PLC自動配料系統(tǒng)設(shè)計

1、機械工程學(xué)院 機械工程專業(yè) 機電方向?qū)I(yè)課程設(shè)計任務(wù)書班級：107班 姓 名： 朱文良論文（設(shè)計）題目：基于plc養(yǎng)雞場的配料系統(tǒng)控制設(shè)計要求完成的內(nèi)容：1）相關(guān)背景知識的研究學(xué)習(xí)；2）系統(tǒng)總體組成設(shè)計；3）自動配料系統(tǒng)設(shè)計4）部分控制軟件設(shè)計；5）設(shè)計計算說明書一份設(shè)計時間：2014. 03.032014. 03.30 完成日期：2014. 03.30論文頁數(shù)：; 圖紙張數(shù)：指導(dǎo)教師：教研室主任：基于plc自動配料系統(tǒng)設(shè)計摘要plc的定義有許多種。國際電工委員會（iec）對plc的定義是：可編程控制器是一 種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用可編程序的存 貯器，用來在

2、其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作 的指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。 可編程序控制器及其有關(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴 充其功能的原則設(shè)計。plc具有通信聯(lián)網(wǎng)的功能，它使plc與plc之間、plc與上位計 算機以及其他智能設(shè)備之間能夠交換信息，形成一個統(tǒng)一的整體，實現(xiàn)分散集中控 制。多數(shù)plc具有rs-232接口，還有一些內(nèi)置有支持各自通信協(xié)議的接口。配料工人 收到每天的生產(chǎn)作業(yè)表后，將依次對每種原料進行稱重?根據(jù)配料的多少，先計算每 種成分的重量，然后在各種成分的料桶中取料，傳送到電子稱上進行稱重，最后

3、進行 包裝。目錄1緒論51. 1課題來源及現(xiàn)實意義51. 1. 1課題來源51. 1.2現(xiàn)實意義51. 2設(shè)計任務(wù)與總體方案的確定51.2.1設(shè)計要求51.2. 2控制要求52 plc與自動化軟件52. 1 plc的發(fā)展歷史62.2 plc的硬件和軟件72. 2. 1 plc的硬件構(gòu)成72. 2. 2 plc的軟件構(gòu)成82.3 plc系統(tǒng)的輔助設(shè)備82.4 plc的通訊聯(lián)網(wǎng)92.5 plc的注意事由92. 6自動化軟件發(fā)展歷史及定義102.7發(fā)展趨勢103自動配料系統(tǒng)設(shè)計123.1自動配料系統(tǒng)簡介123.1.1自動配料系統(tǒng)的特點123.2自動配料系統(tǒng)組成123. 2自動配料系統(tǒng)設(shè)計13321配

4、料系統(tǒng)的設(shè)計131稱重方式選擇132給料方式選擇143生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)153.2.2配料系統(tǒng)的組成15323輸送裝置的設(shè)計153.2.4計量系統(tǒng)的設(shè)計161稱重元件設(shè)計162測速元件的設(shè)計174控制系統(tǒng)設(shè)計204控制系統(tǒng)硬件設(shè)計204.1.1 plc 的選配204.1.2稱重儀表的選配234.1.3操作站的選配234.2控制系統(tǒng)軟件設(shè)計23421稱量儀表參數(shù)設(shè)定234.2.2 plc程序編制24全文結(jié)論致謝參考文獻1緒論課題的來源及現(xiàn)實意義1. 1. 1課題的來源自動配料系統(tǒng)是一個針對各種不同類型的物料（固體或液體）進行輸送、配比、 加熱、混合以及成品包裝等全生產(chǎn)過程的自動化生產(chǎn)線。廣泛應(yīng)用于化工、

5、冶金、 建材、食品、飼料加工等行業(yè)。在養(yǎng)殖場生產(chǎn)及其它工業(yè)生產(chǎn)中，經(jīng)常會遇到多種物料配比控制的情況。在手 動控制狀態(tài)下，需要根據(jù)生產(chǎn)情況，計算出各物料的配比，再根據(jù)配比，分別計算 出各物料的理想下料量，對各臺設(shè)備分別設(shè)定，來滿足配比的要求。當(dāng)生產(chǎn)情況發(fā) 生變化，需要改變下料量時，則需要再次分別計算各物料的設(shè)定值，再次分別設(shè)定。 這種人工操作方式計算,操作時間長，且容易出錯，給生產(chǎn)帶來不良因素。而采用plc控制方式以及新穎的變頻調(diào)速喂料機構(gòu)，配合配料控制軟件包，實現(xiàn) 物料傳送、配料控制、配方設(shè)計、生產(chǎn)數(shù)據(jù)管理等功能。并町以通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)多個 配料系統(tǒng)的集合控制。1.2設(shè)計任務(wù)與總體方案的確定1.2

6、. 1設(shè)計要求使用siemens公司的可編程序控制器。設(shè)計滿足控制要求的自動配料控制系統(tǒng)。并完成:1. 主電路設(shè)計，并畫出接線示意圖。2. 分配i/o地址，列出分配表。3. 設(shè)計系統(tǒng)控制的程序框圖。4. 根據(jù)程序框圖設(shè)計該系統(tǒng)的控制梯形圖。1.2.2控制要求本設(shè)計針對養(yǎng)雞場生產(chǎn)工藝中的自動配料系統(tǒng)。1. 自動配料將完成3種物料（玉米、小麥、面餅）的自動配比控制；2. 控制方式為主從比例控制方式；3. plc要實現(xiàn)各種物料下料量的采集、喂料裝置的啟停、物料下料量的控制；5. 組態(tài)操作界面能顯示設(shè)備的運行、停車、故障；5.操作界面要求顯示每種物料的下料設(shè)定值、實際下料值；通過界面上設(shè)置的啟動、 停

7、車按鈕實現(xiàn)整個系統(tǒng)的開停；2 plc與自動化軟件2.1 plc的發(fā)展歷史在工業(yè)生產(chǎn)過程屮，大量的開關(guān)量順序控制，它按照邏輯條件進行順序動作， 并按照邏輯關(guān)系進行連鎖保護動作的控制，及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。傳統(tǒng)上，這 些功能是通過氣動或電氣控制系統(tǒng)來實現(xiàn)的。1968年美國gm （通用汽車）公司提出 取代繼電氣控制裝置的要求，第二年，美國數(shù)字公司研制出了基于集成電路和電子 技術(shù)的控制裝置，首次采用程序化的手段應(yīng)用于電氣控制，這就是第一代可編程序 控制器，稱programmable controller （pc）。plc的定義有許多種。國際電工委員會（iec）對plc的定義是：可編程控制器 是一種數(shù)

8、字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用可編程序 的存貯器，用來在其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等 操作的指令，并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸岀，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。 可編程序控制器及其有關(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴 充其功能的原則設(shè)計。plc具有通用性強、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強、編程 簡單等特點。plc在工業(yè)自動化控制特別是順序控制中的地位，在可預(yù)見的將來，是 無法取代的。2. 2 plc的硬件和軟件2. 2. 1 plc的硬件構(gòu)成從結(jié)構(gòu)上分，plc分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式plc包括c

9、pu板、 i/o板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個不可拆卸的整體。模塊式 plc包括cpu模塊、i/o模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。cpu的構(gòu)成：cpu是plc的核心，起神經(jīng)屮樞的作用，每套plc至少有-一個cpu,它 按plc的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集出現(xiàn)場 輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器屮，同時，診斷電源和plc內(nèi)部電 路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤等。進入運行后，從用戶程序存貯器中逐條 讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號，去指揮有關(guān)的控制 電路。cpu主要由運算器

10、、控制器、寄存器及實現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總 線構(gòu)成，cpu單元還包插外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。內(nèi)存主要用于存儲程序及 數(shù)據(jù)，是plc不可缺少的組成單元。i/o模塊：plc與電氣回路的接口，是通過輸入輸出部分(i/o)完成的。i/o模塊 集成了plc的i/o電路，其輸入暫存器反映輸入信號狀態(tài)，輸出點反映輸出鎖存器狀 態(tài)。輸入模塊將電信號變換成數(shù)字信號進入plc系統(tǒng)，輸出模塊相反。i/o分為開關(guān) 量輸入(di),開關(guān)量輸出(do),模擬量輸入(ai),模擬量輸出(a0)等模塊。開關(guān)量是指只有開和關(guān)(或1和0)兩種狀態(tài)的信號，模擬量是指連續(xù)變化的量。 常用的i/o分類如下：開關(guān)量：按

11、電壓水平分，有220vac> 110vac、24vdc,按隔離方式分，有繼電器 隔離和晶體管隔離。模擬量：按信號類型分，有電流型(4-20ma, 0-20ma )、電壓型 (0-10v, 0-5v,-10-10v)等,按精度分，有 12bit, 14bit, 16bit等。除了上述通用10外，還有特姝10模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。按i/o點數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量，i/o模塊可多可少，但其最大數(shù)受cpu所能管理 的基本配置的能力，即受最大的底板或機架槽數(shù)限制。電源模塊：plc電源用于為plc各模塊的集成電路提供工作電源。同時，有的還 為輸入電路提供24v的工作電源。電源輸入類型有：

12、交流電源(220vac或110vac), 直流電源(常用的為24vac)。2. 2. 2 plc的軟件構(gòu)成（1）系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件包含三個部分：一. 系統(tǒng)管理程序。其作用一是運行時間管理，控制可編程控制器何時輸入，何時 輸岀，何時計算，何時自檢，何時通信。二是存儲空間管理，規(guī)定個中參數(shù)，程序 的存放位置，以生成用戶環(huán)境。三是系統(tǒng)自檢程序，包括各種系統(tǒng)出錯檢驗，用戶 程序語法檢驗，句法檢驗，警戒時鐘運行。二. 用戶指令解釋程序。用戶指令解釋程序是聯(lián)系高級語言程序和機器碼的橋梁。三. 標(biāo)準(zhǔn)程序模塊及其調(diào)用程序。這是許多獨立的程序塊，各程序塊具有不同的功 能。（2）.用戶程序用戶程序即是應(yīng)用程序，使p

13、lc的使用者針對具體控制要求編制的程序。根 據(jù)不同的控制要求編制不同的程序，這相當(dāng)于改變plc的用途，相當(dāng)于繼電器控制設(shè) 備的硬接線線路，也正是所謂“可編程”一詞的基本含義。2. 3 plc系統(tǒng)的輔助設(shè)備1編程設(shè)備：編程器是plc開發(fā)應(yīng)用、監(jiān)測運行、檢查維護不可缺少的器件，用 于編程、對系統(tǒng)作一些設(shè)定、監(jiān)控plc及plc所控制的系統(tǒng)的工作狀況，但它不直接 參與現(xiàn)場控制運行。小編程器plc般有手持型編程器，目前一般由計算機（運行編 程軟件）充當(dāng)編程器。2. 機界面：最簡單的人機界面是指示燈和按鈕，目前液晶屏（或觸摸屏）式的 一體式操作員終端應(yīng)用越來越廣泛，由計算機（運行組態(tài)軟件）充當(dāng)人機界面非常

14、 普及。3. 輸入輸出設(shè)備：用于永久性地存儲用戶數(shù)據(jù)，如eprom、eeprom寫入器、條碼 閱讀器，輸入模擬量的電位器，打印機等。2. 4 plc的通信聯(lián)網(wǎng)依靠先進的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以迅速有效地收集、傳送生產(chǎn)和管理數(shù)據(jù)。因此， 網(wǎng)絡(luò)在自動化系統(tǒng)集成工程中的重要性越來越顯著，甚至有人提出網(wǎng)絡(luò)就是控制器 的觀點說法。plc具有通信聯(lián)網(wǎng)的功能，它使plc與plcz間、plc與上位計算機以及其他智能 設(shè)備之間能夠交換信息，形成一個統(tǒng)一的整體，實現(xiàn)分散集中控制。多數(shù)plc具有 rs-232接口，還有一些內(nèi)置有支持各自通信協(xié)議的接口。2.5 plc的注意事由保證plc的正常運行，因此在使用中應(yīng)注意以下問題

15、。1.工作環(huán)境1. 1溫度plc要求環(huán)境溫度在055°c,安裝時不能放在發(fā)熱量大的元件下面，四周通風(fēng) 散熱的空間應(yīng)足夠大，基本單元和擴展單元之間要有30伽以上間隔；開關(guān)柜上、 下部應(yīng)有通風(fēng)的百葉窗，防止太陽光直接照射；如果周圍環(huán)境超過55°c,要安裝 電風(fēng)扇強迫通風(fēng)。1.2濕度為了保證plc的絕緣性能，空氣的相對濕度應(yīng)小于85% (無凝露)。1.3震動應(yīng)使plc遠離強烈的震動源，防止振動頻率為1055hz的頻繁或連續(xù)振動。當(dāng) 使用環(huán)境不可避免震動時，必須采取減震措施。1.4空氣避免有腐蝕和易燃的氣體，例如氯化氫、硫化氫等。對于空氣屮有較多粉塵 或腐蝕性氣體的環(huán)境，可將plc

16、安裝在封閉性較好的控制室或控制柜中，并安裝氣 凈化裝置。1. 5電源plc供電電源為50iiz、220 (110%) v的交流電，對于電源線來的干擾，plc本身具有 足夠的抵制能力。對于可靠性要求很高的場合或電源干擾特別嚴(yán)重的環(huán)境，可以安 裝一臺帶屏蔽層的變比為1： 1的隔離變壓器，以減少設(shè)備與地之間的干擾。還可以 在電源輸入端串接lc濾波電路。2. 6自動化軟件發(fā)展歷史及定義自20世紀(jì)80年代初期誕生至今，自動化軟件（組態(tài)軟件）已有20年的發(fā)展歷史。 應(yīng)該說組態(tài)軟件作為一種應(yīng)用軟件，是隨著pc機的興起而不斷發(fā)展的。80年代的組 態(tài)軟件，像onspec、paragon 500.早期的fix等都

17、運行在dos環(huán)境下，圖形界面的功 能不是很強，軟件中包含著大量的控制算法，這是因為dos具有很好的實時性。90年 代，隨著微軟的windows 3. 0風(fēng)靡全球，以wonderware公司的intouch為代表的人機界 面軟件開創(chuàng)了windows下運行工控軟件的先河，windows 3.0不具備實時性，所以 當(dāng)時，80年代已成名的自動化軟件公司在對于操作系統(tǒng)的支持上，或按兵不動，或 將組態(tài)軟件從dos向os/2移植，人們這樣做的原因，是大家都認(rèn)為工控軟件必須具有 很強的實時性和控制能力，必須運行在一個具備實時性的操作系統(tǒng)下，像dos、os/2、 winnt （1993年才推出）等。歷史證明，在

18、當(dāng)時的硬件條件下，上位機做人機界面切 中了用戶的需求，wonderware因而在不長的時間內(nèi)成為全球最大的獨立自動化軟件 廠商，而在80年代靠dos版組態(tài)軟件起家，后來向os/2移植的公司后來慕本上都沒落 了。2. 7發(fā)展趨勢在自動化軟件賴以普及發(fā)展的諸多因素中，有技術(shù)層面的，也有商業(yè)層面的， 但制造業(yè)的需求是決定性的。制造業(yè)的發(fā)展，帶來了對自動化軟件需求的提升；也 決定了自動化軟件將由過去單純的組態(tài)監(jiān)控功能，向著更高和更廣的層面發(fā)展。（1）開放性技術(shù)自動化軟件正逐漸成為協(xié)作生產(chǎn)制造過程中不同階段的核心系統(tǒng)，無論是用戶還 是硬件供應(yīng)商都將自動化軟件作為全廠范圍內(nèi)信息收集和集成的工具，這就要求自

19、 動化軟件大量采用“標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)”，如opc、dde、activex控件、com/dcom等，這樣使 得自動化軟件演變成軟件平臺，在軟件功能不能滿足用戶特殊需要時，用戶可以根 據(jù)自己的需要進行二次開發(fā)。比如組態(tài)王6.0中提供了4個開發(fā)工具包，就是使用戶 可以進行二次開發(fā)。自動化軟件采用標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)還便于將局部的功能進行互連。(2) 構(gòu)造全廠信息平臺erp是國內(nèi)炙手可熱的話題，但目前的erp主要應(yīng)用在商業(yè)企業(yè)的財務(wù)、銷售、 物流等方面。在國內(nèi)外的企業(yè)生產(chǎn)屮，還沒有多少企業(yè)能夠?qū)⑸a(chǎn)信息和erp系統(tǒng)整 合到一起，使生產(chǎn)效率和市場效益最大化，也就是說在工業(yè)現(xiàn)場和erp之間存在著鴻 溝，如何使實時歷史數(shù)據(jù)

20、能夠進入企業(yè)信息管理系統(tǒng)，是現(xiàn)代信息工廠迫在眉睫的 需求。隨著大型數(shù)據(jù)庫技術(shù)的h益成熟，全球主要的自動化廠商己發(fā)展了相關(guān)平臺, 使自動化軟件向著生產(chǎn)制造和管理的信息系統(tǒng)的方向發(fā)展。自動化軟件已經(jīng)成為構(gòu) 造全廠信息平臺的承上啟下的重要組成部分。在未來企業(yè)的信息化進程中，自動化 軟件將成為屮間件，因為自動化軟件廠商在既了解企業(yè)工藝、控制、生產(chǎn)制造需求, 又能完成現(xiàn)場歷史數(shù)據(jù)的記錄、存儲及為erp提供生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)方面有著得天獨厚的 優(yōu)勢。(3) 無線的人機界面解決方案數(shù)字終端已具備越來越強的功能和智能化，像現(xiàn)在可以看到的預(yù)裝了wince的 pda,具備非常好的圖形能力。藍牙技術(shù)發(fā)展迅速，據(jù)專家預(yù)測，

21、其未來的傳輸距離 可達100m,另外，以xml為基礎(chǔ)的wml語言標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)建立。這些技術(shù)的發(fā)展為無線的 人機界面解決方案提供了先決條件。和其他技術(shù)札i比，無線的人機界面能夠以更低 的費用，更快的連接、更容易地獲取重要的生產(chǎn)信息，像緊急報警、重要事件、生 產(chǎn)過程中的重要參數(shù)等等。(4) 以客戶為導(dǎo)向的軟件設(shè)計如何站在客戶的角度來設(shè)計軟件是所有自動化軟件廠商都應(yīng)面對的挑戰(zhàn)，自動 化軟件涉及從控制、人機界面到生產(chǎn)管理的多個層次，相應(yīng)存在著多個模塊，比如 亞控目前有組態(tài)王和軟邏輯兩大產(chǎn)品模塊，保持不同模塊的一致性，能有效地減少 用戶學(xué)習(xí)的時間。相同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)也便于產(chǎn)品在企業(yè)內(nèi)集成。這種一致性不僅表現(xiàn) 在

22、外觀和感受上，還表現(xiàn)在兼容性、平臺、編程工具、數(shù)據(jù)訪問、控制引擎 e-business 等諸多方面。例如西門子的wincc和編程軟件step7使用了相同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，這使得用戶只需將系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)點定義一次。3自動配料系統(tǒng)的設(shè)計3.1配料系統(tǒng)簡介全自動配料控制系統(tǒng)在各行業(yè)的應(yīng)用已屢見不鮮，女m冶金，有色金屬，化工, 建材，食品，養(yǎng)殖等行業(yè)。它是成品生產(chǎn)的首要環(huán)節(jié)，特別是有連續(xù)供料要求的行 業(yè)，其配比的過程控制直接影響了成品的質(zhì)量，它是企業(yè)取得最佳經(jīng)濟效益的先決 條件。雖然行業(yè)各自不同的工藝特點對配料控制要求也不同，但其高可靠性，先進 性，開方性，免維護性，可擴展性是工廠自動化fa所追求的一致目標(biāo)。

23、3.1.1自動配料系統(tǒng)的特點(1) 配料現(xiàn)場粉塵大，環(huán)境惡劣；(2) 各組份在配方屮所占比例不同，有時甚至差異懸殊；(3) 配料速度和精度耍求高；(4) 配方可能經(jīng)常變換、調(diào)整；(5) 物料可能受環(huán)境溫度、濕度影響。3.1.2自動配料系統(tǒng)組成自動配料系統(tǒng)是對粉?；蛞后w物料進行單秤稱重并按所選配方混合這一工業(yè)過 程進行實時監(jiān)控管理的自動化系統(tǒng)，己廣泛應(yīng)用于冶金、建材、化工、醫(yī)藥、糧食及 飼料等行業(yè)。一般的工業(yè)自動配料系統(tǒng)由以下幾部分組成。(1) 給料部分:給料部分是從料倉(或儲罐)向稱重設(shè)備中加料的執(zhí)行機構(gòu)。根據(jù)物 料的不同特性，可以選用不同的給料設(shè)備，如屯磁振動給料機、螺旋給料機、單(雙)速

24、電磁閥等。(2) 稱量部分:稱量部分由傳感器、標(biāo)準(zhǔn)連接件、接線盒和稱量斗組成，與稱量儀 表一起進行物料的稱量以及誤差的檢測。(3) 排料設(shè)備:排料可以是稱重設(shè)備(減量法)或排放設(shè)備(增量法、零位法)o通 常由排空閥門、電磁振動給料機、螺旋給料機、電(氣)動閥門等組成。所有設(shè)備均 應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場的工藝條件和物料的性質(zhì)等進行設(shè)計和選擇。(4) 配料控制系統(tǒng):配料控制系統(tǒng)由稱量儀表、可編程控制器、上位工控機及其 它控制器件等組成。(5) 校秤系統(tǒng):配料系統(tǒng)傳感器應(yīng)進行定期調(diào)校，以保證系統(tǒng)配料精度。3.2自動配料系統(tǒng)的設(shè)計3.2.1配料系統(tǒng)的設(shè)計在養(yǎng)殖場生產(chǎn)工藝中，為滿足生產(chǎn)的需要，設(shè)計一套自動配料系統(tǒng)。

25、此配料系 統(tǒng)將完成3種物料(玉米、小麥、面餅)的自動配比控制。自動配比方式有2種，即 總量比例控制和主從比例控制。在總量比例控制方式下，操作員只需設(shè)定幾種物料 的下料總量，再設(shè)定這兒種物料的配比要求，系統(tǒng)將自動計算出各物料的下料設(shè)定 值，分別送到各喂料設(shè)備，自動完成各物料的下料量控制，使各物料的下料量滿足 總量和比例的要求。當(dāng)下料總量值或下料比例需要改變時，操作員只需改變總量值 或比例值，系統(tǒng)將立即重新自動計算出各物料新的設(shè)定值，立即更改個物料的下料 量，調(diào)整十分迅速，滿足生產(chǎn)需要。在主從比例控制方式下，操作員只需設(shè)定幾種 物料的下料比例，再選取一種物料為主變量，則其他物料的下料量將按比例地跟

26、隨 主變量下料量。當(dāng)主變量下料量改變時，其它物料的下料量立即改變，保證下料比 例不變。當(dāng)需要改變物料下料比例時，操作員只需改變比例值，各物料的下料量立 即按照新的比例設(shè)定。為了使操作更方便，適應(yīng)性更強，可以選取一種或多種或全 部物料單獨控制，其下料量由操作員完全控制，不隨其它物料變化。本設(shè)計采用的 使主從比例控制。此配料系統(tǒng)的設(shè)計包括稱重方式選擇、給料方式選擇、生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)方式選擇、 配料控制系統(tǒng)的設(shè)計等。1. 稱重方式選擇在養(yǎng)殖生產(chǎn)過程中，常用稱量方式有進料式稱量和卸料式稱量2種。進料式稱量 有2種實現(xiàn)方法，第1種方式稱為零位法，即在稱量開始時通過給料設(shè)備向稱量料斗 內(nèi)給料，在稱量值達到設(shè)定值

27、時停止給料，然后打開閘門將料卸岀，再從零位重新稱 量下一物料；第2種方式稱為增量法，即稱量料斗接收、稱量好一種物料后,不排空 料斗，而是只將電子秤內(nèi)部計數(shù)值清零，再接收另一物料顯然，零位法的稱量精度比增量法的稱量精度高。采用進料式稱量，當(dāng)給料設(shè)備停止給料后，還將有一部分物料在空屮以自由落 體的方式落入稱量料斗，這些余料稱為落差。因為有落差的影響，增量法稱量物料 重量的設(shè)定值應(yīng)為要配制的物料標(biāo)準(zhǔn)重量減去落差值。而在養(yǎng)殖生產(chǎn)工業(yè)中，因為所配物料均為固體，又給料機放料后，在皮帶稱上 直接稱量其數(shù)值。在進料式稱量中，由于物料本身特性及料斗原因可能造成卸料不凈，從而產(chǎn)生 稱量誤差。卸料式稱量只稱量從料斗

28、中取走的物料量并顯示其重量，不存在卸料干凈 與否的問題，因而該方式特別適合于稱量難稱的物料，如易粘附的物料等，其缺點 是設(shè)備比較復(fù)雜，需要同時有給料裝置和卸料裝置，要求車間高度較高，并r由于稱 量料斗內(nèi)的物料重量值總是高于需要配制的物料的重量值，從而導(dǎo)致傳感器量程增 大，造成稱量精度降低。因而一般情況下卸料式稱量的精度比進料式稱量的精度低。2. 給料方式選擇目前，稱重配料系統(tǒng)最常用的給料裝置有電磁振動給料機和螺旋給料機。電磁振動給料機運用機械振動學(xué)的共振原理，雙質(zhì)體在低臨界近共振狀態(tài)下工作，無 轉(zhuǎn)動部件、耗電少、體積小、重量輕、運行費用低。在給料過程中，物料在料槽中 被連續(xù)拋起，并按拋物線軌跡

29、向前作跳躍運動，因此對料槽的瞎損較小。其缺點是 安裝后的調(diào)試較復(fù)雜，調(diào)整不當(dāng)會產(chǎn)生噪聲且運行不好。與電磁振動給料機相比，螺旋給料機給料均勻，受外界影響小，機械振動小，運 行平穩(wěn)，對稱量的干擾也小，可以避免因振動造成的粉料分層。但螺旋給料機上安 裝有電動機和減速器，重量大，效率較低。對于液體物料，一般采用閥門控制給料量。而在本設(shè)計中，由于養(yǎng)殖場生產(chǎn)工藝的物料為固體，故我們采用的是螺旋給料 機。3. 生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)(1) 采用固定式單組份料斗秤的結(jié)構(gòu):每個料倉對應(yīng)1臺料斗秤，各組份原料在稱量后由溜槽、集料帶或集料小車收集并導(dǎo)入后續(xù)工序。（2）采用固定式多組份料斗秤的結(jié)構(gòu)：幾個料倉對應(yīng)1臺料斗秤，各組份

30、原料在 同一臺料斗秤內(nèi)累加稱量后由集料帶或集料小車收集并導(dǎo)入后續(xù)工序。（3）采用移動式料斗秤的結(jié)構(gòu):通過移動帶有稱量料斗的集料小車進行各種物料 的累加式稱量。采用這種方式進行配料需要集料小午有很好的定位精度。（4）釆用稱重帶式輸送機式的多組份秤的結(jié)構(gòu):料倉的出料機構(gòu)就是多組份秤的 給料機構(gòu)，各種物料在移動的配料帶上由皮帶秤進行累加稱重。3. 2. 2配料系統(tǒng)的組成一般的口動配料系統(tǒng)由以下兒部分組成：（1）給料部分 給料部分是從料倉（或儲罐）向稱重設(shè)備屮加料的執(zhí)行機構(gòu)根據(jù)物料的不同特性，選用不同的給料設(shè)備，如電磁振動給料機、螺旋給料機、單（雙） 速電磁閥等。（2）稱量部分稱量部分由傳感器、標(biāo)準(zhǔn)連

31、接件、接線盒和稱量斗組成，與稱量 儀表一起進行物料的稱量以及誤差的檢測。（3）排料設(shè)備 排料可以是稱重設(shè)備（減量法）或排放設(shè)備（增量法、零位法）。 通常由排空閥門、電磁振動給料機、螺旋給料機、電（氣）動閥門等組成。所有設(shè)備 均應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場的工藝條件和物料的性質(zhì)等進行設(shè)計和選擇。（4）控制系統(tǒng) 配料控制系統(tǒng)由稱量儀表、上位工控機、可編程控制器及其他控 制器件等組成。典型的配料控制系統(tǒng)在一些比較簡單的稱重配料系統(tǒng)中，也可以采 用工業(yè)計算機（ipc）加數(shù)據(jù)采集板卡的形式進行配料的控制。（5）校秤系統(tǒng)配料系統(tǒng)傳感器應(yīng)定期進行調(diào)校，以保證系統(tǒng)配料精度。3.2.3輸送裝置的設(shè)計此配料系統(tǒng)所配物料有3種（玉米

32、、小麥、面餅），均為塊狀物料，均釆用皮帶 運輸機輸送，通過變頻電機控制皮帶速度，調(diào)整下料量。為了能夠適應(yīng)維修、備用、互換的需求，3種物料的運送皮帶都選用相同的規(guī)格， 皮帶寬度為800mm,最大下料量為60t/h,在下料口部位做相應(yīng)的設(shè)計，能夠方便調(diào) 整皮帶上物料的厚度，配合皮帶速度的調(diào)整，實現(xiàn)下料量大范圍的控制。放料門采用氣動放料門，結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，適用于對放料速度要求較高的場合。3. 2. 4計量系統(tǒng)的設(shè)計根據(jù)下料量的要求，對稱重元件及測速元件進行設(shè)計。1.稱重元件設(shè)計(1) 電子秤以自動秤量方式將散狀物料按預(yù)定的配比進行秤量，該秤可控制物料 的秤量、卸料。當(dāng)飼料到規(guī)定的數(shù)值時，指針移到相應(yīng)

33、的接近開關(guān)處，使電子秤動 作，再執(zhí)行下一步飼料的送料和秤重，依此類推，直到全部飼料配比完畢。電子秤由秤體、稱重傳感器和放料門組成。稱重傳感器采用高精度稱重傳感器，該 鋼制彈性體具有較強的抗過載能力和較長的使用壽命，特別適用于工業(yè)現(xiàn)場惡劣環(huán) 境下高準(zhǔn)確度配料的技術(shù)要求。稱重儀表性能穩(wěn)定，抗干擾能力強，功耗低、可靠 性高，而且具有遠程數(shù)據(jù)通訊功能、設(shè)定預(yù)置功能及落差補償功能，可實現(xiàn)準(zhǔn)確、 高速動態(tài)采樣。其最大載荷可達250kg/mo它的輸出信號驅(qū)動其微型輸出繼電器，以 開關(guān)量形式將信號送入plc,它有調(diào)零、去皮重、加皮重和撥碼盤設(shè)定稱量值等功能。(2) 皮帶稱的工作原理：物料通過給料設(shè)備送至配料皮

34、帶秤，秤體中的稱重傳感 器和測速傳感器將稱重和速度信號送至皮帶秤儀表，皮帶秤儀表顯示輸送物料的瞬 時流量、累計量等數(shù)據(jù)，同時將瞬時流量以420m模擬電流形式送往pid調(diào)節(jié)器， 調(diào)節(jié)器根據(jù)測量值與設(shè)定值的偏差，通過變頻器去調(diào)整皮帶秤驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)速，使 之精確地以用戶設(shè)定的給料流量給料，達到恒定物料瞬時流量的口的。適用該工作模式的工藝現(xiàn)場必須滿足這樣一個前提條件，那就是物料給出量必須與給料控制電機的轉(zhuǎn)速成正比。圖1皮帶稱結(jié)構(gòu)皮帶秤儀表將測量到的瞬時流量轉(zhuǎn)化為兩個420ma模擬輸出信號，一個作為 pid調(diào)節(jié)器的反饋輸入與調(diào)節(jié)器機內(nèi)設(shè)定植比較參與反饋運算，另一個作為pid調(diào)節(jié) 器的前饋輸入乘前饋放人系

35、數(shù)，然后再與反饋運算輸出相加輸出420皿模擬調(diào)節(jié)信 號控制變頻器的頻率從而及時改變電機的轉(zhuǎn)速。單回路前饋-反饋復(fù)合控制系統(tǒng)較為實用可行的。隔離變壓器塔斷器電源開關(guān)急停1變頻器變煩黔運行狀態(tài)輸出rcfwd dcm acm aciui廠w幷體駆動電機4中間繼電器ka26h2> 調(diào)節(jié)輸出測量輸人過程控制器啟動電機中間繼電器ka1nbzj主皮帯聯(lián)鉗佶號ka2變頻器運行狀杰指示燈 丿ol n皮帶評儀表瞬時流量 模揪輸出14瞬時流量模ta輸出2 l n圖2原理圖2測速元件的設(shè)計這里采用變頻器進行調(diào)速。(1) 變頻調(diào)速基木原理：三相異步電動機的轉(zhuǎn)速公式為：n二nl (l-s)=60f(l-s)/p式中

36、：n 一電機的轉(zhuǎn)速，r/minnl 同步轉(zhuǎn)速，r/minp 一磁極對數(shù)s 轉(zhuǎn)差率，f 頻率，hz由轉(zhuǎn)速公式(1)可知，我們可以通過改變極對數(shù)、轉(zhuǎn)差率和頻率的方法實現(xiàn)對 異步電機的調(diào)速。前兩種方法轉(zhuǎn)差損耗大，效率低，對電機特性都有一定的局限性。 變頻調(diào)速是通過改變定子電源頻率來改變同步頻率實現(xiàn)屯機調(diào)速的。在調(diào)速的整個 過程中，從高速到低速可以保持有限的轉(zhuǎn)差率，因而具有高效、調(diào)速范圍寬(10% 100%)和精度高等性能，節(jié)電效果20%30%。實際上僅僅改變電動機的頻率并不能 獲得良好的變頻特性。因為由異步電機的電勢公式可知，外加電壓近似與頻率和磁 通乘積成正比，即：uoce二clf(2)式(2)中

37、，c1為常數(shù)，因此有：-e/f u/f (3)若外加電壓不變，則磁通隨頻率而改變，如頻率f下降，磁通會增 加，造成磁路過飽和，勵磁電流增加，功率因數(shù)下降，鐵心和線圈過熱，顯然這是 不允許的。為此，要在降頻的同時還要降壓，這就要求頻率與電壓協(xié)調(diào)控制。此外, 在許多場合，為了保持在調(diào)速時，電機產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩不變，需要維持磁通不變，這 可由頻率和電壓協(xié)調(diào)控制來實現(xiàn)，故稱為可變頻率可變電壓調(diào)速(wvf),簡稱變頻 調(diào)速。從結(jié)構(gòu)上看，靜止變頻調(diào)速裝置可分為交-直-交變頻、交-交變頻兩種方式。前 者適用于高速小容量電機，后者適用于低速大容量拖動系統(tǒng)。只要設(shè)法改變?nèi)嘟?流電動機的供電頻率f,就可以十分方便地

38、改變電機的轉(zhuǎn)速n,比改變極對數(shù)p和轉(zhuǎn)差 率s兩個參數(shù)簡單得多。(2) 變頻器的構(gòu)成異步電機的變頻調(diào)速是通過變頻器實現(xiàn)的。變頻器一般由整流器、濾波器、驅(qū) 動電路、保護電路以及控制器(mcu/dsp)等部分組成。圖3給出了pwm型交-直-交變頻 器的控制原理框圖。由圖2可知，這是一個vvvf變頻調(diào)速系統(tǒng)。首先是將單相或三相交流電源通過整 流器并經(jīng)電容濾波后形成幅值基本穩(wěn)定的直流電壓加在逆變器上，利用逆變器功率 元件的通斷控制，使逆變器輸出端獲得一定形狀的矩形脈沖波形。在這里，通過改 變矩形脈沖的寬度控制其電壓幅值；通過改變調(diào)制周期控制其輸出頻率，從而在逆 變器上同時進行輸出電壓和頻率的控制，而滿足

39、變頻調(diào)速對u/f的協(xié)調(diào)控制的要求。 pwm的優(yōu)點是能消除與抑制低次諧波，使負(fù)載電機在近似正弦波的交變電壓下運行， 轉(zhuǎn)矩脈動小，調(diào)速范i韋i寬。近年來，帶驅(qū)動和保護電路的各種智能功率模塊(ipm)也 相繼應(yīng)用在變頻系統(tǒng)屮。ipm模塊是將三相逆變igbt、驅(qū)動電路以及保護電路集成在 一塊芯片上，它的岀現(xiàn)推動了變頻家電市場的啟動和發(fā)展。新型iph模塊甚至將開關(guān) 電源也設(shè)計在模塊內(nèi)，更加方便用戶使用，用戶只需要了解接口電路利定義，很快 便可以組成并運行系統(tǒng)，從而大大加快了新產(chǎn)品的開發(fā)周期。為了提高配料精度，給料方式采用快、慢速給料。當(dāng)料斗中料重小于設(shè)定比例 的時，配料皮帶電機在變頻器調(diào)節(jié)下，轉(zhuǎn)速大于額

40、定轉(zhuǎn)速，即快速給料；在料斗中 料重大于設(shè)定比例時，配料皮帶電機在變頻器調(diào)節(jié)下，電機轉(zhuǎn)速低于額定轉(zhuǎn)速，即 慢速給料；4控制系統(tǒng)設(shè)計4.1控制系統(tǒng)硬件設(shè)計4.1.1 plc的選配本設(shè)計中采用西門子公司的s7-200型plc,其優(yōu)越的性能表現(xiàn)為極高的可靠性極 豐富的指令集，易于掌握，便捷的操作，豐富的內(nèi)置集成功能，實時特性，強勁的 通訊能力，豐富的擴展模塊。1. s7-200的特征(1) .體積小，尺寸：160x80x62mni由于其緊湊的設(shè)計,s7- 200可以適合于任何機 器控制環(huán)境。(2) .易于使用：通過step7- micm/dos軟件可以非常方便地為s7- 200編程，而且 該軟件能夠在

41、任何一臺ibm兼容個人計算機上使用，哪怕是一臺286的微機，要求 ms-d0s5. 0以上。(3) 靈活多用：s7- 200的輸入/輸出點可以支持各個領(lǐng)域的設(shè)備，如：光電傳感器, 驅(qū)動馬達按鈕開關(guān)，燈，泵，攪拌器等。2. s7- 200的主要組成部件(1) .屮央處理器(cpu):是控制系統(tǒng)的大腦,它根據(jù)用戶程序進行控制。(2) 輸入和輸出(i/o):是系統(tǒng)的控制點，輸入用于監(jiān)視現(xiàn)場裝置，輸出用于控制執(zhí) 行機構(gòu)。(3) .編程口 ：用于連接編程設(shè)備，例如，一臺計算機或一個手持編程器。s7-200的編程軟件叫做step7-micro/dos它基于ms-dos5. 0上的版本。step7-micr

42、o/dos的編程語言有兩種表示方法:指令表和梯形圖。4. 1.2稱重儀表的選配稱重儀表即能滿足計量需要，又能適應(yīng)控制要求，既能接受傳感器的信號，完 成計量計算，又能接受控制系統(tǒng)的下料量設(shè)定信號，并根據(jù)測量信號與設(shè)定值的偏 差，自動調(diào)整皮帶機的轉(zhuǎn)速，將下料量控制在要求范圍內(nèi)。在這里選用電子秤，其工作原理如下：秤重物品經(jīng)出裝在機構(gòu)上的重量傳感器, 將重力轉(zhuǎn)換為電壓或電流的模擬訊號，經(jīng)放大及濾波處理后由a/d處理器轉(zhuǎn)換為數(shù)字 訊號，數(shù)字訊號由中央處理器(cpu)運算處理，而周邊所須要的功能及各種接口電路 也和cpu連接應(yīng)用，最后由顯示屏幕以數(shù)字方式顯示。圖5電子秤的工作原理圖 電子秤的主要組成組件：

43、1 重量傳感器2. 放人器電路3. 濾波器電路4. 模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器5. 屮央處理器6. 電源供應(yīng)屯路7. 按鍵8. 外殼9. 機構(gòu)10. 秤盤電子秤的功能特點：1電子秤數(shù)字溫度自動補償技術(shù)。采用一個三積分a/d轉(zhuǎn)換器，對重量、溫度、電 池電壓三測量，對傳感器的溫度零漂，溫度滿量程漂移，分二十個區(qū)間，線性化全 自動軟件補償，硬件成本增加極少，使電子計價秤、計重秤達到國際標(biāo)準(zhǔn)。2. 電子秤多機總線聯(lián)網(wǎng)（無須接口板），一臺pc機可遙控幾十臺電子秤鍵盤操作 和各種數(shù)據(jù)采集。3. 電子秤的通訊技術(shù)，電子秤多cpu單總線雙向數(shù)據(jù)通訊。打開進口的條碼電子 秤，線束數(shù)百根，而三積分條碼電子秤各模塊間只用一根線

44、通訊。4. 電子秤函數(shù)型線性補償技術(shù)。檢測兩個加載點，達到十個加載點補償?shù)男Ч?全口動解方程計算曲線參數(shù)，輕輕松松達到高精度線性補償?shù)哪康摹?.1.3操作站的選配1. 上位組態(tài)監(jiān)控軟件的初始化具體包括：變量的初值；初始化命令語言；上下位機變量網(wǎng)絡(luò)地址的對應(yīng)；設(shè)置報 警條件，所需記錄的歷史數(shù)據(jù)等。2. 組態(tài)監(jiān)控軟件的各功能模塊及數(shù)據(jù)庫間的關(guān)系圖6組態(tài)監(jiān)控軟件的各功能模塊及數(shù)據(jù)間的關(guān)系4. 2控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計4.2.1稱量儀表參數(shù)設(shè)定1. 電子秤參數(shù)設(shè)定(1) 最高輸入靈敏度：0. 8uv/do(2) 零點信號范圍:112mv。(3) . a/d分辨率:1/ 6萬。(4) .量程信號范圍：03

45、0mvo(5) . a/d轉(zhuǎn)換速率:2030次/秒。(6) .供橋電壓：12v。(7) .1 作電壓：220v10%o(8) .適用溫度：040°co(9) 消耗功率:w15w。(10) .保險管：w 1 ao(11) .重量單位：kg(12) .最大流量：根據(jù)實際需要設(shè)置范圍2. 皮帶秤參數(shù)設(shè)定重量單位：根據(jù)需要設(shè)置成t/kgo流量單位：根據(jù)流量范圉合理設(shè)置。最大流量：設(shè)置正常顯示的最大流量，根據(jù)各皮帶秤的下料量不同而分別設(shè)置。秤臺長度：是物理稱重的有效長度，本設(shè)計所用皮帶秤有效長度為1. lmo4. 2. 2 plc程序編制plc要實現(xiàn)的功能主要有各物料下料量的采集、各喂料裝置的

46、啟停、各物料下 料量的控制、各物料下料量的累計。各種物料的采集只需在plc模塊中對各物理量進行組態(tài)，按照硬件定義各量的通 道，根據(jù)各量的實際情況定義信號高低位、電流高低位參數(shù)即可。根據(jù)本設(shè)計的要求，先給出i/o點分配表，然后畫出程序流程圖以及順序功能圖。如下所示：1.plc i/o點配置表:表1系統(tǒng)plc輸入輸出配置表輸入端子輸入裝置輸岀端子輸出裝置10.0啟動q0.0電子秤顯示10. 1停止q0. 1紅色信號燈10.2料位倉料位檢測q0.2綠色信號燈10.3料位滿信號q0. 3皮帶驅(qū)動電機ml10.4皮帶稱稱重傳感器q0.4皮帶驅(qū)動電機m210.51號皮帶稱顯示q0. 5皮帶驅(qū)動電機m310

47、.62號皮帶稱顯示q0. 5料倉底門氣動閥110. 73號皮帶稱顯示q0. 7料倉底門氣動閥211.01號稱位料斗料重等 于設(shè)定比例q1.0料倉底門氣動閥311. 11號稱量料斗料重大 于設(shè)定比例q1. 11號測速電機常速轉(zhuǎn) 動11.21號稱量料斗料重小 于設(shè)定比例q1.21號測速電機快轉(zhuǎn)11.32號稱顯料斗料重等 于設(shè)定比例q1.31號測速電機慢轉(zhuǎn)11.42號稱位料斗料重大 于設(shè)定比例q1.42號測速電機常轉(zhuǎn)信 號11.52號稱量料斗料重小 于設(shè)定比例q1.52號測速電機慢轉(zhuǎn)信 號11.63號稱量料斗料重等于設(shè)定比例q1.62號測速電機快轉(zhuǎn)11. 73號稱量料斗料重大 于設(shè)定比例q1.73號

48、測速電機常轉(zhuǎn)12. 13號稱量料斗料重小于設(shè)定比例q2.03號測速電機慢轉(zhuǎn)12.2達到要求重汗q2. 13號測速電機快轉(zhuǎn)3.系統(tǒng)程序順序功能圖圖8系統(tǒng)順序功能圖4.控制系統(tǒng)構(gòu)成示意圖圖9是控制方案及系統(tǒng)構(gòu)成圖。組成：plc （帶模擬量輸入輸岀模塊）+上位機及 監(jiān)控組態(tài)軟件。所有的數(shù)字量和模擬量過程檢測參數(shù)及控制都由plc來完成，數(shù)字量 控制部分曲plc通過編程來實現(xiàn)所有連鎖控制信號、電器設(shè)備的邏輯順序控制；模擬 量的處理由plc的模擬量輸入輸出模塊來進行處理，由上位機及監(jiān)控組態(tài)軟件來完成 過程參數(shù)的各種控制、顯示及累計等。所有模擬量、數(shù)字量的監(jiān)控由監(jiān)控組態(tài)軟件 根據(jù)工藝監(jiān)控要求進行組態(tài)，在計算

49、機上完成所有工藝參數(shù)的顯示、操作。plc與上 位機的通訊由監(jiān)控組態(tài)軟件屮進行設(shè)置。最后通過網(wǎng)關(guān)將控制層和設(shè)備層的網(wǎng)絡(luò)與 該廠的內(nèi)部局域網(wǎng)相聯(lián)接，使管理者在網(wǎng)上可以實時觀察到整個生產(chǎn)過程。圖9控制系統(tǒng)構(gòu)成圖5:控制原理圖2 0 0& 0 & & w «em235 .mvu'rip0 cq全文結(jié)論配料控制系統(tǒng)應(yīng)用比較廣泛，采用了可編程控制技術(shù)，使整個控制系統(tǒng)的可靠性 和精度大大提高，實現(xiàn)了自動控制。同時由于plc擴展容易，町以對它進行擴展，如 只需增加i/o接口模塊就可擴展原料系統(tǒng)的輸送控制；也可以與電爐控制系統(tǒng)連接， 只需增加通信模塊就可實現(xiàn)與上位機的通信，從而實現(xiàn)整個系統(tǒng)的計算機管理。本設(shè)計將機械、控制作為一個整體考慮，使各部分密切配合