搅拌机的电器与plc控制.docx

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搅拌机的电器与plc控制

摘要

电器系统是常用的控制系统具有成本低、可靠性高的特点，运用的时间也比较长，它主要是通过各种元件来控制设备。

PLC是以计算机技术为核心的通用自动控制装置，也可以说它是一种用程序来改变控制功能的计算机，PLC主要由CPU模块、输入模块、输出模块和编程装置组成。

本文通过电器和PLC控制在固体粉末混合机上的运用，说明他们各自的特点。

关键词：

普通电器控制,电器控制流程，PLC控制，PLC控制流程

1电气控制

1.1物料混合机的设计要求

鉴于搅拌设备的广泛应用，随着近年来工业技术的发展，物料混合特别是流体混合技术在上世纪后几十年代得到了迅猛发展,在工业中运用广泛。

题目要求用电器系统和PLC控制制设备，其机构的简图及其工作原理如下。

图1.1机构原理图

1.2系统分析

初始状态：

起动搅拌器之前，容器是空的，各阀门关闭，传感器不通电搅拌电动机M=OFF。

该系统有三个压力传感器：

低压力传感器（在最上面），中压力传感器（在中间），高压力传感器（在最下面）。

当固体粉末到达某传感器的位置时，该传感器就会发出ON信号，若低于传感器位置时，传感器就变为OFF状态。

该系统有三个电磁阀：

YA1为粉末A输入电磁阀，YA2为粉末B输入电磁阀，X3为混合粉末输出电磁阀，当电磁阀为ON状态时，阀门打开，为OFF时阀门就关闭，阀门的开和闭来实现粉末的放入和放出。

M为搅拌电动机，当M=ON时，搅拌电动机运行；当M=OFF时，搅拌电动机停止。

操作工艺：

搅拌器开始工作时，先按下起动按钮，阀门YA1打开，开始向仓里放固体粉末A，当固体粉末到达高传感器时，A固体粉末继续注入，直到固体粉末到达中压力时，使YA1=OFF，Y2=ON，即关闭阀门YA1，停止送A粉末，打开阀门YA2，开始输入固体粉末B，当到达固体粉末低压力传感器时，关闭YA2，同时启动搅拌电动机M，电机开始搅拌60S后，粉末均匀，停止搅拌，即M=OFF，打开阀门YA4，放混合固体粉末。

当固体低于最下面传感器时，再过15S，容器中的混合固体全部放空，关闭阀门YA4，自动开始下一个操作循环。

若在工作中按下停止按钮。

搅拌器会立即停止工作，不按时继续下一个循环。

1.3工作流程图

图1.2工作流程图

1.4电气控制元件选择

硬件选择：

延时继电器、液体传感器、电控阀门

表1.1硬件分配表

硬件名

个数

型号

备注

电动机

1

Y1325

压力传感器

3

HM20

熔断器380V

3

RL1

熔断器220V

2

RS0

手动开关

1

延时继电器

2

Fuji富士时间继电器MS4SF-CEIT

电动阀门

3

非标准件

电线

若干

按钮开关

2

热继电器

3

JR-28-25

1.5其电路简图如下

图1.3电路图

1.6对应的的接线对应表

对应的的接线对应表

表1.2元件选择表

符号

名称

SA1

传感器1

SA2

传感器2

SA3

传感器3

YAI

阀门1

YA2

阀门2

YA4

阀门4

M

电动机

1.7控制分析

按SB1开机，K1线圈得电，K1闭合，YA1通电放粉末A。

到达低位时，SA3闭合，KM8触头断开，粉末继续放。

到达中位位时，SA2闭合，KM6常开触头闭合，常闭触头断开，阀门YA1关闭，阀门YA2打开放粉末B。

到高位达时，K5常开触头闭合，常闭触头断开。

Y2关闭，延时继电器启动，电机启动开始混合，过60s，KT60常开触头闭合常闭触头断开，电机关闭，阀门YA4开，放混合粉末。

放到到达时SA3断开，K7得电延时继电器启动，15s后阀门YA4闭合。

按SB2混合机停止工作。

2PLC控制

2.1机械系统的分析

本设计设计为两种固体粉末或颗粒混合搅拌控制，其元件、要求如下：

初始状态：

起动搅拌器之前，容器是空的，各阀门关闭，传感器不通电搅拌电动机M=OFF。

该系统有三个压力传感器：

低压力传感器（在最上面），中压力传感器（在中间），高压力传感器（在最下面）。

当固体粉末到达某传感器的位置时，该传感器就会发出ON信号，若低于传感器位置时，传感器就变为OFF状态。

该系统有三个电磁阀：

YA1为粉末A输入电磁阀，YA2为粉末B输入电磁阀，YA3为混合粉末输出电磁阀，当电磁阀为ON状态时，阀门打开，为OFF时阀门就关闭，阀门的开和闭来实现粉末的放入和放出。

M为搅拌电动机，当M=ON时，搅拌电动机运行；当M=OFF时，搅拌电动机停止。

操作工艺：

搅拌器开始工作时，先按下起动按钮，阀门YA1打开，开始向仓里放固体粉末A，当固体粉末到达高传感器时，A固体粉末继续注入，直到固体粉末到达中压力时，使YA1=OFF，YA2=ON，即关闭阀门Y1，停止送A粉末，打开阀门YA2，开始输入固体粉末B，当固体粉末到达低压力传感器时，关闭YA2，同时启动搅拌电动机M，电机开始搅拌60S后，粉末均匀，停止搅拌，即M=OFF，打开阀门YA4，放混合固体粉末。

当固体低于最下面传感器时，再过15S，容器中的混合固体全部放空，关闭阀门Y4，自动开始下一个操作循环。

若在工作中按下停止按钮。

搅拌器会立即停止工作，不按时继续下一个循环。

图2.1机构原理图

2.2PLC简介和I/O口点数分析

机型选择的基本原则是在满足控制功能要求的前提下，保证系统工作可靠、维护使用方便及最佳的性能价格比。

具体应考虑的因素如下所述。

（1）结构合理

对于工艺过程比较固定、环境条件较好、维修量较小的场合，选用整体式结构的PLC；否则，选用模块式结构的PLC，物料混合控制系统的设计选用整体式结构的PLC能够达到要求。

（2）功能强、弱适当

对于开关量控制的工程项目，若控制速度要求不高，一般选用低档的PLC，西门子公司的S7-200系列机。

（3）机型统一

PLC的结构分为整体式和模块式两种。

整体式结构把PLC的I/O和CPU放在一块印刷电路板上，并封装在一个壳体内，省去了插接环节，因此体积小、价格便宜。

但由于整体式结构的PLC功能有限，只适用于控制要求比较简单的系统。

一般大型的控制系统都使用模块式结构，这样功能易扩展，比整体式灵活。

一个大型企业选用PLC时，尽量要做到机型统一。

由于同一机型的PLC，其模块可互为备用，以便备件的采购和管理；另外，功能及编程方法统一，有利于技术人员的培训；其外部设备通用也有利于资源共享。

若配备了上位计算机，可把各独立系统的多台PLC联成一个多级分布式控制相互通信，集中协调管理。

物料混合控制系统控制要求比较简单选择整体式结构的PLC

（4）是否在线编程

PLC的特点之一是使用灵活。

当被控设备的工艺过程改变时，只需用编程器重新修改程序，就能满足新的控制要求，给生产带来很大方便。

PLC的编程分为离线编程和在线编程两种。

离线编程的PLC，其主机和编程器共用物料混合控制系统采用离线编程

（5）PLC的环境适应性

由于PLC是直接用于工业控制的工业控制器，生产厂家都把它设计成能在恶劣的环境条件下可靠地工作。

尽管如此，每种PLC都有自己的环境技术条件，用户在选用时，特别是在设计控制系统时，对环境条件要进行充分的考虑。

一般PLC及其外部电路（I/O模块、辅助电源等）都能在下列环境条件下可靠工作：

温度工作温度0～55℃，最高为60℃

储存温度-40℃～＋85℃

湿度相对湿度5%～95%（无凝结霜）

振动和冲击满足国际电工委员会标准

电源交流200V，允许变化范围为-15%～＋15%，频率为45～55Hz

瞬间停电保持l0ms

环境周围空气不能混有可燃性、爆炸性和腐蚀性气体

对于需要应用在特殊环境下的PLC，要根据具体的情况进行合理的选择。

PLC容量选择

PLC容量包括两个方面：

一是I/O的点数；二是用户存储器的容量（字数）。

PLC容量的选择除满足控制要求外，还应留有适当的裕量，以做备用。

根据经验，在选择存储容量时，一般按实际需要的10%～25%考虑裕量。

对于开关量控制系统，存储器字数为开关量I/O乘以8；对于有模拟量控制功能的PLC，所需存储器字数为模拟内存单元数乘以100。

通常，一条逻辑指令占用存储器一个字。

计时、计数、移位及算术运算、数据传输等指令占用存储器两个字。

各种指令占存储器的字数可查阅PLC产品使用手册。

I/O点数也应留有适当裕量。

由于目前I/O点数较多的PLC价格也较高，若备用的I/O点的数量太多，将使成本增加。

根据被控对象的输入信号和输出信号的总点数，并考虑到今后的调整和扩充，通常I/O点数按实际需要的10%～15%考虑备用量。

I/O模块的选择

PLC是一种工业控制系统，它的控制对象是工业生产设备或工业生产过程，它的工作环境是工业生产现场。

它与工业生产过程的联系是通过I/O接口模块来实现的。

通过I/O接口模块可以检测被控生产过程的各种参数，并以这些现场数据作为控制器对被控制对象进行控制的依据。

同时控制器又通过I/O接口模块将控制器的处理结果送给工业生产过程中的被控设备，驱动各种执行机构来实现控制。

外部设备或生产过程中的信号电平各种各样，各种机构所需的信息电平也是各种各样的，而PLC的CPU所处理的信息只能是标准电平，所以I/O接口模块还需实现这种转换。

PLC从现场收集的信息及输出给外部设备的控制信号都需经过一定距离。

为了确保这些信息的正确无误，PLC的I/O接口模块都具有较好的抗干扰能力。

根据实际需要，PLC相应有许多种I/O接口模块，包括开关量输入模块、开关量输出模块、模拟量输入模块及模拟量输出模块，可以根据实际需要进行选择使用。

（1）确定I/O点数

I/O点数的确定要充分的考虑到裕量，能方便地对功能进行扩展。

对一个控制对象，由于采用不同的控制方法或编程水平不一样，I/O点数就可能有所不同。

（2）开关量I/O

标准的I/O接口用于同传感器和开关（如按钮、限位开关等）及控制（开/关）设备（如指示灯、报警器、电动机起动器等）进行数据传输。

典型的交流I/O信号为24～240V（AC），直流I/O信号为5～24V（DC）。

（3）选择开关量输入模块主要从下面两方面考虑：

一是根据现场输入信号与PLC输入模块距离的远近来选择电平的高低。

一般24V以下属于低电平，其传输距离不宜太远。

如12V电压模块一般不超过10m，距离较远的设备选用较高电压模块比较可靠。

二是高密度的输入模块，如32点输入模块，能允许同时接通的点数取决于输入电压和环境温度。

一般同时接通的点数不得超过总输入点数的60%。

（4）选择开关量输出模块时应从以下三个方面来考虑：

一是输出方式选择。

输出模块有三种输出方式：

继电器输出、晶闸管输出、晶体管输出。

其中，继电器输出价格便宜，使用电压范围广，导通压降小，承受瞬时过电压和过电流的能力强，且有隔离作用。

但继电器有触点，寿命较短，且响应速度较慢，适用于动作不频繁的交／直流负载。

当驱动电感性负载时，最大开闭频率不得超过1Hz。

晶闸管输出（交流）和晶体管输出（直流）都属于无触点开关输出，适用于通断频繁的感性负载。

感性负载在断开瞬间会产生较高反电压，必须采取抑制措施。

二是输出电流的选择。

模块的输出电流必须大于负载电流的额定值，如果负载电流较大，输出模块不能直接驱动时，应增加中间放大环节。

对于电容性负载、热敏电阻负载，考虑到接通时有冲击电流，要留有足够的余量。

三是允许同时接通的输出点数。

在选用输出点数时，不但要核算一个输出点的驱动能力，还要核算整个输出模块的满负荷负载能力，即输出模块同时接通点数的总电流值不得超过模块规定的最大允许电流值。

电源模块的选择

电源模块的选择一般只需考虑输出电流。

电源模块的额定输出电流必须大于处理器模

块、I/O模块、专用模块等消耗电流的总和。

以下步骤为选择电源的一般规则：

（1）确定电源的输入电压；