液體攪拌機PLC課程設(shè)計

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1、液體攪拌機控制程序 1 引 言 本設(shè)計圍繞液體攪拌機的控制，選用德國西門子公司的S7-200系列PLC完成攪拌機的變速攪拌任務(wù)。 在煉油、化工、只要等行業(yè)中，多種液體混合是必不可少的工序，而且也是其生產(chǎn)過程中十分重要的組成部分，但由于這些行業(yè)中多為易燃易爆，有毒有腐蝕的介質(zhì)，一直現(xiàn)場工作環(huán)境十分惡劣，不適合人工現(xiàn)場操作，另外，生產(chǎn)要求該系統(tǒng)要具有配料精準、控制可靠等特點，這也是人工操作和半自動化控制所難以實現(xiàn)的，所以為了幫助相關(guān)行業(yè)，特別是其中的中小型企業(yè)實現(xiàn)多種液體混合的自動控制。 在此次設(shè)計中，對于人機交互方式改造系統(tǒng)的操作模式應(yīng)盡量和改造前的相類似，以便于人員的迅速掌握。

2、從企業(yè)的改造要求可以看出在新的控制系統(tǒng)中既需要處理模擬量也需要處理大量的開關(guān)量，系統(tǒng)的可靠性要高，人機交互界面友好，應(yīng)具備數(shù)據(jù)儲存和分析總的能力。 要實現(xiàn)整個液體混合控制系統(tǒng)的設(shè)計，需要從怎樣實現(xiàn)各電磁閥的開關(guān)以及電動機啟動的控制這個角度去考慮，此次設(shè)計就這個問題的如何實現(xiàn)以及選擇怎樣的方法來確定系統(tǒng)方案。 2 設(shè)計內(nèi)容 整個設(shè)計過程是按思想工藝流程設(shè)計，為設(shè)備安裝、運行和保護檢修服務(wù)。設(shè)計的編寫按照國家關(guān)于電氣自動化工程設(shè)計中的電氣設(shè)備常用基本圖形符號（GB4728）及其他相關(guān)標準和規(guī)范編寫。設(shè)計原則主要包括：工作條件；工程對電氣

3、控制線路提供的具體資料。系統(tǒng)在保證安全、可靠、穩(wěn)定、快速的前提下，盡量做到經(jīng)濟、合理、合用，減小設(shè)備成本。在方案的選擇、元器件的選型時更多的考慮新技術(shù)、新產(chǎn)品?？刂朴扇斯た刂频阶詣涌刂?，由模擬控制到微機控制，使功能的實現(xiàn)由一到多而且更加趨于完善。 本次設(shè)計中的液體攪拌機包括：3個進料閥 Y1、Y2、Y3，出料閥Y4，變頻器控制的攪拌機FM，加熱器DH，3個液位器L1、L2、L3。系統(tǒng)要完成的工作過程如下： （1)開始關(guān)Y4，打開Y1進液體A，當(dāng)L3有輸出時，關(guān)Y1。 （2) 打開Y2，同時使攪拌機以轉(zhuǎn)速1攪拌，當(dāng)L2有輸出時，關(guān)Y2。 （3) 打開Y3，同時使攪拌機以轉(zhuǎn)速2攪拌，當(dāng)L1

4、有輸出時，關(guān)Y3。 （4) 攪拌機以轉(zhuǎn)速3攪拌，同時使加熱器DH工作，延時10秒。 （5) 攪拌機停止工作，繼續(xù)加熱10秒。 （6) 停止加熱，打開出料閥Y4，延時10秒，在打開Y4時，Y1、Y2、Y3不能打開。 3 工藝分析及控制要求 3.1 工藝分析 本次設(shè)計的液體混合裝置主要完成三種液體的自動混合攪拌并控制溫度， 此裝置需要控制的元件有：其中L1、L2、L3為液面?zhèn)鞲衅?，液面淹沒該點時為ON。Y1、Y2、Y3、Y4為電磁閥，M為攪拌電機，T為溫度傳感器，H為加熱器。另外還有控制電磁閥和電動機的

5、1個交流接觸器KM。所有這些元件的控制都屬于數(shù)字量控制，可以通過引線與相應(yīng)的控制系統(tǒng)連接從而達到控制效果。 圖3.1 液體攪拌機基本構(gòu)造 3.2 控制要求 本次設(shè)計要完成以下控制要求： （1）初始狀態(tài) 容器是空的，各個閥門Yl、Y2、Y3、Y4均為OFF，液位傳感器L1、L2、L3均為OFF，電動機M為OFF，加熱器H為OFF。 （2）啟動操作 按下啟動按扭，開始下列操作: 1) Y1=Y2=ON，液體A和B同時注人容器。當(dāng)液面達到L2時，L2=ON，使Y1=Y2=OFF，Y3=ON，即關(guān)閉

6、Y1和Y2閥門，打開液體C的閥門Y3。 2) 液面達到L1時，Y3=OFF，M=ON，即關(guān)閉閥門Y3，攪拌機M啟動，開始攪拌。 3) 經(jīng)10s鐘攪勻后，M=OFF，停止攪動，H=ON，加熱器開始加熱。 4) 當(dāng)混合液溫度達到某一指定值時，T=ON，H=OFF，停止加熱，使電磁閥Y4=ON，開始放出混合液體。 5) 液面低于L3時，L3從ON到OFF,再經(jīng)過5s，容器放空，使Y4=OFF，開始下一周期。 （3）停止操作 按下停止鍵，無論處于什么狀態(tài)均停止。 4 液體攪拌機控制的硬件設(shè)計 4.1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計 圖

7、4.1 液體反應(yīng)池控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖 4.2 硬件設(shè)計 圖4.2 液體攪拌機控制的硬件設(shè)計圖 圖4.3 液體攪拌機輸人/輸出接線圖 （1）兩種液體的進人 當(dāng)PLC接通電源后，按下啟動按鈕SB0后，觸點X0接通，由于有微分指令DF，使該路只接通一掃描周期，通過保持指令KP使Y1、Y2輸出繼電器線圈得電并保持，分別與之相接的Y1、Y2電磁閥帶電接通，流進兩種不同成分的液體。 （2）第三種液體的進人 當(dāng)液體達到L2液位傳感器的位置時，X2輸人繼電器接通使Y1、Y2關(guān)閉，同時地址為16的X2接通，利用KP指令使輸出繼電器Y3接通并保持，與之相

8、連的Y3電磁閥得電接通，第3種液體流進液罐。 （3）攪拌機工作 當(dāng)液位到達L1液位傳感器的位置時，該傳感器檢測到該信息，使Xl輸人繼電器線圈得電，在梯形圖中它的X1常開觸點接通，通過KP指令復(fù)位端，使輸出繼電器Y3關(guān)閉，與之相連的硯電磁閥關(guān)閉，同時接通地址為32的X1常開觸點，使代表攪拌機Y5的輸出繼電器接通。 （4）加熱器工作 攪拌機通過Y5的輸出信號得電并開始攪拌，并用TIMY0定時器定時，定時時間為10s。10s到后，地址為45的定時器常開觸點T0接通，使Y6輸出繼電器得電，與之相連的加熱器H這時接通，開始加熱液體，同時關(guān)閉Y5使攪拌機M停止。 （5）混合液體開始排出 當(dāng)液體

9、溫度達到預(yù)定溫度時，溫度傳感器T檢測到該信息，同時梯形圖中地址為47的X4接通使Y6失電，從而使加熱器H關(guān)閉，同時接通地址為51的X4常開觸點，使X4接通，與之相連的Y4電磁閥打開，排出攪拌均勻后的混合液體。 （6）混合液體排完 當(dāng)液位低于L3液位傳感器的位置時，L3液位傳感器由通到斷，使X3也由通到斷，這樣相當(dāng)于一個下降沿，驅(qū)使DF產(chǎn)生一個掃描周期的脈沖，通過KP指令置位端使輔助繼電器R0接通，接通后使定時器TMY1定時，大約5s時間，液體排完。 （7）重復(fù)液體混合過程 重復(fù)液體混合過程是通過并聯(lián)在梯形圖地址為2位置上的定時器TMY1常開觸點實現(xiàn)的。同時T1常開觸點也接通，通過保持保持

10、指令KP使R0復(fù)位，定時器關(guān)閉。 4.3 電氣原理圖設(shè)計 圖4.4 液體攪拌機控制中電動機的工作原理圖 4.4 I/O地址分配 根據(jù)設(shè)備的控制要求及系統(tǒng)的I/O點數(shù)，并考慮富裕量，PLC系統(tǒng)的輸入、輸出元件及I/O地址設(shè)定如下表所示： 表4.1 I/O表 輸入點地址 功能 輸出點地址 功能 X0 SB0啟動按鈕 Y0 報警燈HL X1 L1液位傳感器 Y1 電磁閥Y1 X2 L2液位傳感器 Y2 電磁閥Y2 X3 L3液位傳感器 Y3 電磁閥Y3 X4 T溫度傳感器 Y4 電磁閥Y4 X5 SB

11、1停止按鈕 Y5 攪拌機M X6 FR常閉觸點 Y6 加熱器H Y7 熱繼電器FR 5 PLC程序設(shè)計及過程分析 、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、 （1）當(dāng)按下啟動按鈕后，執(zhí)行以下操作： 1) Y1=Y2=ON，液體A和B同時注人容器。當(dāng)液面達到L2時，L2=ON，使Y1=Y2=OFF，Y3=ON，即關(guān)閉Y1和Y2閥門，打開液體C的閥門Y3。 2) 液面達到L1時，Y3=OFF，M=ON，即關(guān)閉閥門Y3，攪拌機M啟動，開始攪拌。 3) 經(jīng)10s鐘攪勻后，M=OFF，停止攪動，H=ON，加熱器

12、開始加熱。 4) 當(dāng)混合液溫度達到某一指定值時，T=ON，H=OFF，停止加熱，使電磁閥Y4=ON，開始放出混合液體。 5) 液面低于L3時，L3從ON到OFF,再經(jīng)過5s，容器放空，使Y4=OFF，開始下一周期。 （2）當(dāng)按下停止按鈕后，所有工作均停止。 6 結(jié) 論 兩周時間的課程設(shè)計結(jié)束了，我用PLC設(shè)計完成了液體攪拌機的控制程序，達到了控制要求，實現(xiàn)了對液體攪拌機轉(zhuǎn)速的控制。 整個設(shè)計過程是按思想工藝流程設(shè)計，

13、為設(shè)備安裝、運行和保護檢修服務(wù)。系統(tǒng)在保證安全、可靠、穩(wěn)定、快速的前提下，盡量做到經(jīng)濟、合理、合用，減小設(shè)備成本。在方案的選擇、元器件的選型時更多的考慮新技術(shù)、新產(chǎn)品?？刂朴扇斯た刂频阶詣涌刂?，由模擬控制到微機控制，使功能的實現(xiàn)由一到多而且更加趨于完善。 就目前的現(xiàn)狀有以下幾種控制方式滿足系統(tǒng)的要求：繼電器控制系統(tǒng)、單片機控制、工業(yè)控制計算機控制、可編程序控制器控制。繼電器控制系統(tǒng)靈活性差，響應(yīng)速度慢；單片機控制硬件設(shè)計、制作和程序設(shè)計的工作量相當(dāng)大；業(yè)控制計算機控制價格較高，將它用于開關(guān)量控制有些大材小用。可編程控制器(PLC)從上個世紀70年代發(fā)展起來的一種新型工業(yè)控制系統(tǒng)。在PLC已

14、經(jīng)發(fā)展成為不但具有邏輯控制功能、還具有過程控制功能、運動控制功能和數(shù)據(jù)處理功能、連網(wǎng)通訊功能等多種性能，是名符其實的多功能控制器。由PLC為主構(gòu)成的控制系統(tǒng)具有可靠性高、控制功能強大、性價比高等優(yōu)點，是目前工業(yè)自動化的首選控制裝置。 對于本課設(shè)來說，如果液體混合系統(tǒng)部分是一個較大規(guī)模工業(yè)控制系統(tǒng)的改造升級，新控制裝置需要根據(jù)企業(yè)設(shè)備和工藝現(xiàn)況來構(gòu)成并需盡可能的利用舊系統(tǒng)中的元器件。對于人機交互方式改造后系統(tǒng)的操作模式應(yīng)盡量和改造前的相類似，以便于操作人員迅速掌握。從企業(yè)的改造要求可以看出在新控制系統(tǒng)中既需要處理模擬量也需要處理大量的開關(guān)量，系統(tǒng)的可靠性要高，人機交互界面友好，應(yīng)具備數(shù)據(jù)儲存和分析匯總的能力。 7 參考文獻 [1] 李輝.S7—200PLC編程原理與工程實訓(xùn).北京：北京航空航天大學(xué)出版社， 2008 [2] 王永華.現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù).北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2008 [3] 程玉華.S7-200工程實例分析.北京：電子工業(yè)出版社 [4] 羅宇航.流行PLC使用程序及設(shè)計.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2006 [5] 周萬珍.PLC分析與設(shè)計應(yīng)用.北京：電子工業(yè)出版社，2004 11