課程設計----液體混合裝置控制系統(tǒng)設計

1、<p><b>　　內(nèi)容摘要</b></p><p>　　本設計以兩種液體的混合控制為例，其要求是將兩種液體按一定比例混合，在電動機攪拌后將混合的液體輸出容器。并自動開始新的周期，形成循環(huán)狀態(tài)，在按停止按扭后依然要完成本次混合才能結束。</p><p>　　液體混合系統(tǒng)的控制設計考慮到其動作的連續(xù)性以及各個被控設備動作之間的相互關聯(lián)性，針對不同的工作狀態(tài)，進

2、行相應的動作控制輸出，從而實現(xiàn)液體混合系統(tǒng)從液體加入到混合完成輸出的這樣一個周期控制工作的程序實現(xiàn)。設計以液體混合控制系統(tǒng)為中心,從控制系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)組成、軟件選用到系統(tǒng)的設計過程（包括設計方案、設計流程、設計要求、梯形圖設計、外部連接等）,旨在對其中的設計及制作過程做簡單的介紹和說明。</p><p>　　文中詳細介紹了系統(tǒng)的硬件設計、軟件設計。其中硬件設計包液體混合裝置的電路框圖、輸入/輸出的分配表及外部接線

3、；軟件設計包括系統(tǒng)控制的梯形圖、指令表及工作過程。整個程序采用結構化的設計方法, 具有調(diào)試方便, 維護簡單, 移植性好的優(yōu)點。</p><p>　　關鍵詞：兩種液體；混合裝置；自動控制 </p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　第1章 引言1</b></p><p&g

4、t;　　1.1課程設計的目的1</p><p>　　1.2 設計內(nèi)容及要實現(xiàn)的目標1</p><p>　　第2章 系統(tǒng)總體方案設計3</p><p>　　2.1 系統(tǒng)硬件配置及組成原理3</p><p>　　第3章PLC控制系統(tǒng)設計4</p><p>　　3.1 I/O估算4</p><

5、p>　　3.2 PLC選型4</p><p>　　3.3 I/O分配5</p><p>　　3.4 外部接線圖設計5</p><p>　　3.5 順序功能圖設計6</p><p>　　3.6 控制程序設計6</p><p>　　3.7 主電路圖設計7</p><p>　　第4章

6、 系統(tǒng)調(diào)試9</p><p>　　4.1 系統(tǒng)調(diào)試9</p><p>　　4.2 結果分析9</p><p><b>　　結論10</b></p><p><b>　　設計總結11</b></p><p><b>　　謝辭12</b><

7、/p><p><b>　　附錄13</b></p><p><b>　　參考文獻18</b></p><p><b>　　第1章 引言</b></p><p>　　1.1 課程設計的目的</p><p>　　在工藝加工最初，把多種原料再合適的時間和條件下

8、進行需要的加工以得到產(chǎn)品一直都是在人監(jiān)控或操作下進行的，在后來多用繼電器系統(tǒng)對順序或邏輯的操作過程進行自動化操作，但是現(xiàn)在隨著時代的發(fā)展，這些方式已經(jīng)不能滿足工業(yè)生產(chǎn)的實際需要。實際生產(chǎn)中需要更精確、更便捷的控制裝置。</p><p>　　隨著科學技術的日新月異，自動化程度要求越來越高，原來的液體混合遠遠不能滿足當前自動化的需要。可編程控制器液體自動混合系統(tǒng)集成自動控制技術，計量技術，傳感器技術等技術與一體的機電

9、一體化裝置。充分吸收了分散式控制系統(tǒng)和集中控制系統(tǒng)的優(yōu)點，采用標準化、模塊化、系統(tǒng)化設計，配置靈活、組態(tài)方便。</p><p>　　可編程控制器多種液體自動混合控制系統(tǒng)的特點：</p><p><b>　　系統(tǒng)自動工作；</b></p><p>　　控制的單周期運行方式；</p><p>　　由傳感器送入設定的參數(shù)實現(xiàn)自

10、動控制；</p><p>　　啟動后就能自動完成一個周期的工作，并循環(huán)。</p><p>　　本系統(tǒng)采用PLC是基于以下兩個原因：</p><p>　　PLC具有很高的可靠性，通常的平均無故障時間都在30萬小時以上；</p><p>　　編程能力強，可以將模糊化、模糊決策和解模糊都方便地用軟件來實現(xiàn)。</p><p>

11、　　根據(jù)多種液體自動混合系統(tǒng)的要求與特點，我們采用的PLC具有小型化、高速度、高性能等特點，可編程控制器指令豐富，可以接各種輸出、輸入擴充設備，有豐富的特殊擴展設備，其中的模擬輸入設備和通信設備是系統(tǒng)所必需的，能夠方便地聯(lián)網(wǎng)通信。</p><p>　　這次課程設計的目的就是設計一個集PLC技術，自動控制技術，自動化儀表技術，系統(tǒng)仿真技術于一體的功能較全的多種液體自動混合的自動裝置。</p><

12、p>　　1.2 設計內(nèi)容及要實現(xiàn)的目標</p><p>　　利用西門子PLC的S7-200系列設計兩種液體混合裝置控制系統(tǒng)。在實驗之前將容器中的液體放空，按動啟動按鈕SB1后，電磁閥YV1通電打開，液體A流入容器。當液位高度達到I時，液位傳感器I接通，此時電磁閥YV1斷電關閉，而電磁閥YV2通電打開，液體B流入容器。當液位達到H時，液位傳感器H接通，這時電磁閥YV2斷電關閉，同時啟動電動機M攪拌。1分鐘后電

13、動機M停止攪拌，這時電磁閥YV3通電打開，放出混合液去下道工序。當液位高度下降到L后，再延時2s電磁閥YV3斷電關閉，并同時開始新的周期。</p><p>　　液體混合裝置如圖所示：</p><p>　　圖1-1 兩種液體混合裝置</p><p><b>　　需要完成的內(nèi)容有：</b></p><p>　　采用PLC控制

14、，列出輸入輸出點分配表；</p><p>　　畫出PLC的輸入輸出設備的接線圖；</p><p>　　利用STEP7-Micro/WIN32軟件完成梯形圖、指令表的程序設計與調(diào)試；</p><p>　　完成課程設計說明書。</p><p>　　第2章 系統(tǒng)總體方案設計</p><p>　　根據(jù)設計要求，本系統(tǒng)為兩種液體

15、自動混合，需要對各種液體的液面的高度監(jiān)控，因此，需要運用到傳感器進行液面高度的監(jiān)控。各種液體入池的比例需要應用電磁閥控制，入池后的攪拌，則需要電機控制。對各個控件的控制，需要一個個完整的控制流程，運用PLC技術進行編程，可以實現(xiàn)對各個控件的控制。</p><p>　　具體控制方法根據(jù)題目要求，按下啟動按鈕時，A種液體進入容器，當達到一定值時，停止進入，B種液體開始進入，當達到一定值時，停止進入。攪拌機進行攪拌，一

16、分鐘后攪拌均勻，停止攪拌，放出液體。液體放出達到一定值時停止放出。液體的進入和放出，需要電磁閥的控制，液面的深度需要傳感器的控制。</p><p>　　下面就是系統(tǒng)總體的設計方案。</p><p>　　2.1 系統(tǒng)硬件配置及組成原理</p><p>　　隨著科學技術的猛速發(fā)展，自動控制技術在人類活動的各個領域中的應用越來越廣泛，它的水平已成為衡量一個國家生產(chǎn)和科學技

17、術先進與否的一項重要標志。在煉油、化工、制藥、飲料等行業(yè)中，多種液體混合是必不可少的程序，而且也是其生產(chǎn)過程中十分重要的組成部分。</p><p>　　我準備設計一個可以將兩種食用液體自動混合成飲料的控制裝置，兩種飲料分別命名為液體A和液體B?；镜脑O計硬件如下表所示：</p><p>　　表2-1 設計硬件選擇</p><p>　　這套裝置主要由若干電磁閥和液位傳

18、感器組成。電磁閥包括進液閥和出液閥。液位傳感器根據(jù)不同的需要設置在不同的高度，以實現(xiàn)液體容積的控制。液位傳感器的工作原理是：當沒有液體時，液位傳感器無信號，處于斷開狀態(tài)，當頁面淹沒液位傳感器時，液位傳感器變?yōu)殚]合。根據(jù)實際情況需要，液體混合裝置中還需要攪拌機甚至電阻絲加熱。攪拌機由于時間參量控制，而電阻絲加熱可以通過溫度傳感器控制。</p><p>　　第3章 PLC控制系統(tǒng)設計</p><p

19、><b>　　3.1 I/O估算</b></p><p>　　首先統(tǒng)計被控設備對輸入、輸出點的總需求量，把被控設備的信號源一一列出，認真分析輸入、輸出點的信號類型。</p><p>　　在初始狀態(tài)時，根據(jù)要求要實現(xiàn)液體的自動混合導出控制，在開始操作之前，各閥門必須為關閉狀態(tài)，容器為空。此時液體控制電磁閥YV1、YV2、YV3，液位傳感器H、I、L，電動機M均為關

20、閉狀態(tài)。</p><p>　　在啟動操作中，當裝置和液體的都準備好之后，按下啟動按鈕,開始下列操作:</p><p>　　YV1打開,液體A流入容器;當液面到達I時,YV1關閉,YV2打開。</p><p>　　液體B流入,液面達到H時,YV2關閉,電動機開始運行,電動機開始進行液體的充分混合攪拌;</p><p>　　當混合液體攪拌均勻后(

21、時間為60s),電動機停止,YV3打開,開始放出混合液體;</p><p>　　當液體下降到L時,L從打開變?yōu)殛P閉,把時間控制為再過2s后容器放空,關閉YV3,完成一個操作周期;</p><p>　　在只要沒有按停止按鈕的狀態(tài)下,則自動進入下一個循環(huán)操作周期。</p><p>　　在停止操作中，當工作完成之后需要關閉系統(tǒng)，按一下停止按鈕,則在當前混合操作周期結束后,

22、才停止操作。從而使系統(tǒng)停止在開始狀態(tài)，以便下次啟動系統(tǒng)時能夠順利的開始系統(tǒng)的循環(huán)。</p><p>　　根據(jù)以上分析，對PLC來說，需要提供5個輸入點和4個輸出點。除了以上的輸入輸出點意外，PLC與計算機、打印機、CRT顯示器等設備連接，需要用專用接口，也應計算在內(nèi)?？紤]到在實際安裝、調(diào)試和應用中，還有可能發(fā)現(xiàn)一些估算中未預見到的因素，要根據(jù)實際情況增加一些輸入、輸出信號。因此，要按估計數(shù)再增加15%―20%的輸

23、入、輸出點數(shù)，以備將來調(diào)整、擴充使用。綜上所述，I/O估算為：輸入點點數(shù)為8，輸出點點數(shù)為7。 </p><p>　　3.2 PLC的選型</p><p>　　從上面的分析可知本控制系統(tǒng)有五路輸入信號，分別為高、中、低3個位置的液位傳感器以及啟動、停止兩個按鈕信號。有四路輸出信號，包括3個電磁閥，其中兩個進液閥和一個出液閥，以及一個控制攪拌電動機的接觸器。輸入輸出信號均為開關量。所以控制系

24、統(tǒng)可選用CPU224，集成14輸入/10輸出，共24個數(shù)字兩I/O點，滿足控制要求，而且還有一定的余量。</p><p>　　3.3 I/O的分配</p><p>　　液體混合裝置PLC控制系統(tǒng)的I/O地址分配如表3-1所示。</p><p>　　表3-1　輸入/輸出接線列表</p><p>　　3.4 外部接線圖的設計</p>

25、<p>　　圖 3-1 PLC外部I/O接線圖</p><p><b>　　3.5 控制流程圖</b></p><p>　　圖3—2 控制流程圖</p><p>　　3.6 控制程序設計</p><p>　　根據(jù)系統(tǒng)的要求及I/O通道分配,寫出繼電器梯形圖。具體設計思路如下：</p><

26、;p><b>　　起始操作</b></p><p>　　在按啟動按鈕I0.0之后，使Q0.0置位，斷開電磁閥YV1，從而使液體A流入容器。</p><p><b>　　當液位上升到I時</b></p><p>　　當液面上升到I時,I0.3由OFF狀態(tài)變?yōu)镺N狀態(tài),使Q0.0復位，關閉電磁閥YV1。同時使Q0.1置位

27、，斷開電磁閥YV2，從而使液體B流入容器。</p><p>　　3)當液位上升到H時</p><p>　　當液面上升到H時, I0.2由OFF狀態(tài)變?yōu)镺N狀態(tài),使Q0.1復位，關閉電磁閥YV2。同時使Q0.3置位，啟動攪拌機M。此時啟動定時器T37，60s后停止動作，使Q0.3復位。</p><p>　　4)攪拌均勻后放出混合液體</p><p&

28、gt;　　在Q0.3的下降沿通過后沿微分指令DIFD使Q0.2置位,斷開電磁閥YV3,開始放出混合液體。</p><p>　　5)當液位下降到L時</p><p>　　當液位下降到L時,I0.4由OFF變?yōu)镺N,啟動延時繼電器T38,2s后使Q0.2復位, 關閉電磁閥YV3。</p><p><b>　　6)自動循環(huán)工作</b></p&g

29、t;<p>　　在沒有按停止按鈕I0.1的情況下,系統(tǒng)將在T38的記時時間到了時,使Q0.0置位,自動進入下一操作周期。從而實現(xiàn)混合液體PLC自動控制的循環(huán)工作。</p><p><b>　　7)停止操作</b></p><p>　　當按下停止按鈕時,停止按鈕I0.1為ON狀態(tài),不能使電磁閥YV1斷開,系統(tǒng)執(zhí)行完本周期的操作后,將自動停留在初始狀態(tài)。&l

30、t;/p><p>　　使用STEP7-MicroPLC編程軟件編入梯形圖，見附錄。</p><p><b>　　語句表見附錄。</b></p><p>　　3.7 主電路圖設計</p><p>　　由于在該液體混合裝置中，只有攪拌電動機，所以其主電路圖如圖所示：</p><p>　　圖3—3 主電路

31、圖</p><p>　　第4章 系統(tǒng)調(diào)試及結果分析</p><p><b>　　4.1 系統(tǒng)調(diào)試</b></p><p>　　運用調(diào)試程序進行系統(tǒng)仿真調(diào)試。具體作法如下：</p><p>　　在編寫完梯形圖后，運行仿真軟件，按下啟動按鈕，Q0.0工作；</p><p>　　液面上升到I位置，Q0.

32、0復位，Q0.1工作；</p><p>　　液面上升到H位置，Q0.1復位，Q0.3工作；</p><p>　　定時時間60s到，Q0.3復位，Q0.2工作；</p><p>　　液面降低到L位置，延時時間2s到后，Q0.2復位，當前操作周期結束，自動進入下一個操作周期。</p><p>　　在系統(tǒng)運行過程中，按下停止按鈕，所有運行并不立即結

33、束，而是一個周期進行完后才結束。</p><p><b>　　調(diào)試結束。</b></p><p><b>　　4.2 結果分析</b></p><p>　　基于以上設計與調(diào)試，兩種液體混合裝置的系統(tǒng)設計基本結束。測試結果滿足課題給定要求。</p><p><b>　　結論</b>

34、;</p><p>　　采用PLC控制的液體混合裝置，硬件結構簡單，相應速度快，易于控制液體的流量，經(jīng)現(xiàn)場使用考驗，性能穩(wěn)定，運行可靠。另外還可以根據(jù)需要很方便地進行擴展到多種液體混合。程序稍作修改，就可以滿足不同的控制要求。</p><p>　　該控制系統(tǒng)可用較少資金投入，達到很高的精度。該系統(tǒng)還是可以進行改進的。</p><p>　　攪拌桶內(nèi)的液位傳感器的可靠性

35、不強，可以試著改為靈敏性強、可靠性高的檢測儀器。避免因為輸入液體時，飛濺的液體觸碰到液位傳感器而導致發(fā)出錯誤信號。</p><p>　　在電路中提供一個備用電源，這樣做的目的就是保證掉電之后也能使系統(tǒng)完成該周期的工作，從而保證系統(tǒng)在完成當前周期的操作時，停止在初始狀態(tài)，使容器為空。以便在恢復電源后能順利的從第一步開始進行循環(huán)。這樣就避免了在混合某些化學物質，比如具有腐蝕性的物質時。因為掉電，長時間儲存在容器中，從

36、而造成對裝置的腐蝕或損壞；也避免了引起環(huán)境污染的可能。同時取代了掉電保持這樣一個麻煩和考慮不周的過程。</p><p><b>　　設計總結</b></p><p>　　此次機電傳動控制課程設計是非常難得的一次理論與實踐相結合的機會，通過這次對“課題17 液體混合裝置的控制系統(tǒng)設計”的設計使我擺脫了單純理論學習的狀態(tài)，和眼高手低的毛病。通過本次PLC的課程設計，使我

37、了解到PLC的重要性。</p><p>　　機電傳動與控制是一門極其重要的課程，它綜合了計算機技術和自動控制技術和通訊技術。在當今由機械化向自動化，信息化飛速發(fā)展的社會，尤其是PLC技術越來越受人們廣泛應用。因此學會和運用PLC，將對我們以后踏上工作崗位有極其重要的幫助。</p><p>　　在此次設計中，我們遇到了許多困難，通過對自身的查找，我找出幾點不足之處：</p>&

38、lt;p>　　不會利用查翻資料。在理論課學習過程中，老師曾經(jīng)給過我們很多關于PLC的參考資料。而我沒有去充分利用。</p><p>　　學習認真程度不夠，基礎相對薄弱。</p><p>　　通過這次課程設計。我學會了PLC的基本編程方法，對PLC的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。在對理論的運用中，提高了我的科學文化素質，在沒有做實踐設計以前，我們對知識的撐握都是理論上的，對一些

39、細節(jié)不加重視，當我們把自己想出來的程序用到PLC中的時候，問題就出現(xiàn)了。這樣，我就只能一個一個問題的去解決，通過查閱資料和詢問同學，使得我對PLC 的理解得到加強，看到了實踐與理論的差距。</p><p>　　在設計過程中，總是遇到這樣或那樣的問題。有時發(fā)現(xiàn)一個問題的時候，需要做大量的工作，花大量的時間才能解決。自然而然，我的耐心便在其中建立起來了。為以后的工作積累了經(jīng)驗，增強了信心。</p>&l

40、t;p>　　最后通過本次課程設計，使我了解了PLC控制技術在工業(yè)應用和工業(yè)生產(chǎn)中重要地位。因此，學好這門課程十分重要。</p><p><b>　　謝辭</b></p><p>　　經(jīng)過兩星期的查資料、整理材料、編寫程序，終于可以順利的完成本次課程設計。關于最后的謝辭，有必要對同學和老師說幾句話。</p><p>　　課程設計得以完成，要

41、感謝的人很多，它離不開翟老師和同學的關心和幫助。在整個的課程設計中，老師和同學的幫助對我查資料和提供有利于課程設計完成的建議和意見，在他們的幫助下，課程設計得以不斷的完善，最終我完整的寫完了整個設計。</p><p>　　通過此次的課程設計，我學到了很多知識。在課程設計過程中，通過查資料和搜集有關的文獻，培養(yǎng)了自學能力和動手能力，我們學會了如何將學到的知識轉化為自己的東西，學會了怎么更好的處理知識和實踐相結合。&

42、lt;/p><p>　　在課程設計中學到了做任何事情所要有的態(tài)度和心態(tài)，首先我明白了做學問要一絲不茍，對于出現(xiàn)的任何問題和偏差都不要輕視，要通過正確的途徑去解決，在做事情的過程中要有耐心和毅力，不要一遇到困難就打退堂鼓，只要堅持下去就可以找到思路去解決問題的。在工作中要學會與人合作的態(tài)度，認真聽取別人的意見，這樣做起事情來就可以事倍功半?？傊?，此次課程設計，我收獲了很多。此次設計為下學期的畢業(yè)設計做了鋪墊，讓我認識到

43、了畢業(yè)設計的規(guī)范化與重要性。 </p><p>　　最后，再次感謝設計中給我?guī)椭睦蠋熀屯瑢W。謝謝你們!</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　【1】鄧星鐘. 機電傳動控制[M].武漢: 華中科技大學出版社, 2007.</p><p>　　【2】張海根. 機電傳動控制[M].北京: 高等教育