機電傳動課程設計----液體混合裝置plc控制

1、<p>　　《機電傳動控制課程設計》報告</p><p><b>　　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(jié)束。</p><p>　　液體混合系統(tǒng)的控制設計考慮到其動

2、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?qū)崿F(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

3、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；軟件設計包括系統(tǒng)控制的梯形圖、指令表及工作過程。在本裝置設計中，液面?zhèn)鞲衅骱碗婇y門以及攪動電機采用相應的鈕子開關和發(fā)光二極管來模擬，另外還借助外圍元件來完成本裝置。整個程序采用結(jié)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>&l

4、t;b>　　目 錄</b></p><p><b>　　第一章 引言1</b></p><p>　　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>　　第二章 系統(tǒng)總體方案設計3</p><p>　　2.1 系統(tǒng)硬件配置

5、及組成原理3</p><p>　　2.2 系統(tǒng)接線圖設計4</p><p>　　第三章 控制系統(tǒng)設計5</p><p>　　3.1 I/O估算5</p><p>　　3.2 PLC選型5</p><p>　　3.3 I/O分配表設計6</p><p>　　3.4 外部接線圖設計7&

6、lt;/p><p>　　3.5 控制程序流程圖設計8</p><p>　　3.6 控制程序設計8</p><p>　　3.7 創(chuàng)新設計內(nèi)容11</p><p>　　第四章 系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析12</p><p>　　4.1 系統(tǒng)調(diào)試12</p><p>　　4.2 結(jié)果分析12</

7、p><p><b>　　第五章 總結(jié)13</b></p><p><b>　　參考文獻14</b></p><p><b>　　附 錄15</b></p><p>　　附錄1 液體混合裝置PLC控制程序的指令表（帶功能注釋）15</p><p>　

8、　附錄2 液體混合裝置PLC控制程序的梯形圖和外部接線圖16</p><p><b>　　第一章 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

9、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

10、><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>&

11、lt;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>　　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

12、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><p>　　1.2 設計內(nèi)容及要實現(xiàn)的目標</p><p>　　利用三菱PLC的FX系列設計兩種

13、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

14、周期。</p><p><b>　　需要完成的內(nèi)容有：</b></p><p>　　編寫輸入輸出對照表。包括信號名稱、外部元件號、內(nèi)部繼電器號；</p><p>　　繪制PLC外部接線圖；</p><p><b>　　繪制功能流程圖；</b></p><p>　　編寫、調(diào)試梯

15、形圖或語序表。</p><p>　　圖1-1 兩種液體混合裝置</p><p>　　第二章 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，需要一個完整的控制流程，運用PLC技術

16、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。<

17、;/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

18、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>　　液體混合控制裝置控制的模擬實驗面板圖如圖2-1所示，此面板中，液面?zhèn)鞲衅饔免o子開關來模擬，啟動、停止用動合按鈕來實現(xiàn)，液體A閥門、液體B閥門、混合液閥門的打開與關閉以及攪勻電機的運行與停轉(zhuǎn)用發(fā)光二極管的點亮與熄滅來模擬。</p>

19、<p>　　如圖2-2為攪拌機的立體示意圖。</p><p>　　圖2-1 液體混合控制裝置控制的模擬實驗面板圖</p><p>　　圖2-2　攪拌機的立體示意圖</p><p>　　2.2 系統(tǒng)接線圖設計</p><p>　　表3-3　輸入/輸出接線列表</p><p>　　第三章 控制系統(tǒng)設計</

20、p><p><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=OFF狀態(tài)；

21、傳感器H=I=L=OFF狀態(tài)；電動機M為關閉狀態(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=ON,液體A流入容器;當液面到達I時,YV1=OFF,YV2=ON;</p><p>　　液體B流入,液面達到H時,YV2=OFF,M=ON,電動機開始進行液體的充分混合攪拌;</p>

22、<p>　　當混合液體攪拌均勻后(設時間為60s),M=OFF,YV3=ON,開始放出混合液體;</p><p>　　當液體下降到L時,L從ON變?yōu)镺FF,把時間控制為再過2s后容器放空,關閉YV3,YV3=OFF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

23、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(jié)束后,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

24、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><b>　　3.2 PLC選型</b></p><p>　　PLC的型號、規(guī)格繁多，根據(jù)前面的I/O估算，再查閱《三菱PLC編程手冊》中的相關表格，確定PLC選型。</p>&

25、lt;p>　　因為點數(shù)在30以內(nèi)，所以選擇FX1s系列。</p><p>　　節(jié)選《三菱PLC編程手冊》中的相關表格如下表：</p><p>　　表3-1 軟元件編號一覽表</p><p>　　參照表格，選擇FX1s-20M型號的PLC。具體參數(shù)如表中所示。</p><p>　　3.3 I/O分配表設計</p><p

26、>　　在了解了系統(tǒng)工藝要求和控制要求后,接著要做的就是將I/O通道分配給PLC的指定I/O端子,具體如表3-2所示。</p><p>　　表3-2 I/O分配表</p><p>　　3.4 外部接線圖設計</p><p>　　圖3-1 PLC外部接線圖</p><p>　　圖3-2 裝置操作面板</p><p&

27、gt;　　如圖3-1所示，PLC外部接線圖左邊一排為輸入，其中X000，X001，X002，X003，X004分別與SB1，SB2，H，I，L相連;右邊一排為輸出，其中Y001，Y002，Y003，Y000分別與YV1，YV2，YV3，KM相連。如圖3-2所示起停按鈕P1，P2分別與主機的X000，X001相連，液面?zhèn)鞲衅鱌3，P4，P5分別與主機的輸入點X002，X003，X004相接，液體A閥門，液體B閥門，混合液體閥門和攪拌機P6

28、，P7，P8，P9分別與主機的輸出點Y001，Y002，Y003，Y000相連。</p><p>　　3.5 控制程序流程圖設計</p><p>　　圖3-3 控制程序流程圖</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，如圖3-4所示。具體設計思路如下：</p>

29、<p><b>　　起始操作</b></p><p>　　在按啟動按鈕X000之后，使Y001得電，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,X004由OFF變?yōu)镺N,使Y001復位，關閉電磁閥YV1。同時使Y002置位

30、，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, X002由OFF狀態(tài)變?yōu)镺N狀態(tài),使Y002復位，關閉電磁閥YV2。同時使Y000置位，啟動攪拌機M。此時啟動定時器TIM00，60s后TIM00動作，使Y000復位。</p><p>　　4)攪拌均勻后放出混合液體</p>&

31、lt;p>　　在Y000的下降沿通過后沿微分指令DIFD使Y003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,X003由ON變?yōu)镺FF,啟動器TIM01,2s后使Y003復位, 關閉電磁閥YV3,此時電磁閥已放空。</p><p><b>　　6)自動循環(huán)工作</b

32、></p><p>　　在沒有按停止按鈕X001的情況下,系統(tǒng)將在TIM01的記時時間到了時,使Y001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X001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

33、,將自動停留在初始狀態(tài)。</p><p>　　使用FX三菱簡易編程器編入梯形圖，如下所示。</p><p>　　使用FX三菱簡易編程器將上述梯形圖轉(zhuǎn)化成指令語句表的形式，如下所示。</p><p>　　3.7 創(chuàng)新設計內(nèi)容</p><p>　　此次設計過程中，我有一些自己的想法。</p><p>　　攪拌桶內(nèi)的液位傳感

34、器的可靠性不強，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(zhì)，比如具有腐蝕性的物質(zhì)時。因為掉電，長時間儲存在

35、容器中，從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>　　第四章 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)靜調(diào)。模擬兩種液體混合裝置的操作過程，對控制程序作一些改動，使之變成可連續(xù)運行的調(diào)試程序。

36、具體作法如下：</p><p>　　設PLC進入運行方式后：</p><p>　　經(jīng)過一定的準備時間，模擬按下啟動按鈕，Y001的指示燈亮；</p><p>　　一段時間后，液面上升到I位置，Y001的指示燈滅，Y002的指示燈亮；</p><p>　　一段時間后，液面上升到H位置，Y002的指示燈滅，Y000的指示燈亮；</p>

37、<p>　　一段時間后，Y000的指示燈滅，Y003的指示燈亮；</p><p>　　一段時間后，液面低于L位置，Y003的指示燈滅，Y001的指示燈亮，當前操作周期結(jié)束，自動進入下一個操作周期。</p><p>　　在系統(tǒng)運行過程中，模擬按下停止按鈕，所有運行立即結(jié)束。</p><p><b>　　調(diào)試結(jié)束。</b></p

38、><p><b>　　4.2 結(jié)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(jié)束。測試結(jié)果滿足課題給定要求。</p><p><b>　　第五章 總結(jié)</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(jié)合的機會，通過這次對“課題十

39、八 多種液體自動混合裝置的PLC控制”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，使我了解到PLC的重要性。</p><p>　　機電傳動控制是一門極其重要的課程，他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，在此次設計中，我們遇到

40、了許多困難，通過對自身的查找，我找出幾點不足之處：</p><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。在老師的提示下，我才如獲至寶。</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

41、理解。在對理論的運用中，提高了我的科學文化素質(zhì)，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老師，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>　　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)中的重要地位。因此，學好這門課程十

42、分重要。</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: 高等教育出版社, 2001.</p><p>　　【3】電子文檔. [三菱]PLC編程手冊</p&

43、gt;<p><b>　　附 錄</b></p><p>　　附錄1 液體混合裝置PLC控制程序的指令表（帶功能注釋）</p><p>　?。╔001 *啟動按鈕）</p><p>　?。∕8002 *初始脈沖量）</p><p>　?。╕003 *排放混合液體）</p><p>

44、　　（T1 *定時時間設定）</p><p>　?。╔000 *啟動按鈕）</p><p>　?。╕001 *放液體A）</p><p>　?。╔003 *中限位開關I）</p><p>　　（Y002 *放液體B）</p><p>　?。╔002 *上限位開關H）</p><p>　　(Y00

45、0 *電動機攪拌60s）</p><p>　　(T0 *定時時間設定）</p><p>　　(T0 *定時時間設定）</p><p>　?。╕003 *排放混合液體）</p><p>　?。╔004 *下限位開關L）</p><p>　　（T1 *定時時間設定）</p><p>　　附錄2 液