集散型可編程序控制器調(diào)速秤配料系統(tǒng)

1、自動化專業(yè)綜合設(shè)計任務(wù)書自動化專業(yè)綜合設(shè)計任務(wù)書題目：集散型可編程序控制器調(diào)速秤配料系統(tǒng)的設(shè)計題目：集散型可編程序控制器調(diào)速秤配料系統(tǒng)的設(shè)計 學(xué)學(xué) 號：號：班班 級：級：姓姓 名：名： 指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師： 華北理工大學(xué)電氣工程學(xué)院華北理工大學(xué)電氣工程學(xué)院 20162016 年年 1 1 月月 8 8 日日目錄概述 .1第一章 總體設(shè)計方案 .11.1 調(diào)速秤系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)與工作原理 .12.1 調(diào)速秤配料系統(tǒng)的實現(xiàn)方法 .2第二章 調(diào)速秤配料系統(tǒng)的總體設(shè)計 .32.1 系統(tǒng)工作原理及工作過程 .32.2 系統(tǒng)整體工作框圖.32.3 系統(tǒng)整體電氣連接圖.4第三章 調(diào)速秤配料系統(tǒng)中的 PLC 硬

2、件選型與設(shè)計 .53.1 PLC 的基本知識 .53.2 S7-300 簡介 .83.3 PLC 的選型要點 .103.4 PLC 的中央處理器 CPU 的選型 .113.5 PLC 數(shù)字量輸入/輸出模塊的選型與線路連接 .123.6 PLC 的模擬量輸入模塊的選型與線路連接 .133.7 模擬量輸出模塊的選型與線路連接.143.8 PS307 電源模塊容量計算及選型 .14第四章 調(diào)速秤配料系統(tǒng)中的傳感器和變頻器的設(shè)計與選型 .164.1 傳感器.164.1.1 傳感器的基本知識 .164.1.2 稱重傳感器 .164.1.2 測速傳感器 .22第五章 調(diào)速秤監(jiān)控組態(tài)設(shè)計 .235.15.1

3、 WinCCWinCC 工程的建立工程的建立 23235.2 變量的建立變量的建立 3434第六章 各環(huán)節(jié)梯形圖設(shè)計 .34參考文獻 .59第 0 頁概述概述自動配料系統(tǒng)是精細化工廠生產(chǎn)工藝過程中一道非常重要的工序，配料工序質(zhì)量對整個產(chǎn)品的質(zhì)量舉足輕重。自動配料控制過程是一個多輸入、多輸出系統(tǒng)，各條配料輸送生產(chǎn)線嚴(yán)格地協(xié)調(diào)控制，對料位、流量及時準(zhǔn)確地進行監(jiān)測和調(diào)節(jié)。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網(wǎng)絡(luò),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(shè)備。在自動配料生產(chǎn)工藝過程中，將主料與輔料按一定比例配合，由電子皮帶秤完成對皮帶輸送機輸

4、送的物料進行計量。PLC 主要承擔(dān)對輸送設(shè)備、秤量過程進行實時控制，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(diào)節(jié)皮帶機轉(zhuǎn)速的作用。 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,送到電子稱上進行稱重,最后進行包裝在這個過程中工人工作繁重,出錯率高,稱重重量無監(jiān)測,生產(chǎn)數(shù)據(jù)無紀(jì)錄等不能保證企業(yè)的生產(chǎn)工藝文中以 PC 機編程,可編程邏輯控制器(PLC),現(xiàn)場總線技術(shù)等現(xiàn)代工控技術(shù)為基礎(chǔ),開發(fā)了以 PC 機為上位機, 以 PLC 作為下位機的自動配料系統(tǒng)PLC 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

5、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。在整個生產(chǎn)過程中,一旦生產(chǎn)計劃制定完成,計算機將按照計劃對每種原料進行稱重,不再需要人工來干預(yù)在這個過程中工人只是進行取料,由計算機通過電子稱發(fā)來的數(shù)據(jù)校核重量,減輕了工人的工作負擔(dān),提高了工作效率第一章第一章 總體設(shè)計方案總體設(shè)計方案1.11.1 調(diào)速秤系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)與工作原理調(diào)速秤系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)與工作原理圖 1-1 調(diào)速秤第 1

6、頁1.1. 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)定量給料機系統(tǒng)包括機械和電器兩大部分。機械部分主要是秤體、電機、減速機以及料斗。秤體上裝有稱重傳感器、測速傳感器、跑偏開關(guān)和接線盒等。電器部分包括控制柜內(nèi)的控制儀表、空氣開關(guān)、變頻調(diào)速器和接線端子等。2.2.秤體結(jié)構(gòu)秤體結(jié)構(gòu)(1) 機架：是定量給料機的基礎(chǔ)部件，各功能部件均安裝在此機架上，構(gòu)成定量給料機的機械秤體。(2) 驅(qū)動裝置：包括電機和減速機，電機通過法蘭與減速機相連。減速機具有體積小，速比大的特點并且是通過空心軸與主動滾筒連接，不采用聯(lián)軸器，具有結(jié)構(gòu)緊湊的優(yōu)點。速度傳感器安裝在電機軸端，直接測出電動機的速度。(3) 稱重裝置：由稱重框架和稱重托輥組成。皮帶上

7、的物料重量通過稱重托輥作用到稱重傳感器上，框架設(shè)有配重裝置與標(biāo)定砝碼支座，整個稱重系統(tǒng)無水平和側(cè)向位移，無摩擦影響，不需維護。(4) 主、從動滾筒及環(huán)形橡膠運輸帶：完成物料的輸送與喂料。(5) 托輥：用于承受倉壓及保證物料在稱重過程中的平穩(wěn)性。(6) 卸料罩：保證物料順利進入生產(chǎn)流程，防止粉塵污染環(huán)境。(7) 擋料裝置：防止物料從漏斗閘門流出后散落、外溢，保證設(shè)備正常運轉(zhuǎn)。(8) 皮帶外表面清掃裝置及梨形內(nèi)表面清掃器：防止皮帶沾料，有利于提高計量精度并能防止皮帶因卡料造成損壞。(9) 跑偏自動開關(guān)：皮帶跑偏超過允許值時報警，防止造成生產(chǎn)設(shè)備事故。(10) 標(biāo)定砝碼：用于給料機的靜態(tài)、動態(tài)標(biāo)定。

8、(11) 供料料斗：根據(jù)物料不同的特性，配有用于散狀物料的 T 型料斗，用于易起拱物料的帶有振動器的 V 型料斗，用于傾瀉性物料的 S1 和 S2 型料斗。(12) 自動張緊裝置：保證皮帶具有恒定張力，利于精度穩(wěn)定。1.21.2 調(diào)速秤配料系統(tǒng)的實現(xiàn)方法調(diào)速秤配料系統(tǒng)的實現(xiàn)方法通過產(chǎn)臂上皮帶裝置及料的重量測定流量，由電磁振動給料機控制給料量，連續(xù)計量秤。稱重給料機將經(jīng)過皮帶上的物料，通過稱重秤架下的稱重傳感器進行檢測重量，以確定皮帶上的物料重量；速度傳感器檢測出速度值，重量信號送入皮帶給料機控制器，產(chǎn)生并顯示累計量/瞬時量。給料控制器將該量與速度值相乘并乘一比例系數(shù),由第 2 頁控制器輸出信號

9、控制變頻器，實現(xiàn)定量給料的要求?？捎缮衔籔C機設(shè)定各種相關(guān)參數(shù)，并與PLC實現(xiàn)系統(tǒng)的自動控制。它可以采用兩種運行方式：自動方式和半自動/手動方式。圖 1-2 調(diào)速秤控制系統(tǒng)第二章第二章 調(diào)速秤配料系統(tǒng)的總體設(shè)計調(diào)速秤配料系統(tǒng)的總體設(shè)計2.12.1 系統(tǒng)工作原理及工作過程系統(tǒng)工作原理及工作過程我們要實現(xiàn)的是八路調(diào)速秤配料的控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)共有八路上料，每一路的上料都是有一定的配比，受到各個參數(shù)的約束。 它的基本工作原理是：當(dāng)系統(tǒng)開始運行，八路上料系統(tǒng)根據(jù)需要開始上料，每一路的上料與否以及根據(jù)產(chǎn)品配比的要求下料多少，是受 PLC 控制的。每一路上料的實際多少是由稱重傳感器測量，皮帶傳送速度由接近開

10、關(guān)測出，將測得的數(shù)據(jù)送到 PLC 由預(yù)先使用 STEP7 編寫好的程序進行處理，其中速度和重量是相乘的關(guān)系，這樣可以得到每一路每一個小時下料的噸位。這個每小時的噸位與要求的噸位對比形成負反饋，反饋到 PLC，經(jīng)過預(yù)置程序的控制以及使用PID 控制算法處理調(diào)節(jié)執(zhí)行機構(gòu)變頻器控制電動機，使整個系統(tǒng)達到預(yù)先的要求，從而生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品。這就是整個皮帶秤配料系統(tǒng)的工作原理的簡單介紹。2.22.2 系統(tǒng)整體工作框圖系統(tǒng)整體工作框圖第 3 頁如圖所示，由上位機通過 Wincc 組態(tài)軟件或者可編程控制器控制整個系統(tǒng)的啟停。主體“調(diào)速秤”通過線路與兩樣設(shè)備連接：稱重傳感器、測速傳感器、變頻器。其中前兩個設(shè)備的

11、主要功能是信號采集，稱重傳感器采集各路皮帶秤的數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號，反映到可編程序控制器中，由其中的 CPU 按照事先編制的程序進行計算，從而得到各路配料的實際情況和給定值之間的差距。這中算法是根據(jù) PID 算法控制進行控制，PID 控制是最早發(fā)展起來的控制策略之一，由于其算法簡單、可靠性高，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)過程控制，尤其適用于可建立精確數(shù)學(xué)模型的確定性控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)的核心控制算法也是基于 PID 控制算法。實現(xiàn)該系統(tǒng)控制流程的方式主要分兩種：(1)通過 STEP7 編寫好的程序由 PLC 按照設(shè)定的值進行 PID 控制。完成 8 路的自動配料。(2)通過手動控制，在變頻器上輸入 PID

12、 參數(shù)，完成 8 路的自動配料。變頻器的功能則是按照信息指令調(diào)節(jié)圓盤給料機電機的頻率，達到對單路原料進行控制配比的目的。對各路皮帶秤進行總體調(diào)節(jié)，即可完成按工業(yè)要求進行配比工作。這時，PLC 要完成兩個工作：第一，要通過線路將各信號上傳到上位機，由上位機的組態(tài)軟件 WinCC 接收，從而使工作人員可以完成組態(tài)監(jiān)控工作；第二，PLC 向下將控制信號傳送到各路變頻器，變頻器經(jīng)過信號轉(zhuǎn)換來控制皮帶秤的圓盤給料機電機轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)各路配料按要求配比。在此過程中，工作人員可以通過上位機的組態(tài)畫面實時監(jiān)控系統(tǒng)的運行情況，一旦系統(tǒng)發(fā)生意外! !異常的公式結(jié)尾異常的公式結(jié)尾情況，或進行定期不定期維護，即可由上位機

13、對 PLC 進行控制。2.32.3 系統(tǒng)整體電氣連接圖系統(tǒng)整體電氣連接圖第 4 頁 1 1322345678910 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 2224 25 26 27 28 2930 311A AF F 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 723C C P PU U 8 8# # - -8 8# # + +8 8# # + +8 8# # - -7 7# # - -7 7# # + +7 7# # + +7 7# # - -6 6# # - -6 6# # + +6 6# # + +6 6# # - -5 5# # + +5 5# # - -5

14、 5# # - -5 5# # + +3 3# # + +3 3# # - -3 3# # - -3 3# # + +2 2# # + +2 2# # - -2 2# # - -2 2# # + +1 1# # - -1 1# # + +1 1# # + +1 1# # - -4 4# # + +4 4# # - -4 4# # - -4 4# # + +12345678 1#2#3#4#5#6#7#8# 1#2#3#4#5#6#7#8#運行指示燈報警鈴變頻器手動或自動控制選擇1#-8#變頻器停止或啟動選擇1#-8#1#2#3#4#5#6#7#8#振動下料停止或啟動選擇1#-8#S SMM 3

15、 32 23 3 S SMM 3 32 21 1 S SMM 3 32 23 3 24V DC24V DCGNDGNDGNDGNDGNDGNDGNDGND 8 88#電振給料機啟停7#電振給料機啟停6#電振給料機啟停5#電振給料機啟停4#電振給料機啟停3#電振給料機啟停1#電振給料機啟停8#變頻器啟停7#變頻器啟停6#變頻器啟停5#變頻器啟停4#變頻器啟停3#變頻器啟停2#變頻器啟停1#變頻器啟停2#電振給料機啟停322345678910 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 2224 25 26 27 28 29 30 311A AF FV V 238 8# #

16、8 8# # - -8 8# # + +7 7# # + +7 7# # - -7 7# # 6 6# # + +6 6# # - -6 6# # 5 5# # - -5 5# # + +5 5# # 3 3# # - -3 3# # + +3 3# # 2 2# # - -2 2# # + +2 2# # 1 1# # + +1 1# # 4 4# # - -4 4# # + +4 4# # 1 1# # - -12345678910 11 12 13 14 15 16 17 182021 22 23 2419輸出輸出 圖 2-1 系統(tǒng)整體電器連接圖如圖2-1所示，為系統(tǒng)的總體硬件連接圖，其

17、中最左部分為工控機，通過上位機軟件 Wincc 可以控制控制器 PLC,同時系統(tǒng)的一些信息可以及時的反映在上位機的畫面中，中間為 PLC，它由 CPU 模塊，模擬量輸入輸出模塊和測速模塊組成，最右邊為變頻器，通過變頻器來控制各路電機，從而控制速度。第三章第三章 調(diào)速秤配料系統(tǒng)中的調(diào)速秤配料系統(tǒng)中的 PLCPLC 硬件選型與設(shè)計硬件選型與設(shè)計由于可編程序控制器在工業(yè)控制領(lǐng)域中所占的核心地位和日趨重要的發(fā)展態(tài)勢。本章對配料系統(tǒng)中的可編程控制器進行了詳細的介紹，并對可編程控制器 S7-300 的各個模塊進行了細致的選型及設(shè)計。3.13.1 PLCPLC 的基本知識的基本知識PLC 即可編程控制器，是

18、一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序、執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。分為：小型 PLC、中型 PLC、大型 PLC。（1）PLC 實質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計算機，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計算機相同如圖 3 所示。 系統(tǒng)程序存儲器系統(tǒng)程序存儲器電源編程器中央處理單元CPU輸入點輸出點第 5 頁 圖 3-1 PLC 的結(jié)構(gòu)中央處理單元(CPU)中央處理單元(CPU)是 PLC 的控制中樞。它按照 PLC 系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的

19、用戶程序和數(shù)據(jù);檢查電源、存儲器、1/0 以及警戒定時器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯誤。存儲器存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器。存放應(yīng)用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器電源PLC 的電源在整個系統(tǒng)中起著十分重要得作用。一般交流電壓波動在+10%(+15%)范圍內(nèi)，可以不采取其它措施而將 PLC 直接連接到交流電網(wǎng)上去。輸入輸出元件 (1/O 模塊)1/O 模塊是 CPU 與現(xiàn)場 UO 裝置或其它外部設(shè)備之間的連接部件。將外部輸入信號變換成 CPU 能接受的信號，或?qū)?CPU 的輸出信號變換成需要的控制信號去驅(qū)動控制對象，以確保整個系統(tǒng)正常工作。編程器和外部設(shè)備（2）PLC 的工作原理

20、 PLC 采用了一種不同于一般計算機的運行方式即掃描方式。工作過程當(dāng) PLC 投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段，如圖 4 所示。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間，PLC 的 CPU 以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個階段 第第N個個掃掃描描周周期期第第（n-1）個個掃掃描描周周期期第第（n+1）個個掃掃描描周周期期輸輸入入采采樣樣輸輸出出刷刷新新用用戶戶程程序序執(zhí)執(zhí)行行輸輸入入采采樣樣輸輸出出刷刷新新 圖圖 3.2 PLC的工作過程第 6 頁圖 3-2 PLC 的工作過程掃描周期PLC 的掃描周期包括自診斷、通訊等，如圖 5 所示

21、。一個周期等于自診斷、通訊、輸入采樣、用戶程序執(zhí)行、輸出刷新等所有時間之和。 圖 3-3 PLC 的掃描周期 (3)可編程序控制器的主要功能和應(yīng)用可編程控制器的設(shè)計思想是盡可能地利用當(dāng)前先進的計算機技術(shù)去滿足用戶的需要，PLC 與繼電器接觸器控制電路的一個本質(zhì)區(qū)別就是除了必要的與外部物理世界的接口(即 I/0 點)外，其它的邏輯功能均在其內(nèi)部實現(xiàn)。這些邏輯功能不僅可以取代，而且遠遠超過諸如中間繼電器、時間繼電器等硬件邏輯所能達到的功能，從而為 PLC 在可靠性和便利性上形成特色奠定了基礎(chǔ)。PLC 的功能可分類如下:邏輯控制 定時控制 計數(shù)控制 步進(順序)控制PID 控制 數(shù)據(jù)控制:PLC 具

22、有數(shù)據(jù)處理能力 通信和聯(lián)網(wǎng)其它:PLC 還有許多特殊功能模塊，適用于各種特殊控制的要求，如:定位控制模塊，CRT 模塊。故障上電RUN自診斷通訊輸入采樣用戶程序執(zhí)行輸出刷新第 7 頁(4)PLC 的編程語言PLC 與微機一樣，是以指令程序的形式進行工作的，各種型號的 PLC 一般均以梯形圖語言為主，同時也兼顧一些其它形式的編程語言。以下列出了三種編程語言。梯形圖 (LAD) 指令語句表 (STL) 邏輯功能圖(FBD) 圖 3-4 PLC 的編程語言3.23.2 S7-300S7-300 簡介簡介PLC 選型依據(jù) ：1)具有足夠大的暫存器空間且獨家提供檔案暫存器空間，保證系統(tǒng)的配料配方量足夠多

23、足夠大，透過專用指令操作保證配方的絕對安全2)通訊功能強大，通訊協(xié)議編程簡單方便3)可擴展多個通訊口，為系統(tǒng)延伸控制與聯(lián)網(wǎng)提供硬件支持4)經(jīng)濟實惠，運行可靠穩(wěn)定性要好 (1)概述 西門子 S7-300 可編程序控制器是模塊化小型 PLC 系統(tǒng)，各種單獨的模塊之間可進行廣泛組合以用于擴展，能滿足中等性能要求。(2)S7-300 的組成S7-300 主要組成部分有:導(dǎo)軌、中央處理單元模板、接口模板 (IM)、信號模板(SM)、功能模板 (FM)等。S7-300 組成如圖 7 所示。 圖 3-5 S7-300 的組成負載電源模塊 (PS):用于將 SIMATIC S7-300 連接到 120/220

24、 V 交流電源，或 24/48/60/110 V 直流電源。 中央處理單元 (CPU)CPUPSSMSMSMSMSMSMSMSM第 8 頁不同的 CPU 有不同的性能，有的 CPU 上集成有輸入/輸出點，有的 CPU 上集成有 PROPIBUS-DP 通訊接口等。 信號模塊 (SM):用于數(shù)字量和模擬量輸入/輸出。通訊處理器 (CP):用于連接網(wǎng)絡(luò)和點對點連接 功能模塊 (FM):用于高速計數(shù)，定位操作 (開環(huán)或閉環(huán)定位)和閉環(huán)控制。 接口模塊 (IM):用于多機架配置時連接主機架 (CR)和擴展機架 (ER) 。S7-300 通過分布式的主機架 (CR)和 3 個擴展機架 (ER)，可以操作

25、多達 32 個模塊。運行時無需風(fēng)扇。（3）S7-300 的類型 標(biāo)準(zhǔn)型 :溫度范圍從 0到 60 環(huán)境條件擴展型:溫度范圍從-25 到+60更強的耐受振動和污染特性。（4） S7-300 的功能SIMATIC S7-300 的大量功能支持和幫助用戶進行編程、啟動和維護。 高速的指令處理 :0.60.1s 的指令處理時間在中等到較低的性能要求范圍內(nèi)開辟了全新的應(yīng)用領(lǐng)域。浮點數(shù)運算:用此功能可以有效地實現(xiàn)更為復(fù)雜的算術(shù)運算 方便用戶的參數(shù)賦值 :一個帶標(biāo)準(zhǔn)用戶接口的軟件工具給所有模塊進行參數(shù)賦值，這樣就節(jié)省了入門和培訓(xùn)的費用。 人機界面 (HMI):方便的人機界面服務(wù)已經(jīng)集成在 S7-300 操作

26、系統(tǒng)內(nèi)。因此人機對話的編程要求大大減少。SIMATIC 人機界面 (HMI)從 S7-30O 中取得數(shù)據(jù)，S7-300 按用戶指定的刷新速度傳送這些數(shù)據(jù)。S7-300 操作系統(tǒng)自動地處理數(shù)據(jù)的傳送 。 診斷功能 :CPU 的智能化的診斷系統(tǒng)連續(xù)監(jiān)控系統(tǒng)的功能是否正常、記錄錯誤和特殊系統(tǒng)事件 (例如 :超時，模塊更換，等等)?？诹畋Ｗo:多級口令保護可以使用戶高度、有效地保護其技術(shù)機密，防止未經(jīng)允許的復(fù)制和修改。操作方式選擇開關(guān) :操作方式選擇開關(guān)像鑰匙一樣可以拔出，當(dāng)鑰匙拔出時，就不能改變操作方式。這樣就防止非法刪除或改寫用戶程序(5) S7-300 的通訊方便用戶的 STEP7 的用戶界面提供

27、了通訊組態(tài)功能，這使得組態(tài)非常容易、簡單。第 9 頁SIMATIC S7-300 具有多種不同的通訊接口:多種通訊處理器用來連接 AS-1 接口、和工業(yè)以太網(wǎng)總線系統(tǒng)。串行通訊處理器用來連接點到點的通訊系統(tǒng)。 多點接口 (MPI)集成在 CPU 中，用于同時連接編程器、PC 機、人機界面系統(tǒng)及其他 SIMATIC S7/M7/C7 等自動化控制系統(tǒng)。CPU 支持下列通訊類型:過程通訊通過總線 (AS-1 或 PROFIBUS)對 u0 模塊周期尋址 (過程映象交換)數(shù)據(jù)通訊在自動控制系統(tǒng)之間或人機界面 (HMI)和幾個自動控制系統(tǒng)之間，數(shù)據(jù)通訊會周期地進行或被用戶程序或功能塊調(diào)用 。3.33.

28、3 PLCPLC 的選型要點的選型要點在 PLC 系統(tǒng)設(shè)計時，首先應(yīng)確定控制方案，下一步工作就是 PLC 工程設(shè)計選型。工藝流程的特點和應(yīng)用要求是設(shè)計選型的主要依據(jù)。PLC 及有關(guān)設(shè)備應(yīng)是集成的、標(biāo)準(zhǔn)的，按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則選型所選用 PLC應(yīng)是在相關(guān)工業(yè)領(lǐng)域有投運業(yè)績、成熟可靠的系統(tǒng)，PLC 的系統(tǒng)硬件、軟件配置及功能應(yīng)與裝置規(guī)模和控制要求相適應(yīng)。熟悉可編程序控制器、功能表圖及有關(guān)的編程語言有利于縮短編程時間，因此，工程設(shè)計選型和估算時，應(yīng)詳細分析工藝過程的特點、控制要求，明確控制任務(wù)和范圍確定所需的操作和動作，然后根據(jù)控制要求，估算輸入輸出點數(shù)、所需存儲

29、器容量、確定 PLC 的功能、外部設(shè)備特性等，最后選擇有較高性能價格比的 PLC 和設(shè)計相應(yīng)的控制系統(tǒng)。 （1）輸入輸出（I/O）點數(shù)的估算 I/O 點數(shù)估算時應(yīng)考慮適當(dāng)?shù)挠嗔?，通常根?jù)統(tǒng)計的輸入輸出點數(shù)，再增加 10%20%的可擴展 余量后，作為輸入輸出點數(shù)估算數(shù)據(jù)。實際訂貨時，還需根據(jù)制造廠商 PLC 的產(chǎn)品特點，對輸入輸出點數(shù)進行調(diào)整。 （2）存儲器容量的估算 存儲器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲單元大小，程序容量是存儲器中用戶應(yīng)用項目使用的存儲單元的大小，因此程序容量小于存儲器容量。設(shè)計階段，由于用戶應(yīng)用程序還未編制，因此，程序容量在設(shè)計階段是未知的，需在程序調(diào)試之后第 10

30、 頁才知道。為了設(shè)計選型時能對程序容量有一定估算，通常采用存儲器容量的估算來替代。 存儲器內(nèi)存容量的估算沒有固定的公式，許多文獻資料中給出了不同公式，大體上都是按數(shù)字量 I/O 點數(shù)的 1015 倍，加上模擬 I/O 點數(shù)的 100 倍，以此數(shù)為內(nèi)存的總字數(shù)（16 位為一個字） ，另外再按此數(shù)的 25%考慮余量。 （3）機型的選擇 PLC 的類型 PLC 按結(jié)構(gòu)分為整體型和模塊型兩類，按應(yīng)用環(huán)境分為現(xiàn)場安裝和控制室安裝兩類；按CPU 字長分為 1 位、4 位、8 位、16 位、32 位、64 位等。從應(yīng)用角度出發(fā)，通?？砂纯刂乒δ芑蜉斎胼敵鳇c數(shù)選型。 整體型 PLC 的 I/O 點數(shù)固定，因此

31、用戶選擇的余地較小，用于小型控制系統(tǒng)；模塊型PLC 提供多種 I/O 卡件或插卡，因此用戶可較合理地選擇和配置控制系統(tǒng)的 I/O 點數(shù)，功能擴展方便靈活，一般用于大中型控制系統(tǒng)。 輸入輸出模塊的選擇 輸入輸出模塊的選擇應(yīng)考慮與應(yīng)用要求的統(tǒng)一。例如對輸入模塊，應(yīng)考慮信號電平、信號傳輸距離、信號隔離、信號供電方式等應(yīng)用要求。對輸出模塊，應(yīng)考慮選用的輸出模塊類型，通常繼電器輸出模塊具有價格低、使用電壓范圍廣、壽命短、響應(yīng)時間較長等特點；可控硅輸出模塊適用于開關(guān)頻繁，電感性低功率因數(shù)負荷場合，但價格較貴，過載能力較差。輸出模塊還有直流輸出、交流輸出和模擬量輸出等，與應(yīng)用要求應(yīng)一致。 可根據(jù)應(yīng)用要求，合

32、理選用智能型輸入輸出模塊，以便提高控制水平和降低應(yīng)用成本?？紤]是否需要擴展機架或遠程 I/O 機架等。 電源的選擇 PLC 的供電電源，除了引進設(shè)備時同時引進 PLC 應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品說明書要求設(shè)計和選用外，一般 PLC 的供電電源應(yīng)設(shè)計選用 220V 電源，與國內(nèi)電網(wǎng)電壓一致。重要的應(yīng)用場合，應(yīng)采用不間斷電源或穩(wěn)壓電源供電。 如果 PLC 本身帶有可使用電源時，應(yīng)核對提供的電流是否滿足應(yīng)用要求，否則應(yīng)設(shè)計外接供電電源。為防止外部高壓電源因誤操作而引入 PLC，對輸入和輸出信號的隔離是必要的，有時也可采用簡單的二極管或熔絲管隔離。 存儲器的選擇 第 11 頁由于計算機集成芯片技術(shù)的發(fā)展，存儲器的價格

33、已下降，因此，為保證應(yīng)用項目的正常投運，一般要求 PLC 的存儲器容量，按 256 個 I/O 點至少選 8K 存儲器選擇。需要復(fù)雜控制功能時，應(yīng)選擇容量更大，檔次更高的存儲器。3.43.4 PLCPLC 的中央處理器的中央處理器 CPUCPU 的選型的選型 根據(jù)輸入輸出點數(shù)的要求選擇 CPU315（6ES7315-2AG10-0AB0）作為本次設(shè)計的中央處理器。CPU315 是 S7-300 的大腦，其裝載存儲器的基本容量為 48K 字節(jié)或 80K 字節(jié)，可用存儲卡擴充裝載存儲器，最大容量可達到 512KB。每執(zhí)行 1000 條二進制指令約需0.3ms，最大可擴充 1024 點數(shù)字量 I/0

34、 或 128 路模擬量通道。CPU315 內(nèi)裝硬件實時時鐘。圖 3-6 CPU315 模塊面板布置示意圖CPU315 的操作系統(tǒng)是事件驅(qū)動的用戶程序掃描過程。CPU 響應(yīng)哪個事件，操作系統(tǒng)自動調(diào)用該事件的組織塊 OB。 CPU315 可調(diào)用 128 個功能塊 FB (0-127);128 個功能調(diào)用 FC (0-127); 127 個數(shù)據(jù)塊 DB (1-127, 0 保留)。OB, FB, FC,DB 的容量均不大于第 12 頁8KB。此外，還有 38 個系統(tǒng)功能塊 SFC 集成在操作系統(tǒng)中供用戶調(diào)用;有 9 個系統(tǒng)數(shù)據(jù)塊 SDB 裝載 S7-300 系統(tǒng)參數(shù)。CPU315 適用于要求高速處理

35、和中等 I/0 規(guī)模的任務(wù)。它可以裝載中等規(guī)模的程序，并具有中等的指令執(zhí)行速度。CPU315 滿足系統(tǒng)的要求。3.53.5 PLCPLC 數(shù)字量輸入數(shù)字量輸入/ /輸出模塊的選型與線路連接輸出模塊的選型與線路連接 在調(diào)速秤配料自動控制系統(tǒng)中，由于 PLC 的 CPU 本身沒有輸入輸出接口，需要使擴展模塊作為系統(tǒng)的 I/O 口。在本系統(tǒng)中我們采用 SM321 以及 SM323 來滿足系統(tǒng)的要求。SM 321 為 DI 16 x DC 24 V，SM323 數(shù)字量的輸入/輸出模塊(6ES7 323-1BL00-0AA0)SM 323; DI 16/DO 16 x DC 24 V/0.5 A 的屬性

36、： 16 點輸入，電隔離為 16 組 16 點輸出，電隔離為 8 組 額定輸入電壓 24 VDC 額定負載電壓 24 VDC 輸入適用于開關(guān)以及 2/3/4 線接近開關(guān) (BERO) 輸出適用于電磁閥、DC 接觸器和指示燈 3.63.6 PLCPLC 的模擬量輸入模塊的選型與線路連接的模擬量輸入模塊的選型與線路連接在調(diào)速秤配料系統(tǒng)的 PLC 硬件設(shè)計中需要將稱重傳感器的信號輸送到 PLC 中，這就需要用到模擬量的輸入模板，模擬量的輸入模板為 SM331。SM331 概述：SM331: AI8*12Bit 是 8 通道的模擬量輸入模塊，在系統(tǒng)中用于輸入稱重傳感器的測量值。模塊主要是由 A/D 轉(zhuǎn)

37、換部件、模擬切換開關(guān)、補償電路、恒流源、光電隔離部件、邏輯電路等組成。A/D 轉(zhuǎn)換部件是模塊的核心，其轉(zhuǎn)換原理采用積分方法。積分式 A/D 轉(zhuǎn)換的積分時間直接影響到 A/D 轉(zhuǎn)換時間和 A/D 轉(zhuǎn)換精度。積分時間越長，被測值的精度越高。SM331 可選的積分時間有:2.5ms, 16.7ms, 20ms 和 100ms。相對應(yīng)的以位表示的精度為8、12、12 和 14。為了抑制工頻及諧波干擾，一般選用 20 ms 的積分時間，相應(yīng)精度為 12 位。S7-300 的 CPU 用 16 位的二進制補碼表示模擬量的值，其中最高位為符號位S。 0”表示正值， “1”表示負值。S7-300 模擬輸入模塊

38、的輸入測量值范圍很寬，可第 13 頁直接輸入電壓、電流、電阻、熱電偶等信號。它用于連接不帶附加放大器的模擬執(zhí)行元件和傳感器，可以將擴展過程中的模擬信一號轉(zhuǎn)化為 S7-300 內(nèi)部處理用的數(shù)字信號。SM331 的 8 個模擬量輸入通道共用一個積分式 A/D 轉(zhuǎn)換部件。即通過模擬切換開關(guān)，各個輸入通道按順序一個接一個轉(zhuǎn)換。某一通道從開始轉(zhuǎn)換模擬量輸入值起，一直持續(xù)到再次開始轉(zhuǎn)換的時間稱為輸入模塊的循環(huán)時間。循環(huán)時間是對外部模擬信號的采樣間隔。對于一個積分時間設(shè)定為 20ms, 8 個輸入通道都接有外部信號且都需斷線監(jiān)視的 SM331,其循環(huán)時間為(22+10) *8=256ms。SM331 的每兩

39、個輸入通道構(gòu)成一個輸入通道組，可以按通道組任意選擇測量方法和測量范圍。模塊上需接 24VDC 的負載電壓 L+，有反接保護功能。模塊與 S7-300CPU 及負載電壓之間是光電隔離的。SM331: AI8*12BBIT 模擬量輸入模塊的電氣原理圖如圖10 所示。另外，為了使模擬量輸入模塊獲得最佳的抗干擾性能，可以將不使用的通道與 M短接。根據(jù)需要我們選用 SM 331（ 6ES7 331-7NF00-0AB0）模擬量輸入模板作為我們的模擬量輸入模板，具體的參數(shù)如下SIMATIC S7-300 的模擬輸入 用于連接電壓和電流傳感器、熱電耦、電阻器和電阻式溫度計 8 輸入，高分辨率。 圖 3-7

40、8 路輸入模塊的連接原理示意圖第 14 頁3.73.7 模擬量輸出模塊的選型與線路連接模擬量輸出模塊的選型與線路連接模擬量輸出模塊SM332 用于連接模擬量執(zhí)行器SM332可以輸出電壓，也可以輸出電流。在輸出電壓時，可以采用2線回路和4線回路兩種方式與負載相連。采用4線回路能獲得比較高的輸出精度。模擬量輸出(簡稱模出(AO)模塊SM332目前有三種規(guī)格型號，即4AOl2位模塊、2AO12位模塊和4AOl6位模塊，分別為4通道的12位模擬量輸出模塊、2通道的12位模擬量輸出模塊、4通道的16位模擬量輸出模塊。SM332與負載/執(zhí)行裝置的連接。我們選擇SM332（6ES7 332-5HF00-0A

41、B0）模擬量輸出模板控制執(zhí)行機構(gòu)變頻器。3.83.8 PS307PS307 電源模塊容量計算及選型電源模塊容量計算及選型 PS307是西門子公司為S7-300專配的24 V DC電源。PS307系列模塊除輸出額定電流不同外(有2 A、5 A、10 A三種)，其工作原理和各種參數(shù)都相同。 PS307可安裝在S7-300的專用導(dǎo)軌上，除了給S7-300 CPU供電外，也可給I/O模塊提供負載電源。圖11為PS307 5A模塊端子接線圖。 S7-300模塊使用的電源由S7-300背板總線提供，一些模塊還需從外部負載電源供電。在組建S7-300應(yīng)用系統(tǒng)時，考慮每塊模塊的電流耗量和功率損耗是非常必要的.

42、 一個實際的S7-300 PLC系統(tǒng)，確定所有的模塊后，要選擇合適的電源模塊，所選定的電源模塊的輸出功率必須大于CPU模塊、所有I/O模塊、各種智能模塊等總消耗功率之和，并且要留有30左右的裕量。當(dāng)同一電源模塊既要為主機單元又要為擴展單元供電時，從主機單元到最遠一個擴展單元的線路壓降必須小于0.25 V。PS307 電源模塊的輸入接單相交流，輸入電壓為 120/230V, 50/60HZ;輸出電壓24VDC，輸出電流 5A;在輸入和輸出之間有可靠的隔離。第 15 頁圖3-8 PS307 5A模塊端子接線圖S7-300 系統(tǒng)時要選擇合適的電源模塊。其選擇準(zhǔn)則是電源模塊的輸出功率必須大于 CPU

43、模塊與所有 I/0 模塊之和。表 1 S7-300 各模塊電流耗量和功率損耗模塊通過背板總線吸取的電流（最大值）從 24V 負載電源吸收的電流（不帶負載運行）功率損耗（正常運行）CPU315供 1.2A1A8WSM32125MA1MA3.5WSM32380MA100MA6.5WSM33160MA60MA1.3WSM33260MA340MA6WCM35150MA -如上表所示，該系統(tǒng)各個模塊從 S7-300 背板總線吸取的電流為60+60+150+80+25=375MA 沒有超過 CPU315 所能轉(zhuǎn)供的電流 1. 2A?？紤]到電源應(yīng)留有一定的余量，所以電源模塊應(yīng)選 PS307 (5A) 。第四

44、章第四章 調(diào)速秤配料系統(tǒng)中的傳感器和變頻器的設(shè)計與選型調(diào)速秤配料系統(tǒng)中的傳感器和變頻器的設(shè)計與選型4.14.1 傳感器傳感器4.1.14.1.1 傳感器的基本知識傳感器的基本知識信息處理技術(shù)取得的進展以及微處理器和計算機技術(shù)的高速發(fā)展，都需要在傳感器的開發(fā)方面有相應(yīng)的進展。微處理器現(xiàn)在已經(jīng)在測量和控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)第 16 頁用。隨著這些系統(tǒng)能力的增強，作為信息采集系統(tǒng)的前端單元，傳感器的作用越來越重要。傳感器已成為自動化系統(tǒng)和機器人技術(shù)中的關(guān)鍵部件，作為系統(tǒng)中的一個結(jié)構(gòu)組成，其重要性變得越來越明顯。（1）傳感器的工作原理進入傳感器的信號幅度是很小的，而且混雜有干擾信號和噪聲。為了方便隨

45、后的處理過程，首先要將信號整形成具有最佳特性的波形，有時還需要將信號線性化，該工作是由放大器、濾波器以及其他一些模擬電路完成的。在某些情況下，這些電路的一部分是和傳感器部件直接相鄰的。成形后的信號隨后轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并輸入到微處理器。（2）以其輸出信號為標(biāo)準(zhǔn)可將傳感器分為： 模擬傳感器將被測量的非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成模擬電信號。 數(shù)字傳感器將被測量的非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成數(shù)字輸出信號(包括直接和間接轉(zhuǎn)換)。開關(guān)傳感器當(dāng)一個被測量的信號達到某個特定的閾值時，傳感器相應(yīng)地輸出一個設(shè)定的低電平或高電平信號。4.1.24.1.2 稱重傳感器稱重傳感器 （1）稱重傳感器的介紹稱重傳感器是皮帶秤力與電轉(zhuǎn)換的核心部件，稱重

46、傳感器按變換原理分類。主要有：電阻應(yīng)變片式、差動變壓器式、電容式、壓磁式、壓電式等，其中，電阻應(yīng)變片式稱重傳感器有以下主要優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、體積小、密封性好線性度和重復(fù)性好頻率響應(yīng)快，能進行動態(tài)稱重長期穩(wěn)定性好，工作可靠和稱重秤架聯(lián)接簡單、方便綜合誤差小。電阻應(yīng)變式稱重傳感器是基于這樣一個原理：彈性體（彈性元件，敏感梁）在外力作用下產(chǎn)生彈性變形，使粘貼在他表面的電阻應(yīng)變片（轉(zhuǎn)換元件）也隨同產(chǎn)生變形，電阻應(yīng)變片變形后，它的阻值將發(fā)生變化（增大或減?。?，實驗證明，在電阻絲拉伸比例極限內(nèi)，電阻的相對變化與應(yīng)變成正比，再經(jīng)相應(yīng)的測量電路把這一電阻變化轉(zhuǎn)換第 17 頁為便于利用的電信號（電壓或電流） ，

47、電橋測量電路是進行這種變換的常用方法，從而完成了將外力變換為電信號的過程。因此可以通過對電阻的測量來測量壓力。如圖所示直流電橋測量電路原理：圖 4-1 稱重傳感器的原理在我們的皮帶秤配料自動控制系統(tǒng)中，由于稱重傳感器輸出信號非常小，容易受大環(huán)境溫度的影響。為了保證稱重傳感器的精度，我們的稱重傳感器不僅需要電壓的驅(qū)動而且要加上一個電源驅(qū)動電路，以保證稱重傳感器的信號的準(zhǔn)確。（2）稱重傳感器的選用原則稱重傳感器最大稱量的選用原則：安全系數(shù)安全系數(shù)的確定必須注意承載器的自重、最大稱量、稱重傳感器的靈敏度和過載能力等指標(biāo)。、承載器的自重值這個值是計算稱重傳感器最大稱量的依據(jù)之一。對于一般衡器來講，在計

48、算稱重傳感器最大稱量值時可以不考慮承載器的自重值，因為其占衡器總輸出信號量的一小部分，平均到每個傳感器上就更少了。例如，一臺 80 噸的地磅，用 8 只最大稱量為 30噸的傳感器，自重為 18 噸，負載量最大的稱重傳感器也只有 3 噸自重，而滿載時負荷最大的達到 15.5 噸。但對于一些特殊衡器，稱重量占總輸出信號的一小部分時就不得不考慮承載器自重值。、沖擊載荷在一些自動衡器和專用衡器設(shè)計時，在選擇稱重傳感器時必須注意在稱量過程中，被稱車輛或物料對承載器的沖擊作用。、稱重傳感器的靈敏度第 18 頁目前常用的稱重傳感器當(dāng)中，柱式結(jié)構(gòu)的靈敏度通常為 1 mV/V，橋式結(jié)構(gòu)、懸臂梁結(jié)構(gòu)、平行梁結(jié)構(gòu)的

49、靈敏度通常為 2 mV/V，另有一小部分懸臂梁結(jié)構(gòu)、S 型結(jié)構(gòu)的靈敏度通常為 3 mV/V。在選用時必須注意到，靈敏度為 1 mV/V 的稱重傳感器其安全過載能力一般是最大稱量的 200，極限過載能力一般大于最大稱量的 500；靈敏度為2 mV/V 的稱重傳感器其安全過載能力一般是最大稱量的 150，極限過載能力一般大于最大稱量的 300。衡器的靈敏度一臺衡器能否正常工作，必須考慮這個系統(tǒng)中各個部件的技術(shù)參數(shù)能否匹配，對衡器來講，也就是稱重傳感器所選用最大稱量、靈敏度值；稱重儀表所選用的供橋電壓值、最高靈敏度值等。而且這些參數(shù)最終必須滿足這個系統(tǒng)的整體指標(biāo)。衡器的每個檢定分度值輸出信號大于稱重

50、儀表最高輸入靈敏度時，衡器能夠正常工作。 稱重傳感器準(zhǔn)確度的選用原則：對于一臺衡器來講，選用的稱重傳感器的準(zhǔn)確度越高越好，但也有兩個前提條件：一是能采購得到，二是采購價格能夠承受。稱重傳感器準(zhǔn)確度是由許多指標(biāo)構(gòu)成的，當(dāng)最終確定一只傳感器為某一個準(zhǔn)確度等級時，是按許多測試結(jié)果中最大的誤差值，作為此傳感器的準(zhǔn)確度等級的依據(jù)，而其他測試項目的誤差可能遠遠優(yōu)于該等級的值。因而要根據(jù)實際要求，細分準(zhǔn)確度指標(biāo)，挑選合適的傳感器。稱重傳感器結(jié)構(gòu)的選用原則：安裝方便任何產(chǎn)品設(shè)計時除需考慮整體功能和性能上能滿足工藝要求外，還應(yīng)注意產(chǎn)品安裝維修問題，衡器產(chǎn)品也不例外。衡器結(jié)構(gòu)特點的要求 衡器選用傳感器，在許多情況

51、下時根據(jù)個人手邊的傳感器樣本確定的。不過其中也遵循了一些不成文的原則。、承載器的安裝空間一些作為流水線中一部分的專用衡器，在稱重傳感器的選型時就要考慮空間限制的問題。、安裝維護方便、側(cè)向力的影響第 19 頁在選擇傳感器時，必須考慮此衡器在使用中是否存在側(cè)向力的情況。按剪應(yīng)力原理設(shè)計的稱重傳感器抗側(cè)向力的能力比較強；按正應(yīng)力原理設(shè)計的稱重傳感器抗側(cè)向力的能力比較弱。、剛度問題這里講的剛度是指承載器的剛度，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的剛度和輔件的剛度。這些結(jié)構(gòu)的剛度會直接影響到變形量，從而影響計量的準(zhǔn)確度。承載器的結(jié)構(gòu)不論是梁式，還是板框式，還是容器式，必須針對不同的加載方式，被稱量物的結(jié)構(gòu)和稱量方式，確定其剛度大

52、小。不同用途的衡器所安裝的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)不同，但都要遵守結(jié)構(gòu)剛度必須保證衡器使用要求的原則。輔件是指安裝稱重傳感器的結(jié)構(gòu)件，如懸臂梁稱重模塊就要考慮其安裝板的厚度。、選用傳感器的數(shù)量問題 選用數(shù)量的一般原則是承載器較長，面積較大的衡器選用的傳感器較多。溫度的影響問題 對于承載器較長，面積較大的室外用衡器，必須考慮承載器的線膨脹系數(shù)問題。、濕度的影響問題 對于室外用衡器或惡劣工況用衡器，必須考慮承傳感器的密封問題8。 (3) 稱重傳感器的放大電路稱重傳感器的輸出信號一般只有 l020mV 在工業(yè)現(xiàn)場極易受干擾，也不能進行遠距離傳輸，如果不采用放大電路，傳感器輸出的毫伏信號只能傳遞幾十米；往往不能滿足實

53、際使用現(xiàn)場的要求，因此增加放大器電路，將稱重信號進行放大，變換成420mA 電流信號進行遠距離傳輸，信號傳輸距離可達 1.5km，放大裝置的框圖。放大器中設(shè)置傳感器的供橋電源，稱重傳感器的輸出送到放大器進行電壓放大，經(jīng)電壓放大后的信號一般為 l 2V，后經(jīng) V/I 轉(zhuǎn)換電路對放大后的信號進行電壓、電流轉(zhuǎn)換，然后進行遠距離傳輸，放大裝置的性能，主要取決于放大電路的性能指標(biāo)，這里介紹經(jīng)常使用的簡單的差動放大器電路。第 20 頁圖 4-2 簡單的差動放大器電路圖中，由一個運算放大器和四個匹配的電阻構(gòu)成，共模電壓的存在是大多數(shù)傳感器的特點。共模電壓是電橋中的直流電平或噪聲干擾。假設(shè)運算放大器是理想的，

54、根據(jù)零子模型條件，在兩個輸入瑞的電壓相等，且通過兩輸入端的電流為零，則很容易導(dǎo)出差動放大器的運算方程：cmVRRRRRRRVRRRRRVRRV)()1 (4313241121243411120或改寫成：cmVRRRRRRVRRRRRRVRRV3412341234123411120111式中： 共模輸入信號電壓。cmVV0 的兩個方程都帶有共模輸入信號電壓，顯然第一項是反相輸入信號對輸出的貢獻；第二項是同相輸入信號對輸出的貢獻；第三項是共模輸入信號對輸出的影響，顯然這運算放大器是理想的。但差動放大器的輸出端仍有共模信號的干擾，主要原因在于差動運算電路的外部參數(shù)不理想，即反饋網(wǎng)絡(luò)參數(shù)有差異，而使閉

55、環(huán)共模特性變壞，四個電阻不匹配和比例失調(diào)是關(guān)鍵因素，若取四個電阻滿足條件。即：3412RRRR則的方程可以簡化成：0V第 21 頁)(1211120VVRRV因此可以看出，四個電阻匹配的足夠好，相當(dāng)于兩個差動信號閉環(huán)增益絕對值相等的條件。此時，共模輸入信號對輸出貢獻為零9。實際上，四個電阻很難做到完全匹配，所以在差動放大器輸出端總存在一定大小的共模干擾信號，在高精度差動放大器中，應(yīng)當(dāng)把這個共模干擾信號控制在一定的范圍之內(nèi)。下圖為壓力放大板：圖 4-3 壓力放大板(4) 濾波電路 濾波器的作用是防止噪聲，將不需要的電信號過濾。本畢業(yè)設(shè)計中用到的濾波器為低通濾波器其電路圖如下：2345678910

56、111213141516171819208#重量傳感器電源-8#重量傳感器電源+8#重量傳感器信號+8#重量傳感器信號-2#重量傳感器信號+2#重量傳感器信號-2#重量傳感器電源-2#重量傳感器電源+3#重量傳感器信號+3#重量傳感器信號-3#重量傳感器電源-3#重量傳感器電源+4#重量傳感器信號+4#重量傳感器信號-4#重量傳感器電源-4#重量傳感器電源+5#重量傳感器信號+5#重量傳感器信號-5#重量傳感器電源-5#重量傳感器電源+6#重量傳感器信號-6#重量傳感器信號+6#重量傳感器電源+6#重量傳感器電源-7#重量傳感器信號-7#重量傳感器信號+7#重量傳感器電源+7#重量傳感器電源-

57、1#重量傳感器信號-1#重量傳感器信號+1#重量傳感器電源+1#重量傳感器電源-131 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 109876543232壓力放大板第 22 頁 圖 4-4 皮帶秤配料系統(tǒng)中簡單低通濾波電路4.1.24.1.2 測速傳感器測速傳感器本設(shè)計選用的測速傳感器為：HSH 齒輪測速傳感器。HSH 齒輪測速傳感器通過分辨轉(zhuǎn)過檢測面的每一個齒頂和齒谷，將其轉(zhuǎn)換成方波，對應(yīng)的一對齒頂和齒谷，將有一個周期的方波輸出，通過計算將其轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)速。圖 4-5 接近開關(guān)它的接線圖如下所示： 圖 4-6 測速傳感

58、器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)該接近開關(guān)的特性如下所示： 供電電源：DC4.5V24V 輸出電流：50MA 響應(yīng)頻率：20KHZ 環(huán)境溫度：-30 攝氏度50 攝氏度 動作距離：（正常運轉(zhuǎn)）下圖為速度調(diào)理板：第 23 頁圖 4-7 測速調(diào)理板第五章第五章 調(diào)速秤監(jiān)控組態(tài)設(shè)計調(diào)速秤監(jiān)控組態(tài)設(shè)計5.15.1 WinCCWinCC 工程的建立工程的建立首先打開 WinCC 資源管理器，如圖所示建立一個新項目 2423222120191817161514131211109876543211#速度傳感器電源+1#速度傳感器電源-1#速度傳感器信號12345678910 11 12 13 14 15 16 17 18 19

59、 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 322#速度傳感器信號2#速度傳感器電源-2#速度傳感器電源+3#速度傳感器信號3#速度傳感器電源-3#速度傳感器電源+4#速度傳感器信號4#速度傳感器電源-4#速度傳感器電源+5#速度傳感器信號5#速度傳感器電源-5#速度傳感器電源+6#速度傳感器信號6#速度傳感器電源-6#速度傳感器電源+7#速度傳感器信號7#速度傳感器電源-7#速度傳感器電源+8#速度傳感器電源+8#速度傳感器電源-8#速度傳感器信號速度調(diào)理板010輸出05輸出第 24 頁 圖 5-1 建立一個新項目單擊“確定” ，出現(xiàn)“創(chuàng)建新項目”窗口，在窗口中

60、命名工程及確定保存路徑。 在“項目名稱”一欄輸入“皮帶秤控制組態(tài)”單擊“創(chuàng)建” ，系統(tǒng)即會生成一個新的項目。5.2 變量的建立變量的建立如下圖在“變量管理器”中添加需要的新的驅(qū)動程序。圖 5-2 添加驅(qū)動程序第 25 頁內(nèi)部變量驅(qū)動是系統(tǒng)默認生成的，可以在其中建立中間變量，過程變量或變量組等，這樣可以節(jié)省大量 I/O 點，以保證軟件的經(jīng)濟性。內(nèi)部變量如下圖所示：圖 5-3 內(nèi)部變量如下圖選擇“SIMATIC S7 Protocol SuiteCHN”驅(qū)動程序，此驅(qū)動包括大部分S7300 編程組件。圖 5-4 選擇編程組件選擇此驅(qū)動程序中“MPI”模塊，建立新的驅(qū)動連接右擊 MPI 在“連接屬性