（机械工程专业论文）基于plc的水泥包装—装车系统设计及应用.pdf

重痰大学硬学鼗论文巾文接要 摘要 建毒| 工鼗怒我嚣经济建设豹建移工堑之一，也是我毽“五，靓囊孛被裂发震疆 环经济懿重豢移照之一。重家在“丸五”计划_ 程2 0 1 0 零远祭痰菇中，将建耱耨建筑 列在一起，你为国家的支柱产业。我国是水泥生产大国，水泥产量已连续1 9 年居 世界第一位。据专家预测，未来1 5 年仍是建材产业高速增长期。水泥包液装车 系统是水泥生产工艺线上最后一个蹩要环节。水泥行般中包装机一装车祭统的计 数不准确襄效搴低下熬簿返一矗圈捷罄承泥生产豹裹效运孬。 该论文穆嚣缝合参与控法蒸( 都嚣堰) 本泥有聚公蠲承泥包装一装车系统技零 改造项目的蜜际，利用设计出的一种简易又可靠的计数器，通过p l c 的掇制，成 功地实现了水泥包装一装车自动掇制。论文阐述了该系统的总体设计思路和方案： 并分别从整个系统的系统设计目橼、系统设计、系统控制、系统配置、系统软件 设计、系统枫城装蓉选型设计方霆遴行了设诗窥说明。英中，重点薅决了麓- 7 = p l c 技术豹承瀑零袋萋塞帮发运装车袋数豹计数蓬准碜、爵嚣弱题：基于p l c 羧零豹承 泥发运装车袋数的车道计数器避杼改进问题及对系统机械装备匹配方面谶行选型 设计问题。 关键词：计数嚣，p l c 、强转包装槐，装车枧，m c g s ，h m t ( a 枫界瑟) 嚣 重痰大学联士学鬣论文 英文攘要 a b s t r a c t a r c h i t e c t u r a lm a t e r i a li n d u s t r yi so l l eo ft h ea n t e c e d e n ti n d u s t r i e si ne c o n o m y b u i l d i n go fo u rc o u n t r y a n di t sa l s oo n eo ft h ee m p h a s e si n d u s t r i e st od e v e l o pc y c l e e c o n o m yl i s t i n gi np r o g r a m m i n go ft h e t e n t hf i v e i th a db e e nt h es t a n c h i o ni n d u s t r y l i s t e dw i t ht h ea r c h i t e c t u r e o u rc o u n t r yi sa 西a n to fc e m e n tm a n u f a c t u r i n g t h ec e m e n t o u t p u to fc h i n ah a sb e e nt h ef i r s to ft h ew o r l df o r1 9y e a r s a c c o r d i n gt ot h ee x p e r t s f o r e c a s lt h ea r c h i t e c t u r a lm a t e r i a li n d u s t r yw o u l db er i s i n g 敏毯g hs p e e di n1 5y e a r si n t h ef u t u r e t h ec e m e n tp a c k i n g - l o a d i n gs y s t e mi st h el a s ti m p o r t a n tt a e h ei nc e m e n t m a n u f a c t u r e t h eq u e s t i o n so fn o tc o u n t i n ge x a c ta n dl o we f f i c i e n c yh a dp u z z l e dt h e c e m e n tm a n u f a c t u r ea l la l o n g t h ea u t h o rh a dp a r t i c i p a t e di nt h et e c h n i ca l t e r a t i o ni t e mo fc e m e n tp a c k i n g - l o a d i n gs y s t e mi nl a f a r g e ( d u j i a n g y a n ) c e m e n tc o l t d t h ep a p e rc o m b i n e st h ef a c to f t h ei t e m ，u s i n ga ne a s ya n dc r e d i b l ec o u n t e rd e s i g n e di nt h ei t e m ，v i ac o n t r o l l i n go f p l c ， a n di m p l e m e n t sa u t oc o n t r o lo fc e m e n tp a c k i n g - l o a d i n g t h ep a p e re x p a t i a t e st h e c o l l e c t i v ed e s i g na n ds c h e m e , a l s od e s i g n sa n de x p l a i n sa l lt h ep a r t ss e p a r a t e l ya s f o l l o w s ：t h ea i mo f s y s t e md e s i g n , d e s i g no f t h es y s t e m ，t h es y s t e mc o n t r o l ，c o n f i g u r eo f t h es y s t e m , s o f t w a r ed e s i g no ft h es y s t e m , m e c h a n i c a le q u i pc h o o s i n gd e s i g no ft h e s y s t e m b a s e do nt h ep l ct e c h n i c a ll e v e l ，a c c u r a c ya n dr e l i a b i l i 镑o fc o u n t i n gs i n g l e p a c kc e m e n tw e i g h ta n dp a c k i n g - l o a d i n gp a c k sa m o u n tw a ss o l v e dw i t h 锄p h a s i s ；t h e q u e s t i o n so f i m p r o v i n gd r i v e w a yc o u n t e r so fc e m e n tp a c k i n g - l o a d i n gp a c k sa m o u n ta n d c h o o s i n gm o d e l ，d e s i g n i n go f m a t c h i n gs y s t e mm e c h a n i c a le q u i p m e n tw e r es o l v e d ，t o o k e y w o r d s ：c o u n t e r , p l c ，c i r c u m g y r a t ep a c k i n gm a c h i n e , l o a d i n gm a c h i n e , m c g s ，h m i 珏 重痰大学颈学媲论文1 缕论 i 绪论 1 1 我国建耢王韭状凝 建丰耋工鼗怒我国经蓊建设的宠行工监之一，也是我强叶+ 五 簸捌牵被弼发展循 环经济的重点彳予业之一。国家在九五计划和2 0 1 0 年逸景规划中，将建材和建筑 列在一起，作为豳家的支柱产业。 我国现有建树企业1 5 8 7 0 家，熊中水泥生产企业4 0 0 0 余家。2 0 0 4 年我国水泥 产量9 7 亿睫，警扳玻璃产量3 钇熬燕禧，建筑羯瓷产麓2 9 。6 2 钇平方米【”。2 0 0 4 年，酸求滋、玻璃、羯瓷、复合零季辩及非金属韦孝瓣麓象警产盈靛建较王渡，宠成 工业增长值2 0 4 1 亿元，完成销售收入5 9 3 5 亿元，实现利润总额3 5 2 6 6 亿元，出 口创汇7 1 1 8 亿冗，占世界建材出口额的9 8 ，是世界建材产品出口最多的国家。 我国是水溅生产大国，水泥产慧已连续1 9 年居墩界第一位。据不完念统计， 2 0 0 4 年我国耨建投产耨型于法窳游袋产线1 0 4 条，箕巾代表毽赛最先进、媛犬烧 模懿1 0 0 0 0 t d 黧产线4 条，使全霞豹耪羹手法承混玺产线遮爨4 0 4 条。嚣v l 筵：，我莺 水泥工业已经处于领导衔世界水泥置业的霸主地位。 2 0 0 4 年，企国新建投产浮法玻璃生产线2 3 条，新增嫩产能力6 5 0 0 万熏麓箱； 新建投产万吨以上池窑玻璃纤维生产线6 条，新增生产能力1 7 5 万吨。目前，我 莺可鑫圭设毒中镲产1 0 0 万- 3 0 0 万乎方米的墙地砖生产线、年产万件卫生滚其产 生产线帮年产2 0 万平方米静强蓊玻璃纤维生产线，攀援7 壤恁砖手法露l 耪、蓬生 陶瓷高压注浆和低压排水等先进曩慧和制造技术。 在高科技方面，由北京玻璃钢研究设计院和南京玻璃钢研究设计院联含研制、 中国建筑材料集团公司生产的“神州赢号载人飞船用先进复合材料及特种非家属 材辩”，获国防秘学技本进步二等奖；融南京玻璃镪研究设计院完成的“玻璃纤维浊 窑拉丝蓑本与装各秀发”获褥国家辩技进步一等奖；天浮承涎工壁繇究设谤跷、素 京水泥工业研究设计院和成都水浼忑业研究设计有限公翊开发的日产1 0 0 0 0 吨新 型干法水泥集成技术，同时在装备研发制造上取得重火成就，推动了我国水泥工 业结构调整和技术进步。 据专家预测，未来1 5 年仍是建孝芎产业高速增长期。 1 2 我国水泥工业状猿及结构调整 我国水泥工业长期存在散、蔼l 、小的局面，高强赓水泥严重不足，落后的立 窑水泥大量存在，结构性矛盾十分突出。1 9 9 8 年后。嘲窳对水泥工业实施了“控制 总量，调整结构”的产业政策。我嗣水泥工业经历了20 缎纪9o 年代的迅速发展， 重痰大学颈学挝论文1 绪论 从1 9 9 1 年1 9 9 5 年的五年时间，纯增长水泥产量2 6 6 2 4 万吨，其中8 5 是技术 落后的立窑众舭生产的，水泥工她热显结构性矛盾后，国家有关部门先厝制定了 一系列产业政策，国办发 1 9 9 9 4 9 号文明令，淘汰落艏的小型立窑( 直径小予2 5 米) 生产裁力1 识痣，大力发震先逡熬叛羹于法窑生产线，铡壹低痰平重复建设涮； 雷务院办公雳 2 0 0 l 】1 0 3 号文 譬瞬确指窭，重点支持在有资源静缝方建设鏊产 4 0 0 0 吨及以上规模的新型干法熟料藻地，推进产业优化升级。 1 3 我国新型千法窑水泥生产技术发展状况 2 0 遵纪8 0 年霞初，我国开始孽l 避国乡 先进水淀黧产技术彝装各，1 9 8 4 年4 莠，在嚣l 鬟塞簌躐授产我藿第一条4 0 0 0 v a ( 每天捧莛，下阕) 鲍耨鍪于法承淀生产 线。在经历引谶吸收、开发创新、优化设计，我国新黧千法水泥生产技术和装备， 已日趋成熟，邂步实现了国产化，剿2 0 0 0 年末，国产化率已经达到8 5 9 0 ，其 中2 0 0 0 2 5 0 0 f f d 级已经达到1 0 0 。2 0 0 3 年，我国第一条5 0 0 0 t d 级新线程铜陵 海螺成功投入生产；重家重点鼓改矮曩，8 0 0 0 f d 鲍耢黧手法求泥生产线予2 0 0 4 年藏袋功投入遮纾，这为我餮藜黧予法农涯技术窝装螽簇着低授入、莛产缳、大 型化方向发展，为技术进步和结构优化提供了宝贵经验。 2 0 0 0 年术，我国建成新型干_ i 焱水泥生产线1 2 4 条，熟料总生产能力4 6 9 0 万吨 年，其中9 l 条是3 0 0 6 0 0 f f d 的预热器窑，2 5 条是7 0 0 1 0 0 0 t d 级的分解窑； 大于2 0 0 0 f f d 级豹只有33 条，平均单线生产规模为1 2 2 0 t d 。2 0 0 2 年我嚣建戏耢 线发震鬓222 条，熬瓣慧生产簸力1 1 4 2 9 万遗每，茭孛大于2 0 0 0 f f d 级戆骞鳄 条( 大于4 0 0 0 v d 级的有1 9 条) ，平均单线生产规模为1 6 6 0 t d 。2 0 0 3 年新线惫速发 展了7 0 条，新增熟料生产能力5 9 0 4 万吨年，超过前飚两年的增速，是2 0 0 0 年 以前2 0 年总增镀的1 2 6 倍，其中犬于2 0 0 0 f f d 级的有5 6 祭( 大于5 0 0 0 t d 级的有l l 条) ，平均单线徼产趣摸为2 7 2 0 v d ，全国水泥总产量8 6 3 亿吨，新型于法窑水泥生 产跑重占2 5 ”j 。 我国一瓶熊宥国际竞争力的大型水泥生产企业集圈难在崛起。安徽海螺集团 在国内首先加快了结构调整的步伐，刨出了一条低投入国产化的高速发展之路， 他们计划利用5 年左右的时间再建设2 2 条新线，到时谨全国将有1 7 个熟料生产 基地，6 6 个粉磨站，年生产熟料4 0 0 0 万吨以上，年生产水泥5 0 0 0 万吨，w 以蛴 秀毽赛零泥专焱，耍溯第一。羲海鬃塑、垂零集霾、藏泰集霾等瘩涅每塞产筢秀 均突破1 0 0 0 万吨。尽管我国水泥嫩产技术取得了可喜的成就，但是同时又澍我匡 水泥生产计量和包装技术提出了新的要求。 2 重痰大学硬学霞论文1 缝论 1 4 水泥行业中包装一装车系统的状况及存在的问题 包装一激车系统是水泥生产工艺线上最后一个熏骚环节。在水泥包装一装车 这一过程中，从包装机卸下的袋装水泥经过包装机附属设备、输送皮带、装车机 等，最爱裂这举饺嚣熬建。我翻谖磺了国内一些大中懋承泥厂，在这过鼷孛大蒸 是采用人工量 数或计数器诗数瘸入王簸税，车道兹转换也是由人工来完成f 遴常一 台包装机供应两台装车机) 。 举例说明： 当某一率道准备装车时，将挡板切换至该车道，然聪歼启包装机及相殿的附属 竣冬魏：牧金器，鞠包皮带，电子授鞭稃，承泥袋清灰装凝敦输送疫带等) ，援袋王舜 始往霞转包装税上插袋，经蓬大终悲移霹闻豹灌辩，特台要求重量靛袋装承泥自 动被包装机卸下，经过卸包皮带，电予校正秤，水泥袋滴敷装置及输送皮带、装车机 等输送装置到达目的地，当车道计数器大致要达到客户所需袋数时，装车机岗位人 员随后即要求捅袋工停止插袋，水泥袋经过一定输送时间( 约一分半钟) 至计数器时， 羞还未达到所辩袋数，捶袋工继续援袋，经过多次重复，纛到达到客户质需袋数，停止 捶袋，然蜃将爨裁务秀，转妥舅一个鬈遂，重复上述遂疆 上述袋装进程存在如下问题： 效率低下，劳动强度高 在岗位人员协调配合比较好的情况下，只能达到包鼗机设计能力的l 3 澎右，而 且工人劳动强发非常毫，每条装车线篱5 6 入，浪费了窳爨盼入力资源。 货穆爱逡效率纛 由于效率低下而延长客户装率时闻及客户在工厂簿待装运的时间。 水泥袋计数不准 1 ) 水泥袋键传输过程中，可能出现连包现象，对于涟包的水泥袋，计数器会误 判断为一袋两谗一次。 麓本泛袋戆筵熬毛逮器造戎一袋记嚣次。 3 ，需要专人监视计数器。 4 ) 这种情况造成一些工厂采用人工计数，效率更低。 针对上述问题，我们设计制作一套水泥包装一装窜自动控制系统，彻底解决上 西闯题，提搿了装车效率，降低了电能消耗，大大地减少了客户装车豹等待时闼。该系 统在整法基( 帮淡缮) 零泥有羧公霉缮戮瘦弱，悉豆使瘸妖稼囊努。 目前，国内一些大中型水泥厂融经或正在进行蓥予p l c 的各种应露于f 发，包 括水泥包装凝牮系统进行优化改谶，一些中小型水泥厂对此也积极投入技术改造 资金。 3 重庆大学硕士学位论文1 绪论 1 5 本课题研究的主要内容 解决基于p l c 技术的水泥单袋重量和发运装车袋数的计数值准确、可靠问 题。在包装机处设置计数器儿和在溜槽处设置车道计数器来实现自动控制，从而 提高装车效率和准确性。 重点解决基于p l c 技术的水泥发运装车袋数的系统设计、系统控制、系统 配置、系统软件程序设计。对车道计数器进行改进，将车道计数器从原车道上移 自传送带与车道之间的斜溜槽上，利用其水泥袋在斜溜槽上有一定的加速度，将 两袋连在一起的水泥袋分开进行计数，解决了两袋连在一起时计数器只将其记一 袋的现象，更换原透射型红外探测器为漫射型红外探测器解决了水泥袋不规则有 翘边而造成一包水泥袋记两包的问题。 对系统机械装备匹配方面进行选型设计，这是本系统设计的一个很重要的 环节，它保证系统机械装备运行高效、节能、少或无故障。 4 重庆大学硕士学位论文2 系统漫计 2 系统设计 2 1 系统设计目标和目的 魄予学大约怒翘整纪圈冬钱莛珐续遴入电力工程、测量窝控铡皴本颁域静 设备制造业中。我国最先使用机械电子学的蹩汽车工业，隧后就是消费资料工业。 现在还不可能谈论机械电子学猩设备制造上的完美应用，但在某些方顾已得到清 楚确认，那就是水泥设备的制造。一般人们衾认为，在这耪粗大的水淀厂环境下 不会饔辊辕奄子静位置，然嚣送耱结论是镄诶鲍。当壹臻传动被列入广泛静橇禳 电予领域时，采用转换器的直接传动技术和机械电子学的应用正好起到了相互支 持的技术革新作用。在2 0 世纪9 0 年代到本世纪初，机电一体化技术尤其是p l c 技零程我藿零淀装餐豹爨造纛疲羯嚣发方嚣德囊7 快速发燧j 稳技零农警豹遮速提 升。袋装水泥全自动包装发运怒达到高装车能力的唯一办法，包装机和自动叠包 机为发运系统的畅通形成了一个重要的中间链条。采用高自动化( 机电一体化) 水平 豹糖壤灌装技术其灌袋能力已这到5 0 0 0 袋糖。这着2 5 公厅袋在德国承淀工业的 接国，2 5 公斤耜5 0 公斤袋的镪装和自动叠镪设备成为必辩的机械f 我圈冀有5 0 公 斤袋装标准) 。水泥产量在4 0 0 0 t d 及1 0 0 0 0 t d 以上的新水泥生产线其水泥发运设 施也成与之相匹配，包括运送敝装水泥的散装罐车以及袋装水泥豹包装机。本系 统开发设计裁是蒸乎上述蓼麓，戮实瑗： 计数值准确、可靠 水泥包装计数值有水泥单袋5 0 k g 和发运装车袋数是否准确两层意思。水泥单 袋嚣家别g ( g b l 7 5 - - 1 9 9 9 ) 重爨必5 0 k g 圭0 。4 k g ，其计数基黢确与否，由专门豹承泥 包装桃连续计量分装。如果水漉单袋重量不足，用户不会满意，生产众渡的社会 声誉会受到伤害，甚至会受到消费者的投诉萍主管部门的处理。2 0 0 1 年江苏江阴 市仝灏开展对定爨瓴装商品生产企业计量保诞能力考核王作【4 】，2 0 0 2 馨，广西宾 鼯鍪鹱整技术箍餐弱查封该蔡4 家镑售短斤少鼹的菜品耱承淀5 3 楚，标毽1 0 0 0 6 元吼如果水泥单袋重量超过标准，生产企般会造成很大的经济损失。1 9 9 6 年， 哈尔滨水泥厂通过控制2 0 袋水泥重量在1 0 0 0 。1 0 0 2 k g ，这样年生产袋装水泥4 0 万 穗，霹戮节约1 2 缱，蠡篷5 0 万元嘲。辑臻窳淀荸袋诗数毽准确是# 鬻重要窝必 要的。 随时响应发货人要求的水泥袋数 承淀是通过霹多静组元的琢毒手辩按一定醚魄进行“两麝烧”主要工艺谶铡或。 在箕囊产过程孛，脊多个环节瑟秘蘑诗量系统装备避行壤稀计量，爨魏，生籍双 悬臀电子皮带称配料系统，石鬻振动给料系统，水泥包装装车系统等l 。本文主 5 重庆大学硕士学位论文2 系统设计 要针对水泥包装装车系统进行研究，该系统为岗位管理人员根据发货通知书准确 并及时为用户提供袋装水泥袋数和装车服务。要求该系统准确高效。 不影响原有设备的运转前提下保证装车连续。 2 2 水泥包装一装车系统平面示意图 本系统主要由包装机( 可以根据不同企业生产规模，选择相应规格的包装机) 、 计数器j 1 8 】( 本系统的关键装置之) 、接包机、校正秤、清灰机、输送皮带、车道 计数器、转弯溜子、自动叠包机和装车机等装置和设施组成。参见图2 1 水泥包装 一装车系统平面示意图 2 3 水泥包装一装车系统控制流程图 本系统采用微计控制【9 】，系统按申请的先后顺序开始执行，一次只能执 行一个申请。参见图2 2 水泥包装一装车系统控制流程图。 2 4 水泥包装一装车系统操作简述 由岗位管理、发货人员在包装机监控计算机的人机界面上键入某一车道客户 所需袋数，并确认，待装车机、输送皮带、包装机及其附属设备运行后，系统通过 p l c 将挡板切换至该车道，控制包装机推袋位置气缸，使之开始推袋并计数，一旦计 数达到该车道申请袋数时，包装机停止推袋，若此时另一车道有申请，延时1 0 s 后挡板切换到下一车道开始推袋并计数，直至达到该车道申请袋数，停止推袋， 如果需要向成品库输送，由发货员转换到成品库，挡板会自动打到成品库，通过 皮带运输机或者转运车将水泥运到水泥库房保存，等待以后发运。当所有装车机 及成品库均无申请时，停止推袋。其申请程序梯形图如图2 2 6 重庆大学硕士学位论文2 系统设计 图2 i 水泥包装一装车系统平面示意图 f i 9 2 1p l a n es k e t c ho f c e m e n tp a c k i n g - l o a d i n gs y s t e m 计数器儿：自动控制用车道计数器：显示实际装车袋数 7 重庆大学矮学藏论文2 系绒竣诗 墓墓茎 ili 豳由卤 卤卤匝岛 图2 2 水泥包裟装车系统系统控制流程图 f i 蜉，2c o n t lf l o wo f c e m e n tp a c k i n g - l o a d i n gs y s t e m 塞 ，；_t；， 重庆大学瑗士学魏论文2 袭统泣诗 2 5 本章小结 本章介绍了开发设计本水泥包装一装车系统的技术环境和可能性；水溅包装 一装车系统的系统设计目的，即保诞水泥单袋5 0 k g 士o 4 k g 和发运装车袋数熄否准 确帮承泥包装一装霉系统豹控铡浚稷没诗思想及襞翅方法。竣诗系统逶道囊要由 包装机f 可戳嘏籀不两企监生产魏横，选择福应藏格的镪装穰) 、诗数器j 1 驿( 本系 统的关键装置志，设置在包装机的电器箱里) 、卸包机、校正秤、清灰帆、输送 皮带、车道计数器、转弯溜子、自幼叠包机和装车机镣组成的装置和设施，把水 泥运输到目的地；采用梯形图编程，通过p l c 实现水泥包机和装车的自动控制， 提裹承泥装车缝力。 堂 重痰大学硕士学位论文3 计数器的没计 3 计数器的设计 3 1 提高水泥袋计数的准确性 熬爨装车袋数爨：爨嚣袋数少，帮壤乡一袋将绘窖产豢卷豢失，零| 怒客户孛嚣， 有攒企业信誉，如果装车袋数比所需袋数多，这将给企娥带来一定的损失。 改进水泥袋数计数，使之准确、可靠，怒我们设计该控制系统的荧键。 现代纯水泥厂的楚疆环境下非常适合使爝具有枫械魄予学特征熊瘫可靠性计 量装鬻。 为此，我们在包装机上增加计数器j l ，将原车道计数器更换位鬣及改变探测 方式。 3 2 计数器j l 的设计 安装在包装机上的计数器j l 是最关键、最重要的计数器，p l c 把得到的这个 计数毽帮设定毽徽魄较，墩实瑗鑫动控毒帮。为踅，我 f 】仔缨磷究了壤装掇豹自动 推袋的工作原理，夜包装机顼部的蕾定部分( 鄄推袋位置) ，肖个电控气动推杆( 即 推袋位置气缸) ，巅包装机备妥盾，推袋位置气缸动作，谯旋转的过程中，分别触 发包装枧每个嘴的控制箱顶部的传感器，当水泥袋重达到霹标值，回转包装机又 旋转瑟| 运箍袋经麓辩，包装梳邋遵内部豹控铡器驱蘩下舔熬攉袋气藏渤幸箬，整会 格的袋装水泥推下，但是单独利用推袋位置信号或驱动摊袋气缸动作信号都不行， 因为当插袋工没有将水泥袋插好时，控制系统能利用检测压力的方法榆测到，并 驱凌攘袋气蠡动终怒没鸯捶驽熬承淀袋攫捧，帮捶袭气凝会霾务多静爨毽误动捧。 参见圈3 1 包装机工作示意圈。 因此，我们利用推袋位置信号和驱动撼袋气缸的信母设计了一个计数电路装 于控制禧内【1 1 1 l 瑚，满足了计数熬要求。参见图3 2 计数电路原理示意图 重痰大学颈学缎论文3 嚣数嚣懿设计 包装执羔 3 2 1 原理网如下 c 8 e 强3 。1 毽装辊工捧示意图 f i 9 3 1w o r k i n gs k e t c ho f p a c k i n gm a c h i n e 图3 2 计数电路原理示意图 f i 9 3 2s k e t c ho f c o u n t i n gc i r c u i tt h e o r y a ：推袋位鬣信号b ：驱动推袋气敬的信号 e ：建d 、嚣输出售号送至p l c 避行沣数 e d 3 3 车道计数器的改进 车道计数器的作用主要是实时娃示实际装车的袋数，不参与自动控制。 我们将举邋计数器从原车道上穆至传送带与车邋之间的斜溜槽上，利用其水 重庆大学硕士学位论文 3 计数器的设计 泥袋在斜溜槽上有一定的加速度，将两袋连在一起的水泥袋分开进行计数，解决 了两袋连在一起时计数器只将其记一袋的现象，更换原透射型红外探测器为漫射 型红外探测器解决了水泥袋不规则有翘边而造成一包水泥袋记两包的问题。 3 4 本章小结 本章介绍了计数器j 1 的设计思路和计数方法及安装位置。安装在包装机上的 计数器儿是最关键、最重要的计数器，通过改进的漫射型红外探测器计数电路， p l c 把得到的这个实际水泥装车计数值和设定值做比较，以实现自动控制。同时 也解决了连袋误记问题；通过改进车道计数器的设置位置，将原来设置在皮带运 输直线运动位置的车道计数器，改设在弯道，利用其变速分离连包而计数，克服 了连袋误记问题。 1 2 重痰太学硕士学歉论文4 电器系绞趱嚣配置 4 电器系统硬件配豢 鏊终农泥众泣戆鑫动诬控割憩始予2 0 藿纪冬鼗，经嚣了纹表纯努攀霹控 靠、操董筝入受簸控生产过程静集中控露彝生产过程熊计算辊控制等尼个除敬。2 0 世纪7 0 年代计算机技术得到应用。计算机控制技术也逐步从数字直接模拟控制 ( d d a c 或d a c ) 、直接数字控伟i j ( d d c ) 、发展到集散控制系统( d c s ) 。我幽水泥企 业的自动化控制起始于2 0 世纪7 0 年代，2 0 世纪8 0 笮代中后期，计算机技术才得 戳在承嚣企鼗巍震，瑟且霞孀的众藏缀少，本夔纪才魄羧普遮霞翅，主要因素是 我国的诗算穰鞘奄器硬薛技术淀较藩螽，茏其是c p u 露l 造技术。 并水泥包装一装车自动控制系统由三部分构成：上位机，下位机，包装控制 指示箱及计数器、漫射式红外探测器。 4 1 上位撬：( 人枫界面一包装监控计算枧) 上霞鞔襞绛由工监控翻译葬搬疑1 7 寸显示器缓残。蔓篷谵算辊霹纛僚舞，撬 干扰性强，可扩展性好，无源底板结构，净化的电源，灰尘的过滤，w a t c h d o g 的使用，保诫了其可靠性。 4 。1 1p c 7 2 0m 控机 产品篱贪 图4 1p c 7 2 0 c p u 卡直观圈 f i 9 4 1w o r k i n gs k e t c ho f p a c k i n gm a c h i n e p c 7 2 0 跫款料缀荣p i c m g 金手指熬全长垄c p u 卡，i n t e ls o c k e t4 7 8 缝梅。 采用i n t e l8 4 5 g v 芯片组，支持最薪4 0 0 5 3 3 m h zf s bc p u ，i n t e l8 4 5 g v 蕊嚣肉集成 了c r t & l c d 驻示，配备的两条1 8 4 p i nd d r 2 0 0 2 6 6 捅槽，可支持最大2 g bd d r 系统存储器，充分发挥p e n t i u m4 的超强处理性能。 板上集成了2 个1 0 m 1 0 0 m b p s 以太网控制器；功能强大的的s u p e ri o 芯片 1 3 重庆大学硕士学位论文4 电器系统硬什配置 w i n b o n dw 8 3 6 2 7 h f ，带4 个u s b 接口，p c 7 2 0 因其卓越的性能可广泛应用于金融， 通讯，交通，监控等行业。 产品特性 全长型带p i c m g 金手指c p u 卡 i n t e ls o c k e t 4 7 8 结构，支持p 4c p u ，4 0 0 5 3 3 m h zf s b 主芯片i n t e l8 4 5 g v 集成c r l y l c d 显示 板载w i n b o n dw 8 3 6 2 7 h fs u p e ri o 板载2 个r t l 8 1 0 0 b 以太网接口 产品规格 结构：全长型s b c ，具有p i c m g ( p c i + i s a ) 金手指 处理器：i n t e ls o c k e t4 7 8 处理器，4 0 0 m 5 3 3 m h zf s b 芯片组：i n t e l8 4 5 g v + i c h 4 i ，o 芯片组：w i n b o n dw 8 3 6 2 7 h f 系统内存：两条1 8 4 芯d i m m 槽，可支持最大存储尺寸高达2 g b ( p c 2 0 0 2 6 6 ) b i o s ：a w a r d2 5 6 k bf l a s hb i o s 板载视频：主芯片i n t e l8 4 5 g v 集成视频加速器，支持c r t & l c d 显示 - i d e 控制器：两个u l 昀d m a 一6 6 1 0 0e i d e 接口可支持4 个i d e 设备 在板网口：板载2 个r t l 8 1 0 0 b 网口接入 多i o 接口：一个2 6 芯并口，2 个串1 2 1 ( 1 个用于r s 2 3 2 串口，1 个用于r s 4 2 2 4 8 5 串口) ，一个3 5 软驱接口，一个瓜接1 2 1 ，4 个u s b 接口，一个p s 键盘鼠标v i 音频接口：i n t e l i c h 4 集成一个a c 9 7 声卡 系统电源 + 5v 1 5 a ( m a x ) ，+ 1 2 v ：l a ( m a x ) ，+ 5 v s b ：1 5 a ( m a x ) ，- 5 v ：l a ( m a x ) ，一1 2 v ：i a ( m 椭 外形尺寸：3 3 8 5 8 m m ( l ) x 1 2 2 m m ( w ) 工作温度：0 0 c 6 0 0 c 4 1 2c i h 显示器 用一台1 7 英寸c r t 显示器，通过m c g s 软件的组态，可以分别实时显示每 个车道的状态，并且可以实时进行控制和管理。 4 2 下位机：( p l c 控制器) 4 2 1 可编程控制器概论 可编程控制器( p r o g r a m m a b l el o g i cc o n t r o l l e r ) 是计算机家族中的一员，是为工 业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器 1 4 重庆大学硕士学位论文4 电器系统硬件配置 俾r o g r a m m a b l el o g i cc o n t r o l l e r ) ，简称p l c ，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。 随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天 这种装置称作可编程控制器，简称p c 。但是为了避免与个人计算机( p e r s o n a l c o m p u t e r ) 的简称混淆，所以将可编程控制器简称p l c 。可编程控制器，英文称 p r o g r a m m a b l el o g i cc o n t r o l l e r ，简称p l c 。 可编程控制器基本原理【1 4 】【1 5 1 p l c 是基于电子计算机，且适用于工业现场工作的电控制器。它源于继电控 制装置，但它不像继电装置那样，通过电路的物理过程实现控制，而主要靠运行 存储于p l c 内存中的程序。进行入出信息变换实现控制。p l c 基于电子计算机， 但并不等同于普通计算机。普遍计算机进行入出信息变换，多只考虑信息本身， 信息的入出，只要人机界面好就可以了。而p l c 则还要考虑信息入出的可靠性、 实时性，以及信息的使用等问题。特别要考虑怎么适应于工业环境，如便于安装， 抗干扰等问题。 可编程控制器实现控制的要点 入出信息变换、可靠物理实现，可以说是p l c 实现控制的两个基本要点。 入出信息变换靠运行存储于p l c 内存中的程序实现。p l c 程序既有生产厂家 的系统程序( 不可更改) ，又有用户自行开发的应用( 用户) 程序。系统程序提供运行 平台，同时，还为p l c 程序可靠运行及信号与信息转换进行必要的公共处理。用 户程序由用户按控制要求设计。什么样的控制要求，就应有什么样的用户程序。 可靠物理实现主要靠输人( i n p u t ) 及输, m , ( o u t p u t ) 电路。p l c 的i o 电路都 是专门设计的。输入电路要对输入信号进行滤波，以去掉高频干扰。而且与内部 计算机电路在电上是隔离的，靠光耦元件建立联系。输出电路内外也是电隔离的， 靠光耦元件或输出继电器建立联系。输出电路还要进行功率放大，以足以带动一 般的工业控制元器件，如电磁阀、接触器等等。 i o 电路是很多的，每一输入点或输出点都要有一个i 或0 电路。p l c 有多i o 用 点，一般也就有多少个i o 用电路。但由于它们都是由高度集成化的电路组成的， 所以，所占体积并不大。 输入电路时刻监视着输入状况，并将其暂存于输入暂存器中。每一输入点都 有一个对应的存储其信息的暂存器。 输出电路要把输出锁存器的信息传送给输出点。输出锁存器与输出点也是一 一对应的 这里的输入暂存器及输出锁存器实际就是p l c 处理器i o 口的寄存器。它们 与计算机内存交换信息通过计算机总线，并主要由运行系统程序实现。把输人暂 存器的信息读到p l c 的内存中，称输入刷新。p l c 内存有专门开辟的存放输入信 重庆大学硕士学位论文 4 电器系统硬什配置 息的映射区。这个区的每一对应位( b i o 称之为输入继电器，或称软接点。这些位置 成1 ，表示接点通，置成0 为接点断。由于它的状态是由输入刷新得到的，所以， 它反映的就是输入状态。 输出锁存器与p l c 内存中的输出映射区也是对应的。一个输出锁存器也有一 个内存位( b i t ) 与其对应，这个位称为输出继电器，或称输出线圈。靠运行系统程序， 输出继电器的状态映射到输出锁存器。这个映射也称输出刷新。输出刷新主要也 是靠运行系统程序实现的。这样，用户所要编的程序只是，内存中输入映射区到 输出映射区的变换，特别是怎么按输入的时序变换成输出的时序。这是一个数据 及逻辑处理问题。由于p l c 有强大的指令系统，编写出满足这个要求的程序是完 全可能的，而且也是较为容易的。 可编程控制器实现控制的过程 简单地说，p l c 实现控制的过程一般是：( 如图4 2p l c 典型开机流程) 输入刷新再运行用户程序一再输出刷新再输入刷新再运行用户程序一再输 出刷新永不停止地循环反复地进行着。图4 2 所示的流程图反映的就是上述过程。 它也反映了信息的时问关系。 有了上述过程，用p l c 实现控制显然是可能的。因为：有了输入刷新，可把 输入电路监控得到的输入信息存入p l c 的输入映射区：经运行用户程序，输出映 射区将得到变换后的信息；再经输出刷新，输出锁存器将反映输出映射区的状态， 并通过输出电路产生相应的输出。又由于这个过程是永不停止地循环反复地进行 着，所以，输出总是反映输入的变化的。只是响应的时间上，略有滞后。当然， 这个滞后不宜太大，否则，所实现的控制不那么及时，也就失去控制的意义。为 此，p l c 的工作速度要快。速度快、执行指令时间短，是p l c 实现控制的基础。 事实上，它的速度是很快的，执行一条指令，多的几微秒、几十微秒，少的才零 点几，或零点零几微秒。而且这个速度还在不断提高中。 图4 2 所示的过程是简化的过程，实际的p l c 工作过程还要复杂些。除了i o 刷新及运行用户程序，还要做些公共处理工作。 1 6 重庆大学硕士学位论文 4 电器系统硬件配置 图4 2 p l c 典型开机流程 f i 9 4 2r e p r e s e n t a t i v ef l o wo f b o o t - s t r a p 公共处理工作有：循环时间监控、外设服务及通讯处理等。 监控循环时间的目的是避免”死循环”，避免程序不能反复不断地重复执行。办 法是用”看门狗”( w a t c h i n gd o g ) 。只要循环超时，它可报警，或作相应处理 外设服务是让p l c 可接受编程器对它的操作，或通过接口向输出设备如打印 机输出数据 1 7 一 憔； 一 重痰丈学颈士学霞埝文4 电器系缎鹱， ：糙置 通讯处理嫩实现p l c 与p l c ，或p l c 与计算机，戏p i c 与其它工妣控制装 置或智能部件间信息交换的。这也是增强p l c 控制熊力的需要。 也就是说，实际的p l ct 作：i 臻程总是：公共处理f o 刷新一运行用户程序一 霉公共处理，爱复不箨建重复若。 胃编穰掩制器实现控懿静努茂 a ：用这种不断她重复运行程序实现控制称扫描方式。是用计算机避行实时控 制的一种方式。此外，计算机用予控制还有中断方式。在中断方式下，黼处理的 控制先申请中断，被响应后正运行冉臼程序停止运行，转丽去处理中断工作( 运行有 关孛鼗嘏务稷澎) 。德憝理完孛断，又返嚣运行原来糕痔。哪个控裁需要鲶瑗，哪 个裁去审请中黢。哪个不需经壤，将不被理睬。显然，中断方式与 要箍努式是不 同的。 b ：在中断方式下，计算机能得到充分利用，紧怠的任务也能得到及时处理。 但是，如果同时米了几个都要处域的任务该怎么办呢? 优先级高的还好办，低的 昵? 可能会爨现照颓不到之娃。所以，孛叛方式不大逡金子工终现场的酲鬻经用。 c ：毽怒，p l c 在矮蟊籀方式为圭懿德凝下，毽誉捺蓐中瑟方式。帮，天羹控 制都用扫描方式，个别急需的处理，允许中断这个搦描逛行的程序，转丽去处理 它。这样，可做到所有的控制都能照顾到，个别应急的也能进行处理。 d ：p l c 的实际工作过程比这服讲的还要复杂一熙，分析其基本原理，也还有 一些理论海疆。寄关入员如果能把七褥介绍的入出交换、物理实现一信息怒璎、f o 电路空翔、辩麓关系螽搐方式劳疆瑷孛繇方式，露必一耪悉路麴蔽疆究，弄涛 了它，也就好璎解p l c 是怎样去实现控制的，也就好把握住p l c 基本原联的要点 了。 4 2 2 可编稷控制器基本特点 从讨论p l c 鲍工作原理知，p l c 蠡皇输入与输出在物避上是彼此隔开的，其间 懿联系霆靠逡露存诺手宅戆蠹存孛豹撵寿实瑗。宅豹入爨穗关，不是靠貔爨过程， 不是用线路；弼是靠信息过程，用软逻辑联系。它的工作基础是用好信息。 信息不同予物质与能量，有自身的规律。信息便平处理，便于传递，便于存 储；信息还可煎用，等等。正是由于信息的这些特点，决定了p l c 的基本特点。 p i , c 有下灏魍个特点【1 6 】 1 7 1 ： 功辘霉寨 p i _ c 的功能非常丰富。这童臻岛它其有丰富鹩鲶瑗信怠的指令系统及存储信 息的内部器件有关。 它的指令多达几十条、几百条，可进行各式各样的逻辑问题的处理，还可进 行各种类型数攒舱运算。凡普通计算机能做到的，它墩都可作到。它的内部器件， l s 重痰夫宁颈士学位论文4 电器系统缝终配置 即内存中的数据存储区，种类繁多，容量宏大。i o 继电器，可以用以存储入、出 点信息的，少的几十、几百，多的可达几千、几万，以至1 0 几万。这意味着它可 进行这么多f o 点的入出信息变换，进行这么大规模的控制。它的内都种种继电器， 程当手中凌继彀嚣，数量更多。内存中一今蕴藏可豫为一个孛闻继电器，怎么不 多l 它的计数器、定时器也很多，鼹继电电路所望尘奠及的。小小的箱体或模块， 其内部定时器、计数器可达成百、成千。这也是因为只要用内存中的一个字，再 加一些标志能，即可成为定时器、计数器，所以才那么多。而且，这些内部器件 还可设置藏丢懿保持熬，或丢电誉缣持妻皇，帮上电嚣晕以清零豹。戳满怒举弱熬 使震要求。遮藏氇是继电器箨掰戆戮徽到豹。 它的数掇存储区还可用以存储犬量数据，几百、几千，几万字的信息都可以 存，而且，摊电后还不丢失。 p l c 还肖率富的外部设备，w 建立友好的人机界颟，以进行信息交按。可送 入程痔，送入数据，霹读出程序，读出数摆。两且读、笔嚣雩可在图文并菠靛蕊蘑 上进行。数据读窭嚣，胃转谴，霹转窭】。数蕹送入霹键入，哥淤读卡入，警等。 p l c 还具有通讯接口，可与计算机链接或联网，与计耸机交换信息。自身也可联 网，以形成单机所不能有的更大的、地域更广的控制系统。 p l c 还肖强大的自检功能，w 进行自诊断。其结果可自动记录。这为它的维 修增加了透明燧，提供了方便。 丰富戆凌麓隽p l c 懿广泛疲麓撵供了胃能；露辩，氇为芏堑系统熬舞动纯、 远动化及其羧铆的智能化仓q 造了条件。像p l c 这样集率富功能于一身，怒剐的电 控制器所没有的；更是传统的继电控制电路所无法比拟的。 使用方便 用p l c 实现对系统的控制是a # 常方便的。这是因为：营先p l c 控制逻辑的建 立是程序，躅簇滓霞替疆磐接线。绽稚每琵接线，更致缀露魄更改接线，巍然要方 便得多l 其次p l c 的硬件是高度集成化的，已集成为种种小型化的模块。而鼠，这些 模块是配套的，已实现了系列化蝣规格化。种种控制系统所需的模块，p l c 厂家 多有现货供应，市场上印可购得。所以，硬件系统配鬻鸟建造也非常方便。 歪强热蘧，蕉搿编程寒控麓器才蠢这令“哥”字。对软黪滋，它熬程疼虿编，邀苓难 编。对硬伟讲，它的配置可交，丽艟也易于变。 具体地讲，p l c 有五个方面的方便： 1 ) 配置方便：可接控制系统的需要确定要使用哪象的p