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1、内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书（毕业论文）题 目：变频调速皮带称重模糊控制配料系统 学生姓名：郭 昌学 号：200540501407专 业：自动化班 级：自2005-4班指导教师：崔桂梅 教授变频调速皮带称重模糊控制配料系统自动化05-4 郭昌 指导教师 崔桂梅摘 要 针对目前自动称重配料系统中采用传统PID控制的不足，提出了一种基于模糊-PID控制的方法。将模糊控制技术与传统的PID控制技术结合起来，共同应用于实际系统的调节当中，误差较小时采用PID控制，误差较大时采用模糊控制，大大提高了系统抗外部干扰和适应内部参数变化的鲁棒性，有效地解决了系统运行中误差不稳定和动态特性不理想的问题。系
2、统采用西门子S7-200 PLC实现模糊-PID双模控制，充分利用了PLC的控制功能，通过查表在PLC中实现了较为先进的模糊控制算法，大大加快了系统的响应速度，PLC模拟输出控制变频器调节皮带电机转速，从而达到控制物料流量的目的，很大程度地降低了劳动强度，提高了生产效率和产品质量。 经过仿真试验，系统控制性能良好。关键词：模糊-PID控制 ； 自动配料 ； 电子皮带秤 ； 变频调速AbstractAutomatic weighing ingredients for the current system used in the inadequacies of traditional PID co
3、ntrol, a fuzzy-PID control-based approach. The fuzzy control technology with the traditional PID control technology combined with common regulation applies to the actual system, the error when using PID control of a smaller margin of error greater use of fuzzy control system greatly enhanced the ant
4、i-interference and adapt to external changes in the internal parameters robust and effective solution to a system error dynamic characteristics of instability and the problem of unsatisfactory.System uses a Siemens S7-200 PLC to achieve dual-mode fuzzy-PID control, make full use of the PLC control f
5、unctions, through the look-up table in the PLC to achieve a more advanced fuzzy control algorithm, greatly speeding up the system response speed, PLC analog output inverter control motor speed regulating belt, so as to achieve the purpose of controlling the flow of materials, to a large extent reduc
6、ed the labor intensity and improve production efficiency and product quality. After simulation, the system control performance good.Key words: Fuzzy - PID control; Automatic ingredient; Electronic belt scale; VVVF目录摘 要IAbstractII第一章 引 言11.1 设计背景及其意义11.2 目前国内外的现状及存在的问题21.2.1 电子皮带秤配料系统的现场工艺过程21.2.2 国内
7、外常用技术解决方案21.2.3 现有控制系统存在的问题31.3 本设计的主要研究内容和解决的问题5第二章 自动配料系统的总体结构设计72.1 系统总体设计方案和基本组成72.2 系统工作原理及控制模型92.3 配料皮带秤的组成及原理102.3.1 配料皮带秤的组成102.3.2 配料皮带秤的工作原理102.4 称重传感器112.4.1 称重传感器的选择112.4.2 称重信号的处理122.5 测速传感器的选择142.6 电机调速方式的选择152.6.1 常用电机调速方式152.6.2 配料系统电动机的调速控制策略162.7 系统的抗干扰设计192.8 接地措施20第三章 电气控制系统213.1
8、 配料过程的动力控制213.1.1 可编程控制器的选用和配置213.1.2 系统的输入输出量223.1.3 动力控制部分的设计243.2 称量落差补偿问题26第四章 模糊-PID复合控制系统的设计284.1 系统的控制模型284.2 控制思想与控制算法294.2.1 PID控制器294.2.2 模糊控制原理324.2.3 Fuzzy控制器的结构及算法344.2.4 模糊控制算法的PLC实现404.3 变频调速皮带称重模糊控制配料系统的仿真试验424.3.1 仿真分析434.3.2 仿真试验434.3.3 结论46第五章 系统通信与管理软件的设计475.1 系统的通信设计475.1.1 PROF
9、IBUS-DP概述475.1.2 PROFIBUS-DP系统的组成485.1.3 PROFIBUS-DP系统工作过程495.1.4 系统的PROFIBUS-DP通信525.2 系统组态管理软件的选择与设计535.2.1 组态软件的选择535.2.2 上位机与PLC的通信组态设计555.2.3 监控模块中变量组态575.2.4 配料系统的软件功能模块57第六章 总结与展望59参考文献60附录62致谢80第一章 引 言1.1 设计背景及其意义近年来，国内新建烧结机的配料方法均采用重量配料法，重量配料就是按原料的重量来配料，采用电子皮带秤对物料进行连续计量,通过调节圆盘给料机或皮带的速度来实现定量给
10、料，重量配料易实现自动配料,配料精度较高。烧结机的配料采用电子皮带秤定量给料，为提高皮带配料秤的计量精度和配料系统给料精度，所有给料机的皮带配料秤均采用变频调速的方式进行控制。该自动称重配料控制由下列五大部分：电子皮带称、称重控制PLC、变频控制柜、监控计算机及现场操作箱部分。配料自动控制实现烧结用的原料如混匀矿、燃料、熔剂白云石、生石灰、冷返矿按照工艺要求的配比进行自动给料，能够判断下料堵料和失控故障、变频器故障，并报警。电子皮带秤自动配料系统可以按照设定配比和流量控制各输入物料的瞬时流量，从而达到控制各种产品的质量和产量的目的，是实现生产过程自动化和智能化、企业的科学管理、安全稳定生产和节
11、能降耗的重要技术手段1。微机配料控制系统在生产中的应用不仅可以提高配料质量和产量，也大大减轻了岗位工人的劳动强度，提高了生产效率。有些企业开发了一些基于皮带秤仪表和PID控制器的皮带秤配料系统，但控制精度不尽人意，易出故障，不能适应许多生产工艺过程中的恶劣环境，不能满足用户日益增长的设备需求。因此，优化设计研制技术先进、设备成熟、经济实用的配料系统至关重要。本课题设计开发的变频调速皮带称重模糊控制配料系统能有效解决动态皮带称重控制物料流量的精度问题，又因为采用先进的控制算法明显加快了系统响应速度，很大程度地降低劳动强度，提高生产效率和产品质量，带来可观的经济效益，推动国民经济的发展。1.2 目
12、前国内外的现状及存在的问题1.2.1 电子皮带秤配料系统的现场工艺过程企业内常见的皮带秤自动配料系统现场结构组成如图l-l所示，结构形式是一种最基本、使用最广泛的皮带配料系统。由于每个称重单元的工作原理与控制方法是类似的，本系统以称重单元中的一个为例。系统的每个物料仓装满物料压在皮带上，皮带电机拖动皮带转动，则物料被连续拉出，皮带电机的转速就决定了物料的流量。皮带电机可采用多种调速方式，每个皮带下面有一自动称重皮带秤，通过皮带秤就可以称出下料的流量、累计量等数据；所有皮带的下面是一输送主皮带把混合好的原料送到下级容器中。图1-1 皮带秤自动配料系统现场示意图1.2.2 国内外常用技术解决方案目
13、前国内电子皮带秤自动配料系统的生产厂家主要有徐州拉姆齐、山西新元、济南金钟等，国外的生产厂家有德国申克、日本大和等。某些厂家从成本考虑，采用单片机进行简单的称量积算和PID调节，功能简单，控制精度低，管理功能弱，可靠性不高。规模较大的公司则通常采用基于调节器和Windows平台的皮带秤配料系统2-3，该系统正常工作时，配料仪表接受来自秤体的称重信号和测速信号，经乘积算后显示瞬时流量和累计量，并将瞬时流量以420毫安模拟电流的形式送往PID调节器作为调节测量输入信号，调节器将该信号与机内设定值比较运算后输出420毫安模拟调节信号，控制皮带电机转速，从而进一步控制该种物料的下料流量，最终使几种物料
14、的瞬时下料流量与阶段累计量都保持在用户要求的范围内。要改变流量及配比可直接在调节器上进行设定操作，操作简单方便。为便于集中控制，可以采用工控机作为上位机，通过串行接口与配料仪表和调节器进行通讯，对现场配料情况进行实时监控，并可直接在工控机上进行经验PID参数的设定3，加上报警监测功能，整个系统实现了自动化，节省了劳力，提高了生产效率。第i号皮带电机的传统控制方框图模型如图1-2所示。图1-2常用系统控制方框图1.2.3 现有控制系统存在的问题适用上述解决方案的工艺现场首先必须满足这样一个前提条件，那就是物料流出量必须与直拖皮带电机的转速成正比。要使系统具有良好的调节品质，即有较高的稳定性、准确
15、性和快速性，系统还必须具备两个条件4:1)系统自身的结构性质稳定，这包括它的容量系数、阻力和传递距离等内容。2)调节器有合理的PID参数。只有将这三种作用的强度作适当的配合，才可以使调节器快速、平稳、准确地运行，从而获得满意的控制效果。在这两者中，条件1)是条件2)的前提，因为PID参数取决于系统的动态特性，而影响系统动态特性的主要因素是系统本身的结构性质。因为以往常用配料称重系统方案设计是基于普通的PID调节器，采用一般的PID控制算法，其参数一般是按阶跃响应的过渡过程时间来整定的，灵敏度较高，对于固定参数的系统有着较好的调节品质，从理论上讲能做到无误差调节，在误差较小的范围内确有其优越性。在各设备运转正常、稳定的情况下，可以实现良好的控制效果。同时，利用调节器的自整定功能可由调节器自动整定出一套合理的PID参数用于系统的正常运行。但是，实际中电子皮带秤自动配煤系统的控制准确度会受到多个因素的影响5。1)给料设备安装精度的影响给料设备加工和安装精度对控制准确度也会发生影响。例如:采用圆盘给料机作为给料设备时，假如圆盘的水平精度不高，在给料圆盘旋转
