基于PLC的矿渣水泥生产线论文

1、唐 山 学 院毕 业 设 计设计题目：矿渣水泥生产线自动控制系统设计系 别： 机电工程系 班 级：姓 名：指 导 教 师： 王天杰 2011年06月5日基于PLC的矿渣水泥生产线自动控制系统摘 要矿渣水泥又称作矿渣硅酸盐水泥，它是生产过程是利用水泥熟料与粉磨后的矿渣按照工艺要求进行配比混合，制造出来的高性能的成品水泥。随着现代工业的发展以及各国对资源循环利用的要求，生产低成本、高性能的水泥迫在眉睫。随着计算机技术和PLC技术的飞速发展，以及国内外的组态软件不断完善，矿渣水泥生产线自动控制系统也在不断改进。PLC控制正在成为工业控制领域的首要选择。它可以用于各种规模的工业控制场合，在各个领域都发

2、挥着巨大的作用。组态王监控组态软件是面向生产过程集监控与数据采集为一体的软件平台工具，利用人机图形界面可以把PLC与组态王软件的完美组合，通过组态软件完成对PLC及其它智能设备的I/O 数据进行监控。这种控制系统由于极高的可靠性，强大的功能以及其低廉的价格受到越来越广泛的应用。本文着重介绍利用PLC及组态王监控组态软件来实现矿渣水泥生产线的自动控制。首先根据矿渣水泥生产线工艺流程及技术要求，确定具体的控制方案。阐述了控制系统要实现得主要功能、控制回路设计、硬件的选择以及软件的设计。其中主要包括PLC机型的选择、低压电气元件的选择、I/O端口的分配、电气原理图的绘制、电气接线图的绘制、PLC梯形

3、图程序的设计等。并用组态软件完成组态演示。本次设计利用S7-300系列PLC和组态王6.53软件设计整个控制系统，来实现对矿渣水泥生产线全部动作的控制和计算机动态显示。关键字：矿渣水泥 控制系统 PLC 组态软件 The control system of slag cement production line based on PLCAbstractThe process of slag cement production is using cement clinker grinding and slag in accordance with the requirements for mix

4、ing ratio, to create cement products with high performance.With the development of modern industry and the requirements of the circular economy development in each country , to create production of low cost, high performance of slag cement is imminent.In recent years, along with the rapid developmen

5、t of computer technology and the PLC technology, and the constant improvement of the configuration software, slag cement production line control system in the control plan is continuously improving. PLC control is becoming the mainstream of industrial control equipment, and it can be used to control

6、 various scale of industrial control. It playing a more and more important role in each field. Control configuration softwares are software platform tools ,which face production process monitoring and control and data acquisition, solving the problem of man-machine graphical interface. As PLC combin

7、ed with the control configuration software perfectly, the control system through using configuration software to monitor and control PLC and other intelligent device of I/O data is more and more widely. This paper introduces the design and realization method of slag cement production line control sy

8、stem using PLC and control configuration software.According to the process and technical requirements of the control system of slag cement production,I have determined specific control scheme, expounded the main functions of the control system, the control circuit and the design of software and hard

9、ware, including the choice of PLC, type of I/O port distribution, electrical schematic diagram of the drawing, electrical wiring diagram of drawing and PLC program design, ladder diagram of electrical components etc. This design completed the whole control system by S7-300 series PLC control system

10、and kingview 6.53, realizing the slag cement production line automatic control of all the movements and computer displays, thus finishing the work in process monitoring. Through simulation and experimental system for presentation.Key words: slag cement control system PLC configuration software 目 录1引

11、言11.1课题研究的背景及意义11.2水泥工业自动化的发展及现状12文献综述32.1现代监控系统32.2水泥生产线自动控制系统设计思路及特点53矿渣水泥生产线控制系统总体设计53.1 水泥生产工艺介绍53.2监控系统具体方案及特点73.3水泥生产自动控制过程84监控系统硬件设计94.1 可编程控制器的选型94.1.1 PLC的系统组成及各部分的作用9 PLC具体型号的选择94.2上位机的介绍10上位机在控制系统中的作用10上位机的选择114.3通讯网络的介绍114.4系统生产设备的简介12螺旋输送机的选型12斗式提升机的选型12搅拌机的选型12电振机的选型13称重表的选型13各种低压电器的选型

12、144.4.7电动阀门与电磁阀门的区别155监控系统软件设计165.1上位机组态软件的设计16组态软件概述165.1.2 组态软件的特点16本次设计中的组态显示175.2下位机PLC软件的设计215.2.1 PLC软件流程框图215.2.2 报警设计225.2.3 PLC的编址与I/O分配235.2.4 PLC顺序功能图255.2.5 PLC梯形图设计286总结31谢辞32参考文献33附录34外文资料41译文461引言1.1课题研究的背景和意义水泥是极其重要的建筑和工程基础材料，它被称为建筑工业三大基本材料之一。随着国民经济的发展，水泥获得越来越广泛的应用，在国民经济中具有举足轻重的地位。虽然

13、现在我国的水泥产量居世界第一，但因此引起的严重环境污染和高额的能源消耗与当前建设绿色环保型社会格格不入。只有尽可能的提高生产效率、减少水泥废料的排放、竭力降低不必要的损耗才能使得社会进入一个可持续发展的良性循环，为今后的发展提供必要的条件。如今全国现有的大部分水泥企业生产设备落后，自动化控制水平低，仍然采用常规的继电器、接触器加模拟仪表控制方式，严重影响了水泥生产效率的提高。 熟料粉和矿渣粉按照不同比例混合经搅拌机搅拌形成不同品种、不同等级的水泥。因此，水泥生产配料的合格率是影响水泥锻烧质量的重要因素。配料系统是实现生产过程控制和质量控制的关键环节。同时，它也是实现生产过程自动化、安

14、全稳定生产和节能降耗的重要技术手段。所以，为了提高生产效率、降低能源消耗，必须加强对水泥配料生产过程的自动控制。计算机监控在生产过程中起着至关重要的作用，它提高了水泥生产的可靠性，降低了人为因素对生产造成的不利影响，同时还减少人力投入，降低人工成本。而且，如今工业生产的速变性、复杂性、连续性，都需要对生产过程进行快速、准确的控制。现代的先进的计算机控制系统能很好的完成此项任务。及时对参数的调整对生产过程的协调控制、对设备故障的快速检测等优点为先进的水泥生产管理提供了保障，为企业适应当前激烈的竞争增加了重要的砝码。1.2水泥工业自动化的发展及现状 自从1824年英国人阿斯普丁发明水泥以来，水泥工

15、业经过了将近200年的发展，已经更加系统化、智能化、规模化。自动化在水泥工业的应用极大的促进了水泥的应用。水泥工业最初的控制基于传统仪表的模拟控制，产量很低。初步发展在20世纪70年代，当时工业自动化经过发展，基于生产过程的逻辑控制已经初步产生，由中央计算机控制模拟信号的输出来控制设备的自动运行。但过低的稳定性使水泥工业并不能完全大规模生产。不久可编程控制器（PLC）开始应用于工业生产的自动化领域，但早期的PLC只能进行简单的逻辑控制及定时、计数功能。集散型控制系统(DCS)的发展促进了水泥工业自动化的进程，但其昂贵的价格限制了其发展。随着计算机技术的发展，微处理器的引入使PLC增加了运算、数

16、据传送及处理等功能。在国内水泥工业自动控制领域， PLC控制生产工艺的方法占首要地位。于PLC控制相比纯DCS控制系统侧重于多种PID算法、比值控制、串级调节等功能，成本较高。而PLC以其极高的运算速度，小巧的体积，可靠的稳定性，极低的价格逐渐奠定了它在现代工业领域中的地位。未来水泥企业更加大型化、集团化、智能化，控制系统也应向简明化、集中化发展。实现统一的数据管理、通信管理、控制管理，而且系统网络的建立应该以互联网作为基础连接各站、节点，提高通讯速率。国内于1889在唐山开平煤矿附近建立第一个“细绵土”厂，即以后的启新洋灰公司。由于资金的缺少和国际环境的原因，中国水泥自动控制与发达国家相比发

17、展很慢，现在的中小型水泥厂自动控制系统只是基于简单的继电器、接触器的PLC控制，自动化程度很低，从而造成污染严重，能耗较高，效率底下等问题。所以提高自动化程度是国内中小型水泥厂面临的严峻问题。随着计算机技术的快速发展，如今基于PLC的控制系统多采用“PLC+计算机组态画面显示”的方式来实现对工业生产的自动监控。基于PLC的自动控制系统以其低成本、高速率、范围广、永远在线和便捷的优点在工业自动控制中起到了越来越重要的作用。而组态监控软件的应用，是控制更加便捷，简明，迅速。如今对于整个控制过程中以开关量输入/输出约占75%的中小规模水泥厂来讲，从节省投资的角度来考虑，选择PLC+组态画面的控制系统

18、是非常合理的。例如:目前700t/d的水泥采用PLC控制系统大约只需190万元，远远低于纯DCS的自动控制系统。这对于企业具有非常现实的经济意义。本系统以S7-300 PLC为核心，以工控机画面实现人机交互来完成对矿渣水泥生产过程的监测与控制，硬件结构简单，操作方便，抗干扰性强，控制安全可靠，调节灵活，且经济实用，具有广阔的应用前景。2文献综述2.1现代监控系统目前国内外监控系统的主要形式有以下几种:1)一般集散控制系统(DCS)集散控制系统(DCS)在工控系统中应用较多。其以集中管理、集中操作、功能分散、危险分散的优点适应了工业自动化的要求。它由三大部分组成: 分散过程控制装置、集中管理装置

19、和通信系统。DCS与生产过程之间通过分散过程控制装置控制，即把工业生产中的各种过程变量通过分散过程装置转化为监控数据，而操控的各种指令也通过分散过程控制装置送达到各个执行机构。集中管理装置是设备的操控人员与监控系统之间的交互界面。操控人员通过集中管理装置来了解生产过程的运行状况，并通过它向生产过程发出操作指令。而且生产过程的各种参数都在操作管理装置上显示，以便于操作人员的监视和操作。通信系统起沟通协调操作管理装置和分散过程控制装置的桥梁作用。DCS控制系统的优点是控制功能强，可实现复杂的控制规律，如串级、前馈、解耦、自适应、最优和非线性控制等，也可实现顺序控制。但其主要缺点DCS种类繁多，不同

20、的厂家有不同的通信方式，这造成不同厂家的DCS之间难以实现互联和信息共享。如此来看DCS不是完全开放的。而且从现场设备到控制室信号电缆接线过多，造成资金投入量很大，且系统维护起来也很困难。2)基于工控机(IPC)的分布式控制系统基于IPC的分布式控制系统结构往往采用嵌入式结构特点，并结合Ethemet技术构成分布式网络，实现模块化和组合化。在硬件方面，许多工控硬件公司相继推出了符合IPC标准的各种控制模块，例如I/O卡、A/D卡、D/A卡等。可以根据需要购买相应的模块插到IPC的扩展槽中，搭建起自己的工业控制系统，实现“即插即用”(Plug and Play)。在软件方面，国际、国内有众多的基

21、于PC机平台的工控软件，如InTouch人机接口软件包、KingView工控软件包、WinCC工控软件包等，这些成熟的工控软件极大地节省了工控应用软件的开发时间。利用IPC丰富的软硬件资源可组成各种控制装置、各种数据采集装置和计算机监控系统等。应该说IPC是分布式控制系统的理想平台之一，但是系统的可靠性不高，一旦IPC出现故障系统就陷入瘫痪，而且可维护性较差。3）基于一般PLC的自动控制系统PLC控制系统从开关量控制发展到顺序控制、运算处理，是从下往上的。逻辑控制、数据控制、定时控制、步进(顺序)控制、 计数控制、连续PID控制。而且PLC具有数据处理能力、 通信和联网等多功能。可用一台PC机

22、为主站，多台同型号PLC为从站，构成主从结构的PLC控制网络。缺点主要是控制功能单一，程序运行负担较重，人机交互苦难等问题。PLC系统与DCS系统的结构差异不大，只是在功能的着重点上的不同，DCS着重于闭环控制及数据处理。PLC着重于逻辑控制及开关量的控制，也可实现模拟量控制。4)基于IPC+PLC的分布式控制系统成系统的控制站，IPC构成系统的操作站。过程的数据采集和过程控制都由PLC来完成，IPC完成数据显示、人机界面操作和对整个工艺、控制系统的管理，以及报表打印等，这种方式结合上述两种方案的优点。PLC原本用于代替继电器进行数字逻辑控制，但随着技术的发展，如今的PLC己经具备模拟量控制、

23、闭环PID控制、运动控制、数据处理、函数运算、通信连网等功能，其高度的可靠性和硬件组态的灵活性使它被广泛地应用于工业现场。在这种结构的分布式控制系统中，PLC一般用于底层的数据采集和过程控制、运动控制，实现控制算法等功能，而上位机主要用于人机交互，实现数据显示、工艺流程显示、报警以及报表打印等功能。由于工业生产现场的恶劣环境需要控制系统能够稳定的工作，而PLC是目前稳定性最高的。所以这种方案的整体可靠性是最高的，且系统在功能和结构上是分层分布的，这是目前工业生产中运用最多的结构。5)基于IPC+PLC+现场总线的分布式控制系统（FCS）FCS是由DCS与PLC发展而来，FCS不仅具备DCS与P

24、LC的特点，而且跨出了革命性的一步。与传统的基于PLC+PIC的分布式控制系统相比，PLC的地位和作用都发生了改变。在传统的分布式控制系统中，所有控制功能无论是最基本的控制算法的运算，还是各设备的数据的采集都是完全通过PLC来完成的，这导致其程序运行负担很重。而现场总线的引入，使底层的传感器、执行器等具备了一定的数据处理和控制功能，一些底层的控制功能就能由现场设备完成，PLC只需要负责完成协调功能和其它一些更高层的控制算法。FCS具有很好的开放性、互操作性和互换性。关键三点是：（1）FCS系统的核心是总线协议，即总线标准。采用双绞线、光缆或无线电方式传输数字信号，减少大量导线，提高了可靠性和抗

25、干扰能力。（2）FCS从传感器、变送器到调节器一直是数字信号，这就使我们很容易地处理更复杂、更精确的信号，FCS系统的基础是数字智能装置。（3）FCS将PID控制彻底分散到现场设备（Field Device）中，即FCS系统的本质是信息处理现场化。这种结构适合于I/O点数多且分布分散、工艺比较复杂的工业控制过程，尤其是那些对各回路之间联系密切、协调性要求比较高以及有特殊控制要求的生产过程。2.2水泥生产线自动控制系统设计思路及特点（1）利用集中控制系统对水泥生产线监控。其主要特点是由单一的计算机完成对水泥生产线设备自动控制的所有功能。其主要控制包括过程数据的输出输入、对控制回路的闭环控制、实时

26、数据的处理与保存、历史数据处理与保存、历史数据库的管理、报警与日志记录、报表等。由于单一计算机执行的任务复杂繁重，可靠性很低。该种控制方法早已淘汰，不予考虑。（2）利用集散控制系统对水泥生产线监控，其主要特点是1)针对过程量的输入、输出及控制过于集中的问题，设想使用多台计算机分担过程量的输入、输出和控制等功能，而且各台计算机的地位平等，在运行中互不依赖。这样如果有1台计算机失效只会影响到自己所承担的那一部分功能，不会破坏整个系统。2)由于不同的计算机有自己不同的作用，使每台计算机的运行单一化，这样不仅提高了单台计算机的运行效率，还增加了软件的可靠性。3)随着科技的进步，控制系统同样需要改进和更

27、新。计算机网络能够完成系统的更新问题，而且计算机网络设备相对简单、可靠、扩展性强、投资较小。(3)利用现场总线控制系统对水泥生产线监控，其主要特点是1）能同时传送多个过程变量数据，可以实现整个水泥生产线的故障在线检测。2)用数字信号代替420mA模拟信号，提高了系统精度，而且把线性化、工程量转换、补偿校正、报警处理等功能赋于现场仪表，使现场仪表具有一定的可靠性和自主性。3)由于现场总线是双向传输的，所以可从中控室对现场仪表进行调整和标定。这种控制方案适用于现场设备类型多样、I/O点数多且分布分散、PLC程序设计繁重的复杂控制系统。针对水泥配料系统的实际情况，本着实用、经济、先进的设计思想，控制

28、系统不仅要便于维护和扩展，还应设有各种权限，避免无关人员的误操作而引起系统的瘫痪。综合以上考虑基于PLC+工控机的控制方案以其强大的功能、高度的稳定行和性价比受到广泛应用。3矿渣水泥生产线控制系统总体设计3.1水泥生产的工艺介绍现代水泥生产一般分为主要包括矿石破碎及预均化、生料的制备、水泥熟料的烧成、水泥粉磨、成品的混合等过程构成。按照生产工艺流程可分为以下环节：破碎及预均化、生料制备、水泥熟料的烧成、辅助原料制备、水泥粉磨（石膏、粉煤灰等）原料配比混合、成品水泥入库 。由于水泥生产是一个连续的过程，生产线上主要物料运输设备出现故障都会造成整个生产环节的停产并带来经济损失，其中尤其以烧成系统影

29、响更为重大，窑的停产不仅是熟料产量上的损失，窑恢复正常运行还需要大量的时间和能源以及其它生产环节的协调。因此保证运输系统安全稳定的运行是水泥生产的关键。另外水泥生产线上的大型贵重机电设备保护亦非常重要。矿渣水泥是水泥中的一个重要品种，与普通水泥相比它可以配制高强、高性能混凝土；矿渣超细粉混凝土保水性、可塑性好，泌水少，具有较好的工作性；降低水化热，有利于防止大体积混凝土内部温升引起的裂缝；能产生较多的钙矾石结晶，从而补偿因混凝土中细粉过多而引起的干缩而且能够很好的抵抗海水侵蚀性，抗碳化、抗碱。 提高硬化混凝土的耐久性、耐磨性及经济性。本设计主要介绍 烧制熟料与水泥辅料混合形成成品水泥的生产控制

30、过程。矿渣水泥配料系统有水泥熟料库、矿渣辅料库、水泥成品库三个储库料仓，矿渣水泥的由水泥熟料+矿渣材料按一定的比例组成，经搅拌机搅拌后行成水泥成品。整个矿渣水泥生产线控制系统的工艺流程如图1-1所示。图1-1矿渣水泥生产线工艺流程图3.2监控系统具体方案及其特点在充分比较常用几种自动控制系统的优缺点后，结合水泥生料生产的工艺特点和经济性，决定整个控制方式为IPC(KingView工控软件包) + PLC(带模拟量输入输出模块)的分布式控制系统，系统的整体结构图如图1-2所示。该控制系统在总体上采用层次化结构，将整个系统自下而上分为3 个层次：现场设备层、过程控制层和集中操作监视层。而且每个层次

31、在结构上又是横向分散的，具有良好的可扩展性。每层在设计上是独立的，他们通过数据网络构成一个有机的整体。其中集中操作控制层由上位机对整个生产过程进行实时的控制管理，在本次设计通过组态王软件制作出人机界面模拟现场以利于更方便的操作；过程控制层即中间站，实质是中央控制机与下位机之间的通讯网络，具有定址双向通讯功能，支持实现中央控制机与下位机之间的管理与被管理、监控与被监控的关系；现场设备层是有下位机控制，它们将不同的状态变换成标准的电信号送到过程控制站，同时接收PLC发出的各种控制信号，实现对这些信号的调节。上位机控制打印显示RS485PLC控制系统水泥运输称重配比矿渣运输成品入库图1-2 系统总体

32、框图3.3水泥生产的自动控制过程在整个配料系统为了防止物料的阻塞，电气设备启动停止顺序为逆序启动，顺序停车。即启动时从流程的最后设备开始启动，停止时从开始进料的设备依此顺序停车。具体停车、启动时各台运输设备中间的间隔时间可以在调试时进行确定。在本次设计中，把整个流程分为4个部分：A是水泥熟料的运输区、B区是辅料矿渣运输区、C区是称重混合区、D区是成品水泥运输入库区。具体流程步骤为：启动时首先D区开动时：打开电动阀门Q7（电动机正转） 到达开限位 延时20秒 斗提D2启动 延时20S 螺旋输送机D1启动。D区设备正常开动完毕。然后C区搅拌机开始启动 延时20S A,B组设备顺序启动。A区开动时：

33、斗提A2启动 延时20S 螺旋输送机A1启动 延时20秒打开电动阀门Q2（电动机正转） 到达开限位。A区设备正常开动完毕。B区开动时：斗提B2启动 延时20S 螺旋输送机B1启动 延时20秒打开电动阀门Q1（电动机正转） 到达开限位。B区设备正常开动完毕。正常工作过程即C区设备循环运行过程：称重表设皮重K1=1 电磁阀Q3打开 达到第一个预定重量K3=1 电磁阀Q3关闭 称重表通道转换K2=1 电磁阀Q4打开 达到第二个预定重量K3=1 电磁阀Q4关闭 称重库电磁阀Q5打开电振机启动延时40S电振机停止 称重库电磁阀Q5关闭延时2分钟电磁阀门Q6打开延时40秒电磁阀门Q6关闭同时称重表设皮重K

34、1=1，行成一个循环。混料过程就是C区设备循环往复启动停止过程。停止时首先是A，B区设备顺序停止：A区设备首先关闭电动阀门Q1（电动机反转）达到关限位延时20S螺旋输送机A1停止延时20S斗提A2停止。A区设备正常关闭完毕。B区设备以相同的步骤停止。当A,B区设备全部停止后延时5分钟C区搅拌机停止。C区设备停止完毕。D区设备停止时：螺旋输送机D1停止延时20S斗提D2停止延时20S关闭电动阀门Q7（电动机反转）达到关限位。D区设备关闭完毕，在结束总电源。A、B、C、D四个区共有11台驱动电机，每台驱动电动机都设有一个速度继电器进行故障检测。在运行过程中，无论AD区中任何一台电机出现故障，系统都

35、会正常停车。手动操作：每台设备既能自动控制也能现场手动控制，通过转换开关进行自动、手动切换，所有设备都要求能在现场进行手动操作。4监控系统硬件设计4.1 可编程控制器的选择 PLC的系统组成以及各部分的作用PLC在生产中是一种通用的工业控制装置，其结构与一般的计算机系统基本相同。按结构形式的不同，PLC可分为组合式和整体式。组合式PLC将CPU单元、输入单元、输出单元、I/0单元、通信单元等做成相应的模块，各模块插在底板的插槽上，而且模块之间通过底板上的总线相连。底板上有电源接口。装有CPU单元的底板称为CUP底板，其它得称为扩展底板。CPU底板与扩展底板之间通过电缆连接。无论实际需要哪种类型

36、的PLC，都可以根据需要进行组装配合。组合式PLC主要是由电源、CPU、存储器和专门设计的I/O接口电路等组成。整体式PLC是将中央处理器(CPU)、电源、存储器、输入/输出单元、通信接口等组成一个整体，称为主机。另外主机还可以和独立的I/O扩展单元配合使用。主机中，CPU是PLC的核心，I/O单元是连接CPU与现场设备之间利用I/O单元连接，PLC与编程器和上位机等外部设备通过通信接口连接连接。 PLC具体型号的选择本次设计PLC型号-Siemens S7-300在PLC选型时要知道，整体式的PLC一般适用于工艺流程相对固定、维修量小、环境条件好的小型控制系统；模块结构的PLC适用于工艺流程

37、复杂、维修量大、环境条件差的大型控制系统。根据控制系统的要求考虑需要实现的功能，选择低档机、中档机还是高档。而且最好选择一款自己比较熟悉且性价比比较高的机型。而且，还要考虑I/O点数的要求，一般在确定控制系统必须的I/O点数后，还需要有15%-20%备用点数。同时，还要考虑PLC的存储容量，一般用户的存储容量=开关量输入点数×10+开关量输出点数×5+模拟量输入/输出点数×100字节，还要留有30%左右的的余量。如果I/O点数不够，可以酌情扩展模块。在综合考虑各大公司的主流PLC产品的性能和价格后，决定选用SIEMENS公司的S7-300系列PLC作为所选设备。S

38、IEMENS公司生产的SIMATICS7-300系列可编程控制器是西门子生产的中小规模控制核心，是其集成与开放特性的重要体现。模块化结构，高速指令运算速度；而且集联网通讯、故障自诊断于一身，取得了业绩公认的成就，完全能满足中等规模生产的控制要求。  西门子PLCS7-300系列PLC为还提供了种类丰富的扩展模块，例如单独的输入模块EM321（8/16/32路扩展输入）、单独的输出模块EM322（8/16/32路扩展输出）、I/O混合模块EM323（具有8I/O、16 I/O、32 I/O等多种配置）还有SM 327（具有8点输入+ 8点输入或输出）各不同扩展模块。其具体性能

39、见表4-1。表4-1 数字量模块性能一览表数字量模块型号EM321EM322EM323输入点数/点32无8/16输出点数/点无328/16功耗典型值6.5W6.6W3.5W/6.5W输入电压24V DC30V DC(最大)输出电压24V DC20.4V22.8V DC或5V30V DC、20V250V AC电缆长度（屏蔽/不屏蔽）/m1000/6001000/6001000/600输出类型DC输出/继电器输出DC输出/继电器输出电能消耗（+5V DC）/mA1511040/80本次设计共有70个数字量输入点，23个数字量输出点，即系统有3个SM321数字量输入模块、1个SM322数字量输出模块

40、。4.2上位机的介绍4.2.1上位机在控制系统中的作用上位机是指集中管理操作的计算机，一般是PC，用来显示各种数据的变化如液压，水位，温度等。控制系统对上位机的要求如下:(1)能够对PLC进行控制管理。上位机与PLC之间通过通讯网络连接，通过获得的生产现场数据，判断各台生产设备的运行清况，并在电脑屏幕上显示出来。而且可以之间向PLC发出指令，改变现场设备的工作状况。(2)监控整个生产过程，能够及时发现故障并进行报警。在人机界面上标准故障发生的地点及时间，最好能分析故障发生的原因并给出解决方法。(3)能对各种生产过程中的数据进行记录并统计成表格，方便查阅与打印。(4)具有简单明了的操作界面，方便

41、操作人员的学习与控制。(5)容错性能好。对于一般常识型误操作能够不予响应，并提出警告。防止无关人员的误操作。上位机的选择本次设计上位机选用工程控制机一、工控机简介工控机（Industrial Personal ComputerIPC）是一种加固的增强型个人计算机，它可以作为一个工业控制器，在工业环境中可靠运行。工控机最早在80年代有美国AD公司发明，后来美国IBM公司正式推出个人工业计算机IBM7532。IPC以其强大的功能、低廉的价格、可靠的性能而受到了日趋广泛的应用。二、工控机特点工控机与普通计算机相比的特点为：机箱一般为全钢结构，防止工业现在的强烈震动和冲击；采用专用电源和底板，具有很高

42、的抗电磁干扰能力，以及长时间连续工作能力；机箱为标准的4U机箱，便于安装。本设计中选用工业控制机IPC-610-H  4U架式标准工控机箱作为上位机，在工控机上安装组态王6.53，监控整个生产过程。4.3通讯网络的介绍本设计采用最简单的串口通信方式，组态王把每个与之连接的通讯设备都看做外部设备。 工控机发出控制指令给PLC，而PLC同时把现场设备的工作状态反馈给工控机。所以在CPU的主机架内，插入串行通展模块，用电缆将其与工控机的COM口连接起来，实现两者之间的数据交换。串行通讯标准RS-485的特点RS-485协议最高数据传输速率为10Mbps，最大传输距离为3000m。其电气特性

43、中，逻辑“1”表示两线间的电压差为+（26）V；逻辑“0”表示两线间的电压差为-（26）V。而且次电平与TTL电平兼容，能够与TTL 电路连接。其接口采用差分接收器和平衡驱动器的组合，能够很好的抵抗共模干扰引起的噪声，而且可以连接多个收发器，故可以方便的建立起网络。RS-485接口具有很好的抗噪声的干扰性，较长的传输距离和传输速率等上述优点符合本次设计的要求。4.4系统生产设备的简介4.4.1螺旋输送机的选型螺旋输送机是一种连续输送设备广泛应用于水泥、化工、冶金工业企业和粮食加工、粮食谷物仓储、建筑工程等行业的散状物料的输送。适用于水平或倾斜输送粉状、粒状和小块状物料，如煤矿、灰、渣、水泥、粮

44、食等，但不适用于粘度大、易结块物料的运输。与其它运输设备相比，螺旋输送机具有运行平稳可靠，密封性能好，维修简便等优点，在工业生产中受到广泛的应用。本设计要求螺旋输送机能够水平连续输送粉、粒体物料，选用的螺旋输送机型号为DLS300，其最长输送距离为4m，螺旋直径为300mm，电机型号为Y112S-4，功率5.5Kw，转速1440r/min，额定电流11.6A，额定电压380V。4.4.2斗式提升机的选型斗式提升机用于垂直输送颗粒、粉末及小块状的物料。设备驱动功率小，提升高度高，提升量大。因此广泛应用于化工、粮食、饲料、矿山等行业。本设计选用HL400斗式提升机,它是一种环链离心斗式提升机,主要

45、应用于颗粒、粉末状和小块物料的输送。它具有占地面积小，提升量大，提升高度大，密封性良好等优点。所以广泛应用于煤、矿渣、石灰石、水泥等的提升运输。HL400斗式提升机的料斗容量为10L，斗间距离为600mm，料斗运行速度1.25m/s。电机型号Y160M-4，功率为15KW，转速1480r/min，额定电流20.9A，额定电压380V。4.4.3搅拌机的选型搅拌机，是一种带叶片的轴在圆筒或槽中旋转，用以混合或揉和物质、增加药剂作用反应时间的设备。搅拌机适用于选矿业，也可用于作各种化工业的配料搅拌。搅拌机的生产率Q按下式计算: Q3.6VK/T1*T2*T3（m3/h） 式中 T1、T2、T3分别

46、为装料、搅拌、卸料时间（S）； V搅拌机出料容量； K每循环工作时间的利用系数。考虑到本设计对水泥混凝土搅拌机的要求，选择JS500型号混凝土搅拌机。电动机型号为Y180M-4，功率为18KW，转速为1470r/min,额定电流35.9A。配用接触器型号GJ20-63。4.4.4电振机的选型 电振机能够把颗粒状，粉末状的物料从储料仓中连续均匀的输送到运输机或粉碎机中，因此广泛应用于矿山、粮食、煤矿等行业中。尤其适用于工业配料，定量包装等系统。振动电机是振动源与动力源结合为一体的激振源，振动电机在转子轴两端各安装一组可调偏心块，当启动时轴及偏心块高速旋转从而产生离心力使设备得到激振力。

47、本次设计选用电振机型号为JSO-50-4，激振力50KN, 额定功率2.2KW，额定电流6.96A。4.4.5称重表的选型一、简介图4-1 8100系列称重仪表称重仪表也叫称重显示控制仪表，是将称重传感器信号转换为重量数字在屏幕中显示，并可对重量数据进行储存、输出的电子设备，常用于工业生产中的自动化配料中，能够提高生产效率。各个厂家制造的称重仪表各不相同，内部使用的集成电路芯片也多种多样的，但基本功能都差不多。其内部一般由以下几个模块组成：电源模块、CPU模块、 A/D转换模块、键盘显示模块、I/O模块、通讯模块等。 二、分类称重仪表一般可分为：开环控制型和闭环控制型。 开环控制型称重仪表只有

48、称重显示功能，不具有I/O功能，主要用于地上衡、台秤等只要求显示重量的衡器。 闭环控制型仪表不仅具有I/O电路，它可以根据所称物料重量的大小来控制外部设备的工作状态。这类仪表主要用于定量包装秤、定量灌装秤、配料系统等带有外部执行机构的工业衡器。 本设计选用的是闭环控制型称重仪表8100系列，其能同时称重2中物料，可以设定2个重量值，当称重表到达第一个设定值时，称重表可以输出一个信号并且继续称重另外一种物料。高速采样速率为200次/秒，满足设计要求。4.4.6各种低压电器的选型（1）熔断器的选择熔断器是一种利用金属导体为熔体串联于电路中，当过载或短路导致电流过大时，金属导体自身发热而熔断，从而使

49、电路断开。能够起到电路保护的作用。在选择熔断器时，必须考虑熔断器的额定电压必须等于或高于熔断器安装处的电路额定电压，电路保护用为使设备正常运行，熔断器熔体的额定电流一般为电动机额定电流的1.52.5倍，但是其极限分辨能力必须大于电路中可能出现的最大故障电流。本次设计熔断器选用RT16系列RT16-000型号。该型号熔断器的熔断体额定电流范围为4100A，额定电压为500V，可以满足设计的需要（除搅拌机配用熔断器RL1-100,熔体电流100A）。（2）接触器的选用接触器用于带有负载主电路的自动接通或切断电流。 选择接触器主要考虑额定操作频率，即每小时接通的次数；额定电压和电流必须等于或稍大于负

50、载电路。本系统中采用CJ10系列交流接触器其一般用于交流50HZ，额定工作电压最高到660V。所以设计中CJ10-20的接触器用于螺旋输送机电机；CJ10-30的接触器用于斗式提升机电机；CJ10-40接触器用于搅拌机电机；阀门电机和电振机可选用CJ10-10的接触器。（3）热继电器的选择热继电器主要用于电动机的过载保护。选用热继电器时主要是考虑所要保护的电动机的额定电流。热继电器的额定电流应该接近或稍微大于电动机的额定电流。在恶劣的工作环境中需要选用三相介个的热继电器。本系统选用JR20型号的热继电器，用于额定电压至660V，额定电流6.3至650A的交流电路中。螺旋输选用JR20-16D热

51、继器；斗式提升机电机选用JR20-25D热继电器；搅拌机电机选用JR20-32D热继电器；电振机及电动阀选用JR20-6.3热继电器。（4）速度继电器的选择速度继电器工作原理：速度继电器转子的轴与被控电动机的轴相连接，而定子空套在转子上当电动机转动时，速度继电器的转子随之转动，定子内的短路导体便切割磁场，产生感应电动势，从而产生电流此电流与旋转的转子磁场作用产生转矩，于是定子开始转动，当转到一定角度时，装在定子轴上的摆锤推动簧片动作，使常闭触点分断，常开触点闭合。当电动机转速低于某一值时，定子产生的转矩减小，触头在弹簧作用下复位。本次设计采用速度继电器主要用于电动机的故障诊断。本次设计选用JY

52、1型速度继电器，适用电机转速为900r/min1480r/min。（5）变压器的选用由于电路中不同电气设备需要不同的电压，所以需要变压器的配合适用来完成自动控制。主要根据所需变压器的容量来选择所需要的种类。本系统中采用BK-150控制变压器。（6）限位开关的选型限位开关是一种按工作机械的行程，发出操作命令的位置开关。主要用于机床、自动生产线和其他生产机械的限位及流程控制。阀门限位开关（阀门回讯器、回信器）是自控阀门位置显示和信号反馈的一种现场仪表，用以将阀门的开启或关闭位置以开关量（触点）的信号输出，被程控接受或计算机访样，确认后执行下一程序。本次设计中各个电动阀门都选用ALS10限位开关。（

53、9）报警装置的选型报警器(alarm)，是一种为防止或预防某事件发生所造成的后果，以声音、光线等形式来提醒警告操作人员应当采取某种行动的电子产品。本设计选用S-F2全防护型声光报警器。 电动阀门与电磁阀门的区别：电磁阀是用电磁效应进行控制的工业设备，由继电器进行控制，广泛应用于不同的电路中，具有控制精度高，灵活性强的特点。同样作为开关形式使用时，电磁阀通过线圈驱动，过程量只能是通电开通，断电关闭两种状态，中间动作状态很短。而电动阀一般有电动机驱动，开关动作需要一定的时间来完成，而且开启关闭的大小可以调节，电动机断电停止驱动后阀门可以在某种状态中常时间停留。在本次设计中，由于Q3、Q4、Q5、Q

54、6开关需要频繁的开启关闭动作，而且需要很高的控制精度，所以选用电磁阀控制。而Q1、Q2、Q7开关在生产过程中一般要长时间保持在某种状态不变，并且调节物料进出速度并不需要很高的精度。所以一般选用由电动机驱动的电动阀门。5监控系统软件设计5.1上位机组态软件的设计5.1.1组态软件概述 组态软件是利用计算机技术对各种资源进行配置，为达到预定目的而使设备自动执行特定任务的软件工具。它一般具有丰富的设置项目，能够灵活的采集和监控各种生产过程中的数据。监控组态软件最早出现时，主要为了解决人机界面的交流问题。但这计算机技术的快速发展，通讯联网、实时控制、数据统计技术的发展，组态软件不断被赋予新的功能。5.

55、1.2 组态软件的特点组态软件作为一个软件工具平台，它具有比硬件系统更强大的控制功能与更低廉的价格。其最主要的特点为实时多任务性。能同时实现数据采集、存储，命令发布，图形显示，实时通讯等功能。其主要开发工具为C+，其操作人员只需要了解基本的编程设计，以及自动控制的基本要求，并不需要修改软件程序的源代码，操作简单明了。一个投入运行的监控组态软件具有远程监控、系统数据收集、数据转发的功能。其与各种控制、检测设备如PLC或智能仪表等共同组成快速响应/控制中心。通过预先制定的控制算法进行自动控制。组态软件具体能完成的任务包括：(1)对现场设备状态数据的采集并在人机界面中显示；(2)对各种历史数据的储存

56、与打印;(3)各种实时曲线的运动趋势显示及记录;(4)故障的自动检测与报警;(5)生产过程的状态参数可以方便灵活的改变;(6)能方便的与互联网络的连接，便于系统的扩充。组态王软件是工业监控软件最普遍的一种，其主要结构包括工程管理器、工程浏览器及运行系统三部分。工程管理器的主要功能是新工程的建立、已有工程的搜索和对现有工程的管理。工程浏览器则是控制画面开发工具，系统运行时显示个各个监控、报警画面都有工程浏览器中创建，还包含画面中动画的连接以及命令语言的编制等。工程运行界面，即系统在运行中的人机交互显示界面，各种设备的采集数据，以及运行数据的改变都在此汇集。组态王软件具有适用性强、易于扩展、操作简

57、便、价格低廉的优点。是一个通用的开放型的工业监控软件。国内外常见的智能模块、PLC、变频器、数据采集卡等都能与其连接。一般通过串口、总线、USB、以太网等常规通讯方式进行数据的交换。本次设计选用的监控软件为组态王6.53。本次设计中的组态显示在本次设计中上位机中的组态王软件主要完成对水泥配料过程中的动态显示、各数据的采集与记录、各物料的检测及报警等功能。主要设计了流程画面、报警画面、实时曲线显示3个画面。基本上能够满足矿渣水泥生产过程的监控与记录。中有助于分析矿渣水泥生产中相关因素对矿渣水泥质量和产量的影响。下面我来介绍各个窗口的具体工作过程。(1)控制主界面它是组态王运行后的第一各显示界面，其主要是用于生产流程画面、报警界面、实时趋势