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1、河南机电高等专科学校毕业设计题目：多种液体混合灌装机系统设计系别：机械工程系专业：机械制造及其自动化班级：*姓名：*学号：*指导老师：* 2011.4.171 绪论.12多种混合灌装机控制系统设计.5 2.1方案设计.5 2.2方案介绍.63硬件电路设计.7 3.1总体结构.7 3.2液位传感器的选择.9 3.3温度传感器的选择.10 3.4搅拌电机的选择.10 3.5电磁阀的选择.12 3.6接触器的选择.13 3.7热继电器的选择.14 3.8PLC的选择.14 3.9PLC输入、输出口的分配.16 3.10液体混合装置输入、输出接线.174软件电路设计.18 4.1根据程序要求和I/O地
2、址编制的控制梯形图.195系统常见故障分析与维修.19 5.1系统故障的概念.19 5.2系统故障分析及处理.19 5.2.1PLC主机系统.19 5.2.2PLC的I/O端口.19 5.2.3现场控制设备.19 5.2.4系统抗干扰的分析和维修.196结束语.24参考文献.251绪论 为了提高产品质量、缩短生产周期，适应产品迅速更新换代的要求，产品正在向缩短生产周期、降低成本、提高生产质量等方向发展。在炼油、化工、制药等行业中，多种液体混合式必不可少的工序，而且也是其生产过程中十分重要的组成部分。但由于这些行业中多为易燃易爆、有独有腐蚀性的介质，以致现场工作环境十分恶劣，不适合人工现场操作。
3、另外，生产要求该系统要有具有混合精确、控制可靠等特点，这也是人工操作和半自动化控制所难以实现的。所以为了帮助相关行业，特别是其中的中小型企业实现多种液体混合的自动控制，从而达到液体和混合的目的，液体混合自动配料势必就是摆在我们眼前的一大课题。借助实验室设备熟悉工业生产中PLC的应用，了解不同公司的可编程控制器的型号和原理，熟悉其编程方式，而多种液体混合装置的控制更常见于工业生产中，适应大中型饮料生产厂家，尤其见于化学化工业中，便于学以致用。 计算机的出现给大规模工业自动化带来了曙光。1968年，美国最大的汽车制造商通用汽车（GM）公司提出了公司招标方案，设想将功能完善、灵活、通用的计算机技术与
4、继电器便于使用的特点相结合，把计算机的编程方法和程序输入方式 加以简化，用面向过程、面向问题的“自然语言”编程，生产一种新型的工业通用控制器，使人们不必花费大量的精力进行计算机编程，也能像继电器那样方便的使用。这个方案首先得到了美国数字设备公司的积极响应，并中标。该公司于1969年研制出第一台符合要求的工业控制器，命名为可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller）,简称PLC,并在GM公司的汽车自动装配线上实验获得了成功。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，备受国内外技术人员和工业界厂商的极大关注，生产PLC的
5、厂家云起。随着大规模集成电路和微处理在PLC中的应用，使PLC的功能不断得到增强，产品得到飞速发展。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，具有良好的可植入性和可维护性。对提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，减少企业产品质量的波动，因此具有广阔的市场前景。用PLC进行开关量控制的实例很多，在冶金、机械、纺织、轻工、化工、铁路等行业几乎都需用到它，如灯光照明、机床电控、食品加工、印刷机械、电梯、自动化仓库、液体混合自动配料系统、生产流水线等方面的逻辑控制，都广泛应用PLC来取代传统的继电器控制。本次设计是将
6、PLC用于多种体液混合灌装设置的控制，对学习与实用是很好的结合。本设计的主要研究范围及要求达到的技术参数有（1）使液体灌装机能够实现安全、高效的灌装；（2）满足灌装的各项技术要求（3）具体内容包括多种液体混合控制方案的设计、软硬件电路的设计、常见故障分析等等。本课题应解决的主要问题是如何使用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探索。2多种液体混合灌装机控制系统设计2.1方案设计 整个设计过程是按思想工艺流
7、程设计，为设备安装、运行和保护检修服务。设计的编程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写。设计原则主要包括：工作条件;工程队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，尽可能做到经济、合理合用，减少设备成本。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化控制，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，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的元器件。对于人机交互方
8、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及需要处理模拟量也需处理大量的开关量，系统的可靠性提高，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式来确定系统方案。2.2方案的介绍 就目前的现况有以下几种方式满足系统的要求：继电器控制系统、单片机控制工业控制计算机控制、可编程序控制器控制。（1）继电器控制系统控制功能是用硬件继电器实现的，继电器串联在控制电路中根据主电路的电压、电流、转速、
9、时间及温度等参数量变化而动作，以实现电力拖动装置的自动控制及保护。系统复杂，在控制过程中，如果某个继电器损坏，都会影响整个系统的正常运行，查找和排除故障往往非常困难，虽然继电器本省价格不太贵，但是电器柜的安装接线工作量大，因此整个控制柜价格非常高，灵活性差，响应速度慢。（2）单片机控制单片机作为一个超大规模的集成电路，机构上包括CPU、存储器、定时器和多种输入/输出接口电路。其低功耗、低电压和很强的控制功能，成为功控领域、尖端武器、日常生活中最广泛的计算机之一。但是单片机是一片集成电路，不能直接将它直接与外部I/O口相连，要将它用于工业控制还要附加一些配套的集成电路和I/O接口电路，硬件设计、
10、制作和程序设计的工作量相当大。（3） 工业控制计算机控制 工控机采用总线结构，各厂家产品兼容性强，有实时操作系统的支持，在要求快速、实用性强、功能复杂的领域中占优势。但工控机价格较高，将它用于开关量有些大材小用。且外部I/O接线一般都用于多芯扁平电缆和插头、插座，直接从印刷电路板上引出，不如接端子可靠。（4）可编程序控制器控制可编程序控制器配备各种硬件装置供用户选择，用户不用自己设计和制作硬件装置，只需确定可编程序控制器硬件配置和设计外部接线图，同时采用梯形图语言编写，用软件取代继电器电器系统的触点和接线，通过修正程序适应工业条件的变化。可编程序控制器从上世纪70年代发展起来的一种新型工业控制
11、系统，起初它主要是针对开关量进行逻辑控制的一种装置，可以取代中间继电器、时间继电器等构成的开关量系统。随着30多年来微电子技术的不断发展，PLC也通过不断地升级换代大大增强了其功能。现在PLC已经发展成为不但具有逻辑控制功能、还具有过程控制功能、运行控制功能和数据处理功能、联网通讯功能等多种功能，是名副其实的多功能控制器。由PLC为主构成的控制系统具有可靠性高、控制功能强大、性价比高等优点，是目前工业自动化的首选控制装置。3硬件电路的设计3.1总体设计从图1可以看出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1所示此装置需要控制的原件有：其中L1、L2、L3为液面传感器，液面淹没
12、该点时为ON。Y1、Y2、Y3、Y4为电磁阀，M为搅动电机，T为温度传感器，H加热器。另外还有控制电磁阀和电动机的一个交流接触器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（1） 初始状态 容器是空的，各个阀门都是OFF状态，液位传感器均为OFF状态，电动机为OFF，加热器为OFF。（2） 启动操作 按下启动按钮SB1，开始如下操作： 1）Y1=Y2=ON，液体A和B同时注入容器。当液面达到L2时，L2=ON,使Y1=Y2=OFF,Y3=ON,即关闭Y1、Y2阀门，打开液体C的阀门Y3。 2）液面达到L1时，Y3=OFF，M=ON，即关闭阀门Y3，搅拌机M启动，开始搅拌。3）经过10s搅匀后，M=OFF，停止搅拌，H=ON,加热器开始加热。4）当混合液体达到某一指定值时，T=ON,H=OFF,停止加热，使电磁阀Y4=ON,开始放出混合液体。5）液面低于L3时，L3从ON到OFF,再经5s容器放空，使Y
