課程設(shè)計----液體混合裝置控制系統(tǒng)設(shè)計

1、<p><b>　　內(nèi)容摘要</b></p><p>　　本設(shè)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(jié)束。</p><p>　　液體混合系統(tǒng)的控制設(shè)計考慮到其動作的連續(xù)性以及各個被控設(shè)備動作之間的相互關(guān)聯(lián)性，針對不同的工作狀態(tài)，進

2、行相應(yīng)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?qū)崿F(xiàn)。設(shè)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(shè)計過程（包括設(shè)計方案、設(shè)計流程、設(shè)計要求、梯形圖設(shè)計、外部連接等）,旨在對其中的設(shè)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(shè)計、軟件設(shè)計。其中硬件設(shè)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(shè)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(jié)構(gòu)化的設(shè)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(guān)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(shè)計的目的1</p><p>　　1.2 設(shè)計內(nèi)容及要實現(xiàn)的目標(biāo)1</p><p>　　第2章 系統(tǒng)總體方案設(shè)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(shè)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(shè)計5</p><p>　　3.5 順序功能圖設(shè)計6</p><p>　　3.6 控制程序設(shè)計6</p><p>　　3.7 主電路圖設(shè)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(jié)果分析9</p><p><b>　　結(jié)論10</b></p><p><b>　　設(shè)計總結(jié)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(shè)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(xué)技術(shù)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(dāng)前自動化的需要?？删幊炭刂破饕后w自動混合系統(tǒng)集成自動控制技術(shù)，計量技術(shù)，傳感器技術(shù)等技術(shù)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(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、系統(tǒng)化設(shè)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(shè)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(shè)備，有豐富的特殊擴展設(shè)備，其中的模擬輸入設(shè)備和通信設(shè)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(shè)計的目的就是設(shè)計一個集PLC技術(shù)，自動控制技術(shù)，自動化儀表技術(shù)，系統(tǒng)仿真技術(shù)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(shè)計內(nèi)容及要實現(xiàn)的目標(biāo)</p><p>　　利用西門子PLC的S7-200系列設(shè)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(dāng)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(guān)閉，而電磁閥YV2通電打開，液體B流入容器。當(dāng)液位達到H時，液位傳感器H接通，這時電磁閥YV2斷電關(guān)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(dāng)液位高度下降到L后，再延時2s電磁閥YV3斷電關(guān)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(shè)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(shè)計與調(diào)試；</p><p>　　完成課程設(shè)計說明書。</p><p>　　第2章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計</p><p>　　根據(jù)設(shè)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(yīng)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(shù)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(dāng)達到一定值時，停止進入，B種液體開始進入，當(dāng)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(shè)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(xué)技術(shù)的猛速發(fā)展，自動控制技術(shù)在人類活動的各個領(lǐng)域中的應(yīng)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(xué)技

17、術(shù)先進與否的一項重要標(biāo)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(zhǔn)備設(shè)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(shè)計硬件如下表所示：</p><p>　　表2-1 設(shè)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(shè)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(dāng)沒有液體時，液位傳感器無信號，處于斷開狀態(tài)，當(dāng)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(shè)計</p><p

19、><b>　　3.1 I/O估算</b></p><p>　　首先統(tǒng)計被控設(shè)備對輸入、輸出點的總需求量，把被控設(shè)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(dǎo)出控制，在開始操作之前，各閥門必須為關(guān)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(guān)

20、閉狀態(tài)。</p><p>　　在啟動操作中，當(dāng)裝置和液體的都準(zhǔn)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(dāng)液面到達I時,YV1關(guān)閉,YV2打開。</p><p>　　液體B流入,液面達到H時,YV2關(guān)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(dāng)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(dāng)液體下降到L時,L從打開變?yōu)殛P(guān)閉,把時間控制為再過2s后容器放空,關(guān)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(dāng)工作完成之后需要關(guān)閉系統(tǒng)，按一下停止按鈕,則在當(dāng)前混合操作周期結(jié)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(shè)備連接，需要用專用接口，也應(yīng)計算在內(nèi)?？紤]到在實際安裝、調(diào)試和應(yīng)用中，還有可能發(fā)現(xiàn)一些估算中未預(yù)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(guān)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(shè)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(shè)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(shè)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(dāng)液位上升到I時</b></p><p>　　當(dāng)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(fù)位，關(guān)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(dāng)液位上升到H時</p><p>　　當(dāng)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(fù)位，關(guān)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(fù)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(dāng)液位下降到L時</p><p>　　當(dāng)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(fù)位, 關(guān)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(dāng)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(shè)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(jié)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(fù)位，Q0.1工作；</p><p>　　液面上升到H位置，Q0.1復(fù)位，Q0.3工作；</p><p>　　定時時間60s到，Q0.3復(fù)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(fù)位，當(dāng)前操作周期結(jié)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(jié)

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

34、;</p><p>　　采用PLC控制的液體混合裝置，硬件結(jié)構(gòu)簡單，相應(yīng)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(dǎo)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(dāng)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(fù)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(xué)物質(zhì)，比如具有腐蝕性的物質(zhì)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(shè)計總結(jié)</b></p><p>　　此次機電傳動控制課程設(shè)計是非常難得的一次理論與實踐相結(jié)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(shè)計”的設(shè)計使我擺脫了單純理論學(xué)習(xí)的狀態(tài)，和眼高手低的毛病。通過本次PLC的課程設(shè)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(shù)和自動控制技術(shù)和通訊技術(shù)。在當(dāng)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(shù)越來越受人們廣泛應(yīng)用。因此學(xué)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(shè)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(xué)習(xí)過程中，老師曾經(jīng)給過我們很多關(guān)于PLC的參考資料。而我沒有去充分利用。</p><p>　　學(xué)習(xí)認真程度不夠，基礎(chǔ)相對薄弱。</p><p>　　通過這次課程設(shè)計。我學(xué)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(xué)文化素質(zhì)，在沒有做實踐設(shè)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(dāng)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(xué)，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(shè)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(shè)計，使我了解了PLC控制技術(shù)在工業(yè)應(yīng)用和工業(yè)生產(chǎn)中重要地位。因此，學(xué)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(shè)計。關(guān)于最后的謝辭，有必要對同學(xué)和老師說幾句話。</p><p>　　課程設(shè)計得以完成，要

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

42、lt;/p><p>　　在課程設(shè)計中學(xué)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(xué)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(xué)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(shè)計，我收獲了很多。此次設(shè)計為下學(xué)期的畢業(yè)設(shè)計做了鋪墊，讓我認識到

43、了畢業(yè)設(shè)計的規(guī)范化與重要性。 </p><p>　　最后，再次感謝設(shè)計中給我?guī)椭睦蠋熀屯瑢W(xué)。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(xué)出版社, 2007.</p><p>　　【2】張海根. 機電傳動控制[M].北京: 高等教育