1、电气控制技术课程设计任务书设计题目： 两种液体混合装置控制系统设计 一、设计目的进一步巩固理论知识，培养所学理论知识在实际中的应用能力；掌握一般生产电气控制系统的设计方法；掌握一般生产电气控制系统的施工设计、安装与调试方法；培养查阅图书资料、工具书的能力；培养工程绘图、书写技术报告的能力。二、设计任务及要求掌握 PLC 工作原理、编程及调试方法及应用技术；根据控制要求，制定合理的设计方案；.正确选用 PLC，确定输入、输出设备；PLC 的 I/O 点分配，并绘制其连接图，以及其它外部硬件图；设计 PLC 控制程序；绘制有关图纸；编制设计说明书。三、控制要求本装置为两种液体混合装置，SL1、SL
2、2、SL3 为液面传感器，液体 A、B 阀门与混合液阀门由电磁阀 YV1、YV2、YV3 控制，M为搅匀电机，控制要求如下：初始状态：装置投入运行时，液体 A、B 阀门关闭，混合液阀门打开 20s 将容器放空后关闭。启动操作：按下启动按钮 SB1，装置就开始按下列约定的规律操作：液体 A 阀门打开，液体 A 流入容器。当液面达到 SL2 时，SL2 接通，关闭液体 A 阀门，打开液体 B 阀门。液面达到SL1 时，关闭液体 B 阀门，搅匀电机工作 1min 停止搅动，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 20s 后，容器放空，混合液阀门关闭
3、，开始下一周期。停止操作：按下停止按钮 SB2 后，在当前的混合液操作处理完毕后，才停止操作(停在初始状态上)。四、设计时间安排查找相关资料（1 天）、设计并绘制系统原理图（2 天）、设计 PLC 控制程序（2 天）、模拟调试（2 天）、编写设计报告（2 天）和答辩（1 天）。五、主要参考文献1.黄永红.电气控制与 PLC 应用技术, 北京: 机械工业出版社, 2011.2.王建华. 电气工程师手册, 北京: 机械工业出版社, 2006.3.吴晓君. 电气控制课程设计指导, 北京: 中国建材工业出版社, 2007.指导教师签字： 年 月 日两种液体混合装置控制系统设计摘要经过一学期的电气控制技
4、术的学习，主要掌握可编程控制器 PLC 的特点及运用。PLC 具有抗干扰能力强，可靠性高，结构简单通用性强，编程方便，扩展能力强等特点。能够实现逻辑控制，定时器数控制，顺序控制，数据处理，通信和连网等应用。现在进行两种液体混合装置控制系统的设计. 可编程控制器液体自动混合控制可以使我们的操作越来越方便。根据要求，设置一个 PLC控制程序，能实现两种液体混合控制，其中用液面传感器，来实现起电磁阀的控制，首先做出梯形图，在电脑上进行仿真 ，之后调试，进行外部接线，实现液体混合控制。在整个设计过程中，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件，软件选用到系统的设计过程， （包括设计方案，
5、设计流程，设计要求，梯形图，外部链接等）目的在对其中的设计及制作过程做简单的介绍和说明。 关键字：PLC，梯形图，液面传感器目录第一章 绪论 .11.1 引言 11.2 课程设计及初步分析 3第二章 总体设计 .32.1I/0 分配表 .42.2 元件清单 42.3 电气主接线图 52.4 液体混合装置输入输出接线图 62.5 可编程控制器梯形图 72.6 电脑仿真 .10第三章 总结 14参考文献 .15- 1 -第一章 绪论1.1 引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
6、、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,液体自动混合配料势必成为摆在我们眼前的一大课题。多种液体混合搅拌用于灌装各种各样的瓶装饮料，使用于大中型饮料生产厂家。早期的灌装机械大多数采蠕动泵式、用容积泵式作为计量方式。它具有效率高，功能强，加工质量高等特点，是
7、当今世界的前沿课题，但还是存在一些问题。该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些探
8、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- 2 -（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系统中
9、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。系统的可靠性要高。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，需要从怎样实现多个电磁阀的开关以及电动机启动的控制这个角度去考虑，现在就这次课程设计如何来实现以及选择怎样的方法来确定系统方案。 - 3 -1.2 课程设计及初步分析两种液体 A.B 混合装置，SL1.SL2,SL3 为液面传感器，液体 A.B 阀门与混合液阀门由电磁阀 YV1,YV2.YV3 控制，M 为搅匀电机，控制要求
10、 ;当按下启动按钮 SB1,装置就开始按下列约定的规律操作：液体 A 阀门打开，液体 A 流入容器 。当液面达到 SL2,时，SL2 接通，关闭液体 A 阀门，打开液体 B 阀门。液体达到 SL1，关闭液体 B 阀门，搅匀电机工作 1min 停止搅动，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 20S 后，容器放空，混合液阀门关闭，开始下一周期。停止操作：按下停止按钮 SB2 后，在当前的混合液操作处理完毕后，才停止操作（停在初始状态上） 。利用西门子 PLC 的 S7-200 系列来设计两种液体的混合装置控制。根据要求，本系统为两种液体的自动混
11、合需要对各种液体的液面的高度监控，所以，需要运用到传感器进行液面高度的监控。各种液体入池到一定的液面后停止注入，需要相应的电磁阀来控制，而入池的搅拌则需要电动机的控制。需要一个完整的过程，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 种液体开始进入容器，当达到液面 SL1 时，A 种停止注入，同时液体 B 开始进入容器，当达到液面SL2 时， B 种液体停止进入，此时搅拌机开始工作，1min 后停止搅拌，开始放出混合液体。直到放完才停止放出。接着进行进行下个循环。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。液体传感器的工
12、作原理是：当没有液体时，液体传感器没信号，处于断开状态，当液体淹没液面传感器时，液面传感器为闭合。第二章 总体设计在此设计中，液面传感器用开关来模拟，启动，停止按钮各需要一个，液体 A 阀门，B 阀门及混合液阀门的打开及关闭和搅拌机的运行和停止用二极管的点亮与熄灭来模拟。- 4 -面板 SB1 SB2 L1 L2 L3 Y1 Y2 Y3 M3PLC I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 I0.4 Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3表 2-1 输入/输出接线列表首先对于 PLC 来说，输入点有 5 个，输出点有 4 个，除此之外，PLC 还要与计算机等设备相连，也应计算在内。考虑到在实际安
13、装、调试和应用中，还有一些估算中未预见到的因素，要根据情况增加一些输入、输出信号。所以，采用 S7-200 系列 CPU224。它具有 14 个输入点，10 个输出点。可以满足要求。2.1I/0 分配表分类 继电器 元件 作用I0.0 SB1 启动按钮I0.1 SB2 停止按钮I0.2 L1 液面低位传感器I0.3 L2 液面高位传感器I0.4 L3 液面中位传感器输入I0.5 KH 过载保护Q0.0 YV1 液体 A 阀门Q0.1 YV2 液体 B 阀门Q0.2 YV3 混合液体 C 阀门输出Q0.3 M 搅拌机2.2 元件清单序号 名称 标注名 型号 个数1 启动按钮 SB1 LAY39
14、1- 5 -2 停止按钮 SB2 LAY39 13 液面传感器 L1,L2,L3 LSF-2.5 34 电磁阀 YV1,YV2,YV3 VF4-25 35 搅拌机 M EJ15-3 16 熔断器 FU1,FU2 RT18-32/2 27 CPU CPU224 CPU224 18 接触器 KM1 CJ20-10 12.3 电气主接线图本次设计中的混合液体搅拌由电动机 M 启动。带有短路保护、过载保护等，短路保护由 FU 熔断器来实现保护功能，过载保护由 FR 热继电器来实现其保护功能。当液体倒到 SL2 时，KM 接通，搅拌电机开始运行。液体混合装置的主电路图如图 2-2 所示。图 2-2 电气
15、主电路- 6 -2.4 液体混合装置输入输出接线图（1）启动操作按下启动按钮 SB1，YV1 通电并自锁，液体 A 流入容器。（2）液面上升到 SL1当液位高度达到 SL1 时，液位传感器 L1 接通，此时电磁阀 YV1 断电关闭，而电磁阀 YV2 通电接通，液体 B 流入容器。(3) 液面上升到 SL2液位达到 SL2 时液位传感器 L2 接通，这时电磁阀 YV2 断电关闭，同时启动电机 M 搅拌。(4) 搅匀后排放混合液体1 分钟后电动机 M 停止搅拌，这时电磁阀 YV3 通电打开，放出混合液体去下道工序。当液位下降到 SL3 后，再延时 20s 使电磁阀 YV3 断电关闭，并自动开始新的
16、周期。 (5) 停止操作按下停止按钮 SB2，在当前的操作处理完毕后停止操作。总控制输入输出接线图如图 2-3 所示。- 7 -图 2-3 总控制输入输出接线图2.5 可编程控制器梯形图根据系统控制流程图所表达出的各控制对象的动作顺序，相互间的制约关系。在明确 PLC 寄存器空间分配，确定专用寄存器的基础上，进行控制系统的程序设计，包括主程序编制，各功能子程序的编制，其他辅助程序的编制。本次设计利用经验设计的方法进行在整体上将继电器转化成对输出线圈的控制，然后进行细节修改。本次设计的 PLC 梯形图网络 1 中可以实现启动和停止该程序。当按下 I0.0,中间继电器 M1.0 线圈得电，它的常开
17、触点闭合，形成自锁。线圈 M1.0 就一直得电。只有按下 I0.1时，线圈 M1.0 才会失电，程序停止。梯形图如 2-4 所示。- 8 -图 2-4中间继电器亦称通用辅助继电器，位于 PLC 存储器的为存储器，它的 PLC中没有外部的输入端子或者输出端子与之相对应，只用来存储 PLC 内部中间变量，相当于继电器控制系统的中间继电器。它不受外部信号的直接控制，其触点也不能直接驱动外部负载。它主要用在程序设计中处理逻辑控制任务。特殊继电器 SM0.1 首次扫描时为 ON，以后为 OFF。此时线圈 M0.0 得电。形成自锁。如图 2-5 所示。图 2-5特殊继电器（SM）是指特殊功能或用来存储系统
18、的状态变量。有关控制参数和信息的存储单元，是用程序和系统程序交换信息的界面，用户可以通过特殊继电器来建立 PLC 与被控制对象之间的关系，如可以读取程序运行过程中设备状态和运算结果信息，利用这些信息实现一些特殊的控制动作。由网络 1 和网络 2 可知，线圈 M0.1 和 Q0.0 已经得电。此时液体 A 开始向容器注入。当液体 A 达到液面 L1 时，按下 I0.2 线圈 M0.2 和 Q0,1 得电，液体 A 停止进入，液体 B 开始注入。如图 2-6 所示。- 9 -图 2-6当按下 I0.3(液面传感器 L2)，线圈 M0.3 和 Q0.3 及定时器 T37 得电，形成自锁。此时搅拌机
19、M 开始工作，搅拌 1min 后，T37 常开触点得电，线圈 M0.4得电，形成自锁。同时线圈 M0.4 常闭触点失电，线圈 M0.3 和 Q0.3 及定时器T37 失电.如图 2-7 所示。图 2-7线圈 M0.4 得电后线圈 Q0.2 得电，形成自锁。此时混合液体开始放出。如图2-8 所示。- 10 -图 2-8当液面下降到中位液面传感器位置时，按下 I0.4，传感器由接通到断开，线圈 M0.5 和定时器 T38 得电，与此同时线圈 M0.4 失电。20s 后 T38 常闭触点断开，线圈 M0.5 失电，此时线圈 M0.4 和 M0,5 都失电，则输出 Q0.2 也失电，混合液放完，进行下
20、一个循环。如图 2-9 所示。图 2-92.6 电脑仿真经过仔细检查梯形图后，没有错误，在电脑上进行模拟仿真，来确定实现设计功能。重点提高运用 PLC 设计实际控制系统的能力，通过仿真器对自己设计好的程序进行的方针和修改，用户实验室提供法的设备和器件实现所设计的内容并调试通过。- 11 -我经过调试后我设计的梯形图满足设计要求。按动启动按钮 SB1 后，电磁阀 YV1 通电打开，PLC 输出 Q0.0 工作状态指示灯亮，液体 A 流入容器。如图 2-10 所示。图 2-10当液位高度达到 L1 时，液位传感器 L1 接通，此时电磁阀 YV1 断电关闭，而电磁阀 YV2 通电接通，PLC 输出
21、Q0.1 工作状态指示灯亮,PLC 输出 Q0.0 工作状态指示灯灭，液体 B 流入容器。如图 2-11 所示。图 2-11液位达到 L2 时液位传感器 L2 接通，电磁阀 YV2 断电关闭，同时启动电机M 搅拌。PLC 输出 Q0.1 工作状态指示灯灭，PLC 输出 Q0.3 工作状态指示灯亮。如图 2-12 所示。- 12 -图 2-121 分钟后电动机 M 停止搅拌，这时电磁阀 YV3 通电打开，PLC 输出 Q0.3 工作状态指示灯灭，输出 Q0.2 工作状态指示灯亮，放出混合液体。如图 2-13 所示。图 2-13- 13 -液体 L3 后，再延时 20s 使电磁阀 YV3 断电关闭
22、，PLC 输出 Q0.2 工作状态指示灯灭，并自动开始新的周期。若按 SB2 按钮系统停止运行.如图 2-14 所示。图 2-14- 14 -第三章 总结通过本次的毕业设计，我对可编程序控制器有了一个全新的认识。了解了可编程序控制器的基础知识，以及怎样根据实际要求来设计一套程序等。本次课程设计，在老师的指导下，我们先根据其主电路图详加分析，分析出 I/O 分配及接线。根据其输入和输出的个数，确定 CPU 的型号。在画出它的梯形图，分析无误后，进行软件仿真。此次液体混合装置的设计给我奠定了一个实践基础，我会在以后的学习当中把我学到的用到我们现实的生活中去，学以致用，方能见成效。- 15 -参考文献1梅丽凤.电气控制与 PLC 应用技术 机械工业出版社. 20052欧阳三泰欧阳希周琴. 可编程控制器发展综述J.机床电器.2005.13王建华. 电气工程师手册, 北京: 机械工业出版社, 2006.4吴晓君. 电气控制课程设计指导, 北京: 中国建材工业出版社, 2007.5黄永红.电气控制与 PLC 应用技术, 北京: 机械工业出版社, 2011.
