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PLC自动配料系统设计.doc

PLC自动配料系统设计

用户3598384723
2014-01-25 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《PLC自动配料系统设计doc》,可适用于工程科技领域

摘要PLC自动配料系统设计摘要PLC的定义有许多种。国际电工委员会(IEC)对PLC的定义是:可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存贮器用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令并通过数字式、模拟式的输入和输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备都应按易于与工业控制系统形成一个整体易于扩充其功能的原则设计。PLC具有通信联网的功能它使PLC与PLC之间、PLC与上位计算机以及其他智能设备之间能够交换信息形成一个统一的整体实现分散集中控制。多数PLC具有RS接口还有一些内置有支持各自通信协议的接口。配料工人收到每天的生产作业表后,将依次对每种原料进行称重根据配料的多少,先计算每种成分的重量,然后在各种成分的料桶中取料,传送到电子称上进行称重,最后进行包装。关键词通信传送配料包装PLCautomaticbatchingsystemdesignAbstracttherearemanykindsofPLCdefinitionTheinternationalelectrotechnicalcommission(IEC)isdefinedasofPLCprogrammablecontrollerisakindofdigitalcomputingoperations,speciallydesignedfortheelectronicsysteminindustrialenvironmentapplicationanddesignItUSESprogrammableCunZhuQi,usedinitsinternalstoragetoperformthelogicoperation,sequencecontrol,timing,countingandarithmeticoperationinstruction,andthroughdigital,analoginputandoutput,thecontrolvarioustypesofmachineryorproductionprocessProgrammablecontrollerandrelatedequipment,shouldpresseasyandindustrialcontrolsystemasawhole,easytoextenditsfunctionprincipledesignPLCwithcommunicationnetworkingfunction,itmakesPLCandPLC,betweenthePLCandthePCandotherintelligentequipmenttoexchangeinformationbetween,formingaunifiedwhole,realizescatteredcentralizedcontrolMostPLChasRSinterface,andsomebuiltinhavetosupporttheircommunicationprotocolinterfacesIngredientsworkersreceivedailyproductionscheduling,willinturnforeachfeedstockAccordingtohowmuchweighingingredients,firstcalculatedtheweightofeachcomponentinvariouscomponents,andthenthematerialbarrelsmaterialtaking,toelectronicsaysonthepackagingweighingandKeywordscommunicationtoconveyburdentopack目录绪论课题来源及现实意义课题来源现实意义设计任务与总体方案的确定设计任务总体设计方案的确定PLC与自动化软件PLC的发展历史PLC的硬件和软件PLC的硬件构成PLC的软件构成PLC系统的辅助设备PLC的通讯联网PLC的注意事由自动化软件发展历史及定义………………………………………………发展趋势………………………………………………………………监控组态软件WINCC的简介和应用………………………………………WINCC简介………………………………………………………WINCC的特点………………………………………………………自动配料系统设计………………………………………………………自动配料系统简介………………………………………………………自动配料系统的特点………………………………………………自动配料系统组成……………………………………………………………………配料技术的最新进展……………………………………………自动配料系统设计……………………………………………………配料系统的设计…………………………………………………称重方式选择…………………………………………………………给料方式选择…………………………………………………………生产线结构…………………………………………………………配料系统的组成…………………………………………………输送装置的设计……………………………………………………计量系统的设计………………………………………………………称重元件设计…………………………………………………………测速元件的设计……………………………………………………控制系统设计…………………………………………………………控制系统硬件设计………………………………………………PLC的选配…………………………………………………………称重仪表的选配………………………………………………操作站的选配……………………………………………………控制系统软件设计…………………………………………………称量仪表参数设定………………………………………………PLC程序编制………………………………………………操作站WINCC组态………………………………………………………全文结论致谢…………………………………………………………………………………参考文献绪论课题的来源及现实意义课题的来源自动配料系统是一个针对各种不同类型的物料(固体或液体)进行输送、配比、加热、混合以及成品包装等全生产过程的自动化生产线。广泛应用于化工、冶金、建材、食品、饲料加工等行业。在氧化铝生产及其它工业生产中经常会遇到多种物料配比控制的情况。在手动控制状态下需要根据生产情况计算出各物料的配比再根据配比分别计算出各物料的理想下料量对各台设备分别设定来满足配比的要求。当生产情况发生变化需要改变下料量时则需要再次分别计算各物料的设定值再次分别设定。这种人工操作方式计算,操作时间长且容易出错给生产带来不良因素。而采用PLC控制方式以及新颖的变频调速喂料机构配合配料控制软件包实现物料传送、配料控制、配方设计、生产数据管理等功能。并可以通过网络实现多个配料系统的集合控制。设计任务与总体方案的确定设计要求使用siemens公司的可编程序控制器及Wincc组态软件。设计满足控制要求的自动配料控制系统。并完成:.主电路设计并画出接线示意图。分配IO地址列出分配表。设计系统控制的程序框图。根据程序框图设计该系统的控制梯形图。上机调试通过。利用Wincc组态软件对系统进行模拟运行控制要求本设计针对氧化铝生产工艺中的自动配料系统。​ 自动配料将完成种物料(石灰石、铝矿石、无烟煤)的自动配比控制​ 控制方式为主从比例控制方式​ PLC要实现各种物料下料量的采集、喂料装置的启停、物料下料量的控制​ 组态操作界面能显示设备的运行、停车、故障操作界面要求显示每种物料的下料设定值、实际下料值通过界面上设置的启动、停车按钮实现整个系统的开停PLC与自动化软件PLC的发展历史在工业生产过程中大量的开关量顺序控制它按照逻辑条件进行顺序动作并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制及大量离散量的数据采集。传统上这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。年美国GM(通用汽车)公司提出取代继电气控制装置的要求第二年美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置首次采用程序化的手段应用于电气控制这就是第一代可编程序控制器称ProgrammableController(PC)。个人计算机(简称PC)发展起来后为了方便也为了反映可编程控制器的功能特点可编程序控制器定名为ProgrammableLogicController(PLC)现在仍常常将PLC简称PC。PLC的定义有许多种。国际电工委员会(IEC)对PLC的定义是:可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存贮器用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令并通过数字的、模拟的输入和输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备都应按易于与工业控制系统形成一个整体易于扩充其功能的原则设计。上世纪年代至年代中期是PLC发展最快的时期年增长率一直保持为~。在这时期PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高PLC逐渐进入过程控制领域在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。  PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位在可预见的将来是无法取代的。PLC的硬件和软件PLC的硬件构成从结构上分PLC分为固定式和组合式(模块式)两种。固定式PLC包括CPU板、IO板、显示面板、内存块、电源等这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模块、IO模块、内存、电源模块、底板或机架这些模块可以按照一定规则组合配置。CPU的构成:CPU是PLC的核心起神经中枢的作用每套PLC至少有一个CPU它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据并存入规定的寄存器中同时诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后从用户程序存贮器中逐条读取指令经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号去指挥有关的控制电路。CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内存主要用于存储程序及数据是PLC不可缺少的组成单元。在使用者看来不必要详细分析CPU的内部电路但对各部分的工作机制还是应有足够的理解。CPU的控制器控制CPU工作由它读取指令、解释指令及执行指令。但工作节奏由震荡信号控制。运算器用于进行数字或逻辑运算在控制器指挥下工作。寄存器参与运算并存储运算的中间结果它也是在控制器指挥下工作。CPU速度和内存容量是PLC的重要参数它们决定着PLC的工作速度IO数量及软件容量等因此限制着控制规模。IO模块:PLC与电气回路的接口是通过输入输出部分(IO)完成的。IO模块集成了PLC的IO电路其输入暂存器反映输入信号状态输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统输出模块相反。IO分为开关量输入(DI)开关量输出(DO)模拟量输入(AI)模拟量输出(AO)等模块。开关量是指只有开和关(或和)两种状态的信号模拟量是指连续变化的量。常用的IO分类如下:开关量:按电压水平分有VAC、VAC、VDC按隔离方式分有继电器隔离和晶体管隔离。模拟量:按信号类型分有电流型(mA,mA)、电压型(V,V,V)等按精度分有bit,bit,bit等。除了上述通用IO外还有特殊IO模块如热电阻、热电偶、脉冲等模块。按IO点数确定模块规格及数量IO模块可多可少但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力即受最大的底板或机架槽数限制。电源模块:PLC电源用于为PLC各模块的集成电路提供工作电源。同时有的还为输入电路提供V的工作电源。电源输入类型有:交流电源(VAC或VAC)直流电源(常用的为VAC)。PLC的软件构成()系统软件系统软件包含三个部分:一系统管理程序。其作用一是运行时间管理控制可编程控制器何时输入何时输出何时计算何时自检何时通信。二是存储空间管理规定个中参数程序的存放位置以生成用户环境。三是系统自检程序包括各种系统出错检验用户程序语法检验句法检验警戒时钟运行。二用户指令解释程序。用户指令解释程序是联系高级语言程序和机器码的桥梁。三标准程序模块及其调用程序。这是许多独立的程序块各程序块具有不同的功能。()用户程序用户程序即是应用程序使PLC的使用者针对具体控制要求编制的程序。根据不同的控制要求编制不同的程序这相当于改变PLC的用途相当于继电器控制设备的硬接线线路也正是所谓“可编程”一词的基本含义。PLC系统的辅助设备编程设备:编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件用于编程、对系统作一些设定、监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况但它不直接参与现场控制运行。小编程器PLC一般有手持型编程器目前一般由计算机(运行编程软件)充当编程器。机界面:最简单的人机界面是指示灯和按钮目前液晶屏(或触摸屏)式的一体式操作员终端应用越来越广泛由计算机(运行组态软件)充当人机界面非常普及。输入输出设备:用于永久性地存储用户数据如EPROM、EEPROM写入器、条码阅读器输入模拟量的电位器打印机等。PLC的通信联网依靠先进的工业网络技术可以迅速有效地收集、传送生产和管理数据。因此网络在自动化系统集成工程中的重要性越来越显著甚至有人提出"网络就是控制器"的观点说法。PLC具有通信联网的功能它使PLC与PLC之间、PLC与上位计算机以及其他智能设备之间能够交换信息形成一个统一的整体实现分散集中控制。多数PLC具有RS接口还有一些内置有支持各自通信协议的接口。PLC的注意事由保证PLC的正常运行因此在使用中应注意以下问题。​ 工作环境温度PLC要求环境温度在~℃安装时不能放在发热量大的元件下面四周通风散热的空间应足够大基本单元和扩展单元之间要有mm以上间隔开关柜上、下部应有通风的百叶窗防止太阳光直接照射如果周围环境超过℃要安装电风扇强迫通风。湿度为了保证PLC的绝缘性能空气的相对湿度应小于(无凝露)。震动应使PLC远离强烈的震动源防止振动频率为~Hz的频繁或连续振动。当使用环境不可避免震动时必须采取减震措施。空气避免有腐蚀和易燃的气体例如氯化氢、硫化氢等。对于空气中有较多粉尘或腐蚀性气体的环境可将PLC安装在封闭性较好的控制室或控制柜中并安装空气净化装置。电源 PLC供电电源为Hz、()V的交流电对于电源线来的干扰PLC本身具有足够的抵制能力。对于可靠性要求很高的场合或电源干扰特别严重的环境可以安装一台带屏蔽层的变比为:的隔离变压器以减少设备与地之间的干扰。还可以在电源输入端串接LC滤波电路。自动化软件发展历史及定义自世纪年代初期诞生至今自动化软件(组态软件)已有年的发展历史。应该说组态软件作为一种应用软件是随着PC机的兴起而不断发展的。年代的组态软件像Onspec、Paragon 、早期的FIX等都运行在DOS环境下图形界面的功能不是很强软件中包含着大量的控制算法这是因为DOS具有很好的实时性。年代随着微软的Windows 风靡全球以Wonderware公司的Intouch为代表的人机界面软件开创了Windows下运行工控软件的先河由于Windows 不具备实时性所以当时年代已成名的自动化软件公司在对于操作系统的支持上或按兵不动或将组态软件从DOS向OS移植人们这样做的原因是大家都认为工控软件必须具有很强的实时性和控制能力必须运行在一个具备实时性的操作系统下像DOS、OS、Win NT(年才推出)等。历史证明在当时的硬件条件下上位机做人机界面切中了用户的需求Wonderware因而在不长的时间内成为全球最大的独立自动化软件厂商而在年代靠DOS版组态软件起家后来向OS移植的公司后来基本上都没落了。那么本文中提到的自动化软件指什么?到底什么是自动化软件?它应该具备哪些功能和特征呢?首先自动化软件主要包括人机界面软件(HMI)像Intouch、iFix、组态王等基于PC的控制软件统称软PLC或软逻辑像亚控的KingAct以及即将推出的组态王嵌入版、西门子的WinAC等还包括生产执行管理软件许多专家也将这一类软件归为MES(Manufacturing Execution System)像Intellution公司的iBatch、Wonderware公司的InTrack等另外与通用办公自动化软件相比自动化软件还应包括相应的服务。  其次自动化软件主要具备如下功能及特征:工业过程动态可视化数据采集和管理过程监控报警报表功能为其他企业级程序提供数据简单的回路调节批次处理SPC过程质量控制符合IEC标准。发展趋势在自动化软件赖以普及发展的诸多因素中有技术层面的也有商业层面的但制造业的需求是决定性的。制造业的发展带来了对自动化软件需求的提升也决定了自动化软件将由过去单纯的组态监控功能向着更高和更广的层面发展。 ()开放性技术  自动化软件正逐渐成为协作生产制造过程中不同阶段的核心系统无论是用户还是硬件供应商都将自动化软件作为全厂范围内信息收集和集成的工具这就要求自动化软件大量采用“标准化技术”如OPC、DDE、ActiveX控件、COMDCOM等这样使得自动化软件演变成软件平台在软件功能不能满足用户特殊需要时用户可以根据自己的需要进行二次开发。比如组态王中提供了个开发工具包就是使用户可以进行二次开发。自动化软件采用标准化技术还便于将局部的功能进行互连。    ()构造全厂信息平台  ERP是国内炙手可热的话题但目前的ERP主要应用在商业企业的财务、销售、物流等方面。在国内外的企业生产中还没有多少企业能够将生产信息和ERP系统整合到一起使生产效率和市场效益最大化也就是说在工业现场和ERP之间存在着鸿沟如何使实时历史数据能够进入企业信息管理系统是现代信息工厂迫在眉睫的需求。随着大型数据库技术的日益成熟全球主要的自动化厂商已发展了相关平台使自动化软件向着生产制造和管理的信息系统的方向发展。自动化软件已经成为构造全厂信息平台的承上启下的重要组成部分。在未来企业的信息化进程中自动化软件将成为中间件因为自动化软件厂商在既了解企业工艺、控制、生产制造需求又能完成现场历史数据的记录、存储及为ERP提供生产实时数据方面有着得天独厚的优势。()无线的人机界面解决方案数字终端已具备越来越强的功能和智能化像现在可以看到的预装了Win CE的PDA具备非常好的图形能力。蓝牙技术发展迅速据专家预测其未来的传输距离可达m另外以XML为基础的WML语言标准已经建立。这些技术的发展为无线的人机界面解决方案提供了先决条件。和其他技术相比无线的人机界面能够以更低的费用更快的连接、更容易地获取重要的生产信息像紧急报警、重要事件、生产过程中的重要参数等等。 ()以客户为导向的软件设计  如何站在客户的角度来设计软件是所有自动化软件厂商都应面对的挑战自动化软件涉及从控制、人机界面到生产管理的多个层次相应存在着多个模块比如亚控目前有组态王和软逻辑两大产品模块保持不同模块的一致性能有效地减少用户学习的时间。相同的数据结构也便于产品在企业内集成。这种一致性不仅表现在外观和感受上还表现在兼容性、平台、编程工具、数据访问、控制引擎、EBusiness等诸多方面。例如西门子的WinCC和编程软件STEP使用了相同的数据结构这使得用户只需将系统中的数据点定义一次。监控组态软件WINCC简介和应用WINCC简介  监控组态软件不仅有监控和数据采集(SCADA)功能而且有组态、开发和开放功能。监控组态软件是伴随着计算机技术、DCS和PLC等工业控制技术的突飞猛进而发展起来的。随着个人计算机(PC)的普及和开放系统的推广基于PC的监控组态软件在工业控制领域不断发展壮大。监控组态软件广泛运用于工业、农业、楼宇和办公等领域的自动化系统。伴随计算机硬件和软件技术的发展自动化产品呈现出小型化、网络化、PC化、开放式和低成本的发展趋势并逐渐形成了各种标准的硬件、软件和网络结构系统。监控组态软件已经成为其中的桥梁和纽带是自动化系统集成中不可缺少的关键组成部分。西门子公司的WinCC是WindowsControlCenter(视窗控制中心)的简称。它集成了SCADA、组态、脚本(Script)语言和OPC等先进技术为用户提供了Windows操作系统(Wndows或XP)环境下使用各种通用软件的功能。WinCC继承了西门子公司的全集成自动化(TIA)产品的技术先进和无缝集成的特点。WinCC运行于个人计算机环境可以与多种自动化设备及控制软件集成具有丰富的设置项目、可视窗口和菜单选项使用方式灵活功能齐全。用户在其友好的界面下进行组态、编程和数据管理可形成所需的操作画面、监视画面、控制画面、报警画面、实时趋势曲线、历史趋势曲线和打印报表等。它为操作者提供了图文并茂、形象直观的操作环境不仅缩短了软件设计周期而且提高了工作效率。WinCC的另一个特点在于其整体开放性它可以方便地与各种软件和用户程序组合在一起建立友好的人机界面满足实际需要。用户也可将WinCC作为系统扩展的基础通过开放式接口开发其自身需要的应用系统。WinCC因其具有独特的设计思想而具有广阔的应用前景。借助于模块化的设计能以灵活的方式对其加以扩展。它不仅能用于单用户系统而且能构成多用户系统甚至包括多个服务器和客户机在内的分布式系统。WinCC集生产过程和自动化于一体实现了相互间的集成。WINCC的特点纵观WinCC系统的特点我们可以看到两个明显的特征。一、WinCC不是孤立的软件系统它时刻与以下系统集成在一起:与自动化系统的无缝集成。西门子公司的PLC产品经历了从早期致力于提高运行速度到增强系统通信和联网能力再到融合了运动控制技术等诸多技术的T系列产品以及故障安全型的F系统的发展阶段。在这样的背景下WinCC与相应的硬件系统紧密结合通过统一的组态和编程、统一的数据管理及统一的通讯极大地降低了用户软硬件组态的工程量实现了整个产品范围内的高度集成。与自动化网络系统的集成。从现场总线PROFIBUS到工业以太网再到PROFINET技术和基于组件的自动化技术CBA(ComponentBasedAutomation)以及无线通讯解决方案由于WinCC内置了基于SS协议的通讯系统并提供了大量面向这些系统和技术的组件从而为WinCC和这些系统的最优化通讯和良好的互操作性提供了保证。至于在WinCC平台上实现基于PROFIBUS的诊断功能以及基于以太网的网络管理功能等更是锦上添花之笔。与制造执行系统MES(ManufacturingExecutionSystems)的集成。MES系统作为连接企业生产系统和管理系统的桥梁包含了生产订单管理、原材料管理、生产运营记录、设备管理、工厂信息管理、生产规范管理系统和实验室信息管理等系统代表着现代化智能工厂发展的最新潮流。来自西门子公司的MES系统SIMATICIT正是代表这一潮流的优秀系统。通过适当的适配系统WinCC可以轻松地集成在该系统下。换言之实施了基于WinCC的HMISCADA系统就为实施MES系统打下了坚实的基础。与相应的软硬件系统一起实现系统级的诊断功能。诊断功能包括产品和系统的层次贯穿于工程实施阶段、调试阶段和运行阶段。配合适当的软硬件系统如Pr。Agent等WinCC可以方便地实现基于不同通讯协议、从软件到硬件、从自动化站到操作站乃至整个SCADA网络的诊断。二、坚持开放性和先进性高于一切的理念开放性和标准化是软件系统的生命线:整个系统通过完整和丰富的编程系统实现了双向的开放性。借助C脚本WinCC几乎可以通过WinAPI无限制地访问到Windows操作系统及该平台上各种应用的功能这正是现代SCADA系统的魅力所在而VB脚本则从易用性和开发的快速性上相得益彰。反过来通过ODKWinCC的整个组态和运行系统又完全呈现给任何用户自行开发的系统为希望以WinCC作为平台软件进行工厂管理级软件和信息系统开发的用户提供了绝佳的平台。数据库系统全面开放。数据库是SCADA系统的灵魂。从最基本的单用户系统开始WinCC就内置了高效的数据库系统。它既可与操作站部署在同一台PC上又可以紧耦合(中央归档服务器)或松耦合(长期归档服务器)的方式独立于操作站配置。通过ADOOI。EDBSQL等WinCC的数据库系统完全开放这就为构成灵活而高效的IT和商务系统做好了充分的准备。广泛采用最新的开放性软件技术和标准面向多种操作系统平台。WinCC是第一个完全基于位内核的HMISCADA软件因而各种开放和最新的软件技术就成为WinCC的代名词。西门子公司作为OPC规范的五个发起公司之一在各类产品中广泛支持OPCWinCC更是囊括了OPCDAOPCHDAOPCASLE和OPCXML等多种规范。与此同时WinCC支持包括WindowsC正在内的多种Windows平台能满足用户从移动式设备(如PDA)到远程客户机等各种应用需求。自动配料系统的设计配料系统简介全自动配料控制系统在各行业的应用已屡见不鲜如:冶金有色金属化工建材食品等行业。它是成品生产的首要环节特别是有连续供料要求的行业其配比的过程控制直接影响了成品的质量它是企业取得最佳经济效益的先决条件。虽然行业各自不同的工艺特点对配料控制要求也不同但其高可靠性先进性开方性免维护性可扩展性是工厂自动化FA所追求的一致目标。自动配料系统的特点()配料现场粉尘大,环境恶劣()各组份在配方中所占比例不同,有时甚至差异悬殊()配料速度和精度要求高()配方可能经常变换、调整()物料可能受环境温度、湿度影响。自动配料系统组成自动配料系统是对粉粒或液体物料进行单秤称重并按所选配方混合这一工业过程进行实时监控管理的自动化系统,已广泛应用于冶金、建材、化工、医药、粮食及饲料等行业。一般的工业自动配料系统由以下几部分组成。()给料部分:给料部分是从料仓(或储罐)向称重设备中加料的执行机构。根据物料的不同特性,可以选用不同的给料设备,如电磁振动给料机、螺旋给料机、单(双)速电磁阀等。()称量部分:称量部分由传感器、标准连接件、接线盒和称量斗组成,与称量仪表一起进行物料的称量以及误差的检测。()排料设备:排料可以是称重设备(减量法)或排放设备(增量法、零位法)。通常由排空阀门、电磁振动给料机、螺旋给料机、电(气)动阀门等组成。所有设备均应根据现场的工艺条件和物料的性质等进行设计和选择。()配料控制系统:配料控制系统由称量仪表、可编程控制器、上位工控机及其它控制器件等组成。()校秤系统:配料系统传感器应进行定期调校,以保证系统配料精度。3 配料技术的最新进展目前,称重配料系统的流程控制几乎全部由可编程控制器(PLC)来实现,上位计算机主要用于配方管理、屏幕人机对话和称重资料的存储打印等工作。随着微处理器技术的发展,配料系统中的称量仪表由最初的专用积木式仪表发展为智能化的工业控制终端以及专门的配料控制器。配料控制器是用来控制一种或多种物料的配制的微电脑系统,可以完全或部分取代可编程控制器,实现配料的自动化。称量仪表的功能也由最初的资料显示发展为具有自诊断、自动零位跟踪、置零去皮、预置点输出、动态称重、数据通信等多项功能。近年来,随着现场总线技术的推广,将传统的配料控制系统改进为基于现场总线的控制系统成为科技进步的必然趋势。目前,许多用于配料的称重仪表已经有了Profibus、Modbus等现场总线接口,使基于现场总线的配料控制系统成为可能,基于现场总线的配料控制系统正在迅速推广。自动配料系统的设计配料系统的设计在氧化铝生产工艺中为满足生产的需要设计一套自动配料系统。此配料系统将完成种物料(石灰石、铝矿石、无烟煤)的自动配比控制。自动配比方式有种即总量比例控制和主从比例控制。在总量比例控制方式下操作员只需设定几种物料的下料总量再设定这几种物料的配比要求系统将自动计算出各物料的下料设定值分别送到各喂料设备自动完成各物料的下料量控制使各物料的下料量满足总量和比例的要求。当下料总量值或下料比例需要改变时操作员只需改变总量值或比例值系统将立即重新自动计算出各物料新的设定值立即更改个物料的下料量调整十分迅速满足生产需要。在主从比例控制方式下操作员只需设定几种物料的下料比例再选取一种物料为主变量则其他物料的下料量将按比例地跟随主变量下料量。当主变量下料量改变时其它物料的下料量立即改变保证下料比例不变。当需要改变物料下料比例时操作员只需改变比例值各物料的下料量立即按照新的比例设定。为了使操作更方便适应性更强可以选取一种或多种或全部物料单独控制其下料量由操作员完全控制不随其它物料变化。本设计采用的使主从比例控制。此配料系统的设计包括称重方式选择、给料方式选择、生产线结构方式选择、配料控制系统的设计等。称重方式选择在氧化铝生产过程中,常用称量方式有进料式称量和卸料式称量种。进料式称量有种实现方法,第种方式称为零位法即在称量开始时通过给料设备向称量料斗内给料,在称量值达到设定值时停止给料然后打开闸门将料卸出,再从零位重新称量下一物料第种方式称为增量法即称量料斗接收、称量好一种物料后,不排空料斗,而是只将电子秤内部计数值清零,再接收另一物料显然,零位法的称量精度比增量法的称量精度高。采用进料式称量,当给料设备停止给料后,还将有一部分物料在空中以自由落体的方式落入称量料斗,这些余料称为落差。因为有落差的影响,增量法称量物料重量的设定值应为要配制的物料标准重量减去落差值。而在氧化铝生产工业中因为所配物料均为固体又给料机放料后在皮带称上直接称量其数值。在进料式称量中,由于物料本身特性及料斗原因可能造成卸料不净,从而产生称量误差。卸料式称量只称量从料斗中取走的物料量并显示其重量,不存在卸料干净与否的问题,因而该方式特别适合于称量难称的物料,如易粘附的物料等,其缺点是设备比较复杂,需要同时有给料装置和卸料装置,要求车间高度较高,并且由于称量料斗内的物料重量值总是高于需要配制的物料的重量值,从而导致传感器量程增大,造成称量精度降低。因而一般情况下卸料式称量的精度比进料式称量的精度低。给料方式选择目前,称重配料系统最常用的给料装置有电磁振动给料机和螺旋给料机。电磁振动给料机运用机械振动学的共振原理,双质体在低临界近共振状态下工作,无转动部件、耗电少、体积小、重量轻、运行费用低。在给料过程中,物料在料槽中被连续抛起,并按抛物线轨迹向前作跳跃运动,因此对料槽的磨损较小。其缺点是安装后的调试较复杂,调整不当会产生噪声且运行不好。与电磁振动给料机相比,螺旋给料机给料均匀,受外界影响小,机械振动小,运行平稳,对称量的干扰也小,可以避免因振动造成的粉料分层。但螺旋给料机上安装有电动机和减速器,重量大,效率较低。对于液体物料,一般采用阀门控制给料量。而在本设计中由于氧化铝生产工艺的物料为固体故我们采用的是螺旋给料机。生产线结构()采用固定式单组份料斗秤的结构:每个料仓对应台料斗秤,各组份原料在称量后由溜槽、集料带或集料小车收集并导入后续工序。()采用固定式多组份料斗秤的结构:几个料仓对应l台料斗秤,各组份原料在同一台料斗秤内累加称量后由集料带或集料小车收集并导入后续工序。()采用移动式料斗秤的结构:通过移动带有称量料斗的集料小车进行各种物料的累加式称量。采用这种方式进行配料需要集料小车有很好的定位精度。()采用称重带式输送机式的多组份秤的结构:料仓的出料机构就是多组份秤的给料机构,各种物料在移动的配料带上由皮带秤进行累加称重。配料系统的组成一般的自动配料系统由以下几部分组成:()给料部分 给料部分是从料仓(或储罐)向称重设备中加料的执行机构根据物料的不同特性,选用不同的给料设备,如电磁振动给料机、螺旋给料机、单(双)速电磁阀等。()称量部分 称量部分由传感器、标准连接件、接线盒和称量斗组成,与称量仪表一起进行物料的称量以及误差的检测。()排料设备 排料可以是称重设备(减量法)或排放设备(增量法、零位法)。通常由排空阀门、电磁振动给料机、螺旋给料机、电(气)动阀门等组成。所有设备均应根据现场的工艺条件和物料的性质等进行设计和选择。()控制系统 配料控制系统由称量仪表、上位工控机、可编程控制器及其他控制器件等组成。典型的配料控制系统在一些比较简单的称重配料系统中,也可以采用工业计算机(IPC)加数据采集板卡的形式进行配料的控制。()校秤系统 配料系统传感器应定期进行调校,以保证系统配料精度。输送装置的设计此配料系统所配物料有种(石灰石、铝矿石、无烟煤)均为块状物料均采用皮带运输机输送通过变频电机控制皮带速度调整下料量。为了能够适应维修、备用、互换的需求种物料的运送皮带都选用相同的规格皮带宽度为mm最大下料量为th在下料口部位做相应的设计能够方便调整皮带上物料的厚度配合皮带速度的调整实现下料量大范围的控制。放料门采用气动放料门结构简单、紧凑适用于对放料速度要求较高的场合。计量系统的设计根据下料量的要求对称重元件及测速元件进行设计。称重元件设计()电子秤以自动秤量方式将散状物料按预定的配比进行秤量该秤可控制物料的秤量、卸料。当饲料到规定的数值时指针移到相应的接近开关处使电子秤动作再执行下一步饲料的送料和秤重依此类推直到全部饲料配比完毕。电子秤由秤体、称重传感器和放料门组成。称重传感器采用高精度称重传感器该钢制弹性体具有较强的抗过载能力和较长的使用寿命特别适用于工业现场恶劣环境下高准确度配料的技术要求。称重仪表性能稳定抗干扰能力强功耗低、可靠性高而且具有远程数据通讯功能、设定预置功能及落差补偿功能可实现准确、高速动态采样。其最大载荷可达KGM。它的输出信号驱动其微型输出继电器以开关量形式将信号送入PLC它有调零、去皮重、加皮重和拨码盘设定称量值等功能。()皮带称的工作原理:物料通过给料设备送至配料皮带秤秤体中的称重传感器和测速传感器将称重和速度信号送至皮带秤仪表皮带秤仪表显示输送物料的瞬时流量、累计量等数据同时将瞬时流量以~mA模拟电流形式送往PID调节器调节器根据测量值与设定值的偏差通过变频器去调整皮带秤驱动电机的转速使之精确地以用户设定的给料流量给料达到恒定物料瞬时流量的目的。适用该工作模式的工艺现场必须满足这样一个前提条件那就是物料给出量必须与给料控制电机的转速成正比。图皮带称结构皮带秤仪表将测量到的瞬时流量转化为两个~mA模拟输出信号一个作为PID调节器的反馈输入与调节器机内设定植比较参与反馈运算另一个作为PID调节器的前馈输入乘前馈放大系数然后再与反馈运算输出相加输出~mA模拟调节信号控制变频器的频率从而及时改变电机的转速。单回路前馈反馈复合控制系统较为实用可行的。图单回路前馈反馈复合控制系统较为实用可行的电原理图图原理图测速元件的设计这里采用变频器进行调速。()变频调速基本原理:三相异步电动机的转速公式为:n=n(s)=f(s)p()式中:n电机的转速rminn同步转速rminp磁极对数s转差率f频率Hz由转速公式()可知,我们可以通过改变极对数、转差率和频率的方法实现对异步电机的调速。前两种方法转差损耗大效率低对电机特性都有一定的局限性。变频调速是通过改变定子电源频率来改变同步频率实现电机调速的。在调速的整个过程中从高速到低速可以保持有限的转差率因而具有高效、调速范围宽(~)和精度高等性能节电效果~。实际上仅仅改变电动机的频率并不能获得良好的变频特性。因为由异步电机的电势公式可知外加电压近似与频率和磁通乘积成正比即:U∝E=CfΦ()式()中C为常数因此有:Φ∝Ef≈Uf()若外加电压不变则磁通Φ随频率而改变如频率f下降磁通Φ会增加造成磁路过饱和励磁电流增加功率因数下降铁心和线圈过热显然这是不允许的。为此要在降频的同时还要降压这就要求频率与电压协调控制。此外在许多场合为了保持在调速时电机产生最大转矩不变需要维持磁通不变这可由频率和电压协调控制来实现故称为可变频率可变电压调速(VVVF)简称变频调速。从结构上看静止变频调速装置可分为交直交变频、交交变频两种方式。前者适用于高速小容量电机后者适用于低速大容量拖动系统。只要设法改变三相交流电动机的供电频率f,就可以十分方便地改变电机的转速n,比改变极对数p和转差率s两个参数简单得多。()变频器的构成异步电机的变频调速是通过变频器实现的。变频器一般由整流器、滤波器、驱动电路、保护电路以及控制器(MCUDSP)等部分组成。图给出了PWM型交直交变频器的控制原理框图。图PWM型交直交变频器原理框图由图可知这是一个VVVF变频调速系统。首先是将单相或三相交流电源通过整流器并经电容滤波后形成幅值基本稳定的直流电压加在逆变器上利用逆变器功率元件的通断控制使逆变器输出端获得一定形状的矩形脉冲波形。在这里通过改变矩形脉冲的宽度控制其电压幅值通过改变调制周期控制其输出频率从而在逆变器上同时进行输出电压和频率的控制而满足变频调速对Uf的协调控制的要求。PWM的优点是能消除与抑制低次谐波使负载电机在近似正弦波的交变电压下运行转矩脉动小调速范围宽。近年来带驱动和保护电路的各种智能功率模块(IPM)也相继应用在变频系统中。IPM模块是将三相逆变IGBT、驱动电路以及保护电路集成在一块芯片上它的出现推动了变频家电市场的启动和发展。新型IPM模块甚至将开关电源也设计在模块内更加方便用户使用用户只需要了解接口电路和定义很快便可以组成并运行系统从而大大加快了新产品的开发周期。为了提高配料精度给料方式采用快、慢速给料。当料斗中料重小于设定比例的时配料皮带电机在变频器调节下转速大于额定转速即快速给料在料斗中料重大于设定比例时配料皮带电机在变频器调节下电机转速低于额定转速即慢速给料控制系统设计控制系统硬件设计PLC的选配本设计中采用西门子公司的S型PLC,其优越的性能表现为极高的可靠性极丰富的指令集易于掌握便捷的操作丰富的内置集成功能实时特性强劲的通讯能力丰富的扩展模块。S的特征()体积小,尺寸:××mm由于其紧凑的设计,S可以适合于任何机器控制环境。()易于使用:通过STEPMicroDos软件可以非常方便地为S编程,而且该软件能够在任何一台IBM兼容个人计算机上使用,哪怕是一台的微机,要求MSDOS以上。()灵活多用:S的输入输出点可以支持各个领域的设备,如:光电传感器,驱动马达按钮开关,灯,泵,搅拌器等。S的主要组成部件()中央处理器(CPU):是控制系统的大脑,它根据用户程序进行控制。()输入和输出(IO):是系统的控制点,输入用于监视现场装置输出用于控制执行机构。()编程口:用于连接编程设备,例如,一台计算机或一个手持编程器。图S简易组成连接图编程软件S的编程软件叫做STEPMicroDos它基于MSDos上的版本。STEPMicroDos的编程语言有两种表示方法:指令表和梯形图。称重仪表的选配称重仪表即能满足计量需要又能适应控制要求既能接受传感器的信号完成计量计算又能接受控制系统的下料量设定信号并根据测量信号与设定值的偏差自动调整皮带机的转速将下料量控制在要求范围内。在这里选用电子秤其工作原理如下:秤重物品经由装在机构上的重量传感器将重力转换为电压或电流的模拟讯号经放大及滤波处理后由AD处理器转换为数字讯号数字讯号由中央处理器(CPU)运算处理而周边所须要的功能及各种接口电路也和CPU连接应用最后由显示屏幕以数字方式显示。图电子秤的工作原理图电子秤的主要组成组件:重量传感器放大器电路滤波器电路模拟数字转换器中央处理器电源供应电路按键外壳机构秤盘电子秤的功能特点:电子秤数字温度自动补偿技术。采用一个三积分AD转换器对重量、温度、电池电压三测量对传感器的温度零漂温度满量程漂移分二十个区间线性化全自动软件补偿硬件成本增加极少使电子计价秤、计重秤达到国际标准。电子秤多机总线联网(无须接口板)一台PC机可遥控几十台电子秤键盘操作和各种数据采集。电子秤的通讯技术电子秤多CPU单总线双向数据通讯。打开进口的条码电子秤线束数百根而三积分条码电子秤各模块间只用一根线通讯。电子秤函数型线性补偿技术。检测两个加载点达到十个加载点补偿的效果全自动解方程计算曲线参数轻轻松松达到高精度线性补偿的目的。电子秤抗干扰、高精度称重滤波技术将普通的一台电子秤读数稳定度提高五倍以上。模块化部件设计加快电子秤的开发速度和产品的系列化AD模块三种低阻抗、高阻抗、带CPU模块数字化CPU模块多种现推出一种高性能CPU模块:*mm内置实时时钟、RS、RS、DA、MFLASH、多路IO、单总线通讯、在线可编程模块。目标只用一块CPU模块解决所有称重问题。操作站的选配上位组态监控软件的初始化具体包括:变量的初值初始化命令语言上下位机变量网络地址的对应设置报警条件所需记录的历史数据等。组态监控软件的各功能模块及数据库间的关系图组态监控软件的各功能模块及数据间的关系控制系统的软件设计称量仪表参数设定电子秤参数设定()最高输入灵敏度:μv/d。()零点信号范围:~mV。()AD分辨率:万。()量程信号范围:~mV。()AD转换速率:~次秒。()供桥电压:V。()工作电压:~V。()适用温度:~℃。()消耗功率:≤w。()保险管:≤A。()重量单位:kg()最大流量:根据实际需要设置范围皮带秤参数设定重量单位:根据需要设置成TKG。流量单位:根据流量范围合理设置。最大流量:设置正常显示的最大流量根据各皮带秤的下料量不同而分别设置。秤台长度:是物理称重的有效长度本设计所用皮带秤有效长度为m。PLC程序编制PLC要实现的功能主要有各物料下料量的采集、各喂料装置的启停、各物料下料量的控制、各物料下料量的累计。各种物料的采集只需在PLC模块中对各物理量进行组态按照硬件定义各量的通道根据各量的实际情况定义信号高低位、电流高低位参数即可。根据本设计的要求先给出IO点分配表然后画出程序流程图以及顺序功能图。如下所示:PLCIO点配置表:表系统PLC输入输出配置表输入端子输入装置输出端子输出装置I启动Q电子秤显示I停止Q红色信号灯I料位仓料位检测Q绿色信号灯I料位满信号Q皮带驱动电机MI皮带称称重传感器Q皮带驱动电机MI号皮带称显示Q皮带驱动电机MI号皮带称显示Q料仓底门气动阀I号皮带称显示Q料仓底门气动阀I号称量料斗料重等于设定比例Q料仓底门气动阀I号称量料斗料重大于设定比例Q号测速电机常速转动I号称量料斗料重小于设定比例Q号测速电机快

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