基于PLC的礦渣水泥生產線論文

1、唐 山 學 院畢 業(yè) 設 計設計題目：礦渣水泥生產線自動控制系統(tǒng)設計系 別： 機電工程系 班 級：姓 名：指 導 教 師： 王天杰 2011年06月5日基于PLC的礦渣水泥生產線自動控制系統(tǒng)摘 要礦渣水泥又稱作礦渣硅酸鹽水泥，它是生產過程是利用水泥熟料與粉磨后的礦渣按照工藝要求進行配比混合，制造出來的高性能的成品水泥。隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展以及各國對資源循環(huán)利用的要求，生產低成本、高性能的水泥迫在眉睫。隨著計算機技術和PLC技術的飛速發(fā)展，以及國內外的組態(tài)軟件不斷完善，礦渣水泥生產線自動控制系統(tǒng)也在不斷改進。PLC控制正在成為工業(yè)控制領域的首要選擇。它可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場合，在各個領域都發(fā)

2、揮著巨大的作用。組態(tài)王監(jiān)控組態(tài)軟件是面向生產過程集監(jiān)控與數據采集為一體的軟件平臺工具，利用人機圖形界面可以把PLC與組態(tài)王軟件的完美組合，通過組態(tài)軟件完成對PLC及其它智能設備的I/O 數據進行監(jiān)控。這種控制系統(tǒng)由于極高的可靠性，強大的功能以及其低廉的價格受到越來越廣泛的應用。本文著重介紹利用PLC及組態(tài)王監(jiān)控組態(tài)軟件來實現(xiàn)礦渣水泥生產線的自動控制。首先根據礦渣水泥生產線工藝流程及技術要求，確定具體的控制方案。闡述了控制系統(tǒng)要實現(xiàn)得主要功能、控制回路設計、硬件的選擇以及軟件的設計。其中主要包括PLC機型的選擇、低壓電氣元件的選擇、I/O端口的分配、電氣原理圖的繪制、電氣接線圖的繪制、PLC梯形

3、圖程序的設計等。并用組態(tài)軟件完成組態(tài)演示。本次設計利用S7-300系列PLC和組態(tài)王6.53軟件設計整個控制系統(tǒng)，來實現(xiàn)對礦渣水泥生產線全部動作的控制和計算機動態(tài)顯示。關鍵字：礦渣水泥 控制系統(tǒng) PLC 組態(tài)軟件 The control system of slag cement production line based on PLCAbstractThe process of slag cement production is using cement clinker grinding and slag in accordance with the requirements for mix

4、ing ratio, to create cement products with high performance.With the development of modern industry and the requirements of the circular economy development in each country , to create production of low cost, high performance of slag cement is imminent.In recent years, along with the rapid developmen

5、t of computer technology and the PLC technology, and the constant improvement of the configuration software, slag cement production line control system in the control plan is continuously improving. PLC control is becoming the mainstream of industrial control equipment, and it can be used to control

6、 various scale of industrial control. It playing a more and more important role in each field. Control configuration softwares are software platform tools ,which face production process monitoring and control and data acquisition, solving the problem of man-machine graphical interface. As PLC combin

7、ed with the control configuration software perfectly, the control system through using configuration software to monitor and control PLC and other intelligent device of I/O data is more and more widely. This paper introduces the design and realization method of slag cement production line control sy

8、stem using PLC and control configuration software.According to the process and technical requirements of the control system of slag cement production,I have determined specific control scheme, expounded the main functions of the control system, the control circuit and the design of software and hard

9、ware, including the choice of PLC, type of I/O port distribution, electrical schematic diagram of the drawing, electrical wiring diagram of drawing and PLC program design, ladder diagram of electrical components etc. This design completed the whole control system by S7-300 series PLC control system

10、and kingview 6.53, realizing the slag cement production line automatic control of all the movements and computer displays, thus finishing the work in process monitoring. Through simulation and experimental system for presentation.Key words: slag cement control system PLC configuration software 目 錄1引

11、言11.1課題研究的背景及意義11.2水泥工業(yè)自動化的發(fā)展及現(xiàn)狀12文獻綜述32.1現(xiàn)代監(jiān)控系統(tǒng)32.2水泥生產線自動控制系統(tǒng)設計思路及特點53礦渣水泥生產線控制系統(tǒng)總體設計53.1 水泥生產工藝介紹53.2監(jiān)控系統(tǒng)具體方案及特點73.3水泥生產自動控制過程84監(jiān)控系統(tǒng)硬件設計94.1 可編程控制器的選型94.1.1 PLC的系統(tǒng)組成及各部分的作用9 PLC具體型號的選擇94.2上位機的介紹10上位機在控制系統(tǒng)中的作用10上位機的選擇114.3通訊網絡的介紹114.4系統(tǒng)生產設備的簡介12螺旋輸送機的選型12斗式提升機的選型12攪拌機的選型12電振機的選型13稱重表的選型13各種低壓電器的選型

12、144.4.7電動閥門與電磁閥門的區(qū)別155監(jiān)控系統(tǒng)軟件設計165.1上位機組態(tài)軟件的設計16組態(tài)軟件概述165.1.2 組態(tài)軟件的特點16本次設計中的組態(tài)顯示175.2下位機PLC軟件的設計215.2.1 PLC軟件流程框圖215.2.2 報警設計225.2.3 PLC的編址與I/O分配235.2.4 PLC順序功能圖255.2.5 PLC梯形圖設計286總結31謝辭32參考文獻33附錄34外文資料41譯文461引言1.1課題研究的背景和意義水泥是極其重要的建筑和工程基礎材料，它被稱為建筑工業(yè)三大基本材料之一。隨著國民經濟的發(fā)展，水泥獲得越來越廣泛的應用，在國民經濟中具有舉足輕重的地位。雖然

13、現(xiàn)在我國的水泥產量居世界第一，但因此引起的嚴重環(huán)境污染和高額的能源消耗與當前建設綠色環(huán)保型社會格格不入。只有盡可能的提高生產效率、減少水泥廢料的排放、竭力降低不必要的損耗才能使得社會進入一個可持續(xù)發(fā)展的良性循環(huán)，為今后的發(fā)展提供必要的條件。如今全國現(xiàn)有的大部分水泥企業(yè)生產設備落后，自動化控制水平低，仍然采用常規(guī)的繼電器、接觸器加模擬儀表控制方式，嚴重影響了水泥生產效率的提高。 熟料粉和礦渣粉按照不同比例混合經攪拌機攪拌形成不同品種、不同等級的水泥。因此，水泥生產配料的合格率是影響水泥鍛燒質量的重要因素。配料系統(tǒng)是實現(xiàn)生產過程控制和質量控制的關鍵環(huán)節(jié)。同時，它也是實現(xiàn)生產過程自動化、安

14、全穩(wěn)定生產和節(jié)能降耗的重要技術手段。所以，為了提高生產效率、降低能源消耗，必須加強對水泥配料生產過程的自動控制。計算機監(jiān)控在生產過程中起著至關重要的作用，它提高了水泥生產的可靠性，降低了人為因素對生產造成的不利影響，同時還減少人力投入，降低人工成本。而且，如今工業(yè)生產的速變性、復雜性、連續(xù)性，都需要對生產過程進行快速、準確的控制?，F(xiàn)代的先進的計算機控制系統(tǒng)能很好的完成此項任務。及時對參數的調整對生產過程的協(xié)調控制、對設備故障的快速檢測等優(yōu)點為先進的水泥生產管理提供了保障，為企業(yè)適應當前激烈的競爭增加了重要的砝碼。1.2水泥工業(yè)自動化的發(fā)展及現(xiàn)狀 自從1824年英國人阿斯普丁發(fā)明水泥以來，水泥工

15、業(yè)經過了將近200年的發(fā)展，已經更加系統(tǒng)化、智能化、規(guī)模化。自動化在水泥工業(yè)的應用極大的促進了水泥的應用。水泥工業(yè)最初的控制基于傳統(tǒng)儀表的模擬控制，產量很低。初步發(fā)展在20世紀70年代，當時工業(yè)自動化經過發(fā)展，基于生產過程的邏輯控制已經初步產生，由中央計算機控制模擬信號的輸出來控制設備的自動運行。但過低的穩(wěn)定性使水泥工業(yè)并不能完全大規(guī)模生產。不久可編程控制器（PLC）開始應用于工業(yè)生產的自動化領域，但早期的PLC只能進行簡單的邏輯控制及定時、計數功能。集散型控制系統(tǒng)(DCS)的發(fā)展促進了水泥工業(yè)自動化的進程，但其昂貴的價格限制了其發(fā)展。隨著計算機技術的發(fā)展，微處理器的引入使PLC增加了運算、數

16、據傳送及處理等功能。在國內水泥工業(yè)自動控制領域， PLC控制生產工藝的方法占首要地位。于PLC控制相比純DCS控制系統(tǒng)側重于多種PID算法、比值控制、串級調節(jié)等功能，成本較高。而PLC以其極高的運算速度，小巧的體積，可靠的穩(wěn)定性，極低的價格逐漸奠定了它在現(xiàn)代工業(yè)領域中的地位。未來水泥企業(yè)更加大型化、集團化、智能化，控制系統(tǒng)也應向簡明化、集中化發(fā)展。實現(xiàn)統(tǒng)一的數據管理、通信管理、控制管理，而且系統(tǒng)網絡的建立應該以互聯(lián)網作為基礎連接各站、節(jié)點，提高通訊速率。國內于1889在唐山開平煤礦附近建立第一個“細綿土”廠，即以后的啟新洋灰公司。由于資金的缺少和國際環(huán)境的原因，中國水泥自動控制與發(fā)達國家相比發(fā)

17、展很慢，現(xiàn)在的中小型水泥廠自動控制系統(tǒng)只是基于簡單的繼電器、接觸器的PLC控制，自動化程度很低，從而造成污染嚴重，能耗較高，效率底下等問題。所以提高自動化程度是國內中小型水泥廠面臨的嚴峻問題。隨著計算機技術的快速發(fā)展，如今基于PLC的控制系統(tǒng)多采用“PLC+計算機組態(tài)畫面顯示”的方式來實現(xiàn)對工業(yè)生產的自動監(jiān)控?；赑LC的自動控制系統(tǒng)以其低成本、高速率、范圍廣、永遠在線和便捷的優(yōu)點在工業(yè)自動控制中起到了越來越重要的作用。而組態(tài)監(jiān)控軟件的應用，是控制更加便捷，簡明，迅速。如今對于整個控制過程中以開關量輸入/輸出約占75%的中小規(guī)模水泥廠來講，從節(jié)省投資的角度來考慮，選擇PLC+組態(tài)畫面的控制系統(tǒng)

18、是非常合理的。例如:目前700t/d的水泥采用PLC控制系統(tǒng)大約只需190萬元，遠遠低于純DCS的自動控制系統(tǒng)。這對于企業(yè)具有非?，F(xiàn)實的經濟意義。本系統(tǒng)以S7-300 PLC為核心，以工控機畫面實現(xiàn)人機交互來完成對礦渣水泥生產過程的監(jiān)測與控制，硬件結構簡單，操作方便，抗干擾性強，控制安全可靠，調節(jié)靈活，且經濟實用，具有廣闊的應用前景。2文獻綜述2.1現(xiàn)代監(jiān)控系統(tǒng)目前國內外監(jiān)控系統(tǒng)的主要形式有以下幾種:1)一般集散控制系統(tǒng)(DCS)集散控制系統(tǒng)(DCS)在工控系統(tǒng)中應用較多。其以集中管理、集中操作、功能分散、危險分散的優(yōu)點適應了工業(yè)自動化的要求。它由三大部分組成: 分散過程控制裝置、集中管理裝置

19、和通信系統(tǒng)。DCS與生產過程之間通過分散過程控制裝置控制，即把工業(yè)生產中的各種過程變量通過分散過程裝置轉化為監(jiān)控數據，而操控的各種指令也通過分散過程控制裝置送達到各個執(zhí)行機構。集中管理裝置是設備的操控人員與監(jiān)控系統(tǒng)之間的交互界面。操控人員通過集中管理裝置來了解生產過程的運行狀況，并通過它向生產過程發(fā)出操作指令。而且生產過程的各種參數都在操作管理裝置上顯示，以便于操作人員的監(jiān)視和操作。通信系統(tǒng)起溝通協(xié)調操作管理裝置和分散過程控制裝置的橋梁作用。DCS控制系統(tǒng)的優(yōu)點是控制功能強，可實現(xiàn)復雜的控制規(guī)律，如串級、前饋、解耦、自適應、最優(yōu)和非線性控制等，也可實現(xiàn)順序控制。但其主要缺點DCS種類繁多，不同

20、的廠家有不同的通信方式，這造成不同廠家的DCS之間難以實現(xiàn)互聯(lián)和信息共享。如此來看DCS不是完全開放的。而且從現(xiàn)場設備到控制室信號電纜接線過多，造成資金投入量很大，且系統(tǒng)維護起來也很困難。2)基于工控機(IPC)的分布式控制系統(tǒng)基于IPC的分布式控制系統(tǒng)結構往往采用嵌入式結構特點，并結合Ethemet技術構成分布式網絡，實現(xiàn)模塊化和組合化。在硬件方面，許多工控硬件公司相繼推出了符合IPC標準的各種控制模塊，例如I/O卡、A/D卡、D/A卡等?？梢愿鶕枰徺I相應的模塊插到IPC的擴展槽中，搭建起自己的工業(yè)控制系統(tǒng)，實現(xiàn)“即插即用”(Plug and Play)。在軟件方面，國際、國內有眾多的基

21、于PC機平臺的工控軟件，如InTouch人機接口軟件包、KingView工控軟件包、WinCC工控軟件包等，這些成熟的工控軟件極大地節(jié)省了工控應用軟件的開發(fā)時間。利用IPC豐富的軟硬件資源可組成各種控制裝置、各種數據采集裝置和計算機監(jiān)控系統(tǒng)等。應該說IPC是分布式控制系統(tǒng)的理想平臺之一，但是系統(tǒng)的可靠性不高，一旦IPC出現(xiàn)故障系統(tǒng)就陷入癱瘓，而且可維護性較差。3）基于一般PLC的自動控制系統(tǒng)PLC控制系統(tǒng)從開關量控制發(fā)展到順序控制、運算處理，是從下往上的。邏輯控制、數據控制、定時控制、步進(順序)控制、 計數控制、連續(xù)PID控制。而且PLC具有數據處理能力、 通信和聯(lián)網等多功能?？捎靡慌_PC機

22、為主站，多臺同型號PLC為從站，構成主從結構的PLC控制網絡。缺點主要是控制功能單一，程序運行負擔較重，人機交互苦難等問題。PLC系統(tǒng)與DCS系統(tǒng)的結構差異不大，只是在功能的著重點上的不同，DCS著重于閉環(huán)控制及數據處理。PLC著重于邏輯控制及開關量的控制，也可實現(xiàn)模擬量控制。4)基于IPC+PLC的分布式控制系統(tǒng)成系統(tǒng)的控制站，IPC構成系統(tǒng)的操作站。過程的數據采集和過程控制都由PLC來完成，IPC完成數據顯示、人機界面操作和對整個工藝、控制系統(tǒng)的管理，以及報表打印等，這種方式結合上述兩種方案的優(yōu)點。PLC原本用于代替繼電器進行數字邏輯控制，但隨著技術的發(fā)展，如今的PLC己經具備模擬量控制、

23、閉環(huán)PID控制、運動控制、數據處理、函數運算、通信連網等功能，其高度的可靠性和硬件組態(tài)的靈活性使它被廣泛地應用于工業(yè)現(xiàn)場。在這種結構的分布式控制系統(tǒng)中，PLC一般用于底層的數據采集和過程控制、運動控制，實現(xiàn)控制算法等功能，而上位機主要用于人機交互，實現(xiàn)數據顯示、工藝流程顯示、報警以及報表打印等功能。由于工業(yè)生產現(xiàn)場的惡劣環(huán)境需要控制系統(tǒng)能夠穩(wěn)定的工作，而PLC是目前穩(wěn)定性最高的。所以這種方案的整體可靠性是最高的，且系統(tǒng)在功能和結構上是分層分布的，這是目前工業(yè)生產中運用最多的結構。5)基于IPC+PLC+現(xiàn)場總線的分布式控制系統(tǒng)（FCS）FCS是由DCS與PLC發(fā)展而來，F(xiàn)CS不僅具備DCS與P

24、LC的特點，而且跨出了革命性的一步。與傳統(tǒng)的基于PLC+PIC的分布式控制系統(tǒng)相比，PLC的地位和作用都發(fā)生了改變。在傳統(tǒng)的分布式控制系統(tǒng)中，所有控制功能無論是最基本的控制算法的運算，還是各設備的數據的采集都是完全通過PLC來完成的，這導致其程序運行負擔很重。而現(xiàn)場總線的引入，使底層的傳感器、執(zhí)行器等具備了一定的數據處理和控制功能，一些底層的控制功能就能由現(xiàn)場設備完成，PLC只需要負責完成協(xié)調功能和其它一些更高層的控制算法。FCS具有很好的開放性、互操作性和互換性。關鍵三點是：（1）FCS系統(tǒng)的核心是總線協(xié)議，即總線標準。采用雙絞線、光纜或無線電方式傳輸數字信號，減少大量導線，提高了可靠性和抗

25、干擾能力。（2）FCS從傳感器、變送器到調節(jié)器一直是數字信號，這就使我們很容易地處理更復雜、更精確的信號，F(xiàn)CS系統(tǒng)的基礎是數字智能裝置。（3）FCS將PID控制徹底分散到現(xiàn)場設備（Field Device）中，即FCS系統(tǒng)的本質是信息處理現(xiàn)場化。這種結構適合于I/O點數多且分布分散、工藝比較復雜的工業(yè)控制過程，尤其是那些對各回路之間聯(lián)系密切、協(xié)調性要求比較高以及有特殊控制要求的生產過程。2.2水泥生產線自動控制系統(tǒng)設計思路及特點（1）利用集中控制系統(tǒng)對水泥生產線監(jiān)控。其主要特點是由單一的計算機完成對水泥生產線設備自動控制的所有功能。其主要控制包括過程數據的輸出輸入、對控制回路的閉環(huán)控制、實時

26、數據的處理與保存、歷史數據處理與保存、歷史數據庫的管理、報警與日志記錄、報表等。由于單一計算機執(zhí)行的任務復雜繁重，可靠性很低。該種控制方法早已淘汰，不予考慮。（2）利用集散控制系統(tǒng)對水泥生產線監(jiān)控，其主要特點是1)針對過程量的輸入、輸出及控制過于集中的問題，設想使用多臺計算機分擔過程量的輸入、輸出和控制等功能，而且各臺計算機的地位平等，在運行中互不依賴。這樣如果有1臺計算機失效只會影響到自己所承擔的那一部分功能，不會破壞整個系統(tǒng)。2)由于不同的計算機有自己不同的作用，使每臺計算機的運行單一化，這樣不僅提高了單臺計算機的運行效率，還增加了軟件的可靠性。3)隨著科技的進步，控制系統(tǒng)同樣需要改進和更

27、新。計算機網絡能夠完成系統(tǒng)的更新問題，而且計算機網絡設備相對簡單、可靠、擴展性強、投資較小。(3)利用現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)對水泥生產線監(jiān)控，其主要特點是1）能同時傳送多個過程變量數據，可以實現(xiàn)整個水泥生產線的故障在線檢測。2)用數字信號代替420mA模擬信號，提高了系統(tǒng)精度，而且把線性化、工程量轉換、補償校正、報警處理等功能賦于現(xiàn)場儀表，使現(xiàn)場儀表具有一定的可靠性和自主性。3)由于現(xiàn)場總線是雙向傳輸的，所以可從中控室對現(xiàn)場儀表進行調整和標定。這種控制方案適用于現(xiàn)場設備類型多樣、I/O點數多且分布分散、PLC程序設計繁重的復雜控制系統(tǒng)。針對水泥配料系統(tǒng)的實際情況，本著實用、經濟、先進的設計思想，控制

28、系統(tǒng)不僅要便于維護和擴展，還應設有各種權限，避免無關人員的誤操作而引起系統(tǒng)的癱瘓。綜合以上考慮基于PLC+工控機的控制方案以其強大的功能、高度的穩(wěn)定行和性價比受到廣泛應用。3礦渣水泥生產線控制系統(tǒng)總體設計3.1水泥生產的工藝介紹現(xiàn)代水泥生產一般分為主要包括礦石破碎及預均化、生料的制備、水泥熟料的燒成、水泥粉磨、成品的混合等過程構成。按照生產工藝流程可分為以下環(huán)節(jié)：破碎及預均化、生料制備、水泥熟料的燒成、輔助原料制備、水泥粉磨（石膏、粉煤灰等）原料配比混合、成品水泥入庫 。由于水泥生產是一個連續(xù)的過程，生產線上主要物料運輸設備出現(xiàn)故障都會造成整個生產環(huán)節(jié)的停產并帶來經濟損失，其中尤其以燒成系統(tǒng)影

29、響更為重大，窯的停產不僅是熟料產量上的損失，窯恢復正常運行還需要大量的時間和能源以及其它生產環(huán)節(jié)的協(xié)調。因此保證運輸系統(tǒng)安全穩(wěn)定的運行是水泥生產的關鍵。另外水泥生產線上的大型貴重機電設備保護亦非常重要。礦渣水泥是水泥中的一個重要品種，與普通水泥相比它可以配制高強、高性能混凝土；礦渣超細粉混凝土保水性、可塑性好，泌水少，具有較好的工作性；降低水化熱，有利于防止大體積混凝土內部溫升引起的裂縫；能產生較多的鈣礬石結晶，從而補償因混凝土中細粉過多而引起的干縮而且能夠很好的抵抗海水侵蝕性，抗碳化、抗堿。 提高硬化混凝土的耐久性、耐磨性及經濟性。本設計主要介紹 燒制熟料與水泥輔料混合形成成品水泥的生產控制

30、過程。礦渣水泥配料系統(tǒng)有水泥熟料庫、礦渣輔料庫、水泥成品庫三個儲庫料倉，礦渣水泥的由水泥熟料+礦渣材料按一定的比例組成，經攪拌機攪拌后行成水泥成品。整個礦渣水泥生產線控制系統(tǒng)的工藝流程如圖1-1所示。圖1-1礦渣水泥生產線工藝流程圖3.2監(jiān)控系統(tǒng)具體方案及其特點在充分比較常用幾種自動控制系統(tǒng)的優(yōu)缺點后，結合水泥生料生產的工藝特點和經濟性，決定整個控制方式為IPC(KingView工控軟件包) + PLC(帶模擬量輸入輸出模塊)的分布式控制系統(tǒng)，系統(tǒng)的整體結構圖如圖1-2所示。該控制系統(tǒng)在總體上采用層次化結構，將整個系統(tǒng)自下而上分為3 個層次：現(xiàn)場設備層、過程控制層和集中操作監(jiān)視層。而且每個層次

31、在結構上又是橫向分散的，具有良好的可擴展性。每層在設計上是獨立的，他們通過數據網絡構成一個有機的整體。其中集中操作控制層由上位機對整個生產過程進行實時的控制管理，在本次設計通過組態(tài)王軟件制作出人機界面模擬現(xiàn)場以利于更方便的操作；過程控制層即中間站，實質是中央控制機與下位機之間的通訊網絡，具有定址雙向通訊功能，支持實現(xiàn)中央控制機與下位機之間的管理與被管理、監(jiān)控與被監(jiān)控的關系；現(xiàn)場設備層是有下位機控制，它們將不同的狀態(tài)變換成標準的電信號送到過程控制站，同時接收PLC發(fā)出的各種控制信號，實現(xiàn)對這些信號的調節(jié)。上位機控制打印顯示RS485PLC控制系統(tǒng)水泥運輸稱重配比礦渣運輸成品入庫圖1-2 系統(tǒng)總體

32、框圖3.3水泥生產的自動控制過程在整個配料系統(tǒng)為了防止物料的阻塞，電氣設備啟動停止順序為逆序啟動，順序停車。即啟動時從流程的最后設備開始啟動，停止時從開始進料的設備依此順序停車。具體停車、啟動時各臺運輸設備中間的間隔時間可以在調試時進行確定。在本次設計中，把整個流程分為4個部分：A是水泥熟料的運輸區(qū)、B區(qū)是輔料礦渣運輸區(qū)、C區(qū)是稱重混合區(qū)、D區(qū)是成品水泥運輸入庫區(qū)。具體流程步驟為：啟動時首先D區(qū)開動時：打開電動閥門Q7（電動機正轉） 到達開限位 延時20秒 斗提D2啟動 延時20S 螺旋輸送機D1啟動。D區(qū)設備正常開動完畢。然后C區(qū)攪拌機開始啟動 延時20S A,B組設備順序啟動。A區(qū)開動時：

33、斗提A2啟動 延時20S 螺旋輸送機A1啟動 延時20秒打開電動閥門Q2（電動機正轉） 到達開限位。A區(qū)設備正常開動完畢。B區(qū)開動時：斗提B2啟動 延時20S 螺旋輸送機B1啟動 延時20秒打開電動閥門Q1（電動機正轉） 到達開限位。B區(qū)設備正常開動完畢。正常工作過程即C區(qū)設備循環(huán)運行過程：稱重表設皮重K1=1 電磁閥Q3打開 達到第一個預定重量K3=1 電磁閥Q3關閉 稱重表通道轉換K2=1 電磁閥Q4打開 達到第二個預定重量K3=1 電磁閥Q4關閉 稱重庫電磁閥Q5打開電振機啟動延時40S電振機停止 稱重庫電磁閥Q5關閉延時2分鐘電磁閥門Q6打開延時40秒電磁閥門Q6關閉同時稱重表設皮重K

34、1=1，行成一個循環(huán)?；炝线^程就是C區(qū)設備循環(huán)往復啟動停止過程。停止時首先是A，B區(qū)設備順序停止：A區(qū)設備首先關閉電動閥門Q1（電動機反轉）達到關限位延時20S螺旋輸送機A1停止延時20S斗提A2停止。A區(qū)設備正常關閉完畢。B區(qū)設備以相同的步驟停止。當A,B區(qū)設備全部停止后延時5分鐘C區(qū)攪拌機停止。C區(qū)設備停止完畢。D區(qū)設備停止時：螺旋輸送機D1停止延時20S斗提D2停止延時20S關閉電動閥門Q7（電動機反轉）達到關限位。D區(qū)設備關閉完畢，在結束總電源。A、B、C、D四個區(qū)共有11臺驅動電機，每臺驅動電動機都設有一個速度繼電器進行故障檢測。在運行過程中，無論AD區(qū)中任何一臺電機出現(xiàn)故障，系統(tǒng)都

35、會正常停車。手動操作：每臺設備既能自動控制也能現(xiàn)場手動控制，通過轉換開關進行自動、手動切換，所有設備都要求能在現(xiàn)場進行手動操作。4監(jiān)控系統(tǒng)硬件設計4.1 可編程控制器的選擇 PLC的系統(tǒng)組成以及各部分的作用PLC在生產中是一種通用的工業(yè)控制裝置，其結構與一般的計算機系統(tǒng)基本相同。按結構形式的不同，PLC可分為組合式和整體式。組合式PLC將CPU單元、輸入單元、輸出單元、I/0單元、通信單元等做成相應的模塊，各模塊插在底板的插槽上，而且模塊之間通過底板上的總線相連。底板上有電源接口。裝有CPU單元的底板稱為CUP底板，其它得稱為擴展底板。CPU底板與擴展底板之間通過電纜連接。無論實際需要哪種類型

36、的PLC，都可以根據需要進行組裝配合。組合式PLC主要是由電源、CPU、存儲器和專門設計的I/O接口電路等組成。整體式PLC是將中央處理器(CPU)、電源、存儲器、輸入/輸出單元、通信接口等組成一個整體，稱為主機。另外主機還可以和獨立的I/O擴展單元配合使用。主機中，CPU是PLC的核心，I/O單元是連接CPU與現(xiàn)場設備之間利用I/O單元連接，PLC與編程器和上位機等外部設備通過通信接口連接連接。 PLC具體型號的選擇本次設計PLC型號-Siemens S7-300在PLC選型時要知道，整體式的PLC一般適用于工藝流程相對固定、維修量小、環(huán)境條件好的小型控制系統(tǒng)；模塊結構的PLC適用于工藝流程

37、復雜、維修量大、環(huán)境條件差的大型控制系統(tǒng)。根據控制系統(tǒng)的要求考慮需要實現(xiàn)的功能，選擇低檔機、中檔機還是高檔。而且最好選擇一款自己比較熟悉且性價比比較高的機型。而且，還要考慮I/O點數的要求，一般在確定控制系統(tǒng)必須的I/O點數后，還需要有15%-20%備用點數。同時，還要考慮PLC的存儲容量，一般用戶的存儲容量=開關量輸入點數×10+開關量輸出點數×5+模擬量輸入/輸出點數×100字節(jié)，還要留有30%左右的的余量。如果I/O點數不夠，可以酌情擴展模塊。在綜合考慮各大公司的主流PLC產品的性能和價格后，決定選用SIEMENS公司的S7-300系列PLC作為所選設備。S

38、IEMENS公司生產的SIMATICS7-300系列可編程控制器是西門子生產的中小規(guī)?？刂坪诵?，是其集成與開放特性的重要體現(xiàn)。模塊化結構，高速指令運算速度；而且集聯(lián)網通訊、故障自診斷于一身，取得了業(yè)績公認的成就，完全能滿足中等規(guī)模生產的控制要求。  西門子PLCS7-300系列PLC為還提供了種類豐富的擴展模塊，例如單獨的輸入模塊EM321（8/16/32路擴展輸入）、單獨的輸出模塊EM322（8/16/32路擴展輸出）、I/O混合模塊EM323（具有8I/O、16 I/O、32 I/O等多種配置）還有SM 327（具有8點輸入+ 8點輸入或輸出）各不同擴展模塊。其具體性能

39、見表4-1。表4-1 數字量模塊性能一覽表數字量模塊型號EM321EM322EM323輸入點數/點32無8/16輸出點數/點無328/16功耗典型值6.5W6.6W3.5W/6.5W輸入電壓24V DC30V DC(最大)輸出電壓24V DC20.4V22.8V DC或5V30V DC、20V250V AC電纜長度（屏蔽/不屏蔽）/m1000/6001000/6001000/600輸出類型DC輸出/繼電器輸出DC輸出/繼電器輸出電能消耗（+5V DC）/mA1511040/80本次設計共有70個數字量輸入點，23個數字量輸出點，即系統(tǒng)有3個SM321數字量輸入模塊、1個SM322數字量輸出模塊

40、。4.2上位機的介紹4.2.1上位機在控制系統(tǒng)中的作用上位機是指集中管理操作的計算機，一般是PC，用來顯示各種數據的變化如液壓，水位，溫度等?？刂葡到y(tǒng)對上位機的要求如下:(1)能夠對PLC進行控制管理。上位機與PLC之間通過通訊網絡連接，通過獲得的生產現(xiàn)場數據，判斷各臺生產設備的運行清況，并在電腦屏幕上顯示出來。而且可以之間向PLC發(fā)出指令，改變現(xiàn)場設備的工作狀況。(2)監(jiān)控整個生產過程，能夠及時發(fā)現(xiàn)故障并進行報警。在人機界面上標準故障發(fā)生的地點及時間，最好能分析故障發(fā)生的原因并給出解決方法。(3)能對各種生產過程中的數據進行記錄并統(tǒng)計成表格，方便查閱與打印。(4)具有簡單明了的操作界面，方便

41、操作人員的學習與控制。(5)容錯性能好。對于一般常識型誤操作能夠不予響應，并提出警告。防止無關人員的誤操作。上位機的選擇本次設計上位機選用工程控制機一、工控機簡介工控機（Industrial Personal ComputerIPC）是一種加固的增強型個人計算機，它可以作為一個工業(yè)控制器，在工業(yè)環(huán)境中可靠運行。工控機最早在80年代有美國AD公司發(fā)明，后來美國IBM公司正式推出個人工業(yè)計算機IBM7532。IPC以其強大的功能、低廉的價格、可靠的性能而受到了日趨廣泛的應用。二、工控機特點工控機與普通計算機相比的特點為：機箱一般為全鋼結構，防止工業(yè)現(xiàn)在的強烈震動和沖擊；采用專用電源和底板，具有很高

42、的抗電磁干擾能力，以及長時間連續(xù)工作能力；機箱為標準的4U機箱，便于安裝。本設計中選用工業(yè)控制機IPC-610-H  4U架式標準工控機箱作為上位機，在工控機上安裝組態(tài)王6.53，監(jiān)控整個生產過程。4.3通訊網絡的介紹本設計采用最簡單的串口通信方式，組態(tài)王把每個與之連接的通訊設備都看做外部設備。 工控機發(fā)出控制指令給PLC，而PLC同時把現(xiàn)場設備的工作狀態(tài)反饋給工控機。所以在CPU的主機架內，插入串行通展模塊，用電纜將其與工控機的COM口連接起來，實現(xiàn)兩者之間的數據交換。串行通訊標準RS-485的特點RS-485協(xié)議最高數據傳輸速率為10Mbps，最大傳輸距離為3000m。其電氣特性

43、中，邏輯“1”表示兩線間的電壓差為+（26）V；邏輯“0”表示兩線間的電壓差為-（26）V。而且次電平與TTL電平兼容，能夠與TTL 電路連接。其接口采用差分接收器和平衡驅動器的組合，能夠很好的抵抗共模干擾引起的噪聲，而且可以連接多個收發(fā)器，故可以方便的建立起網絡。RS-485接口具有很好的抗噪聲的干擾性，較長的傳輸距離和傳輸速率等上述優(yōu)點符合本次設計的要求。4.4系統(tǒng)生產設備的簡介4.4.1螺旋輸送機的選型螺旋輸送機是一種連續(xù)輸送設備廣泛應用于水泥、化工、冶金工業(yè)企業(yè)和糧食加工、糧食谷物倉儲、建筑工程等行業(yè)的散狀物料的輸送。適用于水平或傾斜輸送粉狀、粒狀和小塊狀物料，如煤礦、灰、渣、水泥、糧

44、食等，但不適用于粘度大、易結塊物料的運輸。與其它運輸設備相比，螺旋輸送機具有運行平穩(wěn)可靠，密封性能好，維修簡便等優(yōu)點，在工業(yè)生產中受到廣泛的應用。本設計要求螺旋輸送機能夠水平連續(xù)輸送粉、粒體物料，選用的螺旋輸送機型號為DLS300，其最長輸送距離為4m，螺旋直徑為300mm，電機型號為Y112S-4，功率5.5Kw，轉速1440r/min，額定電流11.6A，額定電壓380V。4.4.2斗式提升機的選型斗式提升機用于垂直輸送顆粒、粉末及小塊狀的物料。設備驅動功率小，提升高度高，提升量大。因此廣泛應用于化工、糧食、飼料、礦山等行業(yè)。本設計選用HL400斗式提升機,它是一種環(huán)鏈離心斗式提升機,主要

45、應用于顆粒、粉末狀和小塊物料的輸送。它具有占地面積小，提升量大，提升高度大，密封性良好等優(yōu)點。所以廣泛應用于煤、礦渣、石灰石、水泥等的提升運輸。HL400斗式提升機的料斗容量為10L，斗間距離為600mm，料斗運行速度1.25m/s。電機型號Y160M-4，功率為15KW，轉速1480r/min，額定電流20.9A，額定電壓380V。4.4.3攪拌機的選型攪拌機，是一種帶葉片的軸在圓筒或槽中旋轉，用以混合或揉和物質、增加藥劑作用反應時間的設備。攪拌機適用于選礦業(yè)，也可用于作各種化工業(yè)的配料攪拌。攪拌機的生產率Q按下式計算: Q3.6VK/T1*T2*T3（m3/h） 式中 T1、T2、T3分別

46、為裝料、攪拌、卸料時間（S）； V攪拌機出料容量； K每循環(huán)工作時間的利用系數?？紤]到本設計對水泥混凝土攪拌機的要求，選擇JS500型號混凝土攪拌機。電動機型號為Y180M-4，功率為18KW，轉速為1470r/min,額定電流35.9A。配用接觸器型號GJ20-63。4.4.4電振機的選型 電振機能夠把顆粒狀，粉末狀的物料從儲料倉中連續(xù)均勻的輸送到運輸機或粉碎機中，因此廣泛應用于礦山、糧食、煤礦等行業(yè)中。尤其適用于工業(yè)配料，定量包裝等系統(tǒng)。振動電機是振動源與動力源結合為一體的激振源，振動電機在轉子軸兩端各安裝一組可調偏心塊，當啟動時軸及偏心塊高速旋轉從而產生離心力使設備得到激振力。

47、本次設計選用電振機型號為JSO-50-4，激振力50KN, 額定功率2.2KW，額定電流6.96A。4.4.5稱重表的選型一、簡介圖4-1 8100系列稱重儀表稱重儀表也叫稱重顯示控制儀表，是將稱重傳感器信號轉換為重量數字在屏幕中顯示，并可對重量數據進行儲存、輸出的電子設備，常用于工業(yè)生產中的自動化配料中，能夠提高生產效率。各個廠家制造的稱重儀表各不相同，內部使用的集成電路芯片也多種多樣的，但基本功能都差不多。其內部一般由以下幾個模塊組成：電源模塊、CPU模塊、 A/D轉換模塊、鍵盤顯示模塊、I/O模塊、通訊模塊等。 二、分類稱重儀表一般可分為：開環(huán)控制型和閉環(huán)控制型。 開環(huán)控制型稱重儀表只有

48、稱重顯示功能，不具有I/O功能，主要用于地上衡、臺秤等只要求顯示重量的衡器。 閉環(huán)控制型儀表不僅具有I/O電路，它可以根據所稱物料重量的大小來控制外部設備的工作狀態(tài)。這類儀表主要用于定量包裝秤、定量灌裝秤、配料系統(tǒng)等帶有外部執(zhí)行機構的工業(yè)衡器。 本設計選用的是閉環(huán)控制型稱重儀表8100系列，其能同時稱重2中物料，可以設定2個重量值，當稱重表到達第一個設定值時，稱重表可以輸出一個信號并且繼續(xù)稱重另外一種物料。高速采樣速率為200次/秒，滿足設計要求。4.4.6各種低壓電器的選型（1）熔斷器的選擇熔斷器是一種利用金屬導體為熔體串聯(lián)于電路中，當過載或短路導致電流過大時，金屬導體自身發(fā)熱而熔斷，從而使

49、電路斷開。能夠起到電路保護的作用。在選擇熔斷器時，必須考慮熔斷器的額定電壓必須等于或高于熔斷器安裝處的電路額定電壓，電路保護用為使設備正常運行，熔斷器熔體的額定電流一般為電動機額定電流的1.52.5倍，但是其極限分辨能力必須大于電路中可能出現(xiàn)的最大故障電流。本次設計熔斷器選用RT16系列RT16-000型號。該型號熔斷器的熔斷體額定電流范圍為4100A，額定電壓為500V，可以滿足設計的需要（除攪拌機配用熔斷器RL1-100,熔體電流100A）。（2）接觸器的選用接觸器用于帶有負載主電路的自動接通或切斷電流。 選擇接觸器主要考慮額定操作頻率，即每小時接通的次數；額定電壓和電流必須等于或稍大于負

50、載電路。本系統(tǒng)中采用CJ10系列交流接觸器其一般用于交流50HZ，額定工作電壓最高到660V。所以設計中CJ10-20的接觸器用于螺旋輸送機電機；CJ10-30的接觸器用于斗式提升機電機；CJ10-40接觸器用于攪拌機電機；閥門電機和電振機可選用CJ10-10的接觸器。（3）熱繼電器的選擇熱繼電器主要用于電動機的過載保護。選用熱繼電器時主要是考慮所要保護的電動機的額定電流。熱繼電器的額定電流應該接近或稍微大于電動機的額定電流。在惡劣的工作環(huán)境中需要選用三相介個的熱繼電器。本系統(tǒng)選用JR20型號的熱繼電器，用于額定電壓至660V，額定電流6.3至650A的交流電路中。螺旋輸選用JR20-16D熱

51、繼器；斗式提升機電機選用JR20-25D熱繼電器；攪拌機電機選用JR20-32D熱繼電器；電振機及電動閥選用JR20-6.3熱繼電器。（4）速度繼電器的選擇速度繼電器工作原理：速度繼電器轉子的軸與被控電動機的軸相連接，而定子空套在轉子上當電動機轉動時，速度繼電器的轉子隨之轉動，定子內的短路導體便切割磁場，產生感應電動勢，從而產生電流此電流與旋轉的轉子磁場作用產生轉矩，于是定子開始轉動，當轉到一定角度時，裝在定子軸上的擺錘推動簧片動作，使常閉觸點分斷，常開觸點閉合。當電動機轉速低于某一值時，定子產生的轉矩減小，觸頭在彈簧作用下復位。本次設計采用速度繼電器主要用于電動機的故障診斷。本次設計選用JY

52、1型速度繼電器，適用電機轉速為900r/min1480r/min。（5）變壓器的選用由于電路中不同電氣設備需要不同的電壓，所以需要變壓器的配合適用來完成自動控制。主要根據所需變壓器的容量來選擇所需要的種類。本系統(tǒng)中采用BK-150控制變壓器。（6）限位開關的選型限位開關是一種按工作機械的行程，發(fā)出操作命令的位置開關。主要用于機床、自動生產線和其他生產機械的限位及流程控制。閥門限位開關（閥門回訊器、回信器）是自控閥門位置顯示和信號反饋的一種現(xiàn)場儀表，用以將閥門的開啟或關閉位置以開關量（觸點）的信號輸出，被程控接受或計算機訪樣，確認后執(zhí)行下一程序。本次設計中各個電動閥門都選用ALS10限位開關。（

53、9）報警裝置的選型報警器(alarm)，是一種為防止或預防某事件發(fā)生所造成的后果，以聲音、光線等形式來提醒警告操作人員應當采取某種行動的電子產品。本設計選用S-F2全防護型聲光報警器。 電動閥門與電磁閥門的區(qū)別：電磁閥是用電磁效應進行控制的工業(yè)設備，由繼電器進行控制，廣泛應用于不同的電路中，具有控制精度高，靈活性強的特點。同樣作為開關形式使用時，電磁閥通過線圈驅動，過程量只能是通電開通，斷電關閉兩種狀態(tài)，中間動作狀態(tài)很短。而電動閥一般有電動機驅動，開關動作需要一定的時間來完成，而且開啟關閉的大小可以調節(jié)，電動機斷電停止驅動后閥門可以在某種狀態(tài)中常時間停留。在本次設計中，由于Q3、Q4、Q5、Q

54、6開關需要頻繁的開啟關閉動作，而且需要很高的控制精度，所以選用電磁閥控制。而Q1、Q2、Q7開關在生產過程中一般要長時間保持在某種狀態(tài)不變，并且調節(jié)物料進出速度并不需要很高的精度。所以一般選用由電動機驅動的電動閥門。5監(jiān)控系統(tǒng)軟件設計5.1上位機組態(tài)軟件的設計5.1.1組態(tài)軟件概述 組態(tài)軟件是利用計算機技術對各種資源進行配置，為達到預定目的而使設備自動執(zhí)行特定任務的軟件工具。它一般具有豐富的設置項目，能夠靈活的采集和監(jiān)控各種生產過程中的數據。監(jiān)控組態(tài)軟件最早出現(xiàn)時，主要為了解決人機界面的交流問題。但這計算機技術的快速發(fā)展，通訊聯(lián)網、實時控制、數據統(tǒng)計技術的發(fā)展，組態(tài)軟件不斷被賦予新的功能。5.

55、1.2 組態(tài)軟件的特點組態(tài)軟件作為一個軟件工具平臺，它具有比硬件系統(tǒng)更強大的控制功能與更低廉的價格。其最主要的特點為實時多任務性。能同時實現(xiàn)數據采集、存儲，命令發(fā)布，圖形顯示，實時通訊等功能。其主要開發(fā)工具為C+，其操作人員只需要了解基本的編程設計，以及自動控制的基本要求，并不需要修改軟件程序的源代碼，操作簡單明了。一個投入運行的監(jiān)控組態(tài)軟件具有遠程監(jiān)控、系統(tǒng)數據收集、數據轉發(fā)的功能。其與各種控制、檢測設備如PLC或智能儀表等共同組成快速響應/控制中心。通過預先制定的控制算法進行自動控制。組態(tài)軟件具體能完成的任務包括：(1)對現(xiàn)場設備狀態(tài)數據的采集并在人機界面中顯示；(2)對各種歷史數據的儲存

56、與打印;(3)各種實時曲線的運動趨勢顯示及記錄;(4)故障的自動檢測與報警;(5)生產過程的狀態(tài)參數可以方便靈活的改變;(6)能方便的與互聯(lián)網絡的連接，便于系統(tǒng)的擴充。組態(tài)王軟件是工業(yè)監(jiān)控軟件最普遍的一種，其主要結構包括工程管理器、工程瀏覽器及運行系統(tǒng)三部分。工程管理器的主要功能是新工程的建立、已有工程的搜索和對現(xiàn)有工程的管理。工程瀏覽器則是控制畫面開發(fā)工具，系統(tǒng)運行時顯示個各個監(jiān)控、報警畫面都有工程瀏覽器中創(chuàng)建，還包含畫面中動畫的連接以及命令語言的編制等。工程運行界面，即系統(tǒng)在運行中的人機交互顯示界面，各種設備的采集數據，以及運行數據的改變都在此匯集。組態(tài)王軟件具有適用性強、易于擴展、操作簡

57、便、價格低廉的優(yōu)點。是一個通用的開放型的工業(yè)監(jiān)控軟件。國內外常見的智能模塊、PLC、變頻器、數據采集卡等都能與其連接。一般通過串口、總線、USB、以太網等常規(guī)通訊方式進行數據的交換。本次設計選用的監(jiān)控軟件為組態(tài)王6.53。本次設計中的組態(tài)顯示在本次設計中上位機中的組態(tài)王軟件主要完成對水泥配料過程中的動態(tài)顯示、各數據的采集與記錄、各物料的檢測及報警等功能。主要設計了流程畫面、報警畫面、實時曲線顯示3個畫面?；旧夏軌驖M足礦渣水泥生產過程的監(jiān)控與記錄。中有助于分析礦渣水泥生產中相關因素對礦渣水泥質量和產量的影響。下面我來介紹各個窗口的具體工作過程。(1)控制主界面它是組態(tài)王運行后的第一各顯示界面，其主要是用于生產流程畫面、報警界面、實時趨勢