摘 要
本设计主要论述了运用PLC技术来控制复合化肥混合比例的生产线是将机电相结合的在生产领域的一个具有代表意义的控制系统。它涉及机械工程、电子技术、电力电子技术、电机与拖动理论、自动控制理论、电力拖动控制技术等多个学科领域。随着微电子技术和电子技术的发展完善，交流调速技术不断发展，并日趋成熟。因此，在PLC对生产线控制的技术上，已经呈现出用交流调速方式取代直流调速方式的趋势。针对传统的以传感器微机式皮带秤的基础进行改进，采用微机智能化皮带秤。采用西门子S7系列PLC与速度传感器及森兰系列变频器控制，采用已趋成熟的交流变压变频（VVVF）调速方式，控制相同型号的三个皮带秤实现以调速运转。测速传感器将输送带的速度转换成电信号，再通过模拟模块进行A/D转换，以V/F的调频方式，通过PLC控制实现皮带秤的自动运转、自动对传感器信号的采集进行积算、反馈，从而达到自动调速的目的、其中还包括自动控制混合器和运输机的自动控制等功能。
关键词 PLC 配料 混合 调速
Abstract
This system expound mainly how to apply PLC technology to control the productive line of compound fertilizer’s proportional mixing is provided representative control system which combines machinery and power-generating equipment in the product field. It refers to many branch of learning field. Such as the mechanical engineering、electronic technology、electric power technology、electrical machinery and drag theory、automatic theory、electric power drag control technology. Accompany the development and improvement of microelectronic technology、electrics technology and alternating speed governor technology. It becomes mature more and more. Consequently, to apply the PLC technology to control the productive line, it appears the tread that the alternating speed governor technology replaces the direct speed governor technology. This system’s design is the alternating speed governor technology. In connection with traditional sensor microcomputer driving belts, it is improved to the microcomputer intelligence and ability driving belt. To use the PLC of the S200 series、velocity sensor and frequency conversion instrument of Sen Lan series. To use the speed governor of the VVVF to control the same type driving belts. The monitor velocity sensor transform the belt velocity to transform the A/D by the imitation module to the electric signal, then to use the PLC technology to control the automatic belt drive、to accumulate、feedback of the sensor single to achieve the automatic speed governor. Also, PLC technology controls the mixture machine and the transport machine.
Key words PLC compound material mix speed governor
目 录
摘要 I
Abstract II
第1章 绪论 1
1.1 前言 1
1.2 选题背景 1
1.3 配料混合系统研究意义 2
1.4 配料混合系统的发展前景 2
1.5 本文的结构 4
第2章 配料混合系统机械执行系统设计 5
2.1 设计方案 5
2.2 配料系统设计 5
2.2.1 结构选择 5
2.2.2 结构设计 9
2.2.3 配料系统精度分析 15
2.3 混合系统设计 16
2.3.1 混合设备选择 16
2.3.2 结构设计 17
2.3.3 螺杆强度校核 21
2.3.4 轴承校核 28
第3章 配料混合系统控制电路与选型 30
3.1 控制电路设计 30
3.2 PLC的选用 31
3.3 变频器的选用 32
3.3.1 异步电动机的调速原理 32
3.3.2 变频器选择 35
3.4 测速传感器的选用 37
第4章 配料混合系统控制设计 39
4.1 配料混合系统的控制 39
4.1.1 总体控制设计 39
4.1.2 PLC控制系统 39
4.1.3 交流变压变频调速 41
4.2 逻辑控制设计 42
第5章 设计的经济可行性分析 47
5.1 系统设计的合理性 47
5.2 系统设计的经济性 47
结论 49
致谢 50
参考文献 51
附录1 53
附录2 62
附录3 73
第1章 绪论
1.1 前 言
随着我国工业生产自动化程度的不断提高，配料皮带秤已广泛地应用在冶金、建材、电力、化工、食品等行业中。我国现在广泛使用的配料皮带秤的控制部分还比较落后，直接影响了产品的质量。
过去传统配料皮带秤多采用模拟电路控制滑差调速电机的方法进行速度控制，由于滑差电机调速方式在低速时特性差、效率低；使用现场外部工作环境又很恶劣，工业粉尘很多，这些粉尘很容易进入滑差电机内部而出现磨损、卡死等现象，维修、维护麻烦，造成工作故障多，影响正常生产；另外由于采用模拟电路控制方式，控制不稳定，精度低，调试烦琐，使用极不方便。我们可结合现代先进控制技术，采用可编程序控制器控制矢量型变频器拖动密封式鼠笼电机方案，以数字处理技术取代传统的模拟控制方式，以无级变速的矢量型变频器控制封闭式鼠笼电机，取代老式的滑差式调速方式。
本章主要介绍了散状物料的配料混合自动化运输的发展状况,电子皮带秤运行过程的配料以及混合设计的方案。
1.2 选题背景
在复合肥的生产特别是对原料配比控制系统总存在一定的不足，有的成本高，不易推广；有的精度与可靠性差，无法在环境恶劣、现场干扰大的场合满足高精度的配料要求。并且大多数使用的是通用计算机系统，因而成本高、靠干扰能力差。
在工业生产中，很多情况下是通过现场操作人员按照配比，人工调节给料机的给料量。其缺点是给料量的大小完全靠操作人员的经验或"人工跑盘"的结果来决定，配比精度较差，操作人员劳动强度大，自动化水平极低。
配料系统普遍存在的问题是：配料精度低，机电控制部分的可靠性差，缺少数据库管理生产以及对生产过程的实时动态监视。配料精度低的主要原因是电子秤系统的动态性范围小，而可靠性差主要是中间继电器和微机控制系统的可靠性低所致。通过电子皮带秤生产厂家和用户的共同努力，近年来电子皮带秤的精度和使用情况有了一定的改善，但仍然存在运行维护量较大，精度校核工作繁重、程序多等问题，远未能达到如静态电子衡器所能达到的使用精度和使用效果。
1.3 配料混合系统研究意义
在化工以及冶金、建材、饲料、加工等行业，配料工段一般都是整条生产线非常重要的一环。配料工段直接关系到生产效率以及产品质量。如今，配料工段的自动化越来越普遍，作为实现配料工段自动化手段的可编程控制配料系统必将会得到更为广泛的应用。
在生产过程或工艺流程中,对各种配料称重、定量称重及现场技术的要求愈来愈高，现代的称重计量仪器,不仅要给出重量或质量,也要作为过程检测系统中的一个单元而具有测量、计算、控制、检验及通讯等功能,它们已成为工艺技术、储运技术、预包装技术、收发货业务及商业销售行业中必不可少的组成部分,推进了工业生产和贸易交往的自动化和合理化。
配料工序是复合化肥生产过程中非常重要的环节，其配料精度直接影响着化肥产品的质量，落后的配料设备不仅效率低而且配料不准,手工操作又将人的因素引入配料环节，使工艺配方难以在生产中实现，严重影响产品质量的稳定及进一步提高，因此实现高精度自动配料对工业企业生产有着极为重要的意义。
1.4 配料混合系统的发展前景
1.配料系统
皮带秤由最初的纯机械式（滚轮式）皮带秤开始，已经发展四代产品，第二代是传感器电子仪表皮带秤，第三代是传感器微机式皮带秤，第四代是微机智能化皮带秤。
电子皮带秤是在皮带输送机输送物料过程中同时进行物料连续自动称重的一种计量设备，其特点是无需人员的干预就可以完成称重操作。
国外从上世纪五十年代开始使用电子皮带秤，国内则从六十年代末期开始试生产电子皮带秤。时至今日，虽然核子皮带秤、固体质量流量计、冲量式流量计、失重式秤等多种固体物料连续计量设备也有一定规模的应用，但他们仍无法与电子皮带秤抗衡，也无法撼动电子皮带秤作为固体物料连续自动称重主流计量设备的地位。
电子皮带秤主要由传感器、秤架、二次仪表三大部分组成，在实际应用过程中，要想使电子皮带秤在一个较长的时间周期内保证一定的精确度。
其检定过程非常重要，所以首先将从以下几个方面介绍电子皮带秤的发展现状：传感器、秤架、二次仪表、检定。
（1）传感器
电子皮带秤的传感器包括测量秤架上物料瞬时重量的称重传感器及测量皮带速度的测速传感器（又称测量皮带行程的位移传感器），该系统涉及到了其中的测速传感器。测速传感器主要分模拟式和数字式两种。当前国内外普遍使用数字式测速传感器，用模拟式测速传感器来检测速发电机输出电压的方式已不再使用。
非接触式测速传感器尽管从理论上讲是优越的，能消除“打滑”，直接检测输送带的线速度，但在实际使用任然存在许多实际问题，有待解决，故未得到广泛的工程应用。实际广泛使用的是接触式测速传感器，其结构简单，安装维修方便，有些厂家的产品将测速元件直接装到尾轮或托辊上，以尾轮或托辊代替摩擦轮。接触式测速传感器正常条件下能比较好地测得输送带运行速度，缺点是摩擦轮粘上泥灰，使直径变大或者“打滑”，产生测速误差，不能准确地反映输送带线速度。
（2）秤架
秤架是电子皮带秤的负荷承受部分，即称重装置。为了减轻“皮带效应”对称重结构的影响，研究、设计出各种各样的秤架，典型的秤架结构形式有单托辊式、多托辊双杠杆式、多托辊悬浮式、平行板簧式、悬臂式、整体式等几种。其中杠杆系统的支点结构，早期采用刀口和一般轴承，这类支点结构因传递力的效果不佳基本上被淘汰。现在大多数采用弹簧片作弹性支撑，秤架上目前采用的支撑簧片有X型、十字型和单吊片型三种。此外少数厂用特殊橡胶轴承或无摩擦耳轴作秤架的支撑点。
（3）二次仪表
二次仪表分模拟式、数字式、电脑式和集散式。
从上世纪八十年代起，微机数字式皮带秤就开始取代常规模拟皮带秤二次仪表了。其特点除了计算精确度远远高于常规模拟皮带秤二次仪表外，功能丰富也是其主要特点。以往常规模拟皮带秤二次仪表只有重量信号与皮带速度信号的乘法运算、累计值运算及简单的调零、调满值功能，而采用微机数字式皮带秤后，多达数十种功能可以储存在二次仪表内供用户随时调用，这些功能包括：自动调零、自动调满值、秤架特性非线性补偿、温度补偿、数字滤波、模拟检定精确度自动计算及结果判定、有关参数输入（如量程、托辊间距、皮带倾角、模拟标定值、累计值的分辨率等等）、公制英制单位（如 t/h、lb/s）选择、输入参数及中间计算参数显示、总运行时间显示、各种调整（调零、调满值）次数显示、多个称重传感器平衡调整、称重传感器及测速传感器数值调整、多组内部及外部累计器、PID 控制、定值控制、各种参数报警等等。这些功能的增加都是通过软件实现的，所以二次仪表的成本并不增加。
2.混合系统
螺旋输送机是化工企业中用途较广的一种连续混料输送设备，与其它输送设备相比较，它在输送过程中同时完成搅拌、混合等工序，即实现连续性混合。特别地，具有结构简单、紧凑，制造成本低，维修方便。对封闭的料槽可减少对环境的污染。
螺杆计量配重方式则具有较多的技术优势。采用螺杆计量装置，其计量精度较高，在输送过程中不会出现堵塞物料的现象，是食品、精细化工行业运用比较普遍的一种计量输送方式。
1.5 本文的结构
本文在现有的配料混合系统进行分析的基础上，根据配料混合系统的总体结构，从机械和电气控制两方面对系统各个部分的设计分章节展开了详细的介绍。
第2章 配料混合机械执行系统设计
2.1 设计方案
在化工生产中，采用带式输送机连续输送，而皮带秤是一种能解决带式运输机散装物料连续自动称量和自动配料的衡器。
本系统设计的:三台带式输送机作为配料系统运载复合肥的设备,其基本参数为：每台输送机的额定输送能力为Q=30t/h，带宽B=650mm，复合肥的粒度2～5mm，松散密度，安息角，机长L=5m，配料过程中输送机的额定线速度为0.8m/s。完成配料后的复合肥通过混合系统对其进行混合，混合系统选择过程中关键是要能够进行混合的同时完成输送的连续性设备。其中，选型的时候，要注意其输送能力要与配料系统相匹配。，再将混合后的物料通过输送带运送到下一个生产线上。
2.2 配料系统设计
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