液体混合装置的控制系统设计

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1、机电工程学院课程设计说明书设计题目:液体混合装置的控制系统设计专业班级：机制F09学生姓名：学 号： 20094805指导教师：2012年12月15日内容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在工业控制中的地位也日益提升并且在工业控制中得到广 泛应用，而且可编程控制器在工业控制中所占比重在迅速的上升。本次设计是利用PLC实现两种液体的自动混合。此次设计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控制输出，从而实现将AB两种液体

2、 混合的周期性控制（包括单周期）。本次设计的主要意义是：用PLC编程来控制，一方 面可以省去人力物力，从而达到节省成本的目的；另一方面，程序的合理性，全面性和 可靠性可以使液体混合能更安全可靠全面的实现。关键词：PLC液体混合装置 自动控制第1章引言1第2章控制系统设计22.1系统整体设计要求22.2系统设计思想22.3系统硬件设计32. 3. 1 PLC输入输出口分配32. 3.2液体混合装置输入输出接线图42. 3.3 PLC主电路图52. 3.4电气位置安装图62.4硬件选择62. 4.1液位传感器选择62. 4.2电动机选择72. 4.3电磁阀的选择72. 4.4 PLC 的选择72.

3、 4. 5元件选择82. 5系统软件设计82. 5. 1PLC控制相关流程图82. 5.2可编程控制器梯形图102.6系统调试13第3章 总结及进一步研究方向18致谢19参考文献20河南工业大学机电综合系统设计液体混合装置的控制系统设计第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的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。然而由于此类行业中多数为有腐蚀有毒性介质和易燃易爆介 质，这样就造成现场的工作环境非常恶劣，不适宜工作人

4、员在现场操作。此外，要求该 系统在生产过程中具有配料准确、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题。多种液体混合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 期的灌装机械大多数采蠕动泵式、用容积泵式作为计量方式。它具有效率高，功能强， 加工质量高等特点，是当今世界的前沿课题，但还是存在一些问题。该液体混合系统采用基于PLC的控制系统来取代原来由单片机、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可维护性的特点。对提

5、高企业生产和 管理自动水平有很大的帮助，同时又提高了生产线的效率、使用寿命和质量，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(GB4728)及其他相 关标准和规范编

6、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体资 料，系统在保证安全、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、元器件的选型时更多的考虑新技术、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，以便于操作人员快速掌握。 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

7、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。河南I】业大学 机电综合系统设计液体混合装置的控制系统设计要实现整个液体混合控制系统的设计，需要从怎样实现多个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。4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，需要完成两种液体的进料、混合、卸料的功能，控制要求如 下：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I 时，液位传感器I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

8、H时液位传感器H接通，这时电磁阀YV2断电关闭，同时启动电机M 搅拌。1分钟后电动机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L后，再延时2s使电磁阀YV3断电关闭，并自动开始新的周期。本设计使用液位LT1、LT2、LT3三个传感器控制液体A、液体B的进入和混合液排 出的3个电磁阀门及搅拌机的启停。2.2系统方案的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 生产及应用要求：（1）可靠性高具有较高的可靠性是衡量一个电气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，内部电路釆取了

9、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是很高的。（2）配套齐全，功能完善，适用性强PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规 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 电路图比较相当接近，只用少量的PLC开关量逻辑控制指令就能方便地实现继电器电路 所能实现

10、的功能。为不熟悉电子电路、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，这样一来就大大的削减了控制设备的外部接线 数量，控制系统的设计及建造的周期也大大缩短，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的便利。(5) 体积小，重量轻，能耗低(6) 硬件配套齐全，拥护使用方便，适应性强2. 3系统硬件设计2.3.1 PLC输入输岀口分配通过分析控制任务，共需要5个数字量输入和4个数字量输出

11、。10.0为开始按钮,10.1为停止按钮,10.2、10.3. 104分别为三个液位传感器，Q0.1、Q0.2、Q0. 3分别 为电磁阀A、电磁阀B、排放电磁阀三个电磁阀，Q0.0为搅拌电机。输入/输出地址分配如表2-1所示。表2-1控制信号信号名称元件名称元件符号地址编码输入信号启动常开按钮SB110.0停止常开按钮SB210. 1液位传感器I接通液位传感器LT110.2液位传感器H接通液位传感器LT210.3液位传感器L接通液位传感器LT310.4输出信号电动机驱动接触器KMQ0.0电磁阀YV1打开电磁阀YV1Q0. 1电磁阀YV2打开电磁阀YV2Q0.2电磁阀YV3打开电磁阀YV3Q0.

12、 3河南工业大学 机电综合系统设计液体混合装置的控制系统设计2. 3. 2液体混合装置输入输出接线图液体混合装置输入/输出接线图如图2-1所示。(1) 启动操作按下启动按钮SB1, YV1通电并自锁，液体A流入容器。(2) 液面上升到I当液位高度达到I时，液位传感器I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。(3) 液面上升到H液位达到H时液位传感器H接通，这时电磁阀YV2断电关闭，同时启动电机M搅拌。(4) 搅匀后排放混合液体1分钟后电动机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L后，再延时2s使电磁阀YV3断电关闭，并自动

13、开始新的周期。(6)停止操作按下停止按钮SB2,在当前的操作处理完毕后停止操作。图2-1液体混合输入/输出接线图2.3.3 PLC主电路图本次设计中的混合液体搅拌由电动机M启动。带有短路保护、过载保护等，短路保 护由FU熔断器来实现保护功能，过载保护由FR热继电器来实现其保护功能。当液体倒到H时，KM接通，搅拌电机开始运行。液体混合装置的主电路图如图2-2 所示。L1L2L3FR图2-2主电路2.3.4电器位置安装图如图2-3选用LSF-2. 5型液位传感器其中表示光电的，“S”表示传感器，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

14、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. 5Mpao(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24V DCo(6) 切换电流为0.5A o2.4.2搅拌电机的选择选用EJ15-3型电动机。其中表示电动札表示交流的，15为设计序号, 3为

15、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-15-40 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4 2.4.3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，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。Co3）使用电压：AC： 220 V50Hz/60Hz DC： 24Vo4）功率:AC： 2. 5KWo5）操作方式：常闭：通电打开、断电关闭，动作响应迅速，高频率。