多种液体自动混合装置的PLC控制

摘要 随着社会的不断发展和科学技术的不断提高，各种工业自动化不断升 级，尤其是在工业上 PLC 的应用越来越广泛。其中在生产的第一线有着各种 各样的自动加工系统，其中多种原材料混合再加工，在工业上常常可见。 本次设计课题为“基于PLC 的多种液体混合控制设计” ，此设计以液体 混合控制系统为中心，从控制系统的硬件系统组成、软件选用到系统的设计 过程。此次设计主要内容包括：工作过程分析，I/O 分配，主电路，梯形图， 流程图，指令表，接线图，程序分析等, 经过多次修改和调试，最终实现题 目要求。设计采用三菱FX2N-48PLC 去实现设计要求。 关键词：自动控制 PLC多种液体自动混合装置 目录 第一章 概述 1.1 课题背景 随着社会科学技术的不断发展，自动控制在人类活动的各个领域中的应 用越来越广泛，它的水平已成为衡量一个国家生产和科学技术先进与否的一 项重要标志。在许多行业中，多种液体自动混合装置是必不可少的，而且也 是其生产过程中十分重要的组成部分。 由于在某些生产要求中，要求系统要具有配料精确、控制可靠等特点， 这也是人工操作所难以实现的。所以为了达到生产要求，特别是要实现多种 液体自动混合的目的,多种液体自动混合装置势必就是摆在我们眼前的一大 课题。 随着 PLC 控制器的不断发展和计算机技术的不断提高，对原有液体混合 装置进行技术改造，提出数据采集、自动控制、运行管理等多方面的要求。 设计的多种液体混合装置利用PLC 可编程控制器可实现在混合过程中精确控 制，提高了液体混合比例的稳定性、自动化程度，适合相关工业生产的需要。 1.2 课题的意义与发展方向 在工业生产中，把多种原料在合适的时间和条件下进行需要的加工得到 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，这些方式已经不 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。 PLC 一经出现，由于它的自动化程度高、可靠性好、设计周期短、使用 和维护简便等独特优点，备受国内外工程技术人员和工业界厂商的极大关 注， 生产 PLC 的厂家云起。随着大规模集成电路和微处理器在PLC 中的应用， 使 PLC 的功能不断得到增强，产品得到飞速发展。 由于 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， 且编程能力强，可以将模糊化、模糊决策和解模糊都方便地用软件来实现， 所以本系统采用 PLC 控制是再合适不过了。 根据多种液体自动混合系统的要求与特点，我们采用的三菱FX2N-48 PLC 具有小型化、高速度、高性能等特点，其指令丰富，可以接各种输出、 输入扩充设备，有丰富的特殊扩展设备，所以相当具有研究意义。 第二章 硬件电路设计 2.1 系统的控制要求与总体结构 如图 2-1 所示为三种液体混合的装置。SL1、SL2、SL3、SL4 为液面传感 器，液面淹没时接通，三种液体（液体A、液体 B、液体 C）的流入和混合 液体流出分别由电磁阀YV1,YV2,YV3,YV4控制， ，M 为搅匀电动机。 图 2—1三种液体混合的装置结构图 SQ1-SL4 SQ2-SL3 SQ3-SL2 SQ4-SL1 要求如下： 1、 2、 初始状态：当装置投入运行时，液体内为放空状态。 起始操作：按下启动按钮SB1，装置开始按规定工作，液体A 阀 门打开，液体 A 流入容器。当液面到达SL2 时，关闭液体 A 阀门， 打开 B 阀门。当液面到达SL3 时，关闭液体 B 阀门，打开 C 阀门。 当液面到达 SL4 时，关闭液体C 阀门，搅拌电动机开始转动。搅拌 电动机工作 1min 后，停止搅动，混合液体阀门打开，开始放出混合 液体。当液体下降到SL1 时，SL1 由接通变为断开，再经过20s 后， 容器放空，混合液体阀门YV4 关闭，接着开始下一个循环操作。 3、停止操作：按下停止按钮后， 要处理完当前循环周期剩余任务后， 系统停止在初始状态。 由控制要求可知设计的液体自动混合装置主要完成三种液体的自动混 合搅拌。此装置需要控制的元件有：其中SL1,SL2,SL3,SL4为液面传感器， 液面淹没该点时为ON，YV1,YV2,YV3,YV4为电磁阀， M 为搅拌机。另外还有 控制电磁阀和电动机的1 个交流接触器KM。所有这些元件的控制都属于数 字量控制，可以通过引线与相应的控制系统连接从而达到控制效果。 2.2 PLC 选型及 I/O 分配图 根据设计要求、控制要求，选定PLC 的型号为：三菱 FX2N-48 它是日本三菱公司生产的三菱FX1N 系列，拥有 28 路输入、 18 路(继电 器)输出，而本例实际只需要6 路输入、 5 路输出，输出留有约1/3 的余量， 输出所留余量超出1/3，完全满足要求；拥有8K 步的内存容量，而本例用户 程序的容量估计在50 步左右，完全够用。 多种液体自动混合装置的I/0 分配如表 2-1 所示 输人 X0：启动按钮 X1：限位开关 SL4 X2：限位开关 SL3 X3：限位开关 SL2 X4：限位开关 SL1 X5：停止按钮 输出 Y1:液体 A 控制阀门 YV1 Y2：液体 B 控制阀门 YV2 Y3：液体 C 控制阀门 YV3 Y4：D 口控制阀门 YV4 Y5：搅拌机控制 M 表 2-1多种液体自动混合装置的I/0 分配表 2.3搅拌电动机主电路 此电动机选用 EJ15-3 型电动机。 其中“ E”表示电动机，“J”表示交流的， 15 为设计序号， 3 为最大工 作电流。 相关元件主要技术参数及原理如下： EJ15 系列电动机是一般用途的全封闭自扇冷式鼠笼型三相异步电动机。 1）额定电压为 220V，额定频率为 50Hz，功率为 2.5KW，采用三角形接 法； 2） 电动机运行地点的海拔不超过1000m 。 工作温度 -15~40 ℃/湿度≤ 90%； 3）EJ15 系列电动机效率高、节能、堵转转矩高、噪音低、振动小、运 行安全可靠。 其主电路硬件接线如图2-3 所示 图 2-3 搅拌电动机的主电路 2.4PLC 外部接线图 图 2-4 PLC 外部接线图 SQ1-SL4 SQ2-SL3 SQ3-SL2 SQ4-SL1 第三章 软件电路设计 3.1 液体混合装置程序流程图 启动 任务1 开阀门YV1,Q0.0, 输入液体A 液体到SL1位 液体到SL2位 任务2 关阀门YV1,Q0.0，开阀门YV2,Q0.1 输入液体B 液体到SL3位 任务3 关阀门YV2，Q0.1,开阀门YV3,Q0.2 输入液体C 液体到SL4位 循 任务4关阀门YV3,Q0.2,启动搅拌机Q0.3 搅拌时间到 环 任务5 停止搅拌机，Q0.3,开阀门YV4，Q0.4 输出混合液体D 传感器SL4,SL3,SL2,SL1相继复位 混合液体低于SL1 启动输出延时任务6 延时时间到 任务7关阀门YV4,Q0.4,容器排空 按下停止按钮 处理完当前循环周期任务 停止 图 3-1 液体混合装置程序流程图 3.2 多种液体自动混合装置PLC 编程梯形图 图 3-2多种液体自动混合装置PLC 编程梯形图 3.3 多种液体自动混合装置PLC