液体混合装置控制.docx

咸阳职业技术学院毕业设计姓 名： 刘振博学 号： 2012203259系 部： 机电工程专 业：机电一体化_设计题目：液体混料罐的PLC控制指导教师： 郭德龙2014年10月30日内容摘要液体混合装置在工业生产中扮演着重要的角色，保障液体混合装置安全、可靠的运 转，并提高该系统的自动化水平是本次设计的首要目标随着PLC技术的日趋完善以及 PLC在实际工程自动化控制领域中所表现出来的高可靠性、高稳定性等优点逐渐显现， 其在自动化控制领域的应用也越来越广泛将PLC应用于工业混合搅拌设备，使得搅拌 过程实现了自动化控制、并且提升了搅拌设备工作的稳定性，为搅拌机械可靠、安全、 有序的工作提供了强有力的保障本文所介绍的两种液体混合装置的PLC控制程序可进 行连续自动循环工作，在设计的过程中充分进行了设备运行的可靠性分析，并辅助以高 分辨率的光电液位传感器严格控制所注入的两种液体的比例，严格保证混合溶液的质 量，为后续工序的进行奠定良好的基础同时，PLC所具有的高稳定性和高可靠性可确 保该装置长期连续运行，减少了线路检修和维护的时间，大大提高了生产效率关键词：可编程序控制器PLC；液体混合装置；自动化控制目录第1章前言1.1设计内容L2本课题设计的目的和意义 第2章总体方案设计2.1总体方案论证2.2系统硬件配置2. 3系统可靠性设计第3章PLC控制系统设计3. 1元器件明细3.2PLC类型的选择3.3搅拌电动主电路的设计3.4控制流程图3.5I/O接线图第4章软件设计104.1 I/O点地址的分配4. 2控制程序设计4. 3控制程序语句表13设计总结16参考文献17第1章概论1.1设计内容利用三菱PLC的FX2N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YV1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YV1断电关闭，而电磁阀YV2通电打开， 液体B流入容器当液位达到H时，液位传感器H接通，这时电磁阀YV2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YV3通电打开，放出混 合液去下道工序当液位高度下降到L后，再延时2s电磁阀YV3断电关闭，并同时开 始新的周期需要完成的内容有：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；绘制PLC外部接线图；绘制功能流程图；编写、调试梯形图或语序表1.2本课题设计的目的和意义在工艺加工最初，把多种原料再合适的时间和条件下进行需要的加工以得到产品一 直都是在人监控或操作下进行的，在后来多用继电器系统对顺序或逻辑的操作过程进行 自动化操作，但是现在随着时代的发展，这些方式己经不能满足工业生产的实际 需要 实际生产中需要更精确、更便捷的控制装置随着科学技术的日新月异，自动化程度要求越来越高，原来的液体混合远远不能满 足当前自动化的需要可编程控制器液体自动混合系统集成自动控制技术，计量技术， 传感器技术等技术与一体的机电一体化装置。

充分吸收了分散式控制系统和集中控制系 统的优点，采用标准化、模块化、系统化设计，配置灵活、组态方便可编程控制器多种液体自动混合控制系统的特点：1、 系统自动工作；2、 控制的单周期运行方式；3、 由传感器送入设定的参数实现自动控制；4、 启动后就能自动完成一个周期的工作，并循环5、 本系统采用PLC是基于以下两个原因：（1） PLC具有很高的可靠性，通常的平均无故障时间都在30万小时以上；（2） 编程能力强，可以将模糊化、模糊决策和解模糊都方便地用软件来实现；根据多种液体自动混合系统的要求与特点，我们采用的PLC具有小型化、高速度、 高性能等特点，可编程控制器指令丰富，可以接各种输出、输入扩充设备，有丰富的特 殊扩展设备，其中的模拟输入设备和通信设备是系统所必需的，能够方便地联网通信 本系统就是应用可编程序控制器(PLC)对多种液体自动混合实现控制第2章总体方案设计2.1总体方案论证本设计要求完成两种溶液混合装置的自动控制，目前在自动化控制领域常用的控制 方式主要有：继电器-接触器控制系统、可编程序控制器控制、总线式工业控制机控制、 分布式计算机控制系统、单片机控制对于两种溶液混合装置的自动控制系统初步选定 采用继电器-接触器控制和可编程序控制器控制。

可编程序控制器与继电器-接触器控制系统的区别：继电器-接触器控制系统虽有较好的抗干扰能力，但使用了大量的机械触点，使得 设备连线复杂，且触点时开时闭时容易受电弧的损害，寿命短，系统可靠性差可编程序控制器的梯形图与传统的电气原理图非常相似，主要原因是其大致上沿用 了继电器控制的电路元件和符号和术语，仅个别之处有些不同，同时信号的输入/输出 形式及控制功能基本上也相同但是可编程序控制器与继电器-接触器控制系统乂有根 本的不同之处，主要表现在以下几个方面1. 控制逻辑继电器控制逻辑采用硬接线逻辑，并利用继电器机械触点的串联或并联及时间继电 器等组合成控制逻辑，接线多而复杂、体积大、功耗大、故障率高，一旦系统构成后， 想改变或增加功能都很困难另外，继电器触点有限，每个继电器只有4-8对触点，因 此其灵活性和可扩展性都很差而PLC采用存储器逻辑，其控制逻辑以程序方式存储在 内存中，要想改变控制逻辑，只需改变程序即可，因此PLC常称为“软接线”，其灵活 性和扩展性都很好2. 工作方式电源接通时，继电器控制线路中的各继电器同时都处于受制状态，即该吸合的都应 吸合，不该吸合的都因某种条件限制不能吸合，因此它屈于并行工作方式。

而在PLC的 控制逻辑中，各内部器件都处于周期性循环扫描过程中，各种逻辑、数值输出的结果都 是按照在程序中的先后顺序计算得出的，因此它属于串行工作方式3. 可靠性和可维护性继电器控制逻辑使用了大量的机械触点，连线也多，且触点在开闭时会受到电孤的 损害，并且有机械磨损，寿命短，因此其可靠性和可维护性差而PLC采用微电子技术, 大量的开关动作由无触点的半导体电路完成，其体积小、寿命长、可靠性高PLC还配 有自检和监督功能，能检查出自身的故障，并随时显示给操作人员；还能动态地监视控 制程序的执行情况，为现场调试和维护提供了方便4. 控制速度继电器控制逻辑依靠触点的机械动作实现控制，工作频率低，触点开闭动作时间一 般在凡十亳秒数量级另外，机械触点还会出现抖动问题而PLC是由程序指令控制半 导体电路来实现控制的，屈于无触点控制，速度极快，一般一条指令的执行时间在微秒 数量级，且不会出现抖动5. 定时控制继电器控制逻辑利用时间继电器进行时间控制一般来说，时间继电器存在定时精 度不高，定时范围窄，容易受环境湿度和温度变化的影响，调整时间困难等问题而PLC 使用半导体集成电路作为定时器，时基脉冲由晶振产生，精度相当高，且定时时间不受 环境的影响，定时范围最小可为0.001S,最长儿乎没有限制，用户可以根据需要在程序 中设置定时值，然后由软件来控制定时时间。

6. 设计和施工使用继电器控制逻辑完成一项控制工程，其设计、施工、调试必须依次进行，周期 长，而且修改困难工程越大，其弊端越突出而PLC完成一项控制工程，在系统设计 完成以后，现场施工和控制逻辑的设计可以同时进行，周期短，且调试和修改都很方便从以上儿个方面的比较可知，PLC在性能上比继电器-接触器控制系统优异，特别是 其可靠性、通用性强、设计施工周期短、调试修改方便，而且体积小、功耗低、使用维 护方便并且近年来随着电子技术的飞速发展，PLC的成本在不断下降综合考虑以上 各种因素，对两种溶液的混合装置的自动化控制选用PLC控制系统2. 2系统硬件配置本溶液混合装置控制系统主要硬件为FX2N-16MR系列PLCPLC采用循环扫描的工 作方式，对每个程序，CPU从第一条指令开始执行，按指令步序号做周期性的程序循环 扫描，如果无跳转指令，则从第一条指令开始逐条执行用户程序，直至遇到结束符号后 又返回第一条指令，如此周而复始不断循环每一个循环称为一个扫描周期一个扫描 周期分为输入采样、程序执行、输出刷新三个阶段该系统的工作过程为：当按下启动按钮后，各控制信号的状态在PLC的输入采样阶 段被存入PLC内部的I区，然后PLC逐条执行程序，在输出刷新阶段将I区的状态输出 到Q区，Q区的状态控制各继电器线圈，进而控制各电磁阀和搅拌电动机的工作。

如图 2-1为该硬件配置示意图本次课程设计的内容设计能将两种液体自动混合成的控制装置，两种液体分别命名 为液体A和液体B基本的硬件组成如表2-1表2-1设计硬件选择序号符号名称规格型号数量1M搅拌电动机三相交流异步电动220V Y系列12PLC可编程序控制器FX2N-16MR13YV1电磁阀ZCT-50A 220V14YV2电磁阀ZCT-15A 220V15YV3电磁阀ZCT-2. 5A 220V16SB1启动按钮LAY3717SB2停止开关LAY371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AI阀门、液体8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为搅拌机的立体及2-3液体混合控制装置图2T系统组成框图搅拌机的立体示意图图1 :SB1一 一加HO 匪一 一II?一橙劣电机液体i 控泯合液体阀=&='0图2-3液体混合控制装置2. 3系统可靠性设计PLC本身具有体积小、寿命长、可靠性高等优点此外，PLC还配有自检和监督功 能，能检查出自身的故障，并随时显示给操作人员；还能动态地监视控制程序的执行情 况，为现场调试和维护提供了方便。

在本设计中，除了充分利用PLC自身的高可靠性外，在控制程序编制方面也充分考 虑提高系统的可靠性，并提出了以下可靠性要求：（1） 在溶液混合装置工作的过程中，按下停止按钮后，必须完成一个完整的循环 才能停车2） 在溶液混合装置工作的过程中，再次按下启动按钮该装置不会再次启动，必 须按下停止按钮后，才能再次启动3） 若PLC在工作过程中突然断电，各被控对象不会自行动作第3章硬件设计3.1元器件明细表元器件明细表列出了电气系统所用的电器元件的名称、文字符号和数目，方便施工 人员进行元器件的采购表3-2为元器件明细表包含了元器的详细信息名称文字符号数量常开按钮SB2组合开关QS1光电液位传感器SQ3电磁阀YV3交流接触器KM1热继电器FR1熔断器FU4表3-2元器件明细表3. 2 PLC类型选择3. 2. 1 I/O数量的确定在该控制系统中，输入信号有：启动按钮输入信号、停止按钮输入信号、液位传感 器L输入信号、液位传感器I输入信号、液位传感器H输入信号；输出信号有：注入A 液体信号、注入B液体信号、混合溶液释放信号、电动机驱动信号所以，该控制系统共有5个输入信号，4个输出信号3.2.2 PLC类型的选择由I/O点数的多少可将PLC分成小型PLC、中型PLC和大型PLCoPLC按结构形式可分。