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1、综合课程设计报告题目：集散型可编程序控制器调速秤配料系统 学 号：班 级： 姓 名： 指导教师： 计 算 机 与 自 动 控 制 学 院2012年 1 月 2 日目录第一章 总体设计方案3第二章 调速秤配料系统的总体设计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 调速秤配料系统中的PLC硬件选型与设计73.1 PLC的基本知识73.2 S7-300简介93.3 PLC的选型要点113.4 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
2、块的选型与线路连接163.8 PS307电源模块容量计算及选型16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184.1 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 调速秤监控组态设计26第六章 各环节梯形图设计37参考文献61摘要近年来，随着传感器、电子技术和微机技术的崛起和PLC的发展，配料控制系统在选矿、烧结、水泥制造中得到了广泛的应用。PLC的应用极大地提高了产品的质量和生产效率，在整个配料行业具有广阔的应用前景。配料系统在诸多行业的工业生产过程中占有极其重要的地位，配料工序的合理性、稳定性、准确性以及快速性直接影响到以
3、后各生产环节的顺利进行。调速定量给料秤作为固体物料的连续动态给料计量、定量和配料给料控制设备，是集给料输送、秤重计量和定量控制功能为一体, 机电一体化的连续给料动态计量装置。它主要由秤体、秤重和测速传感器、秤重控制器等组成，随着工业生产过程自动化和企业技术管理现代化，在块、粒、粉体物料的定量给料和配料控制系统广泛应用。虽其工作原理与电子皮带秤基本相同，但其结构、配置、应用场合和设计参数有较大区别，速度传感器及称重传感器取代了机械式皮带秤的相应机构，而对速度、重量信号进行放大处理及实现各种运算都可以放在电子仪表中完成。调速秤以其可靠性高、系统响快、控制精度高, 工作稳定、平稳、污染小等优点，在工
4、业控制领域发挥其重要作用。关键字：调速秤 配料 PLC 组态第一章 总体设计方案1.1调速秤系统的一般结构与工作原理图1-1 调速秤1. 系统结构定量给料机系统包括机械和电器两大部分。机械部分主要是秤体、电机、减速机以及料斗。秤体上装有称重传感器、测速传感器、跑偏开关和接线盒等。电器部分包括控制柜内的控制仪表、空气开关、变频调速器和接线端子等。2.秤体结构(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
5、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
6、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。1.2 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
7、将该量与速度值相乘并乘一比例系数,由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：自动方式和半自动/手动方式。图1-2 调速秤控制系统第二章 调速秤配料系统的总体设计2.1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，皮带传送速度由接近开关测出，将测得的
8、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。2.2 系统整体工作框图如图所示，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启停。主体“调速秤”通过线路与两样设备连接：称重传感器、测速传感器、变频器。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
9、电信号，反映到可编程序控制器中，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。这中算法是根据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
10、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!异常的公式结尾情况，或进行定期不定期维护，即可由上位机对PLC进行控制。2.3 系统整体电气连接图 图2-1 系统整体电器连接图如图2-1所示，为系统的总体硬件连接图，其中最左部分
11、为工控机，通过上位机软件Wincc可以控制控制器PLC,同时系统的一些信息可以及时的反映在上位机的画面中，中间为PLC，它由CPU模块，模拟量输入输出模块和测速模块组成，最右边为变频器，通过变频器来控制各路电机，从而控制速度。第三章 调速秤配料系统中的PLC硬件选型与设计由于可编程序控制器在工业控制领域中所占的核心地位和日趋重要的发展态势。本章对配料系统中的可编程控制器进行了详细的介绍，并对可编程控制器S7-300的各个模块进行了细致的选型及设计。3.1 PLC的基本知识PLC即可编程控制器，是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序
12、、执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。分为：小型 PLC、中型PLC、大型PLC。（1）PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同如图3所示。 图3-1 PLC的结构中央处理单元(CPU)中央处理单元(CPU)是PLC的控制中枢。它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据;检查电源、存储器、1/0以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。存储器存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。存放应用软件的存储器称为用户程序存储器电源PLC的电源在整个系统
13、中起着十分重要得作用。一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去。输入输出元件 (1/O模块)1/O模块是CPU与现场UO装置或其它外部设备之间的连接部件。将外部输入信号变换成CPU能接受的信号，或将CPU的输出信号变换成需要的控制信号去驱动控制对象，以确保整个系统正常工作。编程器和外部设备（2）PLC的工作原理 PLC采用了一种不同于一般计算机的运行方式即扫描方式。工作过程当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段，如图4所示。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU
14、以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段 图3-2 PLC的工作过程扫描周期PLC的扫描周期包括自诊断、通讯等，如图5所示。一个周期等于自诊断、通讯、输入采样、用户程序执行、输出刷新等所有时间之和。 图3-3 PLC的扫描周期 (3)可编程序控制器的主要功能和应用可编程控制器的设计思想是尽可能地利用当前先进的计算机技术去满足用户的需要，PLC与继电器接触器控制电路的一个本质区别就是除了必要的与外部物理世界的接口(即I/0点)外，其它的逻辑功能均在其内部实现。这些逻辑功能不仅可以取代，而且远远超过诸如中间继电器、时间继电器等硬件逻辑所能达到的功能，从而为PLC在可靠性和便利性上形成特色奠定了基础。PLC的功能可分类如下:逻辑控制 定时控制 计数控制 步进(顺序)控制PID控制 数据控制:PLC具有数据处理能力 通信和联网其它:PLC还有许多特殊功能模块，适用于各种特殊控制的要求，如:定位控制模块，CRT模块。(4)PLC的编程语言PLC与微机一样，是以指令程序的形式进行工作的，各种型号的PLC一般均以梯形图语言为主，同时也兼顾一些其它形式的编程语言。以下列出了三种编程语言。梯形图 (LAD) 指令语句表 (STL) 逻辑功能图(FBD) 图3-4 PLC的编程语言3.2 S7-300简介PLC选型依据 ：1)具有足够大的暂存器空间且独家提供档案暂存器空间，保证系统的配料配
