青海云天化-復(fù)合肥配料秤DCS控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)-2014級(jí)電氣

1、青海大學(xué)成人本科畢業(yè)（設(shè)計(jì)）：復(fù)合肥配料秤DCS控制系統(tǒng)青海大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢 業(yè) 論 文（設(shè)計(jì)）題 目 青海云天化復(fù)合肥配料秤DCS控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 姓 名 呼吸 班 級(jí) 2014級(jí)電氣工程 學(xué)號(hào) 專 業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化 層次 專升本 指導(dǎo)教師 李xx 二一 六 年 四 月 十 日復(fù)合肥配料秤DCS控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)摘 要電子皮帶秤自動(dòng)化配料系統(tǒng)是精細(xì)化工廠生產(chǎn)過程中，一道非常重要的工序，配料工序的質(zhì)量對(duì)整個(gè)產(chǎn)品的質(zhì)量舉足輕重。本設(shè)計(jì)以復(fù)合肥配料系統(tǒng)為工業(yè)背景，針對(duì)配料稱的自動(dòng)控制問題，提出了一種基于DCS遠(yuǎn)程控制的皮帶稱自動(dòng)配料系統(tǒng)方案。利用ICS-DT-6稱重控儀實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬信號(hào)的采集、流量

2、的計(jì)算、PID調(diào)節(jié)和對(duì)變頻器、電機(jī)等設(shè)備的控制任務(wù)。ICS-DT-6稱重控制儀在遠(yuǎn)程模式自動(dòng)控制時(shí)，微機(jī)按DCS給定流量值，控制調(diào)速秤的轉(zhuǎn)速；同時(shí)，微機(jī)定時(shí)采集負(fù)荷傳感器給出的調(diào)速秤中物料重量信號(hào)及速度信號(hào)，進(jìn)行放大處理；經(jīng)過高精度的A/D轉(zhuǎn)換，送入微處理器進(jìn)行運(yùn)算，得到物料的實(shí)際流量和累計(jì)產(chǎn)量。微處理器將實(shí)時(shí)流量值與給定流量值相比較，進(jìn)行偏差調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)自動(dòng)控制；稱重控儀通過變頻器調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，使實(shí)時(shí)流量值隨時(shí)趨近于DCS給定流量值，達(dá)到定量給料，并實(shí)現(xiàn)累計(jì)產(chǎn)量自動(dòng)補(bǔ)償詳。本設(shè)計(jì)詳細(xì)講述，復(fù)肥配料秤DCS控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程，以及控制思想，硬件組成和選型，還有電路設(shè)計(jì)和DCS軟件組態(tài)。關(guān)鍵詞

3、：DCS,ICS-DT-6稱重控制儀,變頻調(diào)速, PID控制,恒流量控制AbstractElectronic belt scale automatic batching system is a very important process in the production process of fine chemical plant, and the quality of batching process is very important to the quality of the whole product. This design takes the compound fertiliz

4、er burden system as the industrial background, according to the automatic control of the batching system, puts forward a kind of automatic batching system based on DCS remote control. The use of ICS-DT-6 weighing controller to achieve the analog signal acquisition, flow calculation, PID control and

5、the frequency converter, motor and other equipment control tasks.ICS-DT-6 weighing control instrument in automatic mode remote control, computer according to the given flow of distributed control system (DCS) value, control the speed of the speed scale; at the same time, the microcomputer timing acq

6、uisition load sensor is given the speed scale material weight signal and speed signal, amplified; after the high precision A / D conversion sent to the microprocessor operations, obtain raw materials the actual flow and cumulative production. Microprocessor will real-time flow data with the given fl

7、ow values for bias adjustment, automatic closed-loop control; weighing control instrument by frequency converter regulating motor speed, enable real-time flow data at any time tends to DCS given flow value, achieve the quantitative feeding, and to achieve cumulative production of auto compensation i

8、n detail. The design of a detailed account and compound fertilizer batching scale DCS control system design process, and control theory, hardware composition and selection and circuit design and DCS configuration software.Key words: ICS-DT-6, DCS weighing controller, frequency control, PID control,

9、constant flow control 目 錄第一章 緒論11.1概述11.2設(shè)計(jì)背景1第二章 配料秤自動(dòng)稱重系統(tǒng)42.1設(shè)計(jì)總體介紹42.2 DCS(集散控制系統(tǒng))簡(jiǎn)單介紹62.2.1概述62.2.2 工作原理82.3恒流量控制介紹92.3.1 概述92.3.2 PID調(diào)節(jié)原理102.4 變頻器簡(jiǎn)介112.4.1 概述112.4.2 變頻器的基本結(jié)構(gòu)122.4.3 變頻器的分類122.4.4 變頻器中常用的控制方式122.5 皮帶配料電機(jī)簡(jiǎn)介132.5.1 概述132.5.2直流調(diào)速與交流調(diào)速的優(yōu)劣比較132.5.3 異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速原理142.6 電子皮帶秤簡(jiǎn)介162.6.1 概述

10、162.6.2基本組成部分172.6.3原理182.6.4特點(diǎn)182.7光電編碼器（速度傳感器）簡(jiǎn)介192.7.1 概述192.7.2工作原理192.7.3編碼器分類及特點(diǎn)19第三章 控制方案的確定及其實(shí)現(xiàn)方法223.1設(shè)計(jì)的總體任務(wù)及實(shí)現(xiàn)的功能223.1.1 DCS遠(yuǎn)程自動(dòng)稱重配料系統(tǒng)控制要求223.1.2設(shè)計(jì)任務(wù)223.2控制思想的確定223.3具體系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案243.3.1 測(cè)速環(huán)節(jié)243.3.2稱重系統(tǒng)253.3.3電機(jī)的PID調(diào)速253.3.4變頻器控制環(huán)節(jié)253.4輸入輸出量統(tǒng)計(jì)26第四章 硬件選擇、硬件接線圖及其軟件編程274.1硬件選擇274.1.1電動(dòng)機(jī)的選擇274.1.2皮

11、帶秤的選擇274.1.3測(cè)速傳感器的選擇304.1.4變頻器的選擇304.2控制接線圖334.21現(xiàn)場(chǎng)硬件控制接線圖334.22 DCS機(jī)柜間接線圖354.3 軟件組態(tài)編程354.3.1組態(tài)工藝流程圖如下：35第五章 總結(jié)38參考文獻(xiàn)39致 謝40附件：2 青海大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院 青海大學(xué)成人本科畢業(yè)（設(shè)計(jì)）：復(fù)合肥配料秤DCS控制系統(tǒng)第一章 緒論1.1概述近年來，國內(nèi)復(fù)合肥的配料方法均采用皮帶配料自動(dòng)稱重控制，其實(shí)就是按原料的重量來配料，采用電子皮帶秤對(duì)物料進(jìn)行連續(xù)計(jì)量,通過調(diào)節(jié)圓盤給料機(jī)或皮帶的速度來實(shí)現(xiàn)定量給料，重量配料易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)配料,配料精度較高。隨著化肥、水泥、冶金、陶瓷等工業(yè)生產(chǎn)對(duì)該

12、項(xiàng)技術(shù)的迫切需求，具有配料精確，快速產(chǎn)品的皮帶配料自動(dòng)稱重控制系統(tǒng)發(fā)展越來越走向成熟。皮帶配料自動(dòng)稱重控制系統(tǒng)是指運(yùn)用各種自動(dòng)控制技術(shù)完成多種原料的稱重、配比、混合、運(yùn)送等相應(yīng)工藝要求的控制系統(tǒng)。穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性是系統(tǒng)必備的要素。該系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)中常以單片機(jī)控制器或者可編程控制器（PLC）來完成控制功能。PLC控制能力雖然很強(qiáng)大，但是要遠(yuǎn)程控制，和整個(gè)工藝的大系統(tǒng)很好的融合，那就沒有DCS（集散控制系統(tǒng)）有優(yōu)勢(shì)，DCS控制系統(tǒng)，有操作站和工程師站，操作和修改數(shù)據(jù)要方便的多，而且網(wǎng)絡(luò)是整個(gè)系統(tǒng)的中樞神經(jīng)，DCS系統(tǒng)通常采用的國際標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議 TCP/IP。它是安全可靠雙冗余的高速通訊網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)的拓展性

13、與開放性更好。而且復(fù)肥廠本就有DCS系統(tǒng)正在使用，可以直接將電子配料秤系統(tǒng)直接引入現(xiàn)有的DCS系統(tǒng)，只需購買電子配料秤，變頻器等硬件就可以設(shè)計(jì)出遠(yuǎn)程自動(dòng)化配料系統(tǒng)，可節(jié)約很多成本。.本設(shè)計(jì)主要是復(fù)肥廠原料配料秤為研究對(duì)象進(jìn)行設(shè)計(jì)，完成以電子皮帶秤自動(dòng)配料系統(tǒng)為核心，DCS遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)、控制為目標(biāo)的設(shè)計(jì)。1.2設(shè)計(jì)背景隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展，配料控制系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了人工手動(dòng)控制、機(jī)械電氣控制、單片機(jī)控制、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)集中控制等幾個(gè)階段。在第一階段，配料設(shè)備龐大，各設(shè)備之間互不聯(lián)系，或聯(lián)系甚少，由現(xiàn)場(chǎng)的操作人員決定是否要調(diào)整控制器。一個(gè)操作人員只能監(jiān)視和操作一個(gè)至兩個(gè)計(jì)量秤，并且手工記錄配

14、料的相關(guān)數(shù)據(jù)，在很大程度上產(chǎn)品的質(zhì)量取決于操作員的熟練程度。在第二階段，隨著電子管、晶體管技術(shù)的飛速發(fā)展，逐漸出現(xiàn)了各種小型化的配料電動(dòng)組合儀表。但電動(dòng)組合儀表也存在著兩大問題:一是電噪聲的問題比較嚴(yán)重，為克服噪聲，不得不采用極為復(fù)雜的電子線路;另一個(gè)問題是由于配料系統(tǒng)所控對(duì)象、所處環(huán)境常常都很惡劣，電子元器件的老化嚴(yán)重，抗干擾的能力和可靠性不高。單片機(jī)配料系統(tǒng)是在大規(guī)模集成芯片技術(shù)成熟的基礎(chǔ)上應(yīng)運(yùn)而生的。單片機(jī)配料系統(tǒng)較之前兩種配料系統(tǒng)設(shè)計(jì)電路復(fù)雜程度降低，可靠性大大的提高。而且滿足了用戶實(shí)用性的要求。所以迄今為止，單片機(jī)配料系統(tǒng)仍然在一定程度上占據(jù)了中小型企業(yè)配料生產(chǎn)的主控地位。同時(shí)隨著我

15、國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，基于STD總線或PC總線的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)應(yīng)用提上了日程，并且迅速的在中國形成熱潮，主要是因?yàn)楣I(yè)控制計(jì)算機(jī)可靠性高，小巧結(jié)構(gòu)，組成系統(tǒng)功能靈活，組態(tài)方便，具有小型化、模塊化、組合化、標(biāo)準(zhǔn)化的特點(diǎn)。隨著工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，基于工控機(jī)的配料系統(tǒng)也出現(xiàn)在工業(yè)場(chǎng)合。這種配料系統(tǒng)大多采用集中控制方式，計(jì)算機(jī)除具有工藝流程控制、工況實(shí)時(shí)顯示、提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、報(bào)表打印等功能外，還要完成對(duì)各對(duì)象的直接控制和數(shù)據(jù)采集任務(wù)。比較單片機(jī)配料系統(tǒng)和工控機(jī)集中式配料系統(tǒng)，工控機(jī)配料系統(tǒng)較單片機(jī)配料系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，人機(jī)界面更加美觀，交互功能更加強(qiáng)大，設(shè)計(jì)和調(diào)試

16、難度相對(duì)降低。但是由于配料生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)往往距控制室較遠(yuǎn)，強(qiáng)、弱模擬信號(hào)混雜，必須采取較完善的屏蔽抗干擾措施才能保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。集中控制對(duì)主機(jī)及其測(cè)控電路要求較高。應(yīng)用工業(yè)控制機(jī)實(shí)現(xiàn)物料的自動(dòng)稱量與配比，不僅提高了生產(chǎn)效率、安全可靠、精度高、配方可調(diào)，而且，配料過程不需要人工操作，從而消除了人為因素的影響。同時(shí)計(jì)算機(jī)能對(duì)生產(chǎn)過程中各種數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與分析，自動(dòng)生成包括班次、操作員、日期、配方、各種物料配出量的日、月報(bào)表等，將有利于產(chǎn)品成本核算及質(zhì)量分析等現(xiàn)代化管理。并配有串、并行通信口為生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大、組成小型集散控制系統(tǒng)和實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)視與控制提供可發(fā)展空間。九十年代以來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，國

17、外引進(jìn)或國內(nèi)設(shè)計(jì)的大中型水泥生產(chǎn)線絕大多數(shù)使用了計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。如琉璃河、邯鄲等水泥廠采用BAILEY公司的N-90系統(tǒng);北京、葛洲壩等水泥廠采用了ABB公司的MASTER系統(tǒng);合肥水泥設(shè)計(jì)研究院牽頭完成的國家“八五”攻關(guān)項(xiàng)目在江西水泥廠2000t/d生產(chǎn)線上采用了HONEYWELL公司的M工CRO TDC-3000系統(tǒng);鐵道部巢湖水泥廠采用了美國L-N公司的MAX1000系統(tǒng)。九十年代是我國水泥行業(yè)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用走向成熟的階段。近些年來，隨著電工電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)的迅速發(fā)展，電氣傳動(dòng)技術(shù)面臨著一場(chǎng)歷史革命，即采用交流調(diào)速取代直流調(diào)速和計(jì)算機(jī)數(shù)字控制技術(shù)取代模擬控制技術(shù)己成

18、為發(fā)展趨勢(shì)。電機(jī)交流變頻調(diào)速技術(shù)是當(dāng)今節(jié)電、改善工藝流程以提高產(chǎn)品質(zhì)量和改善環(huán)境、推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步的一種主要手段。變頻調(diào)速以其優(yōu)異的調(diào)速和起制動(dòng)性能，高效率、高功率因數(shù)和節(jié)電效果，廣泛的適用范圍及其它許多優(yōu)點(diǎn)而被國內(nèi)外公認(rèn)為最有發(fā)展前途的調(diào)速方式。本設(shè)計(jì)會(huì)用ICS-DT-6稱重控制器與電機(jī)交流變頻調(diào)速技術(shù)配合，結(jié)合DCS集散控制系統(tǒng)來很好優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，實(shí)時(shí)原料跟蹤，準(zhǔn)確操作和控制。第二章 配料秤自動(dòng)稱重系統(tǒng) 2.1設(shè)計(jì)總體介紹一個(gè)完整的皮帶配料自動(dòng)稱重系統(tǒng)主要由電子皮帶配料秤、儀表控制柜、變頻器控制柜、DCS或PLC等幾部分組成，本設(shè)計(jì)基于DCS遠(yuǎn)程控制。下面逐個(gè)介紹，下圖是自動(dòng)皮帶配料系統(tǒng)

19、，現(xiàn)場(chǎng)（本地）的最主要結(jié)構(gòu)圖。圖2.1 現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖1)配料電子皮帶秤配料電子皮帶秤自動(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)能降耗的重要技術(shù)手段。控制主要稱重控制儀完成，控制器不斷檢測(cè)秤架上物料的流量與儀表內(nèi)的設(shè)定值之間的偏差值，經(jīng)過儀表內(nèi)軟件一系列復(fù)雜的計(jì)算與判斷，輸出PID電流信號(hào)到變頻調(diào)速執(zhí)行設(shè)備，從而調(diào)節(jié)皮帶的速度，改變下料或出料量的大小，使之與設(shè)定值趨于一致。 由圖2.1可以更直觀的理解。其主要構(gòu)成以及功能下面慢慢介紹： 皮帶秤自動(dòng)配料機(jī)的作用主要就是把落在

20、皮帶上的物料快速傳輸?shù)狡淠康牡亍?圖2.2皮帶秤自動(dòng)配料機(jī) 稱重傳感器位于皮帶下方，其作用主要是檢測(cè)出皮帶上物料的重量，并將它轉(zhuǎn)化標(biāo)準(zhǔn)成標(biāo)準(zhǔn)的毫伏信號(hào)（mv）反饋給控制系統(tǒng)。 圖2.3稱重傳感器 測(cè)速傳感器位于圓盤電機(jī)上，其作用是檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)速，以脈沖信號(hào)的方式將速度信號(hào)反饋給控制系統(tǒng)。 圖2.4速度測(cè)控示意圖2)儀表控制柜儀表控制柜主要設(shè)備是稱重控制儀（皮帶秤控制器）。 稱量段上的物料重量通過皮帶秤量拖輥載臺(tái)作用于稱重傳感器， 稱重傳感器將重量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)（級(jí)）送入稱重控制器，經(jīng)過放大、濾波、轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。裝在從動(dòng)輪上的測(cè)速傳感器把皮帶運(yùn)行的速度信號(hào)轉(zhuǎn)換成脈沖信號(hào)，送入控

21、制器，經(jīng)過一系列運(yùn)算轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)?？刂破鞲鶕?jù)輸入的信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算， 從而得出物料的瞬時(shí)流量和累計(jì)質(zhì)量值， 并輸送到上層控制系統(tǒng) 中顯示。同時(shí)，控制器根據(jù)接收到的DCS控制系統(tǒng)設(shè)定的流量信號(hào)， 控制電機(jī)的速度實(shí)現(xiàn)物料流量的穩(wěn)定控制。這是電子皮帶秤的一般工作原理，其中控制器是保證電子皮帶秤正常工作的核心部件，負(fù)責(zé)信號(hào)的處理、物料流量的計(jì)算、物料流量的控制等主要功能。出稱重控制儀外，還有給稱重控制儀提供電壓的控制變壓器和抗干擾濾波器、斷路器、接線端子等。 圖2.5稱重控制儀3)現(xiàn)場(chǎng)變頻器控制柜現(xiàn)場(chǎng)變頻器控制柜是動(dòng)力部分的中央控制部件，安裝有變頻器、電流表、控制

22、按鈕、指示燈，電機(jī)保護(hù)電路，用于監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)皮帶機(jī)電流。變頻器接受來自變頻器控制柜的開關(guān)信號(hào)控制上級(jí)給料電機(jī)的啟停，同時(shí)亦接受來自稱重控制器的420毫安調(diào)節(jié)信號(hào)，來改變輸出動(dòng)力電源的頻率，從而控制現(xiàn)場(chǎng)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作。當(dāng)然柜子缺少不了，斷路器、交流接觸器、熱繼電器、熔斷器等，4）DCS控制柜，操作站以及工程師站可以用工藝原有的DCS系統(tǒng)，將我們配料秤控制器的瞬時(shí)流量信號(hào)、啟停信號(hào)、調(diào)節(jié)信號(hào)等引入到DCS系統(tǒng)。將自動(dòng)配料系統(tǒng)和DCS系統(tǒng)相結(jié)合，形成遠(yuǎn)程控制配料系統(tǒng)。需要DCS的I/O模件接口中AI、AO、DO、DI通道，來和現(xiàn)場(chǎng)皮帶

23、控制儀通信互聯(lián)；用操作站來進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控和操作；用工程師站來進(jìn)行組態(tài)，將所有硬件組態(tài)為一個(gè)系統(tǒng)。2.2 DCS(集散控制系統(tǒng))簡(jiǎn)單介紹 2.2.1概述DCS它是一個(gè)由過程控制級(jí)和過程監(jiān)控級(jí)組成的以通信網(wǎng)絡(luò)為紐帶的多級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，綜合了計(jì)算機(jī)，通信、顯示和控制等4C技術(shù)，其基本思想是分散控制、集中操作、分級(jí)管理、配置靈活以及組態(tài)方便。典型的DCS體系結(jié)構(gòu)分為三層，第一層為分散過程控制級(jí)；第二層為集中操作監(jiān)控級(jí)；第三層為綜合信息管理級(jí)。層間由高速數(shù)據(jù)通路HW和局域網(wǎng)絡(luò)LAN兩級(jí)通信線路相連，級(jí)內(nèi)各裝置之間由本級(jí)的通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信聯(lián)系。 圖2.6 DCS系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖第一層為分散過程控制級(jí)的主要裝置有

24、：現(xiàn)場(chǎng)控制站，可編程控制器，智能調(diào)節(jié)器及其它測(cè)控裝置。分散過程控制級(jí)是DCS的基礎(chǔ)層,它向下直接面向工業(yè)對(duì)象，其輸入信號(hào)來自于生產(chǎn)過程現(xiàn)場(chǎng)的傳感器（如熱電偶、熱電阻等）、變送器（如溫度、壓力、液位、流量等）及電氣開關(guān)（輸入觸點(diǎn)）等，其輸出去驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器（如調(diào)節(jié)閥、電磁閥、電機(jī)等），完成生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)采集、閉環(huán)調(diào)節(jié)控制、順序控制等功能；其向上與集中操作監(jiān)控級(jí)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，接收操作站下傳加載的參數(shù)和操作命令，以及將現(xiàn)場(chǎng)工作情況信息整理后向操作站報(bào)告。 圖2.7 DCS組成結(jié)構(gòu)示意圖第二層集中操作監(jiān)控級(jí)，集中操作監(jiān)控級(jí)是面向現(xiàn)場(chǎng)操作員和系統(tǒng)工程師的，這一級(jí)配有技術(shù)手段先進(jìn)，功能強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及各類外

25、部裝置，通常采用較大屏幕、較高分辨率的圖形顯示器和工業(yè)鍵盤，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)配有較大存儲(chǔ)容量的硬盤或軟盤，另外還有功能強(qiáng)大的軟件支持，確保工程師和操作員對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài)、監(jiān)視和操作，對(duì)生產(chǎn)過程實(shí)行高級(jí)控制策略、故障診斷、質(zhì)量評(píng)估等。集中操作監(jiān)控級(jí)以操作監(jiān)視為主要任務(wù)：把過程參數(shù)的信息集中化，對(duì)各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制站的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，并通過簡(jiǎn)單的操作，進(jìn)行工程量的顯示、各種工藝流程圖的顯示、趨勢(shì)曲線的顯示以及改變過程參數(shù)（如設(shè)定值、控制參數(shù)、報(bào)警狀態(tài)等信息）；另一個(gè)任務(wù)是兼有部分管理功能：進(jìn)行控制系統(tǒng)的組態(tài)與生成。三、第三層綜合信息管理級(jí)，這一級(jí)主要由高檔微機(jī)或小型機(jī)擔(dān)當(dāng)?shù)墓芾碛?jì)算機(jī)構(gòu)成， DCS的綜合信息管理級(jí)

26、實(shí)際上是一個(gè)管理信息系統(tǒng)（Management lnformation System，簡(jiǎn)稱MIS），由計(jì)算機(jī)硬件、軟件、數(shù)據(jù)庫、各種規(guī)程和人共同組成的工廠自動(dòng)化綜合服務(wù)體系和辦公自動(dòng)化系統(tǒng)。2.2.2 工作原理復(fù)合肥由N、P、K等多種元素，所以生產(chǎn)的原料比較多，有液體的也有固體的，液體的用調(diào)節(jié)閥、流量計(jì)、變頻泵等計(jì)量、控制，固體的一般是粉料，就由皮帶秤來計(jì)量，如圖1所示，稱重傳感器將重量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)（級(jí)）送入稱重控制器，經(jīng)過放大、濾波、轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。裝在從動(dòng)輪上的測(cè)速傳感器把皮帶運(yùn)行的速度信號(hào)轉(zhuǎn)換成脈沖信號(hào)，送入控制器，經(jīng)過一系列運(yùn)算轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)?？刂破鞲鶕?jù)輸入的信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算， 

27、從而得出物料的瞬時(shí)流量和累計(jì)質(zhì)量值， 并輸送到上層控制系統(tǒng) 中顯示。同時(shí)，控制器根據(jù)接收到的上層控制系統(tǒng)設(shè)定的流量信號(hào)， 控制電機(jī)的速度實(shí)現(xiàn)物料流量的穩(wěn)定控制。這是電子皮帶秤的一般工作原理，其中控制器是保證電子皮帶秤正常工作的核心部件，負(fù)責(zé)信號(hào)的處理、物料流量的計(jì)算、物料流量的控制等主要功能。從實(shí)際使用情況看，可以省去電子皮帶秤的現(xiàn)場(chǎng)控制器，完全通過實(shí)現(xiàn)電子皮帶秤控制器的所有功能，既節(jié)約了企業(yè)的投資，又達(dá)到了比較好的控制效果。 圖2.8 皮帶秤控制示意圖2.3恒流量控制介紹2.3.1 概述采用PID調(diào)節(jié)方法實(shí)現(xiàn)流量的恒定調(diào)節(jié)，并且可以保證流量控制響應(yīng)快，無超調(diào)。在

28、知道瞬時(shí)流量，并且讀取了流量設(shè)定值的情況下，要實(shí)現(xiàn)流量的恒定，因采用在實(shí)際控制中工業(yè)控制中應(yīng)用最為廣泛的PID算法，即比例、微分、積分法。在過程控制中，按偏差的比例、積分、微分進(jìn)行控制，簡(jiǎn)稱為PID控制。它是模擬調(diào)節(jié)系統(tǒng)中技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛的一種調(diào)節(jié)方式。2.3.2 PID調(diào)節(jié)原理PID控制就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計(jì)算出控制量進(jìn)行控制的， PID控制結(jié)構(gòu)圖如圖2.2所示。圖2.2 PID調(diào)節(jié)系統(tǒng)框圖控制器輸入和輸出(誤差)之間的關(guān)系在時(shí)域中可用給定公式（2.1）表示如下： （2.1）公式中E(t)表示誤差、u(t)表示控制器的輸出，為比例系數(shù)，Td微分時(shí)間常數(shù)，Ti積分時(shí)間

29、常數(shù)。1.比例(P)控制比例控制是一種最簡(jiǎn)單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)成比例關(guān)系。當(dāng)僅有比例控制時(shí)系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差。之所以這樣是因?yàn)橹挥挟?dāng)偏差信號(hào)e不為零時(shí)，調(diào)節(jié)器才會(huì)有輸出；如果e為零，此時(shí)將失去調(diào)節(jié)作用。或者說，比例調(diào)節(jié)器是利用偏差實(shí)現(xiàn)控制的，它只能使系統(tǒng)輸出近似跟蹤給定值。比例調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差隨比例系數(shù)的增大而減小，所以要減小誤差就要增大比例增益Kc。但這樣做往往會(huì)使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降。2.積分(I)控制在積分調(diào)節(jié)中，調(diào)節(jié)的輸出信號(hào)u與輸入偏差信號(hào)e的積分成正比關(guān)系，即 （2.2）式中稱為積分速度。由式可見只要有偏差e存在，調(diào)節(jié)器的輸出會(huì)不斷地隨時(shí)間的增大而增大，只有當(dāng)

30、偏差為零時(shí)，調(diào)節(jié)器才會(huì)停止積分，此時(shí)調(diào)節(jié)器的輸出就會(huì)維持在一個(gè)數(shù)值上不變，這就說明，當(dāng)被控系統(tǒng)在負(fù)載擾動(dòng)下的過程結(jié)束后，系統(tǒng)的靜差雖然已經(jīng)不存在，但輸出到執(zhí)行器的信號(hào)將保持不變，這與P調(diào)節(jié)時(shí)，當(dāng)e為零時(shí)調(diào)節(jié)器輸出為零是不同的。當(dāng)采用積分調(diào)節(jié)時(shí)，系統(tǒng)的開環(huán)增益與積分速度成正比。增大積分速度會(huì)增強(qiáng)積分效果，使系統(tǒng)的開環(huán)增益增大，從而導(dǎo)致系統(tǒng)穩(wěn)定性降低。在工程實(shí)際應(yīng)用中，一般將比例和積分結(jié)合起來組成PI調(diào)節(jié)器，將比例調(diào)節(jié)的快速反應(yīng)與積分調(diào)節(jié)的消除穩(wěn)態(tài)誤差相結(jié)合，從而能收到比較好的控制效果。3.微分(D)控制在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的微分(即誤差的變化率)成正比關(guān)系。自動(dòng)控制系統(tǒng)在克服

31、誤差的調(diào)節(jié)過程中可能會(huì)出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。其原因是由于存在有較大慣性組件(環(huán)節(jié))或有滯后(delay)組件，具有抑制誤差的作用，其變化總是落后于誤差的變化。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化“超前”，即在誤差接近零時(shí)，抑制誤差的作用就應(yīng)該是零。這就是說，在控制器中僅引入“比例”項(xiàng)往往是不夠的，比例項(xiàng)的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“微分項(xiàng)”，它能預(yù)測(cè)誤差變化的趨勢(shì)，這樣，具有比例+微分的控制器，就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負(fù)值，從而避免了被控量的嚴(yán)重超調(diào)。所以對(duì)有較大慣性或滯后的被控對(duì)象，比例+微分(PD)控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過程中的動(dòng)態(tài)特性。微分時(shí)間的選擇對(duì)系統(tǒng)質(zhì)

32、量的影響具有兩面性。當(dāng)微分時(shí)間較小時(shí)，增大微分時(shí)間可以減小偏差，縮短響應(yīng)時(shí)間，減小震蕩程度，從而能改善系統(tǒng)的質(zhì)量；但當(dāng)微分時(shí)間較大時(shí)，一方面有可能將測(cè)量噪聲放大，另一方面也可能使系統(tǒng)響應(yīng)產(chǎn)生震蕩。對(duì)于滯后較小的系統(tǒng)一般不采用微分控制。2.4 變頻器簡(jiǎn)介2.4.1 概述變頻器（frequency changer / frequency converter）是一種用來改變交流電頻率的電氣設(shè)備。此外，它還具有改變交流電電壓的輔助功能。變頻調(diào)速技術(shù)是現(xiàn)代電力傳動(dòng)技術(shù)的重要發(fā)展方向，而作為變頻調(diào)速系統(tǒng)的核心變頻器的性能也越來越成為調(diào)速性能優(yōu)劣的決定因素，除了變頻器本身制造工藝的“先天”條件外，對(duì)變頻器采

33、用什么樣的控制方式也是非常重要的。過去，變頻器一般被包含在電動(dòng)發(fā)電機(jī)、旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器等電氣設(shè)備中。隨著半導(dǎo)體電子設(shè)備的出現(xiàn)，人們已經(jīng)可以生產(chǎn)完全獨(dú)立的變頻器。2.4.2 變頻器的基本結(jié)構(gòu) 變頻器是把工頻電源(50Hz或60Hz)變換成各種頻率的交流電源，以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的變速運(yùn)行的設(shè)備，主要是由主電路、控制電路組成。主電路是給異步電動(dòng)機(jī)提供調(diào)壓調(diào)頻電源的電力變換部分，變頻器的主電路大體上可分為兩類：電壓型是將電壓源的直流變換為交流的變頻器，直流回路的濾波是電容。電流型是將電流源的直流變換為交流的變頻器，其直流回路濾波是電感。 它由三部分構(gòu)成，將工頻電源變換為直流功率的“整流器”，吸收在變流器和逆變器產(chǎn)生

34、的電壓脈動(dòng)的“平波回路”，以及將直流功率變換為交流功率的“逆變器”。控制電路是給異步電動(dòng)機(jī)供電（電壓、頻率可調(diào)）的主電路提供控制信號(hào)的回路，它有頻率、電壓的“運(yùn)算電路”，主電路的“電壓、電流檢測(cè)電路”，電動(dòng)機(jī)的“速度檢測(cè)電路”，將運(yùn)算電路的控制信號(hào)進(jìn)行放大的“驅(qū)動(dòng)電路”，以及逆變器和電動(dòng)機(jī)的“保護(hù)電路”組成。其中控制電路完成對(duì)主電路的控制，整流電路將交流電變換成直流電，直流中間電路對(duì)整流電路的輸出進(jìn)行平滑濾波，逆變電路將直流電再逆變成交流電。對(duì)于如矢量控制變頻器這種需要大量運(yùn)算的變頻器來說，有時(shí)還需要一個(gè)進(jìn)行轉(zhuǎn)矩計(jì)算的CPU以及一些相應(yīng)的電路。2.4.3 變頻器的分類 變頻器的分類方法有多種，

35、按照主電路工作方式分類，可以分為電壓型變頻器和電流型變頻器；按照開關(guān)方式分類，可以分為PAM控制變頻器、PWM控制變頻器和高載頻PWM控制變頻器；按照工作原理分類，可以分為V/f控制變頻器、轉(zhuǎn)差頻率控制變頻器和矢量控制變頻器等；按照用途分類，可以分為通用變頻器、高性能專用變頻器、高頻變頻器、單相變頻器和三相變頻器等。 2.4.4 變頻器中常用的控制方式非智能控制方式 在交流變頻器中使用的非智能控制方式有V/f協(xié)調(diào)控制、轉(zhuǎn)差頻率控制、矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制等。智能控制方式 智能控制方式主要有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、模糊控制、專家系統(tǒng)、學(xué)習(xí)控制等。在變頻器的控制中采用智能控制方式在具體應(yīng)用中有一些成功的范例

36、。2.5 皮帶配料電機(jī)簡(jiǎn)介2.5.1 概述在實(shí)際生產(chǎn)中，皮帶電機(jī)通常選擇異步電動(dòng)機(jī)。所謂的異步電動(dòng)機(jī)即轉(zhuǎn)子置于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)中，在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的作用下，獲得一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，因而轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)子是可轉(zhuǎn)動(dòng)的導(dǎo)體，通常多呈鼠籠狀。定子是電動(dòng)機(jī)中不轉(zhuǎn)動(dòng)的部分，主要任務(wù)是產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)并不是用機(jī)械方法來實(shí)現(xiàn)。而是以交流電通于數(shù)對(duì)電磁鐵中，使其磁極性質(zhì)循環(huán)改變，故相當(dāng)于一個(gè)旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)。這種電動(dòng)機(jī)并不像直流電動(dòng)機(jī)有電刷或集電環(huán)，依據(jù)所用交流電的種類有單相電動(dòng)機(jī)和三相電動(dòng)機(jī)，單相電動(dòng)機(jī)用在如洗衣機(jī)，電風(fēng)扇等；三相電動(dòng)機(jī)則作為工廠的動(dòng)力設(shè)備。2.5.2直流調(diào)速與交流調(diào)速的優(yōu)劣比較直流電動(dòng)機(jī)具有良好的起、制動(dòng)性能，

37、宜于大范圍內(nèi)平穩(wěn)調(diào)速，目前，在許多調(diào)速或快速正反向的電力拖動(dòng)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。并且，直流調(diào)速具有優(yōu)越的調(diào)速性能。高性能可調(diào)速拖動(dòng)都采用直流電動(dòng)機(jī)。但直流調(diào)速系統(tǒng)卻也存在著許多其本身無法克服的缺點(diǎn)：第一，直流電動(dòng)機(jī)的換向能力限制了他的容量轉(zhuǎn)速積不超過，因此，也就限制了它們的應(yīng)用范圍。第二，直流電機(jī)有電刷和換向器才能工作，但是這些元器件卻必須經(jīng)常檢查維修。另外，換向時(shí)，換向器還產(chǎn)生換向火花。因此，直流電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用環(huán)境受到了很大的限制。另外，換向器的換向能力也限制了直流電動(dòng)機(jī)的容量和速度。第三，由于直流調(diào)速必須帶有換向器、電刷等器件，而且常要維護(hù)，所以使用直流電機(jī)的費(fèi)用也較高。與直流電機(jī)相比，

38、交流電機(jī)就具有十分明顯的優(yōu)勢(shì)：交流電動(dòng)機(jī)比直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、工作可靠、維護(hù)方便、慣量小、效率高。如果把直流拖動(dòng)的改成交流拖動(dòng)，顯然能給企業(yè)帶來不少的經(jīng)濟(jì)效益。因此，交流拖動(dòng)目前已經(jīng)取代了直流拖動(dòng)，并主要用于以下領(lǐng)域： 1）一般性能的節(jié)能調(diào)速和按工藝要求調(diào)速；2）高性能的交流調(diào)速系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)；3）特大容量、極高轉(zhuǎn)速的交流調(diào)速。交流電動(dòng)機(jī)可以分為異步電動(dòng)機(jī)和同步電動(dòng)機(jī)兩大類，而每種電動(dòng)機(jī)又都有不同類型的調(diào)速方法。常見的交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速方法有：降壓調(diào)速；轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速；轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速；繞線轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速和雙饋電動(dòng)機(jī)調(diào)速；變極對(duì)數(shù)調(diào)速；變壓變頻調(diào)速等。按照交流異步電動(dòng)機(jī)的工作原理，從定

39、子傳入轉(zhuǎn)子的電磁功率可分成兩部分：一部分是拖動(dòng)負(fù)載的有效功率，稱作機(jī)械功率；另一部分是傳輸給轉(zhuǎn)子電路的轉(zhuǎn)差功率，與轉(zhuǎn)差率s成正比。從能量轉(zhuǎn)換的角度看，轉(zhuǎn)差功率是否增大，是評(píng)價(jià)調(diào)速系統(tǒng)效率高低的標(biāo)志。從這點(diǎn)出發(fā)，可以把異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)分成三類：1.轉(zhuǎn)差功率消耗型調(diào)速系統(tǒng)；2.轉(zhuǎn)差功率饋送型調(diào)速系統(tǒng)；3轉(zhuǎn)差功率不變型調(diào)速系統(tǒng)。由于同步電動(dòng)機(jī)沒有轉(zhuǎn)差，也就沒有轉(zhuǎn)差功率，所以，同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)只能是轉(zhuǎn)差功率不變型（恒等于0）的，而同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子極對(duì)數(shù)又是固定的，因此它只能靠變壓變頻調(diào)速，沒像異步電動(dòng)機(jī)那樣有多種調(diào)速方法。2.5.3 異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速原理變頻器一般是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用

40、將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。變頻器一般由整流、逆變兩部分組成（如圖2.4所示）。圖2.9 變頻器組成如上圖所示，變頻器的工作原理為：利用整流電路，將接入的三相電進(jìn)行整流成直流電，并且濾波，再經(jīng)過逆變電路將直流電轉(zhuǎn)換成所需頻率的三相交流電。變頻器的主電路大體上可分為兩類：電壓型是將電壓源的直流變換為交流的變頻器，直流回路的濾波是電容；電流型是將電流源的直流變換為交流的變頻器，其直流回路濾波電感。上圖所示既是電壓型變頻器。按變頻的原理分，可分為交-交變頻器和交-直-交變頻器。交-直-交變頻器又可分為電壓型變頻器和電流型變頻器兩種。交-交變頻器只需一次換能，效率較高；但元件數(shù)量較多，一般

41、情況下，輸出最高頻率為電網(wǎng)頻率的1/31/2，電網(wǎng)功率因數(shù)地，所以，交-交變頻器特別適用于低俗大功率拖動(dòng)場(chǎng)合。交-直-交變頻器需要兩次換能，效率略低，采用強(qiáng)迫換流或負(fù)載諧振換流的環(huán)流方式，但元器件數(shù)量較少，而且頻率調(diào)節(jié)范圍寬；用斬波器或PWM方式調(diào)壓時(shí)，功率因數(shù)較高。按變頻的控制方式分類，可分為：U/f控制變頻器、SF控制變頻器和VC變頻器三種。變頻調(diào)速是根據(jù)三相異步電機(jī)的工作原理而采用的一種調(diào)速形式，其電機(jī)調(diào)速公式為n=60f（1-s）/p （2.3）其中：n為電機(jī)的轉(zhuǎn)速；p為電機(jī)定子繞組的磁極對(duì)數(shù)；f為電機(jī)供電電源的頻率；s為轉(zhuǎn)差率。我國的電源頻率為50Hz，通過公式計(jì)算可知，這種電機(jī)的同

42、步轉(zhuǎn)速為1500r/min。因此在電機(jī)極對(duì)數(shù)不變的情況下進(jìn)行調(diào)速，根據(jù)公式，只有改變電機(jī)的供電頻率f。而異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速與同步電機(jī)轉(zhuǎn)速相對(duì)應(yīng)，改變電機(jī)的供電頻率即改變了電機(jī)的轉(zhuǎn)速。電源頻率增加，同步轉(zhuǎn)速n增加，實(shí)際轉(zhuǎn)速也增加；電源頻率下降，電機(jī)同步轉(zhuǎn)速下降，電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速也下降。這種通過改變電機(jī)電壓頻率的調(diào)速方式即為變頻調(diào)速。在整個(gè)變頻調(diào)速過程中，在一個(gè)固定的轉(zhuǎn)矩T下，轉(zhuǎn)差率s基本不變，隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速n的下降，電機(jī)磁場(chǎng)角速度鬃也減小，電機(jī)的輸入功率PM=T和輸出功率P=PM（1-s）也降低。而損耗沒有增加，由此可見，變頻調(diào)速是電機(jī)控制中較為高效的調(diào)速方法。電機(jī)變頻調(diào)速能夠?qū)崿F(xiàn)無級(jí)調(diào)速功能，而且根據(jù)不

43、同的負(fù)載類型，可以靈活地調(diào)節(jié)V與f的關(guān)系，滿足各種場(chǎng)合的運(yùn)用。下圖2.10為變頻調(diào)速時(shí)異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性。圖2.10 變頻調(diào)速的機(jī)械特性它是公認(rèn)的交流電動(dòng)機(jī)最理想最有前途的調(diào)速方案，使用變頻調(diào)速，可以減小了設(shè)備的故障率；延長設(shè)備使用壽命；提高產(chǎn)品質(zhì)量。變頻調(diào)速在調(diào)頻范圍，靜態(tài)精度、動(dòng)態(tài)品質(zhì)、系統(tǒng)效率、完善的保護(hù)功能、容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制和過程控制等諸方面是以往的變極調(diào)速、調(diào)壓調(diào)速、串級(jí)調(diào)速、滑差調(diào)速和液力耦合器調(diào)速等無法比擬的。2.6 電子皮帶秤簡(jiǎn)介2.6.1 概述電子皮帶秤稱重橋架安裝于輸送機(jī)架上，當(dāng)物料經(jīng)過時(shí)，計(jì)量托輥檢測(cè)到皮帶機(jī)上的物料重量通過杠桿作用于稱重傳感器，產(chǎn)生一個(gè)正比于皮帶載荷的

44、電壓信號(hào)。速度傳感器直接連在大直徑測(cè)速滾筒上，提供一系列脈沖，每個(gè)脈沖表示一個(gè)皮帶運(yùn)動(dòng)單元，脈沖的頻率正比于皮帶速度。稱重儀表從稱重傳感器和速度傳感器接收信號(hào)，通過積分運(yùn)算得出一個(gè)瞬時(shí)流量值和累積重量值，并分別顯示出來。2.6.2基本組成部分電子皮帶秤的基本組成主要包括：（1） 皮帶輸送機(jī)及其驅(qū)動(dòng)單元（2） 稱重單元（3） 測(cè)速單元（4） 信號(hào)采集、處理與控制單元。如下圖所示： 圖2.12 電子皮帶秤的基本組成對(duì)于輸送機(jī)式皮帶秤，其整臺(tái)皮帶輸送機(jī)就是承載器；對(duì)于稱量臺(tái)式皮帶秤，其稱量臺(tái)和稱重托輥以及恰運(yùn)行到其上方的那段輸送皮帶構(gòu)成了承載器。 稱重傳感器是將被稱物料的重力轉(zhuǎn)換為模擬或數(shù)字電信號(hào)的

45、元件。稱量臺(tái)與稱重傳感器的組合常被叫做稱重單元。 作為動(dòng)態(tài)計(jì)量器具的電子皮帶秤，用來測(cè)量被稱物料運(yùn)行速度的測(cè)速傳感器也是保證計(jì)量準(zhǔn)確度重要元件。 信號(hào)采集、處理、與控制單元是用以接收、處理傳感器輸出的電信號(hào)并以質(zhì)量單位給出計(jì)量結(jié)果，以及完成其它預(yù)定功能的電子裝置。它可以是單獨(dú)的一塊儀表（例如“動(dòng)態(tài)稱重顯示控制器”），也可以由幾個(gè)獨(dú)立的部分共同組合而成（例如，分離的傳感器激勵(lì)電源裝置、放置現(xiàn)場(chǎng)的信號(hào)采集器以及放置中央控制室的積算器和上位計(jì)算機(jī)等）。為了敘述方便，本卷教程常會(huì)把信號(hào)采集、處理、與控制單元（無論是單一的或者組合的）簡(jiǎn)稱為“顯控裝置”。2.6.3原理由承重裝置、稱重傳感器、速度傳感器和

46、稱重顯示器組成。稱重時(shí)，承重裝置將皮帶上物料的重力傳遞到稱重傳感器上，稱重傳感器即輸出正比于物料重力的電壓（mV）信號(hào)，經(jīng)放大器放大后送模/數(shù)轉(zhuǎn)換器變成數(shù)字量A，送到運(yùn)算器；物料速度輸入速度傳感器后，速度傳感器即輸出脈沖數(shù)B，也送到運(yùn)算器；運(yùn)算器對(duì)A、B進(jìn)行運(yùn)算后，即得到這一測(cè)量周期的物料量。對(duì)每一測(cè)量周期進(jìn)行累計(jì)，即可得到皮帶上連續(xù)通過的物料總量。2.6.4特點(diǎn)電子皮帶秤具有以下特點(diǎn)：1）實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離操作； 2）實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制； 3）數(shù)字顯示直觀、減小人為誤差； 4）準(zhǔn)確度高、分辨率強(qiáng)； 5）稱量范圍廣； 6）特有功能：扣重、預(yù)扣重、歸零、累計(jì)、警示等； 7）維護(hù)簡(jiǎn)單； 8）體積??； 9）安裝

47、、校正簡(jiǎn)單； 10）特種行業(yè)，可接打印機(jī)或電腦驅(qū)動(dòng)； 11）智能化電子秤，反應(yīng)快，效率高；2.7光電編碼器（速度傳感器）簡(jiǎn)介2.7.1 概述光電編碼器，是一種通過光電轉(zhuǎn)換將輸出軸上的機(jī)械幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字量的傳感器，是目前應(yīng)用最多的傳感器。一般的光電編碼器主要由光柵盤和光電檢測(cè)裝置組成。在伺服系統(tǒng)中，由于光電碼盤與電動(dòng)機(jī)同軸，電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，光柵盤與電動(dòng)機(jī)同速旋轉(zhuǎn)經(jīng)發(fā)光二極管等電子元件組成的檢測(cè)裝置檢測(cè)輸出若干脈沖信號(hào)，其原理如圖所示。通過計(jì)算每秒光電編碼器輸出脈沖的個(gè)數(shù)就能反映當(dāng)前電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。此外，為判斷旋轉(zhuǎn)方向，碼盤還可提供相位相差90°的2個(gè)通道的光碼輸出，根據(jù)雙通道光

48、碼的狀態(tài)變化確定電機(jī)的轉(zhuǎn)向。根據(jù)檢測(cè)原理，編碼器可分為光學(xué)式、磁式、感應(yīng)式和電容式。根據(jù)其刻度方法及信號(hào)輸出形式，可分為增量式、絕對(duì)式以及混合式3種。2.7.2工作原理光電編碼器，是一種通過光電轉(zhuǎn)換將輸出軸上的機(jī)械幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字量的傳感器。這是目前應(yīng)用最多的傳感器， 光電編碼器是由光柵盤和光電檢測(cè)裝置組成。光柵盤是在一定直徑的圓板上等分地開通若干個(gè)長方形孔。由于光電碼盤與電動(dòng)機(jī)同軸，電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，光柵盤與電動(dòng)機(jī)同速旋轉(zhuǎn)，經(jīng)發(fā)光二極管等電子元件組成的檢測(cè)裝置檢測(cè)輸出若干脈沖信號(hào)，其原理示意圖如圖1所示；通過計(jì)算每秒光電編碼器輸出脈沖的個(gè)數(shù)就能反映當(dāng)前電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。此外，為判斷旋轉(zhuǎn)方向

49、，碼盤還可提供相位相差90º的兩路脈沖信號(hào)。2.7.3編碼器分類及特點(diǎn)根據(jù)檢測(cè)原理，編碼器可分為光學(xué)式、磁式、感應(yīng)式和電容式。根據(jù)其刻度方法及信號(hào)輸出形式，可分為增量式、絕對(duì)式以及混合式三種。1.增量式編碼器增量式編碼器是直接利用光電轉(zhuǎn)換原理輸出三組方波脈沖A、B和Z相；A、B兩組脈沖相位差90º，從而可方便地判斷出旋轉(zhuǎn)方向，而Z相為每轉(zhuǎn)一個(gè)脈沖，用于基準(zhǔn)點(diǎn)定位。它的優(yōu)點(diǎn)是原理構(gòu)造簡(jiǎn)單，機(jī)械平均壽命可在幾萬小時(shí)以上，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高，適合于長距離傳輸。其缺點(diǎn)是無法輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)的絕對(duì)位置信息。2.絕對(duì)式編碼器絕對(duì)編碼器是直接輸出數(shù)字量的傳感器，在它的圓形碼盤上沿徑向有若干

50、同心碼道，每條道上由透光和不透光的扇形區(qū)相間組成，相鄰碼道的扇區(qū)數(shù)目是雙倍關(guān)系，碼盤上的碼道數(shù)就是它的二進(jìn)制數(shù)碼的位數(shù)，在碼盤的一側(cè)是光源，另一側(cè)對(duì)應(yīng)每一碼道有一光敏元件；當(dāng)碼盤處于不同位置時(shí)，各光敏元件根據(jù)受光照與否轉(zhuǎn)換出相應(yīng)的電平信號(hào)，形成二進(jìn)制數(shù)。這種編碼器的特點(diǎn)是不要計(jì)數(shù)器，在轉(zhuǎn)軸的任意位置都可 讀出一個(gè)固定的與位置相對(duì)應(yīng)的數(shù)字碼。顯然，碼道越多，分辨率就越高，對(duì)于一個(gè)具有 N位二進(jìn)制分辨率的編碼器，其碼盤必須有N條碼道。目前國內(nèi)已有16位的絕對(duì)編碼器產(chǎn)品。絕對(duì)式編碼器是利用自然二進(jìn)制或循環(huán)二進(jìn)制（葛萊碼）方式進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的。絕對(duì)式編碼器與增量式編碼器不同之處在于圓盤上透光、不透光的線

51、條圖形，絕對(duì)編碼器可有若干編碼，根據(jù)讀出碼盤上的編碼，檢測(cè)絕對(duì)位置。編碼的設(shè)計(jì)可采用二進(jìn)制碼、循環(huán)碼、二進(jìn)制補(bǔ)碼等。它的特點(diǎn)是：1）可以直接讀出角度坐標(biāo)的絕對(duì)值； 2）沒有累積誤差；3）電源切除后位置信息不會(huì)丟失。但是分辨率是由二進(jìn)制的位數(shù)來決定的，也就是說精度取決于位數(shù)，目前有10位、14位等多種。3.混合式絕對(duì)值編碼器混合式絕對(duì)值編碼器，它輸出兩組信息：一組信息用于檢測(cè)磁極位置，帶有絕對(duì)信息功能；另一組則完全同增量式編碼器的輸出信息。光電編碼器是一種角度（角速度）檢測(cè)裝置，它將輸入給軸的角度量，利用光電轉(zhuǎn)換原理 轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電脈沖或數(shù)字量，具有體積小，精度高，工作可靠,接口數(shù)字化等優(yōu)點(diǎn)。它

52、廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床、回轉(zhuǎn)臺(tái)、伺服傳動(dòng)、機(jī)器人、雷達(dá)、軍事目標(biāo)測(cè)定等需要檢測(cè)角度的裝置和設(shè)備中。由一個(gè)中心有軸的光電碼盤，其上有環(huán)形通、暗的刻線，有光電發(fā)射和接收器件讀取,獲得四組正弦波信號(hào)組合成A、B、C、D,每個(gè)正弦波相差90度相位差（相對(duì)于一個(gè)周波為360度），將C、D信號(hào)反向，疊加在A、B兩相上，可增強(qiáng)穩(wěn)定信號(hào)；另每轉(zhuǎn)輸出一個(gè)Z相脈沖以代表零位參考位。由于A、B兩相相差90度，可通過比較A相在前還是B相在前，以判別編碼器的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)，通過零位脈沖，可獲得編碼器的零位參考位。編碼器碼盤的材料有玻璃、金屬、塑料，玻璃碼盤是在玻璃上沉積很薄的刻線，其熱穩(wěn)定性好，精度高，金屬碼盤直接以通和不通刻

53、線，不易碎，但由于金屬有一定的厚度，精度就有限制，其熱穩(wěn)定性就要比玻璃的差一個(gè)數(shù)量級(jí)，塑料碼盤是經(jīng)濟(jì)型的，其成本低，但精度、熱穩(wěn)定性、壽命均要差一些。分辨率編碼器以每旋轉(zhuǎn)360度提供多少的通或暗刻線稱為分辨率，也稱解析分度、或直接稱多少線，一般在每轉(zhuǎn)分度510000線。信號(hào)輸出有正弦波（電流或電壓）,方波（TTL、HTL）,集電極開路（PNP、NPN）,推拉式多種形式，其中TTL為長線差分驅(qū)動(dòng)（對(duì)稱A,A-;B,B-;Z,Z-）,HTL也稱推拉式、推挽式輸出，編碼器的信號(hào)接收設(shè)備接口應(yīng)與編碼器對(duì)應(yīng)。信號(hào)連接編碼器的脈沖信號(hào)一般連接計(jì)數(shù)器、PLC、計(jì)算機(jī)，PLC和計(jì)算機(jī)連接的模塊有低速模塊與高速

54、模塊之分，開關(guān)頻率有低有高。如單相聯(lián)接，用于單方向計(jì)數(shù)，單方向測(cè)速。A.B兩相聯(lián)接，用于正反向計(jì)數(shù)、判斷正反向和測(cè)速。A、B、Z三相聯(lián)接，用于帶參考位修正的位置測(cè)量。A、A-，B、B-，Z、Z-連接，由于帶有對(duì)稱負(fù)信號(hào)的連接，電流對(duì)于電纜貢獻(xiàn)的電磁場(chǎng)為0，衰減最小，抗干擾最佳，可傳輸較遠(yuǎn)的距離。對(duì)于TTL的帶有對(duì)稱負(fù)信號(hào)輸出的編碼器，信號(hào)傳輸距離可達(dá)150米。對(duì)于HTL的帶有對(duì)稱負(fù)信號(hào)輸出的編碼器，信號(hào)傳輸距離可達(dá)300米。第三章 控制方案的確定及其實(shí)現(xiàn)方法3.1設(shè)計(jì)的總體任務(wù)及實(shí)現(xiàn)的功能3.1.1 DCS遠(yuǎn)程自動(dòng)稱重配料系統(tǒng)控制要求控制要求：使皮帶電機(jī)轉(zhuǎn)速隨著DCS給定值而改變，電機(jī)轉(zhuǎn)速和重

55、量兩者信號(hào)由稱重控制儀經(jīng)過一系列處理得到所需要的控制值（測(cè)量值）。系統(tǒng)被控制對(duì)象：皮帶電機(jī)被控制量：皮帶電機(jī)轉(zhuǎn)速、稱重傳感器的測(cè)量值?？刂屏浚悍Q重控制儀所發(fā)出的PID控制信號(hào)和DCS遠(yuǎn)程給定信號(hào)?？刂蒲b置：ABB的DCS。執(zhí)行裝置：富士變頻器?？刂品椒ǎ簾o靜差的PID控制方式及變頻調(diào)速方式?？刂品绞?單閉環(huán)控制?？刂乒δ埽浩щ姍C(jī)起動(dòng)、停止、本地、DCS遠(yuǎn)程控制功能；自動(dòng)/手動(dòng)的轉(zhuǎn)換功能；故障報(bào)警功能；故障手動(dòng)復(fù)位功能等。3.1.2設(shè)計(jì)任務(wù) 畫出主電路，控制系統(tǒng)圖； 分配DCS的I/O通道，列出元件表； 設(shè)計(jì)系統(tǒng)控制的程序框圖和組態(tài)圖； 實(shí)現(xiàn)與DCS的通信、遠(yuǎn)控功能； DCS和現(xiàn)場(chǎng)稱重控制儀互

56、聯(lián)，通信，控制實(shí)驗(yàn)。3.2控制思想的確定DCS控制皮帶配料自動(dòng)稱重系統(tǒng)的原理圖如圖3.1所示圖3.1系統(tǒng)框圖由圖可知控制過程是：操作站給DCS系統(tǒng)設(shè)定工藝要求的瞬時(shí)值，傳到DCS，再將指令傳到現(xiàn)場(chǎng)電子稱控制器進(jìn)行調(diào)節(jié)，而變頻器只是交流電機(jī)調(diào)速的執(zhí)行器。對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制環(huán)節(jié)由稱重傳感器和速度傳感器兩部分結(jié)合而成，將兩者的信號(hào)反饋給電子皮帶秤控制器進(jìn)行流量換算，得出瞬時(shí)流量，再反饋回DCS，可以顯示，也可以作為自動(dòng)調(diào)節(jié)的參考量，與給定值進(jìn)行比較運(yùn)算，工藝人員也可以根據(jù)操作站很直觀的看到現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的情況，做出快速準(zhǔn)確的判斷。本設(shè)計(jì)的目的是：實(shí)現(xiàn)皮帶傳輸?shù)暮懔髁靠刂?、DCS遠(yuǎn)程控制瞬時(shí)流量；控制實(shí)現(xiàn)手段：DCS對(duì)稱重控制器的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與控制，稱重控制器PID運(yùn)算、對(duì)變頻器的控制；功能要求：實(shí)現(xiàn)電機(jī)的手動(dòng)/自動(dòng)控制