基于PLC的化肥包装控制系统

摘要农业现代化进程不断加快，化肥是农业生产里的重要物资，其包装过程的高效、准确以及智能化水平越来越受关注。探究基于PLC（可编程逻辑控制器）的化肥包装控制系统设计及其应用，目的是利用先进自动化技术提高化肥包装生产效率与产品质量。传统化肥进行包装的时候，人工操作工序繁杂，生产效率水平低，包装质量同样不稳定，达不到现代农业针对化肥包装的高标准要求，于是开发一种采用PLC的自动化包装控制系统，这对提升化肥包装行业的整体竞争实力意义显著，本研究分析了化肥包装工艺流程跟控制需求，进而抉择出系统的整体架构以及关键技术的选用。开展硬件设计及实现的工作，好似I/O接口模块的选择跟配置、传感器以及执行机构的型号选择等，处于软件设计和编程阶段，采用恰当的控制程序体系，采用恰当的编程语言与软件环境，做完了系统的编程及调试工作，采用PLC的化肥包装控制装置，可明显改善包装效率，降低人工操作形成的成本，它还能保证包装质量始终稳定一致，系统维护容易，给化肥包装行业智能化升级赋予有力的支撑。关键词：化肥包装；自动化控制系统；智能化升级

目录TOC\o"1-3"\h\u第1章引言 引言农业生产对化肥需求持续增长，化肥包装业遭遇前所未有的挑战与机遇。传统化肥的包装方式，如今很难满足市场对高效、精准、智能化包装的需求了。所以，探索一种新的化肥包装控制系统，对提升化肥包装行业的竞争力而言，这是个关键。本研究正是依照这一背景开展，通过引入PLC技术，设计出一种高效、智能的化肥包装控制系统来。1.1选题的目的及意义该选题的目标是深入探究PLC技术在化肥包装控制系统里的应用，以处理传统化肥包装效率低、质量不稳定的局面，协助化肥包装行业完成自动化、智能化升级，这既能增强化肥包装的生产效率，又可降低生产成本，也能明显地提升包装质量，符合现代农业对化肥包装的高水准要求，此选题研究意义是可为化肥包装行业的智能化转型给予技术支撑与示范引导，带动整个行业的技术进步与产业升级，可进一步扩大PLC技术在工业自动化领域的应用范畴，给别的行业自动化控制系统设计提供有价值的借鉴参考。1.2国内外研究现状1.2.1国内研究现状在工业生产方面，小批量、多样化生产逐渐成为一种很明显的趋势，自动化装袋设备的快速调整能力也被这一趋势给提上去了。从袋装机机械化演变到电气化，15年前，包装机械的研发设计里，机械部件的研发成本在总成本里占了大概80%，可控制软件的研发成本就仅为5%。如今软件与机械部分的研发成本均达40%。传感器技术的进步，使机器能采集各类生产数据，还能把信息传给控制系统。现代袋装机械大多可加载新控制程序以适应不同产品包装需求。调用控制程序无需大量时间精力调整设备，能满足小批量、多样化生产需求。传统的包装机械大多采用机械式控制，像凸轮分配轴式控制这种，之后就出现了光电控制、气动控制等控制方式。在如今科技迅猛发展之际，新技术、新工艺、新材料和新设备不断出现，这不是只是一些单一学科的进步，而是多门相关学科、多种先进技术相互融合、相互促进的结果。机电一体化技术是基于信息论、控制论和系统论发展起来的综合性技术。从系统的角度看，它是要运用过程控制原理，把机械、电子、信息技术、检测技术等有效整合起来，让整体性能达到最优。具体而言，就是把PLC技术用在包装机械上，凭借机电一体化技术来开发智能化包装技术，按照产品的自动包装工艺要求，搭建全自动包装系统来生产。在生产流程里，检测与控制、故障诊断与排除能达成全面自动化，进而达成高速、优质、低能耗与安全的生产目标。全球包装机械发展主要趋势是高效生产、节能可回收的产品、高新技术的应用以及智能化。我国包装机械行业也应朝着这一方向发展，这是主流的发展趋势。1.2.2国外研究现状国外对化肥包装行业的智能化升级也备受瞩目。这几年，好多研究机构和企业都在努力开发先进的化肥包装控制系统，好让包装效率和质量能上去。其中部分国家成功运用PLC技术、机器视觉、传感器技术等先进技术到化肥包装生产线，达成了包装过程的自动化、智能化监控与管理。这些系统提高了包装精度与速度，也大幅削减了生产成本和能耗，给化肥包装行业的可持续发展打下了坚实基础。1.3研究目标本研究的主要目标可进一步拆分为如下几点：（1）构思并达成一个以PLC技术为支撑的化肥包装控制系统，该系统自动化、智能化方面的水平较高，能极大提升化肥包装的生产效率以及包装质量。（2）凭借此系统，可精准掌控化肥包装的各个环节，就像化肥计量、包装、封口这些事，保障包装精确又相同。（3）该系统呈现出可扩展性与灵活性，符合各类不同化肥的包装要求，降低设备调整的花费与损耗。（4）本研究实施后，可为化肥包装行业开展智能化转型提供一套可行技术方案，助力整个行业自动化、智能化水平上扬。1.4研究内容传感器成为化肥包装控制系统中的核心组件，它发挥的作用十分关键，它们承担采集各类环境参数以及物料状态方面相关信息的工作，为控制系统供给实时无误的数据支撑，重量传感器的主要用处是实时监测化肥重量，使每袋化肥重量处在提前预设的标准范围以内，重量传感器实施精准测量，能迅速调整给料的快慢，防止出现超重和欠重的现象，增强包装的精准程度与连续性。温度传感器可对化肥包装期间的温度变化进行监测，保障化肥在恰当温度下实施包装，温度太高或太低，这均会影响化肥本身的品质，温度传感器在控制系统里扮演着关键的角色。光照传感器的主要用处是检测包装现场光照强度，借此保障操作环境的明亮状况与操作人员的舒适体验，假设需要的话，控制系统可依据光照传感器的数据对照明设备的工作状态进行调节。

第2章系统方案设计化肥包装控制系统的核心是其总体架构，这决定了系统的整体性能以及功能达成。本系统运用模块化设计，各个功能模块彼此独立，借助PLC技术达成各模块间的数据通信与协调控制。系统架构涵盖主控单元、传感器模块、执行机构模块、通信模块等，各模块借助总线或者网络接口连接起来，达成数据的实时传输与处理。2.1系统总体架构本袋装控制系统的核心就是实现化肥自动计量称重功能。在设计这个系统的时候，我一直围着设计要求来，这样一来，思路就清晰了，创新性也有了。这次毕业设计，主要就是锻炼个人独立思考和综合运用所学知识的能力，这已经充分体现出来了。设计中集成了称重系统的机械结构，并采用缓冲料斗完成物料到称斗的传输，进而采用称重传感器进行电子称重，缓冲料仓、称量仓及包装机械的动作，称重传感器信号引导控制器分阶段运作，借助PLC程序对称重测量误差进行补偿，由此提高了称重数据的精确性，动态定量称重及自动包装系统的完整结构可参考图2.1所示，系统整合了双重给料层级，粗给料流量数值偏高，短时间内即可实现95%左右额定重量的添加，细给料流速偏低，却能保证剩余的5%。前者主要是在提升包装速度上功夫，后者则保证了称量的精确度，很好地平衡了包装效率和称量精度的关系。启动时，称重电磁阀2.1便有了电，气缸打开放料闸板，然后用大口径漏斗把成品仓中的化肥灌装进包装袋里。重量达到48kg时，称重传感器的信号会被转换，再传给PLC处理。之后，称重电磁阀1-1闸板关闭，电磁阀1-2闸板打开，化肥通过小口径漏斗继续灌装到包装袋中，从而提高计量精度。完成灌装之后，系统会延迟0.5秒，推包电磁阀才能电，推杆动作并复位，这样一来，就能够完成一次完整的袋装过程。之后，系统会循环地进行整个工作流程的执行。图2.1包装袋装系统方案框图2.2传感器的选用2.2.1

传感器简介传感器成为化肥包装控制系统里的关键组件，它发挥的作用相当关键，它们承担采集各类环境参数和物料状态相关信息的工作，向控制系统供给实时又精准的数据支持，重量传感器的主要用途是实时监测化肥重量，让每袋化肥的重量维持在预设标准范围里，重量传感器开展精准测量，可迅速调节给料速度，预防出现超重、欠重的问题，提升包装的精准度与连续性。温度传感器可监测化肥包装期间的温度变化情况，保证化肥在恰当温度下开展包装，温度过高还是过低，这均会影响到化肥的品质，温度传感器在控制系统中发挥着关键作用。光照传感器的主要用途是检测包装现场光照强度，借此保证操作环境的明亮水平与操作人员的舒适程度，倘若有需要，控制系统可依照光照传感器的数据去调节照明设备的工作状态。浑浊度传感器用来检测化肥溶液的浑浊状况，以此来评判化肥的纯度与质量。在化肥生产这一流程里，浑浊度是关键的质量指标，这玩意儿的传感器能实时把数据拿过来，助力控制系统达成精准的质量把控。另外，依据化肥包装的特殊要求，还能选取其他传感器，像湿度传感器、气体浓度传感器之类的，从而对包装环境进行全面监测和控制。这些传感器合起来就组成了化肥包装控制系统的感知层，给后续的决策与控制打下了牢固的根基。2.2.2

传感器选择的基本原则(1)测量对象与测量环境挑选传感器的时候，得先弄明白测量对象，即所需要测量的具体参数或物理量，在现有的化肥包装控制系统里，测量对象说不定涉及化肥的重量、温度、光照强度和浑浊度之类内容，不同测量对象跟不同类型的传感器相对应，因此需依照实际需求来挑拣。挑选传感器会面临一个关键难题，就是测量工作的环境，这是需考虑的关键因素，在化肥包装流程期间，或许存在湿度、温度起伏、腐蚀性气体这类环境因素，这些因素说不定会影响传感器的性能与寿命，选定传感器的时候，得保证它在化肥包装工作环境中稳定、正确地开展工作。(2)灵敏度在化肥包装控制系统里，选高灵敏度的传感器，能更快地对测量对象的变化作出反应，提升系统的响应速度与准确性。不过，灵敏度太高的话，传感器对噪声和干扰信号就太敏感了，测量稳定性也会受影响。所以，选传感器的时候，得综合考量系统的实际需求，挑合适的灵敏度传感器。这样能平衡响应速度与测量稳定性的关系。这样才能保证在整个测量范围里都能得到准确、可靠的测量结果。(3)频率特性频率特性这一性能指标对传感器而言是重要指标，它可表明传感器对不同频率信号的响应水平高低，在化肥包装控制方案的传感器里头，得去处理不同频率的信号，诸如化肥重量的增减情况、温度的起伏状态之类的，选取具有恰当频率特性的传感器，这对系统稳定和准确的实现极为关键。传感器的频率属性，往往由内部结构以及工作原理决定，有部分传感器对高频信号响应速度快，然而此传感器对低频信号响应迟缓，某些传感器也许更适合去处理低频信号，在选定传感器的当口，得让其频率特性与化肥包装控制系统的工作频率相一致，传感器频率特性若与系统需求不匹配，就可能造成信号失真、产生延迟或者丢失，进而对系统的整体性能形成影响。要思考传感器在不同频率情形下的抗干扰能力，处于化肥包装的流程期间，大概会产生各类像电磁干扰以及机械振动这样的噪声源，这些噪声或许会对传感器测量造成干扰，抉择传感器的阶段，需要评估其在不同频率当中的抗干扰能力，保障系统在诸多环境中都能稳定、精准地工作。(4)线性范围在化肥包装控制系统里面，传感器线性范围对保障测量的精准性与稳定性十分关键，倘若传感器的线性范围十分狭窄，若测量值超出此范围时，输出量跟输入量将不再具备线性关系，测量误差就会大幅增大，选传感器之际，必须保证它的线性范围能覆盖化肥包装时的全部可能测量值，这样才能让测量准确又可靠。需留意传感器的非线性误差是否在可接纳范围内，避免由于非线性误差造成测量不准确的情形，恰当地选个传感器，传感器得有恰当的线性范围，化肥包装控制系统在各类工况下都可得到准确、稳定的测量数据，系统的整体性能和可靠性也会进一步提升。(5)稳定性传感器展现的稳定性，说的是处于长时间工作状态时，其输出量一直可以维持恒定，或者变化得极其轻微，处于化肥包装控制系统当中，传感器稳定状态怎样，对实现长期、连贯的精准测量意义重大，当化肥开始包装的时候，传感器一般要在恶劣工业环境（如高温、湿热环境伴有粉尘等）下长时间运转。这些环境因素说不定会对传感器的性能与稳定性造成不良的作用，造成测量误差增加或者传感器失灵，在选传感器之际，必须格外留意该传感器稳定性指标，传感器稳定性达到良好水平，可在各种各样的环境里维持稳定输出，保证测量结果精准、一致，这可提升化肥包装的质量与效率，又能削减因传感器故障引起的停机时间和维护成本。制造商要保证传感器稳当的，一般会用不少技术手段，像拿高品质的材料，对传感器结构设计加以优化，加强传感器信号处理之类的事儿。另外，定期校准和维护传感器，这对确保传感器稳定也很重要。校准后，能够及时察觉并修正传感器的测量误差，维持其测量的准确性。维护能够延长传感器的使用寿命，降低故障发生的概率。(6)精度传感器性能里，精度是关键指标之一，这直接关系到化肥包装控制系统测量准不准、靠不靠谱。在化肥的包装流程里，精确测量化肥的重量、温度等参数相当关键。传感器精度越高，系统对化肥包装的计量与控制越精准，误差就可减少，包装的一致性与产品质量得以提升。在筛选高精度传感器的时候，我们要留心该传感器的分辨率以及误差范围，分辨率即传感器能察觉到的最小输入变化量，误差范围表明的是传感器输出量跟真实值的偏差情形，若想拿到更准确的测量结果，得选取分辨率高、误差范围小的传感器，需考虑传感器的长期稳定性跟重复性，才能保证它长时间使用时依旧高精度不变。应用高精度传感器提升了化肥包装计量的准确性，还为系统智能化控制给予了强大支撑，控制系统可精准采集并分析数据，于是更精准地校准给料速度、包装机构动作等参数，实现更高效节能的生产流程，高精度传感器可迅速察觉并处置异常状况，诸如超重、欠重或者温度方面的异常，以维持化肥包装过程的安全稳定。2.2.3传感器的选型在当下的称重技术范畴，电阻应变式传感器被广泛运用。这种传感器因高精度、对温度变化影响小、有良好线性特性且价格合理，所以很受喜爱。我依据系统设计的具体要求，选了BK-2型的S形测力/称重传感器。这传感器采用的是国际上很流行的双梁式或者剪切S梁结构设计，能保证拉伸和压缩输出高度对称，高精度测量也能实现。而且，它量程范围广，结构设计紧凑，安装和使用起来挺便捷的。它在机电一体化秤、包装秤等多种测力和称重系统里广泛运用。这个传感器的承载类型是拉压式，而且还能配置分体式变送器，能直接把标准的模拟信号输出，像0-5V或4-20mA这样的。针对需求量大的用户，我们能够依照具体需求定制生产。2.1.4

本次传感器的选用现代传感器在原理与结构方面种类丰富，一旦确定了传感器的类型，相应的测量方法和设备也就随之确定了。测量结果准不准，很大程度上就看传感器选得咋样。以下为我在本次设计里选择传感器时的一些体会。本系统的工作环境既不含高温，又不含高腐蚀性，更易燃易爆，外界电磁干扰影响亦不大。不过，粉尘或许会对系统产生一定影响，像短路之类的问题就可能出现。所以，选传感器时，得特别留意所选传感器的密封性能。在工业应用里，一般会选择传感器量程为测量参数的十倍量程。在本系统里，测量的重量参数为50kg，所以，选50kg量程的传感器比较合适。这样的选择既方便编程计算，结果也更明晰。2.3传感器信号放大电路在把传感器采集来的电信号传递给PLC前，得先做放大处理。传感器桥路产生的信号强度为0至24mv微弱电信号。传感器所处环境严酷，运算放大器两端或许会受共模干扰信号影响。即便运用高性能的运算放大器，误差或许也可达不到所需精度。因此我选用了集成仪用放大器AD524。它很适合用在高速数据采集系统，还能在恶劣条件下放大微弱信号。放大电路的示意图展示在图2.2中。图2.2传感器信号放大电路2.4影响测量结果的因素及解决办法系统灵敏度受检测电路内部噪声以及外部干扰电压Un的影响，与放大器工作频带关系紧密。本研究为降低噪声，选用了低噪声元件。在保证采集速度所需频带足够宽的条件下，精心选配电阻，增强放大电路的共模抑制比。检测系统运用双层屏蔽技术，采样时间设为工频周期整数倍，这俩措施一块儿，能让系统精准区分5G质量。系统的准确度主要被检测系统非线性以及漂移ΔUi所影响。该工作针对系统非线性现象展开，依托元器件选配校正的基础，采用程序化校正手段进一步优化，本研究采用老化试验、性能测试及筛选工艺，选出温时参数变化时ΔUi起伏较小的器件，继而选用匹配的温度系数进行抵消，系统静态精度实现0.07%的改善，从而提升动态称量作业的精度水平的实现有坚实基础。

系统硬件设计3.1CPU选型选了CPU26模块，此模块设计极为灵活，可连接多达7个扩展模块，把系统的数字量I/O点扩展到最大248路，或者把模拟量I/O点扩展至最多35路。它能提供更多输入/输出点，模块扩展能力强，运行速度快，内部集成功能强大，并且满足各类复杂控制任务需求。3.2PLC输入输出点的地址分配表当输入信号I0.0被激活时，1号和2号生产线的启动程序会触发，装料过程也就开始。当输入信号I激活时，3号与4号生产线会启动并装料。相应地，若输入信号I0.1被激活，那么1号与2号生产线就会停止运行。同理，若输入信号I0.3被激活，3号和4号生产线也会停止运行。最后，输入信号I0.4被激活时，会致使所有四条生产线同时停止运行。像表3.1这样提供的I/0分配表。如表3.1I/0分配表。 表3.1I/0分配表3.3PLC主机I/O接线图PLC主机I/O接线图的说明，得清晰地呈现输入/输出设备的连接方式、端子分配情况以及电气特性。通过上述的结构化说明，能让技术人员精准明白接线逻辑，防止出现误操作的情况。PLC主机I/O的接线示意图，呈现了数字量输入（DI）、数字量输出（DO）以及公共端（COM）的标准连接法，涵盖了传感器、按钮、继电器等外围设备的典型接线办法。如图3.1。图3.1PLC主机I/O接线图3.4模拟量输入模块的选用3.4.1模拟量输入模块概述输入输出扩展接口是PLC主机扩展输入输出点数与类型的重要组件。这样，用户就能依照实际应用的需求，增添额外的输入输出点，从而满足更复杂的控制任务。输入输出扩展接口涵盖了并行接口、串行接口以及双口存储器接口等多种形式，每种形式都有各自的应用场景和优势。要达成这些模块和PLC主机右侧的连接，往得用到专门的扩展电缆。这些电缆保障了信号稳定传输，模块也得到正确供电。按照功能与用途，接口模块能分成三大类别。这些模块重点从事二态（开或关）信号的处理。再者为模拟量模块，含有模拟量输入扩展模块、模拟量输出扩展模块以及模拟量输入输出扩展模块，各个模拟量的输入点都可接收到一种连续且变化的物理量，诸如电流、电压、温度、压力、位移、速度这些东西，处于工业控制情形，得采集这些模拟量才行，再送进PLC的CPU处理，不过在此之前，得先做A/D转换，毕竟PLC只处理数字信号。最后，智能模块包含PID调节模块、高速计算数器模块以及温度传感器模块等。这些模块一般有更强的处理能力，能执行特定的控制算法或者任务。模拟量输入模块通常由好几个部分构成，像滤波器、模/数转换器、光耦合器之类的。滤波器能去除信号里的噪声，模/数转换器可把模拟信号转变成数字信号，光耦合器可有效避免电磁干扰，保障信号传输的准确性与稳定性。如图3.2所示，光耦合器在模拟量输入模块里有着极为关键的作用，它能隔离电路保护那些敏感的电子组件，防止它们受外部电磁干扰影响。图3.2模拟量输入模块3.4.2模拟量输入模块的选用原则模拟量输入模块中的电压输入范围或者电流输入范围，都得跟传感器输出的信号电压或者信号电流相匹配。此模块承担接收传感器给出的模拟量信号的任务，要是信号太微弱，也许就会致使模拟量输入模块难以准确接收。所以，模拟量输入模块要有充足的模拟量输入通道。传感器输出多个模拟量信号时，模拟量输入通道的数量得至少和信号个数一样多。3.4.3模拟量输入模块选型针对特定系统的需求，本研究挑了模拟量输入模块EM231来当解决方案。该模块包含4个模拟量输入通道，每个通道在存储器AI2区域占2个字节的存储空间。要注意，EM231模块的模拟量输入是只读数据类型，正常工作得借助24V直流电源，该电源作为由CPU模块提供的传感器电源，其输出出来的电压为DC24V，其电流是40mA，电源跟模块下部左侧的M连接起来包括L端子，而模块的校准电位器和配置设定开关（DIP）则在右侧。模块的上侧部分有12个端子，这12个端子被归类成4组，每组存有3个端子，电压信号输入只用俩端子，然而电流信号输入需把三个端子用完，未开始启用的输入通道，应采取短接操作，EM231模块采用的电源电压采用单极性5V供电，这样就能接收1#-4#传感器的标准电压信号。查看表3.2可得到模块的主要技术参数。模块的主要技术参数详见表3.2表3.2模块的主要技术自动化控制系统里，模拟量输入模块的分辨率，一般是从模数转换器（A/D转换器）输出的二进制数位数来衡量的。拿西门子的EM231模块来说，它把输入信号经由A/D转换过程转换成数字量数据，所得结果是个12位二进制数。中央处理单元（CPU）中该数字量数据的存储格式如图3.5所示。在该格式里，最高位用作符号位，二进制中的0代表正数值，1则代表负数值。单极性数据编码在第3至第14位之间。第15位是0，这表明存储数值为正。图3.3EM231输入数据格式（单极性）3.4.4模拟量输入模块与传感器接线图模拟量输入模块跟传感器的接线图在图3.4里呈现，因为我输入信号是电压类别的，所以每组输入接口就用2个端子。4组模拟量通道都已被充分运用，无需采取短接操作。图3.4

模拟量输入模块与传感器接线图3.5执行机构的选择3.5.1电磁阀原理(1)直动式电磁阀原理：有电流通过的时候，电磁线圈会生成电磁力，让关闭件从阀座那儿抬起，阀门就此被打开，当电流断开的瞬间，电磁力即刻就会消散，弹簧力就会把关闭部件压回阀座，于是让阀门闭合，特点：该阀门在真空、负压或者零压的环境当中能正常工作，其标准的通径一般不会超过25m。(2)分步直动式电磁阀原理：该阀门采用直动加先导式工作原理，若入口跟出口的压差在0.05Mpa以下，电磁力直接施加在先导小阀还有主阀关闭件的上面，逐个往上拉起，进而令阀门开启，要是入口与出口的压差高于0.05Mpa，电磁力先把先导小阀开启，主阀下腔的压力出现升高，上腔的压力下降，接着利用产生的压差把主阀往上顶开，先导阀与主阀依靠弹簧力或者介质压力驱动关闭件向下动作，这样就实现了阀门闭合，此阀门在零压差、真空以及高压环境下均可稳定工作，不过它的功率需求量挺大。而且必须是垂直安装的。(3)先导式电磁阀原理：电流经过的当口，电磁力施加给先导孔作用，上腔室的压力由此急剧下降，这在关闭件的上方造就了压力低、下方压力高的压差，关闭件由此往上方移动，阀门就此开启，当电流断开瞬间，弹簧产生的力可把先导孔关闭，入口压力会利用旁通孔迅速进入上腔室，形成下方压力相对低、上方压力相对高的压差，如此就能让关闭件往下进行移动，最终实现阀门关闭，特点：此阀门可承受的流体压力上限高得惊人。不过得满足一定的流体压差条件。3.5.2电磁阀选用原则(1)安全性面对腐蚀性介质的时候，应当选用塑料电磁阀或者全不锈钢这种材质，极度强腐蚀性的介质，要采用隔离膜片式电磁阀，若处于中性介质环境，推荐采用铜合金作为阀壳材料的电磁阀，如此可防止阀壳在动作不频繁时锈屑脱落。特别要留意的是，氨气介质的阀门不能用铜材料加以制造。在易燃易爆的情形下，得选符合相关防爆等级的产品，而且在露天或者粉尘密集的环境里，得挑有防水、防尘功能的电磁阀。另外，电磁阀的公称压力得更高些，得比管道内最高工作压力大。(2)适用性流经管道的流体得跟所选电磁阀系列型号规定的介质相匹配，流体温度得比电磁阀的额定温度低，电磁阀一般允许液体的粘度低于20CST，若粘度超过了20CST这个数值，就必须额外进行说明，工作时阶段的最大压差需低于电磁阀的最大额定压力，绝大多数电磁阀采用单向工作模式，要是碰到反向压差的情形，就得配备止回阀。流体清洁度不足时，需在电磁阀前安过滤器。电磁阀一般要求介质清洁度较高。得重视流量孔径跟接管口径的合理匹配，电磁阀一般只提供开关这两种控制状态，若存在安装旁路管的条件，应安装旁路管，只要水锤现象存在，就要定制电磁阀的开关时间进行调节。同时，需留意环境温度对电磁阀性能的影响。电源电流与消耗功率要依输出容量来选定，电源电压一般会有±10%的波动，不过得留意交流启动时的VA值要高。3.5.3电磁阀选型本研究所采用的调节阀，是上海巨良公司生产的ZDLP型电子式电动单座、套筒调节阀。这调节阀的工作原理是响应调节仪表输出的直流电流信号，从而精确控制工艺参数，让其保持在预设的恒定值。它的应用领域包含电力、冶金、化工、石油轻纺、制药等不少行业的生产自动化控制系统。ZDLP型调节阀的技术参数见图3.5。图3.5

ZDLP型电磁阀技术参数3.5.4电磁阀与PLC的连接可编程逻辑控制器（PLC）的输出特性跟继电器输出一样，都得靠输出端和公共线（COM）弄个闭合电路来达成正常功能。电磁阀的两根导线，一根连至PLC的输出端，另一根连接到对应输出组的COM端子。如此便形成了一个完整的控制回路，能让PLC对电磁阀实现精确控制。电磁阀作为一种负载，工作时会产生感应电流。这电流或许会让电路中的电流超出额定范围，从而损害电路元件。在PLC与电磁阀之间串联一个继电器，这样的做法能起到电路保护的作用。第4章系统软件设计根据上面的章节重点讲了硬件部分构成，具有所运用的相应传感器，在此次章杰大致讲的系统软件的设计。4.1主程序流程图设计在主程序流程图设计当中，首先该思索的是系统的初始化步骤，这就需要把PLC的内部寄存器与变量设置好，也得配置必需的通讯相关参数，以保障PLC跟各个模块之间的通讯顺畅不中断，程序步入循环检验阶段，始终监控输入信号的态势。这些输入信号大概来自传感器、按钮之类的控制部件，其状态出现改变会触发对应的控制逻辑，从控制逻辑这方面看，程序会按照预先定好的算法与规则，对输入信号做处理，而后给出相匹配的输出信号，这些输出信号会被发送到类似电磁阀、电机的执行机构上，进而实现对工业过程的精确掌控。程序当中也有故障检测与报警功能，这是为了增强系统的稳定与可靠程度，一旦监测到异常情形，系统迅速触发报警动作，还会采用必要的保护手段，杜绝故障进一步延伸，处于主程序流程图设计阶段时，也得把人机交互界面的设计考虑进去，这就要打造出直观又好用的操作界面，方便用户去监控系统当前的运行状态，开展必要的参数设置及调整，实施良好的人机交互设计，系统的易用性和用户体验可实现大幅提高。如图4.1所示。图4.1主程序流程图4.2控制程序设计4.2.1电磁阀与PLC的连接确认设备参数，检查电磁阀的额定电压、电流需求与线圈阻抗，保证其与PLC输出模块的规格相符（例如是晶体管型/继电器型输出）。电磁阀一端与电源正极（或相线）相连，另一端与PLC输出点相连。PLC能够输出公共端连接电源的负极。如图4.2所示。图4.2系统初始化启动4.2.2控制程序设计参考功能模块图可知，初始阶段要先启动操作，此时称重电磁阀1-4会打开，具体可参见图4.3。图4.3系统初始化启动按下I0.0这个键，M0.0与M0.1就会开启，M1.0和M1.1则会清零，同时打开称重电磁阀1-1与2-1，让1#和2#生产线启动。同样地，按下I0.2会启动3＃与4＃生产线。若按下I0.1，Q0.1与Q0.2停止，M0.1至M0.4清零，1＃和2＃生产线随之停止。同理，按下I0.3就会停止3＃与4＃生产线。最后按下I0.4时，Q0.0至Q0.4会全部归为零，造成4条生产线皆停止运行，于本套系统里面，PLC要同时对4条生产线开展控制工作，举1＃生产线这个例子，程序设计过程中的步骤如下：传感器测量到的模拟量输送给PLC，图4.4呈现出程序梯形图。图4.4传感器检测信号送入PLC传感器采集的连续变化物理量，得先经由模拟量输入模块，再经由模数转换（A/D转换）后，才可传输到可编程逻辑控制器（PLC）。如图所示，生产线1的传感器AIW0采集的压力值经模数转换后，被存储在PLC的VW120存储单元里。PLC负责接收传感器所传递的实时测量信号，再经计算对执行机构动作进行顺序控制。程序梯形图详见图4.5。图4.5顺序控制执行机构在VW120数据低于48千克时，Q0.0继电器被激活，Q0.4继电器复位，从而使称重电磁阀1-1启动工作，同时电磁阀1-2保持关闭。这时候，系统粗给的流量较大，袋装速度却相对较快。当VW120数据抵达或超越48千克的临界值时，Q0.0继电器复位，Q0.4继电器启用，电磁阀1-1直接关闭，电磁阀1-2开始工作，系统细给流量减小，步入精度控制范畴。当重量达到50千克时，Q0.4继电器复位，M1.0继电器激活，这表明给料结束。流水作业具有连续性，给料结束后，得执行推包动作，这样才能保证生产流程连续。相关程序的梯形图详见图4.6。图4.6延时推包M1.0启动机制一触发，时间继电器T37就马上进入工作状态。接着，它精确地延了5秒，推包电磁阀Q1.0就被激活了，这样推杆执行动作就能被推动，从而实现一个完整的袋装过程。系统会执行复位程序，为下一袋装过程做准备，如此循环，以保证整个过程连续。

第5章整体系统测试本节聚焦于系统硬件的测试工作，确认软件运行状态与预期一致，且测试烧录完成后芯片的功能达成状态，手机软件与硬件是否可借助WIFI达成实时数据传输。5.1程序的输入和调试运用计算机对PLC用户程序执行离线仿真调试期间，可脱离实体PLC运行，构建PLC的IO存储区仿真模型，输入变量的激活/禁用状态可通过仿真窗口实时切换，进而指挥程序运行，通过输出信号状态实时掌握程序运行结果，同步实现了精简接口方案，支持对程序参数的实时监视及修改，该组件支持定时器及计数器的状态跟踪与数值变更，程序可自动进行此类操作处理，程序支持操作人员手动复位定时器，进而实现位存储区与外设输入输出变量区的模拟，以及实现数据块中零散数据的读写控制，本模型除支持数字仿真外，还能够对用语言编写的程序予以仿真。在调试时，编好梯形图程序后，用S7-PLC仿真一下，效果还挺不错的。物料比重特性、流量水平与落差距离直接关联动态精度表现，该参数体系受成品仓压力与PLC进料执行单元共同支配，修正控制逻辑，运用静态称量的高精度属性，这对实现更高动态计量精度十分关键，采用双速变径距螺旋加料机械，实施快慢交替结合末端精准点动的给料方法，优化某些硬件加工结构，可获得理想的精度效果，可省去电磁阀，改用笼型电动机完成下料速度的平滑过渡。用PLC来控制笼型电动机，这是个成熟的技术。虽说存在点安全风险，不过在使用的时候，能依实际状况挑拣合适的工作环境、工艺还有需要的控制程序。5.2实物测试步入实物测试阶段，我们先把硬件连接检查了一遍，保证全部传感器、执行机构跟PLC的连接没问题，我们按照预先设计的测试方案，挨个对系统的各项功能进行验证，我们着重考察系统的响应速度、稳定性与准确性，对不同工作场景进行模拟后，我们将系统的实际表现记录好，还把它跟预期结果进行一番对比。系统大多情形下都能精准响应输入的信号，迅速控制执行机构去完成预定动作，我们又发现了一些潜在问题，好似在一些极端状况里，系统的响应速度会稍微下降，就这些问题而言，我们做了一番深入分析，也拿出了对应的改进法子，后续测试实施时，我们会格外留意这些改进手段的实施成果，保障系统在实际运用里达成最佳性能。

第6章结论6.1总结本研究完成了四项关键设计任务，其中系统硬件与软件的设计分别能够通过专业软件达成。硬件设计图用AUTO-CAD软件绘制，软件设计则由西门子专用软件完成。该系统能同步控制四条生产线。在这一过程里，本人在精度与时间效率方面实现了创新，这一成就在程序代码里有所体现。每袋产品重量误差控制在±5%以内，完全达成了系统精度的要求。选用的传感器灵敏度在1到2.5mV之间，误差不得超过0.75kg，系统精度要求为2.5kg。PLC选择时，我选了西门子S7-20系列的产品，具体拿上了CPU26主机和EM231扩展模块。在此次设计的时候，我深挖了先前学过的课程内容，像PLC的原理与应用，还有自动检测技术，收获不少。《工厂电气控制设备》这一书给本人提供了不少基本理论与理念，这让他在学习PLC时，思维更直观了。另外，我复习了《液压与气压传动》这门选修课程，把所学知识运用到实践里，从而意识到之前学习的实用性。我晓得，以后的工作与学习里，得有更积极的态度和更高效的学习方式。6.2展望工业自动化技术日益进步，本系统未来有希望进一步优化功能、提高性能，可试着引入更先进的传感器及执行机构，以此增强系统的响应速度及精度