變頻調(diào)速皮帶稱重模糊控制配料系統(tǒng)

1、內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文）題 目：變頻調(diào)速皮帶稱重模糊控制配料系統(tǒng) 學(xué)生姓名：郭 昌學(xué) 號(hào)：200540501407專 業(yè)：自動(dòng)化班 級(jí)：自2005-4班指導(dǎo)教師：崔桂梅 教授變頻調(diào)速皮帶稱重模糊控制配料系統(tǒng)自動(dòng)化05-4 郭昌 指導(dǎo)教師 崔桂梅摘 要 針對(duì)目前自動(dòng)稱重配料系統(tǒng)中采用傳統(tǒng)pid控制的不足，提出了一種基于模糊-pid控制的方法。將模糊控制技術(shù)與傳統(tǒng)的pid控制技術(shù)結(jié)合起來(lái)，共同應(yīng)用于實(shí)際系統(tǒng)的調(diào)節(jié)當(dāng)中，誤差較小時(shí)采用pid控制，誤差較大時(shí)采用模糊控制，大大提高了系統(tǒng)抗外部干擾和適應(yīng)內(nèi)部參數(shù)變化的魯棒性，有效地解決了系統(tǒng)運(yùn)行中誤差不穩(wěn)定和動(dòng)態(tài)特性不理想的問(wèn)題。系

2、統(tǒng)采用西門子s7-200 plc實(shí)現(xiàn)模糊-pid雙?？刂?，充分利用了plc的控制功能，通過(guò)查表在plc中實(shí)現(xiàn)了較為先進(jìn)的模糊控制算法，大大加快了系統(tǒng)的響應(yīng)速度，plc模擬輸出控制變頻器調(diào)節(jié)皮帶電機(jī)轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到控制物料流量的目的，很大程度地降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。 經(jīng)過(guò)仿真試驗(yàn)，系統(tǒng)控制性能良好。關(guān)鍵詞：模糊-pid控制 ； 自動(dòng)配料 ； 電子皮帶秤 ； 變頻調(diào)速abstractautomatic weighing ingredients for the current system used in the inadequacies of traditional pid co

3、ntrol, a fuzzy-pid control-based approach. the fuzzy control technology with the traditional pid control technology combined with common regulation applies to the actual system, the error when using pid control of a smaller margin of error greater use of fuzzy control system greatly enhanced the ant

4、i-interference and adapt to external changes in the internal parameters robust and effective solution to a system error dynamic characteristics of instability and the problem of unsatisfactory.system uses a siemens s7-200 plc to achieve dual-mode fuzzy-pid control, make full use of the plc control f

5、unctions, through the look-up table in the plc to achieve a more advanced fuzzy control algorithm, greatly speeding up the system response speed, plc analog output inverter control motor speed regulating belt, so as to achieve the purpose of controlling the flow of materials, to a large extent reduc

6、ed the labor intensity and improve production efficiency and product quality. after simulation, the system control performance good.key words: fuzzy - pid control; automatic ingredient; electronic belt scale; vvvf目錄摘 要iabstractii第一章 引 言11.1 設(shè)計(jì)背景及其意義11.2 目前國(guó)內(nèi)外的現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題21.2.1 電子皮帶秤配料系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)工藝過(guò)程21.2.2 國(guó)內(nèi)

7、外常用技術(shù)解決方案21.2.3 現(xiàn)有控制系統(tǒng)存在的問(wèn)題31.3 本設(shè)計(jì)的主要研究?jī)?nèi)容和解決的問(wèn)題5第二章 自動(dòng)配料系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)72.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案和基本組成72.2 系統(tǒng)工作原理及控制模型92.3 配料皮帶秤的組成及原理102.3.1 配料皮帶秤的組成102.3.2 配料皮帶秤的工作原理102.4 稱重傳感器112.4.1 稱重傳感器的選擇112.4.2 稱重信號(hào)的處理122.5 測(cè)速傳感器的選擇142.6 電機(jī)調(diào)速方式的選擇152.6.1 常用電機(jī)調(diào)速方式152.6.2 配料系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制策略162.7 系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì)192.8 接地措施20第三章 電氣控制系統(tǒng)213.1

8、 配料過(guò)程的動(dòng)力控制213.1.1 可編程控制器的選用和配置213.1.2 系統(tǒng)的輸入輸出量223.1.3 動(dòng)力控制部分的設(shè)計(jì)243.2 稱量落差補(bǔ)償問(wèn)題26第四章 模糊-pid復(fù)合控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)284.1 系統(tǒng)的控制模型284.2 控制思想與控制算法294.2.1 pid控制器294.2.2 模糊控制原理324.2.3 fuzzy控制器的結(jié)構(gòu)及算法344.2.4 模糊控制算法的plc實(shí)現(xiàn)404.3 變頻調(diào)速皮帶稱重模糊控制配料系統(tǒng)的仿真試驗(yàn)424.3.1 仿真分析434.3.2 仿真試驗(yàn)434.3.3 結(jié)論46第五章 系統(tǒng)通信與管理軟件的設(shè)計(jì)475.1 系統(tǒng)的通信設(shè)計(jì)475.1.1 prof

9、ibus-dp概述475.1.2 profibus-dp系統(tǒng)的組成485.1.3 profibus-dp系統(tǒng)工作過(guò)程495.1.4 系統(tǒng)的profibus-dp通信525.2 系統(tǒng)組態(tài)管理軟件的選擇與設(shè)計(jì)535.2.1 組態(tài)軟件的選擇535.2.2 上位機(jī)與plc的通信組態(tài)設(shè)計(jì)555.2.3 監(jiān)控模塊中變量組態(tài)575.2.4 配料系統(tǒng)的軟件功能模塊57第六章 總結(jié)與展望59參考文獻(xiàn)60附錄62致謝80第一章 引 言1.1 設(shè)計(jì)背景及其意義近年來(lái)，國(guó)內(nèi)新建燒結(jié)機(jī)的配料方法均采用重量配料法，重量配料就是按原料的重量來(lái)配料，采用電子皮帶秤對(duì)物料進(jìn)行連續(xù)計(jì)量,通過(guò)調(diào)節(jié)圓盤給料機(jī)或皮帶的速度來(lái)實(shí)現(xiàn)定量給

10、料，重量配料易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)配料,配料精度較高。燒結(jié)機(jī)的配料采用電子皮帶秤定量給料，為提高皮帶配料秤的計(jì)量精度和配料系統(tǒng)給料精度，所有給料機(jī)的皮帶配料秤均采用變頻調(diào)速的方式進(jìn)行控制。該自動(dòng)稱重配料控制由下列五大部分：電子皮帶稱、稱重控制plc、變頻控制柜、監(jiān)控計(jì)算機(jī)及現(xiàn)場(chǎng)操作箱部分。配料自動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)燒結(jié)用的原料如混勻礦、燃料、熔劑白云石、生石灰、冷返礦按照工藝要求的配比進(jìn)行自動(dòng)給料，能夠判斷下料堵料和失控故障、變頻器故障，并報(bào)警。電子皮帶秤自動(dòng)配料系統(tǒng)可以按照設(shè)定配比和流量控制各輸入物料的瞬時(shí)流量，從而達(dá)到控制各種產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量的目的，是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化和智能化、企業(yè)的科學(xué)管理、安全穩(wěn)定生產(chǎn)和節(jié)

11、能降耗的重要技術(shù)手段1。微機(jī)配料控制系統(tǒng)在生產(chǎn)中的應(yīng)用不僅可以提高配料質(zhì)量和產(chǎn)量，也大大減輕了崗位工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率。有些企業(yè)開(kāi)發(fā)了一些基于皮帶秤儀表和pid控制器的皮帶秤配料系統(tǒng)，但控制精度不盡人意，易出故障，不能適應(yīng)許多生產(chǎn)工藝過(guò)程中的惡劣環(huán)境，不能滿足用戶日益增長(zhǎng)的設(shè)備需求。因此，優(yōu)化設(shè)計(jì)研制技術(shù)先進(jìn)、設(shè)備成熟、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的配料系統(tǒng)至關(guān)重要。本課題設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的變頻調(diào)速皮帶稱重模糊控制配料系統(tǒng)能有效解決動(dòng)態(tài)皮帶稱重控制物料流量的精度問(wèn)題，又因?yàn)椴捎孟冗M(jìn)的控制算法明顯加快了系統(tǒng)響應(yīng)速度，很大程度地降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益，推動(dòng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。1.2 目

12、前國(guó)內(nèi)外的現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題1.2.1 電子皮帶秤配料系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)工藝過(guò)程企業(yè)內(nèi)常見(jiàn)的皮帶秤自動(dòng)配料系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)結(jié)構(gòu)組成如圖l-l所示，結(jié)構(gòu)形式是一種最基本、使用最廣泛的皮帶配料系統(tǒng)。由于每個(gè)稱重單元的工作原理與控制方法是類似的，本系統(tǒng)以稱重單元中的一個(gè)為例。系統(tǒng)的每個(gè)物料倉(cāng)裝滿物料壓在皮帶上，皮帶電機(jī)拖動(dòng)皮帶轉(zhuǎn)動(dòng)，則物料被連續(xù)拉出，皮帶電機(jī)的轉(zhuǎn)速就決定了物料的流量。皮帶電機(jī)可采用多種調(diào)速方式，每個(gè)皮帶下面有一自動(dòng)稱重皮帶秤，通過(guò)皮帶秤就可以稱出下料的流量、累計(jì)量等數(shù)據(jù)；所有皮帶的下面是一輸送主皮帶把混合好的原料送到下級(jí)容器中。圖1-1 皮帶秤自動(dòng)配料系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)示意圖1.2.2 國(guó)內(nèi)外常用技術(shù)解決方案目

13、前國(guó)內(nèi)電子皮帶秤自動(dòng)配料系統(tǒng)的生產(chǎn)廠家主要有徐州拉姆齊、山西新元、濟(jì)南金鐘等，國(guó)外的生產(chǎn)廠家有德國(guó)申克、日本大和等。某些廠家從成本考慮，采用單片機(jī)進(jìn)行簡(jiǎn)單的稱量積算和pid調(diào)節(jié)，功能簡(jiǎn)單，控制精度低，管理功能弱，可靠性不高。規(guī)模較大的公司則通常采用基于調(diào)節(jié)器和windows平臺(tái)的皮帶秤配料系統(tǒng)2-3，該系統(tǒng)正常工作時(shí)，配料儀表接受來(lái)自秤體的稱重信號(hào)和測(cè)速信號(hào)，經(jīng)乘積算后顯示瞬時(shí)流量和累計(jì)量，并將瞬時(shí)流量以420毫安模擬電流的形式送往pid調(diào)節(jié)器作為調(diào)節(jié)測(cè)量輸入信號(hào)，調(diào)節(jié)器將該信號(hào)與機(jī)內(nèi)設(shè)定值比較運(yùn)算后輸出420毫安模擬調(diào)節(jié)信號(hào)，控制皮帶電機(jī)轉(zhuǎn)速，從而進(jìn)一步控制該種物料的下料流量，最終使幾種物料

14、的瞬時(shí)下料流量與階段累計(jì)量都保持在用戶要求的范圍內(nèi)。要改變流量及配比可直接在調(diào)節(jié)器上進(jìn)行設(shè)定操作，操作簡(jiǎn)單方便。為便于集中控制，可以采用工控機(jī)作為上位機(jī)，通過(guò)串行接口與配料儀表和調(diào)節(jié)器進(jìn)行通訊，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)配料情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并可直接在工控機(jī)上進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)pid參數(shù)的設(shè)定3，加上報(bào)警監(jiān)測(cè)功能，整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，節(jié)省了勞力，提高了生產(chǎn)效率。第i號(hào)皮帶電機(jī)的傳統(tǒng)控制方框圖模型如圖1-2所示。圖1-2常用系統(tǒng)控制方框圖1.2.3 現(xiàn)有控制系統(tǒng)存在的問(wèn)題適用上述解決方案的工藝現(xiàn)場(chǎng)首先必須滿足這樣一個(gè)前提條件，那就是物料流出量必須與直拖皮帶電機(jī)的轉(zhuǎn)速成正比。要使系統(tǒng)具有良好的調(diào)節(jié)品質(zhì)，即有較高的穩(wěn)定性、準(zhǔn)確

15、性和快速性，系統(tǒng)還必須具備兩個(gè)條件4:1)系統(tǒng)自身的結(jié)構(gòu)性質(zhì)穩(wěn)定，這包括它的容量系數(shù)、阻力和傳遞距離等內(nèi)容。2)調(diào)節(jié)器有合理的pid參數(shù)。只有將這三種作用的強(qiáng)度作適當(dāng)?shù)呐浜?，才可以使調(diào)節(jié)器快速、平穩(wěn)、準(zhǔn)確地運(yùn)行，從而獲得滿意的控制效果。在這兩者中，條件1)是條件2)的前提，因?yàn)閜id參數(shù)取決于系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，而影響系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的主要因素是系統(tǒng)本身的結(jié)構(gòu)性質(zhì)。因?yàn)橐酝Ｓ门淞戏Q重系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)是基于普通的pid調(diào)節(jié)器，采用一般的pid控制算法，其參數(shù)一般是按階躍響應(yīng)的過(guò)渡過(guò)程時(shí)間來(lái)整定的，靈敏度較高，對(duì)于固定參數(shù)的系統(tǒng)有著較好的調(diào)節(jié)品質(zhì)，從理論上講能做到無(wú)誤差調(diào)節(jié)，在誤差較小的范圍內(nèi)確有其優(yōu)越性。

16、在各設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)正常、穩(wěn)定的情況下，可以實(shí)現(xiàn)良好的控制效果。同時(shí)，利用調(diào)節(jié)器的自整定功能可由調(diào)節(jié)器自動(dòng)整定出一套合理的pid參數(shù)用于系統(tǒng)的正常運(yùn)行。但是，實(shí)際中電子皮帶秤自動(dòng)配煤系統(tǒng)的控制準(zhǔn)確度會(huì)受到多個(gè)因素的影響5。1)給料設(shè)備安裝精度的影響給料設(shè)備加工和安裝精度對(duì)控制準(zhǔn)確度也會(huì)發(fā)生影響。例如:采用圓盤給料機(jī)作為給料設(shè)備時(shí)，假如圓盤的水平精度不高，在給料圓盤旋轉(zhuǎn)一周的時(shí)間內(nèi)將會(huì)產(chǎn)生給料量的大小變化。要害是周期性大小變化的干擾信號(hào)會(huì)引入到配料控制回路，對(duì)系統(tǒng)控制準(zhǔn)確度產(chǎn)生影響，所以，給料設(shè)備的加工安裝應(yīng)最大限度地嚴(yán)格。2)料倉(cāng)結(jié)構(gòu)形狀的影響實(shí)踐證明:料倉(cāng)的形狀以及料倉(cāng)內(nèi)壁的材料選用，都對(duì)物料均勻流

17、線型下落有影響。嚴(yán)重時(shí)會(huì)使物料積壓在料倉(cāng)中，產(chǎn)生所謂的“懸料”現(xiàn)象，物料時(shí)下時(shí)不下。這些都會(huì)干擾配料系統(tǒng)正常工作。3)物料物理特性的影響物料流動(dòng)性的好壞是影響配料系統(tǒng)的因素之一。當(dāng)物料的粒度、濕度、溫度、灰分發(fā)生變化時(shí)，給料設(shè)備往往不能正常地供料，嚴(yán)重時(shí)配料系統(tǒng)無(wú)法工作。如在我國(guó)南方，雨水較多，若對(duì)物料無(wú)保證措施，物料水分受天氣的影響有時(shí)會(huì)粘成球團(tuán)，在這種情況下，配料準(zhǔn)確度是無(wú)法保證的，而在我國(guó)北方，冬天氣溫很低，若對(duì)物料無(wú)保護(hù)措施，物料可能結(jié)在一起，也同樣不能保證準(zhǔn)確度，所以，要達(dá)到控制準(zhǔn)確度指標(biāo)，物料應(yīng)不結(jié)塊、結(jié)球，粒度保持一致，水分適中，流動(dòng)性好。因此一般都在物料倉(cāng)兩邊加兩個(gè)電機(jī)作為振動(dòng)

18、器使用，以防止物料結(jié)塊。4)機(jī)械震動(dòng)的影響配料皮帶秤檢測(cè)出的物料瞬時(shí)流量是要參與控制量的輸出運(yùn)算的，是通過(guò)瞬時(shí)物料流量求出控制量。如果瞬時(shí)物料流量不穩(wěn)定，將直接影響系統(tǒng)的控制準(zhǔn)確度。安裝時(shí)盡量避免將周圍輸送設(shè)備的振動(dòng)引入到配料秤中。5)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境較為復(fù)雜、惡劣，其他外界干擾頻繁。如:秤體排列緊湊，秤體周圍常安裝有大功率給料電機(jī);儀表附近裝有大功率變頻器，電機(jī)經(jīng)常頻繁啟停，電磁波干擾大。由于以上因素的存在，系統(tǒng)誤差往往較大，其動(dòng)態(tài)特性并不理想，超調(diào)量一般較大，因?yàn)椴荒芗皶r(shí)地調(diào)整流量，造成系統(tǒng)自身的阻力和傳遞距離不穩(wěn)定，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)不穩(wěn)定，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)性質(zhì)不穩(wěn)定，最終導(dǎo)致控制系統(tǒng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)理想的控制效果，并

19、調(diào)節(jié)器的自整定功能也失效5。此時(shí)，通常只能由操作人員通過(guò)一定的經(jīng)驗(yàn)方法了解系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，人工整定出一套粗略的pid參數(shù)，使之能夠在惡劣的環(huán)境條件下以適用于一個(gè)較寬的范圍。但此時(shí)皮帶秤的計(jì)量性能和配料精度都會(huì)受到影響。目前，該問(wèn)題一直困擾著許多用戶，尚沒(méi)有較為成熟的方法來(lái)解決這一問(wèn)題。還有其他如：稱重傳感器、測(cè)速傳感器的選擇；電機(jī)調(diào)速方式的選擇；系統(tǒng)抗干擾設(shè)計(jì)；動(dòng)力聯(lián)鎖控制；系統(tǒng)調(diào)試；稱重管理軟件的設(shè)計(jì)等問(wèn)題都有待于進(jìn)一步改進(jìn)13。1.3 本設(shè)計(jì)的主要研究?jī)?nèi)容和解決的問(wèn)題本課題針對(duì)以上現(xiàn)有皮帶配料系統(tǒng)中存在的問(wèn)題，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一套合理高效的變頻調(diào)速皮帶稱重模糊控制配料系統(tǒng)以解決皮帶輸送過(guò)程中的，

20、系統(tǒng)響應(yīng)速度與控制精度的問(wèn)題。本設(shè)計(jì)主要研究?jī)?nèi)容是針對(duì)自動(dòng)配料環(huán)節(jié)，采用模糊-pid復(fù)合控制技術(shù)、將模糊控制技術(shù)結(jié)合傳統(tǒng)的pid控制策略應(yīng)用在自動(dòng)配料系統(tǒng)的調(diào)節(jié)中。論文詳細(xì)闡述了模糊-pid復(fù)合控制系統(tǒng)具體的實(shí)現(xiàn)，即通過(guò)對(duì)自動(dòng)配料系統(tǒng)的分析，建立合理的控制系統(tǒng)模型，根據(jù)模糊控制原理，提出自動(dòng)配料系統(tǒng)的模糊控制結(jié)構(gòu)和算法，以改進(jìn)電子皮帶秤自動(dòng)配料系統(tǒng)的控制調(diào)節(jié)效果，解決了原系統(tǒng)存在的誤差較大時(shí)，動(dòng)態(tài)特性不理想，超調(diào)量較大的問(wèn)題，從而進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的配料精度和配料速度6。論文第二章闡述了皮帶秤配料系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，第三章說(shuō)明了電氣控制系統(tǒng)的配置實(shí)現(xiàn)，第二章和第三章屬于系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)部分；第四章

21、對(duì)模糊-pid復(fù)合控制系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)研究以及部分仿真試驗(yàn)，第五章介紹了系統(tǒng)通信與管理軟件的設(shè)計(jì)思路，第四章和第五章屬于系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)部分；第六章是設(shè)計(jì)所得出的結(jié)論部分。第二章 自動(dòng)配料系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案和基本組成 以4臺(tái)皮帶秤組成的配料系統(tǒng)為例。本系統(tǒng)主要由配料電子皮帶秤、儀表控制柜、動(dòng)力控制柜、低壓開(kāi)關(guān)柜、變頻器柜、現(xiàn)場(chǎng)操作盤、工業(yè)控制微型計(jì)算機(jī)、及監(jiān)控管理軟件幾部分組成7。1)配料電子皮帶秤配料電子皮帶秤對(duì)經(jīng)過(guò)皮帶的散裝物料進(jìn)行自動(dòng)地連續(xù)稱量和累計(jì)，具有運(yùn)輸和計(jì)量?jī)煞N功能。稱重部分采用電阻應(yīng)變式工作原理，多托輥杠桿式結(jié)構(gòu)，實(shí)際工作時(shí)，皮帶秤采用恒速計(jì)量方式1，通過(guò)調(diào)

22、節(jié)上級(jí)給料速度來(lái)改變物料流量，本類型皮帶秤多用于企業(yè)內(nèi)部生產(chǎn)的工藝控制。2)儀表控制柜儀表控制柜主要包括4臺(tái)皮帶秤儀表。每臺(tái)皮帶秤儀表接受來(lái)自稱重傳感器的重量毫伏信號(hào)和來(lái)自測(cè)速傳感器的帶速脈沖信號(hào)，計(jì)算出流量和累計(jì)量，并將流量信號(hào)以420毫安模擬電流的形式送給工控機(jī)，工控機(jī)將流量信號(hào)與機(jī)內(nèi)設(shè)定值比較后，根據(jù)一定的控制規(guī)則輸出420毫安調(diào)節(jié)信號(hào)，控制現(xiàn)場(chǎng)給料電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而構(gòu)成單機(jī)閉環(huán)系統(tǒng)，達(dá)到控制某種物料流量的目的。皮帶秤儀表通過(guò)rs-485通訊接口與工控機(jī)進(jìn)行通訊。3)動(dòng)力控制柜動(dòng)力控制柜是動(dòng)力部分的中央控制部件，安裝有電流表、控制按鈕、指示燈、可編程控制器(以下稱plc)及電機(jī)保護(hù)電路，用

23、于監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)皮帶機(jī)電流、對(duì)現(xiàn)場(chǎng)皮帶機(jī)和給料設(shè)備的啟停進(jìn)行控制、指示電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、聯(lián)鎖控制及打滑跑偏報(bào)警。plc通過(guò)擴(kuò)展em277通訊模塊，用profibus_dp的通訊接口與工控機(jī)進(jìn)行通訊。4)低壓開(kāi)關(guān)柜低壓開(kāi)關(guān)柜配置有刀開(kāi)關(guān)、斷路器、電壓表、電流表、電流互感器、隔離變壓器等器件為各控制柜和配煤系統(tǒng)動(dòng)力部分提供電源，同時(shí)檢測(cè)動(dòng)力電源部分的相間電壓和線電流。5)變頻器柜柜中的變頻器，接受來(lái)自動(dòng)力控制柜的開(kāi)關(guān)信號(hào)控制上級(jí)給料電機(jī)的啟停，同時(shí)亦接受來(lái)自工控機(jī)的420毫安調(diào)節(jié)信號(hào)，來(lái)改變輸出動(dòng)力電源的頻率，從而控制現(xiàn)場(chǎng)7臺(tái)給料機(jī)的轉(zhuǎn)速。如果變頻器功率較大，則必須在柜體中配置散熱風(fēng)扇，以保證變頻器能正常工

24、作。6)現(xiàn)場(chǎng)操作盤配煤系統(tǒng)電機(jī)的現(xiàn)場(chǎng)控制部件，裝有控制按鈕、指示燈，可在機(jī)旁對(duì)現(xiàn)場(chǎng)皮帶機(jī)和給料設(shè)備的啟停進(jìn)行控制、指示plc對(duì)電機(jī)的命令狀態(tài)。7)工業(yè)控制微型計(jì)算機(jī)及軟件工控機(jī)作為上位機(jī)，通過(guò)profibus雙向通訊接口與動(dòng)力控制柜中的plc聯(lián)機(jī)，控制plc 的運(yùn)行方式，輸出開(kāi)關(guān)量量控制信號(hào)控制主皮帶電機(jī)的啟停，從而構(gòu)成完整的配料系統(tǒng)。工控機(jī)另留有一個(gè)rs485雙向通訊接口，以備與全廠的上位工控機(jī)通訊。監(jiān)控軟件的主要功能有:根據(jù)生產(chǎn)配方和產(chǎn)量目標(biāo)對(duì)稱重過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)控制，對(duì)稱重?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)管理并實(shí)現(xiàn)打印，包括對(duì)變頻器進(jìn)行調(diào)節(jié)控制的運(yùn)算。系統(tǒng)軟件有多種現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控方式和配方輸入方式，以適應(yīng)不同的工程要

25、求，用戶可設(shè)定報(bào)警打印時(shí)間等參數(shù)。界面采用菜單方式，使用方便，用戶可通過(guò)鼠標(biāo)或鍵盤進(jìn)行操作，對(duì)整個(gè)配料系統(tǒng)進(jìn)行控制和管理。2.2 系統(tǒng)工作原理及控制模型系統(tǒng)開(kāi)始工作時(shí)，工控機(jī)首先根據(jù)本次生產(chǎn)任務(wù)首先進(jìn)行各種初始化，包括各成分的名稱、倉(cāng)號(hào)、產(chǎn)量、標(biāo)準(zhǔn)配比、標(biāo)準(zhǔn)流量等，然后按一定時(shí)序控制各給料機(jī)和皮帶秤的啟動(dòng)，各給料機(jī)按一定流量給料，同時(shí)工控機(jī)讀取皮帶稱重儀的重量信號(hào)和累計(jì)量數(shù)據(jù)，根據(jù)各成分的累積量值計(jì)算當(dāng)前的實(shí)際配比，通過(guò)與標(biāo)準(zhǔn)配比的比較修正各給料機(jī)的給定量，使系統(tǒng)工作在最佳配比狀態(tài)，當(dāng)達(dá)到預(yù)定產(chǎn)量時(shí)，再按一定時(shí)序停止各給料機(jī)。該系統(tǒng)的特點(diǎn)是由一臺(tái)上位機(jī)來(lái)控制多臺(tái)給料機(jī)，為了實(shí)現(xiàn)一定的配比，各給

26、料機(jī)之間的工作又是相互聯(lián)系的，而且給定量要隨當(dāng)前的實(shí)際配比進(jìn)行修改，因此其控制結(jié)構(gòu)是較為復(fù)雜的。第i號(hào)給料機(jī)的控制方框圖模型如圖2-1所示。圖2-1 第i號(hào)皮帶電機(jī)的控制方框圖模型從圖2-1中可以看出，該系統(tǒng)屬于一個(gè)多閉環(huán)有關(guān)聯(lián)控制結(jié)構(gòu)。就第i號(hào)給料倉(cāng)而言，有兩個(gè)閉環(huán)和一個(gè)前饋，內(nèi)環(huán)是一個(gè)fuzzy-pid控制器，據(jù)給定流量fgi去控制調(diào)速給料機(jī)，使其給料流量fi控制在理想的給定值fgi附近。外環(huán)根據(jù)當(dāng)前的累積值和希望產(chǎn)量之差p以及前饋環(huán)節(jié)的給料機(jī)當(dāng)前流量來(lái)修正內(nèi)環(huán)的給定值。控制器采用fuzzy-pid復(fù)合控制方式，當(dāng)偏差較大時(shí)采用模糊控制，當(dāng)偏差減小到較小范圍時(shí)采用pid控制方式。這樣就可以

27、解決系統(tǒng)誤差較大，其動(dòng)態(tài)特性不理想，超調(diào)量較大的控制難題。具體實(shí)現(xiàn)見(jiàn)第四章。2.3 配料皮帶秤的組成及原理2.3.1 配料皮帶秤的組成配料皮帶秤的結(jié)構(gòu)組成，主要由輸送機(jī)架、稱重傳感器、測(cè)速傳感器、秤架、主動(dòng)滾筒、從動(dòng)滾筒、輸送帶、張緊裝置、拖動(dòng)裝置、清掃器、調(diào)偏裝置等組成。當(dāng)散落在輸送皮帶機(jī)上的物料通過(guò)秤體時(shí)，秤體中的稱重傳感器和測(cè)速傳感器分別把重量毫伏信號(hào)和帶速脈沖信號(hào)通過(guò)接線盒送往皮帶秤儀表。2.3.2 配料皮帶秤的工作原理皮帶秤是自動(dòng)衡器，與人們熟悉的非自動(dòng)秤比較，前者是物料在輸送過(guò)程中連續(xù)自動(dòng)地完成稱重任務(wù)，后者是物料在靜止?fàn)顟B(tài)下斷續(xù)地進(jìn)行稱重。所以連續(xù)、自動(dòng)稱重是皮帶秤的主要特點(diǎn)。運(yùn)

28、動(dòng)皮帶上單位長(zhǎng)度的瞬時(shí)流量，某一段距離的物料重量，或一段時(shí)間和一段距離的累積重量，這些量可以用積分法來(lái)演算。輸送機(jī)輸送物料時(shí)，皮帶秤儀表連續(xù)測(cè)量皮帶上每單位長(zhǎng)度的載荷值q(kg/m)，并與皮帶在同一時(shí)刻的速度v(m/s)相乘，測(cè)得結(jié)果為物料的瞬時(shí)流量，q*v(kg/s)。因物料輸送的不均勻性和皮帶速度隨時(shí)間變化，所以在t時(shí)間間隔的累積流量可以用以下積分式(2-1)表示: 式（2-1） wt時(shí)間間隔的物料累積量kg或t ；t物料通過(guò)秤的時(shí)間s或h ；q(t)皮帶單位長(zhǎng)度上的物料重量kg/m ；v(t)物料在皮帶上的運(yùn)行速度m/s 。2.4 稱重傳感器稱重傳感器作為衡器的關(guān)鍵部件，其應(yīng)用已經(jīng)很普及

29、了，但是稱重傳感器的選型，尤其是動(dòng)態(tài)稱重傳感器的選型，還有很多要點(diǎn)需要注意。配料皮帶秤傳感器選型時(shí)應(yīng)著重考慮稱重傳感器的量程、靈敏度、結(jié)構(gòu)材質(zhì)等方面8-9。2.4.1 稱重傳感器的選擇l)量程的選擇皮帶秤稱重傳感器的受力包括杠桿結(jié)構(gòu)秤體的自重、物料流量作用力以及稱量段內(nèi)輸送皮帶的自重，因此量程選擇要考慮這幾項(xiàng)內(nèi)容。物料流量作用力fl的計(jì)算方法見(jiàn)式(2-2)。 式（2-2）式(2-2)中，fi物料額定流量； l稱量段長(zhǎng)度； r杠桿比，r=傳感器受力 / 實(shí)際稱量段受力(一般取r=0.5)； v（t）物料在皮帶上的運(yùn)行速度?？紤]到皮帶秤的使用環(huán)境較惡劣，經(jīng)常遇到震動(dòng)、沖擊、過(guò)載等情況，為提高皮帶秤

30、可靠性，選擇量程時(shí)，常取1.5的安全系數(shù)。為解決這些問(wèn)題，同時(shí)還要考慮機(jī)械限位的設(shè)計(jì)，稱重傳感器的材質(zhì)盡量選用抗沖擊、抗過(guò)載能力強(qiáng)且輸出穩(wěn)定的鋼制傳感器，而盡量不選取鋁制材料。2)靈敏度的選擇一臺(tái)衡器是否能正常工作，必須考慮這個(gè)系統(tǒng)中各個(gè)部件的技術(shù)參數(shù)能否匹配19。對(duì)衡器來(lái)講，也就是稱重傳感器所選用最大秤量值，靈敏度值;稱重儀表所選用的供橋電壓值、最高靈敏度值等數(shù)最終必須滿足這個(gè)系統(tǒng)的整體指標(biāo)要求。3)稱重傳感器結(jié)構(gòu)類型的選擇電阻應(yīng)變式稱重傳感器的結(jié)構(gòu)類型較多，按照彈性體結(jié)構(gòu)區(qū)分，主要有以下幾種類型。a)懸臂梁式稱重傳感器懸臂梁式稱重傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，靈敏度高，便于制作加工，但對(duì)立的作用點(diǎn)較敏感

31、，對(duì)于震動(dòng)大的場(chǎng)合，其輸出信號(hào)不穩(wěn)定。b)剪切梁式稱重傳感器該類型傳感器的彈性體截面形式多為工字形，電阻應(yīng)變片貼在中性層位置上，對(duì)受力點(diǎn)的變化不敏感，但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，靈敏度高，線形好，但彈性體貼片困難，加工不易。所用材質(zhì)多為鋁制，穩(wěn)定性差，而鋼質(zhì)的多為大量程，不適合皮帶秤使用。c)s型稱重傳感器該類型傳感器應(yīng)變輸出大、線性好，主要有平行梁和剪切梁兩種類型。剪切梁式的剪切力與梁彎距無(wú)關(guān)，消除了受力點(diǎn)移動(dòng)所引起的輸出靈敏度變化，對(duì)側(cè)向載荷也有較大的抵抗能力，而且結(jié)構(gòu)緊湊小巧。其不足之處在于，用于小量程時(shí)，貼片處的腹板太薄，不易加工制作，且不易做到較高的靈敏度。平行梁式有較大的剛度，對(duì)載荷的偏移不敏感，

32、有較高的輸出靈敏度，可用于小量程稱重傳感器。通過(guò)以上分析可知，對(duì)于配料皮帶秤，可選用鋼質(zhì)的s型稱重器，其連接方式采用關(guān)節(jié)軸承，處于受拉狀態(tài)，其抗側(cè)向力的能力可安裝于密封的梁內(nèi)，結(jié)構(gòu)緊湊。2.4.2 稱重信號(hào)的處理該測(cè)控系統(tǒng)中，采集的信號(hào)是來(lái)自各皮帶秤上壓力傳感器輸出的mv級(jí)小信號(hào)。設(shè)計(jì)選用的皮帶秤遠(yuǎn)傳來(lái)的動(dòng)態(tài)稱重信號(hào)是030mv范圍，不能直接被plc讀取，需要經(jīng)過(guò)外加放大電路處理，將其轉(zhuǎn)化為010v的標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào)。為了實(shí)現(xiàn)電壓放大，采用lm324系列器件為價(jià)格便宜的帶有真差動(dòng)輸入的四運(yùn)算放大器，與單電源應(yīng)用場(chǎng)合的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)算放大器相比，它有一些顯著優(yōu)點(diǎn)：可單電源工作3v-32v、短跑保護(hù)輸出、每封

33、裝含四個(gè)運(yùn)算放大器、具有內(nèi)部補(bǔ)償?shù)墓δ?，其引腳圖如下圖2-2所示。圖2-2 lm324引腳圖（管腳圖）又考慮到生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)線與動(dòng)力線、照明線并排布置，距離很近，在長(zhǎng)距離傳輸中極易受到干擾而產(chǎn)生波動(dòng)，故信號(hào)線采用了屏蔽補(bǔ)償導(dǎo)線，信號(hào)線用金屬管與動(dòng)力線隔離。此外，在稱重信號(hào)的輸入端接入濾波網(wǎng)絡(luò),接入濾波網(wǎng)絡(luò)后的輸入電路如圖2-3所示。圖2-3 稱重信號(hào)的處理轉(zhuǎn)化圖2.5 測(cè)速傳感器的選擇電子皮帶秤所測(cè)量物料的瞬時(shí)流量的大小取決于兩個(gè)參數(shù)，即瞬時(shí)流量等于稱重傳感器測(cè)量的承載器上物料負(fù)荷值q(kg/m)和測(cè)速傳感器測(cè)量的皮帶速度值v(m/s)兩個(gè)參數(shù)相乘所得，即:w(t)=q*v，由此可見(jiàn)，測(cè)速傳感器

34、的測(cè)量精確度和穩(wěn)定性與稱重傳感器的測(cè)量精確度和穩(wěn)定性是同等重要的。只要保證q(t)*v(t)的乘積不變，就可以保證物料流量的恒定。即隨皮帶上物料重量的變化控制皮帶運(yùn)行速度做出相應(yīng)的調(diào)整，就可以保證物料流量的恒定。目前稱重傳感器的精確度普遍提高到萬(wàn)分之幾，而測(cè)速傳感器的精確度大多在千分之幾，所以提高測(cè)速傳感器精確度是提高電子皮帶秤系統(tǒng)精確度有效的途徑之一。測(cè)速傳感器的脈沖信號(hào)進(jìn)入顯示儀表后，通常以3種方式完成與稱重傳感器信號(hào)的相乘運(yùn)算8。第一種方式是測(cè)速脈沖信號(hào)經(jīng)整形、放大后轉(zhuǎn)換成o10v dc模擬信號(hào)，并作為稱重傳感器的供橋電壓，在稱重傳感器內(nèi)實(shí)現(xiàn)乘法運(yùn)算；第二種方式是測(cè)速脈沖信號(hào)經(jīng)整形、放大

35、后轉(zhuǎn)換成模擬(或數(shù)字)信號(hào)，與稱重傳感器放大后的模擬(或數(shù)字)信號(hào)在專用的乘法器里進(jìn)行乘法運(yùn)算;第三種方式是測(cè)速脈沖信號(hào)整形后直接作為顯示儀表中累加器的發(fā)信號(hào)，每接受一個(gè)測(cè)速脈沖信號(hào)，累加器就對(duì)稱重傳感器的輸入信號(hào)進(jìn)行一次采樣，皮帶速度越快，累加器采樣的次數(shù)越多，采樣值不斷累加，因而以數(shù)字方式實(shí)行了乘法運(yùn)算。在皮帶電機(jī)轉(zhuǎn)子上同軸安裝光電脈沖式測(cè)速傳感器測(cè)皮帶電機(jī)，計(jì)算出皮帶的實(shí)際傳輸速度。光電脈沖式測(cè)速傳感器由裝在輸入軸上的開(kāi)孔圓盤、光源、光敏元件等組成。當(dāng)圓盤轉(zhuǎn)到某一位置時(shí)，由光源發(fā)射的光通過(guò)開(kāi)孔圓盤上的孔照身到光敏元件上，使光敏元件感光，產(chǎn)生一個(gè)電信號(hào)。圓盤上的孔可以是1個(gè)或多個(gè)，取決于設(shè)

36、備要求的脈沖數(shù)。另外，在某些場(chǎng)合，測(cè)速信號(hào)可以通過(guò)特殊方法獲得。對(duì)本身不調(diào)速的皮帶秤來(lái)說(shuō)，皮帶速度的變化量大致為士(0.10.5)%，這取決于供電電源頻率、電源電壓及負(fù)荷率，其中，供電電源頻率影響最大。但對(duì)于由大電網(wǎng)供電的用戶來(lái)說(shuō)，由于電網(wǎng)電源頻率相當(dāng)穩(wěn)定，即使在不同負(fù)載率情況下，通常皮帶速度的變化率也小于0.2%。大多數(shù)電子皮帶秤的顯示儀表里都有這樣一個(gè)功能，即內(nèi)脈沖、外脈沖選擇功能。當(dāng)選擇外脈沖時(shí)，由安裝在皮帶輸送機(jī)上的測(cè)速傳感器向顯示儀表提供脈沖信號(hào);當(dāng)選擇內(nèi)脈沖時(shí)，則由顯示儀表本機(jī)內(nèi)的信號(hào)脈沖源提供脈沖信號(hào)。因此，當(dāng)皮帶秤的皮帶張力均勻，不會(huì)出現(xiàn)打滑的情況下，可以考慮使用皮帶秤儀表的內(nèi)

37、脈沖來(lái)代替實(shí)際測(cè)速輸入。這一方法適用于測(cè)速傳感器出現(xiàn)故障，安裝不方便的特殊場(chǎng)合。2.6 電機(jī)調(diào)速方式的選擇2.6.1 常用電機(jī)調(diào)速方式調(diào)速電機(jī)一般有三種調(diào)速方式，即變頻調(diào)速、電磁調(diào)速和直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速11。1)變頻調(diào)速方式一般采用變頻器vvvf-變壓變頻方式，調(diào)速比可達(dá)1:10。2)電磁調(diào)速方式一般由異步電動(dòng)機(jī)、電磁轉(zhuǎn)差離合器、測(cè)速發(fā)電機(jī)、控制裝置等組成，通過(guò)控制轉(zhuǎn)差離合器的勵(lì)磁電流來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)速，低轉(zhuǎn)速時(shí)功耗大，不易長(zhǎng)期低速運(yùn)行。高轉(zhuǎn)速只能略低于異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速。實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速設(shè)備價(jià)格高。3)直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速方式直流電動(dòng)機(jī)采用一種可調(diào)電壓的供電電源，單相或三相輸入，輸出一種可調(diào)直流電，通常加有控制

38、和保護(hù)電路，具有改善電動(dòng)機(jī)的特性和運(yùn)行保護(hù)的功能，為無(wú)級(jí)恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，應(yīng)用較為廣泛。過(guò)去，直流電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)用較為廣泛，因?yàn)橹绷麟姍C(jī)易于實(shí)現(xiàn)調(diào)壓、調(diào)磁、調(diào)速，能滿足寬范圍調(diào)速、高精度和快速響應(yīng)的要求，但因其結(jié)構(gòu)上存在換向器，不僅使維護(hù)困難，其單機(jī)容量、最高轉(zhuǎn)速和使用環(huán)境也受到限制：近年來(lái)，隨著電力電子技術(shù)和控制技術(shù)的飛速發(fā)展，使得交流調(diào)速性能已可以與直流調(diào)速相媲美，目前，已進(jìn)入交流調(diào)速逐步替代直流調(diào)速的時(shí)代。2.6.2 配料系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制策略在皮帶秤配料系統(tǒng)中，應(yīng)用變頻器給感應(yīng)電動(dòng)機(jī)提供可變電源來(lái)調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速的方法是最簡(jiǎn)便、采用最多的調(diào)速控制方案10，該電源的電壓與頻率之比是按一定規(guī)律變化

39、的。1) 交流變頻調(diào)速原理異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式，見(jiàn)式(2-3)。 式 (2-3)式(2-4)中，n電機(jī)轉(zhuǎn)速；n1旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速；s 轉(zhuǎn)差率；f1定子電源頻率；p電機(jī)極對(duì)數(shù)。由上式可知，改變f1、s、p中任意一個(gè)變量，n都會(huì)隨之相應(yīng)改變，通常采用的是改變f1的方式，此方式調(diào)速范圍寬，平滑性好，效率高，動(dòng)態(tài)及靜態(tài)性能良好。受交流變頻器控制的感應(yīng)異步電動(dòng)機(jī)在調(diào)速過(guò)程中有兩種工作狀態(tài)，一種是恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速狀態(tài)；另一種是恒功率調(diào)速狀態(tài)。已知異步電動(dòng)機(jī)工作時(shí)，磁通 ： u1/4.44f1 n1 kn1 式 (2-4)式(2-5)中，u1定子相電壓的有效值n1定子每相繞組串聯(lián)匝數(shù)，kn1:定子每相繞組的繞組系數(shù)，

40、電磁轉(zhuǎn)矩： m = cmi2s cos2s 式(2-5)式(2-6)中，cm 與電動(dòng)機(jī)自身結(jié)構(gòu)有關(guān)的比例常數(shù)，i2s 轉(zhuǎn)子相電流的有效值，2s 轉(zhuǎn)子電流比轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)滯后的角度，a)恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速狀態(tài)由式(2-5)、式(2-6)可知，當(dāng)某一固定電機(jī)調(diào)速時(shí)，若磁通增加，將導(dǎo)致勵(lì)磁電流激增的不利后果，引起繞組過(guò)熱;若磁通減少，則輸出轉(zhuǎn)矩下降，此時(shí)，如果負(fù)載轉(zhuǎn)矩仍很大，也會(huì)導(dǎo)致定、轉(zhuǎn)子的過(guò)電流，引起過(guò)熱。因此，在一些經(jīng)常有超大負(fù)載的場(chǎng)合中，一般使用恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式。此時(shí)，u1/f1為常數(shù)，且u1最大不能超過(guò)電機(jī)額定電壓ue ，f1不超過(guò)電機(jī)額定頻率fe。配料系統(tǒng)有時(shí)還會(huì)發(fā)生堵料和持續(xù)超負(fù)載的情況，因此，變頻

41、器應(yīng)工作于恒轉(zhuǎn)矩狀態(tài)，以避免發(fā)生電機(jī)過(guò)流過(guò)熱。通常，變頻器功率一般應(yīng)大于電機(jī)功率一個(gè)數(shù)量級(jí)，變頻器額定輸出電流要大于電機(jī)額定電流1.11.5倍。b)恒功率調(diào)速狀態(tài)當(dāng)f1 fe時(shí)，由于電機(jī)所用電壓受繞組絕緣強(qiáng)度的限制，不能無(wú)限制提高，所以保持u1 = ue，則減小，但由于轉(zhuǎn)速增加，輸出功率近似不變，相當(dāng)于恒功率調(diào)速。2)變頻器控制回路的設(shè)計(jì)要點(diǎn)11：a)變頻器的啟停不可用頻繁切斷供電端電源的方法實(shí)現(xiàn)，必須將啟停開(kāi)關(guān)信號(hào)接入控制輸入端口實(shí)現(xiàn)，否則將影響變頻器的使用壽命。b)變頻器的供電電源端不得加入熔絲類保護(hù)器件，避免變頻器缺相運(yùn)行。加入空氣斷路器后，可以在變頻器保護(hù)功能動(dòng)作的同時(shí)切斷三相電源。c

42、)由于變頻器本身所具有的熱保護(hù)等功能，給料電機(jī)的控制線路可省去熱繼保護(hù)等器件，這樣，也可避免在實(shí)際運(yùn)行中，一旦發(fā)生輕微的堵料而引起的熱繼保護(hù)器件頻繁動(dòng)作，導(dǎo)致電機(jī)頻繁啟停。3)在交流變頻器的電氣安裝過(guò)程中，還應(yīng)注意以下問(wèn)題。a)變頻器柜體散熱良好，能夠防塵。b)變頻器不可在短時(shí)間內(nèi)頻繁通斷電，以免造成損壞。c)變頻器隨時(shí)接地，且遠(yuǎn)離其它儀表，以免造成干擾。d)控制線與動(dòng)力線要分開(kāi)，不可并行敷設(shè)。變頻器進(jìn)出線推薦使用屏蔽電纜，模擬信號(hào)輸入線采用雙絞線。因?yàn)樽冾l器實(shí)際運(yùn)行頻率往往低于5ohz，輸出電壓往往低于38ov，輸出電流大于輸入電流，所以一般變頻器對(duì)電機(jī)的輸出線截面要大于變頻器的電源輸入線截

43、面。e)若變頻器繼電器輸出帶有感性負(fù)載，應(yīng)采用壓敏電阻、rc吸收電路或二極管對(duì)輸出接點(diǎn)進(jìn)行保護(hù)，該電路漏電流應(yīng)小于感性負(fù)載的維持電流。f)由于電機(jī)工作頻率在050hz間無(wú)級(jí)變化，在某些頻率點(diǎn)上容易與其它設(shè)備造成機(jī)械共振，應(yīng)想方設(shè)法予以回避，而且在這些頻率點(diǎn)上也易對(duì)秤體的測(cè)速頻率信號(hào)造成干擾，應(yīng)采取抗干擾措施。2.7 系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì)由于本系統(tǒng)中配有多臺(tái)電機(jī)及變頻器，干擾源集中，這些干擾會(huì)對(duì)稱重信號(hào)、速度信號(hào)、010v線性模擬電壓、通訊信號(hào)等弱電小信號(hào)產(chǎn)生強(qiáng)烈影響，因此，在設(shè)計(jì)中，應(yīng)采取多種措施來(lái)盡量減小這種影響。1)使用隔離變壓器對(duì)干擾較敏感儀表大多數(shù)集中于儀表控制柜中，儀表柜的供電取自低壓開(kāi)

44、關(guān)柜，為避免工頻動(dòng)力電源線路上的干擾對(duì)儀表的影響，在低壓開(kāi)關(guān)柜內(nèi)，配置了一臺(tái)380v/220v隔離變壓器，其輸出作為儀表柜的供電，以保證動(dòng)力電源零線上的干擾不會(huì)帶入儀表控制柜。電源諧波比較嚴(yán)重時(shí)，可在隔離穩(wěn)壓器前面加低通濾波器消除電源的高頻干擾和高次諧波，通常低通濾波器先與電源相接，低通濾波器輸出再接隔離變壓器也可同時(shí)使用帶屏敝層的電壓扼流圈和低通濾波器的辦法。2)速度傳感器等現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)盡量采用高幅值開(kāi)關(guān)量信號(hào)速度傳感器要采用開(kāi)關(guān)量傳感元件作為測(cè)速元件的光電編碼器，其輸出為方波，幅值為12v以上，經(jīng)高速光耦放大為幅值24v的高速脈沖輸入plc，顯著提高了抗干擾能力。3)其他現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)電纜應(yīng)盡量選擇

45、屏蔽線或雙絞線，配線應(yīng)時(shí)注意動(dòng)力與控制、強(qiáng)電與弱電分別拉開(kāi)間距?？刂乒癫捎媒饘偻鈿?，變頻器柜與其他柜體間留有一定距離，以防止其他控制柜內(nèi)的設(shè)備受到變頻器的影響而不能正常工作26。4)良好的接地系統(tǒng)。2.8 接地措施配料系統(tǒng)具備合理完善的接地系統(tǒng)。1）控制室內(nèi)應(yīng)有保護(hù)接地網(wǎng)和信號(hào)接地網(wǎng)。儀表的屏蔽地和信號(hào)地可共用一個(gè)地網(wǎng)，信號(hào)電纜中的備用線芯應(yīng)與屏蔽線一點(diǎn)接地。信號(hào)回路的接地點(diǎn)應(yīng)在儀表側(cè)，檢測(cè)部分不能再接地。2）信號(hào)抗干擾接地的實(shí)現(xiàn)屏蔽問(wèn)題實(shí)際是一個(gè)噪聲抑制問(wèn)題，噪聲源很多，如何正確接地是抑制噪聲的重要措施。對(duì)于模擬式稱重傳感器來(lái)講，主要有工頻噪聲和共模兩種干擾。對(duì)于工頻噪聲干擾可采取以下措施：

46、a)稱重傳感器信號(hào)傳輸電纜避開(kāi)動(dòng)力線；b)稱重傳感器傳輸電纜的屏蔽層可靠接地；c)采用并聯(lián)供橋法，以降低系統(tǒng)的輸出阻抗。第三章 電氣控制系統(tǒng)3.1 配料過(guò)程的動(dòng)力控制本系統(tǒng)控制部件復(fù)雜，干擾源多，為使設(shè)備平穩(wěn)可靠運(yùn)行，要求系統(tǒng)軟件、硬件可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，系統(tǒng)主要采用可編程控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的電氣部分的控制。3.1.1 可編程控制器的選用和配置plc的下述特點(diǎn)適于該系統(tǒng)14-16。1)所有的i/o接口電路均采用光電隔離，使工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的外電路與plc內(nèi)部電路之間電氣上隔離。2)主機(jī)的輸入電源和輸出電源均可相互獨(dú)立，減少電源間干擾。3)采用循環(huán)掃描工作方式，提高抗干擾能力。4)內(nèi)部的監(jiān)視定時(shí)器具有

47、良好的自診斷功能，以保證cpu可靠工作。5)各模塊均采用屏蔽措施，以防止輻射干擾。6)對(duì)采用的器件進(jìn)行嚴(yán)格的篩選。7)采用密封防塵抗震的外殼封裝及內(nèi)部結(jié)構(gòu)，可適應(yīng)惡劣環(huán)境。8)對(duì)用戶程序進(jìn)行求和檢查，在plc運(yùn)行時(shí)，cpu周期性地將用戶存儲(chǔ)器各字節(jié)中的數(shù)相加，并與運(yùn)行開(kāi)始時(shí)的值相比較，如果總數(shù)變化，可斷定用戶程序遭破壞，cpu自動(dòng)作出相應(yīng)的處理。由于采取了這些措施，使得plc有很強(qiáng)的抗干擾能力。本系統(tǒng)采用西門子公司s7200型模塊式可編程控制器，配置cpu224xp型中央處理器模塊(內(nèi)置24點(diǎn)i/o輸入)；s7200系列在集散自動(dòng)化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強(qiáng)大功能。使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡(jiǎn)單控制

48、到更復(fù)雜的自動(dòng)化控制。應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動(dòng)檢測(cè)，自動(dòng)化控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域，包括各種機(jī)床、機(jī)械、電力設(shè)施、民用設(shè)施等等。3.1.2 系統(tǒng)的輸入輸出量plc要能夠識(shí)別和接受描述現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的開(kāi)關(guān)量，同時(shí)要能夠發(fā)出控制信號(hào)控制一些執(zhí)行設(shè)備，以便對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行控制。plc是通過(guò)i/o單元完成此工作的。i/o單元是plc與外部設(shè)備相互聯(lián)系的通道，能輸入輸出多種形式和驅(qū)動(dòng)能力的信號(hào)，進(jìn)而用以實(shí)現(xiàn)被控設(shè)備與plc的i/o接口之間的電平轉(zhuǎn)換、電氣隔離、串并轉(zhuǎn)換、a/d與d/a轉(zhuǎn)換等功能。輸入單元接收現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備向plc提供的信號(hào)，包括人為的控制信號(hào)和能描述現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)的開(kāi)關(guān)量信號(hào)，例如由按鈕、限位開(kāi)關(guān)、

49、操作開(kāi)關(guān)、繼電器觸點(diǎn)、接近開(kāi)關(guān)、撥碼器等提供的開(kāi)關(guān)量。這些信號(hào)經(jīng)過(guò)輸入電路進(jìn)行濾波、光電隔離、電平轉(zhuǎn)換等處理后，變成cpu能夠接收和處理的信號(hào)。輸出單元將經(jīng)過(guò)cpu處理的弱電信號(hào)通過(guò)光電隔離、功率放大等處理，轉(zhuǎn)換成外部設(shè)備所需要的強(qiáng)電信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)各種執(zhí)行元器件，如接觸器、電磁閥、電磁鐵、調(diào)節(jié)閥、調(diào)速裝置等。plc之所以能在惡劣的工業(yè)環(huán)境中可靠的工作，輸入/輸出接口技術(shù)起著關(guān)鍵的作用。根據(jù)被控對(duì)象對(duì)plc控制系統(tǒng)的功能要求，確定系統(tǒng)所需的用戶輸入、輸出設(shè)備。常用的輸入設(shè)備有按鈕、選擇開(kāi)關(guān)、行程開(kāi)關(guān)、傳感器等，常用的輸出設(shè)備有繼電器、接觸器、指示燈、電磁閥等。本系統(tǒng)每臺(tái)電子皮帶秤關(guān)于plc的輸入點(diǎn)

50、信號(hào)有皮帶跑偏開(kāi)關(guān)報(bào)警輸入、皮帶打滑開(kāi)關(guān)報(bào)警輸入、報(bào)警復(fù)位、上位機(jī)使能、現(xiàn)場(chǎng)操作盤控制室/現(xiàn)場(chǎng)控制選擇狀態(tài)指示、現(xiàn)場(chǎng)控制皮帶機(jī)的啟動(dòng)/停止、控制室控制皮帶機(jī)的啟停等信號(hào)；關(guān)于plc的輸出點(diǎn)信號(hào)有每臺(tái)電子皮帶秤關(guān)于plc的輸出點(diǎn)信號(hào)有皮帶跑偏指示燈、皮帶打滑指示燈、啟動(dòng)皮帶電機(jī)等信號(hào)。設(shè)計(jì)plc的輸入/ 輸出分配表如下表所示：表3-1數(shù)字量輸入表序號(hào)工作名稱符號(hào)輸入口1測(cè)速脈沖輸入aai0.02保留i0.13保留i0.24上位機(jī)使能sa1i0.35啟動(dòng)皮帶電機(jī)sb1i0.46停止皮帶電機(jī)sb2i0.57變頻器復(fù)位sb3i0.68變頻器正常運(yùn)行信號(hào)y5a,y5ci0.79變頻器故障信號(hào)30c,30

51、ai1.010自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)sa5，sa6i1.111手動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)sa7，sa8i1.212皮帶跑偏報(bào)警sa2i1.313皮帶打滑報(bào)警sa3i1.4表3-2數(shù)字量輸出表序號(hào)工作名稱符號(hào)輸出口1皮帶電機(jī)啟動(dòng)ka1q0.02復(fù)位變頻器ka2q0.13系統(tǒng)運(yùn)行指示l1q0.24自動(dòng)控制中l(wèi)2q0.35手動(dòng)控制中l(wèi)3q0.46變頻器故障聲光報(bào)警fm，l4q0.57皮帶跑偏指示l5q0.68皮帶打滑指示l6q0.79變頻器故障輸出ka3q1.0表3-3模擬量輸入、輸出表序號(hào)工作名稱em235端口輸入1外部電位器給定aiw42秤重信號(hào)輸入aiw6輸出3控制信號(hào)輸出（010v）aqw43.1.3 動(dòng)力控制部分

52、的設(shè)計(jì)低壓電器控制系統(tǒng)電氣器件安裝在動(dòng)力控制柜內(nèi)，分為一次動(dòng)力回路和二次控制回路兩大部分。在一次動(dòng)力回路，電源經(jīng)總斷路器分配至各個(gè)電機(jī)動(dòng)力分回路，各個(gè)分回路又包括斷路器(或者熔斷器)、接觸器、熱繼電器等。邏輯控制、電路保護(hù)、故障報(bào)警和運(yùn)行狀態(tài)指示功能由二次控制回路實(shí)現(xiàn)。動(dòng)力控制部分的主要功能有以下幾點(diǎn)：1)實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖控制系統(tǒng)配料過(guò)程的邏輯控制主要是動(dòng)力聯(lián)鎖部分的控制，每套給料機(jī)、皮帶秤都處于同一條物流線上，它們之間存在著聯(lián)鎖關(guān)系，在動(dòng)力控制設(shè)計(jì)中，不僅通過(guò)plc內(nèi)部的軟件實(shí)現(xiàn)了聯(lián)鎖，而且在電氣線路上，也增加了電氣信號(hào)的聯(lián)鎖，增加了雙倍的可靠性。主要聯(lián)鎖關(guān)系是在任何工作模式下，必須先啟動(dòng)下位主皮帶

53、，再開(kāi)啟配料皮帶秤，才能啟動(dòng)給料電機(jī)。同時(shí)電機(jī)的啟動(dòng)還受時(shí)間延時(shí)控制。時(shí)間參數(shù)可按生產(chǎn)工藝要求調(diào)整。2)手動(dòng)/自動(dòng)工作模式控制系統(tǒng)提供手動(dòng)和自動(dòng)控制兩種模式。在手動(dòng)模式下可以對(duì)任意單臺(tái)電機(jī)起?？刂?，各種配料可手動(dòng)調(diào)節(jié)；自動(dòng)模式下可以按照生產(chǎn)工藝要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)順序(跟隨延時(shí))起動(dòng)、停止，各種配料可以自動(dòng)閉環(huán)控制。3)控制室/現(xiàn)場(chǎng)控制方式控制系統(tǒng)配置現(xiàn)場(chǎng)的操作盤，操作盤上安裝有控制室/現(xiàn)場(chǎng)控制選擇開(kāi)關(guān)，現(xiàn)場(chǎng)電機(jī)的啟停等按鈕。a)正常工作的情況下，現(xiàn)場(chǎng)選擇開(kāi)關(guān)選擇中央控制。此時(shí)，在中央控制室的操作方式是：先啟主皮帶，才可啟小皮帶，先停小皮帶，才可停主皮帶；在現(xiàn)場(chǎng)的操作方式是：電機(jī)啟動(dòng)鍵無(wú)效，按下停止鍵

54、，皮帶電機(jī)停止。b)特殊情況下，現(xiàn)場(chǎng)選擇開(kāi)關(guān)選擇現(xiàn)場(chǎng)控制。此時(shí)，如果皮帶機(jī)處于停轉(zhuǎn)狀態(tài)，只能通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)操作盤的啟動(dòng)按鍵啟動(dòng)小皮帶，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法再啟動(dòng)主皮帶；此時(shí)，如果皮帶機(jī)處于運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，在中央控制室可以啟動(dòng)小皮帶，停止小皮帶和主皮帶，而且只有先停小皮帶，才可停主皮帶，此時(shí)，如果在現(xiàn)場(chǎng)按下停止鍵，小皮帶和主皮帶則同時(shí)停止。4)故障保護(hù)當(dāng)某一個(gè)變頻器因故障電機(jī)停機(jī)時(shí)，故障信號(hào)被送入其對(duì)應(yīng)的plc中，plc通過(guò)與上位機(jī)通信，上位機(jī)按照該變頻器所對(duì)應(yīng)的傳送物料輸送流向，停止故障電機(jī)之前的所有電機(jī)并報(bào)警。現(xiàn)場(chǎng)切換到停機(jī)狀態(tài)進(jìn)行故障檢修，在排除故障檢修完成后，先切換到自動(dòng)狀態(tài)單機(jī)調(diào)試正常后，再切換到自動(dòng)狀態(tài)，p

55、lc檢測(cè)到系統(tǒng)狀態(tài)信號(hào)正常，則啟動(dòng)皮帶電機(jī)，進(jìn)行自動(dòng)控制。3.2 稱量落差補(bǔ)償問(wèn)題現(xiàn)有的電子皮帶秤配料系統(tǒng)，開(kāi)始啟動(dòng)配料后，各個(gè)給料機(jī)、皮帶配料輸送機(jī)同時(shí)啟動(dòng)，下料落差量不同，物料經(jīng)皮帶機(jī)至主皮帶的時(shí)間不同，因此，在皮帶啟動(dòng)之初和配料結(jié)束時(shí)，無(wú)法控制各物料的瞬時(shí)配比。而某些化工等行業(yè)的現(xiàn)場(chǎng)工藝過(guò)程對(duì)瞬時(shí)的配比要求很嚴(yán)，要求從系統(tǒng)啟動(dòng)到停止配料一直保持一定的配比，因此，有必要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)皮帶機(jī)的啟停時(shí)間進(jìn)行控制，在控制有效的內(nèi)，讓皮帶機(jī)有序地先后啟停以保證皮帶啟動(dòng)之初和配料結(jié)束時(shí)有一個(gè)理想的配比。實(shí)現(xiàn)方式有如下兩種。1)距離主皮帶所有物料匯合點(diǎn)最遠(yuǎn)的皮帶配料輸送機(jī)先啟動(dòng)，依次順延，距離主皮帶物料匯合點(diǎn)

56、最近的給料機(jī)、皮帶配料輸送機(jī)最后啟動(dòng)。2)在稱重軟件的動(dòng)力控制部分，根據(jù)系統(tǒng)目前的組態(tài)，每臺(tái)秤的當(dāng)前速度和秤體間的相互距離，確定每種物料到達(dá)物料匯合點(diǎn)的時(shí)間。由于多數(shù)皮帶秤配料系統(tǒng)的料倉(cāng)高度統(tǒng)一，因此每種物料從出料口到皮帶秤的這一段下落時(shí)間認(rèn)為相同，忽略不計(jì)該下落時(shí)間的影響。因?yàn)榇蠖鄶?shù)皮帶秤配料系統(tǒng)的用戶關(guān)注的主要是物料的瞬時(shí)流量配比，物料落差的不同對(duì)系統(tǒng)的瞬時(shí)流量影響不大，用戶一般不予考慮，因此本系統(tǒng)沒(méi)有針對(duì)落差補(bǔ)償問(wèn)題進(jìn)行設(shè)計(jì)。第四章 模糊-pid復(fù)合控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)4.1 系統(tǒng)的控制模型該系統(tǒng)的特點(diǎn)是由一臺(tái)上位機(jī)來(lái)控制多個(gè)plc子站，進(jìn)而控制多臺(tái)皮帶電機(jī)，為了實(shí)現(xiàn)一定的配比，各皮帶電機(jī)之間的工作又是相互聯(lián)系的，而且給定量要隨當(dāng)前的實(shí)際配