3 硬件电路设计
3 硬件电路设计
3.1 总体结构
从图3-1中可知设计的液体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为液面传感器，液面淹没该点时为ON，YV1,YV2,YV3,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。
图3-1 液体混合灌装机
要求如下：
1、 初始状态：当装置投入运行时，容器内为放空状态。
2、 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。
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3 硬件电路设计
当液面下降到SL1时，SL1有接通变为断开，在经过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。
3.2 液位传感器的选择
LSF系列液位开关可提供非常准确、可靠的液位检测。其原理是依据光的反射折射原理 ，当没有液面时，光被前端的棱镜面或球面反射回来；有液体覆盖光电探头球面时，光被折射出去，这使得输出发生变化，相应的晶体管或继电器动作并输出一个开关量。应用此原理可制成单点或多点液位开关。LSF光电液位开关具有较高的适应环境的能力，在耐腐蚀方面有较好的抵抗能力。
所以选用LSF-2.5型液位传感器。
其中“L”表示光电的，“S”表示传感器，“F”表示防腐蚀的，2.5为最大工作压力。
相关元件主要技术参数及原理如下：
1）工作压力可达2.5Mpa； 2）工作温度上限为125； 3）触点寿命为100万次℃； 4）触点容量为70W； 5）开关电压为24V DC； 6）切换电流为0.5A。 3.3 搅拌电机的选择
相比较其他型号的搅拌机而言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。
所以选用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。
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3 硬件电路设计
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%； 其硬件接线如图3-2
3.4 电磁阀的选择
图3-2 硬件接线
（1） 入罐液体选用VF4-25型电磁阀。
其中“V”表示电磁阀，“F”表示防腐蚀，4表示设计序号，25表示口径（mm）宽度。
1）材质：聚四氟乙烯；使用介质：硫酸、盐酸、有机溶剂、化学试剂等酸碱性的液体；
2） 介质温度≤150℃/环境温度-20~60℃； 3） 使用电压：AC：220V50Hz/60Hz DC: 24V； 4） 功率：AC：2.5KW；
5） 操作方式：常闭：通电打开、断电关闭，动作响应迅速，高频率。 ( 2 ) 出罐液体选用AVF-40型电磁阀。
其中“A”表示可调节流量，“V”表示电磁阀，“F”表示防腐蚀，40为口径（mm）
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3 硬件电路设计
相关元件主要技术参数及原理如下：
1） 其最大特点就是能通过设备上的按键设置来控制流量，达到定时排空的效果；
2) 其阀体材料为：聚四氟乙烯，有比较强的抗腐蚀能力； 3) 使用电压：AC：220V50Hz/60HZ DC：24V； 4) 功率：AC：5KW。
3.5 接触器的选择及热继电器的选择
（1）接触器的选择
电动机在实际工作中，常常遇到过载情况，时间长时，绕组温升超过允许值是将会加剧绕组绝缘老化，缩短电机使用年限，严重时会使电机绕组烧坏，因此电机长时间工作都需要对其提供过载保护装置。选用热继电器主要考虑因素有：额定电流和热元件的整定电流要求均大于被保护电路护设备的正常工作电流。作为电动机保护时，要考虑型号、规格和特性、正常启动的启动时间和启动电流、负载的性质等。 所以选用CJ20-10/CJ20-16型接触器。
其中“C”表示接触器，“J”表示交流，20为设计编号，10/16为主触头额定电流。 相关元件主要技术参数及原理如下： 1） 操作频率为1200/h； 2） 机电寿命为1000万次； 3） 主触头额定电流为10/16（A）； 4） 额定电压为380/220（A）； 5） 功率为2.5KW。 （2）热继电器的选择
热继电器的种类很多，应用最广泛的是基于双金属片的热继电器。其主要由热原件、双金属片、触头三部分组成。双金属片是热继电器的感应原件，它由两种不同膨胀系数的金属机械碾压而成。热继电器是利用电流的热效应原理工作的保护电器，在电路中作电动机过载保护。
所以选用JR16B-60/3D型热继电器。
其中“J”表示继电器，“D”表示带断相保护。
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3 硬件电路设计
相关元件主要技术参数及原理如下： 1）额定电流为20（A）；
2）热元件额定电流为32/45（A）。 3.6 PLC的选择
3.6.1PLC控制系统设计的基本原则
任何一种电气控制系统都是为了实现被控制对象（生产设备或者生产过程）的工艺要求，以提高生产效率和产品质量。因此，在设计PLC控制系统时，应遵循一下基本原则：
（1）PLC的选择除了应满足技术指标的要求之外，特别应住处的是还应重点考虑该公司产品的技术支持和售后服务的情况，一般应选择在国内，特别是在所设计系统本地有着较为方便的技术服务机构或者较有实力的代理机构的产品，同时应尽量选择主流机型。
（2）最大限度地满足被控制对象的控制要求。设计前，应深入现场进行调查研究，搜集资料，并与机械部分的设计人员和实际操作人员密切配合，共同拟定电气控制方案，协同解决设计中出现的各种问题。
（3）在满足实际控制要求的前提下，力求使控制系统简单、经济、实用及维修方便，并降低系统的复杂性和开发成本。
（4）保证控制系统的安全、稳定、可靠。正确的进行程序调试，充分考虑环境条件，选择可靠性高的PLC，定期对PLC进行维护和检查。
（5）考虑到生产的发展和工艺的改进，在选择PLC容量时，应尽量留有裕量。当然，对于不同的用户，要求的侧重点会有所不同，设计的原则也应有所区别，如果以提高产品质量和安全为目标，则应将系统可靠性放在设计的重点，甚至考虑采用冗余控制系统；如果要求系统改善信息管理，则应将系统通信能力与总线网络设计加以强化。
传统的控制方法是采用继电器-接触器控制。这种控制系统较复杂，并且大量的硬件接线使系统可靠性降低，也间接的降低了设备的工作效率。采用可编程控制器较好地解决了这一问题，可编程控制器是一种将计算机技术、自动控制技术和通信技术结合在一起的新型工业自动控制设备，不仅能实现对开关量信号的逻辑控制，还能实现与上位计算机等智能设备之间的通信。因此，将可编程控制器应用于多种液体混合灌装机，完
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