两种液体混合控制装置PLC文档格式.docx
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利用西门子PL3C的S7-200系列设计两种液体混合装置控制系统。
在实验之前将容器中的液体放空,按动启动按钮SB1后,电磁阀Y1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Y1断电关闭,而电磁阀Y2通电打开,液体B流入容器。
当液位达到L1时,液位传感器L1接通,这时电磁阀Y2断电关闭,同时启动电动机M搅拌。
1分钟后电动机M停止搅拌,这时电磁阀Y3通电打开,放出混合液去下道工序。
当液位高度下降到L3后,再延时2s电磁阀Y3断电关闭,并同时开始新的周期。
需要完成的内容有:
1)编写输入输出对照表。
包括信号名称、外部元件号、内部继电器号;
2)绘制PL3C外部接线图;
3)绘制功能流程图;
4)编写、调试梯形图或语序表。
图1-1两种液体混合装置
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,需要一个完整的控制流程,运用PL3C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
PL3C主机单元
西门子S7-200系列
两种液体自动混合单元
配套
通信电缆
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与熄灭来模拟。
如图2-2为搅拌机的立体示意图。
图2-1液体混合控制装置控制的模拟实验面板图
图2-2 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
L1
I
L3
Y1
Y2
Y3
KM
PLC
I0.3
I0.4
I0.1
I0.2
Q0.3
Q0.0
Q0.1
Q0.2
第三章控制系统设计
3.1估算
首先统计被控设备对输入、输出点的总需求量,把被控设备的信号源一一列出,认真分析输入、输出点的信号类型。
在初始状态时,根据要求要实现液体的自动混合导出控制,在开始操作之前,各阀门必须为关闭状态,容器为空。
此时液体控制电磁阀Y1=Y2=Y3=OFF状态;
传感器L1=L2=L3=OFF状态;
电动机M为关闭状态。
在启动操作中,当装置和液体的都准备好之后,按下启动按钮,开始下列操作:
1)Y1=ON,液体A流入容器;
当液面到达L2时,Y1=OFF,Y2=ON;
2)液体B流入,液面达到L1时,Y2=OFF,M=ON,电动机开始进行液体的充分混合搅拌;
3)当混合液体搅拌均匀后(设时间为4s),M=OFF,Y3=ON,开始放出混合液体;
4)当液体下降到L3时,L3从ON变为OFF,把时间控制为再过2s后容器放空,关闭Y3,Y3=OFF完成一个操作周期;
5)在只要没有按停止按钮的状态下,则自动进入下一个循环操作周期。
在停止操作中,当工作完成之后需要关闭系统,按一下停止按钮,则在当前混合操作周期结束后,才停止操作。
从而使系统停止在开始状态,以便下次启动系统时能够顺利的开始系统的循环。
根据以上分析,对PL3C来说,需要提供5个输入点和4个输出点。
除了以上的输入输出点意外,PL3C与计算机、打印机、CRT显示器等设备连接,需要用专用接口,也应计算在内。
考虑到在实际安装、调试和应用中,还有可能发现一些估算中未预见到的因素,要根据实际情况增加一些输入、输出信号。
因此,要按估计数再增加15%―20%的输入、输出点数,以备将来调整、扩充使用。
综上所述,I/O估算为:
输入点点数为8,输出点点数为7。
3.2硬件电路设计
3.2.1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24VDC
(6)切换电流为0.5A
3.2.2搅拌电机的选择
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
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≤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。
其硬件接线如图2。
图2硬件接线
3.2.3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。
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≤150℃/环境温度-20~60°
C。
3)使用电压:
AC:
220V50Hz/60Hz
DC:
24V。
4)功率:
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)
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。
5KW。
3.2.4接触器
选用CJ20-10/CJ20-16型接触器
其中“C”表示接触器,“J”表示交流,20为设计编号,10/16为主触头额定电流
(1)操作频率为1200/h
(2)机电寿命为1000万次
(3)主触头额定电流为10/16(A)
(4)额定电压为380/220(A)
(5)功率为2.5KW
3.3选型
PL3C的型号、规格繁多,根据前面的I/O估算,再查阅《西门子PL3C编程手册》中的相关表格,确定PL3C选型。
因为点数在30以内,所以选择S7-200系列。
3.4分配表设计
在了解了系统工艺要求和控制要求后,接着要做的就是将I/O通道分配给PLC的指定I/O端子,具体如表3-2所示。
表3-2I/O分配表
分类
元件
端子号
作用
输
入
起动按钮
停止按钮
液面高位传感器
L2
液面中位传感器
液面低位传感器
出
M
搅拌电动机
液体A流入电磁阀
液体B流入电磁阀
放出混合液体电磁阀
3.5外部接线图设计
图3-1PLC外部接线图
图3-2装置操作面板
如图3-1所示,PL3C外部接线图左边一排为输入,其中I0.3,I0.1,I0.3,I0.2,I0.4分别与SB1,SB2,L1,L2,L3相连;
右边一排为输出,其中Q0.2,Q0.0,Q0.1,Q0.3分别与Y1,Y2,Y3,KM相连。
如图3-2所示起停按钮P1,P2分别与主机的I0.3,I0.4相连,液面传感器P3,P4,P5分别与主机的输入点I0.1,I0.3,I0.2相接,液体A阀门,液体B阀门,混合液体阀门和搅拌机P6,P7,P8,P9分别与主机的输出点Q0.0,Q0.1,Q0.3,Q0.2相连。
3.6控制程序流程图设计
图3-3控制程序流程图
3.7控制程序设计
根据系统的要求及I/O通道分配,写出继电器梯形图,如图3-4所示。
具体设计思路如下:
1)起始操作
在按启动按钮I0.3之后,使Q0.2得电,断开电磁阀Y1,从而使液体A流入容器。
2)当液位上升到I时
当液面上升到I时,I0.2由OFF变为ON,使Q0.2复位,关闭电磁阀Y1。
同时使Q0.0置位,断开电磁阀Y2,从而使液体B流入容器。
3)当液位上升到L1时
当液面上升到L1时,I0.1由OFF状态变为ON状态,使Q0.0复位,关闭电磁阀Y2。
同时使Q0.3置位,启动搅拌机M。
此时启动定时器T37,4s后T37动作,使Q0.3复位。
4)搅拌均匀后放出混合液体
在Q0.3的下降沿通过后沿微分指令DIFD使Q0.1置位,断开电磁阀Y3,开始放出混合液体。
5)当液位下降到L3时
当液位下降到L3时,Q0.1由ON变为OFF,启动器T38,2s后使Q0.1复位,关闭电磁阀Y3,此时电磁阀已放空。
6)自动循环工作
在没有按停止按钮I0.4的情况下,系统将在T38的记时时间到了时,使Q0.2置位,自动进入下一操作周期。
从而实现混合液体PL3C自动控制的循环工作。
7)停止操作
当按下停止按钮时,停止按钮I0.4为ON状态,不能使电磁阀Y1断开,系统执行完本周期的操作后,将自动停留在初始状态。
使用S7-200西门子简易编程器编入梯形图,如下所示。
3.8创新设计内容
此次设计过程中,我有一些自己的想法。
1)搅拌桶内的液位传感器的可靠性不强,可以试着改为灵敏性强、可靠性高的检测仪器。
避免因为输入液体时,飞溅的液体触碰到液位传感器而导致发出错误信号。
2)在电路中提供一个备用电源,这样做的目的就是保证掉电之后也能使系统完成该周期的工作,从而保证系统在完成当前周期的操作时,停止在初始状态,使容器为空。
以便在恢复电源后能顺利的从第一步开始进行循环。
这样就避免了在混合某些化学物质,比如具有腐蚀性的物质时。
因为掉电,长时间储存在容器中,从而造成对装置的腐蚀或损坏;
也避免了引起环境污染的可能。
同时取代了掉电保持这样一个麻烦和考虑不周的过程。
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PL3C进入运行方式后:
经过一定的准备时间,模拟按下启动按钮,Q0.2的指示灯亮;
一段时间后,液面上升到I位置,Q0.2的指示灯灭,Q0.0的指示灯亮;
一段时间后,液面上升到L1位置,Q0.0的指示灯灭,Q0.3的指示灯亮;
一段时间后,Q0.3的指示灯灭,Q0.1的指示灯亮;
一段时间后,液面低于L3位置,Q0.1的指示灯灭,Q0.2的指示灯亮,当前操作周期结束,自动进入下一个操作周期。
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,两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PL3C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PL3C的课程设计,使我了解到PL3C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PL3C技术越来越受人们广泛应用。
因此学会和运用PL3C,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PL3C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PL3C的基本编程方法,对PL3C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PL3C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PL3C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PL3C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。
参考文献
【1】S7-200PLC编程及应用/廖常初/机械工业出版社/2007.8
【2】PLC编程理论、算法及技巧/宋伯生/机械工业出版社/2005.2
【3】可编程序控制器的编程方法与工程应用.廖常初.重庆大学出版社
【4】可编程序控制器及其应用.万太福.重庆大学出版社
【5】毕业设计指导.刘祖润.机械工业出版社
【6】新旧电气图形符号对照读本.本书编写组.兵器工业出版社
【7】电力拖动与控制.谢桂林.中国矿业大学出版社
【8】工厂常用电气设备手册(上、中、下).本书编写组.水利电力出版社。
附录
一、主流程图
二、电气控制图
三、控制面板
四、电气接线图
- 配套讲稿:
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- 关 键 词:
- 液体 混合 控制 装置 PLC