下：（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

11、为24V DC（6）切换电流为0.5A 3.3在本实验中，I/O接线图中用限位开关来代替液位传感器。2.2.2温度传感器的选择选用KTY81-210A型温度传感器其中“T”表示温度KTY系列温度传感器采用进口 Philips硅电阻元件精心制作而成，具有精度 高，稳定性好，可靠性强，产品寿命长等优点，该温度传感器已广泛应用于电机 变频调速温度控制，太阳能热水器温度测量领域彩印设备温控，汽车油温测量、 发动机冷却系统、工业控制系统中过热保护、加热控制系统、电源供电保护等。 选用KTY81-210A型温度传感器。相关元件主要技术参数及原理如下：（1）测量温度范围为-50150CC（2）温度系数TC为

12、0.79%/K（3）精度等级为0.5%（4）公称压力为0.6MPa2.2.3搅拌电动机的选择选用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 C /湿度W90%。（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。2.2.4电磁阀的选择（1）入罐液体选用VF4-25型电磁阀其中

13、“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） 宽度。相关元件主要技术参数及原理如下：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W150/C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及原理如下：1）其最大特点就是能通过设备上的按键设置来控制流量

14、，达到定时排空的 效果。2）其阀体材料为：聚四氟乙烯，有比较强的抗腐蚀能力。3）使用电压：AC: 220 V50Hz/60Hz DC: 24V。4）功率：AC: 5KW。2.2.5接触器的选择选用CJ20-10/CJ20-16型接触器其中“C”表示接触器，“J”表示交流，20为设计编号，10/16为主触头额 定电流相关元件主要技术参数及原理如下：（1）操作频率为1200/h（2）机电寿命为1000万次（3）主触头额定电流为10/16（A）（4）额定电压为380/220（A）（5）功率为2.5KW2.2.6热继电器的选择选用JR16B-60/3D型热继电器其中“J”表示继电器，“D”带断相保护相

15、关元件主要技术参数及原理如下：（1）额定电流为20（A）（2）热元件额定电流为32/45（A）程序设计3.1总体设计思路经过对上述设计要求的深入思考后，对系统的设计过程有了一定的构架。具 体的想法有一下几点：系统为多种液体自动混合，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

16、入C种液体 开始进入，当达到一定深度停止所有液体进入。搅拌机进行搅拌，一分钟后搅拌 均匀，停止搅拌，放出液体。经20s后停止放出，按停止键停止操作。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。对于本课题来说，如果液体混合系统部分是一个较大规模工业控制系统的改 造升级，新控制装置需要根据企业设备和工艺现况来构成并需尽可能的利用旧系 统中的元器件。对于人机交互方式改造后系统的操作模式应尽量和改造前的相类 似，以便于操作人员迅速掌握。从企业的改造要求可以看出在新控制系统中既需 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

17、。要实现整个液体混合控制系统的设计，需要从怎样实现各电磁阀的开关以及 电动机启动的控制这个角度去考虑，现在就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。控制流程图如下。I.LY3 A . Y5 /t -叩 it 留 忧撵刊.段建福整6 4 !,叩抻出混会展公图3-1液体混合装置流程图3.2 PLC输入输出口分配输入/输出地址分配如表1表1液体混合装置输入/输出地址分配输入点地址功能输出点地址功能X0SB0启动按钮Y0电磁阀Y1X1SB1停止按钮Y1电磁阀Y2X2L2液位传感器Y2电磁阀Y3X3L3液位传感器Y3搅拌机MX4L1液位传感器Y4加热器HX5T温度传感器Y5电磁阀Y4X6F

18、R常闭触点3.3主电路设计因为只有搅拌机是电动机控制的，所以主电路只需要一个电机控制，并搅 拌机只有启动与停止两种工作状态，因此只需要一组主触点。主电路如下。图3-1液体混合装置流程图图3-2液体混合装置的主电路3.4液体混合装置的输入输出接线图（1）两种液体的进人 当PLC接通电源后，按下启动按钮SB0后，触点X0 接通，由于有微分指令DF，使该路只接通一扫描周期，通过保持指令KP使Y1、 Y2输出继电器线圈得电并保持，分别与之相接的Y1、Y2电磁阀带电接通，流进 两种不同成分的液体。（2）第三种液体的进人当液体达到L2液位传感器的位置时，X2输人继电器接通使Y1、Y2关闭， 同时地址为16

19、的X2接通，利用KP指令使输出继电器Y3接通并保持，与之相 连的Y3电磁阀得电接通，第3种液体流进液罐。（3）搅拌机工作 当液位到达L1液位传感器的位置时，该传感器检测到该 信息，使Xl输人继电器线圈得电，在梯形图中它的X1常开触点接通，通过KP 指令复位端，使输出继电器Y3关闭，与之相连的砚电磁阀关闭，同时接通地址 为32的X1常开触点，使代表搅拌机Y5的输出继电器接通。（4）加热器工作 搅拌机通过Y5的输出信号得电并开始搅拌，并用TIMY0 定时器定时，定时时间为10s。10s到后，地址为45的定时器常开触点T0接通， 使Y6输出继电器得电，与之相连的加热器H这时接通，开始加热液体，同时关

20、 闭Y5使搅拌机M停止。（5）混合液体开始排出当液体温度达到预定温度时，温度传感器T检测 到该信息，同时梯形图中地址为47的X4接通使Y6失电，从而使加热器H关闭， 同时接通地址为51的X4常开触点，使X4接通，与之相连的Y4电磁阀打开， 排出搅拌均匀后的混合液体。（6）混合液体排完 当液位低于L3液位传感器的位置时，L3液位传感器由 通到断，使X3也由通到断，这样相当于一个下降沿，驱使DF产生一个扫描周 期的脉冲，通过KP指令置位端使辅助继电器R0接通，接通后使定时器TMY1定 时，大约5s时间，液体排完。（7）重复液体混合过程 重复液体混合过程是通过并联在梯形图地址为2 位置上的定时器TM

21、Y1常开触点实现的。同时T1常开触点也接通，通过保持保 持指令KP使R0复位，定时器关闭。液体混合装置输人输出接线图如下。COMQDM.I :io. D3HL - -图3-3液体混合装置的I/O接线图3.5液体混合装置的梯形图ID.明-Pl-: L.V.1地m定时器建时器）询类Vm-. I-n. Q51. (J?JII00ET 1 .| -J0. 03-14-10.菁、）ID.OETin024U：1。海定明:K定时微击哄:定5寸器号设置值TIJ1W21 ?. II10. m-I k-l-J10.1)E-I I悻送lovrai)溥字目标DVB (.S3)二ifi削除DF3G0罹除曲字二谴30除世

22、字1_遇制）DflLM结果字图3-4液体混合装置的梯形图多种液体混合自动装置指令表如下:LD 0.00ANDNOT 10.05OR 10.00OR 10.07ANDNOT 0.02ANDNOT 10.06OUT 10.00OUT 10.01LD 0.02ANDNOT 0.04ANDNOT 10.05OUT 10.02LD 0.04ANDNOT 10.04ANDNOT 10.05OUT 10.03TIM 001 #100LD TIM001OR 10.04ANDNOT 0.05OUT 10.04LD 0.05AND 0.03OR 10.05ANDNOT TIM002OUT 10.05ANDNOT

23、0.03TIM 002 #50LD 0.01OR 10.06ANDNOT 0.00OUT 10.06LD TIM002OR 10.07ANDNOT 10.06ANDNOT 10.00OUT 10.074安装、接线及系统联合测试按照电气设计图完成接线，对程序系统与电气系统进行联合测试，详细步骤略。 如不满足要求，再回去修改程序或检查接线，直到满足要求为止。5.后期工作1、操作过程简要说明本实验在试验箱上模拟了多液体自动混合装置的工作过程，用按钮代替液面出发 开关，用信号灯表示阀门和电动机的工作状态（1）启动开接通时，系统开始工作，电磁阀Y1、Y2打开,A和B液体注入（Y0、Y1灯亮）。当起动开关断开时，信号灯运行完一个周期后才熄灭。（2）当液体液位到达SQ4位置时，触动开关X4，搅匀电动机M开始搅匀（Y3灯亮），同时计时器T0开始计时，10s后计时完毕，加热器H开始加热（Y4灯亮）。（3）当液体温度达到一指定值时，温度传感器T运行，触动开关X5，加热器停 止加热，电磁阀Y4开始运行（Y5灯亮）。（4）开始放出混合液体，当液