基于PLC的配料系統(tǒng)設計的畢業(yè)實習報告

1、畢業(yè)實習報告2012年3月14日畢業(yè)實習報告基于PLC的配料系統(tǒng)設計一、實習目的與任務隨著科技的發(fā)展和生產(chǎn)方式的變革，現(xiàn)代生產(chǎn)對“智能”控制的要 求越來越高。由于PLC的功能強大、容易使用、高可靠性，常常結合 相關軟件用來進行現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集和設備自動化的控制。本次畢業(yè)實習通過實驗室學習操作及老師講解，以理論聯(lián)系實 際，在鞏固專業(yè)知識的同時，通過豐富的實踐讓畢業(yè)生能夠在較逼真 環(huán)境中找到自身經(jīng)驗不足并強化實用技能操作，提高認識問題、分析問題、解決問題的能力。讓畢業(yè)生對國內外相關行業(yè)現(xiàn)狀有一個較完 整、清晰的認識，對畢業(yè)后的職業(yè)發(fā)展有一個明確定位。二、實習單位電氣工程與自動化學院實驗室時間為201

2、2年2月20 3月14日，完成基于PLC的配料系 統(tǒng)的認知學習。三、實習內容自2012年2月20日到3月14日，在指導老師帶領下，我們 一行人集中在電氣學院實驗室進行參觀學習，并由張老師詳細講解 了基于PLC的配料系統(tǒng)設計的相關知識，整理記錄如下：由于生產(chǎn)的需要，要求在某些時候可以實現(xiàn)各種物料的不同比例 搭配，在生產(chǎn)任務繁重的時候加快生產(chǎn)速度， 要求能夠集中控制電機 的啟動、瀏覽生產(chǎn)工業(yè)流程圖、作出事故報警響應、可調節(jié)電機運行 速度等。原配料系統(tǒng)的配料皮帶秤采用模擬電路控制滑差調速電機的 方法進行速度控制，只是采用PLC作為聯(lián)鎖控制，采用 V開發(fā)工具 進行控制界面和控制算法的開發(fā)。由于滑差電機

3、調速方式在低速時特 性差、效率低，現(xiàn)場外部工作環(huán)境又很惡劣，工業(yè)粉塵很多，這些粉 塵很容易進入滑差電機內部而出現(xiàn)磨損、卡死等現(xiàn)象，維修、維護麻 煩，造成工作故障多，影響正常生產(chǎn)：另外由于采用模擬電路控制方 式，控制不穩(wěn)定，精度低，調試煩瑣，使用極不方便。再者，采用VC 開發(fā)工具進行開發(fā)軟件的控制界面和控制算法功能是靠軟件工作人 員通過編程從底層來實現(xiàn)的，工作量大且設計的軟件通用性差， 軟件 功能可靠性也低。配料是精細化工廠生產(chǎn)工藝過程中的一道非常重要的工序，配料工序質量對整個產(chǎn)品的質量舉足輕重， 落后的配料系統(tǒng)不僅效率低而 且配料不準，手工操作又將人為因素引入配料環(huán)節(jié)， 使工藝配方難以 在生產(chǎn)

4、中實現(xiàn)，嚴重影響產(chǎn)品質量的穩(wěn)定及進一步提高。 隨著計算機 技術的飛速發(fā)展，對原有配料系統(tǒng)進行技術改造，提出數(shù)據(jù)采集、自 動控制、運行監(jiān)視、報警、運行管理、變頻調速等多方面要求。根據(jù) 所掌握的資料，結合現(xiàn)代先進控制技術，擬采用 PLC技術、變頻調速 技術、組態(tài)軟件技術來對原配料系統(tǒng)進行改造。 采用可編程序控制器 控制變頻器拖動密封式鼠籠電機方案，以計算機數(shù)字處理技術取代傳 統(tǒng)的模擬控制方式，以無級變速的變頻器控制封閉式鼠籠電機轉速方 式取代老式的滑差式調速方式，組態(tài)軟件技術作為用戶可定制功能的軟件平臺工具，在PC機上可開發(fā)出友好人機界面，配料系統(tǒng)將生產(chǎn) 所需的原料和輔料等按照一定的比例通過傳送帶

5、依次傳送。配料系統(tǒng)一般由多臺皮帶機組成，系統(tǒng)可以同時控制多臺皮帶 機，進行各種散裝物料的連續(xù)稱量、自動配料和流量控制。3.1過程控制簡介圖3.1為系統(tǒng)總體控制流程圖。電機運行圖3.1配料系統(tǒng)控制流程圖3.2配料系統(tǒng)及原理簡介自動配料控制過程是一個多輸入、多輸出，且各條配料輸送生產(chǎn)線嚴格協(xié)調控制，對料位、流量及時準確地進行監(jiān)測和調節(jié)。因此，系統(tǒng)由可編程控制器與電子皮帶秤組成一個兩級計算機控制系統(tǒng)。通過現(xiàn)場總線連接現(xiàn)場儀器儀表、控制計算機、PLC、變頻器等智能程度較高、處理速度快的設備。在自動配料生產(chǎn)工藝過程中，將輔料與主料按一定比例配合，由 皮帶秤完成對皮帶輸送機輸送的物料進行計量。PLC主要承

6、擔對輸送 設備、秤量系統(tǒng)的過程進行實時控制，并完成對系統(tǒng)故障檢測、顯示 及報警，同時向變頻器輸出信號調節(jié)皮帶機轉速。321系統(tǒng)的組成自動配料系統(tǒng)中，設置上位機進行配料、料流計量控制，建立配 料模型，統(tǒng)計打印，下位機采用PLC進行皮帶順序控制、皮帶機變頻 調速控制。皮帶輸送機用變頻器驅動控制，確保系統(tǒng)配料誤差 0 . 5 %。配料系統(tǒng)由5臺電子皮帶秤配料線組成，5臺電子皮帶秤分 別編號為 1#、2#、3#、4#、5#，其中 1#、2#、3#、4#為一組，1# 為主料秤，其余三臺為輔料秤。當不需要添加配料時，5衍乎單獨工作僅輸送主料。系統(tǒng)中主、輔料秤均由可編程控制器（PLC）和上位機（主機）實現(xiàn)兩

7、級控制。圖3.2示出1#、2#、3#、4#這4臺電子皮帶稱組成的配料系統(tǒng)結 構示意圖。主秤（1#）和輔秤（2#、3#、4#）根據(jù)設定的配料比例和轉速 工作。皮帶秤送料并實現(xiàn)流量檢測，當秤架上有物料流過時，速度信 號和負荷信號經(jīng)現(xiàn)場總線傳送到上位機（主機），與物料流量設定值進 行比較。PLC進行信息采集及系統(tǒng)邏輯控制，對電子皮帶秤實現(xiàn)順序 控制，并變頻調節(jié)皮帶機的轉速。上位機進行配料自動控制及流量統(tǒng) 計，實現(xiàn)自動定值或定比配料。整個系統(tǒng)反應速度快，控制精度高，10抗干擾能力強- - 廠廠- -圖3.2系統(tǒng)結構示意圖322系統(tǒng)原理在生產(chǎn)過程進行自動調節(jié)時，以主料成分的計量流量為依據(jù)，根 據(jù)生產(chǎn)工藝

8、要求通過上位機設定出總流量及主、輔料配比參數(shù)，按配方比例參雜其余輔料，配方計量控制是計量偏差與變頻調速的結合， 如圖3.3示。剽籬品一電祕瓣血圖3.3系統(tǒng)配料控制原理由CPU計算得實時流量Qn二Kn*Mp*Mv及累計產(chǎn)量 W二Qndt ,調 節(jié)器根據(jù)系統(tǒng)控制要求比較設定值與從稱重檢測裝置傳送來的實際 量的偏差，即實時流量Qn與予置給定流量Qp相比較得配料偏差 e=Qp-Qn，經(jīng)PID調節(jié)改變輸出信號，以控制變頻器對輸送電機的速 度調節(jié)，即反向調節(jié)Mv值，從而實現(xiàn)定量給料，各輔料同時混合計 量，并按配方工藝要求添加。3.3玻璃配料系統(tǒng)3.3.1玻璃配料系統(tǒng)玻璃工業(yè)在我國產(chǎn)業(yè)中是一個重要的行業(yè)，并

9、在我國的經(jīng)濟建 設中起著非常重要的作用。改革開放以來，隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā) 展，玻璃配料行業(yè)也得到了長足的發(fā)展。特別是20世紀80年代后期，我國玻璃出現(xiàn)了第一次發(fā)展高峰，以年增長35 %的速度飛速發(fā)展，遠遠高于當時我國經(jīng)濟發(fā)展10 %的增長速度，玻璃工業(yè)的發(fā)展 異常引人注臥13J。近年來，玻璃生產(chǎn)行業(yè)的競爭日趨激烈。因此， 穩(wěn)定并提高產(chǎn)品質量、產(chǎn)量和增強競爭力成為玻璃生產(chǎn)發(fā)展的主要 目標。而基于這個目標開發(fā)的適用于玻璃生產(chǎn)的稱重配料系統(tǒng)必須 具有高速度、高性能、高精度、高可靠性和穩(wěn)定性等特點，以適應 現(xiàn)代化生產(chǎn)的要求。目前我國玻璃工業(yè)存在的主要問題及與國際先進水平的差距主 要表現(xiàn)在：資源、能源

10、消耗高，綜合利用水平低；整體技術、裝備 及管理水平與國際先進水平相比仍有較大差距；產(chǎn)品結構不夠合理， 優(yōu)質浮法和深加工率偏低：企業(yè)數(shù)量多、規(guī)模小、國際競爭力差； 企業(yè)科技創(chuàng)新和自主開發(fā)能力較差，缺乏具有驅動力的技術創(chuàng)新機 制和能力；市場不規(guī)范，無序競爭現(xiàn)象比較突出等。在玻璃配料技術方面，還存在著工藝落后、產(chǎn)品品種單一、設 備裝配不合理和自動化程度低等弊端，難以適應現(xiàn)代化玻璃工業(yè)發(fā) 展的需要。在玻璃配料控制系統(tǒng)方面普遍存在的問題是：配料精度 低，機電控制部分的可靠性差；缺少數(shù)據(jù)庫管理生產(chǎn)以及對生產(chǎn)過 程的實時動態(tài)監(jiān)視。配料精度低主要原因是電子秤系統(tǒng) 的動態(tài)性范 圍小或用于配料的算法不合理造成的；

11、而可靠性差主要是中間繼電 器和微機控制系統(tǒng)的可靠性低所致?？煽啃允侵匾馁|量指標，但 由于機械工藝、電子元件等基礎工業(yè)發(fā)展的滯后，國內的微機配料 系統(tǒng)的可靠性與國外產(chǎn)品相比尚有一定差距。隨著計算機技術和控制技術的發(fā)展，以可編程序控制器（PLC）為基礎的集散控制系統(tǒng)己成為當今玻璃生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的主流，并 日趨成熟。同時隨著網(wǎng)絡化、信息化技術向自動化領域的滲透，使 得自動化系統(tǒng)的體系結構面臨一場深刻的變革，這種變革也必將對 玻璃自動化產(chǎn)生重大影響。332玻璃配料控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀在配料生產(chǎn)過程中，一般應該能夠實現(xiàn)全自動、半自動和手動 配料，并且可以在不同工作模式之間進行切換。玻璃配料控制系統(tǒng) 必須有很

12、高的可靠性來保證系統(tǒng)連續(xù)正常工作，出現(xiàn)故障時能及時 報警并能夠緊急停車，防止系統(tǒng)出現(xiàn)事故。目前，我國配料領域選用的控制系統(tǒng)種類很多，歸結起來有以下幾種：333直接數(shù)字控制系統(tǒng)利用計算機的分時處理功能直接對多個控制回路實現(xiàn)多種形式控制的多功能數(shù)字控制系統(tǒng)。在這類系統(tǒng)中，計算機的輸出直接作用于控制對象，故稱直接數(shù)字控（Direct Digital Control，簡稱DDC）。直接數(shù)字控制系統(tǒng)是一種閉環(huán)控制系統(tǒng)，其系統(tǒng)結構組成如圖3.4所示圖3.4直接數(shù)字控制系統(tǒng)組成框圖系統(tǒng)中安排了一臺中心計算機，由這臺計算機通過多點巡回檢 測裝置對過程參數(shù)進行采樣，并將采樣值與存于存儲器中的設定值 進行比較，再

13、根據(jù)兩者的差值和相應于指定控制規(guī)律的控制算法進 行分析和計算，以形成所要求的控制信息，然后將其傳送給執(zhí)行機 構去控制生產(chǎn)過程，用分時處理方式完成對多個單回路的各種控制，如比例積分微分、前饋、非線性、適應等控制。同時，也可根 據(jù)需要將必要的信息在終端機的屏幕上顯示或用打印機打印出來。直接數(shù)字控制系統(tǒng)具有在線實時控制、分時方式控制和靈活性、 多功能性三個特點，并且其結構緊湊、輕便靈活、便于維護，有較 高的抗干擾能力和控制精度，操作方便。主要問題是在這種控制系 統(tǒng)中，一切信息的交換均通過中心計算機，一旦該計算機出錯，排 查起來非常困難，并且將導致整個系統(tǒng)的癱瘓。這種“風險集中”的結 構體系導致了 D

14、DC系統(tǒng)在大中型過程控制系統(tǒng)中的低可靠性， 影響 了計算機技術在過程控制系統(tǒng)中的推廣。因此這種控制系統(tǒng)在現(xiàn)代 玻璃配料生產(chǎn)企業(yè)中己很少應用。334監(jiān)督控制系統(tǒng)監(jiān)督控制(Supervisory Computer Control ，簡稱 SCC)系統(tǒng)又稱 設定值控制系統(tǒng)。計算機監(jiān)督控制系統(tǒng)是在操作指導系統(tǒng)的基礎上 發(fā)展起來的。操作指導系統(tǒng)是一種開環(huán)控制結構，系統(tǒng)中計算機的 作用是定時采集生產(chǎn)過程參數(shù)，按照工藝要求或指定的控制算法求 出輸入輸出關系和控制量，并通過打印、顯示和報警提供現(xiàn)場信息， 以便管理人員對生產(chǎn)過程進行分析或以手動方式相應地調節(jié)控制量 (給定值)去控制生產(chǎn)過程。計算機監(jiān)督控制系統(tǒng)具

15、有閉環(huán)形式的結構，而且監(jiān)控計算機具 有較復雜的控制功能。它可以根據(jù)生產(chǎn)過程的狀態(tài)、環(huán)境、條件等 因素，按事先規(guī)定的控制模型計算出生產(chǎn)過程的最優(yōu)給定值，并據(jù) 此對模擬式調節(jié)儀表或下一級直接數(shù)字控制系統(tǒng)進行自動整定，也 可以進行順序控制、最優(yōu)控制以及適應控制計算，使 生產(chǎn)過程始終處在最優(yōu)工作狀態(tài)。SCC系統(tǒng)改進了 DDC系統(tǒng)在實時控制時采樣 周期不能太長的缺點，能完成較為復雜的計算，可實時實現(xiàn)優(yōu)化控 制。鍵盤顯示打印SCC計算機d14DCC計算機I輸入通道輸出通道It! t生產(chǎn)過程圖3.5監(jiān)督控制系統(tǒng)組成框圖如圖3.5所示，此控制系統(tǒng)由監(jiān)督控制計算機和數(shù)字控制計算 機實現(xiàn)兩級控制，SCC計算機根據(jù)

16、原始的配料生產(chǎn)工藝信息和其它 信息，監(jiān)控管理整個配料過程、改變DDC級計算機配料給定值；DDC級計算機根據(jù)SCC計算機設定的配料給定值，實時控制稱量 配料。DDC級計算機既可以是單片機，也可以是可編程控制器 (PLC)。DDC系統(tǒng)和SCC系統(tǒng)都屬于集中控制型系統(tǒng)，當這種系統(tǒng)集 中了很多的控制回路時，就必然會帶來“危險高度集中”的問題，從而 使系統(tǒng)的可靠性大為降低。這就要求直接數(shù)字控制由集中型向分散 型轉移，于是出現(xiàn)了“控制分散，信息集中”的集散型控制系統(tǒng)。3.3.5集散型控制系統(tǒng)集散控制系統(tǒng)又稱分散型綜合控制系統(tǒng)(Distributed Co ntrolSystem，簡稱DCS）系統(tǒng)，是對生產(chǎn)

17、過程進行集中監(jiān)視、操作、管 理和分散控制的一種全新的分布式計算機控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)將若干 臺微機分散應用于過程控制，全部信息通過通信網(wǎng)絡由上位管理計 算機監(jiān)控，實現(xiàn)最優(yōu)化控制，通過 CRT裝置、通信總線、鍵盤、打 印機等，進行集中操作、顯示和報警。如圖所示，集散控制系統(tǒng)按 照分散控制、集中操作、分級管理、分而自治和綜合協(xié)調的設計原 則，把系統(tǒng)從上到下分為分散過程控制級、集中操作監(jiān)控級、綜合 信息管理級，形成分級分布式控制結構。DCS通常采用若干個控制器（過程站）對一個生產(chǎn)過程中的眾多 控制點進行控制，各控制器間通過網(wǎng)絡連接并可進行數(shù)據(jù)交換。操 作采用計算機操作站，通過網(wǎng)絡與控制器連接，收集生產(chǎn)數(shù)

18、據(jù)，傳 達操作指令。過程級主要由過程控制站、1/O單元和現(xiàn)場儀表組成， 是系統(tǒng)控制功能的主要實施部分。DCS的控制決策由過程控制站完 成，所以控制程序是由過程控制站執(zhí)行的。 DCS的過程控制站是一 個完整的計算機系統(tǒng)，主要由電源、CPU（中央處理器）、網(wǎng)絡接口和I/O組構成。DCS中的/o 一般是模塊化的，一個I/O模塊 上有一個或多個I/O通道，用來連接傳感器和執(zhí)行器（調節(jié)閻）。操 作站、現(xiàn)場控制器、I/O組件間的連接是通過現(xiàn) 場總線連接的， 在這一層次內形成開放的、雙向的、數(shù)字通信系統(tǒng)。磁盤機監(jiān)督級微型計算機CRT圖像顯示通信接口打印機r;I;通信接口通信接口通信摟口通信接口t:V下位機下

19、位機下位機下位機回路控制站順序控制站分批控制站數(shù)據(jù)采集站圖3.6集散控制系統(tǒng)組成框圖磁盤機管理級微型計算機打印機通信接口在集散控制系統(tǒng)中，分布式控制思想的實現(xiàn)正是基于網(wǎng)絡技術 的發(fā)展和應用。但是，不同的DCS廠家為了達到壟斷經(jīng)營的目的而 對其控制通訊網(wǎng)絡采用各自專用的封閉形式。不同廠家DCS系統(tǒng)之間以及DCS與上層Intranet、Internet信息網(wǎng)絡之間難以實現(xiàn)網(wǎng)絡 互聯(lián)和信息共享。因此從該角度而言，DCS實質上是一種封閉專用 的、不具可互操作性的分布式控制系統(tǒng)且造價昂貴。3.3.6現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(Fieldbus Control System，簡稱Fes)是工業(yè) 設備

20、自動化控制的一種計算機局域網(wǎng)絡。它依靠現(xiàn)場總線技術將具 有檢測、控制和通信能力的微處理芯片置入傳統(tǒng)的測量控制儀表，使它們各自具有數(shù)字計算和數(shù)字通信能力?？刹捎煤唵蔚碾p絞線作 為總線，把多個測量控制儀表連接成網(wǎng)絡系統(tǒng)，并按公開、規(guī)范的 通信協(xié)議，在位于現(xiàn)場的多個數(shù)字測量控制設備之間及現(xiàn)場儀表與 遠程控制計算機之間實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸與信息交換，從而形成各種適應 實際需要的自動控制系統(tǒng)幢引。FCS的組成結構如圖3.7所示圖3.7現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)組成框圖現(xiàn)場總線系統(tǒng)由于采用了智能現(xiàn)場設備，能夠把原先DCS系統(tǒng)中處于控制室的控制模塊、各輸入輸出模塊置于生產(chǎn)現(xiàn)場。同時,現(xiàn)場設備又具有通訊能力，現(xiàn)場的測量變送儀表可以與閥門等執(zhí)行 機構直接傳送信息。因而系統(tǒng)的控制功能能夠不依賴控制室的計算 機或控制儀表直接在現(xiàn)場完成，實現(xiàn)了真正意義上的分散控制。由 于采用數(shù)字信號代替模擬信號，因而可以在一對電線上傳輸多個信 號，