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1、广西工业职业技术学院设计说明书课题名称；液体定量灌装系统的设计学生姓名；学 号；专业；电气自动化班级；电气1431起止日期；9月1日-11月15日指导教师；广西工业职业技术学院设计说明书题目：液体定量灌装系统的设计目录摘要3前言错误！未定义书签。第一章 课题设计的要求与目的51.1课题的任务要求51.2课题的目的5第二章系统方案设计62.1系统的整体设计要求62.2系统方案说明6第三章硬件选型83.1液位传感器的选择83.2涡街流量计的选择93.3电磁阀的选择103.4 PLC的基本结构103.5PLC的选择123.6系统电气原理图133. 5 PLC I/O 分配表14第四章系统软件设计15
2、4.1 PLC控制相关流程图154.2可编程控制器梯形图16第五章人机界面设计195.1组态软件简介195.2组态王人机界面开发205.2.1组态王简介205.3组态王特点205.4组态王开发21结论26致谢词27参考文献28摘要本次设计是利用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
3、液体混合装置自动控制定量灌装系统第一章前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
4、自动混合配料势必成为摆在我们眼前的一大课题。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
5、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
6、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量。第一章 课题设计的要求与目的1.1课题的任务要求液体定量灌装控制系统在当今食品工业中有着广泛的应用，如在啤酒灌装生产线、饮 料灌装生产线中都要求将相关的液体以固定量装入相应的罐体中，本设计要求学生用 S7300PLC、相关的传感检测装置、触摸屏或组态软件设计出一套先进的液体定量灌装控制 系统，能够灵活的进行液体灌装量的设置和监控，并阐述各级控制系统的硬件选型原则、 设计要点、组态方法、网络特点，并详细的阐述该网络的
7、先进性和设计步骤及方法1.2课题的目的1使学生进一步巩固和加深对所学的基础理论、基础技能和专业知识的掌握，使之系 统化、综合化。2培养学生独立工作、独立思考和综合运用所学知识技能，提高解决本专业范围内的 一般工程技术问题的能力，从而扩大、深化所学的专业知识和技能。3培养学生的系统设计、工程绘图、程序编写、参数设置、查阅文献、外文资料的阅 读与翻译、计算机应用、文字表达等基本工作能力，使学生初步掌握科学研究的基本方法 和思路。4培养学生学会调研研究的方法，熟悉有关政策，提高运用国家标准、手册等工具书 的能力，尤其注重培养学生通过上网、查阅图书独立获取新知识、新技术和新信息的能力。5使学生初步掌握
8、解决工程技术问题的正确的指导思想、方法和手段，树立严肃认真、 一丝不苟、实事求是、刻苦钻研、勇于探索、具有创新意识和团队协作的工作作风。6.培养学生撰写符合规范要求的设计说明书和编写相关技术文件的能力。第二章系统方案设计21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，集体控制要求 如下图：按动启动按钮后，电磁阀A通电打开，液体A流入容器。当液位高度达到L2时, 液位传感器L2接通，此时电磁阀A断电关闭，而电磁阀B通电接通，液体B流入容器。液 位达到L3时，液位传感器L3接通，这时电磁阀B断电关闭。1分钟后电磁阀C通电打开, 放出混合液体。当液位下降到L3，再
9、继续放液20秒后关闭放液阀门，随后再将电磁阀A 打开，开始新的周期。本设计使用液位L1、L2、L3三个传感器控制液体A、液体B的进入 和混合液排出的3个电磁阀门。传送带图2-1混合液体装置2.2系统方案说明（1）本控制系统要求简单、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，（2）首先，这套液体定量灌装系统由西门子PLC300,反应罐，电磁阀，管道以及液体 流量计等组成，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
10、控制场合。本次系统设计就是用 S7-300PLC来做控制的，液体反应罐是液体流进流出的容器，它把两种液体混合在一起， 生成另一种混合液体，而三个液位传感器则在罐内高，中，低三个不同的位置进行水位检 测及控制流量，当液位达到一定量时就打开电磁阀，把混合液体排放出去，同时涡街流量 计开始检测液体流量，这样就完成了一个液体定量灌装系统的过程。(3) 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 能实现的功能。为不
11、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) 本次系统设计从硬件选型，软件设计等方面都查阅了大量资料，就是为了本次系 统设计能顺利启动运行起来。完成选型之后就开始画I/O分配表，画电气原理图，画软件设 计流程图，编写控制程序，还有进行系统调试，最后就是组态监控。第三章硬件选型系统硬件选型元器件明细如图3-1。名称型号数量备注按钮开关KH-22042个液位传感器LSF-2.53个涡街流量计DN5001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个图3-1元器件明细3. 1液位传感器的选
12、择选用LSF-2.5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)
13、触点容量为70w。(5) 开关电压为24V DC。(6) 切换电流为0.5A。图3-1 LSF-2.5型液位传感器3. 2涡街流量计的选择选用DN500型涡街流量计，其工作原理是当管道中流体介质通过旋涡发生体时，由于局部流速加速而产生旋涡现象。适用范围极广，气体，液体，蒸汽。可测介质温度：防爆 介质：-40度至100度，低温介质;-40度至100度，中温介质：-40度至280度，高温介 质：-40度至350度，公称压力：低压;小于等于1.6MPa-2.5MPa（1）输出信号：电压脉冲；低电平IV,高电平6V（2）标准电流：4-20mA（3） 供电电源：电压脉冲输出：+12VDC/+24VDC4
14、-20mA标准电流输出：+24VDC（4） 环境温度：-30度至+55度（5）相对湿度：5%至90%（6）防护等级：IP65，IP67;（7）防爆等级：Exia ll CT4:（8）表体材料：304,1Cr18Ni9Ti玄装距務 *上游传感齢图3-2涡街流量计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)宽度。相关元件主要技术参数及原理如下：(2) 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。(3) 介质温度W150/C环境温度-2060 C。(4) 使用电压：AC：
15、220 V50Hz/60Hz DC： 24V。(5) 功率：AC： 2.5KW。(6) 操作方式：常闭：通电打开、断电关闭，动作响应迅速，高频率。(1) 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：(2) 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。(3) 其阀体材料为：聚四氟乙烯，有比较强的抗腐蚀能力。(4) 使用电压：AC： 220 V50Hz/60Hz DC： 24V。(5) 功率：AC： 5KW。HIG图3-3 VF4-25型电磁阀3.4 PLC的基本结构PLC专为工业现场应用而设计，采用了典型的计算机结构，主要由中央处理器(CPU)、 存储器(RAM、ROM)、输入输出单元(I/O接口)、电源及编程器等几大部分组成。PLC 的基本结构图如图2-2所示。存储单元输入单元输 出 单 元
