基于PLC的自動配料系統(tǒng)畢業(yè)設計論文

1、畢業(yè)設計（論文）題目:基于PLC的自動配料系統(tǒng)- #- I-摘要自動配料系統(tǒng)是集輸送、計量、配料、定量等功能于一體的動態(tài)計量系統(tǒng),在建材、化工、冶金、礦山、電力、食品、飼料加工等行業(yè)中得到廣泛應用。隨著科學技術的發(fā)展，工業(yè)化程度的提高，常需要對自動配料系統(tǒng)中輸送的流量進行調節(jié)、控制達到準確的配比。本論文主要針對自動配料系統(tǒng)恒流量控制達到配比的控制要求，設計一套基于PLC的自動配料系統(tǒng)，并使用觸摸屏開發(fā)運行管理界面。自動配料系統(tǒng)由可編程控制器（PLC）、變頻器、皮帶驅動電動機、稱重傳感器等構成。系統(tǒng)包含三臺皮帶驅動電動機，它們根據需要依次順序啟動。采用變頻器實現對三相電動機的變頻調速。稱重傳感器

2、對物料進行稱重并實時計量，PLC計算出實時流量及累計流量，比較設定值與實際流量的偏差經PID調節(jié)改變輸出信號以控制變頻器對皮帶驅動電動機的速度調節(jié)，從而實現恒流量控制，并對系統(tǒng)進行監(jiān)控。關鍵詞：自動配料，變頻調速，PID調節(jié)，PLC基于PLC的自動配料系統(tǒng)成都工業(yè)學院2013屆畢業(yè)論文基于PLC的自動配料系統(tǒng)成都工業(yè)學院2013屆畢業(yè)論文- - -AbstractTheauto-dispensationsystemiswidelyusedinindustrial,suchasBuildingMaterialsindustry,Metallurgicalindustry,foodprocessi

3、ngindustry.Accordingtotheprescription,thissystemcantransporttheneededmaterialsandcalculateit.Withthedevelopmentofscienceandtheimprovementoftheindustrialization,itsnecessarytoadjusttheflowthattheauto-dispensationtransportsandcontrolstotheaccurateratio.Thispapermainlyaimedattheautomaticbatchingsystemo

4、fconstantratioofflowcontroltocontrolrequirements,designasetofautomaticbatchingsystembasedonPLC,anduseconfigurationsoftwaredevelopmentoperationmanagementinterface.Automaticbatchingsystemisconstitutebyprogrammablecontroller(PLC),inverter,beltdrivemotor,weighingsensor,computer,etc.Systemcontainsthreebe

5、ltdrivemotor,whichinturnaccordingtoneedorderstarted.Frequencyconverter,isadoptedtorealizefrequencycontrolofmotorspeedofthree-phasemotor.Weighingsensorsforweighingandreal-timemeasurementforthematerial,PLCcalculatesthereal-timeflowandcumulativeflow,moresetvalueandtheactualflowdeviationsbythePIDadjustm

6、enttochangeoutputsignaltocontrolthefrequencyconverterspeedadjustmentofbeltdrivemotor,soastorealizeconstantflowcontrol,andcommunicationKeywords:theauto-dispensationsystem,variablefrequencyspeedcontrol,PIDcontrol,PLC目錄TOC o 1-5 h z摘要IAbstractII HYPERLINK l bookmark6 第一章緒論11.1課題背景及意義1自動配料系統(tǒng)1 HYPERLINK

7、l bookmark8 1.2.1電子皮帶秤11.2.2可編程控制器（PLC）2 HYPERLINK l bookmark12 1.2.3變頻器3 HYPERLINK l bookmark14 本課題主要研究內容3 HYPERLINK l bookmark16 第二章自動配料系統(tǒng)理論分析及方案確定5 HYPERLINK l bookmark18 自動配料系統(tǒng)理論分析5 HYPERLINK l bookmark20 2.1.1電子皮帶秤稱重原理5 HYPERLINK l bookmark22 2.1.2流量控制原理6 HYPERLINK l bookmark28 自動配料系統(tǒng)控制方案的確定8 H

8、YPERLINK l bookmark30 自動配料系統(tǒng)控制方案的確定8 HYPERLINK l bookmark32 自動配料系統(tǒng)的組成及控制原理8 HYPERLINK l bookmark34 第三章自動配料系統(tǒng)的硬件設計11 HYPERLINK l bookmark36 系統(tǒng)主要配置的選型11 HYPERLINK l bookmark38 皮帶驅動電動機的選型11 HYPERLINK l bookmark40 PLC及其擴展模塊的選型11 HYPERLINK l bookmark42 變頻器的選型13 HYPERLINK l bookmark44 稱重傳感器的選型15 HYPERLINK

9、 l bookmark46 其他設備選型16 HYPERLINK l bookmark52 系統(tǒng)主電路分析及設計17 HYPERLINK l bookmark56 系統(tǒng)控制電路分析及設計19 HYPERLINK l bookmark58 3.3.1可編程控制器（PLC）的I/O端子分配19 HYPERLINK l bookmark60 3.3.2系統(tǒng)控制電路設計20 HYPERLINK l bookmark62 第四章自動配料系統(tǒng)的軟件設計23 HYPERLINK l bookmark64 控制系統(tǒng)主程序設計23 HYPERLINK l bookmark88 控制系統(tǒng)子程序設計27 HYPER

10、LINK l bookmark102 第五章組態(tài)軟件監(jiān)控30 HYPERLINK l bookmark104 5.1組態(tài)軟件簡介30 HYPERLINK l bookmark106 組態(tài)軟件的功能30 HYPERLINK l bookmark108 組態(tài)軟件的特點31 HYPERLINK l bookmark110 人機界面設計32 HYPERLINK l bookmark112 結束語33 HYPERLINK l bookmark114 致謝34參考文獻35 HYPERLINK l bookmark120 附錄：36 HYPERLINK l bookmark122 附錄一：自動配料系統(tǒng)電器元

11、件清單36 HYPERLINK l bookmark124 附錄二：自動配料系統(tǒng)主電路圖37附錄三：自動配料系統(tǒng)PLC接線圖38附錄四：自動配料系統(tǒng)程序錯誤!未定義書簽。基于PLC的自動配料系統(tǒng)成都工業(yè)學院2013屆畢業(yè)論文基于PLC的自動配料系統(tǒng)成都工業(yè)學院2013屆畢業(yè)論文基于PLC的自動配料系統(tǒng)成都工業(yè)學院2013屆畢業(yè)論文- - - -第一章緒論1.1課題背景及意義隨著科學技術的不斷發(fā)展，工業(yè)上快速、精準的需求，對自動化的要求也不斷增加。在很多工藝過程中，人們需要平衡準確的稱量，滿足產品的質量需要，但是光靠人類自身，工作效率和成品的合格率大大降低，而成本卻增高。因此，人們需要依靠自動配

12、料稱重的自動配料系統(tǒng)來大幅度提高工作效率，降低成本。尤其是冶金、煤礦、水泥、化工等行業(yè)，常需對輸送中的流量進行調節(jié)、控制達到準確的配比。自動配料系統(tǒng)可以按照設定配比和流量控制各輸入物料的瞬時值，從而達到控制各種產品的質量和產量，是實現生產過程自動化和智能化、節(jié)能降耗的重要技術手段。自動配料系統(tǒng)在生產中不僅僅保證了產品的質量和產量，也大大降低了崗位工人的勞動強度，提高了工作效率。本課題設計開發(fā)的自動配料系統(tǒng)能有效解決動態(tài)計量衡器的控制精度問題，可代替企業(yè)中陳舊的配料工藝設備，很大程度降低勞動強度，提高生產效率和產品質量，帶來可觀的經濟效益，推動國民經濟的發(fā)展。1.2自動配料系統(tǒng)電子皮帶秤電子皮帶

13、秤是指對放置在皮帶上并隨皮帶連續(xù)通過的松散物料進行自動稱量的衡器。電子皮帶秤主要由稱重部分、測速部分、計算部分、通訊部分構成。電子皮帶秤的應用廣泛，主要應用于工業(yè)生產，如食品加工、煤礦等場所。電子皮帶秤的準確度按國家標準GB/T7721-1995規(guī)定，分為0.25、0.5、1.0、2.0四個等級。其稱量準確度受皮帶輸送機影響，而使用準確度取決于電子皮帶秤的安裝質量和維護水平。電子皮帶秤的稱重橋架橫梁中的稱重傳感器檢測皮帶上物料的重量信號，速度傳感器檢測皮帶的運行信號，積算器將接收到的重量信號和速度信號，進行放大、濾波、A/D轉換后進入CPU進行積分運算，然后將物料的瞬時流量和累計重量在面板上顯

14、示出來，積算器具有可選的聯(lián)網、通訊、打印、DCS聯(lián)機等功能。122可編程控制器(PLC)早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器(ProgrammableLogicController,PLC)，它主要用來代替繼電器實現邏輯控制。隨著技術的發(fā)展，這種采用微型計算機技術的工業(yè)控制裝置的功能已經大大超過了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡稱PC。但是為了避免與個人計算機(PersonalComputer)的簡稱混淆，所以將可編程序控制器簡稱PLC。PLC自1969年美國數據設備公司(DEC)研制出現，現行美國、日本、德國的可編程序控制器質量優(yōu)良，功能強大。PLC由中央處理單元(C

15、PU)、存儲器、輸入輸出模塊、電源、構成。PLC采用掃描方式作為它的工作原理。當PLC投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段，完成此三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復執(zhí)行這三個階段。PLC的掃描周期包括自診斷、通訊、輸入采樣、用戶程序執(zhí)行、輸出刷新等所有時間之和。PLC具有以下特點：功能完善，組合靈活，擴展方便，實用性強。使用方便，編程簡單，采用簡明的梯形圖、邏輯圖或語句表等編程語言，而無需計算機知識，因此系統(tǒng)開發(fā)周期短，現場調試容易。安裝簡單，容易維修?？垢蓴_能力和可靠性能力都強，遠高于其他各種機型。環(huán)境要

16、求低。易學易用。經過一系列發(fā)展應用，PLC現已成為工業(yè)控制三大支柱(PLC、CAD/CAM、ROBOT)之一，以其可靠性高、邏輯功能強、體積小、可在線修改控制程序、具有遠程通信聯(lián)網功能、以易與計算機接口、能對模擬量進行控制，具備高速計數與位控等性能模塊等優(yōu)異性能，日益取代由大量中間繼電器、時間繼電器、計數繼電器等組成的傳統(tǒng)繼電接觸控制系統(tǒng)，在機械、化工、石油、冶金、電力、輕工、電子、紡織、食品、交通等行業(yè)得到廣泛應用。PLC應用深度和廣度已經成為一個國家工業(yè)先進的重要標志之一。1.2.3變頻器變頻器是應用變頻技術與微電子技術，通過改變電動機工作電源的頻率和幅值來控制交流電動機的電力傳動元件，曾

17、被稱為VVVF。自20世紀70年代開始，脈寬調制變壓變頻（PWM-VVVF）調速研究引起了人們的高度重視。20世紀80年代，作為變頻技術核心的PWM模式優(yōu)化問題引起人們的濃厚興趣，并得出諸多優(yōu)化模式，其中以鞍形波PWM模式效果最佳。20世紀80年代后半期，美、日、德、英等發(fā)達國家開發(fā)的U/f控制變頻器投入市場并得到廣泛使用。U/f控制變頻器的控制方式較為簡單，主要是根據電動機的電壓與頻率比進行調速，機械硬度特性也比較好，能夠滿足平滑調速的一般要求，已在產業(yè)的各個領域得到廣泛應用。但是，這種控制方式在低頻時由于輸出電壓較小，受定子電阻壓降的影響比較顯著，造成輸出最大轉矩減小。另外，其機械特性終究

18、沒有直流電動機硬，動態(tài)轉矩能力和靜態(tài)調速性能都還不盡如人意，因此人們又提出矢量控制思想。矢量變換控制方法通過測量和控制異步電動機定子電流矢量，根據磁場定向原理分別對異步電動機的勵磁電流和轉矩電流進行控制，從而控制異步電動機的轉矩。矢量控制方法的提出具有劃時代的意義，它使得異步電動機的機械特性和他勵直流電動機的機械特性完全一樣。目前矢量控制方法已被廣泛地應用在西門子、ABB、復式電動機和三菱等國際化大公司的變頻器上。變頻器具有節(jié)能效果顯著、維護簡單、啟停特性好、調速性能好等特點。1.3本課題主要研究內容本課題主要是以工業(yè)配料系統(tǒng)為控制對象，采用PLC與變頻技術相結合，設計一套基于PLC的自動配料

19、系統(tǒng)，并引用計算機對配料系統(tǒng)進行遠程監(jiān)控和管理。PLC控制自動配料系統(tǒng)主要由變頻器、可編程控制器、稱重傳感器和皮帶驅動電機一起組成一個完整的閉環(huán)調節(jié)系統(tǒng)。本設計中有3臺電子皮帶秤，3臺皮帶驅動電機，采用實時流量累計方法，即皮帶電機運料時,稱重傳感器將重量信號傳給PLC并轉換為流量信號，PLC根據給定流量與檢測值之間的偏差進行PID運算，輸出給變頻器控制其輸出頻率，調節(jié)電機轉速，實現恒流量給料，各輔料同時計量，并按配方工藝添加。自動配料系統(tǒng)由1#主料電機開始按順序起動。根據以上控制要求，進行總體控制方案設計，硬件設備選型、PLC及模擬量輸入輸出模塊選型，I/O端子分配，繪制系統(tǒng)主電路圖、PLC接

20、線圖，設計梯形圖控制程序?；赑LC的自動配料系統(tǒng)成都工業(yè)學院2013屆畢業(yè)論文基于PLC的自動配料系統(tǒng)成都工業(yè)學院2013屆畢業(yè)論文- - -第二章自動配料系統(tǒng)理論分析及方案確定2.1自動配料系統(tǒng)理論分析211電子皮帶秤稱重原理（1）電子皮帶秤的結構原理如下圖所示，皮帶秤分為3個區(qū)域，自左至右分別是落料區(qū)、稱重區(qū)和出料區(qū)，物料在皮帶上運行至稱重區(qū)時，對皮帶秤稱重托輥產生向下的作用力，通過稱體，將作用力作用至稱重傳感器上，如圖2.1所示，傳感器內部彈性體上的電阻應變計電阻發(fā)生變化，通過測量電路將這一電阻變化轉變?yōu)殡妷盒盘枺╩V）經變送器放大后送入A/D轉換模塊輸入PLC，再由PLC的D/A轉換

21、模塊輸出控制變頻器。稱重傳感器實現了對物料的快速、準確的稱量，是影響電子稱測量精度的關鍵部件，目前除特殊用途外，90%以上采用電阻應變式稱重傳感器。四片電阻應變片分別粘在傳感器梁的上下平面，即連成惠思登電橋，如下圖所示。圖中RR為電橋測量電阻應變片；R為初始不平衡補償電阻；R14DT為零點溫度補償電阻；R為輸出靈敏度溫度補償電阻。E圖2.2稱重傳感器原理圖當被測物的重量通過傳感器直接作用在粘有電阻應變片的彈性梁時，使其彎曲變形，梁相對變形大小正比于外加載荷。同時，粘貼在梁上、下平面上的電阻應變片同步產生電阻應變，且與梁變形（或梁應力）成正比。粘貼在梁平面的R、R電阻應變片阻值增加，R、R電阻應

22、變片阻值減小，故電橋失去平衡，1234對角端有不平衡電壓輸出，其不平衡電壓正比于被測物重量。稱重傳感器根據所受力的大小輸出一個電壓信號，輸出的電壓信號與所受力的大小之間是一種線性關系，如圖2.3所示。特性曲線橫坐標表示稱重傳感器所受的力，縱坐標表示稱重傳感器輸出的電壓。2.1.2流量控制原理（1）流量的基本知識所謂流量，就是一定時間內皮帶上走過的物料量。用式子表示為FW，T式中，T為某一段時間，W為T時間內物料走過的重量，F為T時間內物料的實際流量。如果每次采樣都由脈沖來決定，即每來一個脈沖進行一次流量采樣，則在計算機內設置一個計數器，在每次采樣的同時也能從計數器上得到兩次采樣之間(每兩個脈沖

23、之間)，亦即AL這段距離用了多長時間，瞬時值就可由這些已知量求出。知道了瞬時流量，并且讀取了流量設定值，但是流量值和速度控制是兩個不同概念。在實際控制中采用工業(yè)控制中應用最為廣泛的PID算法，即比例、微分、積分法。在過程控制中，按偏差的比例、積分、微分進行控制，簡稱為PID控制。PID調節(jié)原理流量就是一定時間內皮帶上走過的物料量。電子皮帶秤稱量的是瞬時流量,上位機給出的是設定流量，二者在實時計量中有所偏差。在流量實際控制中采用工業(yè)控制中應用最為廣泛的PID調節(jié)，根據流量偏差，利用比例、積分、微分計算出控制量進行控制，控制量輸入和輸出(誤差)之間的關系在時域中可用公式表示如下：u(t)=ke(t

24、)+Jie(t)d(t)+pT0dti公式中e(t)表示誤差、扌空制器輸入，u(t)是控制器的輸出，k為比例系數,pT為積分時間常數，T為微分時間常數。圖2.4為系統(tǒng)流量PID閉環(huán)調節(jié)結構id圖。在生產過程進行自動調節(jié)時，以主料成分的流量計量為依據，根據生產工藝要求通過上位機設定出總流量及主、輔料配比參數，按配方比例摻雜其余輔料。流量計量控制是計量偏差與變頻調速的結合，具有結構簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠和調整方便等優(yōu)點。圖2.4流量PID調節(jié)原理圖基于PLC的自動配料系統(tǒng)成都工業(yè)學院2013屆畢業(yè)論文基于PLC的自動配料系統(tǒng)成都工業(yè)學院2013屆畢業(yè)論文基于PLC的自動配料系統(tǒng)成都工業(yè)學院201

25、3屆畢業(yè)論文- #- - -2.2自動配料系統(tǒng)控制方案的確定自動配料系統(tǒng)控制方案的確定自動配料系統(tǒng)主要由稱重傳感器、變頻器、皮帶驅動電機及低壓電器組成。系統(tǒng)的主要任務是比較設定值與實際流量的的偏差經PID調節(jié)改變輸出信號以控制變頻器對皮帶驅動電動機的速度調節(jié)，從而實現恒流量控制，同時各輔料根據配比按配方工藝要求添加，且各輔料同時混合計量。根據系統(tǒng)的設計任務要求，選擇變頻器+PLC+觸摸屏+稱重傳感器的控制方案對進行自動配料系統(tǒng)設計。這種控制方式具有以下優(yōu)點：控制方式靈活方便具有良好的通信接口，可以方便地與其他的系統(tǒng)進行數據交換，通用性強；由于PLC產品的系列化和模塊化，用戶可以靈活組成各種規(guī)模

26、和要求的不同控制系統(tǒng)。在硬件設計上，只需確定PLC的硬件配置和I/O端子的外部接線，當控制要求發(fā)生改變時，可以方便地通過計算機來改變存儲器中的控制程序，方便現場調試；由于PLC的抗干擾能力強、可靠性高，因此系統(tǒng)的可靠性大大提高自動配料系統(tǒng)的組成及控制原理基于PLC控制的自動配料系統(tǒng)主要由可編程控制器（PLC）、變頻器、稱重傳感器、皮帶驅動電動機組成，該系統(tǒng)的控制流程圖如下圖所示。從圖中可看出，系統(tǒng)可分為執(zhí)行機構、信號檢測機構、控制機構三大部分，具體為：（1）執(zhí)行機構：皮帶驅動電動機。皮帶驅動電機驅動電子皮帶秤運行，由變頻器控制根據設定流量與實時流量偏差進行變頻調速，改變電機轉速，從而實現恒流量

27、控制。（2）信號檢測機構：在系統(tǒng)控制中，需要檢測的信號包括重量信號、料位信號和報警信號。重量信號反映的是電子皮帶秤上的流量值，是自動配料系統(tǒng)的主要反饋信號。重量信號是模擬信號，需進行A/D轉換；料位信號反映物料是否充足，此信號來自料斗中的料位傳感器；報警信號反映系統(tǒng)是否正常運行、電機是否過載、變頻器是由有異常，該信號為開關量信號；控制機構：此系統(tǒng)中，控制機構為可編程控制器(PLC)、變頻器。PLC是整個控制系統(tǒng)的核心。它直接對系統(tǒng)中料位、重量、報警信號進行采集,對來自人機接口和通訊接口的數據信息進行分析、實施控制算法，得出對執(zhí)行機構的控制方案，通過變頻器和接觸器對執(zhí)行機構進行控制；變頻器是對皮

28、帶驅動電動機進行轉速控制的單元，根據PLC的控制信號來改變電機的運行頻率，完成對電機的轉速控制。圖2.5自動配料系統(tǒng)工藝流程圖自動配料系統(tǒng)控制流程如下：(1)系統(tǒng)通電，設置配比，按下啟動按鈕SB1，檢查料斗有無物料，若有物料，皮帶驅動電機起動，配料生產線啟動；若無物料，則向料斗送料，送料電機起動，送至料位滿，送料電機停止，皮帶驅動電機起動，配料生產線起動。L.圖2.6系統(tǒng)配料控制原理圖(2)如上圖所示，當物料量大于設定值時，稱重傳感器反饋的重量信號增基于PLC的自動配料系統(tǒng)成都工業(yè)學院2013屆畢業(yè)論文基于PLC的自動配料系統(tǒng)成都工業(yè)學院2013屆畢業(yè)論文- - #-大，偏差減小，PLC的輸出

29、信號減小，變頻器的輸出頻率減小，皮帶驅動電機的轉速減小，使流量穩(wěn)定在設定值。（3）當物料量小于設定值時，稱重傳感器反饋的重量信號減小，偏差增大PLC的輸出信號增大，變頻器的輸出頻率增大，皮帶驅動電機的轉速增大，使流量穩(wěn)定在設定值?；赑LC的自動配料系統(tǒng)成都工業(yè)學院2013屆畢業(yè)論文基于PLC的自動配料系統(tǒng)成都工業(yè)學院2013屆畢業(yè)論文基于PLC的自動配料系統(tǒng)成都工業(yè)學院2013屆畢業(yè)論文 - - 第三章自動配料系統(tǒng)的硬件設計3.1系統(tǒng)主要配置的選型自動配料系統(tǒng)主要包括皮帶驅動電動機、可編程控制器（PLC）、模擬量輸入輸出模塊、稱重傳感器及變頻器。下面對這些設備進行選型。3.1.1皮帶驅動電動

30、機的選型在滿足生產機械對拖動系統(tǒng)靜態(tài)和動態(tài)特性要求的前提下，電動機種類選擇要力求結構簡單、運行可行、維護方便、價格低廉。考慮到電機的工作環(huán)境，可能會出現較多灰塵、水汽、鐵屑等，因此選擇封閉式的三相異步電動機，艮PY系列電動機。Y系列電機具有效率高、能耗少、噪聲低、振動小、重量輕、體積小、性能優(yōu)良、運行可靠、維護方便等優(yōu)點。根據本設計要求，1#皮帶驅動電動機的額定功率為2.2kW，額定電壓為380V,額定電流為5A,2#、3#皮帶驅動電機的額定功率為0.4kW，額定電壓為380V，額定電流為1.05A，轉速為1420r/min，調速范圍為1201200r/min。選用Y系列電機。1#皮帶驅動電機

31、選用Y100L1-4型，2#、3#皮帶驅動電機選用Y80M1-4型。312PLC及其擴展模塊的選型（1）PLC選型PLC選型的主要依據所設計系統(tǒng)的工藝流程的特點和應用要求。同時綜合考慮PLC的指令執(zhí)行速度、指令豐富程度、內存空間、通訊接口及協(xié)議、帶擴展模塊的能力和編程軟件的方便與否等多方面因素。因此選用日本三菱公司FX2N系列PLC。FX2N系列是FX系列中功能最強、速度最高的微型可編程序控制器。其用戶存儲器容量可擴展到16K步，I/O點最大可擴展到256點，它有27條基本指令，其基本指令的執(zhí)行速度超過了很多大型PLC。它有多種特殊功能模塊，如模擬量輸入/輸出模塊、脈沖輸出模塊、位置控制模塊等

32、。它還有多種RS-232C/RS-422/RS-485串行通信模塊或功能擴展板，使用特殊功能模塊和功能擴展板，可實現模擬量控制、位置控制和聯(lián)網通信等功能。根據控制系統(tǒng)實際所需端子數目，考慮PLC端子數目要有一定的留量，因此選用FX2N-32MR-UA1/UL。PLC端子圖如下圖所示：丄*洶血xoX2憑、(10)d2)14)C16iLN-X1X3X5X7XI1X1：1X1sxr?.FX2N-32MR-UAWLY2|Y4Y&*Yi:nnilcomY1Y3#誕Y5Y71*ccmY1H13O1bYIT圖3.1PLC端子圖（2）PLC擴展模塊選型本系統(tǒng)中稱重傳感器輸入的壓力信號是模擬量，變頻器要求PLC

33、輸出模擬信號，而PLC的CPU只能處理數字量。因此PLC需要擴展一個模擬量輸入模塊將模擬量轉換成數字量。轉換成數字量后，需要一個模擬量輸出模塊將經過PID調節(jié)的數字輸出量轉換為標準量程的直流電壓或直流電流去控制變頻器。0C24V55mArdT1A咗AO1CV犧+1ftvrfr電竟曲|1肺槪襯也T*）由于選用了三菱公司FX2N系列的PLC，模擬量輸入輸出模塊同樣考慮選用三菱公司FX系列產品。FX系列有多種模擬量輸入輸出模塊。根據系統(tǒng)模擬量信號輸入數量，選擇有4個12位模擬量輸入通道的FX2N-4AD模擬量輸入模塊，其配線圖如下圖所示。捲脫輸扎血過處協(xié)蔽咆追電惓收電巍應邁離屯淘級戒施它町能嚴臨電氣

34、擾的HitLi如臥輸人fjHim被制一或圧外冊僅線中wtr施.nJ以擢（0.1Jir到0.4丁pF,55VI如眾慣川電MUftA,訓勺一逬和斷黑蒂僅Jtl勒的電Fit蔚怪權FG的外血地揣和FXjs-4AD的按地端連按FX.f/川的腹地嘲與朮的按地端町和帕話，在I沖肥他町1級峨地圖3.2FX2N-4AD配線圖相應的，選擇有相同模擬量輸出通道的FX2N-4DA模擬量輸出模塊，將經PID調節(jié)后的數字量轉換成模擬量控制輸出變頻器，其配線圖如下圖所示。313變頻器的選型變頻器通過頻率的改變實現對皮帶驅動電機轉速的調節(jié)，從而改變瞬時流量。變頻器的選擇必須根據皮帶驅動電機的功率和電流進行選擇，要實現監(jiān)控,所

35、以變頻器還應具備通訊功能。根據控制功能，通用變頻器分為3種類型：普通功能型U/f控制變頻器，具有轉矩控制功能的高功能型U/f控制變頻器和矢量控制高性能型變頻器。變頻器類型的選擇主要根據負載的要求來進行。傳送帶屬于恒轉矩類負載，既可采用普通功能型變頻器，采用加大電動機和變頻器容量的方法，以提高低速轉矩來實現恒轉矩調速;也可采用具有轉矩控制功能的高功能型變頻器實現恒轉矩負載調速。對于要求精度高、響應快的生產機械采用矢量控制高性能通用變頻器是很好的選擇。由于本系統(tǒng)采用一對一的形式，即一臺變頻器拖動一臺電動機，因此變頻器參數應滿足以下關系式：按連續(xù)恒負載運轉時所需的變頻器容量（KVA）的計算式計算PM

36、(3.1)CNqCOS申PkIX10-3CNMM(3.2)Ikl(3.3)CNM式中P電動機的額定功率；M耳一電動機的效率（一般取0.85）；cos申一電動機的功率因數（一般取0.75）；U電動機的額定電壓（V）；MI電動機額定電流（A）；Mk電流系數，PWM方式時一般取11.05；P變頻器的額定容量（KVA）；CNI變頻器的額定電流（A）CN選擇變頻器容量時，應同時滿足三個算式。三菱公司提供了FR-E540系列變頻器與該公司的標準點擊相匹配時的技術參數，按照這些技術參數及上式計算得到的變頻器容量，可選出1#主料稱變頻器型號為FR-E540-2.2K-CH,2#、3#輔料稱變頻器型號為FR-E

37、540-0.4K-CH。下圖所示為變頻器接線原理圖：3相交謹曲旅直刪4訓a出和茹部黑倬宜公其嫦子LnLlLiPC.*.目O宅機IF轉啟gUPSTF爼路片采用提髙功率因皺的直流電抗器時，謂卸丈遠牛理貉片高j$yRH.低iSpRL飾出停止PhrsftfiQresI控制回帝嫦入信號不尢許輸入電壓）1/2*1k2O,15-1r-OSDGG5VDQQ1OV11-0rQ.異常輸出RUNFU5E運存02)重電蠻H瞎做岀模拋信號橋出（DCD-IOV）回主回路端子門控期回幫輪入瑤子控JW回瞎輸出靖子3.1.4稱重傳感器的選型稱重傳感器被喻為電子衡器的心臟，它的性能在很大程度上決定了電子衡器的準確度和穩(wěn)定性。對傳

38、感器等級的選擇必須滿足傳感器的輸出信號必須大于或等于儀表要求的輸入靈敏度值，且要滿足整臺電子稱準確度的要求。同時在選擇傳感器的型號時，還要考慮傳感器的適用范圍。由于FX2N-4AD模擬量輸入模塊的輸入信號為標準電壓、電流信號，因此在選擇傳感器時應選擇內置變送器的稱重傳感，或另選變送器。在第二章中，已介紹稱重傳感器的稱重原理，考慮選用CX系列傳感器。其中CXH-128型懸臂梁式傳感器適用于電子皮帶秤系統(tǒng)。由于CHX-128型傳感器僅僅是從輸出端獲得一個與外力成正比的電壓信號，并不是標準電壓信號，需要給傳感器配備一個變送器，通過其將力學量轉換成標準電壓、電流信號，直接與PLC的模擬量輸入模塊通信。

39、北京福特鑫公司生產的CXH-128型懸臂梁式傳感器如下圖所示，在出廠前已將傳感器與變送器相連，傳感器輸送的是標準電壓、電流信號。圖3.5稱重傳感器內部接線圖綜合以上因素，本設計選用北京福特鑫公司生產的CXH-128型懸臂梁式傳感器。下圖為福特鑫公司生產的CXH-128型傳感器的技術指標。性能折標D-詞Kp-RTiavDC誼1曲3鈕辛21vDC電流估號心伽亠也ii估號：Tsvdc土広帕$F久0.1F*S也2峙SF0-.2%FS.-IDf0.2%Fs.iortfjAHitL開芻口1酉n筒岀RI血MOOQ相時淀BE工fl洸用ZDEOC査亍過戲150SFS質低丘訊或彳；國訊圖3.6CXH-128型傳感

40、器技術指標基于PLC的自動配料系統(tǒng)成都工業(yè)學院2013屆畢業(yè)論文基于PLC的自動配料系統(tǒng)成都工業(yè)學院2013屆畢業(yè)論文基于PLC的自動配料系統(tǒng)成都工業(yè)學院2013屆畢業(yè)論文 - #- -3.1.5其他設備選型（1）送料電動機選型根據系統(tǒng)要求，送料電機選擇小型交流電動機即可。因此考慮選用L-100-50-S型，額定功率100w，額定轉速1450r/min,額定電壓220/380V（2）熱繼電器選型熱繼電器電流應大于或等于電動機的額定電流：I=（0.951.05）I,INMNMN為電動機額定電流。對于電動機回路，熱繼電器的整定電流應等于電動機的額定電流。因此1#皮帶驅動電機熱繼電器選擇JR20-1

41、62S，2#、3#皮帶驅動電機熱繼電器選擇JR20-107R,送料電機熱繼電器選擇JR20-104R。（3）斷路器選型斷路器為系統(tǒng)電源開關，其主回路控制對象為電感性負載交流電動機，斷路器過電流脫扣值按電動機啟動電流的1.7倍整定。自動配料系統(tǒng)有2.2kw皮帶驅動電動機一臺，0.4kw皮帶驅動電動機兩臺，送料電動機為以下，啟動電流較小，因此可根據2.2kw電動機選擇斷路器QF脫扣電流I:QFI=1.71=1.7x5=8.5AQFN由于斷路器的脫扣電流應大于計算值，因此選用C45AD型斷路器，其脫扣電流為10A。（4）按鈕選型按鈕分啟動、停止、緊急停止按鈕，啟動、停止按鈕可以加以顏色區(qū)分，因此，選

42、擇啟動按鈕型號為XB2-EA135；停止按鈕為XB2-EA142。緊急停止按鈕選擇施耐德生產的XB2-BS542。（5）電磁閥選型選擇電磁閥時，要確定這個閥時控制什么的，根據機械結構所需要的力，再選擇需要多少功率的電磁閥。根據本系統(tǒng)要求，選擇亞德客生產的4V210-08A型電磁閥。（6）交流接觸器選型接觸器主觸點額定電流：I=PnX103或I二Q03nJ3Ucos的NkUNNK為經驗系數，取11.4。因此，交流接觸器選擇：AC220VDJX2-0910型。（7）信號燈選型信號燈選型可根據所指示信號表達的系統(tǒng)工作情況選定。因此，電源指示燈、送料電動機運行指示燈、皮帶電動機運行指示燈可選用施耐德生

43、產的AC220V綠色，型號為XB2BVM3LC的塑料指示燈；變頻器故障指示燈、低料位指示燈可選用施耐德生產的AC220V紅色，型號為XB2BVM4LC。（8）報警電鈴選型根據系統(tǒng)要求，選擇AC220V，型號為AD16-22M/k23蜂鳴器。（9）料位傳感器選型本系統(tǒng)中，需對料位高低進行檢測，考慮選用料位開關，料位開關即對容器中液體的高度是否達到某一特定位置進行檢測的傳感器。根據系統(tǒng)要求即應用范圍，選用BS-CFY射頻導納電容式物位開關。3.2系統(tǒng)主電路分析及設計基于PLC的自動配料系統(tǒng)一共有六臺電機：三臺主、輔料送料電機，三臺皮帶驅動電機。（1）其中三臺主、輔料電機在系統(tǒng)檢測到料位低的信號時啟

44、動，向料斗送料，送至系統(tǒng)檢測到料位高的信號時停止。三臺皮帶驅動電機按照主料、輔料的順序啟動。以1#送料電機與皮帶驅動電機為例，接線如下圖所示?；赑LC的自動配料系統(tǒng)成都工業(yè)學院2013屆畢業(yè)論文基于PLC的自動配料系統(tǒng)成都工業(yè)學院2013屆畢業(yè)論文基于PLC的自動配料系統(tǒng)成都工業(yè)學院2013屆畢業(yè)論文- - - -圖3.6送料電機與皮帶驅動電機連接圖熱繼電器FR1FR6對M1M6進行過載保護。QF1為電源總開關，對主電路起短路保護作用，也起分斷三相交流電源的作用，便于設備的維護與檢修。QF2QF4分別實現各負載回路的短路保護。DC24V為PLC的擴展模塊FX2N-4AD與FX2N-4DA提供

45、直流電源，如下圖所示?？谪?4V+斗Iui圖3.7直流24V電源(5)AC220V為PLC提供電源，如下圖所示。Pr-AVHr()V4E!圖3.8交流220V電源3.3系統(tǒng)控制電路分析及設計系統(tǒng)實現恒流量自動配料的主體控制設備是PLC。控制電路的合理性、程序的可靠性直接關系到整個系統(tǒng)的運行性能。本系統(tǒng)采用三菱公司FX2N系列PLC,它體積小、執(zhí)行速度快、抗干擾能力強、性能優(yōu)越。3.3.1可編程控制器（PLC）的【/0端子分配基于PLC的自動配料系統(tǒng)設計的基本要求如下：本自動配料系統(tǒng)由3臺電子皮帶秤配料線組成,編號分別為1#、2#、3#,其中1#為主料稱,2#、3#為輔料稱,當不需要添加輔料時,

46、1#電子稱單獨工作。系統(tǒng)具有恒流量和配比控制功能。對于恒流量控制時,電子皮帶秤根據皮帶上物料的多少自動調節(jié)皮帶速度,以達到所設定流量的要求。每臺電子皮帶秤有一臺皮帶驅動電動機,兩個料位傳感器,一個速度傳感器，一個稱重傳感器，一臺變頻器。變頻器由PLC控制，輸出驅動皮帶電動機。料位傳感器檢測料斗有無物料,速度傳感器測量電動機的轉速。配料生產線工作時，首先設置配料的配比，檢查料斗有無物料，若無物料則向料斗送料,才能啟動配料生產線。生產過程中，電子皮帶秤進行稱重并實時計量，PLC計算出實時流量及累計流量，若設定流量與實際流量有偏差，調節(jié)器根據系統(tǒng)控制要求，比較設定值與實際流量的偏差經PID調節(jié)改變輸

47、出信號以控制變頻器對輸送電動機的速度調節(jié)，從而實現恒流量控制。根據配比各輔料按配方工藝要求添加，各輔料同時混合計量。系統(tǒng)有電源指示、工作方式指示、電動機運行指示。根據以上控制要求，列出I/O分配表：表3.1基于PLC的自動配料系統(tǒng)I/O分配表輸入輸出停止按鈕SB2X01#送料電機MlY0啟動按鈕SB1XI2#送料電機M3Y1急停按鈕SB3X23#送料電機M5Y21#料位傳感器（高）X31#電磁閥YV1Y31#料位傳感器（低）X42#電磁閥YV2Y42#料位傳感器（高）X53#電磁閥YV3Y52#料位傳感器（低）X61#皮帶驅動電機M2Y63#料位傳感器（高）X72#皮帶驅動電機M4Y73#料位

48、傳感器（低）X103#皮帶驅動電機M6Y101#主料加一按鈕SB4X11電源指示燈HL1Y112#輔料加一按鈕SB5X12低料位信號燈HL2Y123#輔料加一按鈕SB6X13送料電機運行信號燈HL3Y13配比確定按鈕SB7X14皮帶電機運行信號燈HL4Y141#變頻器故障信號X15變頻器故障信號燈HL5Y152#變頻器故障信號X16蜂鳴器HAY163#變頻器故障信號X171#稱重傳感器FX2N-4AD模擬量輸入模塊2#稱重傳感器3#稱重傳感器編程時，需要使用一些輔助繼電器、定時器、數據寄存器，如下表所示。表3.2資源分配表M200輔助啟動繼電器M0M2配比M3M5檢測料位信號高低，判斷是否啟動

49、皮帶驅動電機電機M6M8檢測料位信號高低，判斷是否啟動送料電機M9確定配比M10M45A/D,D/A模塊使用M26M281#3#PID運算D0存儲每份重量D1D31#3#配比設定D4A/D模塊標識D5D7反饋值（稱重傳感器測量值）D8D/A模塊標識D10D12給定值D20D22輸出值D23D25模擬量輸出存放系統(tǒng)控制電路設計如圖3.9所示，為PLC輸入信號的接入?；赑LC的自動配料系統(tǒng)成都工業(yè)學院2013屆畢業(yè)論文基于PLC的自動配料系統(tǒng)成都工業(yè)學院2013屆畢業(yè)論文基于PLC的自動配料系統(tǒng)成都工業(yè)學院2013屆畢業(yè)論文- - - 2.42.5畀!乏；址必診伐戈QIT怛S:輕囊蟹汨淫|耳_專

50、L:彳-.-:|一.：|二-A?.可丁世J梟S-Eran:匚n:門:2L忖4XI-X5X74XL1XI3X17：.-:LI圖3.9PLC輸入信號接線圖PLC主要用于實現自動配料系統(tǒng)的自動控制，完成以下功能：（1）自動檢測料位信號，低料位時自動控制三臺送料電機投入運行；（2）物料充足時，啟動配料生產線，自動控制皮帶驅動電機運行；（3）根據稱重傳感器輸入的重量信號計算出實時流量及累計流量，并與設定流量比較，有偏差進行PID調節(jié)。重量信號為模擬信號，需要通過A/D模擬量輸入模塊才能輸入PLC,如下圖所示。圖3.10重量信號接入PLC（4）PID調節(jié)后的量為數字輸出量，需要通過D/A模擬量輸出模塊輸出

51、標準電壓、電流信號控制變頻器，從而調節(jié)皮帶驅動電機的轉速；41511112212$-E4-V十I-i-V+I十v-24+VI-VI-FX2N-斗MH-V+14VI-VI-,圖3.11模擬信號輸出PLC（5）根據配比各輔料按配方工藝要求添加，各輔料同時混合計量；（6）系統(tǒng)有電源指示、工作方式指示、電動機運行指示、報警指示。如下圖所示為輸出信號與PLC的接線圖。v0-r+r-lW.drisMlYlY2COM2Y5Y7COM2YL1Y13COM415Y17LJLjdH匚ZELJJLJJLJL1廠r”IfJI-V-H-HIiIIrIIn丄ii=*圖3.12PLC輸出信號接線圖第四章自動配料系統(tǒng)的軟件設

52、計4.1控制系統(tǒng)主程序設計PLC主程序主要由系統(tǒng)初始化程序、送料檢測程序、皮帶驅動電機啟動程序、模擬量PID調節(jié)程序和報警程序等構成。如圖4.1所示，為系統(tǒng)主程序流程圖。系統(tǒng)主程序主要包括以下內容：（1）調用初始化子程序，設定各初始值（2）根據料位檢測信號確定是否需要啟動送料電機送料（3）根據流量偏差進行PID調節(jié)控制功能（4）進行自動故障檢測報警和故障處理功能圖4.1系統(tǒng)控制流程圖通過對控制流程圖的反復研究，結合自身情況，將程序分為個部分，梯形圖的總體結構如下圖所示。公用程序Y3IICALLP011FENDFID拄制子程序FND圖4.2梯形圖總體結構圖本系統(tǒng)中，公用程序即主程序主要包括初始化

53、、調用子程序、判斷是否啟動送料電機、工作方式指示與報警等作用。(1)系統(tǒng)初始化當按下起動按鈕SB2，輔助繼電器M200得電自鎖，并執(zhí)行初始化過程,清空數據寄存器內的數據，復位輔助繼電器。X001JiOOOX002X200II1MOVKIDOZFSTDID-3ZFtSTMOM20-n圖4.3程序初始化調用子程序CALLP0圖4.4子程序調用(2)預置配比系統(tǒng)工作前，需對主、輔料預置配比。XiJll-IKCPD1X012-IKCPD2X015-IVCPDUML-II-K9D3R3TDL.UTP豳圖4.5預置配比檢查料斗是否有料預置配比后，需檢查料斗是否有料。若無料，需先向料斗送料，再啟動生產線。X

54、A03卄拍M03XD04甜閒XC05-IIA17X&10XC07-II圖4.6料斗是否有料|:YW0M7一|:誠1MB|:YOO2圖4.7送料電機啟動生產線啟動料斗物料充足，皮帶驅動電機啟動，啟動生產線。YCQ5EilO1TCK10(TJT0IFT1Yt7Y&OCHIIFK1C(TZY0Q3M7加JM3L_|i）圖4.11模擬量輸入（2）PID指令在執(zhí)行PID指令之前，應先對PID指令中的參數賦值并存放于數據寄存器D100D106，而后進行PID運算輸出，具體方法如下圖所示。MOVK200D100MOVK0D101K50Dl觸K200DIOSMOVK200DI04rynvK50D105Dinv

55、K200D106rinTKOno?rpTnD1CD100D2&M271IPIDDllD6DLOOD2111proDUD7DIMD2211圖4.12PID指令(3)D/A模擬量輸出模塊經過PID運算后的數字量，需通過D/A轉換為模擬量輸出控制變頻器。Y003tHraoMKIK30DSKlKsoeo胡IL-Ur-K3020D8ttwKlKOHOKl-TT(1KIKl函ElMrpnnMKlK2&K4M3OKl14TOKlKlD23KSJ圖4.13模擬量輸出基于PLC的自動配料系統(tǒng)成都工業(yè)學院2013屆畢業(yè)論文基于PLC的自動配料系統(tǒng)成都工業(yè)學院2013屆畢業(yè)論文- - -第五章組態(tài)軟件監(jiān)控5.1組態(tài)

56、軟件簡介組態(tài)軟件，又稱組態(tài)監(jiān)控軟件系統(tǒng)軟件。它是指一些數據采集與過程控制的專用軟件，它們處在自動控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級的軟件平臺和開發(fā)環(huán)境，使用靈活的組態(tài)方式，為用戶提供快速構建工業(yè)自動控制系統(tǒng)監(jiān)控功能的、通用層次的軟件工具。組態(tài)軟件的應用領域很廣，可以應用于電力系統(tǒng)、給水系統(tǒng)、石油、化工等領域的數據采集與監(jiān)視控制以及過程控制等諸多領域。5.1.1組態(tài)軟件的功能組態(tài)軟件通常有以下幾方面的功能：強大的界面顯示組態(tài)功能。目前，工控組態(tài)軟件大都運行于windows環(huán)境下，充分利用windows的圖形功能完善界面美觀的特點，可視化的風格界面、豐富的工具欄，操作人員可以直接進入開發(fā)狀態(tài)，節(jié)省時間。豐富的圖形

57、空間和工況圖庫，既提供所需的組件，又是界面制作向導。提供給用戶豐富的作圖工具，可隨心所欲地繪制出各種工業(yè)界面，并可任意編輯，從而將開發(fā)人員從繁重的界面設計中解放出來，豐富的動畫連接方式，如隱含、閃爍、移動等等，使界面生動、直觀。良好的開放性。社會化的大生產，使得系統(tǒng)構成的全部軟硬件不可能出自一家公司的產品，“異構”是當今控制系統(tǒng)的主要特點之一。開放性是指組態(tài)軟件能與多種通信協(xié)議互聯(lián)，支持多種硬件設備。開放型是衡量一個組態(tài)軟件好壞的重要指標。組態(tài)軟件向下應能與低層的數據采集設備通信，向上能與管理層通信，實現上位機與下位機的雙向通信。豐富的功能模塊。提供豐富的控制功能庫，滿足用戶的測控要求和現場需

58、求。利用各種功能模塊，完成實時監(jiān)控，產生功能報表、實時曲線、報警等功能，是系統(tǒng)具有良好的人機界面，易于操作，系統(tǒng)既能適用于單機集中式控制、DCS分布式控制，也可是戴遠程通信能力的遠程測控系統(tǒng)。強大的數據庫。配有實時數據庫，可存儲各種數據，如模擬量、離散量、字符型等，實現與外部設備的數據交換。可編程的命令語言。有可編程的命令語言，使用戶可根據自己的需要編寫程序，增強圖形界面。周密的系統(tǒng)安全防范，對不同的操作者，賦予不同的操作權限，保證整個系統(tǒng)的安全可靠運行。防震功能。提供強大的防真功能使系統(tǒng)丙型設計，從而縮短開發(fā)周期。組態(tài)軟件的特點隨著工業(yè)自動化水平的迅速提高，計算機在工業(yè)領域的廣泛應用，人民對

59、工業(yè)自動化的要求越來越高，種類繁多的控制設備和過程監(jiān)控裝置在工業(yè)領域的應用，使得傳統(tǒng)的工業(yè)控制軟件已無法滿足用戶的各種需求。在開發(fā)傳統(tǒng)的工業(yè)控制軟件時，當工業(yè)被控對象一旦有變動，就必須修改其控制系統(tǒng)的源程序，導致其開發(fā)周期長；已開發(fā)成功的工控軟件又由于每個控制項目的不同而使其重復使用率很低，導致它的價格非常昂貴；在修改工控軟件的源程序時，倘若原來的編程人員因工作變動而離去時，則必須同其他人員或新手進行源程序的修改，因而更是相當困難。通用工業(yè)自動化組態(tài)軟件的出現為解決上述實際工程問題提供了一種嶄新的方法，因為它能夠很好地解決傳統(tǒng)工業(yè)控制軟件村財的種種問題，是用戶能根據自己的控制對象和控制目的任意

60、組態(tài)，完成最終的自動化控制工程。組態(tài)為模塊化任意組合。通用組態(tài)軟件主要特點：延續(xù)性和可擴充性。用通用組態(tài)軟件開發(fā)的應用程序，當現場（包括硬件設備或系統(tǒng)結構）或用戶需求發(fā)生改變時，不需作很多修改而方便的完成軟件的更新和升級；封裝性（易學易用）。通用組態(tài)軟件所能完成的功能都用一種方便用戶使用的方法包裝起來，對于用戶，不需要掌握太多的編程語言技術（甚至不需要編程技術），就能很好地完成一個復雜工程所要求的所有功能；通用性。每個用戶根據工程實際情況，利用通用組態(tài)軟件提供的底層設備（PLC、智能儀表、智能模塊、板卡、變頻器等）的I/ODriver、開放式的數據庫和畫面制作工具，就能完成一個具有動畫效果、實