辅料实时加料系统控制系统设计喂料系统机械设计

I 辅料实时添加系统控 制系统设计 摘 要 在化工 冶金 建材 制药 粮食 饲料等行业中 配料工艺是一个非常重要的 生产环节 它对产品的质量有着很大的影响 随着社会的进步 经济的发展 科学技 术水平的不断提高和社会专业化分工越来越细 在许多领域中 企业都在追求规模效 益 促使生产工艺水平在逐步完善 生产效率也在不断提高 生产规模越来越大 配 料工艺也引起了人们越来越多的重视 以前有的设备利用单片机控制 但受其自身结构的限制 使它在工业现场的应用 效果不很理想 主要体现在可靠性等方面 故本次设计拟使用 PLC 西门子 S7 200 代替单片机 即利用 PLC 的脉冲输出端 Q0 0 Q0 1 分别控制一台步进电机 带动 螺旋输料机构对不同的辅料进行添加 在这个过程中利用流量传感器输入的模拟量和 添加比例控制输出脉冲的频率 以达到随动添加的目的 同时利用测重器对料斗的重 量进行测量 在输入 PLC 后由它处理 调整输出脉冲的频率以达到闭环控制 考虑到 工业现场的工作环境以及使用的高可靠性 操作面板采用近年来使用普遍触摸屏 本次所设计的设备可以实现辅料的随动和定量添加 如果在实际的生产过程中选用不 同数量的本设备可以实现更多种类辅料的添加 关键词 步进电机 PLC 触摸屏 II The Real time Adding Machine and Control System ABSTRACT In the chemical industry the metallurgy the building materials the drugs manufacture the grain professions and so on feed the ingredient craft is a very important production link it has the very tremendous influence to the product quality Along with society s progress the economical development the science and technology level enhances and the society special coverage unceasingly is getting more and more thin In many domains the enterprise is pursuing the scale benefit urges the technique of production level to consummate the production efficiency also unceasingly to enhance the scale of production gradually to be getting bigger and bigger the ingredient craft has also brought to people more and more attentions Before some equipment use monolithic integrated circuit control but its own structure s limit causes it to be not very ideal at the industry scene application effect Mainly manifests in aspects and so on reliability therefore this design plans to use PLC Simens S7 200 to replace the monolithic integrated circuit Namely Q0 0 Q0 1 controls a tablecloth transmission machine separately using the PLC pulse out port leads the screw to lose the material organization to carry on the increase to the different supplementary material Uses the flow sensor input in this process the simulation quantity and the increase proportional control output pulse frequency serves the purpose which the follow up increases Simultaneously uses measured that the treasure carries on the survey to the hopper weight after inputting PLC processes by it the adjustment output pulse s frequency achieves the closed loop control Considered the industry scene the working conditions as well as the use redundant reliability operated the kneading board to use uses the universal touchscreen in recent years This time designs the equipment may realize the supplementary material follow up and the quota increases if selects the different quantity in the actual production process this equipment to be possible to realize the more type supplementary material increase KEYWORDS Pecking motor PLC Touch screen III 目 录 摘要 I ABSTRACT II 1 概述 1 1 1 辅料添加机产生的背景 1 1 1 1 目前国际上流行的配料工艺 1 1 1 2 配料工艺的发展 在线连续化配料方法 2 1 2 传统的面粉微量添加方法及存在的问题 3 1 3 随动跟踪添加系统的应用方法及特点 3 1 4 随动配料工艺 设备 在配粉工艺中的应用 4 1 5 随动跟踪添加系统控制系统的功能 4 1 6 设计基本参数设定 4 2 系统总体设计 5 2 1 总体方案的确定 5 2 2 系统运动方式的确定 5 2 2 1 伺服系统的选择 5 2 2 2 执行机构传动方式的确定 5 2 2 3 计算机系统的选择 6 2 2 工作原理 6 2 3 控制方法 6 3 硬件系统设计 7 3 1 PLC 选型 7 3 2 PLC 的 I O 资源配置 8 3 3 人机界面 8 3 3 1 触摸屏 TP27 介绍 8 3 3 2 屏幕文件的设计过程 10 3 3 3 本系统触摸屏屏幕文件 11 3 4 其他资源配置 11 3 4 1 传感器概述 11 3 4 2 传感器的选取 12 4 软件系统设计 16 4 1 总体流程设计 16 4 2 程序 17 IV 5 机械部分设计 22 5 1 总体设计 22 5 1 1 机械部分主要组成及其功能 22 5 1 2 部分部件的总体尺寸 22 5 2 底座和料仓 23 5 3 螺旋送料机构 23 5 3 1 螺旋送料机构类型选取 23 5 3 2 螺旋直径的计算 24 5 3 3 螺旋节距计算 25 5 3 4 螺旋转速的确定 25 5 3 5 功率计算 25 5 4 轴的计算与校核及联轴器的确定 26 5 5 弹簧的选择 26 5 6 机械设计部分的其他问题 27 5 6 1 零件的加工工艺及热处理 27 5 6 2 润滑 27 6 电机系统设计 28 6 1 螺旋机构动力设计 28 6 1 1 步进电机 驱动器概述 28 6 1 2 步进电机分类 28 6 1 3 驱动器的细分概述 28 6 1 4 步进电机 驱动器的选取 29 6 2 搅拌机构动力设计 32 致 谢 33 参考文献 34 附录 35 附录 36 附录 37 辅料实时添加系统控制系统设计1 1 概述 1 1 辅料添加机产生的背景 在化工 冶金 建材 制药 粮食 饲料等行业中 配料工艺是一个非常重要的 生产环节 它对产品的质量有着很大的影响 随着社会的进步 经济的发展 科学技 术水平的不断提高和社会专业化分工越来越细 在许多领域中 企业都在追求规模效 益 促使生产工艺水平在逐步完善 生产效率也在不断提高 生产规模越来越大 配 料工艺也引起了人们越来越多的重视 1 1 1 目前国际上流行的配料工艺 目前国际上流型的或者说工业生产中大量使用的大都是间歇式批量配料方法 这 种方法是将各种不同成分的物料 采用单独分别称量 分时送入混合容器中进行一定 时间的均化混合 所以这种方法也称为阶梯时差配料工艺 因为这种方法是采用静态 称重 是一种非连续式的 在称重期间被称物料和承载容器之间没有相对运动 所以 其称量精度能达到比较高的水平 这就是间歇式配料的最大优点 但配料工艺性能如 何是由两个方面组成 配比和混合 仅仅配比精确只是解决了其中的一个问题 在混 合等方面 间歇配料有它一定的不足 1 配料工艺中的储存 称重 混合的容量是整个生产线的瓶颈 2 生产工艺不连续 容易造成批次误差 批次的均一性不是很好 3 混合时间比较长 生产效率比较低 4 在几种配比物料的比重 料径不一致的情况下 需要寻找一个适宜的混合时间 以确保其均匀度 否则时间越长 越容易产生分层离析现象 尤其是在后续工艺是风 力输送的情况下 分层离析现象更为明显 5 在多种物料的混配中 几种物料的比例相差不大时 还比较容易混合均匀 若 几种物料的比例相差悬殊时 例 甲物料是乙物料的万分之几 就可能无法达到混 合均匀或要达到混合均匀就必须加大混合时间 6 在液固相物料配料过程中 若液相比例不是远远大于固相比例时 更无法达到 混合均匀 7 尤其是不适用于具有快速化学特性的物料的配料 因为物料是分时进入混合机 中 在两种物料的界面和非界面处 反应效果不一致 8 使用费用高 基建和设备费用都比较高 9 运行费用高 由于此系统构成比较庞大 相关辅助设备和输送设备比较多 动 力消耗大 维护费用高 造成生产成本高 陕西科技大学毕业论文 设计说明书 2 1 1 2 配料工艺的发展 在线连续化配料方法 在二十世纪五十年代 美国和德国的有关专家曾经在连续化配料工艺上做了很多 工作 但由于当时传感器技术 电子技术 计算机技术比较落后 在配料过程中 配 料速度和精度有时很难控制 达不到要求 所以这种方式的配料应用很少 只有在配 料精度要求比较低 产量相对比较大 配方品种相对少而且变化小的场合下 有少量 的应用 六十年代以后 随着社会需求的改变 产量比较少的更为精确的配料要求 使这种连续配料称重系统被间歇式称重配料系统逐步取代了 虽然目前各种形式的间歇配料方式在配料工艺中占了统治地位 但从许多生产过程 来看 它并不是很经济的 尤其是在生产规模比较大的工厂 上述的不足尤为明显 因为间歇配料系统不可能做的很大 尤其是它的混合系统无论是从成本 技术可行性 混合效果 工艺性都无法做的很大 有时会采用几套比较小的间歇式配料系统来满 足一条生产线生产不同产品的需求 这就给我们重新研究更好的配料方法提供了机 遇 而近年来由于计算机技术 电子技术 传感器技术的飞速发展和市场需求的不断 扩大 国外的许多公司都在连续化配料方法上做了大量的研发工作 连续化配料方法具有工作效率高 混合设备容量 体积比较小 混合效果好 配料 均一性比较高 投资比较小 运行费用低等特点 在散状物料处理的大工业中 使用 的越来越多 这种配料工艺也有几种不同的方法 1 定量控制的配料工艺 采用多台流量控制器并联使用 流量控制器本身是由流量检测单元 流量计算单元 和流量控制单元组成的一个完整的闭环调节执行回路 每台流量控制器根据工艺设定 流量 控制其瞬时流量 多台流量控制器同时工作 控制各自物料以一个恒定的流量 和流速进入一个连续式混合机械中 进行边混合边输送 从而达到几种物料以一定的 配比混合的目的 这种方法比较适合于几种物料比例比较接近 流量相差不大的生产 工艺中 其混合系统体积比较小 同时具有输送功能 2 随动配料工艺 采用一台流量检测器和多台流量控制器构成 在有些工艺生产中 随动配料工艺采 用一台流量检测器和多台流量控制器构成 在有些工业生产中 某些物料流量是在自 然状态下的时变系统 受许多外界因素影响 是无法定量控制的 随动配料工艺是用 流量检测器对时变流量的物料在线进行连续检测 并做为主流量 其它可控制的流量 做为辅流量 主流量控制器将时变流量信号通过特定接口同时传输到多台辅流量控制 器上 每台辅流量控制器根据瞬时主流量和设定的配比参数计算出此种物料的瞬时投 加量 并控制其伺服投加系统进行连续投加 主辅多种物料以一个恒定的比例进入一 个连续式混合机械中进行边混合边输送 构成随动投加系统 这种方法比较适用于几种比例相差比较悬殊物料的配比工艺 同时某个流量又无法 辅料实时添加系统控制系统设计3 进行定量控制的时变系统中 3 定量 比例配料方法 这种方法和第二种方法相似 但主流量是采用一台流量控制器而非流量检测器 此 流量控制器的主流量无需工艺人员设定 而是主控制器采用模糊控制理论通过多参量 传感器组进行自动检测工艺变化情况完成自动设定 辅流量控制器根据主流量控制器 的瞬时流量和配比参数 自动控制伺服系统进行连续投加到输送混合机中 这种方法与第二种方法适用范围基本一致 但控制精度要高得多 同时成本也比 较高 仅在一些特定的要求非常高的工业生产中有应用 1 2 传统的面粉微量添加方法及存在的问题 在面粉生产中影响面粉品质的一个主要因素是后处理阶段增白剂等添加剂的添加 量 添加量过小不能达到添加目的 过大则会增加面粉增白剂 BPO 的残留周期 甚至 导致面粉发青 发灰或有异味 目前国家标准中要求面粉中 BPO 含量不能超过 0 06g kg 限制非常严格 而传统的面粉微量添加方式有静态添加方式和定量添加方式 我们先对这两种添加方式各自的特点来进行比较 1 1 静态添加方式 该方式是将面粉和添加剂按一定比例分别静态称重后 投入混 合机中进行 5 10 min 搅拌 这种方法的优点是添加比例准确 混合充分 但同时该方 法需要相当数量的配料仓 混合机 提升和输送设备等配套设施 投资大 成本较高 对于中小型面粉生产厂家实际应用很少 2 定值添加方式 该方式是将面粉微量添加机安装在面粉绞笼中段 操作人员根 据面粉的平均流量进行定值设定 添加剂以一个近似恒定的流量进入绞笼 一边输送 一边与面粉混合 只有当操作人员发现面粉流量变化后再通过改变添加剂设定值来改 变添加剂的添加量 而实际生产中面粉流量是一个动态变量 它易受到小麦品质 水 分 操作方法 齿轮磨损 设备状态 甚至天气变化等因素的影响而处于波动状态 甚至变化很大 所以该方式会因添加剂的添加量没有实时适应面粉流量的变化而变化 易使面粉中的添加剂超过允许的范围 从而给厂家或用户带来损失 1 3 随动跟踪添加系统的应用方法及特点 随动添加系统要求添加剂的添加量始终跟踪面粉流量的大小按比例动态跟踪添加 这种系统可以使面粉粉质稳定 产品一致性好 比静态添加可节省大量资金和场地 也可避免定量添加因面粉流量波动 电网变化等原因造成添加超量等质量问题 其具体实现方法如下 由一台粉量流量计检测面粉流量 同时根据面瞬时流量和 添加剂比例计算出添加剂的添加量 同时 通过传感器检测实际添加量 微机控制器 根据添加量和反馈信号 计算出 P I D 调节量 动态跟踪调控电机转速 使添加量始终 跟踪面粉流量的大小按比例动态随动添加 陕西科技大学毕业论文 设计说明书 4 1 4 随动配料工艺 设备 在配粉工艺中的应用 配粉工艺是面粉生产过程中 面粉后处理的一个关键环节 连续式配粉在这一环 节中也起着相当重要的作用 在生产大批量小比例 仅在面粉中投加少量或微量的改良剂 的配粉中 若使用 间歇式配料系统 是很不经济的和效率很低的 所以许多工厂在生产这种大批量小比 例添加的面粉时 往往在出粉绞笼上放置几台微量干粉投加机 进行配粉 这实质上 是一种比较原始的连续配料方式 由于面粉生产过程中受到诸多因素影响 使面粉瞬 时流量并不是完全恒定的 而干粉投加机却都是定量的 这样就会造成配料比例或者 投加比例产生波动性变化 造成投加欠量或过量 随动投加系统是应用于大批量小比例配粉工艺的一种具有较高性能 价格比的连续 化配料设备 它能使各种添加剂的瞬时流量跟随面粉流量的变化而变化 在动态中按 比例投加投加比例从万分之零点几到百分之五 一台流量检测器可同时控制多台随动 投加机 新一代投加机还具有远程通讯功能 可以通过中控室的计算机对随动投加系 统的工作状态 各个参数进行实时监测和投加比例的修改与设定 1 5 随动跟踪添加系统控制系统的功能 1 功能设定及显示 可进行启动 停止和复位控制 设定各种微量物质的添加量 并能显示其重量 2 及时采集由称重传感器发出的重量信号以进行相应的控制 3 缺料信号的检测及警报 缺料信号由料位计发出 有料时为 1 无料时为 0 4 相应电机等的控制装置 根据检测到各种信号控制系统控制显示器 电机 报 警器进行相应的动作 1 6 设计基本参数设定 表 1 1 基本参数 主料流量添加比例功率辅料总量 1 5t h60 600ppm300W10Kg 辅料实时添加系统控制系统设计5 2 系统总体设计 微料随动添加机控制系统的设计包括两个方面 一个是机械结构的设计 另一个 是电器控制的设计 机械结构是控制系统的基础 是实现控制功能的前提 电器控制 系统是实现控制功能的核心部分 两方面的设计过程相互独立 同时也需要相互交流 两个方面的设计可同步进行 但需要先分析和研究控制系统的整体功能 对整体结构 深入了解之后 设计出整体框架 明确两个部分的具体功能及两个部分的接口 在设 计的时候 仍需要两个方面的设计人员不断地交流设计思想 只有充分了解对方的设 计思路和过程之后 才能最大程度地避免产生错误 2 1 总体方案的确定 本系统为在以前辅料定量 静态添加机经改善而使系统成为随动添加系统 控制 部分可选用 S7 200 系列 PLC S7 200 系列 PLC 包含了一个独立的 CPU 和各种可选择的扩展模块 可以十分方便 地组成各种不同规模的控制器 S7 200PLC 可以方便地组成 PLC PLC 或者 PC PLC 的 网络系统 从而适用于更大规模的工程 使用 S7 200 的 STEP7 Micro WIN32 编程软件 可以方便地在 Windows 环境下对 PLC 进行编程 调试 监控 使得 PLC 的使用更加 方便 快捷 广泛 2 2 系统运动方式的确定 2 2 1 伺服系统的选择 开环伺服系统在负载不大时采用步进电机作为伺服电机 开环控制系统由于没有 检测反馈部件 因而不能够校正系统的传动误差 但开环系统结构简单 调整维修容 易 在速度和精度要求不高的情况下得到广泛应用 闭环控制系统多采用直流伺服电 机或交流伺服电机驱动 可通过反馈元件来实测实际输出量 能补充系统的输出偏移 量 因而伺服控制精度高 但闭环系统造价高 结构和调整较复杂 多用于精度要求 较高的场合 本设计对伺服控制精度要求不高 且系统负载不大 可用开环伺服系统 步进电机为伺服电机即可达到设计要求 2 2 2 执行机构传动方式的确定 本设计传动结构相对简单 无带传动 链传动或齿轮传动 此机械系统可认为无 需经过传动部分而直接由原动机部分接到执行部分 在设计中应注意以下几点 1 轴的合理外形 刚度和振动稳定性等方面及轴的材料 陕西科技大学毕业论文 设计说明书 6 2 圆柱螺旋弹簧的型式 特点 材料及相关参数的确定 3 联轴器的类型及相关参数 2 2 3 计算机系统的选择 计算机部分由硬件和软件部分组成 硬件主要包括主机和外设 本设计采用 S7 200 系列 PLC S7 200 系列 PLC 是西门子公司推出的一种小型的 PLC 2 它以紧凑的 结构 良好的扩展性 强大的指令功能 低廉的价格 成为各种小型控制工程中理想 的控制器 2 2 工作原理 以前有的设备利用单片机控制 但受其自身结构的限制 使它在工业现场的应用 效果不很理想 主要体现在可靠性等方面 故本次设计拟使用 PLC 西门子 S7 200 代替单片机 即利用 PLC 的脉冲输出端 Q0 0 Q0 1 分别控制一台步进电机 带动 螺旋输料机构对不同的辅料进行添加 在这个过程中利用流量传感器输入的模拟量和 添加比例控制输出脉冲的频率 以达到随动添加的目的 同时利用测重器对料斗的重 量进行测量 在输入 PLC 后由它处理 调整输出脉冲的频率以达到闭环控制 考虑到 工业现场的工作环境以及使用的高可靠性 操作面板采用近年来使用普遍触摸屏 综上所述 本次所设计的设备可以实现辅料的随动和定量添加 如果在实际的生产过程 中选用不同数量的本设备可以实现更多种类辅料的添加 2 3 控制方法 添加量与主料 面粉 的流量关系为 3 2 Qkq 11 1 式中 添加量 g 1 q 添加比 1 k 瞬时流量 t h Q 添加量与添加机的电动机转速关系为 2 nkq 22 2 式中 添加量 g 2 q 转速因子 g r 2 k 电机转速 r min n 令 则 1 q 2 qn 1 k 2 kQ 为了提高分辨率和添加精度 将的单位换算成 r s 的单位换算成 g s nQ 辅料实时添加系统控制系统设计7 步进电机采用 PTO 方式调速 这种方法有调速响应速度快 调速范围宽 低速平稳 调速精确等优点 这种调整电机工作时间和工作频率的方法 达到了连续 平稳 准 确控制添加电机转速 控制添加量的目的 5 3 硬件系统设计 3 1 PLC 选型 根据控制系统的功能要求 从经济性 可靠性等方面考虑 选择西门子 S7 200 系 列 PLC 作为此辅料实时添加系统的控制主机 S7 200 系列中出现在应用较广泛的是 CPU22 系列 在这个系列中有五中不同的结构配置 CPU221 CPU222 CPU224 CPU226 和 CPU22XM 等 根据 I O 点数 以及程序容 量 选择了 CPU224 作为其主机 4 CPU224 具有以下特性 1 8K 字节程序存储器 典型的为 2 6K 条指令 2 2 5K 字节数据存储器 3 1 个可插入的存储器子模块 4 14 个数字量输入 有 4 个可以做硬件中断 10 个用于高速功能 5 10 个数字量输出 其中 2 个可用做本机集成功能 6 2 个 8 位分辨率的模拟电位器 7 数字量输入 输出 最多可以扩展成 94 个数字量输入 74 个数字量输出 8 模拟量输入 输出 最多可以扩展成 28 个模拟量输入与 7 个模拟量输出 或者 是 14 个模拟量输出 9 256 个计数器 计数器范围为 0 32767 10 256 个内部标志位 11 256 个定时器 其中分辨率为 1ms 的有 4 个 其定时范围为 1ms 30s 分辨 率为 10ms 的有 16 个 其定时范围为 10ms 5min 分辨率为 100ms 的有 236 个 其 定时范围为 100ms 54min 12 4 个中断输入 13 6 个 32 位的高速计数器 可用做加 减计数器 或将增量编码器的两个相互之 间相移为 90 的脉冲序列连接到高速计数输入端 可编程使能和复位输入 在达到设定 值时可中断 计数方向可方向 14 2 个高速脉冲输出 可产生中断 脉冲宽度和频率可调 15 1 个 RS 485 通信接口 16 AS 接口最大输入 输出有 496 个 可以扩展 7 个模块 陕西科技大学毕业论文 设计说明书 8 由于需要测量主料的流量 辅料的重量 需要将传感器的值输入到 PLC 中进行判 断 所以扩展一个模拟量模块 选用 EM235 模块 模拟量输入 输出扩展模块 EM235 具有 4 路模拟量输入 1 路模拟量输出 EM235 与 PLC 的连接不需要其他设置 只需要将排线插到主机及扩展模块的插槽 上 3 2 PLC 的 I O 资源配置 根据上述辅料实时添加系统的功能要求 对 S7 200 系列的 PLC 的 I O 进行配置 因为本设计采用的 Q0 0 Q0 1 口输出脉冲进而驱动步进电机的形式 如下 表 3 1 I O 分配 输入量输入口输出量输出口 侧重传感器AIW0 A AIW2 B 脉冲输出 A Q0 0 添加量 定量 VW1 A VW3 B 脉冲输出 B Q0 1 主料流量AIW4搅拌电机Q0 2 添加比例 随动 B VW2 A VW4冲板流量计Q0 3 定量模式开M3 1 A M3 3 B 步进电机Q0 4 随动模式开M3 2 A M3 4 B 低位报警Q0 5 急停M3 5 3 3 人机界面 系统采用西门子公司 TP27 式触摸屏 PLC 和触摸屏之间用 RS485 接口进行通讯 连接 触摸屏是显示器和触摸开关一体型的可编程终端 简称 PT 是新一代高科技人机 界面产品 专为 PLC 应用而设计的触摸屏集主机 输人输出设备于一体 适合在恶劣 的工业环境中使用 防护等级达 IP65 用它作为人机界面 具有交互性好 可靠性高 编程简单以及与 PLC 连接简便等优点 触摸屏的应用范围非常广阔 主要有公共信息 的查询 如电信局 税务局 银行 电力等部门的业务查询 城市街头的信息查询 此外还可广泛应用于企业办公 工业控制 军事指挥 电子游戏 点歌点菜 多媒体 教学 房地产预售等 将来 触摸屏还要走入家庭 3 3 1 触摸屏 TP27 介绍 应用 触摸你所看到的就能得到您所需要的 通过TP27 触摸屏您可以直接在屏幕 上进行过程控制操作简便图形按钮及自解释说明等特点使您操作更加方便同时节省了 辅料实时添加系统控制系统设计9 您培训的时间和费用 5 特点 1 对图形进行快速响应 2 高对比度的STN显示 3 CCFL背光显示 寿命超过25000小时 4 可适用中文组态软件 5 CPI和直接控制键可用为快速响应 6 可显示汉字 7 可组态的触摸按钮用于文本 状态指标 图形及图形状态指示 8 在Windows环境下使用ProTool软件进行组态 9 IP65保护等级 10 可与多种PLC进行连接 表3 2 TP27技术数据 技术数据TP27技术数据 续 TP27 显示STN报警系统 分辨率320 240事件信息2000 显示尺寸5 7 报警信息2000 颜色 单色 8 级灰度 或彩色 8 色 信息长度 行 字符 2 35 键盘类型触点 点阵式 每条信息长度8 帮助信息7 35 字符 存储器信息缓冲区512 条信息 先进先出 闪速固件 组 M 字节 1配方 D RAM M 字节 2配方数量255 S RAM 电池后备 K 字节 128 配方存储器 K 字节 最大 448 加最大 384K 字节子模块 接口 1F1 A TTY 主从 RS232 C 每条配方的数据记录 量 500 1F2 TTY 主 从 RS232 C 每个数据记录条目500 1F3 画面 1F1 B RS422 RS485画面数 最大300 LPT1 象素图 组态时可从绘图软件 中输入象素图形 陕西科技大学毕业论文 设计说明书 10 电源24V符号图有 电流 典型值 最大值24V 时 0 42A 0 7A字符1 3 硬件时钟有 电池后备 动态对象 输入 输出 输入 输 出 日期 时间 符 号输入 符号输出 棒图和趋势图等模拟 量表示 防护等级 前面板 后面板 IP65 IP20 尺寸 mm W H212 165 环境温度可输入的帮助文本7 35 字符 运行 垂直安装 0 50 在线语言3 运行 水平安装 0 40 口令级9 存储 运输 20 60 组态软件 SIMATIC ProTool MSWindowa 95 下运 行 湿度 85 RH 非结霜 3 3 2 屏幕文件的设计过程 在计算机上启动专用作图软件后 首先应使用相应的菜单创建一个新的屏幕文件 屏幕文件是一个全局画面和一个或多个局部画面的集合 是一组将要下载到触摸屏中 的屏幕画面数据 在创建新的屏幕文件时 需对文件进行一些必要的设置 具体包括 1 输人文件名称和文件注释 2 选择触摸屏的型号 3 输人全局画面的名称 4 选择 PLC 的型号 设置完成后 便可进行画面的创建 创建画面的过程其实就是在新画面上配置各种部件的过程 部件包括按钮 指示 灯 数字显示器和画面选择开关等 通过相应的菜单 可以很容易地建立一个新画面 的窗口 在新画面上配置一个部件时 只需从部件库中选择所需的部件 输人与部件 对应的 PLC 功能存储器的名称 并对此部件的相关属性进行设置后即可完成一个部件 的配置 通过下面配置启动按钮的例子 可以看出 配置部件是一件很轻松的事情 1 点击作图软件中的部件选择工具条 打开部件库 2 点击部件库中的开关图标 打开开关选择窗口 辅料实时添加系统控制系统设计11 3 点击所要选择的开关 选择手指按上时 ON 手指离开则 OFF 的开关 开关 属性设置窗口随即打开 4 在打开的开关属性设置窗口中 输人与此开关相连的 PLC 功能存储器的名称 例如输人 M61 触摸屏在 PLC 中的应用 打开作图软件 完成 新建一个屏幕文件 屏幕文件属性设定 画面生成与编辑 1 部件配置 2 部件连接设定 3 字符编辑 试运行 下载到触摸屏 设定通讯参数 4 点击窗口中的放置按钮 5 点击画面 开关就会显示出来 在全局画面中配置的部件总是在触摸屏上显示 的 而 PLC 和触摸屏之间的通讯只能在当前显示的画面中被激活 6 在要放置开关的位置再点击一下开关 因此 需要经常通讯的部件放在全局画 面中较为合适 同样 全局画面创建就被放置在当前位置 7 双击已放置好的开关 可以编辑开关上完成后也应加以保存 全局画面不需注 册 所显示的字符 例如把字符编辑为 启动 把 启通过在各画面中配置所需的画 面切换部件 拖放到开关上的合适位置后关闭编辑窗口即即可方便地实现各画面之间 的相互切换 全局画完成了 启动 按钮的配置 面和局部画面创建完成后 即完成了 一个屏幕文件 这个启动按钮的功能为 手指按上时 PLC 中件的设计的 M61 被设置为 ON 手指离 开时 M61 则为 OFF 3 3 3 本系统触摸屏屏幕文件 本系统触摸屏屏幕文件由三部分组成 a 总监控屏 附图 b 添加机 A 操作屏 附图 c 添加机 B 操作屏 附图 3 4 其他资源配置 3 4 1 传感器概述 非物理量的测量与控制技术 已越来越广泛地应用于航天 航空 交通运输 冶 金 自动控制 机械制造 石化 轻工 技术监督与测试等技术领域 而且也正逐步 引入人们的日常生活中去 陕西科技大学毕业论文 设计说明书 12 传感器技术是实现测量与自动控制的重要环节 在测量系统中 被作为一次仪表 定位 其主要特征是能准确传递和检测出某一形态的信息 并将其转换成另一形态的 信息 传感器 是指能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或 装置 通常由敏感元件和转换元件组成 传感器的分类和应用范围 1 传感器的物理量分类 可分为位移 力 速度 温度 流量 气体成份等传感器 2 传感器工作原理分类 可分为电阻 热电偶 电容 电感 电压 霍尔 光电 光栅等 3 传感器输出信号的性质分类 输出为开关量 1 或 0 的开关型传感器 输出为模拟量 电压或电流 的数字型传感器 传感器主要应用于工业自动化控制 楼宇自动化控制 医学 航天 航空 国防 以及科学研究等领域 3 4 2 传感器的选取 1 主料流量检测 在此应用流量传感器是用来检测主料的实时流量 PLC 根据检 测到的量调整脉冲频率以控制步进电机转速保证辅料添加精度 粉料流量的检测设备 有很多 其中使用比较普遍的有皮带秤和冲板流量计 皮带称是一种很好的连续式测 量固态散状物料的设备 其精度比较高 应用很方便 其弱点是开放式 粉尘泄露比 较严重 粉尘的附着 皮带的张紧度 皮带的平整度 对其测量精度影响比较大 维 护工作量比较大 冲板流量计是发源于 20 世纪 70 年代的一种新的连续式测量方法 其优点是无动力 依靠物料的重力作用 密封性好 维护工作量小 其缺点是对使 用环境要求比较苛刻 物料的来料高度和角度 环境振动 流量计出口风力对其测量 精度都有比较大的影响 了解了两种设备的特点 考虑到本设备的精度要求较高 且 工作环境可以满足后者的要求 故选用冲板流量计 具体如下 大连经济技术开发区三协测控技术有限公司生产的冲板流量计 见图 3 1 辅料实时添加系统控制系统设计13 图 3 1 冲板流量计 图 3 2 工作原理图 特点 采用了新的技术大幅度提高精度与稳定性 还原 用于各种现场的给料装置和物 料的在线测量 各种任意粒度的 均匀或不均匀 的散状固体物料均可测量 粒径不一致和间歇给料场合都可使用 自身结构密封 能在高粉尘环境下使用并能防止粉尘的发生 能对氧化还原性质 在完全与大气隔绝的状态下进行计量 多种信号输出方式 量程范围 1t h 40t h 测量精度 0 5 2 结构简单 极少故障 维护量极小 稳定性好 不因附着而发生零点漂移 所测物料从膨胀轻量化的玻璃微珠到铁矿石 流动性强的飞灰到流动性差的混凝 土浆料都可测量 工作原理 固体散状物料进入壳体后 经导流 冲击到流量计的检测板上并使之 产生偏移 传感器将此水平分力转换成电流信号 由二次仪表处理后显示流量和累计 的总重量 整个过程只测量水平分力 从而避免物料聚集产生的影响 见图 3 2 2 辅料重量检测 为了提高添加的精度 采用闭环控制 这样需要对辅料的重量 进行采集 进一步得到辅料的添加量 反馈给控制单元 实现高精度 故这里要选用 重量传感器 如下 选用厦门诺盛测控技术有限公司 LAA B 型秤用传感器 陕西科技大学毕业论文 设计说明书 14 表 3 3 技术参数 名 称单 位LAA B 额定输出mv v0 85 10 精度等级 F S0 05 额定载荷Kg10 输入 输出阻抗 1115 10 1000 10 零点输出mv v0 05 蠕变 F S0 05 5min 非线性 F S0 05 滞后 F S0 05 重复性 F S0 05 温度对额定输出的影响 F S 0 005 零点温度漂移 F S 0 01 温度补偿范围 10 40 使用温度范围 20 60 安全超载 F S150 绝缘阻抗M 3000 推荐激励电压VDC AC5 最大激励电压VDC AC10 电缆线长m 0 65 0 095 四色线 传感器是实现测量与控制的首要环节 是测量系统的关键部件 它是将被测的物 理量按一定规律转换成另一种或同种的物理量或信号 本设计所需要的是压力传感器 它将料仓的重量按规律随时采集 并将采集到的信号随时送给ADC0809 ADC0809将模 辅料实时添加系统控制系统设计15 拟信号转换成数字信号并送给CPU CPU实时控制步进电机的转速 从而控制添加剂 输出的速度 本设计采用西安新敏电子科技有限公司销售的CZL系列微型称重传感器CZL 1H 其主要技术指标如下 综合误差 0 03 0 05 输出灵敏度 1 4 1 6 mv V 非线性 0 02 0 03 F S 重复性 0 02 0 03 F S 滞后 0 02 0 03 F S 蠕变 0 03 0 05 F S 零点飘移 0 03 0 05 F S 10C 零点温度飘移 0 2 0 3 F S 10C 额定输出温度飘移 0 02 F S 10C 零点输出 0 1 mv V 输入电阻 395 10 输出电阻 350 3 绝缘电阻 5000 M 推荐激励电压 6 V 工作温度范围 10 50 C 过载能力 150 F S 量程 15 kg 陕西科技大学毕业论文 设计说明书 16 4 软件系统设计 编程软件依然采用西门子公司为 S7 200 系列 PLC 开发的 STEP 7 Micro WIN32 STEP7 语言是在 STEP5 基础上发展的 PLC 编程语言 与 S7 系列产品配套使用 STEP7 Micro DOS Win 软件是为 S7 200 系列产品设计的专用语言 它提供两种编程语 言 语句表和梯形图 而且两者之间可方便地互相转换 语句表 STI 是一种布尔指 令表 梯形图 LAD 是一种使用机电符号的图形语言 STEP7 Micro 语言有强大的功 能指令集 它的调用子程序能力 间接寻址能力 移位 填人 寻找数据能力 调用 中断程序能力 定点和浮点运算能力 FOR NEXT 循环能力较为特出 为用户编写结 构程序 便于修改 管理程序提供很大方便 4 1 总体流程设计 N Y N 开始 停机 根据主料量及添加比例确定PLC脉冲频率 系统参数设定 搅拌机工作 各设备供电 脉冲使步进电机带动螺旋机构转动 检测主料流量是否正常及是否有辅料检测添加量 调整脉冲周期 低 位 报 警 检测辅料是否处于低位 中断脉冲是否到达 辅料加入主料 N Y Y 图 4 1 随动添加系统程序流程图 辅料实时添加系统控制系统设计17 4 2 程序 主程序 LD M3 1 定量模式 A O M3 2 随动模式 A O M3 3 定量模式 B O M3 4 随动模式 B A M3 5 急停 Q0 2 搅拌机启动 Q0 3 冲板流量计启动 Q0 4 步进电机启动 LD M3 1 定量模式 A O M3 2 随动模式 A BMW AIW0 VW91 1 检测重量 MOVW VW91 AC0 LD M3 3 定量模式 B O M3 4 随动模式 B BMW AIW2 VW92 1 检测重量 MOVW VW92 AC1 LD T38 产生 1Hz 脉冲 TON T37 5 T37 定时器 500ms 定时 TON T38 10 T38 定时器 1000ms 定时 LD T37 EU MOVW 0 VW101 计数存储去清零 MOVW AIW4 VW101 将流量存入存储区 VW101 A LD M3 1 定量模式 A MOVW 1000 VW105 根据添加量确定脉冲周期 A I VW1 VW105 MOVW VW1 VW104 LD M3 2 随动模式 A MOVW VW101 VW102 确定辅料流量 A I VW2 VW102 陕西科技大学毕业论文 设计说明书 18 MOVW VW102 AC0 I 3600 AC0 MOVW AC0 VW103 MOVW VW103 VW201 I 1000 VW201 MOVW VW201 VW104 I 1000 VW104 MOVW 1 AC0 根据辅料流量确定脉冲周期 A I VW104 AC0 MOVW AC0 VW105 LD M3 3 定量模式 B MOVW 1000 VW205 根据添加量确定脉冲周期 B I VW3 VW205 MOVW VW1 VW204 LD M3 4 随动模式 B MOVW VW206 VW207 确定辅料流量 B I VW4 VW207 MOVW VW207 AC0 I 3600 AC0 MOVW AC0 VW208 MOVW VW208 VW201 I 1000 VW201 MOVW VW201 VW204 I 1000 VW204 MOVW 1 AC0 根据辅料流量确定脉冲周期 B I VW204 AC0 MOVW AC0 VW205 LD M3 1 定量模式 A O M3 2 随动模式 A A T37 LPS 将重量存入存储区 VW106 A MOVW 0 VW106 MOVW AIW0 VW106 AW VW106 30000 将重量和设定值进行比较 A M4 1 低位报警启动 A 辅料实时添加系统控制系统设计19 LRD 计算前后重量差值 A MOVW AC0 VW107 I VW106 VW107 LRD VW106 中值输入累加器 MOVW VW106 AC0 LRD 确定实际添加量和应加量比值 A MOVW VW107 AC1 I VW104 AC1 LRD 累加器中值输入 VW109 MOVW AC1 VW109 LPP 根据实际添加量和应加量比值对脉冲周期进行矫正 A MOVW VW109 VW110 I VW105 VW110 LD M3 3 定量模式 B O M3 4 随动模式 B A T37 LPS 将重量存入存储区 VW106 B MOVW 0 VW116 MOVW AIW2 VW116 AW VW116 30000 将重量和设定值进行比较 B M4 1 低位报警启动 B LRD 计算前后重量差值 B MOVW AC1 VW117 I VW116 VW117 LRD VW116 中值输入累加器 MOVW VW116 AC1 LRD 确定实际添加量和应加量比值 B MOVW VW117 AC0 I VW114 AC0 LRD 累加器中值输入 VW119 MOVW AC0 VW119 LPP 根据实际添加量和应加量比值对脉冲周期进行矫正 B MOVW VW119 VW120 I VW115 VW120 LD M3 1 定量模式 A 陕西科技大学毕业论文 设计说明书 20 O M3 2 随动模式 A AN T37 EU 清除 Q0 0 输出映象区调用初始化子程序 SBR 0 R Q0 0 CALL SBR 0 LD M3 3 定量模式 B O M3 4 随动模式 B AN T37 EU 清除 Q0 1 输出映象区调用初始化子程序 SBR 1 R Q0 1 1 CALL SBR 1 LD SM0 0 将主流量读入 MOVW DIW0 VW130 子程序 0 Q0 0 输出脉冲 LD SM0 0 常开 MOVB 16 8D SMB67 控制字写入 16 8D 准备装入脉冲数和脉冲 个数 MOVW VW110 SMW68 装入脉冲周期 MOVW 1000 AC2 确定脉冲个数 I VW110 AC2 MOVW AC2 VW111 ITD VW111 VD111 MOVD VD111 SMD72 装入脉冲个数 PLS 0 执行 PLS 编程 Q0 0 为 PTO 模式 MOVB 16 89 SMB67 再装入控制字 16 89 为更改周期值做准备 子程序 1 Q0 1 输出脉冲 LD SM0 0 常开 MOVB 16 8D SMB77 控制字写入 16 8D 准备装入脉冲数和脉冲个 数 MOVW VW114 SMW78 装入脉冲周期 MOVW 1000 AC3 确定脉