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1、A、 课程设计目的 . 2 B、 课程设计内容 . 2 1、课题概况说明 . 2 系统总体方案设计 . 5 2.1 系统硬件配置及组成原理 . 6 2.2 系统接线图设计 . 7 2.3.1 液位传感器的选择 . 7 2.3.2 搅拌电机的选择 . 8 2.3.3 电磁阀的选择 . 8 2.3.4 按钮开关的选择 . 8 2.3.5 熔断器的选择 . 9 2.3.6 热继电器的选择 . 9 2.3.7 交流接触器的选择 . 9 2.3.8 电源刀开关 . 9 2.3.9 行程开关 . 错误！未定义书签。 2.3.10PLC 的选择 . 9 2.3.11元件选择 . 10 2.1 程序流程图 .
2、 10 2.2 I/O 地址分配及接线图 . 11 2.2.1 I/O地址分配及功能表 . 11 2.3 操作步骤 . 12 系统调试及结果分析 . 14 4.1 系统调试 . 14 4.2 结果分析 . 14 总结 . 15 课程设计任务书 A、课程设计目的 本课程是机械制造及自动化专业的专业必修课。 课程设计的目的和任务在于使学生掌握 机械设备电器控制的基本知识、基本原理和基本方法 ，以培养学生对电气控制系统的分析和 设计的基本能力。加深学生对课程内容的理解，验证理论和巩固、扩大所学的基本理论知识。 、课程设计内容 1、课题概况说明 1. 总体控制要求：如面板图所示，本装置为三种液体混合模
3、拟装置，由液面传感器 SL1、SL2、SL3,液体 A、B、C 阀门与混合液阀门由电磁阀 YV1 YV2 YV3 YV4,搅匀电机 M 加热器 H,温度传感器 T 组成。实现三种液体的混合，搅匀，加热等功能。 2. 打开“启动”开关，装置投入运行时。首先液体 A、B C 阀门关闭，混合液阀门打 开 10 秒将容器放空后关闭。 然后液体 A 阀门打开，液体 A 流入容器。当液面到达 SL3 时，SL3 接通，关闭液体 A 阀门，打开液体 B 阀门。液面到达 SL2 时，关闭液体 B 阀门，打开液体 C 阀门。液面到达 SL1 时，关闭液体 C 阀门。 3. 搅匀电机开始搅匀、加热器开始加热。当混
4、合液体在 6 秒内达到设定温度，加热器 停止加热，搅匀电机工作 6 秒后停止搅动；当混合液体加热 6 秒后还没有达到设定温度，加 热器继续加热，当混合液达到设任务书 SD 0 YV1 O SL1 0 YV2 O SL2 O YV3 O SL3 O YV4 O T O YKM O V+ O H 0 COM 0 多种薇休怩合装置 定的温度时，加热器停止加热，搅匀电机停止工作。 4. 搅匀结束以后，混合液体阀门打开，开始放出混合液体。当液面下降到 SL3 时，SL3 由接通变为断开，再过 2 秒后，容器放空，混合液阀门关闭，开始下一周期。 5. 关闭“启动”开关，在当前的混合液处理完毕后，停止操作。
5、 电气符号（面扳端子） 功能说明 启动 CSD ） SL1 液位传感龄 SL1 SL2 液位传感黠 SL2 SL3 液位传感器 S1.3 T 温度传感器 1 YV1 进液阀门 A YY2 进液阀门 B m 进液阀门 c YV4 排液阀门 YKM 搅拌电机 H 加热器 2、 设计要求 1） 搅拌电机均为三相异步电动机，功率为 4KW， 2） 控制电路可以手动调整。 3） 必须配有短路和过载保护。 4） 绘制电气原理图，手工绘制，用 A3 图纸； 5） 列出元件明细表，可以打印，用 A3 图纸。 6） 控制电路可以用继电器接触器电路实现，也可以利用 PLC 结合继电器接触器实现; 7） 若采用 P
6、LC 实现，必须画出 PLC 控制系统的接线图（A3,打印）和梯形图。 3、 设计步骤 1） 电动机的选择： 根据设计要求需配备 1 台电动机,4 个电磁阀，根据设计要求查阅相关手册选择电机型 号，注明所查阅的手册的名称、页码。 2） 电气原理图的设计（要求有详细的分析过程） ： (1) 系统工作原理分析 (2) 主电路设计 (3) 控制电路设计 3）电气兀件型号的选择： (1) 电源开关的选择 (2) 热继电器的选择 (3) 接触器的选择 (4) 继电器的选择 (5) 行程开关的选择 (6) 熔断器的选择 (7) 按钮的选择 (8) 变压器的选择（可选用） (9) 指示灯的选择（可选用） (
7、10) PLC 的选择（可选用） 1.概述 1.1 机电传动控制概述 机电传动（又称电力传动或电力拖动）是指以电动机为原动机驱动生产机 械的系统之总称。它的目的是将电能转变为机械能， 实现生产机械的启动、停止 以及速度调节，满足各种生产工艺过程的要求，保证生产过程正常运行。 在现代工业中，为了实现生产过程自动化的要求，机电传动不仅包括拖动 生产机械的电动机，而且包括控制电动机的一整套控制系统。 也就是说，现代机 电传动是和由各种控制元件组成的自动控制系统紧密地联系在一起的， 所以，本 课程被命名为机电传动控制（也称为机械电气控制）。 从现代化生产的要求出发，机电传动控制系统所要完成的任务，从广
8、义上 讲，就是要使生产机械设备、生产线、车间甚至整个工厂都实现自动化；从狭义 上讲，则专指控制电机驱动生产机械，实现产品数量的增加、产品质量的提高、 生产成本的降低工人劳动条件的改善以及能源的合理利用。 例如，一些精密机床 要求加工精度达百分之几毫米，甚至几微米；重型镗床为保证加工精度和控制表 面粗糙度，要求能在极慢的稳速下进给，即要求能在很宽的范围内调速；轧钢车 间的可逆式轧机及其辅助操作频繁，要求在不到一秒的时间内疚能完成从正转到 反转的过程，即要求能迅速地启动、制动和反转；对于电梯和提升机，要求启动 和制动平稳，能并能准确地停止在给定的位置上； 对于冷、热连轧机以及造纸机 的各机架或各部
9、分，要求它们的转速保持一定的比例关系，以便进行协调运转； 为了提高效率，要求对由数台或数十台设别组成的生产自动线实行统一控制和管 理。诸如此类要求，都是靠电动机及其控制系统和机械传动装置来实现的。 在近代机械工业的发展过程中，机电传动的发展，经历了一个复杂的过程： （1）电机的拖动的发展过程如下: (2) 控制系统的发展过程如下: 由整个发展过程，不难看出，随着机械加工要求不断提高，机电传动控制 系统的复杂度也在不断增加。本课程的重点在与控制部分，如何利用电气元件或 计算机控制电气来拖动机械实现所要求的功能。 在设计控制系统时，就要求设计 人员对执行元件(电动机)、控制元件的熟练掌握与运用，同
10、时也要求对控要求 进行了解。 1.2 课程设计 此次，我们小组设计的题目是“多种液体混合装置的 PLC 控制”本次设计 是以三种液体混合为例，将三种液体按一定的比例混合，在加热搅拌后达到一定 的温度才能将混合液体输出容器，从而达到精确的自动控制，此次设计主要内容 包括：I/O 分配，梯形图，接线图，电气原理图等，经过多次修改和调试，最终 实现题目要求。 第二章系统总体方案设计 根据设计要求，本系统为两种液体自动混合，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
11、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，停止进入。搅拌机 进行搅拌，一分钟后搅拌均匀，停止搅拌，放出液体。液体放出达到一定值时停 止放出。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。 下面就是系统总体的设计方案。 2.1系统硬件配置及组成原理 随着科学技术的猛速发展，自动控制技术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。在炼油、化工、制药、饮料等行业中，多种
12、液体混合是必不可少的程序，而 且也是其生产过程中十分重要的组成部分。 我准备设计一个可以将两种食用液体自动混合成饮料的控制装置， 两种饮料 分别命名为液体 A 和液体 B。基本的设计硬件如下表所示： 表 2-1 设计硬件选择 名称 型号 数量 微型计算机 专用计算机 1 台 PLC 主机单元 二菱 FX 系列 1 台 两种液体自动混合单兀 配套 1 台 通信电缆 配套 若干 液体混合控制装置控制的模拟实验面板图如图 2-1 所示，此面板中，液面传 感器用钮子开关来模拟，启动、停止用动合按钮来实现，液体 A 阀门、液体 B 阀门、混合液阀门的打开与关闭以及搅匀电机的运行与停转用发光二极管的点亮
13、与熄灭来模拟 如图 2-2 为搅拌机的立体示意图 2.2系统接线图设计 表 3-3 输入/输出接线列表 面板 SB1 SB2 H I L YV1 YV2 YV3 KM PLC X000 X001 X002 X003 X004 Y001 Y002 Y003 Y000 2.3 硬件选择 2.3.1 液位传感器的选择 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
14、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) 开关电压为 24V DC （6）切换电流为 0.5A。 232 搅拌电机的选择 因为设计要求功率 4kw,选用丫112M-4 型电动机。相关元件主要技术参数及 原理如下： 1） Y112M-4 系列电动机是一般用途封闭自冷式三
15、相异步电动机。 2） 额定电压为 380V,额定频率为 50Hz,功率为 4KW 采用星形接法。 3） 电动机运行地点的海拔不超过 1000m 随季节变化，但不超过 40 C 4） Y112M-4 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。 2.3.3 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（mr）i 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w 150/ T环境温度-2060 Co
16、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，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 2.3.4按钮开关的选择 按钮开
17、关型号为 KH-2204 且 SB1 为绿色按钮，因为是启动按钮，SB2 是红色按 钮，因为是停止按钮。 235熔断器的选择 根据选择出的电机型号，可大致计算该电机工作时的最大电流： i =P =48 =IOA再根据以下经验公式，计算出所需熔断器的最大允许电流值 单支路怙十52 讣 : 多支路.52.5）maxt2N：TN=25A，所以 FU RL-60/25,最大熔断电流 25A； 2.3.6热继电器的选择 根据前面算出的电动机工作电流，查2可直接选出热继电器，得如下结果 FR LR1-D09310 整定电流范围 46; 2.3.7交流接触器的选择 根据前面计算出的电动机工作电流值，可知交流
18、接触器的工作电流应在 25A 以 内， 所以热继电器型号为：14JR20-25 2.3.8电源刀开关 而在整个设计中，我们用到了一个刀开关，总闸一个（即控制电源，又控制照明 灯）。故总闸刀开关 QS 选用蓝色；查2选择刀开关如下：QS: DZ20-100/3，蓝 2.3.9PLC的选择 在本控制系统中，所需的开关量输入为 5 点，开关量输出为 4 点，考虑到 系统的可扩展性和维修的方便性，选择模块式 PLC 由于本系统的控制是顺序控 制，选用西门子 S7-200 系列 PLC 作控制单元来控制整个系统。之所以选择这种 PLC，主要考虑 S7-200 系列 PLC 有以下特点： 1）丰富的指令系
19、统。除能实现一般的逻辑控制外，还可进行运动控制、复 杂数据处理，甚至可直接控制变频器实现电动机调速控制。 而且各类 PLC 产品的 指令系统都具有向上兼容性，便于应用程序的移植。 （2） 快速的 CPU 处理速度、大程序容量。 （3） 大的网络通信功能。可直接连接调制解调器，可方便地与其他 PLC 或 上位机连成通信网络，通过上位计算机对生产现场的 PLC 进行实时监控。在生产 规模较大，所控制的机床达到两台以上时，可采用 1： n 上位链接通信方式，用 一台计算机管理多台床，构成一个二级分布式集一散控制系统。 （4）编程及监控功能强大、维护简单、价格适中。 2.3.11元件选择 元器件明细表
20、 2-2 名称 型号 数量 备注 按钮开关 KH-2204 2 个 液位传感器 LSF-2.5 3 个 搅拌电动机 Y112M-4 1 个 电磁阀（入液罐） VF4-25 2 个 电磁阀（出液罐） AVF-40 1 个 接触器 CJX1-9/220V 1 个 电源开关 DZ20-100/3 1 个 热继电器 14JR20-25 2 个 继电器 LR1-D09310 3 个 行程开关 JLXK1-311M 1 个 熔断器 RL-60/25 3 个 2.软件设计 2.1 程序流程图 图 2-1 程序流程图 2.2 I/O 地址分配及接线图 2.2.1 I/O 地址分配及功能表 序号 PLC 地址（
21、PLC 端子） 电气符号（面板端子） 功能说明 1 X00 SD 启动（SD） 2 X01 SL1 液位传感器 SL1 3 X02 SL2 液位传感器 SL2 4 X03 SL3 液位传感器 SL3 5 X04 T 温度传感器 T 6 Y00 YV1 进液阀门 A 7 Y01 YV2 进液阀门 B 8 Y02 YV3 进液阀门 C 9 Y03 YV4 排液阀门 10 Y04 YKM 搅拌电机 11 Y05 H 加热器 12 主机 COM 面板 COM 接电源 GND 电源地端 13 主机 COM0 COM1 COM2 COM3 COM4 COM5 接电源 GND 电源地端 14 面板 V+接电
22、源+24V 电源正端 2.2.2 PLC外部接线 图 2-2 外部接线图 2.3 操作步骤 1. 检查课设设备中器材及调试程序。 2. 按照 I/O 端口分配表或接线图完成 PLC 与课设模块之间的接线， 认真检查，确保正 确无误。 3. 打开示例程序或用户自己编写的控制程序， 进行编译，有错误时根据提示信息修改， 直至无误，用 SC-09 通讯编程电缆连接计算机串口与 PLC 通讯口，打开 PLC 主机电源开关， 下载程序至 PLC 中，下载完毕后将 PLC 的“ RUN/STOP 开关拨至“ RUN 状态。 4. 打开“启动”开关，SL1、SL2、SL3 拨至 OFF 观察液体混合阀门 Y
23、V1、YV2、YV3 YV4的工作状态。 5. 等待 20S 后，观察液体混合阀门 YV1、YV2 YV3 YV4 的工作状态有何变化，依次将 SL1、SL2、SL3 液面传感器扳至 ON 观察系统各阀门、搅动电机 YKM 及加热器 H 的工作状态。 6. 将测温传感器的开关打到 ON 观察系统各阀门、搅动电机 YKM 及加热器 H 的工作状 态。 7. 关闭“启动”开关，系统停止工作。 2.3.1 PLC 程序SL2 isBl KOO KOI K02 XO4 KOS YOO YO1 Y02 Y03 YO4 Y05 YV3 YV4 YKM W1 FR V -L YV2 67 75 END M8
24、000 卄 xooo 卄 TO 折 (M7 10 22 35 43 52 56 TO X003 X003 卄 X002 卄 X001 T卜 X001 T卜 MO Ml n M5 U M2 Y005 Y004 M7 u Y003 T2 M5 M6 X004 HF T2 TO X003 T3 K100 (TO ) (YOOO X002 X001 M6 M6 折 CNP K60 T1 (Y001 (Y002 Y004 Y005 K60 (T1 MO X004 HF (M5 M5 T3 折 xooo 卄 K60 (T2 (M6 (Y003 X001 卄 X002 卄 X003 卄 K20 (T3 )
25、第四章系统调试及结果分析 4.1系统调试 运用调试程序进行系统静调。模拟两种液体混合装置的操作过程，对控制程 序作一些改动，使之变成可连续运行的调试程序。具体作法如下： 设 PLC 进入运行方式后： 经过一定的准备时间，模拟按下启动按钮， 丫001 的指示灯亮； 一段时间后，液面上升到 I 位置，丫001 的指示灯灭，Y002 的指示灯亮； 一段时间后，液面上升到 H 位置，丫002 的指示灯灭，Y000 的指示灯亮； 一段时间后，丫000 的指示灯灭，Y003 的指示灯亮； 一段时间后，液面低于 L 位置，丫003 的指示灯灭，丫001 的指示灯亮，当前 操作周期结束，自动进入下一个操作周期
26、。 在系统运行过程中，模拟按下停止按钮，所有运行立即结束。 调试结束。 4.2结果分析 基于以上设计与调试，多种液体混合装置的系统设计基本结束。测试结果满 足课题给定要求。 第五章总结 此次机电传动控制课程设计是非常难得的一次理论与实践相结合的机会， 通 过这次对“课题十八 多种液体自动混合装置的 PLC 控制”的设计使我摆脱了单 纯理论学习的状态，和眼高手低的毛病。通过本次 PLC 的课程设计，使我了解到 PLC的重要性。 机电传动控制是一门极其重要的课程，他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，尤其是 PLC 技术越 来越受人们广泛应用。
27、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，在此次设计中，我们遇到了许多困难，通过对自身的查找，我找出 几点不足之处： 1） 不会利用查翻资料。在理论课学习过程中，老师曾经给过我们很多关于 PLC 的参考资料。而我没有去充分利用。在老师的提示下，我才如获至宝。 2） 学习认真程度不够，基础相对薄弱。 通过这次课程设计。我学会了 PLC 的基本编程方法，对 PLC 的工作原理和使 用方法也有了更深刻的理解。在对理论的运用中，提高了我的科学文化素质，在 没有做实践设计以前，我们对知识的撑握都是理论上的，对一些细节不加重视， 当我们把自己想出来的程序用到 PLC 中的时候，问题就出现了。这样，我就只能 一个一个问题的去解决，通过查阅资料和询问老师，使得我对 PLC 的理解得到 加强，看到了实践与理论的差距。 最后通过本次课程设计，使我了解了 PLC 控制技术在工业应用和工业生产中 的 重要地位。因此，学好这门课程十分重要。 1. PIC 基础及应用教程 2. 机电传动控制 3. 机电一体化系统设计课程设计指导书 4. 机械设计课程设计 参考文献
