基于PLC的水泥自動(dòng)配料控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文基于PLC的水泥自動(dòng)配料控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)作者姓名：邱忠林專業(yè)名稱：自動(dòng)化指導(dǎo)教師：王洋講師成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院學(xué)位論文誠(chéng)信承諾書本人慎重承諾和聲明：1.本人已認(rèn)真學(xué)習(xí)《學(xué)位論文作假行為處理辦法》（中華人民共和國(guó)教育部第34號(hào)令）、《成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院學(xué)位論文作假行為處理實(shí)施細(xì)則（試行）》（成理工教發(fā)〔2013〕30號(hào)）文件并已知曉教育部、學(xué)院對(duì)論文作假行為處理的有關(guān)規(guī)定，知曉論文作假可能導(dǎo)致作假者被取消學(xué)位申請(qǐng)資格、注銷學(xué)位證書、開除學(xué)籍甚至被追究法律責(zé)任等后果。2.本人已認(rèn)真學(xué)習(xí)《成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)手冊(cè)》，已知曉學(xué)院對(duì)論文撰寫的內(nèi)容和格式要求。3.本人所提交的學(xué)位論文（題目:），是在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下獨(dú)立完成，本人對(duì)該論文的真實(shí)性、原創(chuàng)性負(fù)責(zé)。若論文按有關(guān)程序調(diào)查后被認(rèn)定存在作假行為，本人自行承擔(dān)相應(yīng)的后果。承諾人（學(xué)生簽名）：20年月日注：學(xué)位論文指向我校申請(qǐng)學(xué)士學(xué)位所提交的本科學(xué)生畢業(yè)實(shí)習(xí)報(bào)告、畢業(yè)論文和畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告?；赑LC的水泥自動(dòng)配料控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)---前言在現(xiàn)今的各種行業(yè)當(dāng)中，自動(dòng)化的生產(chǎn)制造已經(jīng)隨處可見了，在配料系統(tǒng)上的應(yīng)用也在不斷地提高、改進(jìn)。水泥最早產(chǎn)生于18世紀(jì)，那個(gè)時(shí)候的水泥制法比較簡(jiǎn)單，并且水泥的種類單一，所涉及到的工藝過程不像現(xiàn)在那么復(fù)雜。以前用于生產(chǎn)的水泥原料比較少，隨著對(duì)水泥的進(jìn)一步研究和社會(huì)需求，研制了很多用于不同工程建筑的水泥，原料的添加也會(huì)根據(jù)所生產(chǎn)水泥的強(qiáng)度不同而適當(dāng)調(diào)整。發(fā)展到現(xiàn)在，水泥的種類已經(jīng)很多了，并且生產(chǎn)流程也一步步的在趨于自動(dòng)化。其中原料的配料過程也有了很大的改進(jìn)。在工業(yè)生產(chǎn)上，由于需求量大，生產(chǎn)量大，所以對(duì)配料的量有很高的要求。以前的工業(yè)配料過程大多都是人為達(dá)成的，這不僅效率低，而且所需人力較大，資源消耗了往往還無(wú)法達(dá)到預(yù)期的生產(chǎn)量。隨著時(shí)代的進(jìn)步和科技的發(fā)展，很多生產(chǎn)制造企業(yè)的生產(chǎn)線都在逐步的變得自動(dòng)化、智能化，這些都離不開自動(dòng)化控制設(shè)備。PLC便是這些眾多設(shè)備其中之一，作為專為工業(yè)控制設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)，它的應(yīng)用范圍非常廣，并且還在進(jìn)一步的發(fā)展，掌握它的使用方法非常實(shí)用，這正是本篇論文選題的原因。1水泥概述現(xiàn)如今，水泥混凝土與我們的生活息息相關(guān)，不管是房屋建造、公路的修建還是在一些其他的地方，水泥都是隨處可見的。水泥是一種粉狀的水硬性無(wú)機(jī)膠凝材料，加水混合攪拌以后會(huì)成為漿狀物，可以在大氣中固化或在水里更好的固化，并且能夠把砂、石等材料牢固地膠結(jié)在一起。早期人們使用的石灰和火山灰的混合物與現(xiàn)在的石灰火山灰水泥相似度很高，用它和碎石混合制造而成的混凝土，固化以后不僅強(qiáng)度比較高，而且還可以有效地抵抗淡水和含鹽水的侵蝕。一直以來(lái)，水泥作為一種重要的膠凝材料，被廣泛的用在了建筑等行業(yè)。1.1水泥的產(chǎn)生和發(fā)展水泥的產(chǎn)生起源于英國(guó)，18世紀(jì)中期，一名英國(guó)的工程師進(jìn)行石灰在水中硬化特性的研究時(shí)發(fā)現(xiàn)了用含有粘土的石灰石來(lái)燒制，可以獲得水硬性石灰；用于水下建筑的砌筑砂漿，最理想的成分是由水硬性的石灰和火山灰組成。這算是最早發(fā)現(xiàn)的水泥制法了，這是水泥研制和發(fā)展的一個(gè)良好開始。1796年，英國(guó)人J.帕克用泥灰?guī)r燒制出了一種水泥，它外觀呈棕色，很像古羅馬時(shí)代的石灰和火山灰混合物，因此被命名為羅馬水泥。又因它采用的是天然泥灰?guī)r來(lái)作原料并且沒有進(jìn)行配料就生產(chǎn)出來(lái)了，所以還叫做天然水泥。此種水泥的水硬性和快速凝結(jié)特性都非常不錯(cuò)，非常適合于那些需要跟水接觸的建設(shè)。法國(guó)的一位土木技師畢加，在1813年發(fā)現(xiàn)了將石灰和粘土按三比一的比例混合制而成的水泥性能非常的好。1824年，英國(guó)的建筑工人約瑟夫·阿斯譜丁發(fā)明了水泥。他把灰石和粘土作為原料，按一定的配比混合后，在類似于燒石灰的立窯內(nèi)煅燒成熟料，再將熟料研磨制成水泥。因?yàn)檫@種水泥硬化之后跟波蘭特用來(lái)修建房屋等的材料顏色差不多，所以被命名為波特蘭水泥，這位建筑工人也獲得了此種水泥的專利。波蘭特水泥用在建筑上的效果非常好，它的出現(xiàn)在水泥發(fā)展歷史上有很重大的意義。1877年，英國(guó)的克蘭普頓在已有的生產(chǎn)水泥基礎(chǔ)上，發(fā)明了回轉(zhuǎn)爐，這種設(shè)備和以前的窯式制造水泥的設(shè)備相比在各方面都具有很大的提升。這種設(shè)備被不斷地改良，現(xiàn)今被廣泛地應(yīng)用于水泥工業(yè)中煅燒水泥熟料的過程。我國(guó)的水泥廠是在河北唐山的一個(gè)“細(xì)綿土”廠的基礎(chǔ)上建立起來(lái)的，名叫啟新洋灰公司，當(dāng)時(shí)的產(chǎn)量可達(dá)每年四萬(wàn)噸。近代，由于發(fā)展的需要，對(duì)各類建造的要求不一樣，比如水利設(shè)施所需水泥的強(qiáng)度就很高，因此人們都在不斷地改進(jìn)和提高波特蘭水泥性能，在此過程中，還成功地發(fā)現(xiàn)并研制了一批可以滿足特殊建筑工程需求的水泥，例如高鋁水泥，特種水泥等等?，F(xiàn)如今已經(jīng)有的水泥品種達(dá)到了100多種，據(jù)統(tǒng)計(jì)，在2007年全世界的水泥產(chǎn)量大概達(dá)20億噸。水泥使用的地方非常廣泛，而且不同的工程對(duì)其的要求也不一樣，因此早在1952年我國(guó)就制定了第一個(gè)水泥的全國(guó)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，確定了水泥生產(chǎn)的原則是多品種、多標(biāo)號(hào)，并由波蘭特水泥所含的主要礦物組成將其改名為矽酸鹽水泥，后來(lái)又改成了硅酸鹽水泥直到現(xiàn)在。2012年，中國(guó)的水泥年產(chǎn)量達(dá)到21.84億噸，占全球水泥總產(chǎn)量的50%以上[1]。1.2水泥的分類總的來(lái)說，水泥的分類方式可以有以下三大類：1.按其用途和性能分：（1）通用水泥:這種水泥是土木建筑工程使用最為廣泛的水泥。通用水泥主要指的是：GB175—2007規(guī)定的六大類水泥，即硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥和復(fù)合硅酸鹽水泥。人們?nèi)粘Ｉ钪幸姷阶疃嗟谋闶峭ㄓ盟?。?）專用水泥：這種水泥具有專門的用途。如：G級(jí)油井水泥，道路硅酸鹽水泥等。這種水泥的針對(duì)性很強(qiáng)，只有在相應(yīng)的要求下才會(huì)使用專用水泥。（3）特性水泥：在水泥生產(chǎn)過程中添加的輔料不同或者添加量不同，會(huì)讓生產(chǎn)出來(lái)的水泥帶有一定的特性。如：快硬硅酸鹽水泥、低熱礦渣硅酸鹽水泥、磷鋁酸鹽水泥、膨脹硫鋁酸鹽水泥和磷酸鹽水泥等。2.按其主要水硬性物質(zhì)名稱分：（1）硅酸鹽水泥，即國(guó)外通稱的波特蘭水泥；（2）硫鋁酸鹽水泥；（3）鋁酸鹽水泥；（4）鐵鋁酸鹽水泥；（5）氟鋁酸鹽水泥；（6）磷酸鹽水泥；（7）以火山灰或潛在具有水硬性的材料及其他活性材料為主要成分的水泥。3.按其主要技術(shù)特性分：（1）快硬性（水硬性）：分為快硬和特快硬兩類；（2）水化熱：分為低熱和中熱兩類；（3）抗硫酸鹽性：分中抗硫酸鹽腐蝕和高抗硫酸鹽腐蝕兩類；（4）膨脹性：分為膨脹和自應(yīng)力兩類；（5）耐高溫性：鋁酸鹽水泥是耐高溫的水泥，它的耐高溫性能是按照水泥中氧化鋁含量來(lái)分級(jí)的[2]。本文設(shè)計(jì)的是硅酸鹽水泥的生產(chǎn)配料系統(tǒng)。1.3水泥的生產(chǎn)工藝流程水泥生產(chǎn)線是由生產(chǎn)水泥的一系列設(shè)備組成的水泥設(shè)備生產(chǎn)線。整個(gè)生產(chǎn)過程主要有原料的破碎及預(yù)均化、生料制備均化、預(yù)熱分解、水泥熟料的加工、水泥粉磨包裝等。下面對(duì)這些過程做一個(gè)簡(jiǎn)單地介紹：1.破碎及預(yù)均化：這是水泥生產(chǎn)的第一個(gè)步驟，將運(yùn)來(lái)的水泥原料石灰石等用破碎機(jī)破碎并均化混合后經(jīng)皮帶運(yùn)輸機(jī)送入生料均化庫(kù)。2.生料制備均化：由于預(yù)均化的混合達(dá)不到配比需求，還必須將破碎的原料再進(jìn)行一次均化。3.預(yù)熱分解：石灰石等原料按比例均化后便是煅燒了，由于直接煅燒所需時(shí)間久，能量大，這就要在煅燒之前先將生料加熱，使之獲取足夠能量分解后再經(jīng)回轉(zhuǎn)窯送到篦冷機(jī)冷卻后輸送到熟料存放的地方。4.水泥熟料的加工：這時(shí)的水泥也可以使用，但成品相對(duì)較高，因此往往還需要加入一些其他便宜的輔料，用來(lái)降低成品。將熟料和輔料按比例混合后送入磨機(jī)房進(jìn)一步加工，這時(shí)出來(lái)的水泥便是成品了，經(jīng)提升機(jī)送入水泥庫(kù)。5.水泥粉磨包裝：這是水泥制備的最后一道工序。因有的地方使用水泥量不是特別多，并且易于儲(chǔ)藏，需要將水泥成品進(jìn)行裝袋處理。這整個(gè)過程中，在生料的制備和后面的熟料加工都會(huì)有配料這個(gè)過程，因此它對(duì)于水泥的生產(chǎn)是非常重要的。配料的精度決定著水泥的質(zhì)量，自動(dòng)配料系統(tǒng)對(duì)水泥生產(chǎn)帶來(lái)很多便利。2系統(tǒng)模型及總體設(shè)計(jì)本章主要介紹水泥配料系統(tǒng)的工作原理，整個(gè)系統(tǒng)的模型，以及總體設(shè)計(jì)。2.1水泥自動(dòng)配料的原理分析水泥成品是由熟料（石灰石、粘土等煅燒而得）、礦渣、石膏等材料按一定比例的配比混合后磨制而成。該自動(dòng)配料系統(tǒng)由3臺(tái)皮帶秤配料線組成，編號(hào)為1#、2#、3#，其中1#為主料即熟料秤，2#，3#分別為礦渣和石灰石秤。配比方式采用的是總量比例控制，即操作員只需設(shè)定三種物料總的下料量，再設(shè)定這幾種物料的具體配比是多少，系統(tǒng)就可以自動(dòng)計(jì)算出各物料的下料設(shè)定值，分別存儲(chǔ)在CPU中，在系統(tǒng)運(yùn)行過程中將測(cè)量值與設(shè)定值對(duì)比，再相應(yīng)的去調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，自動(dòng)控制各物料的下料量，使各物料的實(shí)際下料量與設(shè)定值相同[3]。當(dāng)生產(chǎn)工藝發(fā)生改變，需要生產(chǎn)另一種強(qiáng)度的水泥時(shí)，操作員可以直接修改各物料新的下料量，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)計(jì)算出設(shè)定值，非常便捷，能滿足不同的生產(chǎn)需求。自動(dòng)配料系統(tǒng)其實(shí)就是一個(gè)將生產(chǎn)需要的每一種物料進(jìn)行單獨(dú)稱重后并按照工藝設(shè)定的比例去混合的自動(dòng)化過程，可以簡(jiǎn)單地描述成以下幾部分：1.給料部分：給料部分是從物料庫(kù)向定量給料機(jī)中下料的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。2.稱重部分：物料下到定量給料機(jī)上，上面的皮帶秤獲取重量后將數(shù)據(jù)反饋給PLC，通過與設(shè)定值對(duì)比，調(diào)節(jié)皮帶電機(jī)的轉(zhuǎn)速。3.下料部分：在配料過程中，還需要運(yùn)輸皮帶按固定的轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)，經(jīng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)后的物料從下料口下到皮帶上。4.配料控制系統(tǒng)：這是整個(gè)系統(tǒng)的核心，它主要由稱重和測(cè)速元件、PLC、上位機(jī)及現(xiàn)場(chǎng)控制箱等組成。自動(dòng)配料系統(tǒng)相當(dāng)于是一種自動(dòng)衡器，它要連續(xù)自動(dòng)的測(cè)量出物料在運(yùn)輸過程中的重量，也就是實(shí)時(shí)的物料重量，并且還要自動(dòng)完成累計(jì)，具有實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)自動(dòng)測(cè)量的特點(diǎn)。在稱重過程中所測(cè)量得到的值，也就是流量的累計(jì)量，這個(gè)值跟物料重量和皮帶電機(jī)速度都有關(guān)系。所以，在采集皮帶上物料重量的同時(shí)，必須采集皮帶運(yùn)行的速度，并把這兩個(gè)值送到控制器進(jìn)行乘積和積分運(yùn)算，運(yùn)算的結(jié)果即為此時(shí)配料系統(tǒng)的配料速度和已經(jīng)配料的累計(jì)值。2.2系統(tǒng)的模型分析整個(gè)配料系統(tǒng)的模型由物料庫(kù)、定量給料機(jī)、皮帶運(yùn)輸機(jī)三大部分組成。物料庫(kù)是三種原料存儲(chǔ)的地方，當(dāng)整個(gè)系統(tǒng)的皮帶運(yùn)輸機(jī)啟動(dòng)后開啟閥門下料；定量給料機(jī)集稱重、測(cè)速和輸送物料為一身；皮帶運(yùn)輸機(jī)用作運(yùn)輸混合后的材料。其結(jié)構(gòu)如圖2.1所示。圖2.1自動(dòng)配料結(jié)構(gòu)圖從圖中可以看出，系統(tǒng)是由三大部分組成，熟料庫(kù)的下料口是有固定開度的，皮帶運(yùn)輸機(jī)的速度也是固定的，所以熟料庫(kù)下料及運(yùn)輸機(jī)部分的控制相對(duì)簡(jiǎn)單，整個(gè)控制重點(diǎn)集中在定量給料機(jī)上面。它集測(cè)速和稱重，而且三臺(tái)機(jī)器的運(yùn)行狀態(tài)是需要實(shí)時(shí)同步的。2.3系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)在水泥的生產(chǎn)過程中，配料是為了將各種原料按照合適的比例來(lái)下料，優(yōu)良的配料比例，可以降低成本，使生產(chǎn)的水泥質(zhì)量?jī)?yōu)秀。不同的配料比例所得到的產(chǎn)品就不一樣，不合適的配料比例甚至?xí)股a(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量不合格。因此，配料的精確度、準(zhǔn)確度，決定了水泥成品的質(zhì)量。配料系統(tǒng)中，定量給料機(jī)按照200t/h的總量來(lái)進(jìn)行給料，三種物料的比例分別為熟料80%，礦渣15%，石膏5%。因此，需要滿足熟料每小時(shí)給料量為160t，礦渣30t,石膏10t。當(dāng)然，實(shí)際生產(chǎn)過程中不可能是一小時(shí)才累積一次數(shù)據(jù)，這樣萬(wàn)一有誤差就非常大了。本設(shè)計(jì)通過皮帶運(yùn)行一定時(shí)間內(nèi)來(lái)對(duì)系統(tǒng)的物料重量采樣一次，稱重傳感器檢測(cè)的是皮帶上某段物料的重量，把這段時(shí)間作為系統(tǒng)的固定采樣時(shí)間，再將實(shí)際流量值與系統(tǒng)設(shè)定值作對(duì)比，由PLC判斷有無(wú)誤差，來(lái)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速。簡(jiǎn)單點(diǎn)說就是采用流量控制原理。將稱重傳感器的測(cè)量值和速度傳感器的測(cè)量值同時(shí)送入上位機(jī)，控制器將速度信號(hào)與稱重信號(hào)進(jìn)行處理，得到瞬時(shí)流量及累計(jì)量。速度傳感器直接連在大直徑測(cè)速滾筒上，提供一系列脈沖信號(hào)，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。我們可以把每次采集的物流量看成是脈沖信號(hào)，每來(lái)一個(gè)上升沿信號(hào)就對(duì)流量采樣一次，這樣只需要在PLC的程序內(nèi)添加一個(gè)計(jì)數(shù)器，就可以通過兩次采樣在皮帶運(yùn)行一定距離所花的時(shí)間，計(jì)算出瞬時(shí)值。知道了實(shí)際測(cè)量值和設(shè)定的流量值，就可以作出比對(duì)，來(lái)調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。因?yàn)檫@兩個(gè)值的概念不同，無(wú)法統(tǒng)一計(jì)算，因此需要用到PID調(diào)節(jié)。在工業(yè)生產(chǎn)的過程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)實(shí)際測(cè)量值和設(shè)定值有偏差，但是這些偏差又是人們不想要的，因此需要想辦法消除或者減少它們，普遍采用的是對(duì)偏差進(jìn)行比例、積分、微分三種控制方式組合的辦法，人們稱之為PID調(diào)節(jié)。僅使用比例控制時(shí)，能夠?qū)⒈壤脕?lái)體現(xiàn)系統(tǒng)的偏差，當(dāng)系統(tǒng)有了偏差時(shí)，它會(huì)馬上產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用來(lái)降低偏差。調(diào)節(jié)時(shí)間跟比例的大小成反比關(guān)系，一個(gè)大一個(gè)就小，但如果比例太大會(huì)造成系統(tǒng)的穩(wěn)定性降低，嚴(yán)重還會(huì)出現(xiàn)系統(tǒng)不穩(wěn)定的情況。積分的作用就是要將系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差消除，讓整個(gè)系統(tǒng)沒有一點(diǎn)誤差。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)誤差時(shí)，積分調(diào)節(jié)就開始作用，直到消除誤差。積分作用的強(qiáng)弱取決于積分的時(shí)間常數(shù)Ti。Ti越小，積分強(qiáng)度越大；反之則越小。加入了積分調(diào)節(jié)后，會(huì)讓系統(tǒng)的響應(yīng)速度降低，因此普遍將其它兩種調(diào)節(jié)方式和積分作用相組合，組成PI或PID調(diào)節(jié)。PI是最常用的控制方式。最后一種是微分調(diào)節(jié)，它能將系統(tǒng)產(chǎn)生的偏差信號(hào)變化率反映出來(lái)，這樣就可以在偏差變化之前知道它的趨勢(shì)并且在它產(chǎn)生之前就將其消除掉，能夠達(dá)到超前的控制作用。但是微分作用對(duì)噪聲等的干擾有放大作用，因此太大的微分調(diào)節(jié)，反而不利于系統(tǒng)的抗干擾。這里強(qiáng)調(diào)一下，微分作用不能單獨(dú)使用，需要和另外兩種調(diào)節(jié)方式結(jié)合使用，組成PID控制器[4]。PID的調(diào)節(jié)原理如圖2.2所示。圖2.2PID調(diào)節(jié)原理在配料過程中，需要同時(shí)采集三臺(tái)皮帶機(jī)上物料的重量以及電機(jī)的轉(zhuǎn)速，將采集后的數(shù)值送到控制器（PLC）與設(shè)定值做對(duì)比，檢測(cè)是否有誤差，并作出相應(yīng)的調(diào)節(jié)。對(duì)每一臺(tái)的控制都是相同的。3系統(tǒng)主要器件的介紹3.1西門子變頻器簡(jiǎn)介變頻器，是現(xiàn)今工業(yè)自動(dòng)化上使用較為廣泛的產(chǎn)品之一，它將變頻技術(shù)和微電子技術(shù)相結(jié)合，可以通過改變電壓輸出頻率，去相應(yīng)的調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，在實(shí)際的生產(chǎn)中，有著很大的作用。3.1.1MM420基本組成及特點(diǎn)對(duì)本系統(tǒng)來(lái)說，電機(jī)帶動(dòng)皮帶運(yùn)作，要使配料準(zhǔn)確、精確度高，因此電機(jī)的轉(zhuǎn)速是需要變化的，需要隨時(shí)按照PLC的信號(hào)進(jìn)行調(diào)速，所以變頻器是必不可少的重要元器件。而且變頻器還具有節(jié)能的特點(diǎn)，非常適用于水泥生產(chǎn)這一類的高能耗企業(yè)。一般來(lái)說，變頻器的內(nèi)部電路都有兩個(gè)部分，一是完成電能轉(zhuǎn)換過程（整流、逆變）的主電路；二是處理信息的收集、變換和傳輸?shù)目刂齐娐贰?.主電路變頻器的主電路可以將電源提供的交流電壓先經(jīng)整流轉(zhuǎn)換成直流電壓；在內(nèi)部控制下，再將直流電壓經(jīng)逆變轉(zhuǎn)換成頻率和電壓都可以調(diào)節(jié)的交流電壓輸出給負(fù)載電機(jī)，這就可以根據(jù)需要去調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，而不需要負(fù)載電機(jī)一直在工頻運(yùn)行，起到了一定的節(jié)能作用。其中直流環(huán)節(jié)是通過電容來(lái)進(jìn)行濾波的，因此其屬于電壓型的交-直-交變頻器。2.控制電路控制電路包含了CPU、模擬輸入、模擬輸出、數(shù)字輸入、輸出繼電器觸頭、操作面板等部件。MM420是西門子公司生產(chǎn)的一個(gè)變頻器系列，它功能強(qiáng)大，并且型號(hào)多種，能滿足絕大多數(shù)工廠的使用要求。

3.1.2MM420適用環(huán)境及優(yōu)點(diǎn)1.MM420適用環(huán)境由于變頻器的節(jié)能以及調(diào)速性能優(yōu)越，被廣泛的應(yīng)用在了現(xiàn)代化工廠生產(chǎn)上面，不僅僅如此，連我們熟知的空調(diào)都早已有了變頻功能。MM420是西門子公司的一款性能非常好的變頻器，可以滿足大多數(shù)工廠的生產(chǎn)需求，相應(yīng)的，變頻器對(duì)工作環(huán)境也是有著一定的要求:一般來(lái)說，它的工作環(huán)境溫度不得低于-10℃，高于60℃；空氣的相對(duì)濕度要≤95%，沒有結(jié)露現(xiàn)象，露水使內(nèi)部器件損壞。不能將變頻器從高處掉落或受到猛烈的撞擊,這可能使變頻器損壞；不能把變頻器安裝在會(huì)有經(jīng)常震動(dòng)和離電磁輻射源頭很近的地方，因?yàn)檎饎?dòng)久了也會(huì)使并聘請(qǐng)受損，而電磁輻射源頭的輻射一般比較強(qiáng)，會(huì)對(duì)其精確性造成影響。2.變頻器的優(yōu)點(diǎn)再來(lái)說說它的優(yōu)點(diǎn)，變頻器的安裝非常容易，而且調(diào)試比較簡(jiǎn)單易懂，新人也會(huì)很快上手；EMC設(shè)計(jì)得非常堅(jiān)固；可以用IT（中性點(diǎn)不接地）電源來(lái)對(duì)自身供電；能非常迅速的響應(yīng)接收到的信號(hào)并且可重復(fù)；其內(nèi)部的參數(shù)很多，確保了它可以應(yīng)用的區(qū)域非常廣，能配置多種應(yīng)用對(duì)象。3.保護(hù)特性變頻器本身也是具有很多保護(hù)設(shè)置的，如過電壓/欠電壓保護(hù)；過熱保護(hù)；短路保護(hù)等等，使用安裝都非常簡(jiǎn)單方便[5]。3.2稱重及測(cè)速裝置簡(jiǎn)介在本系統(tǒng)的控制中，需要知道皮帶電機(jī)的速度和物料的實(shí)時(shí)下料重量來(lái)進(jìn)行計(jì)算，這就需要用到測(cè)速和稱重的器件來(lái)進(jìn)行測(cè)量。旋轉(zhuǎn)編碼器是一類能夠測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速的器件。光電式的旋轉(zhuǎn)編碼器可以通過光信號(hào)和電信號(hào)的相互轉(zhuǎn)換，將電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸的角位移、角速度等信息轉(zhuǎn)換成與這些信息相對(duì)應(yīng)的電脈沖信號(hào)再以數(shù)字量輸出。它的技術(shù)核心參數(shù)主要有對(duì)應(yīng)碼盤每一轉(zhuǎn)的脈沖個(gè)數(shù)（從幾十個(gè)到上千個(gè)都有）和額定電壓大小等。光電式旋轉(zhuǎn)編碼器的輸出有單路和雙路兩種類型。其中單路輸出指的是旋轉(zhuǎn)編碼器的輸出就只有一組脈沖信號(hào)，而雙路輸出的旋轉(zhuǎn)編碼器的輸出有兩組A/B相位差90度的脈沖信號(hào)，這樣我們不僅可以通過這兩組脈沖測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度，還可以判斷電機(jī)旋轉(zhuǎn)的方向，實(shí)際使用中非常便利[6]。1.基本簡(jiǎn)介根據(jù)編碼器的工作原理去劃分，我們可以將它分為增量式和絕對(duì)式兩個(gè)類別。增量式編碼器是利用計(jì)數(shù)增量的方法來(lái)測(cè)量設(shè)備位移的。電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)，它將所測(cè)得的位移量轉(zhuǎn)變成為具有周期性質(zhì)的模擬量信號(hào)，即電流信號(hào)，再通過內(nèi)部轉(zhuǎn)換，把電信號(hào)轉(zhuǎn)換成一個(gè)個(gè)的脈沖，再用累計(jì)到的脈沖數(shù)去計(jì)算出位移的大小；絕對(duì)式編碼器的測(cè)量就相對(duì)簡(jiǎn)單了，它用來(lái)測(cè)量的碼盤上面所有位置都刻上了相應(yīng)的數(shù)字碼，我們只需要知道測(cè)量的開始和結(jié)束的位置就能夠求得結(jié)果，至于它具體是怎么測(cè)量的可以不用過問。相對(duì)來(lái)說，絕對(duì)編碼器的抗干擾性和所測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性要比其它編碼器好一點(diǎn)，這是因?yàn)樗臋C(jī)械結(jié)構(gòu)比較特別。它的碼盤上面每個(gè)位置都有數(shù)字碼，并且這些數(shù)字沒有重復(fù)的，每個(gè)位置的數(shù)字都是唯一的[7]。在工作的時(shí)候，它只需要讀取當(dāng)前位置的數(shù)字就可以知道所處的位置，而不需要通過記憶和找尋參考點(diǎn)來(lái)得知。絕對(duì)值編碼器的軸跟著電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)時(shí)，不斷會(huì)有二進(jìn)制碼或BCD碼輸出，這些輸出的代碼都是與編碼器上刻度位置相對(duì)應(yīng)的，我們可以從代碼大小的變化去獲得電機(jī)此時(shí)旋轉(zhuǎn)的方向和位移在編碼器上刻度的位置，而不需要靠向電路去判斷。絕對(duì)編碼器上有一個(gè)絕對(duì)零位代碼，意味著有某個(gè)位置一直都是零位，當(dāng)突然掉電或重新啟動(dòng)后再做新一次的測(cè)量時(shí)，它依舊能夠無(wú)誤地讀出掉電或重啟位置的代碼，并準(zhǔn)確無(wú)誤地找到零位代碼的位置。一般地，絕對(duì)值編碼器能夠測(cè)量的范圍為一個(gè)圓周，但如果使用的地方有需求的話，也有對(duì)應(yīng)的型號(hào)來(lái)進(jìn)行多周測(cè)量。針對(duì)于水泥生產(chǎn)的環(huán)境，本文所采用的是絕對(duì)編碼器。稱重傳感器是一種將質(zhì)量信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓽y(cè)量的電信號(hào)輸出的裝置，本設(shè)計(jì)將這兩個(gè)原件都安裝在定量給料機(jī)上。3.3定量給料機(jī)簡(jiǎn)介定量給料機(jī)是一種為固體散狀物料（塊狀、顆粒、粉狀等）連續(xù)稱重計(jì)量兼定量輸送的機(jī)械設(shè)備，由環(huán)形皮帶、秤架、電機(jī)、稱重和測(cè)速傳感器等組成的一個(gè)整體，它是集稱重計(jì)量與流量控制于一體的連續(xù)稱重設(shè)備，也叫調(diào)速秤或者電子皮帶秤[8]。被廣泛應(yīng)用于水泥、礦山、建材、糧食、化工等行業(yè)。定量給料機(jī)是對(duì)散狀物料進(jìn)行連續(xù)稱量并給料的的高科技產(chǎn)品，根據(jù)我國(guó)的工業(yè)發(fā)展情況，對(duì)它做了一些改進(jìn)。改良后的定量給料機(jī)不僅價(jià)格相對(duì)便宜，而且質(zhì)量也有了很大的提升。它能在比較惡劣的環(huán)境下運(yùn)作，適應(yīng)性較強(qiáng)。定量給料機(jī)主要用于各種粒狀和粉狀物料等進(jìn)行自動(dòng)喂料和累積物料量，為許多工業(yè)生產(chǎn)過程提供自動(dòng)化的運(yùn)行狀態(tài)并能獲得一些用戶想知道的實(shí)時(shí)計(jì)量數(shù)據(jù)。其工作原理依據(jù)的是PID調(diào)節(jié)，將測(cè)量的電機(jī)速度和實(shí)時(shí)物料量送入上位機(jī)求出瞬時(shí)流量，再和設(shè)定值對(duì)比，PLC將對(duì)比結(jié)果進(jìn)行PID調(diào)節(jié)后輸出調(diào)節(jié)信號(hào)到變頻器，不斷地去控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，使給料量盡可能地和設(shè)定值一致。圖2.1為定量給料機(jī)實(shí)物圖。圖2.1定量給料機(jī)實(shí)物圖4PLC簡(jiǎn)介及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)本章主要介紹了主控制器PLC，對(duì)系統(tǒng)的要求，PLC輸入/輸出端口的的分配，PLC及其擴(kuò)展模塊的外部接線圖。4.1PLC簡(jiǎn)介PLC，是一種可由程序通過其內(nèi)部的運(yùn)算，并通過一些數(shù)字量或模擬量去控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程的設(shè)備，它是由美國(guó)的一家公司最先研制開發(fā)出來(lái)的。PLC的誕生起源于美國(guó)的汽車制造業(yè)，在20世紀(jì)60年代那一個(gè)時(shí)期，美國(guó)的汽車行業(yè)發(fā)展非?？欤鄳?yīng)的，汽車制造商們的競(jìng)爭(zhēng)也是非常明顯，各個(gè)生產(chǎn)廠商為了搶占市場(chǎng)獲取更大的利益，不斷地更新自身廠商的汽車型號(hào)，去吸引消費(fèi)者的眼球，這就要求汽車生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)跟著汽車型號(hào)的更新而去不斷更新，并且還要針對(duì)不同的需求去重新設(shè)計(jì)或大量更改已有的生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)。由于在當(dāng)時(shí)普遍使用繼電器控制，并且線路是硬件電路連接，如果頻繁且大規(guī)模的改動(dòng)非常麻煩，因此在1968年美國(guó)通用汽車公司（GM）針對(duì)上面的問題首次進(jìn)行公開招標(biāo)，并對(duì)其所需要的控制系統(tǒng)提出了下列要求:第一個(gè)是系統(tǒng)的繼電控制系統(tǒng)短期內(nèi)就可以設(shè)計(jì)，比較容易更改，接線不能太過繁瑣，并且成本要低；第二個(gè)是系統(tǒng)能結(jié)合計(jì)算機(jī)和繼電器控制兩者的特點(diǎn)，但編程又比計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)單易學(xué)、操作方便；第三個(gè)是系統(tǒng)通用性強(qiáng)[9]。基于上訴要求，美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（EDC）在第二年就研制開發(fā)出了一臺(tái)設(shè)備，并在GM公司汽車生產(chǎn)線上應(yīng)用成功。這就是世界上第一臺(tái)可編程序控制器，型號(hào)為PDP-14。人們根據(jù)它的特性和所能實(shí)現(xiàn)的功能，把這臺(tái)設(shè)備叫做可編程序邏輯控制器（ProgrammableLogicController）,簡(jiǎn)稱PLC。當(dāng)時(shí)開發(fā)這種設(shè)備主要是想用來(lái)替代那種更換和維護(hù)都不容易的繼電器邏輯控制系統(tǒng)，所以最開始它也僅僅只是具有跟以前系統(tǒng)相似的等一些比較簡(jiǎn)單地功能。隨著科技的飛速進(jìn)步，在20世紀(jì)中后期發(fā)明制造出了微處理器和微型計(jì)算機(jī)，人們將其和可編程邏輯控制器相結(jié)合，使可編程序邏輯控制器在原有的基礎(chǔ)上增加了微機(jī)所具有的運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，這使它進(jìn)一步升級(jí)，成為了比較完善、功能全面的工業(yè)控制裝置。這個(gè)時(shí)候的可編程邏輯控制器可以說是同時(shí)具有了繼電器常規(guī)控制概念和微機(jī)技術(shù)兩者的特點(diǎn)。在家用電腦越來(lái)越多的走進(jìn)人們生活中后，就將可編程邏輯控制器正式定名為ProgrammableLogicController（PLC），這樣不僅比較方便，能夠反映出可編程控制器的功能特點(diǎn)，而且還不會(huì)和計(jì)算機(jī)（PC）相沖突。1.PLC的定義國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)在1980年代初就開始了有關(guān)可編程序控制器國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的制定工作，并發(fā)布了數(shù)稿草案。在2003年發(fā)布的可編程序控制器國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC61131-1(通用信息)中對(duì)可編程序控制器有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)定義：“可編程序邏輯控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境而設(shè)計(jì)。它采用了可編程序儲(chǔ)存器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、技術(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的基于用戶的指令，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)器或過程。PLC及其相關(guān)的外圍設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)集成，易于實(shí)現(xiàn)其語(yǔ)氣功能的原則設(shè)計(jì)?！庇蓢?guó)際電工委員會(huì)給出的對(duì)PLC的定義我們可以知道，它是一種專門為工業(yè)所設(shè)計(jì)的設(shè)備，我們都知道工業(yè)生產(chǎn)的環(huán)境往往比較惡劣，因此它作為工業(yè)生產(chǎn)所用的設(shè)備，必須要有強(qiáng)力的抗干擾能力和高度對(duì)不同環(huán)境的適應(yīng)能力，同時(shí)也要具有比較廣的應(yīng)用范圍。這是把可編程序控制器和一般的微機(jī)控制系統(tǒng)加以區(qū)分的重要特性。定義也指出了PLC為“數(shù)字運(yùn)算操作系統(tǒng)”，那也就相當(dāng)于是計(jì)算機(jī)的一種，只不過它是專在工業(yè)生產(chǎn)上使用的計(jì)算機(jī)，是為工業(yè)生產(chǎn)而特意設(shè)計(jì)的。對(duì)用戶來(lái)說，PLC的程序編寫非常的方便，通過程序的運(yùn)行，它可以完成邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)等操作，輸入和輸出可以是開關(guān)量，也可以是模擬量，而且還能很輕松的跟工廠現(xiàn)有的控制系統(tǒng)相結(jié)合，易于實(shí)現(xiàn)對(duì)PLC在工業(yè)上的要求，滿足用戶的各種需求。從PLC的定義中我們還可以知道，它設(shè)計(jì)出來(lái)是專用在工業(yè)控制系統(tǒng)上的，所以盡管它的種類非常多，并且不同廠商制造的PLC在結(jié)構(gòu)、功能上多少有區(qū)別，但是其系統(tǒng)內(nèi)部的組成和它的工作原理基本上都是一致的?？傮w來(lái)說，PLC系統(tǒng)都是由硬件和軟件兩個(gè)部分相結(jié)合起來(lái)的，工作方式采用的都是集中采樣和集中輸出的周期性循環(huán)掃描。2.PLC的基本組成可編程邏輯控制器實(shí)際上也算是計(jì)算機(jī)的一種，不過它是專用于工業(yè)控制的，即使如此，它的硬件結(jié)構(gòu)也基本上與微機(jī)相同，主要由CPU、電源、存儲(chǔ)器和專門設(shè)計(jì)的輸入輸出接口電路等組成。PLC的結(jié)構(gòu)框圖如圖4.1所示。圖4.1PLC結(jié)構(gòu)框圖PLC有很強(qiáng)的耐用性和適應(yīng)性，并且抗抗干擾能力也很強(qiáng)。使用期間，不出故障的時(shí)間平均下來(lái)差不多可以有3-5萬(wàn)小時(shí)。并且PLC還具有維修便捷；靈活；通用；功能完善；接線簡(jiǎn)單；編程簡(jiǎn)單；使用方便等眾多優(yōu)點(diǎn)。針對(duì)水泥生產(chǎn)的環(huán)境和自身所學(xué)，本設(shè)計(jì)的主控制器選用的是西門子S7-200系列的PLC。4.2系統(tǒng)控制要求分析自動(dòng)配料系統(tǒng)主要由PLC、稱重傳感器、變頻器、皮帶驅(qū)動(dòng)電機(jī)及低壓電器組成。系統(tǒng)的主要任務(wù)是在收到了實(shí)際測(cè)量值后，上位機(jī)通過程序，把這個(gè)測(cè)量值跟設(shè)定值比對(duì)，若出現(xiàn)偏差則按照程序進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，再把調(diào)節(jié)以后的信號(hào)送入變頻器，來(lái)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，達(dá)到一個(gè)平衡的狀態(tài)；若沒有偏差則直接輸出。三種物料的調(diào)節(jié)需要同步。系統(tǒng)運(yùn)行流程如下：1.系統(tǒng)通電，按下啟動(dòng)按鈕SB1，皮帶運(yùn)輸機(jī)和定量給料機(jī)先后啟動(dòng)，檢測(cè)四臺(tái)電機(jī)是否正常運(yùn)轉(zhuǎn)，若正常，開啟物料庫(kù)閥門下料；若有電機(jī)故障，則停止。這里，須定量給料機(jī)和皮帶運(yùn)輸機(jī)先順序啟動(dòng)，并由稱重裝置檢測(cè)是否有物料，再開啟物料庫(kù)下料閥門。如果先開啟下料閥門而皮帶沒有運(yùn)作，容易造成物料將皮帶坐死。2.系統(tǒng)正常啟動(dòng)并運(yùn)行后，便自動(dòng)按照程序執(zhí)行。若物料量大于設(shè)定值，稱重傳感器送入上位機(jī)的信號(hào)會(huì)增大，經(jīng)PID調(diào)節(jié)后，控制器輸出給變頻器的信號(hào)變小，相應(yīng)的降低電機(jī)轉(zhuǎn)速，使實(shí)際值和設(shè)定值一致。反之就是提高電機(jī)轉(zhuǎn)速。達(dá)到實(shí)時(shí)穩(wěn)態(tài)恒流量控制。根據(jù)控制要求，本系統(tǒng)中總共有四臺(tái)電機(jī)：三臺(tái)皮帶秤上的電機(jī)，一臺(tái)皮帶運(yùn)輸機(jī)上的電機(jī)。其接線如圖4.2所示。圖4.2電機(jī)主電路接線圖(1)M1為混料運(yùn)輸電機(jī)，M2-M4為三種物料的皮帶電機(jī)，且這三臺(tái)電機(jī)每一臺(tái)都有一個(gè)變頻器；QA0是隔離開關(guān)，通段主電源，對(duì)主電路起保護(hù)作用；熱繼電器BB對(duì)電機(jī)起過載保護(hù)；QA1-QA4為接觸器。4.2.1硬件介紹及信號(hào)傳遞1.控制結(jié)構(gòu)在系統(tǒng)運(yùn)行的狀態(tài)下，自動(dòng)配料系統(tǒng)利用定量給料機(jī)上的稱重傳感器和旋轉(zhuǎn)編碼器把皮帶上通過的物料重量與皮帶速度轉(zhuǎn)換成4-20毫安的電信號(hào)，轉(zhuǎn)換得到的兩組信號(hào)由現(xiàn)場(chǎng)端子盒送到主控制器進(jìn)行計(jì)算、調(diào)節(jié)，最后輸出一個(gè)合適的控制值到變頻器。（1）控制器由于本設(shè)計(jì)是用于水泥生產(chǎn)的自動(dòng)配料，考慮到系統(tǒng)應(yīng)用的工業(yè)

生產(chǎn)環(huán)境較為惡劣，粉塵、噪聲等外界的干擾有點(diǎn)多，因此本設(shè)計(jì)對(duì)主控制器的抗干擾性、耐用性和穩(wěn)定性都有比較高的要求。PLC是專用在工業(yè)生產(chǎn)上的控制器，對(duì)上訴要求都能夠滿足。綜合自動(dòng)配料系統(tǒng)的控制要求和自身所學(xué)，本設(shè)計(jì)選用西門子的S7-200PLC作為控制器。三臺(tái)皮帶秤電機(jī)需要三臺(tái)變頻器進(jìn)行調(diào)速，因此還需要PLC添加擴(kuò)展模塊。（2）稱重及測(cè)速裝置稱重傳感器是自動(dòng)配料系統(tǒng)檢測(cè)物料重量的部件，它的性能指標(biāo)很大程度上決定了自動(dòng)配料系統(tǒng)的測(cè)量精度和運(yùn)行穩(wěn)定性。本設(shè)計(jì)采用了電阻應(yīng)變式傳感器作為稱重裝置，它的工作方式為：當(dāng)s有重物經(jīng)過其表面時(shí)，它內(nèi)部的彈性體（彈性元件，敏感梁）會(huì)由于外部物品的重力而發(fā)生形變，這就會(huì)使它表面的一個(gè)轉(zhuǎn)換原件，電阻應(yīng)變片也跟著一起發(fā)生形變。在這個(gè)原件發(fā)生形變以后，它內(nèi)部的電阻值會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化（增大或減?。缓笤偻ㄟ^測(cè)量電路把這個(gè)電阻的變化量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)大小的電信號(hào)（電壓或電流），這樣就可以根據(jù)電信號(hào)得出具體重量了[10]。采用絕對(duì)值旋轉(zhuǎn)編碼器作為測(cè)速裝置。測(cè)得的數(shù)據(jù)會(huì)通過端子盒總線送到PLC。（3）調(diào)速裝置皮帶電機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的精準(zhǔn)度，決定了配料的精確度，且現(xiàn)場(chǎng)外部工作環(huán)境惡劣，粉塵多。本設(shè)計(jì)采用的是西門子MM420變頻器作為調(diào)速裝置，它具有一體化的構(gòu)造設(shè)計(jì)；控制方法采用了很強(qiáng)大的IGBT技術(shù)，起動(dòng)、制動(dòng)性能更優(yōu)良；還具有強(qiáng)大的通訊能力、準(zhǔn)確的控制性能、和高牢靠性；智能維護(hù)功能；友好的操作界面等優(yōu)點(diǎn)。2.信號(hào)傳遞的I/O點(diǎn)分配本系統(tǒng)中，共有四臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，分別為1#、2#、3#定量給料機(jī)上的皮帶電機(jī)，外加一個(gè)混料后的運(yùn)輸皮帶電機(jī)，4#。對(duì)于水泥的生產(chǎn)，配料和主料都是需要同時(shí)加入的，設(shè)定好了進(jìn)料量后，三種物料分別按比例下料，通過恒流量控制，達(dá)到實(shí)際下料量跟設(shè)定值相同。變頻器由PLC進(jìn)行控制，輸出驅(qū)動(dòng)皮帶電動(dòng)機(jī)。稱重傳感器測(cè)量物料重量，速度傳感器測(cè)量電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。(1)系統(tǒng)啟動(dòng)五秒后，檢測(cè)是否所有電機(jī)都正常運(yùn)轉(zhuǎn)，若有故障則停車，正常就開啟閥門下料，系統(tǒng)運(yùn)行。(2)生產(chǎn)過程中，稱重傳感器和測(cè)速傳感器將測(cè)得的數(shù)據(jù)送到PLC，算出實(shí)時(shí)流量和累積流量，將經(jīng)計(jì)算后的數(shù)據(jù)與設(shè)定值對(duì)比，若有偏差則調(diào)節(jié)器根據(jù)系統(tǒng)控制要求，將偏差經(jīng)PID調(diào)節(jié)來(lái)改變PLC的輸出信號(hào)以控制變頻器對(duì)輸送電動(dòng)機(jī)的速度調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)恒流量控制。(3)整個(gè)系統(tǒng)有電源指示、電機(jī)運(yùn)行指示、故障報(bào)警等。根據(jù)上述要求，PLC的I/O分配表如下：表4.3I/O分配表輸入輸出啟動(dòng)按鈕SB1I0.01#皮帶電機(jī)M1Q0.0停止按鈕SB2I0.12#皮帶電機(jī)M2Q0.1急停按鈕SB3I0.23#皮帶電機(jī)M3Q0.21#皮帶電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)信號(hào)I0.3混料運(yùn)輸機(jī)M4Q0.31#皮帶電機(jī)故障信號(hào)I0.41#物料閥Q1Q0.42#皮帶電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)信號(hào)I0.52#物料閥Q2Q0.52#皮帶電機(jī)故障信號(hào)I0.63#物料閥Q3Q0.63#皮帶電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)信號(hào)I0.7電源指示燈PG1Q0.73#皮帶電機(jī)故障信號(hào)I1.0送料電機(jī)運(yùn)行信號(hào)燈PG2Q1.01#變頻器故障信號(hào)I1.1皮帶電機(jī)運(yùn)行信號(hào)燈PG3Q1.12#變頻器故障信號(hào)I1.2變頻器故障信號(hào)燈PG4Q1.23#變頻器故障信號(hào)I1.3蜂鳴器PBQ1.31#測(cè)速傳感器模擬量輸入模塊1#變頻器控制信號(hào)AQW02#測(cè)速傳感器2#變頻器控制信號(hào)AQW13#測(cè)速傳感器3#變頻器控制信號(hào)AQW31#稱重傳感器模擬量輸入模塊2#稱重傳感器3#稱重傳感器4.2.2PLC外部接線圖從上面的I/O點(diǎn)分配可以知道，有12個(gè)數(shù)字量輸入、14個(gè)數(shù)字量輸出；AI點(diǎn)6個(gè)、AO點(diǎn)3個(gè)。由此參照S7-200產(chǎn)品目錄，選用主機(jī)為CPU224（14輸入/10輸出），加上擴(kuò)展模塊，EM222（4點(diǎn)繼電器輸出）、EM231（8AI）和EM232（4AO），這樣配置是最合適的。圖4.4是主機(jī)CPU224和擴(kuò)展的EM222接線圖，也可以說是開關(guān)量信號(hào)的接線圖。整體接線圖詳見附錄2。圖4.4開關(guān)量信號(hào)接線圖圖4.5是EM231和EM232的接線圖。圖4.5模擬量接線圖5程序和組態(tài)在上一個(gè)章節(jié)介紹了PLC的端口分配及外部接線，本章主要做程序和系統(tǒng)組態(tài)畫面的設(shè)計(jì)，完成論文。5.1系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)的主程序主要有皮帶電機(jī)啟動(dòng)程序、檢測(cè)是否下料程序、PID調(diào)節(jié)程序和最后的報(bào)警程序等幾部分。系統(tǒng)流程如圖5.1所示。圖5.1系統(tǒng)控制流程圖由上圖可知，系統(tǒng)主程序主要包括：1.調(diào)用初始化子程序，設(shè)定各初始值；2.啟動(dòng)電機(jī)，根據(jù)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)情況決定是否開啟下料閥門；3.根據(jù)流量偏差進(jìn)行PID調(diào)節(jié)控制；4.進(jìn)行自動(dòng)故障檢測(cè)報(bào)警和故障處理功能。經(jīng)過對(duì)本系統(tǒng)的反復(fù)思考，結(jié)合實(shí)際情況，可將程序分為公用程序、子程序調(diào)用、信息采集和PID調(diào)節(jié)幾個(gè)部分。在本設(shè)計(jì)中，公用程序包括了初始化、判斷是否下料、系統(tǒng)的工作方式和報(bào)警等部分。下面是根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行流程對(duì)主程序的一個(gè)簡(jiǎn)單描述：按下啟動(dòng)按鈕，皮帶電機(jī)啟動(dòng)，并檢測(cè)有無(wú)故障；圖5.3電機(jī)啟動(dòng)條件全部正常運(yùn)行M0.1作用；圖5.4M0.1作用條件(3)檢測(cè)無(wú)故障后，下料閥門開啟；圖5.5物料閥控制(4)生產(chǎn)線正常運(yùn)行指示；圖5.6正常運(yùn)行指示(5)若有故障則蜂鳴器報(bào)警。圖5.7報(bào)警信號(hào)5.2子程序設(shè)計(jì)整個(gè)系統(tǒng)有了主程序，還需要子程序才能更好地完成控制任務(wù)。在本程序中，子程序主要完成的是PID調(diào)節(jié)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等功能，整個(gè)程序詳見附錄2。5.3系統(tǒng)監(jiān)控畫面設(shè)計(jì)5.3.1人機(jī)界面簡(jiǎn)介隨著科技的進(jìn)步，在現(xiàn)代的工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，都使用了能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行過程的設(shè)備。在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，通常操作人員需要修改一些參數(shù)來(lái)改變生產(chǎn)線動(dòng)態(tài)，達(dá)到生產(chǎn)需求，并且也需要了解和掌握系統(tǒng)運(yùn)行的一些信息，比如系統(tǒng)當(dāng)前溫度、設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況等等。為了使“人”和“機(jī)器”能夠“交流”，就需要一些設(shè)備來(lái)完成兩者之間的數(shù)據(jù)交換。我們把這些設(shè)備稱作HMI，即人機(jī)界面或人機(jī)接口。1.HMI分類及其功能目前，在用的HMI大致可以分為文本顯示單元、操作員面板和較為先進(jìn)的觸摸屏三類。第一種不能顯示畫面，只能進(jìn)行最基本的參數(shù)設(shè)定和文字信息顯示，可以處理的信息量比較小，它是一種小型的HMI，主要用于對(duì)人機(jī)界面要求不是太高的場(chǎng)合；第二種是具有液晶顯示屏和按鍵，因此它可以顯示一些簡(jiǎn)單地畫面，而且每個(gè)按鍵都有上百萬(wàn)次的使用壽命，非常的可靠；第三種是近代發(fā)展迅速的HMI，它基本已經(jīng)成為了人機(jī)界面的代名詞，它沒有外部按鍵，由一塊觸摸屏組成，對(duì)參數(shù)的設(shè)定只需要觸摸屏幕相應(yīng)位置即可完成，觸摸屏美觀，小巧，使用方便，隨著現(xiàn)代觸摸屏技術(shù)的不斷進(jìn)步，使之成為了現(xiàn)在HMI的主流產(chǎn)品。通過HMI可以實(shí)現(xiàn)參數(shù)設(shè)定及發(fā)送控制指令、系統(tǒng)運(yùn)行過程動(dòng)態(tài)顯示、報(bào)警、數(shù)據(jù)記錄、信息處理、遠(yuǎn)程通信等功能[11]。2.組態(tài)軟件簡(jiǎn)介有了人機(jī)交互的硬件，還必須要有軟件才能實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。我們可以使用組態(tài)軟件來(lái)對(duì)系統(tǒng)監(jiān)控畫面進(jìn)行設(shè)計(jì)。組態(tài)軟件，又可以叫做組態(tài)監(jiān)控軟件。工程師們能在計(jì)算機(jī)上使用這一類軟件設(shè)計(jì)出各種他們想要的并且和觸摸屏相匹配的監(jiān)控畫面，這樣人們就能通過觸摸屏去控制生產(chǎn)線，并觀察實(shí)時(shí)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，而不需要工人時(shí)時(shí)刻刻都守在生產(chǎn)線。這些軟件的開發(fā)和使用都處在同一個(gè)層次，并且它們的組態(tài)方式十分便捷，適用的范圍非常廣，使用起來(lái)較為簡(jiǎn)單[12]。目前，市場(chǎng)上的組態(tài)軟件種類非常多，但不管它們的功能如何強(qiáng)大，有什么特殊點(diǎn)，一般都是具有下面的一些功能：(1)組態(tài)畫面對(duì)象軟件中內(nèi)置了許多跟實(shí)際物品相似的諸如按鈕、開關(guān)等元素，用戶可以設(shè)置輸入?yún)?shù)來(lái)改變系統(tǒng)實(shí)時(shí)輸入元素的狀態(tài)；還可以在畫面上顯示出輸出值。也可以根據(jù)各元素的狀態(tài)，去改變它們的顏色、形狀等，這樣看起來(lái)非常直觀，清楚易懂。這個(gè)功能是人機(jī)界面所具有的最重要，也是最基本的功能。(2)用戶管理這個(gè)功能是非常實(shí)用的，對(duì)于在實(shí)際生產(chǎn)中，技術(shù)人員可以具有較高的權(quán)限，可以查看并設(shè)置一些重要參數(shù)，而普通員工只能觀看畫面，這樣會(huì)起到防止誤操作的作用。(3)報(bào)警及報(bào)警處理在監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行過程中，當(dāng)系統(tǒng)故障或某些測(cè)量值與設(shè)定值有差距時(shí)，HMI會(huì)自動(dòng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)提醒工作人員并對(duì)這些信息記錄。(4)數(shù)據(jù)記錄HMI還具有數(shù)據(jù)記錄存儲(chǔ)的功能，上述提到的報(bào)警信號(hào)記錄也屬于數(shù)據(jù)記錄的一種，但因?yàn)樗拇鎯?chǔ)能力有限，無(wú)法保存大量的數(shù)據(jù)，一般都是定期保存，定期進(jìn)行數(shù)據(jù)清理。(5)報(bào)表功能可以把設(shè)置和實(shí)際的參數(shù)以表格的形式顯示并輸出；但一般來(lái)說，普通的組態(tài)軟件不具有表格管理和復(fù)雜數(shù)據(jù)處理的功能。(6)其他功能隨著科技的發(fā)展和生產(chǎn)的需求，一些比較高端的HMI還具備了打印、參數(shù)配方及