生產(chǎn)線自動稱重控制系統(tǒng)設計設計

生產(chǎn)線自動稱重控制系統(tǒng)設計設計摘要自動生產(chǎn)線被應用到工業(yè)領域后，稱重裝置不僅是提供重量數(shù)據(jù)的簡單儀表，而且是工業(yè)控制系統(tǒng)和管理系統(tǒng)的一個組成部分。生產(chǎn)線自動稱重技術水平的提高，可以推進工業(yè)生產(chǎn)的自動化和管理的現(xiàn)代化，縮短作業(yè)時間，改善操作條件，降低能源和材料的消耗，提高產(chǎn)品質(zhì)量以及加強企業(yè)管理。生產(chǎn)線自動稱重控制系統(tǒng)設計，以PLC為控制核心，稱重傳感器采集現(xiàn)場重量信號，稱重變送器將傳感器的信號隔離放大，轉(zhuǎn)換成0-10V的標準信號，EM235模塊將這一標準信號轉(zhuǎn)換為相對應的數(shù)值。通過實際重量與變速重量、目標重量相比較，利用PWM脈沖控制舵機閥門旋轉(zhuǎn)角度，從而控制下料流量大小。利用電磁鐵控制稱重斗下料門開合，通過光電開關防止輔助斗物料溢出，利用報警器實現(xiàn)報警功能。整個控制過程分手動操作和自動操作。通過三維力控軟件構建遠程監(jiān)控系統(tǒng)，現(xiàn)場情況可以實時顯示，監(jiān)控系統(tǒng)的控制級別高于現(xiàn)場控制的級別。關鍵詞：PLC稱重傳感器報警器光電開關遠程監(jiān)控ABSTRACTAfterautomaticproductionlinewasappliedtoindustryregion,weighingdevicewasnotonlyatechniquesimplicityinstrumenttosupplyweightdata，butalsoapartofindustrialcontrolsystemandsupervisorysystem.Thedevelopmentoftheproductionlineofautomaticweighingcanadvancethemodernizationoftheautomationandmanagementofindustrialproduction,reduceoperatingtime,improvetheoperatingconditions,reducetheconsumptionofenergyandmaterials,improveproductqualityandstrengthenenterprisemanagement.Theproductionlineofautomaticweighingcontrolsystems,PLCforthecontrolofthecore,weighingsensortocollecttheliveweightofthesignal,theweightofthetransmittertothesensorsignalisolationamplifier,andconvertedintostandardsignalsof0-10V,theEM235moduletothestandardsignalisconvertedtocorrespondstothevalue.Byactualweightandvariablespeedweight,targetweight,comparedtothesizeofthePWMpulsestocontroltherotationangleofthesteeringgear,whichcontroltheflowofcutting.Thesystemuseelectromagnetstocontroltheweighingbucketcuttingdooropeningandclosing,usethephotoelectricswitchtopreventtheauxiliarybucketspillage,usethealarmtoachievealarmfunction.Theentirecontrolprocessisdividedintomanualoperationandautomaticoperation.Thesystemusethree-dimensionalforcecontrolsoftwaretobuildtheremotemonitoringsystems.itcandisplayreal-time,themonitoringsystemcontrollevelishigherthanthelevelofsitecontrol.KEYWORDS:PLCweighsensoralarmphotoelectricswitchremotemonitoring目錄前言 1第1章生產(chǎn)線自動稱重系統(tǒng)總體設計 31.1控制方案的選擇 31.2系統(tǒng)的組成 41.3稱重系統(tǒng)的功能和工作過程 4第2章系統(tǒng)硬件設計 62.1PLC的選擇 62.1.1PLC選型的基本原則 72.1.2西門子S7-200相關模塊的確定 82.2稱重傳感器的選擇 82.2.1稱重傳感器類型的選擇 92.2.2稱重傳感器選型的原則 92.2.3托利多MTB-5稱重傳感器 112.3稱重變送器的選擇 122.3.1稱重變送器的用途和特點 122.3.2AT10模擬型稱重變送器 132.4舵機的選擇 152.4.1舵機的規(guī)格和選型 162.4.2MG955舵機 162.5電動機的選擇 173.6電磁鐵的選擇 182.7光電開關的選擇 192.8電鈴的選擇 202.9中間繼電器的選擇 212.10斷路器的選擇 222.11指示燈的選擇 222.12主電路設計 232.13控制電路的設計 24第3章系統(tǒng)軟件設計 273.1S7-200PLC的編程軟件 273.2資源分配 273.3編寫程序 29第4章系統(tǒng)監(jiān)控設計 304.1選擇組態(tài)軟件 304.2構建組態(tài)系統(tǒng) 30結論 35謝辭 36參考文獻 37附錄 38前言1．課題研究的研究背景和意義自動生產(chǎn)線被應用到工業(yè)領域后，對稱重技術提出了新的要求。稱重裝置不僅是提供重量數(shù)據(jù)的簡單儀表，而且是工業(yè)控制系統(tǒng)和管理系統(tǒng)的一個組成部分。生產(chǎn)線自動稱重技術水平的提高，可以推進工業(yè)生產(chǎn)的自動化和管理的現(xiàn)代化，縮短作業(yè)時間，改善操作條件，降低能源和材料的消耗，提高產(chǎn)品質(zhì)量以及加強企業(yè)管理。目前，國內(nèi)很多中小企業(yè)的生產(chǎn)線稱重環(huán)節(jié)多采用磅秤、臺秤和通用的電子秤。生產(chǎn)線上的物料質(zhì)量都由工人師傅手動控制。這種稱重系統(tǒng)存在很多缺陷。缺陷一：生產(chǎn)線的稱重設備自動化程度較低，稱重質(zhì)量完全取決于人，稱重精度低，并且操作復雜。缺陷二：在這樣的稱重系統(tǒng)中，若要提高稱重精度，就要降低生產(chǎn)速度，大大阻礙了高速生產(chǎn)的實現(xiàn)。缺陷三：缺少對生產(chǎn)過程的實時監(jiān)控，使得整個工作過程都需要操作人員在現(xiàn)場監(jiān)督。這樣既浪費了人力，提高了企業(yè)的費用，又無法實現(xiàn)自動化生產(chǎn)管理。根據(jù)以上內(nèi)容，就兩方面設計自動稱重控制系統(tǒng)：一是根據(jù)現(xiàn)有生產(chǎn)線的稱重現(xiàn)狀，相對提高生產(chǎn)線稱重的自動化程度、稱重速度和稱重精度；二是建立組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，使其能監(jiān)控現(xiàn)場事實情況。這樣的生產(chǎn)線自動稱重控制系統(tǒng)，可以降低原料消耗，控制產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)速度，降低工人勞動強度，方便監(jiān)控人員更好的了解工作現(xiàn)場情況，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的科學現(xiàn)代化管理。2．稱重技術的發(fā)展概況和趨勢隨著第二次世界大戰(zhàn)后的經(jīng)濟繁榮，為了把稱重技術引入到生產(chǎn)工藝過程中去，對稱重技術提出了新的要求，希望稱重過程自動化，為此電子技術滲入衡器制造業(yè)，產(chǎn)生了電子稱。電子稱的發(fā)展過程與其他事物一樣，也經(jīng)歷了由簡單到復雜，由粗糙到精密，由機械到機電結合再到全電子化，由單一功能到多功能的過程。特別是近30年以來，工藝流程中的現(xiàn)場稱重、配料定量稱重以及產(chǎn)品質(zhì)量的監(jiān)測等工作，都離不開能輸出信號的電子衡器。這是由于電子衡器不僅給出質(zhì)量或重量信號，而且也能作為總系統(tǒng)中的一個單元承擔著控制和檢驗功能，從而推進工業(yè)生產(chǎn)的自動化和合理化。近年來電子稱已愈來愈多地參與到數(shù)據(jù)的處理和控制過程中?，F(xiàn)代稱重技術和數(shù)據(jù)系統(tǒng)已經(jīng)成為工藝技術、儲運技術、預包裝技術、收貨業(yè)務及商業(yè)銷售領域中不可或缺的組成部分。隨著稱重傳感器各項性能的不斷突破，為電子稱的發(fā)展奠定了基礎，國外如美國、西歐等一些國家在20世紀60年代就出現(xiàn)了0.1%稱量準確度的電子稱，并在70年代中期約對75%的機械稱進行了機電結合式改造。我國的衡器在20世紀40年代以前還全是機械式的，40年代開始發(fā)展了機電結合式的衡器。50年代開始出現(xiàn)了以稱重傳感器為主的電子衡器。80年代以來，我國通過自行研究、引進消化吸收和技術改造，已由傳統(tǒng)的機械式衡器步入集傳感器、微電子技術、計算機技術與一體化的電子衡器發(fā)展階段。目前，由于電子衡器具有稱量快，讀數(shù)方便，能在惡劣條件下工作，便于與計算機技術相結合而實現(xiàn)稱重技術和過程控制的自動化特點，已被廣泛應用于工礦企業(yè)、能源交通、商業(yè)貿(mào)易和科學技術等各個部門。隨著稱重傳感器技術以及超大規(guī)模集成電路和微處理器的進一步發(fā)展，電子稱重技術及其應用范圍將更進一步的發(fā)展，并被人們越來越重視。電子衡器產(chǎn)品量大面廣、種類繁多，從通用的各種規(guī)格的電子稱到大型的電子稱重系統(tǒng)，從單純的稱重、計價到生產(chǎn)過程檢測系統(tǒng)的一個測量控制單元，其應用領域不斷地擴大。根據(jù)近些年來電子稱重技術和電子衡器的發(fā)展情況及電子衡器市場的需求，稱重技術的發(fā)展動向為：小型化、模塊化、智能化、集成化；其技術性能趨向于速率高、準確度高、可靠性高；其應用性趨向綜合性、組合性。第1章生產(chǎn)線自動稱重系統(tǒng)總體設計1.1控制方案的選擇系統(tǒng)方案選擇的原則是在滿足生產(chǎn)要求，確保產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，力求投資少，效益高和操作方便。根據(jù)課題的要求，本課題的控制系統(tǒng)方案有兩種方案可供選擇：單片機控制方案、PLC控制方案。（1）單片機控制方案。單片機是將計算機的基本部件微型化并集成到一塊芯片上的微型計算機，通常片內(nèi)都含有CPU、ROM、RAM、并行I/O、串行I/O、定時器/計數(shù)器、中斷控制、系統(tǒng)時鐘及系統(tǒng)總線等。單片機是隨著超大規(guī)模集成電路技術的發(fā)展而誕生的。隨著技術的發(fā)展，單片機片內(nèi)集成的功能越來越強大，并朝著SOC（片上系統(tǒng)）方向發(fā)展。單片機有著體積小、功耗低、功能強、性能價格比高、易于推廣應用等顯著優(yōu)點，所以廣泛應用于電子儀表、家用電器、節(jié)能裝置、機器人、工業(yè)控制等諸多領域，使產(chǎn)品小型化、智能化，既提高了產(chǎn)品的功能和質(zhì)量，又降低了成本，簡化了設計。但是單片機對環(huán)境要求較高，一般要在干擾小的場地使用，指令復雜，對編程能力要求較高，可讀性差。（2）PLC控制方案。可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P設備，都應按易于使工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則設計。同時可編程序控制器具有可靠性高、抗干擾能力強，適應性強、應用靈活，編程方便、易于使用，控制系統(tǒng)設計、安裝、調(diào)試方便，維修方便、維修工作量小，功能完善等特點。相對于單片機來說,PLC本身固有的穩(wěn)定性和可靠性特點決定了它在自動化行業(yè)內(nèi)不可取代的地位。PLC相比單片機具有高可靠性，易于開發(fā)，擴展性好，通訊簡單的，這些優(yōu)點促使很多的設備生產(chǎn)廠家在設計時選用PLC作為設備的控制器?？傊?，現(xiàn)代的工業(yè)自動化生產(chǎn)線中,多數(shù)產(chǎn)家都采用PLC作為自動化生產(chǎn)線的控制。在未來的工業(yè)生產(chǎn)中，PLC仍然能夠引導自動化行業(yè)的發(fā)展。綜上所述，該控制系統(tǒng)的控制方案應選PLC控制方案為宜。1.2系統(tǒng)的組成系統(tǒng)由進料電動機、出料電動機、PLC、稱重傳感器、稱重變送器、電磁鐵、舵機、指示燈、報警器、光電開關等組成。圖1-1為系統(tǒng)框圖。圖1-1系統(tǒng)框圖1.3稱重系統(tǒng)的功能和工作過程1．系統(tǒng)的功能（1）自動運行功能點擊自動運行按鈕后，系統(tǒng)自動運行。（2）手動運行功能在手動運行情況下，各功能的實現(xiàn)有對應的按鈕控制。（3）報警功能若實際重量大于稱重誤差最大值，則報警器開始報警，系統(tǒng)自動停止運行。報警器需要按動停止按鈕將其復位。若輔助斗中物料溢出，則安裝在輔助斗上的光電開關會發(fā)出信號，系統(tǒng)自動報警。（4）遠程監(jiān)控功能使用組態(tài)軟件，構建組態(tài)畫面，使現(xiàn)場真實運行情況事實顯示，并且能夠在遠程操作現(xiàn)場設備。2．系統(tǒng)的工作過程（1）大流量進料階段按下相應按鈕后，進料電動機啟動，電磁鐵得電使稱重斗下料門閉合。PLC發(fā)出指令使舵機閥門始終保持在0度，輔助斗下料門全部開啟，大流量指示燈亮。實現(xiàn)大流量進給。大流量進料用于提高整體速度。（2）小流量進料階段當數(shù)字量信號轉(zhuǎn)換的實際重量等于提前重量值時，PLC發(fā)出指令使舵機閥門迅速旋轉(zhuǎn)到90度，并始終保持在這個角度，小流量指示燈亮，開始小流量進給階段。慢速進料用于保障稱重的精度。（3）放料階段 當實際重量等于目標重量時，PLC發(fā)出指令使舵機閥門迅速旋轉(zhuǎn)到180度，并始終保持在這個角度，停止進料。同時，PLC發(fā)出指令使電磁鐵失電，稱重斗下料門打開，放料指示燈亮，進入放料階段。在自動狀態(tài)下，達到定時時間后，電磁鐵自動得電，稱重斗下料門關閉，輔助斗下料門完全開啟。開始進入下次稱重。在手動狀態(tài)下，是否進入放料階段由按鈕控制稱重斗下料門實現(xiàn)。是否進行下次稱重由手動啟動開關控制。第2章系統(tǒng)硬件設計根據(jù)對生產(chǎn)線自動稱重功能的分析，可以設計系統(tǒng)的硬件框圖，如圖2-1所示。圖2-1硬件框圖2.1PLC的選擇可編程邏輯控制器（ProgrammableLogicController，PLC），它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)與算術操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的生產(chǎn)過程。2.1.1PLC選型的基本原則PLC產(chǎn)品的種類也越來越多。不同型號的PLC，其結構形式、性能、容量、指令系統(tǒng)、編程方式、價格等也各有不同，適用的場合也各有側(cè)重。合理選用PLC，對于提高PLC控制系統(tǒng)的技術經(jīng)濟指標有著重要意義。在PLC系統(tǒng)設計時，確定控制方案后，下一步工作就是PLC工程設計選型。工程設計選型時，應詳細分析控制要求，明確控制任務所需的操作和動作，然后根據(jù)控制要求，估算輸入輸出點數(shù)，所需存儲器容量，確定PLC的功能，外部設備特性等，最后選擇有較高性能價格比的PLC和設計相應的控制系統(tǒng)。任何一種控制系統(tǒng)都是為了實現(xiàn)被控對象的控制要求，以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。因此，在設計PLC控制系統(tǒng)時，應遵循以下基本原則：（1）最大限度地滿足被控對象的控制要求（2）保證PLC控制系統(tǒng)安全可靠（3）力求簡單、經(jīng)濟、使用及維修方便（4）適應發(fā)展的需要我國市場上流行的PLC有如下幾家產(chǎn)品:（1）施耐德公司，，目前有Quantum、Premium、Momentum等產(chǎn)品;（2）羅克韋爾公司(包括AB公司)PL產(chǎn)品，目前有SLC、MicroLogix、ControlLogix等產(chǎn)品;（3）西門子公司的產(chǎn)品，目前有SIMATICS7-400/300/200系列產(chǎn)品;（4）日本歐姆龍、三菱、富士、松下等公司產(chǎn)品，其中使用較多的是三菱公司FX1、FX2、Q等系列產(chǎn)品。在此，考慮到西門子(Siemens)PLC在中國市場的占有率較高，到系統(tǒng)本身規(guī)模不大，本課題選擇西門子S7-200系列可編程序控制器作為控制器。2.1.2西門子S7-200相關模塊的確定S7-200PLC是西門子公司的一種小型PLC。它以緊湊的結構、良好的擴展性、強大的指令功能、低廉的價格、已經(jīng)成為當代各種小型控制工程的理想控制器。S7-200PLC包含了一個單獨的S7-200CPU和各種可選擇的擴展模塊，可以十分方便地組成不同規(guī)模的控制器。根據(jù)對生產(chǎn)線自動稱重功能的分析，統(tǒng)計系統(tǒng)所需要的輸入輸出點數(shù)。1．數(shù)字量輸入輸出統(tǒng)計（1）手動、自動、停止需要3路輸入。（2）進料電動機、出料電動機啟動、停止需要4路輸入,2路輸出。（3）電磁鐵得電、失電，需2路輸入，1路輸出。（4）光電開關信號需要1路輸入。（5）舵機閥門信號需要1路輸出。（6）報警器需要1路輸出。（7）取消報警需要1路輸入。（8）手動去皮需要1路輸入。（9）自動指示燈、手動指示燈、放料指示燈、大流量指示燈、小流量指示燈需要5路輸出。系統(tǒng)所需共12路數(shù)字量輸入，10路數(shù)字量輸出。2．模擬量輸入輸出統(tǒng)計系統(tǒng)需要將重量信號輸入到PLC中，需要1路模擬量輸入。3．確定相關模塊根據(jù)輸入輸出點數(shù)，以及考慮到今后對系統(tǒng)的維護和擴充使用，要保留1/8的裕量，并且要求具備輸出PWM脈沖功能，因此我們選用S7-200系列的CPU模塊為：CPU224XPDC/DC/DC（輸入點14點，輸出點10點）。選用一個模擬量輸入模塊：EM235（4路模擬量輸入,1路模擬量輸出）。2.2稱重傳感器的選擇2.2.1稱重傳感器類型的選擇稱重傳感器是力傳感器當中一個重要的品種,實際應用及其廣泛。稱重傳感器中最多的是電阻應變式稱重，應變片是稱重傳感器的核心單元，彈性體是基礎組成部分。稱重傳感器按結構類型分主要有S型雙連孔式傳感器，柱式傳感器，輪輻式與橋式傳感，柱環(huán)式傳感器，剪切梁式傳感器和單S梁式傳感器.S型雙連孔式傳感器量程范圍一般在2Kg到500Kg，這種類型稱重傳感器抗偏，抗側(cè)能力較強。柱式傳感器的測量范圍都很大，一般最大可以達到幾百噸，它剛性好，抗過載能力強，加工也簡單，重量也比較輕。輪輻式傳感器由于結構的對稱性，所以能夠承受大的側(cè)向力，由于它有較大的滯后誤差，很多場合都被橋式傳感器所取代。橋式傳感器的彈性體形狀像橋，因此得得名。橋式傳感器精度高，標定方便，普遍應用于汽車秤跟平臺秤等多個場合。柱環(huán)式傳感器由于本身的結構特性目前大多僅用于測量拉力，其精度一般在0.03到0.05之間。剪切梁式傳感器運用剪切原理制作而成，精度跟穩(wěn)定性都很高，一般都不需要要線性補償都能達到要求。它不受測力點變化的影響。測量范圍在幾十Kg的場合一般選用單S梁式傳感器，它不適合在振動大的時候使用。由以上內(nèi)容，本方案的稱重傳感器選擇剪切梁式傳感器。2.2.2稱重傳感器選型的原則1．穩(wěn)定性的選擇傳感器使用一段時間后，其性能保持不變的能力稱為穩(wěn)定性。影響傳感器長期穩(wěn)定性的因素除其本身結構外，主要是使用環(huán)境。因此，要使傳感器具有良好的穩(wěn)定性，必須要有較強的環(huán)境適應能力。在選擇傳感器之前，應對其使用環(huán)境進行調(diào)查，并根據(jù)具體的使用環(huán)境選擇適合的傳感器，或采取適當?shù)拇胧瑴p小環(huán)境的影響。環(huán)境對稱重傳感器會造成如下影響：（1）高溫環(huán)境造成傳感器的涂覆材料融化、焊點開化、彈性體內(nèi)應力發(fā)生結構變化。（2）露天粉塵、潮濕對傳感器造成短路的影響。（3）在腐蝕性較高的環(huán)境下，如潮濕、酸性對傳感器造成彈性體受損或產(chǎn)生短路等影響。（4）電磁場對傳感器輸出紊亂信號的影響。（5）易燃、易爆環(huán)境必須選用特制的防爆傳感器。傳感器的穩(wěn)定性有定量指標，在超過使用期后，在使用前應重新進行標定，以確定傳感器的性能是否發(fā)生變化。在某些要求傳感器能長期使用而又不能輕易更換或標定的場合，所選用的傳感器穩(wěn)定性要求更嚴格，要能經(jīng)受住長時間的考驗。2．靈敏度的選擇通常，在傳感器的線性范圍內(nèi)，希望靈敏度越高越好。因為只有靈敏度高時，與被測量對應的輸出信號值才比較大，有利于信號處理。但靈敏度高時，與被測量無關的外界噪聲也會被放大系統(tǒng)放大，影響測量精度。因此，要求傳感器本身應具有較高的信噪比，盡量減少從外界引入的干擾信號。3．對傳感器數(shù)量和量程的選擇傳感器數(shù)量的選擇是根據(jù)電子衡器的用途、秤體需要支撐的點數(shù)（支撐點數(shù)應根據(jù)使秤體幾何重心和實際重心重合的原則而確定）而定。傳感器量程的選擇可依據(jù)秤的最大稱量值、選用傳感器的個數(shù)、秤體的自重、可能產(chǎn)生的最大偏載及動載等因素綜合評價來確定。根據(jù)經(jīng)驗，一般應使傳感器工作在其30%～70%量程內(nèi)，但有較大沖擊力的衡器，在選用傳感器時，一般要使傳感器工作在其量程的20%～30%之內(nèi)，才能保證傳感器的使用安全和壽命。4．精度的選擇精度是傳感器的一個重要的性能指標，它是關系到整個測量系統(tǒng)測量精度的一個重要環(huán)節(jié)。傳感器的精度越高，其價格越昂貴，因此，傳感器的精度只要滿足整個測量系統(tǒng)的精度要求就可以，不必選得過高。這樣就可以在滿足同一測量目的的諸多傳感器中選擇比較便宜和簡單的傳感器。如果測量目的是定性分析的，選用重復精度高的傳感器即可，不宜選用絕對量值精度高的；如果是為了定量分析，必須獲得精確的測量值，就選用精度等級能滿足要求的傳感器稱重傳感器。精度選擇滿足下列兩個條件：（1）滿足稱重變送器輸入的要求。傳感器的輸出信號必須大于或等于稱重變送器要求的輸入信號。（2）在對傳感器精度選擇的時候，應使傳感器的精度略高于理論計算值。本方案中，物料對衡器沖擊小，且物料重5000g，選擇4個5000g的傳感器，使傳感器工作在其30%～70%量程內(nèi)，正好滿足要求。2.2.3托利多MTB-5稱重傳感器根據(jù)2.2.1和2.2.2的結論，選擇托利多MTB-5單點式波紋管焊接密封不銹鋼傳感器。1．托利多MTB-5稱重傳感器產(chǎn)品特點（1）獲得荷蘭NMI頒發(fā)的OIMLR60C3證書（2）安裝高度低（3）不銹鋼材質(zhì)（4）焊接密封，防護等級IP68（5）防爆性能滿足EExibtlcT4要求（6）同HBMZ6兼容（7）可提供高溫傳感器，最高工作溫度為200℃（8）適用于包裝秤、皮帶秤和化工等行業(yè)的配料稱重控制。2．托利多MTB-5稱重傳感器技術指標：技術指標如表2-1所示。表2-1MTB-5稱重傳感器技術指標額定容量kg5靈敏度mV/V2±0.002不重復性%R.O.≤0.01滯后%R.O.≤±0.02續(xù)表2-1非線性%R.O.≤±0.02蠕變（30分）%R.O.≤±0.02零點輸出%R.O.≤±1溫度補償范圍℃-10～+40工作溫度范圍℃-20～+65靈敏度溫度系數(shù)%Load/℃≤±0.002零點溫度系數(shù)%R.O./℃≤±0.002輸入阻抗Ω387±4輸出阻抗Ω350±1絕緣電阻MΩ≥5000(直流50V)建議激勵電壓V(DC/AC)5～15最大激勵電壓V(DC/AC)20安全過載%R.C.150極限過載%R.C.300防護等級IP68電纜長度m32.3稱重變送器的選擇2.3.1稱重變送器的用途和特點1．用途稱重變送器是一種將物理量變換成電信號，將毫伏信號輸出的傳感器經(jīng)隔離放大轉(zhuǎn)換成標準直流信號的變送器。通常采用SMT工藝，針對工業(yè)過程的電阻應變式信號傳感器而設計制造，適用于不同規(guī)格稱重傳感器。稱重變送器在工業(yè)稱重過程中常用的一種變送器，廣泛應用于數(shù)據(jù)采集、信號傳輸轉(zhuǎn)換和集散稱重控制系統(tǒng)和配料系統(tǒng)，主要應用于水泥、混凝土、玻璃、造紙、塑膠、化工、冶金、有色、棉紡、試驗機等行業(yè)稱重式料位、重量負荷、張力、拉壓力信號的變送、顯示、檢測等。2．特點稱重變送器有穩(wěn)定性好，輸出信號可以直接用PLC等控制，安裝簡易。2.3.2AT10模擬型稱重變送器根據(jù)工程的實際情況和傳感器的數(shù)量，我們選擇AT10模擬型稱重變送器。1．AT10模擬型稱重變送器規(guī)格，如表2-2AT10稱重變送器規(guī)格所示。表2-2AT10稱重變送器規(guī)格電源24Vdc±15%傳感器激勵電壓10Vdc(最多4x350傳感器)功耗6W可用輸出0–5Vdc,0–10Vdc,0–20mA或4–20mA滿刻度輸入范圍3mV－30mV可選線性度+0.02%滿刻度安裝DIN導軌安裝尺寸(長×高×寬)125mm×90mm×65mm接線端子塊，節(jié)距5.08mm傳感器連接4線+屏蔽儲存溫度-20至+50°C工作溫度-10至+40°C（最大相對濕度85%無冷凝)熱穩(wěn)定性20ppm/°C零點標定使用4個撥碼開關簡單調(diào)整零點標定使用20圈微調(diào)筒精確調(diào)整滿刻度標定使用4個撥碼開關簡單調(diào)整滿刻度標定使用20圈微調(diào)筒精確調(diào)整模擬濾波器通過270°圈微調(diào)筒調(diào)整CE認證EN50081-1e、EN50082-2EMC、EN61010-1LVD可選項115/230Vac50/60Hz電源，DIN導軌安裝2．AT10接線圖和各端子功能AT10各端子功能如表2-3所示。表2-3AT10各端子功能20極MA6極MB1.傳感器1激勵電壓-21.模擬輸出0/4-20mA+2.傳感器1激勵電壓+22.模擬輸出0-10V+3.傳感器1信號–23.模擬輸出-4.傳感器1信號+24.電源(24V)-5.屏蔽25.電源(24V)+6.傳感器2激勵電壓-26.接地7.傳感器2激勵電壓+8.傳感器2信號–9.傳感器2信號+10.屏蔽11.傳感器3激勵電壓-12.傳感器3激勵電壓+13.傳感器3信號–14.傳感器3信號+15.屏蔽16.傳感器4激勵電壓-17.傳感器4激勵電壓+18.傳感器4信號–19.傳感器4信號+20.屏蔽3．AT10總則本變送器必須安裝在DIN導軌上，端子塊“MA”的位置必須垂直處于下方。為防止變送器在運行過程中受到損壞，請始終保持金屬蓋子處于關閉狀態(tài)。當使用可選的其他電源時，必須就近與變送器安裝。兩個裝置之間的電纜線不得超過1米。4．AT10輸入電壓（1）輸入電壓必須和端子塊“MB”相連接。（2）輸入電壓的范圍：20Vdc至28Vdc(24Vdc±15%)。5．與稱重傳感器的連接在連接稱重傳感器之前，請參考以下內(nèi)容：（1）稱重傳感器的電纜應遵循它們自身的路徑。（2）如果傳感器電纜為6芯導線(含+/-sense)，則“+Sense”必須和“+Exc”的端子連接在一起；“-Sense”必須和“–Exc”的端子連接在一起。（3）本變送器連接的稱重傳感器的最大數(shù)量為4×350歐姆。（4）激勵電壓為10Vdc。（5）本變送器的輸入信號范圍允許稱重傳感器具有1-3mV/V的靈敏度。（6）稱重傳感器必須和端子塊“MA”相連接。6．模擬輸出（1）AT10變送器可選擇電壓或電流作為模擬輸出。（2）電壓輸出為0-10Vdc；電流輸出為0-20mA或4-20mA。（3）電流輸出最大負載阻抗為500。（4）模擬輸出的電纜連接必須遵循其自身的路徑。（5）使用跳線器J1選擇0-10V、0-20mA或4-20mA的模擬輸出。J1關：4-20mA；J1開：0-20mA/0-10V。7．模擬濾波器的使用（1）跳線器J2是用來當模擬輸出不穩(wěn)定時插入模擬濾波器的。J2關:濾波器可用；J2開:濾波器不可用。（2）當順時針旋轉(zhuǎn)微調(diào)筒時，會影響到濾波值的增加。（3）當逆時針旋轉(zhuǎn)微調(diào)筒時，會影響到濾波值的減少。2.4舵機的選擇舵機是集成了直流電機、電機控制器和減速器等，并封裝在一個便于安裝的外殼里的伺服單元。能夠利用簡單的輸入信號比較精確的轉(zhuǎn)動給定角度的電機系統(tǒng)。舵機安裝了一個電位器或其它角度傳感器檢測輸出軸轉(zhuǎn)動角度，控制板根據(jù)電位器的信息能比較精確的控制和保持輸出軸的角度。這樣的直流電機控制方式叫閉環(huán)控制，所以舵機更準確的說是伺服馬達。2.4.1舵機的規(guī)格和選型舵機的規(guī)格主要有幾個方面：轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、尺寸、重量、材料等。在做舵機的選型時要對以上幾個方面進行綜合考慮。（1）轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速由舵機無負載的情況下轉(zhuǎn)過60°角所需時間來衡量，常見舵機的速度一般在0.11/60°~0.21S/60°之間。（2）轉(zhuǎn)矩舵機扭矩的單位是KG?CM，這是一個扭矩單位。可以理解為在舵盤上距舵機軸中心水平距離1CM處，舵機能夠帶動的物體重量。（3）最大旋轉(zhuǎn)角度不同的舵機，最大旋轉(zhuǎn)角度不同。以90°、180°和360°居多。（3）尺寸、重量和材質(zhì)舵機的功率（速度×轉(zhuǎn)矩）和舵機的尺寸比值可以理解為該舵機的功率密度，一般同樣品牌的舵機，功率密度大的價格高。塑料齒輪的舵機在超出極限負荷的條件下使用可能會崩齒，金屬齒輪的舵機則可能會電機過熱損毀或外殼變形。所以材質(zhì)的選擇并沒有絕對的傾向，關鍵是將舵機使用在設計規(guī)格之內(nèi)。用戶一般都對金屬制的物品比較信賴，齒輪箱期望選擇全金屬的，舵盤期望選擇金屬舵盤。但需要注意的是，金屬齒輪箱在長時間過載下也不會損毀，最后導致電機過熱損壞或外殼變形，而這樣的損壞是致命的，不可修復的。塑料軸的舵機如果使用金屬舵盤是很危險的，舵盤和舵機軸在相互扭轉(zhuǎn)過程中，金屬舵盤不會磨損，舵機軸會在一段時間后變得光禿，導致舵機完全不能使用。綜上，選擇舵機需要在計算自己所需扭矩和速度，并確定使用電壓的條件下，選擇有150%左右甚至更大扭矩富余的舵機。本課題選擇的舵機為MG955。2.4.2MG955舵機MG955參數(shù)：（1）產(chǎn)品尺寸：40.7*19.7*42.9mm（2）產(chǎn)品重量：55g（3）工作扭矩：13Kg/cm（4）反應速度：53-62R/M（5）轉(zhuǎn)動角度：最大180度（6）結構材質(zhì):金屬銅齒、空心杯電動機、雙滾珠軸承2.5電動機的選擇本方案對用到的電動機沒有特殊的要求，根據(jù)功率和轉(zhuǎn)速選擇合適的電動機。從新鄉(xiāng)市豫北電機有限公司生產(chǎn)的Y系列三相異步電動機中選擇合適的電動機。產(chǎn)品說明：Y系列三相異步電動機是一般用途鼠籠型異步電動機基本系列，全國統(tǒng)一設計。它的中心高、功率等級、安裝尺寸均符合IEC國際電工委員會標準。產(chǎn)品可以和國內(nèi)外各類機械設備配套。Y系列電機中心高80－355mm。絕緣等級為B級，外殼防護等級IP44，冷卻方式IC411。基本安裝方式有IMB3、IMB5、IMB35、V1、V3等。工作方式：S1連續(xù)工作制，環(huán)境溫度－15—+40℃，海拔1000米以下。電壓380V，頻率50HZ。接法：3KW及以下為Y接，4KW及以上為△接。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。廣泛用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、建筑、采礦行業(yè)的各種無特殊要求的機械設備。如風機、水泵、機床、起重及農(nóng)副產(chǎn)品加工機械等。本方案選擇兩臺Y90L-2型號電動機。其參數(shù)如表2-4所示。表2-4Y90L-2型號電動機參數(shù)型號功率(kW)馬力hp

電流(A)轉(zhuǎn)速(r/min)效率η（％）功率因數(shù)(cosφ)堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩堵轉(zhuǎn)電流額定電流重量(kg)Y90L-22.234.8284080.50.862.27.0273.6電磁鐵的選擇電磁鐵在通電狀態(tài)下可產(chǎn)生強勁吸附力，把它安裝在自動化設備中可對被吸附物體起到停止或移動作用。廣泛應用于自動化加工生產(chǎn)線上材料或產(chǎn)品的輸送，傳遞?？刂坪唵危×κ‰?，安全可靠，并可進行遠程操作。根據(jù)稱重斗所需要的吸引力的大小選擇樂清市正永電氣有限公司生產(chǎn)的ZYE1-P圓形吸盤電磁鐵中的一種。ZYE1-P圓形吸盤電磁鐵的參數(shù)如表2-5所示。表2-5ZYE1-P圓形吸盤電磁鐵參數(shù)型號DdHMPL功率吸引力自重防護等級mmmmmmmmmmmmWNgZYE1-P20/15Φ20Φ815M3620032515IP54ZYE1-P25/20Φ25Φ1020M4620045050ZYE1-P30/22Φ30Φ1222M46250510080ZYE1-P34/18Φ34Φ1618M46250618090ZYE1-P40/20Φ40Φ1820M582508250130ZYE1-P49/21Φ49Φ2221M6830010400230ZYE1-P50/27Φ50Φ2027M5830010500300ZYE1-P59/34Φ59Φ2734M81030012700560ZYE1-P65/30Φ65Φ2630M81230013800600ZYE1-P80/38Φ80Φ3438M8123001410001100ZYE1-P100/40Φ100Φ4240M8153001512001900系統(tǒng)需要吸引力應大于50N，所以選擇ZYE1-P30/22圓形吸盤電磁鐵。電磁鐵使用時，被吸附物體表面應盡可能平整，且吸附面積不宜小于電磁鐵吸合面。吸引力是指電磁鐵吸合面與被吸附的鐵塊（導磁金屬,厚度5毫米以上）完全接觸之后通電產(chǎn)生的吸力。2.7光電開關的選擇考慮到光電開關在工作過程中對其質(zhì)量要求較高的原因，選擇歐姆龍公司的光電開關。選擇歐姆龍E3F3-R312M型光電開關。參數(shù)如表2-6所示。表2-6E3F3-R312M型光電開關參數(shù)檢測方式回歸反射型（無MSR功能）檢測距離0～3m(使用反射板E39-R1時)標準檢測物體不透明物體：56mm以上光源紅色發(fā)光二極管電源電壓12～24VDC±10%(含（p-p）10%的波動)消耗電流DC25mA以下控制輸出（輸出形式）PNP集電極開路輸出控制輸出（負荷電流）0～100mA控制輸出（殘留電壓）(DC)1V以下(負載電流100mA以下)運行模式入光時ON負荷外加電壓26.4VDC以下保護電路輸出短路保護電源逆接保護應答時間1ms以下環(huán)境溫度范圍使用時:-25～55℃，保存時:-30～70℃環(huán)境濕度范圍使用時:45～85%RH，保存時:35～95%RH絕緣電阻20MΩ以上保護結構IEC60529:IP66適用標準（UL）標準編號:UL508

文件編號:E41515E196555續(xù)表2-6適用標準（EN/IEC（EMC指令））CE標記:有連接方式導線引出型(電纜長度:2m)指示燈動作指示燈（橙）[投光器電源指示燈（橙）]質(zhì)量（包裝狀態(tài)）約85g緊固轉(zhuǎn)矩2N.m以下機殼材質(zhì)ABS鏡頭部材質(zhì)PMMA安裝配件材質(zhì)ABS（螺母）3.8電鈴的選擇選擇內(nèi)擊式系列電鈴UC4，該電鈴適用于工礦企業(yè)、機關團體、公共場所學校及儀器設備配套的交流50HZ，電壓至220V以下的電路中，作呼喚或通知信號用，另外也適用于家庭作門鈴，報警等使用。1正常工作環(huán)境：（1）周圍環(huán)境溫度不高于+40℃，不低于-40℃；（2）空氣相對濕度不大于85%；（3）連續(xù)工作10分鐘，溫升不超過80℃；（4）電源電壓在±10%的額定電壓范圍內(nèi)波動，仍能正常工作；（5）絕緣電阻不低于20M；（6）在無易爆，腐蝕金屬和破壞絕緣的氣體與塵埃(包括導電塵埃)的環(huán)境中使用，在沒有雨雪侵襲的地方使用。2主要參數(shù)：如表2-7所示。表2-7電鈴UC4參數(shù)寸數(shù)直徑mm電流≤mA功率VA255508續(xù)表2-7寸數(shù)直徑mm電流≤mA功率VA37580104100972261501002582001052510250125301230015035本方案選擇直徑為150mm的電鈴。2.9中間繼電器的選擇DZ-10系列中間繼電器(以下簡稱繼電器)作為輔助繼電器，用于各種保護線路中，以增加主保護繼電器的觸點數(shù)量或觸點容量。DZ-15型中間繼電器具有兩對動合觸點和兩對動斷觸點。DZ-16型中間繼電器具有三對動合觸點和一對動斷觸點。DZ-17型中間繼電器具有四對動合觸點。DZ-10系列中間繼電器主要參數(shù)及技術性能：（1）額定電壓：24V（2）動作值：為30-70%額定電壓值。（3）返回值：不小于額定值的5%。（4）動作時間：當輸入激勵量為額定值時，繼電器的動作時間不大于45ms。（5）返回時間：當輸入激勵量由額定值降至零時，繼電器的返回時間不大于60ms。（6）功率消耗：當輸入激勵量為額定值時，繼電器的功率消耗不大于7W。（7）熱穩(wěn)定值：當環(huán)境溫度為+40℃，繼電器繞組能長期承受110%額定值，其線圈溫升不超過65℃。本方案選擇DZ-15型中間繼電器。2.10斷路器的選擇1．主電路斷路器DZ108系列塑料外殼式斷路器適用于交流50Hz或60Hz，額定電壓至380V及以下，額定電流0.1A至63A的電路中。作為電動機的過載、短路保護之用。也可在配電網(wǎng)絡中作線路和電源設備的過載及短路保護之用。在正常情況下，亦可用作線路的不頻繁轉(zhuǎn)換及電動機的不頻繁起動和轉(zhuǎn)換之用。本方案選擇DZ108-20/211型斷路器2個。2．控制電路斷路器 NB7S-63小型斷路器(以下簡稱斷路器)，適用于交流50Hz，額定工作電壓220V，額定電流至63A線路中，對線路進行遠距離控制分斷或自動信號控制分斷，同時對線路起過載和短路保護之用，也可以作為線路的不頻繁操作轉(zhuǎn)換之用。產(chǎn)品符合：GB10963.1、IEC60898-1，具有國際先進水平。2.11指示燈的選擇本方案選擇8121.8721型號指示燈。8121.8721型號指示燈參數(shù)如下：（1）電壓：2.4V，6V，12V，24V，110V，220V（2）顏色：紅，綠，黃,藍，白（3）安裝尺寸：12mm8121.8721型號指示燈產(chǎn)品特點如下：（1）黃銅合金殼體，表面電鍍光亮鎳處理，耐腐蝕、耐振動、耐沖擊性優(yōu)良。（2）高亮LED發(fā)光，基本發(fā)光顏色5種(紅、綠、黃、藍、白)其他顏色可定制。（3）安裝部以上防水、防油、防塵等級IP65。（4）從Φ6mm~Φ12mm規(guī)格，額定電壓2~220VAC/DC，廣泛應用于各種電子電器設備。2.12主電路設計M1為進料電動機電機，M2為出料電動機電機。KM1、KM2為接觸器；FR1、FR2為電機過載保護用的熱繼電器：；FQ1、FQ2為斷路器。主電路圖如圖2-2所示。圖2-2主電路圖2.13控制電路的設計1．I/O地址分配在設計控制電路前，應該根據(jù)輸入輸出的點數(shù)安排輸入、輸出的配置，并對輸入、輸出進行地址編號。分配I/O地址時要注意以下問題：（1）設備I/O地址盡可能連續(xù)；（2）相鄰設備I/O地址盡可能連續(xù)；（3）輸入/輸出I/O地址分開；（4）每一框架I/O地址不要全部占滿，要留有一定的余量，便于系統(tǒng)擴展和工藝流程的改，但不宜保留太多，否則會增加系統(tǒng)成本；（5）充分考慮控制柜與控制柜之間、框架與框架之間、模塊與模塊之間的信號聯(lián)系，合理地安排I/O地址，減少它們之間的內(nèi)部連線。I/O分配表如表2-8所示。表2-8I/O分配表輸入設備對應輸入點號輸出設備對應輸出點號手動去皮按鈕SB1I0.0舵機脈沖信號Q0.0自動運行按鈕SB2I0.1自動運行指示燈HA1Q0.1手動運行按鈕SB3I0.2手動運行指示燈HA2Q0.2停止按鈕SB4I0.3M1中間繼電器KA1Q0.3進料電動機啟動按鈕SB5I0.4M2中間繼電器KA2Q0.4進料電動機停止按鈕SB6I0.5放料指示燈HA3Q0.5出料電動機啟動按鈕SB7I0.6電磁鐵YA1Q0.6出料電動機停止按鈕SB8I0.7報警器中間繼電器KA3Q0.7電磁鐵得電按鈕SB9I1.0大流量指示燈HA4Q1.0電磁鐵失電按鈕SB10I1.1小流量指示燈HA5Q1.1取消報警按鈕SA1I1.2光電開關信號I1.52．繪制控制部分電路設計根據(jù)表2-10繪制PLC硬件連接圖，從而完成整個控制部分電路設計。圖2-3為PLC硬件連接圖，圖2-4為PLC外圍擴展電路圖。圖2-3PLC硬件連接圖詳圖見大圖。圖2-4PLC外圍擴展電路第3章系統(tǒng)軟件設計3.1S7-200PLC的編程軟件PLC控制軟件使用西門子STEP7軟件開發(fā)。STEP7中集成的SIMATIC編程語言和語言表達式符合EN61131-3或IEC1131-3標準。軟件支持自動任務創(chuàng)建過程的各個階段。基于以上內(nèi)容，本設計選用STEP7V4.0.6進行程序開發(fā)。3.2資源分配在進行程序設計之前，要首先對相關資源進行分配。表3-1,3-2,3-3,3-4，3-5，3-6分別為輸入繼電器，輸出繼電器，中間繼電器，變量存儲器，寄存器和定時器的分配。表3-1輸入繼電器分配輸入繼電器對應輸入設備I0.0手動去皮按鈕SB1I0.1自動運行按鈕SB2I0.2手動運行按鈕SB3I0.3停止按鈕SB4I0.4進料電動機啟動按鈕SB5I0.5進料電動機停止按鈕SB6I0.6出料電動機啟動按鈕SB7I0.7出料電動機停止按鈕SB8I1.0電磁鐵得電按鈕SB9I1.1電磁鐵失電按鈕SB10I1.2取消報警按鈕SAI1.5光電開關信號表3-2輸出繼電器分配輸出繼電器對應輸出設備Q0.0舵機脈沖信號Q0.1自動運行指示燈HA1Q0.2手動運行指示燈HA2Q0.3M1中間繼電器KA1Q0.4M2中間繼電器KA2Q0.5放料指示燈HA3Q0.6電磁鐵YA1Q0.7報警器中間繼電器KA3Q1.0大流量指示燈HA4Q1.1小流量指示燈HA5表3-3中間繼電器分配中間繼電器功能M0.0去皮狀態(tài)M0.1自動狀態(tài)M0.2手動狀態(tài)M0.3進料狀態(tài)M0.4出料狀態(tài)M0.5電磁閥狀態(tài)M0.6大流量狀態(tài)M0.7小流量狀態(tài)M1.0放料狀態(tài)表3-4變量存儲器分配變量存儲器功能VD0目標重量地址VD4變速重量地址續(xù)表變量存儲器功能VD8超限重量地址VD12皮重重量地址VD16物料重量地址VB20~VB60中間轉(zhuǎn)換值地址表3-5寄存器分配寄存器功能SMB67控制PWM脈沖輸出的基本功能SMW68PWM的周期值SMW70PWM的脈寬值表3-6定時器分配寄存器功能T37下料口開啟時間3.3編寫程序程序由主程序、初始化子程序、手動運行子程序、自動運行子程序、大流量子程序、小流量子程序、停止進料子程序組成。初始化程序的功能是將目標重量、變速重量等參數(shù)寫入相應內(nèi)存中，并且使脈沖初始化，讓舵機處于0度位置。自動運行子程序的功能是實現(xiàn)自動運行。手動運行子程序的功能是實現(xiàn)手動操作。大流量子程序的功能是使舵機一直處在0度位置，實現(xiàn)大流量進料。小流量子程序的功能是通過改變脈沖寬度使舵機旋轉(zhuǎn)到90度位置，實現(xiàn)小流量進料。停止進料子程序的功能是通過改變脈沖寬度使舵機旋轉(zhuǎn)到180度，將小料門全