【正文】 柜布局圖 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 21 第 4 章 軟件設(shè)計 軟件設(shè)計是整個控制系統(tǒng)的核心，所有的硬件都是由軟件進行驅(qū)動連接的，這樣才 能構(gòu)成 控制系統(tǒng)對于實際生產(chǎn)的控制。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 19 Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7X0 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 FX2N32MR001喂料機應(yīng)答信號喂料機備妥信號喂料機故障信號轉(zhuǎn)子秤電機應(yīng)答信號轉(zhuǎn)子秤電機備妥信號K1 HL11喂料機驅(qū)動信號喂料機運行信號燈KM1 KA1 KH1HL12Y10 Y11X8 X9COMCOMDC 24VDC 24VKM2 KA2 KH2 KM3 KA3 KH3K1 HL21 HL22 K1 HL31 HL32轉(zhuǎn)子秤電機故障信號羅茨風(fēng)機備妥信號羅茨風(fēng)機備應(yīng)答號羅茨風(fēng)機故障信號喂料機故障信號燈轉(zhuǎn)子秤驅(qū)動信號轉(zhuǎn)子秤運行信號燈轉(zhuǎn)子秤故障信號燈風(fēng)機驅(qū)動信號羅茨風(fēng)機運行信號燈羅茨風(fēng)機故障信號燈 KT延時控制Y12 Y13 Y14 Y15 Y16X10 X11 X12 X13 X14Y17圖 35 PLC 端子接線圖 控制柜布局分析設(shè)計 電氣控制柜顧名思義就是作為電氣控制作用的電柜。電機由工業(yè)用電的 380V 電源 直接 供電，而 PLC 和 開關(guān)電源都 需要由 220V 電源 供電， 因此 它們需要 的 電源由 380V 經(jīng)過變壓 器變壓 提供。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 M3～F U 13 8 0 V UVWS1K M 2H L 2 1N L B T 3 1K1K A 2 1K M 2 K A 2 2 H L 2 2K M 2 K A 2 2U V WC O M 1 D O D I D I D IK1K0D C SK A 2 K M 2 K H 2NQ F 1C O M 2K H 2K M 2變 頻 器M12 4 62 4 62 4 6 1 3 5 1 3 5 1 3 51 3 2 11 4 2 3K A 2 21 22 3144344131421229 5 9 79 6 9 8131413141314979812驅(qū)動 備妥 應(yīng)答 故障K H 2圖 32 轉(zhuǎn)子秤 電機控制原理圖 其中轉(zhuǎn)子秤 電機 的過程分析與喂 料 機 電機 的過程分析 幾乎沒有區(qū)別。 M3～FU1380V UVWS1KM1HL11NLBT31K1KA11KM1 KA12 HL12KM1 KA12U V WCOM1 DO DI DI DIK1K0DCSKA1 KM1 KH1NQF1COM2KH1KM1變 頻 器M12 4 62 4 62 4 6 1 3 5 1 3 5 1 3 513 2114 23KA121 22 31443441314212295 9796 98131413141314979812驅(qū)動 備妥 應(yīng)答 故障KH1圖 31 喂料機電機控制原理圖 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 過程分析如下： 總開關(guān) QF1 閉合，系統(tǒng)開始準備工作，變頻器開始運行，選擇設(shè)定好的運行頻率，且變頻有效，系統(tǒng)處于備妥狀態(tài)。當(dāng) 轉(zhuǎn)子秤中的 轉(zhuǎn)子 盤 將煤粉 從喂料機 輸送到 羅茨風(fēng)機的 氣力輸送區(qū)時，煤粉 立即 被吹送至窯頭。 FX2N 常用的模擬量輸出 單元 有 FX2N2DA、 FX2N4DA、 FX2N8DA。因為 PLC 自帶電源 電壓為直流 24V，總電流 也不大，所以擁有 24V/5A 的 一般電源既能滿足要求。 在 閉環(huán)時可進行高精度的轉(zhuǎn)矩 /速度 /位置控制 ，因此在控制精度方面能夠滿足系統(tǒng)要求。 荷重 傳 感器 的形變片的 形變范圍 為 ~， 誤差 177。 PLC 選型 在窯頭喂煤控制系統(tǒng)中的 PLC 系統(tǒng)設(shè)計時， 在 詳細分析 系統(tǒng)的控制目標 ， 控制要求，輸入輸出 I/O 點數(shù)、 需要 PLC 達到 的功能 特性 以及 外 接設(shè)備 的特定 特性 要求等等 之后，我們 最終 選擇有較高 性 價比 、高性能 的三菱FX2N 系列 PLC。 DRW 系列轉(zhuǎn)子秤是德國奧格斯堡的菲斯特公司于 1984 年設(shè)計并獲得專利， 于 1985 年用于水泥生產(chǎn)線， 1995 年引進中國。 水泥廠 窯頭喂煤控制 系統(tǒng) 中 轉(zhuǎn)子秤 部分的 煤粉 稱量 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 設(shè)計緊湊 ，密封 優(yōu)良 ， 能 有效 的 防止煤粉 外漏， 喂煤 穩(wěn)定 。洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 第 2 章 控制原理與總體 設(shè)計 控制流程與工作原理分析 窯頭喂煤控制系統(tǒng) 是由煤粉倉、 喂料機、轉(zhuǎn)子秤、除塵器、羅茨風(fēng)機及相應(yīng)的 PLC 控制系統(tǒng)組成。 煤粉 由 螺旋 喂料機 從粉煤倉中 均勻穩(wěn)定地喂入轉(zhuǎn)子稱 ，轉(zhuǎn)子稱內(nèi)的轉(zhuǎn)子盤帶著煤粉轉(zhuǎn)動 ，轉(zhuǎn)子盤上煤粉的重量通過轉(zhuǎn)子秤內(nèi)稱重傳感器精準測出，然后經(jīng)過放大、 A/D 轉(zhuǎn)換輸送到PLC 的模擬量輸入端口，進入數(shù)據(jù)處理中心進行數(shù)據(jù)處理， 同時轉(zhuǎn)子秤的洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 轉(zhuǎn)速也由變頻器的實時數(shù)據(jù)值傳輸?shù)?PLC 的高速脈沖測量單元 經(jīng)過一定的數(shù)據(jù)處理 。 新型水泥生產(chǎn)喂煤裝置的 研發(fā)意義 隨著技術(shù)的發(fā)展以及水泥產(chǎn)品的要求不斷地提高，必將不斷的出現(xiàn)新的水泥生產(chǎn)喂煤裝置。 傳統(tǒng)的 煤粉 稱重皮帶機 固定 設(shè)備投 資 大 ,維修 不便，效益增長緩慢 ， 對皮帶機密封性要求高，且具有防爆裝置 ,對安裝有一定的要求，不方便其廣泛使用， 于此 同時 煤粉 粘連 在 輸送帶的 皮帶秤 上會引起零點漂移 ,導(dǎo)致測量結(jié)果不準確 。目前 就 我國 水泥企業(yè)的數(shù)量而言， 7000 余 家 的 水泥 生產(chǎn) 企業(yè) 在世界范圍內(nèi)也是屈指可數(shù) ，水泥行業(yè)的 年產(chǎn)量 就占據(jù)了 全 世界水泥 年 產(chǎn)量的 半壁江山 [4]。 煤粉 由 螺旋 喂料機 從粉煤倉中 均勻穩(wěn)定地喂入轉(zhuǎn)子稱 ，轉(zhuǎn)子稱內(nèi)的轉(zhuǎn)子盤帶著煤粉轉(zhuǎn)動 ， 轉(zhuǎn)子盤上煤粉的重量 通過 轉(zhuǎn)子秤內(nèi)稱重傳感器精準 測出 ，然后經(jīng)過 放大、 A/D 轉(zhuǎn)換 輸送 到 PLC 的模擬量輸入 端口，進入數(shù)據(jù)處理中心進行數(shù)據(jù)處理 ， 同時轉(zhuǎn)子秤的轉(zhuǎn)速也由變頻器的 實時 數(shù)據(jù) 值 傳輸?shù)?PLC 的高速脈沖測量單元 經(jīng)過一定的數(shù)據(jù)處理 。 本喂煤系統(tǒng)控制目標是能夠向窯頭連續(xù)、均勻的喂煤，并實現(xiàn) 5‰的喂煤精度。本設(shè)計以三菱 PLC 為控制核心， 轉(zhuǎn)子秤通過稱重傳感器測出其 中煤粉的重量 ，同時轉(zhuǎn)子盤 的旋轉(zhuǎn)速度也通過 變頻器 得出， PLC 通過高速脈沖測量 單元和 A/D 轉(zhuǎn)換單元 將 煤粉的 重量和速度的轉(zhuǎn)化為數(shù)字量， 經(jīng)系統(tǒng) 運算處理后得出 煤粉 瞬時流量，并 與 給定量進行比較， 再經(jīng) PID 算法，最終達到 瞬時流量跟蹤 給定流量的最佳控制效果。 PLC 通過高速脈沖測量 單元和 A/D 轉(zhuǎn)換 單元 將速度 和 重量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量， 經(jīng)過運算處理后得出 煤粉 瞬時流量， 并與用戶已設(shè)定的臺式流量所需要的 給定量進行比較 ，再經(jīng) PID 運算 得出 電機調(diào)節(jié) 數(shù)據(jù)，調(diào)整轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù) 值經(jīng) D/A 轉(zhuǎn)換單元 轉(zhuǎn)換成標準電流信號 經(jīng)過 變頻器去控制喂料機 電機 和轉(zhuǎn)子稱 電機的轉(zhuǎn)速， 最終達到煤粉瞬時流量 與 由臺 時流量所設(shè)定的給定流量 的誤差小于控制精度 的最佳控制效果。 水泥生產(chǎn) 喂煤裝置 簡介 水泥生產(chǎn)工 藝主要包括： 水泥 原料破碎 和預(yù)均化、生料制備、預(yù)熱分解、熟料 煅燒 、粉磨、 包裝。 2． 螺旋喂料機 螺旋喂料機 通過稱重橋架 把經(jīng)過的物料進行 重量 檢測， 用來稱重 膠帶上的 煤粉 重量， 裝在 膠帶 尾部的 速度 傳感器 測量 喂 料機 電機 的 轉(zhuǎn) 速 ， 然后將 重量信號 和 速度信號 一起 送至 螺旋喂 料機 的 控制核心 ，經(jīng)過一定的處理后，就可以及時的測量出流經(jīng)煤粉的瞬時流量 。 近些年煤粉計量喂料系統(tǒng) 不斷推陳出新，一代更比一代計量準確，穩(wěn)定運行時間也更長，人性化更高 。 PLC 通過高速脈沖測量 單元和 A/D 轉(zhuǎn)換 單元 將速度 和 重量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量， 經(jīng)過運算處理后得出煤粉瞬時流量， 并與用戶已設(shè)定的臺式流量所需要的給定量進行比較 ，再經(jīng) PID 運算得出電機調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)，調(diào)整轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù) 值經(jīng) D/A 轉(zhuǎn)換單元 轉(zhuǎn)換成標準電流信號 經(jīng)過 變頻器去控制喂料機 電機 和轉(zhuǎn)子稱 電機的轉(zhuǎn)速， 最終達到煤粉瞬時流量與由臺時流量所設(shè)定的給定流量的誤差小于控制精度的最佳控制效果 [10]。 煤粉進入煤粉倉 后， 由一個錐形漏斗及螺旋喂料機 喂入 轉(zhuǎn)子秤，通過轉(zhuǎn)子秤來計量喂煤量的大小并進行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)子秤轉(zhuǎn)過一定角度 由 羅茨風(fēng)機通過 出 風(fēng)口將煤粉吹入 窯頭 通道，在此過程中為避免發(fā)生揚塵還有鎖風(fēng)喂料機的加入，最后送至窯頭。系統(tǒng) 能 有效 抑制 外界 干擾 ， 并且 系統(tǒng)的魯棒性 能有所增加 。目前， 中國水泥行業(yè)約 有 1500 套該轉(zhuǎn)子秤運行在不同 的生產(chǎn)線上。 三菱 PLC 是當(dāng)今應(yīng)用最廣 泛的 PLC 之一，其 梯形圖 編程簡單 ， 修改方便。 % 。 羅茨風(fēng)機 羅茨風(fēng)機 輸送的風(fēng)量 大小 一般 是由風(fēng)機電機轉(zhuǎn)速 的大小來 決定的 ， 羅茨風(fēng)機的選型 要根據(jù) 煤粉 流量、壓頭、葉片以及電機 的 轉(zhuǎn)速 來決定 我們 的需要 ，另外還要滿足 系統(tǒng)需要 羅茨 風(fēng)機在安裝、噪音大小等方面的要求。 模擬量擴展模塊 由于我們選用的 FX2N32MR001 型 PLC 不能直接讀取 荷重 傳感器 和洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 速度傳感器 的標準電信號，因此只有通過模擬量擴展模塊將標準的電信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號才能由 CPU 處理。我們選擇 FX— 4DA 輸出 單元 ， FX— 4DA 為 4 通道 12 位 D/A 轉(zhuǎn)換 單元 ，它 可以 通過簡易的調(diào)整 及 PLC 的指令改變模擬量 的 輸出 范圍 ， 是一種具有高精確度的輸出 單元 。 現(xiàn)代 高科技技術(shù)含量的 三菱 PLC 測控 控制 系統(tǒng) 在 被 用于 窯頭喂煤 控制系統(tǒng)時， 負責(zé)完成各種 實時 任務(wù)，實現(xiàn)整個 窯頭 喂煤 控制 系統(tǒng)的連續(xù) 稱量和定量 喂 煤 ，實 現(xiàn)水泥廠窯頭喂煤控制系統(tǒng)的連續(xù)化、均勻化，并實現(xiàn)5‰的喂煤精度。此時備妥信號發(fā)出，過程為 KA1 閉合，繼電器線 圈 KA11 帶電。只是在變頻器的設(shè)定過程中即兩者電機的轉(zhuǎn)速可能會不同，但控制方式是完全一樣的。 開關(guān)電源為 24V 電源，向人機界面和 PLC 的模擬量擴展單元供電。 控制柜主要 作用是將電氣元件的控制功能集中放置， 里面一般 放 有開關(guān)，繼電器或 PLC 等元 器件 。本設(shè)計中需要對喂料電機、轉(zhuǎn)子秤電機、羅茨風(fēng)機、 PID 控制等進行軟件設(shè)計，并進行不斷的調(diào)試達到我們所預(yù)想的結(jié)果。如果轉(zhuǎn)子秤電機轉(zhuǎn)速小于我們需要的符合要求的設(shè)定轉(zhuǎn)速， 需要通過 PID 控制處理數(shù)據(jù) 對 喂料電機和轉(zhuǎn)子秤 電機 進行調(diào)制，加快電機轉(zhuǎn)速，直至符合要求；同理，在轉(zhuǎn)子秤電機大于設(shè)定轉(zhuǎn)速時，我們也需要對其進行降速處理。 停止：在結(jié)束 信號 X001 發(fā)出后， 輔助繼電器 M2 線圈得電，喂料電機Y002 立即失電停止運轉(zhuǎn)，此時定時器 T0、 T1 開始計時， 2s 后， 時間繼電器 T0、 T1 的常閉開關(guān)斷開， 轉(zhuǎn)子秤電機 Y001 與羅茨風(fēng)機 Y000 同時失電，停止轉(zhuǎn)動。 設(shè) 定 喂 煤 量 P I D 控 制 器 D / A 模 塊 變 頻 器喂 料 電 機轉(zhuǎn) 子 秤 電 機荷 重 傳 感 器A / D 模 塊實 際 喂 煤 量數(shù) 字 濾 波— 圖 45 用 PLC 實現(xiàn) PID 控制的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 FX2N 系列 PLC 的 PID 指令編號為 FNC88，如圖 46 所示，給定值 SV和反饋值 PV 存放［ S1］和［ S2］中 ， 控制參數(shù)的值存放在 ［ S3］ — [S3]＋ 6 中 ， 輸出值 MV 存放在［ D］中。 根據(jù)系統(tǒng)要求對 PID 參數(shù)設(shè)定的梯形圖如圖 47 所示 。 圖 49 梯形圖