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1、-学院本科生毕业论文（设计）-作者：上海幽威机电有限公司 题 目基于PLC的粉体自动配料系统控制 专 业电气工程与自动化学习中心上海姓 名 学 号 指导教师 年 月 日 摘要本文简述了粉体密闭输送、配重系统控系统设计过程，对粉体密闭输送和配重系统进行了探讨。重点探讨PLC在其中的应用，探讨了PLC和称重传感器的通讯，还有配重的方法实现，还有粉体的如何运用PLC进行输送控制。本文通过比较分析的方法对这些问题作了比较详细的探讨。 关键词： PLC控制 自动配料系统 称重传感器 真空输送机 真空上料机 小袋投料站 旋转阀一、绪论4（一）、引言4（二）、系统实现的目的和意义4二、控制系统设计4（一）、
2、系统功能描述4（二）、系统功能分析5（三）、控制流程设计6三、硬件设计7（一）、PLC系统设计71.PLC硬件系统72.PLC控制点确定83.串口通信部分9（二）、低压系统设计14四、图纸设计14（一）、封面14（二）、主电路15（三）、控制电路设计16（四）、PLC输入输出电路设计16（五）、二次电路设计18（六）、端子排布置图19（七）、柜内元件布置图20五、PLC程序设计和HMI设计20（一）、PLC系统程序设计201.编程软件202.编程方法：LAD和SFC想结合的方式203.SFC编程方法的特点214.SFC编程步骤225.SFC程序的编辑226.串口通讯编程27（二）、HMI画面设
3、计34六、总结34一、绪论（一）、引言粉体密闭输送、配重系统是引进当今国外最先进的技术，采用负压输送原理将物料从一个地点通过管道输送至另一个地点，整个输送过程完全在密闭的状态下完成，杜绝了粉尘对工作环境、周边环境和操作人员所带来的污染和伤害，同事精确地称重计量系统可以减少人为的计量误差，在制药、食品、化工等行业日益得到广泛应用。这样就要求了完全自动化的控制，来提高系统的稳定性和可控性。（二）、系统实现的目的和意义现在生产环节之间粉体物料的输送和配重问题已经成为改进生产工艺与提高产品质量的一个重要问题，而最理想的输送方式应该是：尽量减少人与物料的直接接触，使物料的输送在一个封闭的环境中完成，在粉
4、体的输送过程中完成粉体的自动配料。现在粉体密闭输送系统完全杜绝了由于物料泄露造成的对环境的污染和对操作人员身体的伤害，以及周围环境对于物料的污染。整个系统中以PLC为整个输送料的自动化平台，PLC系统控制整个物料的输送和配料的全自动控制，所有参数都可以自由设定，整个的控制过程可以完成展现在操作者面前，具有适应性好、功能强、易操作等特点，这样，既可以节省人工，降低成本，又可以避免交叉污染，提高了固体制剂生产过程的自动化程度，随着其在我国的不断推广应用，必将会对我国在该领域优化生产工艺流程，有效地减少了交叉污染与粉尘，对提高各相关行业生产品质起到积极作用。二、控制系统设计（一）、系统功能描述本系统
5、为广州比亚迪生产镍氢电池的生产线的一部分。（镍氢电池将是未来电动汽车用动力电池的最佳候选者）电池生产的生产过程如下：配料涂布辊压裁片分条焊接极耳卷绕封装烘烤注液化成成型检测我们该系统为生产镍氢电池的生产线的配料部分（上个生产流程中的红色部分）。镍氢电池的原材料为：添加剂、导电剂、球型氢氧化镍、氧化钴。以上原料要安照一定得比例进行混合，已达到工艺要求。因为上述材料为粉体，且有毒性，所以要求整个配料过程要在密闭的状态下完成，杜绝了粉尘外漏。本系统主要完成上述原材料的配料过程。（二）、系统功能分析如图(2-1)，该系统是一个粉体配料输送系统，各种粉体经过密闭投料、真空输送、粉体计量、配料混合等环节，
6、各种物料经过上料设备完成自动配料，系统根据HMI中设定的各种物料的重量等参数判断上多少料等。系统根据HMI按预先设定流程动作做相应处理，包括指挥投料、真空上料、下料等非正常情况下的报警并自动闭锁，系统自动检测当前工作状况并能在出错的情况下安全退出。后真空输送 混合料储料罐 （2-1）（三）、控制流程设计首先物料经过手套箱打开投料，然后它通过真空上料装置吸到上面的储料罐，储料罐上面有一个料位计信号，当料位满的时候，真空输送停止工作，物料满信号一定时间后，开启投料指示灯，开启真空上料设备，此时如果系统接到投放该种物料后，设备打开大的下料转阀开始投料，投料到下面的一个储料罐中，该储料罐下有称重传感器
7、检测器检测物料重量。当该物料重量达到系统制定的物料重量时，停止投料，启动下一真空输送设备，进行输送料。多种物料的投入在HMI中设定投入顺序和投入量选择物料B准备好选择物料A选择物料C投 料真空上料满料下料阀动作接近目标值下料阀慢速到达目标值关闭下料阀启动后真空输送，输送料下一种物料下料阀为变频电机控制，控制电机的速度，即可控制下料速度是否接近设计料的重量由称重传感器得知其重量。YNYNN （2-2）三、硬件设计（一）、PLC系统设计1.PLC硬件系统由于客户明确提出要求使用三菱PLC，同时具有可扩展性，具有考虑到多个机器联机使用以太网等要求等，我们选择三菱的Q系统PLC，具体的配置是:P L
8、C： Q03UD(08年新出的型号，具体样本截图见3-1)主 机 板： Q38B（具体见样本截图3-2）电源模块： Q61P-A2（具体见样本截图3-3）输入模块： QX40输出模块： QY42P串口通讯模块： QJ71C24-R4（两个485接口的，具体见样本截图3-4）以太网模块： QJ71E71-100（具体见样本截图3-5）Q61P-A2Q03UD(PLC)QX40（X0-X10）QY42P(Y20-Y30）QJ71C24-R4(32点)QJ71C24-R4(32点)QJ71E71-100(32点)备用备用备用 Q38B主基板Q03UD PLC 样本资料 （3-1）（3-2）（3-3）
9、（3-4）（3-5）2.PLC控制点确定我们确定PLC输入和输出点的部分。首先根据工艺图纸和机械设计人员沟通，整个I/0点分布如下，I/0点的预留大概20%左右，输入点的预留较少，如果后期增加，考虑再增加一个16点的输入模块（因为主基板有空间）。输入输出X0物料A1急停按钮Y10物料A1红色LED灯Y20物料A2红色LED灯X1物料A1手动自动选择Y11物料A1绿色LED灯Y21物料A2绿色LED灯X2物料A1启动按钮Y12物料A1启动按钮指示灯Y22物料A2启动按钮X3物料A1停止按钮Y13物料A1停止按钮指示灯Y23物料A2停止按钮X4物料A1高料位Y14物料A1清空阀Y24物料A2清空阀
10、X5物料B1急停按钮Y15物料A1真空输送吸料阀Y25物料A2真空输送吸料阀X6物料B1手动自动选择Y16物料A1真空输送放料阀Y26物料A2真空输送放料阀X7物料B1启动按钮Y17物料A1气密封阀Y27物料A2气密封阀X8物料B1停止按钮Y18物料A1下料蝶阀Y28物料A2下料蝶阀X9物料B1高料位Y19物料A1下端清空阀Y29物料A2下端清空阀XA物料C1急停按钮Y1A物料A1下端补气阀Y2A物料A2下端补气阀XB物料C1手动自动选择Y1B物料A1下端下料阀Y2B物料A2下端下料阀XC物料C1启动按钮Y1C备用Y2C备用XD物料C1停止按钮Y1D备用Y2D备用XE物料C1高料位Y1E备用Y
11、2E备用XF备用Y1F备用Y2F备用输出Y30物料A3红色LED灯Y40物料A1混合电磁阀Y31物料A3绿色LED灯Y41物料B1混合电磁阀Y32物料A3启动按钮指示灯Y42物料C1混合电磁阀Y33物料A3停止按钮指示灯Y43物料混合真空输送吸料电磁阀Y34物料A3清空阀Y44物料混合真空输送放料电磁阀Y35物料A3真空输送吸料阀Y45备用Y36物料A3真空输送放料阀Y46备用Y37物料A3气密封阀Y47备用Y38物料A3下料蝶阀Y48备用Y39物料A3下端清空阀Y49物料A1转阀Y3A物料A3下端补气阀Y4A物料B1转阀Y3B物料A3下端下料阀Y4B物料C1转阀Y3C备用Y4C物料A1转阀变
12、频器启动继电器Y3D备用Y4D物料B1转阀变频器启动继电器Y3E备用Y4E物料C1转阀变频器启动继电器Y3F备用Y4F备用3.串口通信部分另外由于客户要求显示电机的电流和速度，又由于工艺要求下料转阀的速度必须可以控制，本来打算使用模拟量控制，这样要求有AI/AO模块，即Q64AD/Q64DA等模块，增加了系统的成本，所以使用了串口模块与变频器通讯来控制变频器的频率和监控其速度和电流等参数。另外本系统中的配料部分使用了美国传力的称重传感器和称重仪表，这个仪表也是使用通讯来完成的。由于变频器支持RS-485的通讯模式，称重仪表只支持RS-232的通讯模式，必须选择了RS232-RS485的转换模块才可以支持RS-485了，现场的距离比较远，而且485的抗干扰要好一点，所以我选择了QJ71C24-R4的串口通讯模块和RS232-RS485的转换模块，是同时带两个口的RS-485,该系统中共有三个变频器，三个称重仪表，按照常规来说使用一个模块就可以了，但是美国传力的称重仪表的RS-485通讯的站号无法设置，系统更新要一段时间。只好买了两块QJ71C24-R4串口通讯模块。通讯的系统如下：QJ71C24-R4QJ71C24-R4A变频器B变频器C变频器称重仪表1#2#3#称重仪表称重仪表称重仪表：美国传力TI-5
