PLC在配料生产线上的应用.doc

I 本科生毕业设计说明书 毕业论文 题 目 PLC 在配料生产线上的应用 学生姓名 学 号 096 专 业 电气工程及其自动化 班 级 0 2 班 指导教师 教授 II PLC 在玻璃配料生产上的应用在玻璃配料生产上的应用 摘要摘要 现有的配料控制系统普遍配料精度不高 稳定性差 随着控制理论 电子通信技 术的发展 传统的配料控制系统也面临信息化 自动化的变革 本设计分析了玻璃配 料的工艺流程 用 PLC 的控制系统代替原由单片机 继电器和称重仪表等组成的控制 系统 该配料系统由 PLC 上位工控机 称重传感器等组成 针对控制要求对一些元 器件进行了设计和选型 传统的 PLC 控制系统通过 I O 设备与 PLC 的 I O 模块相连 PLC 通过模拟量或开关量控制和监测现场设备 传输信号易受现场环境干扰 因此 引入现场总线控制系统 建立分布式的 PLC 控制系统 实现传输信号的数字化 本设 计主要内容包括以下部分 1 介绍玻璃的发展过程及玻璃配料现状 2 分析玻璃配 料系统的工艺流程 3 配料系统软件设计 4 利用 PLC 编程软件 STEP7 进行程序设 计实现玻璃配料过程 利用组态界面表示玻璃配料生产过程 关键词关键词 PLC 配料系统 组态 III The application of PLC in glass batch production Abstract Now common ingredients existing batching control system precision isn t high and poor stability with the development of control theory electronic communication technology The traditional ingredients also faces the change of informatization automation control system This design analysis of the glass batch process with PLC control system instead of previous MCU relay and control system is composed of weighing instrument and so on The batching system consists of PLC industrial control weighing sensor and so on for some components to control the design and type selection Traditional PLC control system via I O devices are connected to the I O module of PLC PLC with analog and switch quantity control and monitoring of field equipment transmission interference signal is vulnerable to the environment Therefore the field bus control system is introduced to set up a distributed PLC control system realize the transmission of digital signal This design main content includes the following parts 1 introduce the development process of the glass and glass industry status quo 2 analysis of glass ingredients system process flow 3 batching system software design 4 the use of PLC programming software STEP7 programming realization of glass batch process Using the configuration interface said glass batch production process Key words PLC Batching system The configuration IV 目录目录 摘要 I ABSTRACT II 第一章第一章 绪论绪论 1 1 1 课题背景及意义 1 1 2 玻璃配料工业现状 1 1 2 1 配料系统的现状 2 1 2 2 直接数字控制系统 2 1 2 3 监督控制系统 3 1 2 4 集散型控制系统 4 1 2 5 现场总线控制系统 5 第二章 玻璃配料控制总体设计 7 2 1 玻璃配料工艺分析 7 2 2 玻璃配料系统的组成设计 8 2 2 1 给料系统 8 2 2 2 称重计量控制系统 9 2 2 3 混合控制系统 11 2 2 4 碎玻璃控制系统 11 2 2 5 输送控制系统 12 2 2 6 排料系统 12 2 2 7 中心控制系统 12 2 3 变频器 13 2 3 1 通用变频器 13 2 3 2 MM440 特点 14 第三章 设备选型 16 3 1 称重传感器 16 3 1 1 称重传感器技术 16 3 1 2 称重传感器选型 17 3 2 给料设备选型 17 V 3 3 各元器件选型 18 3 3 1 低压断路器 18 3 3 2 熔断器 19 3 3 3 中间继电器 19 3 3 4 接触器 20 3 3 5 热继电器 20 第四章 配料系统控制软件 21 4 1 可编程控制器 21 4 1 1 可编程序控制器的产生 21 4 1 2 可编程序控制器的发展趋势 22 4 2 PLC 的特点 26 4 3 PLC 的工作原理 27 第五章 PLC 的硬件设计 29 5 1 扩展模块 30 5 1 1 数字量模块 31 5 1 2 数字量模块的特点 31 5 2 玻璃配料系统图 34 5 2 1 玻璃配料系统流程图 34 5 2 2 玻璃配料控制系统主回路图 37 5 2 3 玻璃配料系统控制回路图 38 5 2 4 PLC I O 口分布图 39 5 3 PLC 软件设计 41 5 3 1 编程语言 41 5 3 2 STEP7 编程软件 42 5 3 3 组态软件 43 总结 48 参考文献 49 附录 A 程序 50 致谢 58 内蒙古科技大学毕业设计说明书 毕业论文 1 第一章第一章 绪论绪论 1 1 课题背景及意义课题背景及意义 在生产过程中 有的产品是将几种原料按一定比例混合 通过配置加工而成 所 以配料过程就是按一定比例混合原料的过程 其中是否按预先设定的混合比例进行混 合 直接关系最终产品的质量 配料质量控制的优劣直接影响生产能否顺利进行 1 如果配料的质量不能达到要求 不仅会造成原料和能源的浪费 还可能会影响产品的 质量 产量 甚至会因配料失误造成整个生产事故 所以 要保证配料的速度 提高 配料过程中的精度 以便产品质量和生产的顺利进行 原料配料是玻璃生产的首道工序 所以在生产玻璃过程中原料配料的准确 均匀 和稳定是生产优质玻璃的主要条件 尤其是配料的设备 需要同时对不同种原料进行 准确的称量 混合 输送和投料 一旦出现事故就会造成重大的经济损失 2 一个现 代化的大 中型玻璃池窑里有着一两千吨玻璃液 每天要投入上百吨配合料 而且在 生产过程中各工序之间是连续作业 环环相扣 彼此影响很大 尤其是原料的配合 需要对好几种原料进行精确的称量混合 输送和投料 若出事将造成严重事故 在短 时间内难以清除其影响 会造成重大的损失 因此原料的制备对玻璃生产具有非常重 要的作用 称量部分是原料配料工艺的核心 合理的称重配料方式对实现原料的自动配料非 常重要 因此 人们对称量配料过程提出了 快速 准确 连续 自动 的要求 3 无 论是人为因素还是设备因素都容易造成配料错料 而引起玻璃质量的下降 若采用人 工配料 因为现场的粉尘较大 所以很容易造成对人身体的危害 因此 提高配料系 统的称量精度 系统的自动化水平和可靠性 对保障玻璃生产线优质且稳定的生产 改善工作环境和提高劳动生产有很重要的意义 因此 原料的配料自动化是现代玻璃 工业发展的趋势 此外 饲料 食品 化工 等行业也离不开配料生产过程 需要通 过自动配料控制系统实现生产的自动化 4 虽然各个行业所用的物料和生产工艺不同 但配料控制系统所需要完成的任务基本相同 所以研究和开发一种自动配料控制系统 具有一定的实际意义 1 2 玻璃配料工业现状玻璃配料工业现状 玻璃工业在我国产业中不仅是一个重要的行业 也在经济建设中起着非常重要的 内蒙古科技大学毕业设计说明书 毕业论文 2 作用 随着经济的快速发展 玻璃配料行业也得到了相应的发展 20 世纪 80 年代后期 我国浮法玻璃出现了第一次发展的高峰 以年增长 35 的速度快速发展 远远高于当 时我国经济发展 10 的增长速度 玻璃工业的发展极为引人注目 近年来 玻璃生产 行业的竞争日益激烈 所以 稳定并提高产品的质量 产量和增强竞争力成为玻璃生 产发展的主要目标 因此 玻璃生产中的称重配料系统必须具有高性能 高速度 高 可靠性和稳定性等特点 以满足现代化生产的要求 5 目前我国玻璃工业中存在的主要问题与国际先进水平的差距主要表现在 资源 和能源的消耗高 综合利用水平低 整体技术 装备和管理水平与国际先进水平相 比仍有很大的差距 因为产品结构不够合理 导致优质浮法和深加工率偏低 企 业规模小 数量多 国际竞争力差 企业创新和自主开发能力较差 缺少具有驱动 力的技术创新机制和能力 无序竞争现象比较突出 6 我国在玻璃配料技术方面 仍然存在着设备装备不合理 工艺落后 产品单一和 自动化程度低等方面的弊端 难以满足现代化玻璃工业发展的需要 随着计算机技术 和控制技术的发展 以可编程控制器为基础的集散控制系统成为了当今浮法玻璃生产 线控制系统的主流 日益成熟 它不仅解决了配料控制系统中存在的配料精度低 机 电控制部分可靠性差的问题 而且还加强了数据库管理生产以及对生产过程的实时动 态监控 同时随着信息技术化 网络化向自动化领域的渗透 使自动化系统的体系结 构面临一场大的变革 7 1 2 1 配料系统的现状配料系统的现状 通常情况下在配料生产过程中 要求不仅能够实现全自动 半自动和手动配料 并且可以在不同工作模式之间进行转换 配料控制系统必须要有很高的可靠性以保证 系统正常连续的工作 若出现故障能够及时报警或紧急停车 目前 我国配料领域选 用的控制系统种类很多种 1 2 2 直接数字控制系统直接数字控制系统 直接数字控制系统是利用计算机的分时处理功能直接对多个控制回路实现多种形 式控制的多功能数字控制系统 计算机的输出直接作用于控制对象 直接数字控制系 统是一种闭环控制系统 具有多功能性 在线实时控制 分时方式控制和灵活性等特 点 它结构紧凑 便于维护 有较强的抗干扰能力和控制精度 轻便灵活 方便操作 缺点是这种控制系统一切的信息交换都要通过中心计算机 一旦计算机出错 不易检 查错误 容易造成整个系统的瘫痪 8 所以这种控制系统在现代玻璃配料生产企业中 内蒙古科技大学毕业设计说明书 毕业论文 3 很少应用 图 1 1 直接数字控制系统框图 该系统由计算机通过检测装置对工业现场的过程参数进行采样 然后将采样值与 存于存储器中的设定值进行比较 然后再根据两者的差值和相应于指定控制规律的控 制算法进行分析和计算 形成所要求的控制信息 然后将其传送给执行机构以控制生 产过程 用分时处理方式完成对多个单回路的各种控制 如比例积分微分 前馈 非 线性 适应等控制 同时 也可以根据需要将必要的信息用打印机打印出来或者在终 端机的屏幕上显示 1 2 3 监督控制系统监督控制系统 监督控制系统又称为设定值控制系统 计算机监控系统是在操作指导系统的基础 上演变而起来的 操作指导系统是一种开环控制结构 在该系统中计算机起到定时采 集生产过程参数 并按照工艺要求以及指定的控制算法求出输入输出关系和控制量的 作用 通过显示 打印和报警提供现场信息 方便管理人员对生产过程进行分析和调 节等 计算机监控系统具有闭环结构 它可以根据生产过程的状态 环境 条件因素 按照预定的控制模型计算出生产过程的最佳给定值 并据此对模拟式调节仪表进行自 动整定 也可以进行顺序控制 最优控制以及适应控制运算 使生产过程始终处在最 优工作状态 9 内蒙古科技大学毕业设计说明书 毕业论文 4 图 1 2 监督控制系统框图 该控制系统由监督控制计算机和数字控制计算机实现两级控制 SCC 计算机根据 配料生产工艺信息和其它信息 管理并监控整个配料过程 改变 DDC 级计算机配料给 定值 DDC 级计算机根据 SCC 计算机设定的配料给定值 实时控制称量配料 DDC 级计算机可以是单片机 也可以是可编程控制器 PLC DDC 系统和 SCC 系统都属于 集中控制型的系统 当这种系统集中很多的控制回路时 就会带来 危险高度集中 的 问题 而使系统的可靠性大为降低 这就要求直接数字控制由集中型向分散型转移 于是出现了 控制分散 信息集中 的集散型控制系统 1 2 4 集散型控制系统集散型控制系统 集散控制系统又称为分散型综合控制系统 简称 DCS 是对生产过程进行集中监 视 操作 管理和分散控制的全新模式的分布式计算机控制系统 它将若干台微机分 散用于过程控制 全部信息通过通信网络由上位管理计算机监控 实现最优化控制 通过 CRT 装置 通信总线 键盘 打印机等 进行集中操作 显示和报警 如图 1 3 所示 集散控制系统按照分散控制 集中操作 分级管理 分而自治和综 合协调的设计原则 把系统从上到下分为分散过程控制级 集中操作监控级 综合信 息管理级 形成分级分布式控制结构 内蒙古科技大学毕业设计说明书 毕业论文 5 图 1 3 集散控制系统框图 DCS 通常采用若干控制器对一个生产过程中的多个控制点进行控制 各控制器间 通过网络连接并且能够进行数据交换 操作采用计算机操作站 通过网络与控制器连 接 收集生产数据 传达操作指令 过程级主要由过程控制站 I O 单元 现场仪表组 成 是系统控制功能的实施部分 DCS 的控制决策由过程控制站完成 因此 控制程 序是由过程控制站实现的 DCS 的过程控制站是一个完整的计算机系统 主要由电源 CPU 网络接口和 I O 口组构成 DCS 中的 I O 一般是模块化的 一个 I O 模块上有一 个或多个 I O 通道 用来连接传感器和调节阀 通过现场总线将操作站 现场控制器 I O 组件进行连接 在这一层次内形成开放的 双向的 数字通信系统 11 1 2 5 现场总线控制系统现场总线控制系统 现场总线控制技术 FCS 是工业设备自动化控制的一种计算机局域网络 它依靠 现场总线技术把具有检测和控制和通信能力的微处理芯片放入传统的测量控制仪表中 使它们各自具有数字计算能力 数字通信能力 FCS 采用简单的双绞线作为总线 把 多个测量控制仪表连成网络系统 按照公开 规范的通信协议 在位于现场的多个数 字测量控制设备之间以及现场仪表与远程控制计算机之间实现数据传输和信息交换 从而形成适应实际需要的自动控制系统 12 内蒙古科技大学毕业设计说明书 毕业论文 6 图 1 4 现场总线控制系统框图 内蒙古科技大学毕业设计说明书 毕业论文 7 第二章第二章 玻璃配料控制总体设计玻璃配料控制总体设计 2 1 玻璃配料工艺分析玻璃配料工艺分析 玻璃配料就是根据要生产的玻璃工艺性能指标将砂石 白云石 长石 纯碱 芒 硝等各种原料按一定得比例通过称量系统精确称量后 通过集料皮带传送到混合机中 进行干混 然后加适量的水进行湿混 然后经过原熔皮带将混合料送到玻璃熔窑窑头 熔炼的过程 13 图 2 1 玻璃配料工艺图 工艺流程 依次启动窑头皮带 窑头料仓 提升皮带 原熔皮带 混合机 传输 皮带 启动完成 然后各称量系统对砂石 白云石 长石 纯碱 芒硝按预先设定好 的称量方式各称加料 称量结束 系统检验是否满足排料条件 满足条件则按设定好 的方式进行定时和顺序排料 传输皮带将混合料送入混合机混合 排料结束经过延时 后 系统进行下一周期的加料 混合机先将混合料进行定时干混 然后加水进行湿混 定时时间到 排料门打开 将混合料排到原熔皮带 经原熔皮带送到玻璃熔窑窑头熔 炼 完成一次配料周期 当混合机排料结束后进入下一配料周期 系统设置排废装置 内蒙古科技大学毕业设计说明书 毕业论文 8 如果配料过程出现错误造成废料 则将其通过排废装置排出 2 2 玻璃配料系统的组成设计玻璃配料系统的组成设计 完整的配料控制系统一般由给料系统 称量系统 混合系统 碎玻璃控制系统 输送系统组成 14 2 2 1 给料系统给料系统 目前常用的给料系统有电磁振动给料系统 螺旋给料系统 料门给料系统 电磁 阀给料系统等 电磁振动给料机采用卧式安装 多弹簧板结构 工作更加稳定 噪音低 放料平 稳 给料速率调节方便 造价低 可以用于磨蚀性大的固体物料 适应的物料力度范 围广 通过可控硅的半波整流 驱动给料机的电磁线圈按照工频振动产生向前的输送 力 给料机的振动头为电磁线圈 送电后 线圈将以 50 Hz 的频率吸引 释放带动输 料溜槽的衔铁 衔铁的振动使给料机对物料产生向前的推动力 通过调节可控硅的导 通角来实现输送能力的大小 采用电位器或电压可连续的调整 螺旋给料机 常用于物料流性较差或流动性强的物料 该给料系统给料平稳 适 合超细粉物料 采用螺旋输送方式 它的入口段设计为变节距或变直径或两者都变化 以确保物料能从物料仓出口处均匀卸出 对于长宽比例大的物料仓出口更为合适 它 的中部输送段是等节距或变节距的 使物料在螺旋输送槽中的充填率降低到 15 40 这样就能减小螺旋给料机的过送量 它的出口处或者出口段也可以根据物料的 不同流动性能而有各种变化 比如说可以将最后一节螺旋做成双头以减小过送量的波 动幅度 对于有显著黏着性的物料 可以将螺旋末端伸到出料口部分或在出口端前部 的输送槽上做些直立刮板弄碎物料块 或者根据工艺需要 可以将螺旋给料机做成两 个出口 也可以让螺旋给料机中间进料 两端出料 有些物料的流动性能不好 使物 料仓的不结拱临界出口宽度相当大 但是工艺上又不大要求喂料量大 这是可以采用 双螺旋给料机甚至三螺旋给料机 所以说可以根据所需物料的具体流动性能和工艺要 求 设计出功能良好的螺旋给料机 因此 螺旋给料机在玻璃配料中的使用进来日益 普及 料门给料系统适合物料流动性好 配料速度要求快 精度要求相对较低的场合 该系统通常使用双气缸实现料门两种开口大小或一大一小两料门 实现了既提高配料 速度又提高精度的要求 在粗加料时 将料门全部打开或两个料门打开 达到一定量 内蒙古科技大学毕业设计说明书 毕业论文 9 时 将料门关闭一部分或将大料门关闭 进行细加料 达到预定量时将料门全部关闭 对于一些液体原料可采用电磁阀给料系统 这种方式控制相对简单 也可采用双 管路双电磁阀控制 以提高配料速度和精度 2 2 2 称重计量控制系统称重计量控制系统 在配料之前 首先要对称量控制系统输入数据 包括要求供料的窑炉 料方序号 或各组分的设定值 称量快慢切换值 悬浮量等 根据称量和排料的顺序 原料的称量方式可分为增量法和减量法以及累计称量 增量法称量是通过给料设备向称斗内加入规定数量的物料 然后由排料装置将称量斗 中物料排空 减量法称量则是通过给料装置向称斗内加入大于规定数量的物料 然后 由称量斗下的排料机将规定内的物料排出 增量法与减量发一般应用于排库形式 累 计称量多应用于塔库形式 目前 大部分玻璃生产线采用的是增量法和减量法相结合 称量方式 增量称量法及其控制原理 增量称量法称量过程中 以进入到称量斗的物料 量为最终配方值的称量方式称之为增量法 这种称量方式通过上料设备把原料从物料 仓加到称量斗中 当达到设定值时停止加料 料斗下有一闸门 开启闸门放出所有已 称好的原料 然后输送到混合机 这种称量方式要求原料不能粘附在称量斗壁上 否 则最终放出的原料量不等于称量值 降低称量精度 并且如果称量斗下部闸门如果控 制不好 容易发生漏料将严重影响到配合料的化学组分均匀性 使用增量称量方法时 控制系统启动后 首先要检查物料仓中是否有料 如果料 仓空则发出往料仓内送料的命令 直至能满足称量反馈信号送回为止 若有料 则往 下检查配料秤的零点 同时检查称量斗卸料门是否关好 如满足条件 则启动物料仓 的振动器和给料机向称斗加速给料 倘若称斗门开着 控制系统将会发出信号使它关 闭 经过再次检查如果称量斗卸料门还没关闭或配料称中有料 则系统进入保持状态 直到操作人员到现场处理好为止 当给料机快速向称斗加料后 配料秤的重量测量值也随着增加 称量控制系统判 断称量值是否达到 90 的快加量 若达到 则给料机由快速加料切换为慢速加料 并 随时判断称量值测量值是否达到应加的重量值 如果达到 则给料机停止慢加料 并 显示出设定值 实际称量和误差 否则继续进行慢加料 当每台称的给料机都完成加 料工作后 配料生产线的控制系统对各个配料秤校验 核对各个成分的称量值是否在 内蒙古科技大学毕业设计说明书 毕业论文 10 允许误差之内 校验满足精度要求后 且传输皮带开 混合机开 混合机空 混合机 关门等条件满足 便发出允许排料信号 如果某台称的称量值有不足或过量的情况 则按下述方式处理 称量值不足时 如稍大于允许误差值 则给料机以慢速缓慢加料 直到达到允许误差范围之内 若是 慢速缓慢加料仍然未能达到允许误差 则报警 称量系统进入状态 由操作人员到现 场处理 排除故障后 系统才继续运行 如果超过量小于某一规定值 则其他各称在接到相应的信号后自动增加配料量 以保证配方正确 然后才允许排料 如果超过量是在 3 10 之间时 则发出信号询问 是否废弃本次称量的原料 如果不同意废弃 则按小过量方式处理 如果同意废弃 则按废料处理 如果超过量为 10 以上 控制系统自动将本次称量的原料作废料处理 一次称量法要求排料时称量斗必排空 才能保证称量精度 为避免粘料 配料秤斗壁 上一般都装有舱壁振动器 若排料后的称量控制系统检测发现称量斗壁上有粘料现象 则发出信号使舱壁振动器工作几秒钟后再进行检测 当振动若干次仍无效果 则报警 由操作人员到现场处理 增量称量法的优点是投资较少 控制比较简单 一旦发生超差 可以及时补救 增量称量法对于湿度小 不易黏结且用量不大的物料较为适用 但是称量斗 对于一 些粘性强 湿度大的物料存料比较严重 尽管有时称量是准确的 但排料时可能一部 分物料沾到称量斗上而未进入混合机 因此参加混合的物料有可能超出误差范围 造 成配合料质量的下降 残量卸料称量法及控制原理 这是一种增量法的改良方法 因增量法称量原料 多采用卸空法排料 简单说也就是将物料加到规定称量值以后 称量系统控制停止加 料 开始卸料到卸完物料 完成一个称量周期 但含有一定水分的原料和粘性强的原 料不宜采用 在生产中 一些厂家针对增量法的弊端将其进行了改良 把原来的排料方式由卸 空法改为残量卸料法的称量工艺 称量系统部分物料易于残留在称料斗内 所以在称 量时索性多加上一定量的物料 把多出的物料留于称量斗内 其称量过程是 首先在 应配料的基础上加上一定量的物料残留量作为满载的首次剂量值 当物料卸至此计算 值时 系统控制停止卸料 完成一个配料周期 因为这种称量方式对每种物料进行两 次称量 所以延长了称量的周期 但这种方式很大程度的提高了配料系统的称量精度 内蒙古科技大学毕业设计说明书 毕业论文 11 减量称量法及其控制原理 在称量过程中 由称量斗排出的物料量为最终配方 值 这种称量方式称为减量称量法 假定要称量 X kg 的原料 先通过给料机向称斗加 料到 A kg 然后由称量斗出料口处的给料机往外排料 知道称量斗中还残留 B kg 料时 停止排料 使 X A B 称量斗中残留的数量一般为额定称量值的 1 4 1 5 减量法称量 可以使粘附在称量斗壁上和称量斗中的残留物料量不会影响称量精度 这种称量方式 比一次称量方式多用了一台给料机 但却能保证达到 很高的称量精度 现代玻璃生 产中减量称量法已被普遍采用 减量法称量是在系统启动之后 首先检查物料仓和配料称中的残留料量 若正常 就启动物料仓振动器及给料机向称量斗中快速加料 因为减量法的称量精度由称量斗 加料后的称量值和排料后的称量值的差决定的 所以这里不用在临近设定值时切换到 慢加料 控制好排出的量就可以了 关键是设定好卸料值 为了获得一定的配料精度 减量法的排料应该有快 慢排料切换 即得到允许的排料命令时先快速排料 配料秤 的重量随之减少 当称量控制系统判别排料值已经达到应排值的 90 则排料机即由 快排料改为慢排料 当排料值达到设定排料值时 排料机停止工作 并将出口处的快 速断流闸板关闭 减量称量法的优点 由于排料为称量过程 消除了称斗中粘料误差 提高了动态 精度 其次排料时使用输送设备 可以使物料平稳落下 并可控制排料顺序和速度 使物料形成夹层状 起到预混的作用 这样使系统的精度大大提高 但是由于排料是 最终排料量 所以一旦出现误差很难补救 因此 减量称量法时对其设备的要求是很 高的 其造价高于增量称量法 2 2 3 混合控制系统混合控制系统 混合过程是混合和分料的过程 达到最佳混合均匀度的混合时间为 3 5min 适当 的混合时间可以保证各种原料颗粒的均匀分布 过短的混合时间无法达到这一要求 过长的混合时间不利于提高混合质量 因此过短或过长的混合时间都会导致配合料均 匀性变差 加水量计算按照配合料中的含水量要求 计算机自动调整配合料的加水量 保证 配合料中的含水率不变 定时加水通长作为定量加水的后备方式 确定即使加水系统 出现故障还能够加水 为了保证加水量的准确性一般多选择定量加水方式 2 2 4 碎玻璃控制系统碎玻璃控制系统 碎玻璃通常在窑头加入 经碎玻璃称称量后 配料输送过程中将称量好的碎玻璃 内蒙古科技大学毕业设计说明书 毕业论文 12 均匀加入 和配合料一起加入到窑头仓中进行熔炼 一般在配合料的输送皮带上加接 触式传感器 当配料和传感器接触时向碎玻璃料斗发出卸料信号 排出的碎玻璃均匀 的撒在配料上 2 2 5 输送控制系统输送控制系统 输送系统是将配合料经混合机排出后 通过原熔皮带 提升皮带装置将原料最终 送入到玻璃熔窑的过程 1 传送带常见故障 打滑 为防止皮带打滑常常采用防滑套将传送带与皮带之间的打滑现象减到最 低限度 常采取的措施有 检查装置的调节机构是否需要加以紧固 绷紧上下传送带 磨粗或更换现有防滑套表面 检查驱动齿轮的磨损情况等 传送带与纸板之间打滑 挂面纸板与热板之间产生的摩擦过大是传送带与纸板 之间打滑的主要原因 2 传送带跑偏 传送带边缘开线 如果使用帆布传送带时出现边缘开线问题 表明可能有跑 偏的问题 这时应调整压力辊 以及调整驱动轮等对机器做一些较小的调整 传送带边缘弯曲 用一支铅笔在带边内约 6 英寸 15cm 处划线 然后测量该线 横向移动量来检查传送带边缘是否弯曲 任何情况下传送带的横向移动量应在1 4 英 寸 0 6cm 之内 传送带斜行 机器一般都会有一定的对角线偏斜 可能会影响纸板的运行轨迹 导致进纸时偏心 以至出纸时正对准中心 这可以通过调整压力辊来补偿 3 启动 对于刚启动的机器 传送带可能会有不规则的偏轨 可能是因为蒸汽 的热度不均匀 也可能是停机过程中因传送带的张力减少而变松弛 并直接暴露给热 源 这种情况经最初的几小时后会逐渐消失 因此需要经常保持传送带的张力 4 经过紧带机构时跑偏 这是由于传送带在经过紧带机构时各轴内在的扭曲引 起的 可以在活塞机构的另一端安装一个松紧扣来解决这个问题 调整消除轴的扭曲 2 2 6 排料系统排料系统 排料可以是称重设备或排放设备 通常由排空阀门 电磁振动给料机 螺旋给料 机 电动阀门等组成 内蒙古科技大学毕业设计说明书 毕业论文 13 2 2 7 中心控制系统中心控制系统 配料中心控制系统由称量仪表 上位工控机 可编程控制器及其他控制器件组成 在分布式控制方式中 由可编程控制器组成系统下位机 每台控制器直接控制一台秤 实现一条物料线的定量给料 系统的上位机一般采用工业控制计算机 一台上位机连 接多台下位机 用于生产线的集中管理 在玻璃配料控制系统中 西门子的可编程序控制器在现场进行数据的采集 处理 和控制 同时和上位机进行通讯以交换系统运行中产生的数据 在上位机中 监控软 件的首要任务是实现与系统管理者之间良好的人机接口 以文字和图形实时地反映整 个系统的现状 此外要及时地向下级 PLC 传递系统的设定和操作命令 在需要的时 候自动执行关键性的操作 因此 上位机除了接收可编程序控制器传送过来的数据并 进行显示外 还能对现场数据进行保存 查询并进行诸如称重管理和配方设定等 此 外 还要求对整个系统进行模拟显示并实现报警功能 综上所述 上位机实现的主要 功能如下 1 接收操作人员设定的生产参数 并对控制参数 系统标定进行在线与储存 能 实现监控系统自动 半自动 手动操作模式间的切换 2 具有报表生成功能 时有适时报警功能 系统输出的报表可按时间 配方号 工程名称 施工单位等可选择的输出报表 3 能进行数据库存储与访问 其数据库在每次系统运行时的自动创建并按秒级记 录 现场数据的存储 4 实现不同级别的系统管理权限 系统操作员可对配方进行输入和修改 具有权 限的工程师可根据实际情况对控制软件和下位机软件进行修改 2 3 变频器变频器 2 3 1 通用变频器通用变频器 MM440 变频器应用高性能的矢量控制技术 采用微处理器控制 并且采用具有现 代先进技术水平的绝缘栅双极型晶体管 IGBT 作为功率输出器件 所以 MM440 变频器具有很高的运行可靠性和功能多样性 由于脉冲宽度调制的开关频率是可选的 因而降低了电动机的运行噪声 全面且完善的保护功能为变频器和电动机提供了良好 的保护 MM440 变频器适用于三相电动机速度控制和转矩控制的变频器系列 功率范 围涵盖 120kW 至 200kW 恒转矩方式 或 250kW 变转矩方式 的多种型号可供用户选用 内蒙古科技大学毕业设计说明书 毕业论文 14 当 MM440 变频器使用默认的工厂设置参数时 可方便地用于传动控制系统 由于 MM440 具有全面完善的控制功能 在设置相关参数以后 也适用于需要多种功能的电 动机控制系统 MM440 变频器既用于单机驱动系统也可集成到自动化系统中 主要技 术规格有一下几种 1 电源电压和功率范围 单相 交流 220 240 10 恒转矩 0 12kW 3 0kW 三相 交流 220 240 10 恒转矩 0 12kW 4 5kW 变转矩 5 50kW 45 0kW 三相 交流 380 480 10 恒转矩 0 37kW 200kW 变转矩 7 50kW 250kW 2 输入频率 47 63Hz 3 输出频率 0 650 Hz 4 功率因数 0 98 5 保护特征 过电压 欠电压保护 变频器过热保护 接地故障保护 短路保护 电动机过热保护 电动机失步保护 2 3 2 MM440 特点特点 1 易于安装 调试和设置参数 2 牢固的电磁兼容性设计 3 可以通过中性点不接地电源供电 4 对控制信号的响应是快速并且是可重复的 5 参数设置的范围很广 6 具有多个继电器输出 7 具有多个模拟量输出 0 20mA 8 脉宽调制的频率高 因而电动机运行的噪声低 内蒙古科技大学毕业设计说明书 毕业论文 15 9 内置的 RS485 串行通信接口 10 2 路模拟输入 IN1 0 10V 0 20mA 和 10 10V IN2 0 10V 0 20MA 11 详尽的变频器状态信息和全面的信息功能 12 变频器参数设置 变频器的参数只能用基本操作面板 BOP 高级操作面板 AOP 或者通过串行 通讯接口进行修改 用 BOP 可以修改和设定系统参数 使变频器具有期望的特性 例如 斜坡时间 最小和最大频率等 选择的参数号和设定的参数值在五位数字的 LCD 可选件 上显示 r 表示一个用于显示的只读参数 P 是一个设定参数 P0010 起动 快速调试 如果 P0010 被访问以后没有设定为 0 变频器将不运行 如果 P3900 0 这 一功能是自动完成的 P0004 的作用是过滤参数 据此可以按照功能去访问不同的参数 如果试图修改一个参数 而在当前状态下此参数不能修改 例如 不能在运 行时修改该参数或者该参数只能在快速调试时才能修改 那么将显示 快速调试参数设置 P0003 1 标准级 P0010 1 快速调试 P0100 0 kW 50HZ P0300 1 1 异步电机 2 同步电机 P0304 电动机额定电压 P0305 电动机额定电流 P0307 电动机额定功率 P0310 电动机额定频率 P0311 电动机额定速度 P0700 1 基本操作面板方式 BOP P1000 3 固定频率设定值 P1080 电动机最小频率 内蒙古科技大学毕业设计说明书 毕业论文 16 P1082 电动机最高频率 P1300 0 线性 V f 控制 根据控制对象运动特性选择 P1910 0 自动检测禁止 P3900 1 方式 1 2 3 第三章第三章 设备选型设备选型 3 1 称重传感器称重传感器 3 1 1 称重传感器技术称重传感器技术 称重传感器是通过把被测量的质量转换成另一种被测量来测量质量的传感器 15 称重传感器是电子秤的重要组成部分 它把被称物体的重量转换成电信号 经过处理 后指示出来 所以称重传感器的好坏很大程度的决定了电子秤的精确度 近年来 由静态称重向低速动态称重 动态称重和快速称重的发展是电子称重技 术和电子衡器产品的一个重要发展方向 且应用领域逐渐扩大 对称重传感器不仅要 求准确度高 稳定性好 工作寿命长 而且还有很多新的要求 如耐压 防爆 防腐 蚀 耐高温 动态响应快 稳定时间短等 16 根据当今国内外称重传感器技术与工艺 的发展动向 结合电子称重技术和电子衡器产品的新需求 总结出称重传感器技术动 向如下 1 小型化 小型化是指称重传感器的体积小 高度低 重量轻 不同结构的电子衡 器有不同的需求 便携式静动态轮重秤要求高度为 20 mm 左右的低外形蝶式称重传感 器 天车秤 抓斗秤要求薄形 超薄形板式称重传感器 一些大型电子衡器为使其重 心低稳定性好也要求称重传感器体积小 高度低 变形小容量大 2 集成化 集成化包含两种 一种是结构集成化 即将称重传感器弹性体与秤体 承力 传力 支承等一体化 形成一个整体结构的称重传感器 另一种是功能集成化 即将重量信息摄取 放大 变换 传输 信息处理和显示都集于一体或将称重传感器 秤体和称重显示控制器合三为一 3 多功能化 多功能化也包含两种 一种是称重传感器除了具有检测重量信息的 功能外 还要有能检测其它信息的功能 比如说电子吊秤用称重传感器不仅能检测重 量信息还能检测加速度信息 另一种是称重传感器本身除了具有检测功能外还应具有 内蒙古科技大学毕业设计说明书 毕业论文 17 信号处理等其它功能 4 智能化 智能化传感器能够完成信号探测和处理 逻辑判断 双向通讯 自检 自校 自补偿 自诊断和计算等全部或部分功能 智能传感器主要是数字式传感器 随着时代数字信息的发展 在工业过程检测和称重计量与控制系统中 数字化电子衡 器和数字称重系统的日益增多 所以这就要求数字式智能称重传感器的相关技术与配 套仪表要尽快发展 3 1 2 称重传感器选型称重传感器选型 称重传感器能够实现对物料的快速 准确的称量 影响着配料的精度 目前最常 用的是电阻应变式称重传感器 电阻应变式称重传感器的工作原理 17 图 3 1 电阻应变式传感器工作原理图 图中 R1 R4 为电桥测量电阻应变片 RD 为初始不平衡补偿阻 RT 为零点温度补 偿电阻 RE 为输出灵敏度温度补偿电阻 四片电阻应变片分别粘在传感器梁的上下平 面 即连成惠斯登电桥 当被测物的重量通过传感器作用在粘有电阻应变片的弹性梁 时 使其弯曲变形 弹性梁变形大小和外加载荷成正比 此时 电阻应变片产生电阻 应变 且与梁变形成正比 则粘贴在梁平面的 R1 R2 电阻应变片阻值增加 R3 R4 电阻应变片阻值减小 电桥失衡 对角端有不平衡电压输出 其输出的不平衡电压值 正比于被测物重量 2 型号的确定 选择 METTLER TOLEDO 公司的 TSC 系列称重模块 计量精度在动态时 连续进 内蒙古科技大学毕业设计说明书 毕业论文 18 料 放料 时可到 2 1000 在静态 进料 放料再进料 时可达到 1 2000 或更高 3 2 给料设备选型给料设备选型 本设计的玻璃配料系统喂料和排料机构是采用 GZ 系列的电磁振动给料机 其内 部结构如图 3 2 所示 该电磁振动给料机由铁芯 线圈 衔铁和复位弹簧构成 线圈中 电流变化和磁场变化引起衔铁的振动 从而使料斗跟着振动 加料量随其振幅大小相 应变化 图 3 2 GZ 系列电磁振动给料机原理图 GZ 系列电磁振动给料机与其它给料设备相比 具有以下特点 1 体积小 重量轻 结构简单 安装方便 无转动部件不需润滑 维修方便 运 行费用低 2 电磁振动给料机由于运用了机械振动学的共振原理 双质体在低临界近共振状 态下工作 因而消耗电能少 3 由于可以瞬时地改变和启闭料流 所以给料量有较高的精度 4 本系列电磁振动机的控制设备采用了可控硅半波整流线路 因此在使用过程中 可以通过调节可控硅导通角的办法方便地调节给料量 并可以实现生产流程的集中控 制和自动控制 5 由于给料槽中的物料在给料过程中连续地被抛起 并按抛物线的轨迹向前进行 跳跃运动 因此给料槽的磨损较小 内蒙古科技大学毕业设计说明书 毕业论文 19 3 3 各元器件选型各元器件选型 3 3 1 低压断路器低压断路器 低压断路器又称自动刀开关 起接通和分断负载电路的作用 也能用来控制不频 繁启动的电机 低压断路器有过载保护 短路保护 欠电压保护等 低压断路器分断 能力强 动作值可调 操作方便 所以根据玻璃配料生产的要求选用 HR3 100 型号的 熔断式刀开关 18 表 3 1 熔断式刀开关 3 3 2 熔断器熔断器 熔断器在电路中可以起到短路保护的作用 是一种简单有效的保护电器 熔断器 是由熔体组和包熔体的绝缘管组成的 熔体串接于被保护的电路中 当电路发生短路 故障时 熔体瞬间被熔断分断电路 起到保护作用 所以根据玻璃配料生产的要求选 用 RM 15 型号的熔断器 表 3 2 熔断器 3 3 3 中间继电器中间继电器 中间继电器实质上是一个电压线圈继电器 在控制回路中期信号传递 放大 翻 转和分路等中继作用 主要用来扩展触点数量 实现逻辑控制 她具有触点多 触点 容量大 动作灵敏等特点 中间继电器选用时要注意线圈的电流种类和电压等级应与 型号约定发热电流 A 额定熔断短路电流 kA 接通能力 A 断开能力 A HR3 10010050 25100100 HR3 20020050 2515 25015 250 型号额定电压 V 额定电流 A 额定电流等级 A 极限分断能 kA RM 15220156 10 151 2 RM 603806015 20 25 30 40 50 60 3 5 内蒙古科技大学毕业设计说明书 毕业论文 20 控制电路一致 另外 要根据控制电路的需求来确定触点的形式和数量 中间继电器 没有主 辅之分 额定电流约为 5A 所以本次设计选用 JZ7 44 型号中间继电器 表 4 1 JZ7 系列中间继电器的技术数据 触点对 数 型号触点额定电 压 V 触点额定电 流 A 常 开 常 闭 吸引线圈电压 V额定操作频 率 JZ7 4444 JZ7 6262 JZ7 80 5005 80 12 36 220 3 80 1200 次 h 3 3 4 接触器接触器 接触器是一种能自动接通或者断开大电流的电器 不仅可以频繁的接通 分断交 直流电路 还可以实现远距离控制 它的主要控制对象是电机 接触器的过载能力强 控制容量大 设备简单 寿命长 是电力拖动自动控制线路中广泛使用的电器元件 所以根据玻璃配料生产的要求选用 CJ20 16 型号的接触器 表 3 3 接触器 型号额定电压 V 额定电流 A 可控制电动机最大功率 kW CJ20 63220 380 6 3 6 3 1 7 3 CJ20 10220 380 10 10 2 2 4 4 CJ20 16220 380 16 16 4 5 7 5 3 3 5 热继电器热继电器 热继电器主要用于电力拖动系统中电动机负载的过载保护 实际运行中 电动机 经常会遇到过载情况 只要过载时间短 情况不严重 绕组不超过允许的升温都是允 许的 但如果过载时间长 情况严重 就会加速电机绝缘的老化 缩短使用寿命 甚 内蒙古科技大学毕业设计说明书 毕业论文 21 至烧毁 所以必须要接热继电器对电动机进行过载保护 根据玻璃配料生产的要求选 用 J16 型号的热继电器 表 3 4 热继电器 热元件型号额定电压 V 额定电流 A 最小规格 A 最大规格 A 档数 200 25 0 3514 2212 6014 2240 634JR16380 15040 63100 1604 第四章第四章 配料系统控制软件配料系统控制软件 4 1 可编程控制器可编程控制器 可编程控制器 PLC 是以计算机技术为核心 集现代控制技术 通信技术为一 体的先进工业自动控制装置 可编程控制器抗干扰能力强 编程简单 使用灵活 控 制系易于设计 通用性好 联网功能强 因此 在各行业中得到了广泛的应用 成为 工业自动化应用技术支柱之一 19 4 1 1 可编程序控制器的产生可编程序控制器的产生 早期的顺序控制器主要由继电器组成 系统复杂程度不高 自动化水平有限 构 成的控制系统按设定好的时间和条件顺序工作 满足不了工业生产自动化水平不断提 高的要求 电子技术和计算机技术的发展有可能满足这种需求 1968 年美国通用汽车 公司为了适应生产工艺不断更新的需要 从用户角度提出了新一代控制器应该具备的 十大条件 即 编程方便 并可在现场修改程序 维修方便 采用插件式结构 可靠 性高于继电器控制装置 体积小于继电器控制盘 成本可与继电器控制柜竞争 具有 通讯功能 可将数据直接送入管理计算机 可以使用 115V 交流输入电压 输出采用 115V 交流电压 能直接驱动接触器 通用性好 易于扩展 用户程序存储器至少能扩 展到 4KB 1969 年 美国数字设备公司研制出了世界上第一台可编程序控制器 并在 生产中得到应用 23 PLC 自问世以来得到了迅速的发展 1971 年 日本开始生产可编程控制器 1973 年 欧洲开始生产可编程控制器 我