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1、1综综合合课课程程设设计计报报告告题目：集散型可编程序控制器调速秤配料系统题目：集散型可编程序控制器调速秤配料系统 学学 号：号： 班班 级：级： 姓姓 名：名： 指导教师：指导教师： 计计 算算 机机 与与 自自 动动 控控 制制 学学 院院2012 年年 12 月月 19 日日2目录目录摘要摘要第一章第一章 总体设计方案总体设计方案 .3 3第二章第二章 调速秤配料系统的总体设计调速秤配料系统的总体设计 .5 52.1 系统工作原理及工作过程 .52.2 系统整体工作框图.52.3 系统整体电气连接图.6第三章第三章 调速秤配料系统中的调速秤配料系统中的 PLCPLC 硬件选型与设计硬件选
2、型与设计 .7 73.1 PLC 的基本知识 .73.2 S7-300 简介 .103.3 PLC 的选型要点 .123.4 PLC 的中央处理器 CPU 的选型 .133.5 PLC 数字量输入/输出模块的选型与线路连接 .143.6 PLC 的模拟量输入模块的选型与线路连接 .153.7 模拟量输出模块的选型与线路连接.16第四章第四章 调速秤配料系统中的传感器和变频器的设计与选型调速秤配料系统中的传感器和变频器的设计与选型 .18184.1 传感器.184.1.1 传感器的基本知识 .184.1.2 称重传感器 .184.1.2 测速传感器 .24第五章第五章 调速秤监控组态设计调速秤监
3、控组态设计 .2525第六章第六章 各环节梯形图设计各环节梯形图设计 .3636参考文献参考文献3摘要摘要可编程程序控制器（PLC, Programmable Logic Controller）因其高可靠性和较高的性价比，而在工业控制中被广泛应用。组态软件由于计算机的普及和其本身价值（实时多任务、开放性、灵活性、通用性和可靠性）的被认知，也在快速的发展中。 本文基于可编程序控制器PLC和组态软件设计自动配料系统的控制系统和监控系统。首先，利用德国Siemens公司的S7-200系列PLC对自动配料系统进行控制。运用与之相配的STEP7编程，通过LAD编程语言编制了下位机的控制程序，从而使该配料
4、系统可以按要求完成自动配料，装料全过程。其次，自动配料系统的监控系统则采用了组态王组态软件对上位机监控软件组态，实现现场数据的实时监控。 本文的主要内容包括对生产过程控制系统发展和现状的概述、配料系统工作原理和配料控制系统的总体设计，重点描述了包括硬件设计、编程环境及软件设计在内的西门子PLC在配料系统中应用的一些细节、组态王组态软件及其在上位机监控系统中一些基本设计，以及PLC与上位机之间的通讯。关键字：关键字：可编程序控制器；配料；组态软件可编程序控制器；配料；组态软件第一章第一章 总体设计方案总体设计方案1.11.1 调速秤系统的一般结构与工作原理调速秤系统的一般结构与工作原理图 1-1
5、 调速秤41.1. 系统结构系统结构定量给料机系统包括机械和电器两大部分。机械部分主要是电子秤、电机、减速机、皮带以及料斗。电子秤上装有称重传感器、速度传感器、跑偏开关。电器部分包括控制柜内的控制仪表、空气开关、接触器、继电器、变频调速器和接线端子等。2.2.电子秤结构电子秤结构(1) 机架：是定量给料机的基础部件，各功能部件均安装在此机架上，构成定量给料机的机械秤体。(2) 驱动装置：包括电机和减速机，电机通过法兰与减速机相连。减速机具有体积小，速比大的特点并且是通过空心轴与主动滚筒连接，不采用联轴器，具有结构紧凑的优点。速度传感器安装在电机轴端，直接测出电动机的速度。(3) 称重装置：由称
6、重框架和称重托辊组成。皮带上的物料重量通过称重托辊作用传送到称重传感器上，框架设有配重装置与标定砝码支座，整个称重系统无水平和侧向位移，无摩擦影响，不需维护。(4) 主、从动滚筒及环形橡胶运输带：完成物料的输送与喂料。(5) 托辊：用于承受仓压及保证物料在称重过程中的平稳性。(6) 卸料罩：保证物料顺利进入生产流程，防止粉尘污染环境。(7) 挡料装置：防止物料从漏斗闸门流出后散落、外溢，保证设备正常运转。(8) 皮带外表面清扫装置及梨形内表面清扫器：防止皮带沾料，有利于提高计量精度并能防止皮带因卡料造成损坏。(9) 跑偏自动开关：皮带跑偏超过允许值时报警，防止造成生产设备事故。(10) 标定砝
7、码：用于给料机的静态、动态标定。(11) 供料料斗：根据物料不同的特性，配有用于散状物料的 T 型料斗，用于易起拱物料的带有振动器的 V 型料斗，用于倾泻性物料的 S1 和 S2 型料斗。(12) 自动张紧装置：保证皮带具有恒定张力，利于精度稳定。1.21.2 调速秤配料系统的实现方法调速秤配料系统的实现方法通过产臂上皮带装置及料的重量测定流量，由电磁振动给料机控制给料量，连续计量秤。称重给料机将经过皮带上的物料，通过称重秤架下的称重传感器进行检测重量，以确定皮带上的物料重量；速度传感器检测出速度值，重量信号送入皮带给料机控制器，产生并显示累计量/瞬时量。给料控制器将该量与速度值相乘并乘一比例
8、系数,由5控制器输出信号控制变频器，实现定量给料的要求。可由上位PC机设定各种相关参数，并与PLC实现系统的自动控制。它可以采用两种运行方式：自动方式和手动方式。图 1-2 调速秤控制系统第二章第二章 调速秤配料系统的总体设计调速秤配料系统的总体设计2.12.1 系统工作原理及工作过程系统工作原理及工作过程我们要实现的是八路调速秤配料的控制系统。该系统共有八路上料，每一路的上料都是有一定的配比，受到各个参数的约束。 它的基本工作原理是：当系统开始运行，八路上料系统根据需要开始上料，每一路的上料与否以及根据产品配比的要求下料多少，是受 PLC 控制的。每一路上料的实际多少是由称重传感器测量，皮带
9、传送速度由接近开关测出，将测得的数据送到 PLC 由预先使用 STEP7 编写好的程序进行处理，其中速度和重量是相乘的关系，这样可以得到每一路每一个小时下料的吨位。这个每小时的吨位与要求的吨位对比形成负反馈，反馈到 PLC，经过预置程序的控制以及使用PID 控制算法处理调节执行机构变频器控制电动机，使整个系统达到预先的要求，从而生产出合格的产品。这就是整个皮带秤配料系统的工作原理的简单介绍。2.22.2 系统整体工作框图系统整体工作框图如图 2-1 所示，由上位机通过 Wincc 组态软件或者可编程控制器控制整个系统的6启停。主体“调速秤”通过线路与三样设备连接：称重传感器、测速传感器、变频器
10、。其中前两个设备的主要功能是信号采集，称重传感器采集各路皮带秤的数据，转换成相应的电信号，反映到 PLC 中，由其中的 CPU 按照事先编制的程序进行计算，从而得到各路配料的实际情况和给定值之间的差距。这种算法是根据 PID 算法控制进行控制，PID 控制是最早发展起来的控制策略之一，由于其算法简单、可靠性高，被广泛应用于工业过程控制，尤其适用于可建立精确数学模型的确定性控制系统。本系统的核心控制算法也是基于 PID 控制算法。实现该系统控制流程的方式主要分两种：(1)通过 STEP7 编写好的程序由 PLC 按照设定的值进行 PID 控制。完成 8 路的自动配料。(2)通过手动控制，在变频器
11、上输入 PID 参数，完成 8 路的自动配料。变频器的功能则是按照信息指令调节圆盘给料机电机的频率，达到对单路原料进行控制配比的目的。对各路皮带秤进行总体调节，即可完成按工业要求进行配比工作。这时，PLC 要完成两个工作：第一，要通过线路将各信号上传到上位机，由上位机的组态软件 WinCC 接收，从而使工作人员可以完成组态监控工作；第二，PLC 向下将控制信号传送到各路变频器，变频器经过信号转换来控制皮带秤的圆盘给料机电机转速，实现各路配料按要求配比。在此过程中，工作人员可以通过上位机的组态画面实时监控系统的运行情况，一旦系统发生意外情况，或进行定期不定期维护，即可由上位机对 PLC 进行控制。2.32.3 系统整体电气连接图系统整体电气连接图 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#
