液体混合装置监控系统设计.docx

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液体混合装置监控系统设计

第1章引言1

第2章控制系统设计2

2.1系统整体设计要求2

2.2系统设计思想2

2.3PLC输入输出口分配3

2.4控制相关流程图4

2.5可编程控制器梯形图5

2.6系统调试过程与问题8

第3章总结14

参考文献14

第1章引言

随着科学技术的飞速发展，自动控制技术已经在人类活动的各个领域中的应用得越来越广泛，而它的水平已经成为衡量一个国家生产和科学技术先进与否的一项重要指标。

在炼油、制药、化工等行业中，液体混合已经是不可缺少的程序，而且也是工业生产中非常重要的一部分。

然而由于此类行业中多数为有腐蚀有毒性介质和易燃易爆介质，这样就造成现场的工作环境非常恶劣，不适宜工作人员在现场操作。

此外，要求该系统在生产过程中具有配料准确、控制良好等规定，这也是半自动化及人工操作控制所难以实现的。

因此为了解决相关行业出现的这些问题，尤其是中小型企业中要求做到多种液体自动混合,液体自动混合配料势必成为摆在我们眼前的一大课题。

多种液体混合搅拌用于灌装各种各样的瓶装饮料，使用于大中型饮料生产厂家。

早期的灌装机械大多数采蠕动泵式、用容积泵式作为计量方式。

它具有效率高，功能强，加工质量高等特点，是当今世界的前沿课题，但还是存在一些问题。

该液体混合系统采用基于PLC的控制系统来取代原来由单片机、继电器等构成的控制系统，采用模块化结构，具有良好的可移植性和可维护性的特点。

对提高企业生产和管理自动水平有很大的帮助，同时又提高了生产线的效率、使用寿命和质量，减少了企业产品质量的波动，因此具有广阔的市场前景，液体混合自动配料系统就此应社会工厂的需要而诞生了。

如何使PLC在饮料灌装中实现控制功能，在相关的研究文献报导中用PLC对灌装机进行控制的研究尚不多见，以致人们难以根据它的具体情况正确选用参数进行系统控制，也就难以满足提高质量和效率、降低成本的要求，本设计就是基于以上问题进行的一些探索。

整个设计过程是按工艺流程设计，为设备安装、运行和保护检修服务，设计的编写按照国家关于电气自动化工程设计中的电气设备常用基本图形符号（GB4728）及其它相关标准和规范编写。

设计原则主要包括：

工作条件：

工程对电气控制线路提供的具体数据，系统在保证安全、可靠、稳定、快速的前提下，尽量做到经济、合理、合用，减小设备成本。

在方案的选择、元器件的选型时更多的考虑新技术、新产品。

控制由人工控制到自动控制，由模拟控制到微机控制，使功能的实现由一到多而且更加趋于完善。

对于本课题来说，液体混合系统部分是一个较大规模工业控制系统的改适升级，控制装置需要根据企业工艺和设备现况来构成并需尽量用以前系统中的元器件。

对于人机交互方式改造后系统的操作模式应尽量和改造前的相类似，以便于操作人员快速掌握。

从企业的改造要求可以看出在新控制系统中既需要处理模拟量也需要处理大量的开关量。

系统的可靠性要高。

人机交互接口友好，应具备数据储存和分析汇总的能力。

第2章液体混合装置系统设计

2.1系统的整体设计要求

在该混合液体装置中，需要完成两种液体的进料、混合、卸料的功能，SL1、SL2、SL3为液面传感器，A、B为进料阀门，由YV1、YV2控制，卸料阀门由YV3控制，M为搅拌机，过程控制要求如下：

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SL2（I）时，液位传感器SL2接通，此时电磁阀YV1断电关闭，而电磁阀YV2通电接通，液体B流入容器。

液位达到SL1（H）时液位传感器SL1接通，这时电磁阀YV2断电关闭，同时启动电机M搅拌。

6S后电动机M停止搅拌，这时电磁阀YV3通电打开，放出混合液体去下道工序。

当液位下降到SL3（L）后，再延时2s使电磁阀YV3断电关闭，开始下一循环。

2.2系统方案的设计思想

控制系统简单、经济、使用和维护方便。

物料混合设备要节能、安全、高效和满足生产及应用要求：

（1）可靠性高

具有较高的可靠性是衡量一个电气控制设备很关键的性能指针。

由于PLC采用现代大规模集成电子电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性，所以生产制作出来的产品的可靠性往往都是很高的。

（2）配套齐全，功能完善，适用性强

PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。

可以用于各种规模的工业控制场合。

除了功能中的逻辑处理以外，现代PLC基本上都具有比较完善的资料运算能力，因此可以用在各种各样的数字控制场合。

（3）易学易用，深受工程技术人员欢迎

作为通用的工业控制计算机，PLC是面向工矿企业的工控设备。

它的接口简单，编程语言容易被工程技术人员接受。

梯形图编程语言的符号及图形与表达方式跟继电器的电路图比较相当接近，只用少量的PLC开关量逻辑控制指令就能方便地实现继电器电路所能实现的功能。

为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机来从事工业控制减少了很多工作量，节约了时间。

（4）系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造

PLC中存储逻辑被接线逻辑代替了，这样一来就大大的削减了控制设备的外部接线数量，控制系统的设计及建造的周期也大大缩短，同时维护起来也变得容易。

更为重要的是这样同一设备只需改变程序便可实现不同的生产过程，给需要进行多品种、小批量的生产场合带来了很大的便利。

（5）体积小，重量轻，能耗低

（6）硬件配套齐全，拥护使用方便，适应性强

2.3PLC输入输出口分配

通过分析控制任务，共需要5个数字量输入和4个数字量输出。

I0.0为开始按钮，I0.1为停止按钮，I0.2、I0.3、I0.4分别为三个液位传感器，Q4.1、Q4.2、Q4.3分别为电磁阀A、电磁阀B、排放电磁阀三个电磁阀，Q4.5为搅拌电机。

输入/输出地址分配如表2-1所示。

控制信号

信号名称

组件名称

组件符号

地址编码

输入信号

启动

常开按钮

SB1

I0.0

停之

常开按钮

SB2

I0.1

液位传感器1

液位传感器

LT1

I0.2

液位传感器2

液位传感器

LT2

I0.3

液位传感器3

液位传感器

LT3

I0.4

输出信号

电动机驱动

接触器

KM

Q4.5

电磁阀YV1

电磁阀

YV1

Q4.1

电磁阀YV2

电磁阀

YV2

Q4.2

电磁阀YV3

电磁阀

YV3

Q4.3

表2-1

2.5可编程控制器梯形图

本次设计的PLC梯形图：

2.6系统调试

按动启动按钮SB1后，如果液面在SL3（L）以上时，按要求YV3通电，开始排出混合液，液面开始下降。

当液面低于SL3（L）时开始计时，2S后YV3断开，PLC输出Q4.3工作状态指示灯灭，同时YV1通电打开，PLC输出Q4.1工作状态指示灯亮，液体A流入容器，液面开始上升。

当液位高度达到SL2（I）时，液位传感器SL2接通，此时电磁阀YV1断电关闭，而电磁阀YV2通电接通，PLC输出Q4.2工作状态指示灯亮,PLC输出Q4.1工作状态指示灯灭，液体B流入容器。

液位达到SL1（H）时液位传感器SL1接通，这时电磁阀YV2断电关闭，同时启动电机M搅拌。

PLC输出Q4.2工作状态指示灯灭，PLC输出Q4.0工作状态指示灯亮。

6S后电动机M停止搅拌，这时电磁阀YV3通电打开，开始循环新的周期。

SB2为停止按钮，按下后过程继续，但最终停留在初始状态，不进入下一循环。

再按SB1可再次启动。

SB3为急停按钮，按下后整个过程停止，直接进入排液过程，并最终停止。

再按SB1可再次启动。

SB4记忆停止按钮，按下后整个过程停止。

SB5为记忆启动按钮，在记忆停止后按下可将停止前的动作继续下去。

硬件配置

PLC系统硬件配置

第3章总结

为期两周的课程设计即将结束，这是一次充满挑战和热情的课程。

本次我设计的题目主要阐述液体混料罐的自动控制，实现液体混料全过程。

其系统结构简单，运行稳定可靠。

使用了西门子PLC300和Wincc软件，设计了控制程序。

虽然我们之前学过PLC程序设计，但是到了真正实践的时候，我们还是意识到了自己能力的欠缺，而且这学期的Wincc学习一塌糊涂，所以刚来的时候我有种无从下手的感觉。

但是看到周围的同学都在投入的学习，我也就开始努力了。

当我做出自己的成果的时候，我觉得问题并没有自己想象中的那么难。

在此次得设计过程中对各种系统的适用条件，各种软件的使用方法，我们都是随着设计的不断深入并学会了应用。

在与指导老师的交流沟通中也使我们对设计有了新的认识也对自己提出了新的要求。

对现场的控制也只是通过程序来实现，没有完成PLC与液位传感器之间的通讯。

对于这次简洁的设计，我们还可以在设计进行进一步完善。

参考文献

[1]廖常初.可编程控器的编程方法和工程应用[M].重庆：

重庆大学出版社.2003

[2]欧阳三泰﹑欧阳希﹑周琴.可编程控制器发展综述[J].机床电器.2005.1

[3]胡学林.可编程控制器原理及应用电子工业出版社.2012

[4]方承远、王炳勋.电气控制原理与设计[M].常熟：

宁夏人民出版社，1989.3：

60-70

[5]李景学﹑金广业编．可编程控制器应用系统设计方法．北京：

电子工业出版社，1995