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1、摘要 随着社会的不断发展和科学技术的不断提高，各种工业自动化不断升级，尤 其是在工业上 PLC 的应用越来越广泛。其中在生产的第一线有着各种各样的自动 加工系统，其中多种原材料混合再加工，在工业上常常可见。 本次设计课题为“基于 PLC 的多种液体混合控制设计” ，此设计以液体混合 控制系统为中心，从控制系统的硬件系统组成、软件选用到系统的设计过程。此 次设计主要内容包括：工作过程分析，I/O 分配，主电路，梯形图，流程图，指 令表，接线图，程序分析等, 经过多次修改和调试，最终实现题目要求。设计采 用三菱 FX2N-48PLC 去实现设计要求。 关键词：自动控制 PLC 多种液体自动混合装置
2、 目录 第一章 概述 1.1 课题背景 随着社会科学技术的不断发展，自动控制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。在许多行业中，多种液体自动混合装置是必不可少的，而且也是其生产过程 中十分重要的组成部分。 由于在某些生产要求中，要求系统要具有配料精确、控制可靠等特点，这也 是人工操作所难以实现的。所以为了达到生产要求，特别是要实现多种液体自动 混合的目的,多种液体自动混合装置势必就是摆在我们眼前的一大课题。 随着 PLC 控制器的不断发展和计算机技术的不断提高，对原有液体混合装置 进行技术改造，提出数据采集、自动控制、运行管
3、理等多方面的要求。设计的多 种液体混合装置利用 PLC 可编程控制器可实现在混合过程中精确控制，提高了液 体混合比例的稳定性、自动化程度，适合相关工业生产的需要。 1.2 课题的意义与发展方向 在工业生产中，把多种原料在合适的时间和条件下进行需要的加工得到产品 一直都是在人监控或操作下进行的，在后来多用继电器系统对顺序或逻辑的操作 过程进行自动化操作，但是现在随着时代的发展，这些方式已经不能满足工业生 产的实际需要。实际生产中需要更精确、更便捷的控制装置。 PLC 一经出现，由于它的自动化程度高、可靠性好、设计周期短、使用和维 护简便等独特优点，备受国内外工程技术人员和工业界厂商的极大关注，生
4、产 PLC 的厂家云起。随着大规模集成电路和微处理器在 PLC 中的应用，使 PLC 的功 能不断得到增强，产品得到飞速发展。 由于 PLC 具有很高的可靠性，通常的平均无故障时间都在 30 万小时以上，且编 程能力强，可以将模糊化、模糊决策和解模糊都方便地用软件来实现，所以本系 统采用 PLC 控制是再合适不过了。 根据多种液体自动混合系统的要求与特点，我们采用的三菱 FX2N-48 PLC 具 有小型化、高速度、高性能等特点，其指令丰富，可以接各种输出、输入扩充设 备，有丰富的特殊扩展设备，所以相当具有研究意义。 第二章 硬件电路设计 2.1 系统的控制要求与总体结构 如图 2-1 所示为
5、三种液体混合的装置。SL1、SL2、SL3、SL4 为液面传感器， 液面淹没时接通，三种液体（液体 A、液体 B、液体 C）的流入和混合液体流出分 别由电磁阀 YV1,YV2,YV3,YV4 控制， ，M 为搅匀电动机。 图 21 三种液体混合的装置结构图 SQ1-SL4 SQ2-SL3 SQ3-SL2 SQ4-SL1 要求如下： 1、初始状态：当装置投入运行时，液体内为放空状态。 2、起始操作：按下启动按钮 SB1，装置开始按规定工作，液体 A 阀门打开， 液体 A 流入容器。当液面到达 SL2 时，关闭液体 A 阀门，打开 B 阀门。 当液面到达 SL3 时，关闭液体 B 阀门，打开 C
6、阀门。当液面到达 SL4 时， 关闭液体 C 阀门，搅拌电动机开始转动。搅拌电动机工作 1min 后，停止 搅动，混合液体阀门打开，开始放出混合液体。当液体下降到 SL1 时， SL1 由接通变为断开，再经过 20s 后，容器放空，混合液体阀门 YV4 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。 由控制要求可知设计的液体自动混合装置主要完成三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,SL4 为液面传感器，液面淹没该点 时为 ON，YV1,YV2,YV3,YV4 为电磁阀，M 为搅拌机
7、。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。 2.2 PLC 选型及 I/O 分配图 根据设计要求、控制要求，选定 PLC 的型号为：三菱 FX2N-48 它是日本三菱公司生产的三菱 FX1N 系列，拥有 28 路输入、18 路(继电器)输 出，而本例实际只需要 6 路输入、5 路输出，输出留有约 1/3 的余量，输出所留 余量超出 1/3，完全满足要求；拥有 8K 步的内存容量，而本例用户程序的容量估 计在 50 步左右，完全够用。 多种液体自动混合装置的 I/0 分配如表 2-1 所示 输
8、人 输出 X0：启动按钮 Y1:液体 A 控制阀门 YV1 X1：限位开关 SL4Y2：液体 B 控制阀门 YV2 X2：限位开关 SL3Y3：液体 C 控制阀门 YV3 X3：限位开关 SL2Y4：D 口控制阀门 YV4 X4：限位开关 SL1Y5：搅拌机控制 M X5：停止按钮 表 2-1 多种液体自动混合装置的 I/0 分配表 2.3搅拌电动机主电路 此电动机选用 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
9、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。 其主电路硬件接线如图 2-3 所示 图 2-3 搅拌电动机的主电路 2.4PLC 外部接线图 图 2-4 PLC 外部接线图 SQ1-SL4 SQ2-SL3 SQ3-SL2 SQ4-SL1 第三章 软件电路设计 3.1 液体混合装置程序流程图 任务1 启动 开阀门YV1,Q0.0, 输入液体A 关阀门YV1,Q0.0，开阀门YV2,Q0.1 输入液体B 液体到S
10、L1位 液体到SL2位 液体到SL3位 液体到SL4位 搅拌时间到 任务2 关阀门YV2，Q0.1,开阀门YV3,Q0.2 输入液体C 关阀门YV3,Q0.2,启动搅拌机Q0.3 任务3 任务4 任务5 任务6启动输出延时 延时时间到 停止搅拌机，Q0.3,开阀门YV4，Q0.4 输出混合液体D 关阀门YV4,Q0.4,容器排空 传感器SL4,SL3,SL2,SL1相继复位 混合液体低于SL1 任务7 循 环 停止 按下停止按钮 处理完当前循环周期任务 图 3-1 液体混合装置程序流程图 3.2 多种液体自动混合装置 PLC 编程梯形图 图 3-2 多种液体自动混合装置 PLC 编程梯形图 3
11、.3 多种液体自动混合装置 PLC 编程语句 多种液体混合自动装置指令表如下： 表 3-1 多种液体混合自动装置指令表 3.4 多种液体自动混合装置 PLC 编程原件明细表 多种液体自动混合装置 PLC 编程原件明细表如下 编程元件编程元件作用作用 表 3-2 多种液体混合自动装置编程原件明细表 X0起动开关 X1触发液面传感器 SL4 X2触发液面传感器 SL3 X3触发液面传感器 SL2 X4触发液面传感器 SL1 X5 停止开关 Y1阀门 A 打开液体 A 注入 Y2阀门 B 打开液体 B 注入 Y3阀门 C 打开液体 C 注入 Y4阀门 D 打开 混合液流出 Y5电动机转动 T0电动机
12、转动定时 T1混合液流出定时 M200中间继电器，使阀 A 门打开 M100中间继电器，使阀门 A 关闭，使阀门 B 打开 M101中间继电器，使阀 B 门关闭，使阀 C 门打开 M102中间继电器，使阀门 C 关闭，使搅拌机工作 M104中间继电器，使 M105 置位 M105使计时器 T1 计数 第四章 结论 实践证明，本设计所采用三菱 FX2N-48 型可编程控制器的硬件配置和程 序设计在生产中是完全可行的。在实际控制中，由于 PLC 产品自身具有可靠 性高、灵活性强、对工作环境无要求和抗干扰性能好等诸多优点，使之完全 可以将操作人员从恶劣的现场环境中解放出来，因此深受用户欢迎。同时采
13、用 PLC 控制液体混合装置，还能容易的随时修改可编程控制器程序，以改变 液体混合装置的工作时间和工作状态，满足不同液体混合的需要。该控制系 统可用较少的资金投入，达到很高的控制精度。本设计已通过模拟仿真检验， 有很好的推广价值。 电气控制与可编程控制器是一门极其重要的课程，它综合了计算机技术和自 动控制技术和通讯技术。在当今由机械化向自动化，信息化飞速发展的社会， PLC 技术越来越受人们广泛应用，前景可观，因此学会和运用 PLC，将对我们以 后踏上工作岗位有极其重要的帮助。 经过此次课程设计，我明白了任何一个控制系统都是要经过实践和时间 的考验方能不断的完善。而我们自己也应该学会认真、专心
14、，更有毅力的做 一件事情，这样我们在以后的学习和生活中才能经得起实践和时间的考验。 感想 本课程设计是在同学的讨论下和查阅各种资料下完成的，通过这次课程 设计，我深刻的认识到了团队力量是多么的强大，也明白了以后再有课程设 计之类的或有什么难题要多向周围的人请教，多上网找答案。而不只是一个 人专研。 通过此次课程设计，我深刻地认识到了 PLC 可编程逻辑控制器的强大， 又进一步加深了的对三菱系列 PLC 的认识。同时我也了解了 PLC 控制技术在 工业应用和工业生产中的重要地位。通过本次课程设计，使我更深刻的理解 了 PLC 的编程思想，也能更好的将所学知识应用到实践中动。因此学好这门 课程对以
15、后的发展有举足轻重的地位 在此，我还要感谢同组同学的帮忙，在论文资料的收集和实验期间，不 管遇到什么困难同组同学都主动给予帮助、认真讨论学习，在此也感谢他们！ 参考文献 【1】 张文明， 全自动液体灌装机.，机电一体化，2003 【2】 张桂香、马全广，电器控制与 PLC 应用，化学工业出版社，2004 【3】 陈士瑞、王祥群，高精度灌装生产线中的自动化技术应用【J】 ， 包装与食品机械，2004 【4】 朱旦，PLC 在纯净水灌装设备中的应用【J】 ，给水排水，2000 【5】 王东梅、李玉成等，PLC 在啤酒灌装压盖机上的应用【J】 ，包装工程，2000 【6】 李国厚，PLC 原理及应用设计【M】 ，北京：化学工业出版社，2005 【7】 田瑞庭，可编程控制器及其应用技术【M】 ，机械工业出版社，1994 【8】杨存祥，提高 PLC 控制系统的可靠性设计【J】 ，机床与液压，2003
