【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 f A m++fM3 7 5C D 178。 sn（ s ）P I 調(diào) 節(jié) 器 變 頻 器三 相 異 步 電 動(dòng)機(jī)+反 饋輸 入n廣西科技大學(xué)鹿山學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 圖 28旋轉(zhuǎn)式水泥包裝機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 在我國(guó)，在水泥生產(chǎn)這一領(lǐng)域，在一些經(jīng)營(yíng)了很多年的老廠，使用的計(jì)量裝置都還是機(jī)械稱以及電子稱。經(jīng)過(guò)那么多年的使用，我們也發(fā)現(xiàn)了它們?cè)谏a(chǎn)過(guò)程當(dāng)中的很多的不足。機(jī)械稱靠機(jī)械的位移來(lái)控制物料的流入，這種方法太古老，太原始，因?yàn)闄C(jī)械裝 置在生產(chǎn)的過(guò)程當(dāng)中自身就有很多設(shè)計(jì)的缺陷，這肯定多多少少都會(huì)影響到稱的精度。機(jī)械稱的工作原理需要用到杠桿原理，但是杠桿工作久了會(huì)引起摩擦，而大大降低了杠桿動(dòng)作的速度。而用來(lái)檢測(cè)杠桿的運(yùn)動(dòng)的位置的時(shí)候用到的是接近開關(guān)，而在水泥生產(chǎn)的惡劣環(huán)境來(lái)說(shuō)，接近開關(guān)往往比較容易損壞，壽命比較短，電參數(shù)總是不太穩(wěn)定，這樣接近開關(guān)往往就得不到應(yīng)有的作用。在水泥包裝行業(yè)，生產(chǎn)的環(huán)境不太好，如果使用電子稱來(lái)計(jì)量的話，電子稱遇到的干擾因數(shù)會(huì)比較多，這樣就有可能導(dǎo)致電子稱在計(jì)量時(shí)出現(xiàn)死機(jī)或者計(jì)量達(dá)不到應(yīng)有的精度。所以我們?yōu)榱嗽鰪?qiáng)包裝 機(jī)的計(jì)量精度，以及讓整個(gè)系統(tǒng)在面對(duì)干擾時(shí)不那么容易出現(xiàn)錯(cuò)誤，設(shè)計(jì)出此系統(tǒng)。 計(jì)量系統(tǒng)在水泥包裝機(jī)系統(tǒng)中是這樣工作的：檢查系統(tǒng)設(shè)備是否正常，是否存在備妥信號(hào)，設(shè)備如無(wú)異常，則可正常開機(jī)，旋轉(zhuǎn)式水泥包裝機(jī)開機(jī)運(yùn)行，插袋工作靠人工操作，插量系統(tǒng)把原有的皮重?cái)?shù)值清零，這時(shí)下料器下的閘板被打開，葉輪電機(jī)開始工作旋轉(zhuǎn)，水泥料往下灌裝，在這個(gè)時(shí)候，計(jì)量系統(tǒng)不斷的接收著稱重傳感器傳S T C 8 9 C 5 2P 1 . 0 P 1 . 1光 耦 光 耦固 態(tài) 繼 電 器 控 制 輸 出閘 板 葉 輪 電 機(jī)控 制 機(jī) 構(gòu)掉 袋 控 制機(jī) 構(gòu)P3.2P3.3P3.4P3.5鍵 盤 顯 示 接 口鍵 盤 6 位 L E DP1.3P1.2P0.7P0.0光 耦? ?A D 轉(zhuǎn) 換 器? ?稱 重 傳 感 器第 一 級(jí) 放 大第 二 級(jí) 放 大光 耦 光 耦插 袋 位 信 號(hào) 掉 袋 位 信 號(hào)廣西科技大學(xué)鹿山學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 來(lái)的物料袋的袋重信號(hào)并通過(guò)顯示屏顯示出來(lái)。當(dāng)水泥袋重達(dá)到事先的設(shè)定值之后，下料器下的閘板立即關(guān)閉，葉輪電機(jī)也隨之停止運(yùn)行，完成停止下料步驟。此 時(shí)旋轉(zhuǎn)式包裝機(jī)處于正常工作狀態(tài)不斷旋轉(zhuǎn)，當(dāng)灌裝好的水泥袋轉(zhuǎn)到預(yù)設(shè)的位置時(shí)，計(jì)量系統(tǒng)收到信號(hào)而驅(qū)動(dòng)掉袋裝置進(jìn)行推包，使包裝袋掉入輸送皮帶，袋裝水泥的包裝過(guò)程到此完成。在此計(jì)量系統(tǒng)中還包含了一個(gè)顯示頻和一個(gè)按鈕鍵盤，顯示頻用來(lái)顯示數(shù)值，按鈕鍵盤用來(lái)修改數(shù)據(jù)，輸入袋重值以及其他標(biāo)準(zhǔn)值等。 計(jì)量精度的分析 老式包裝機(jī)的缺點(diǎn)：（ 1）還采用 8 位的 AD 轉(zhuǎn)換器，測(cè)量精度不夠，顯示精度只能夠達(dá)到 ，計(jì)量精度只能達(dá)到 ；（ 2）零點(diǎn)地調(diào)節(jié)，稱重?cái)?shù)值的設(shè)定與改變都是通過(guò)電位器來(lái)調(diào)節(jié)，可是水泥廠粉塵多，污染 大，電位器容易損壞，不夠穩(wěn)定；（ 3）抗干擾能力差，干擾信號(hào)容易通過(guò)檢測(cè)信號(hào)線串入，且大型設(shè)備的開停容易產(chǎn)生電壓波動(dòng)，影響計(jì)量系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 影響袋重的因素有：（ 1）稱量機(jī)構(gòu)的彈簧片出現(xiàn)松動(dòng)，稱體和包裝機(jī)之間有接觸，或者位置出現(xiàn)不對(duì)稱，導(dǎo)致包裝機(jī)稱重偏大或出現(xiàn)數(shù)值飄移；（ 2）出料口應(yīng)與出料管垂直，以免在出料時(shí)被擠壓的壓力過(guò)大，影響精度；（ 3）供料系統(tǒng)要均衡，下料倉(cāng)內(nèi)的氣壓要保持穩(wěn)定，保證氣動(dòng)裝置能夠準(zhǔn)確動(dòng)作，保證精度。（ 4）滯后時(shí)間產(chǎn)生的影響：當(dāng)達(dá)到袋重時(shí)，傳感器輸送信號(hào)給微機(jī)，微機(jī)再給出關(guān)閉下料閘板需要 一定的時(shí)間。如果采樣不夠準(zhǔn)確與迅速，時(shí)間過(guò)程會(huì)影響計(jì)量的精度。 改進(jìn)策略分析：（ 1）使用分辨率為 12 位的 AD 轉(zhuǎn)換器，這樣顯示分辨率就能達(dá)到 10g，稱重漂移值＜ 10g；（ 2）采用電磁鐵控制閘板，當(dāng)袋重達(dá)到 80%時(shí)，關(guān)掉第一個(gè)閘板，降低水泥灌裝速度，這樣當(dāng)達(dá)到袋重關(guān)閉第二塊閘板時(shí)，水泥袋誤差就能最大限度的減小；（ 3）在單片機(jī)設(shè)計(jì)中設(shè)置自動(dòng)清零功能，保證零點(diǎn)的準(zhǔn)確性（ 4）調(diào)整下料機(jī)構(gòu)拉桿的長(zhǎng)度，使閘板卡輪卡塊處在最佳的間隙，這樣可以大大的減少滯后時(shí)間，提高計(jì)量精度；（ 5）要保證閘板的質(zhì)量，經(jīng)常檢查閘板的磨損情 況，保證閘板能夠自由開合；（ 6）要確保旋轉(zhuǎn)拐臂軸承轉(zhuǎn)動(dòng)的靈活性，調(diào)整開啟拉桿的高度；（ 7）電磁鐵要垂直安裝，不能夠傾斜，傾斜將會(huì)影響電磁鐵的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，延長(zhǎng)滯后時(shí)間，所以電磁鐵的安裝很重要。 在本文的研究中，我們將在最后兩章重點(diǎn)介紹計(jì)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 廣西科技大學(xué)鹿山學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 包裝機(jī) PLC 的選型 PLC 全名為可編程序控制器，由四個(gè)部分組成：分別是 CPU、存儲(chǔ)器、 I/O 口和部分可選配件。 CPU、存儲(chǔ)器、 I/O 系統(tǒng)是 PLC 的最基礎(chǔ)的組成部分，是 PLC 完成各種控制功能必不可少的組成部分。而其他可選的部件主要有：外存儲(chǔ) 器、通訊接口、擴(kuò)展接口等，它們主要的功能是存儲(chǔ)程序、編程、進(jìn)行系統(tǒng)擴(kuò)展和系統(tǒng)功能測(cè)試等等 [8]。CPU 作為 PLC 最核心的部分，能夠準(zhǔn)確快速的處理字節(jié)的指令，對(duì)系統(tǒng)起到有效的控制作用。而 I/O 口能夠進(jìn)行電平交換、電氣隔離、轉(zhuǎn)換串型和并型數(shù)據(jù)，并能夠?qū)ν馓峁┮恍?qū)動(dòng)能力，它是 CPU 模板和外部的開關(guān)量訊號(hào)之間的接口。對(duì)模擬的 I/O 接口的輸出部分來(lái)說(shuō)，它的主要功能是能夠?qū)崿F(xiàn)阻抗的匹配，波形的校正功率的放大。對(duì)輸入部分來(lái)說(shuō)，它的功能是將來(lái)源于受控對(duì)象的仿真量，變成可編程序控制器能夠識(shí)別和處理地?cái)?shù)字量。 PLC 經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，現(xiàn)在在市場(chǎng)上種類繁多，功能不一。按照 PLC 地 I/O 點(diǎn)地?cái)?shù)目，我們可以把可編程序控制器三種，第一種我們稱作小型機(jī)， I/O 點(diǎn)的數(shù)量最多為 256 點(diǎn)，沒(méi)有模擬量。第二種我們稱作中型機(jī)， I/O 點(diǎn)的數(shù)量在 256— 2048 點(diǎn)之間，模擬量的數(shù)目在 64— 128 之間。第三種我們稱作大型機(jī)， I/O 點(diǎn)的數(shù)量為 2048 點(diǎn)以上，模擬量的數(shù)目在 128— 512 之間 [9]。為了方便用戶在實(shí)際應(yīng)用時(shí)根據(jù)自己的需求來(lái)配置，在進(jìn)行具體的功能設(shè)計(jì)選擇時(shí)，一般采用模板式的結(jié)構(gòu)。而對(duì)于一些小型機(jī)而言，它們的配置比較固定，一般會(huì)把它們制作 成一體機(jī)，供給成套設(shè)備來(lái)用。而對(duì)于大型機(jī)而言，它們的電源、 CPU 都是需要做熱備份的。下圖 29 是小型的 PLC 的結(jié)構(gòu)框圖。 圖 29 PLC結(jié)構(gòu)圖 電 源輸入單元輸出單元編 程 器用 戶 程 序 存儲(chǔ) 器系 統(tǒng) 程 序 存儲(chǔ) 器中 央 處 理 單元可 編 程 控制 器接 觸 器 線 圈指 示 燈電 磁 閥 線 圈按 鈕接 觸 器 觸 點(diǎn)行 程 開 關(guān)廣西科技大學(xué)鹿山學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 可編程序控制器的掃描周期分為三個(gè)部分，第一個(gè)階段是輸入信號(hào)的采樣部分；第二個(gè)部分是程序執(zhí)行地讀取部分；第三個(gè)部分是輸出信號(hào)地刷新部分 [10]。關(guān)于可編程序控制器 PLC 的輸入信號(hào)地采樣，它地整個(gè)采樣地過(guò)程是，將全部地保存在輸入鎖存器當(dāng)中地輸入端子地同斷狀態(tài)，通過(guò) PLC特有的掃描方式按循序來(lái)掃描，讀取程序，把它們分別輸入寄存器，也被稱為輸入刷新。之后就關(guān)掉了 輸入地端口，隨后開始程序的執(zhí)行階段。對(duì)于 PLC 的程序執(zhí)行階段，它的工作過(guò)程是，對(duì)于 PLC 程序執(zhí)行階段，其工作過(guò)程是，根據(jù)命令，存儲(chǔ)用戶程序指令，掃描，并執(zhí)行每個(gè)指令后，操作，和后處理，然后，它的輸出寫入狀態(tài)寄存器，一步一步的閱讀，輸出狀態(tài)寄存器的內(nèi)容也跟著變化。對(duì)于程序地輸出刷新階段，它的工作過(guò)程是，在全部的指令執(zhí)行結(jié)束之后，輸出狀態(tài)寄存器的通斷狀態(tài)被輸送到輸出的鎖存器當(dāng)中，之后通過(guò)不同的方式進(jìn)行輸出，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的輸出設(shè)備進(jìn)行工作。 要想設(shè)計(jì)一個(gè) PLC 系統(tǒng)，我們首先要做的就是先確定這個(gè)系統(tǒng)的控制方案，第二部要 進(jìn)行的就是 PLC 的選型。設(shè)計(jì)和選型主要是基于一些工藝設(shè)計(jì)的要求和系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用來(lái)完成。所選的 PLC 一般選擇在同行業(yè)當(dāng)中有過(guò)使用經(jīng)歷，比較可靠穩(wěn)定的系統(tǒng)，它應(yīng)該易于與本生產(chǎn)系統(tǒng)形成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的整體。 PLC 的系統(tǒng)硬件與功能應(yīng)當(dāng)實(shí)際的環(huán)境和系統(tǒng)的規(guī)模相符合?？删幊炭刂破鞯墓δ軋D，了解，并將使用適當(dāng)?shù)木幊陶Z(yǔ)言，可以縮短設(shè)計(jì)時(shí)間，所以我們進(jìn)行設(shè)計(jì)選型，要仔細(xì)的分析系統(tǒng)的工藝流程，了解流程的每一個(gè)點(diǎn)，和控制要求，根據(jù)這些，大概算出輸入輸出的點(diǎn)數(shù)或內(nèi)存需求，確定 PLC 可以實(shí)現(xiàn)的功能，和外部設(shè)備的特點(diǎn)。可以按照價(jià)格來(lái)分析選擇 ，以滿足性價(jià)比的要求。在選擇 I/O點(diǎn)數(shù)的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)在正常的輸入輸出點(diǎn)數(shù)的基礎(chǔ)上，增加 10%— 20%的余量，作為最終的點(diǎn)數(shù)估算數(shù)據(jù) [11]。綜合旋轉(zhuǎn)式水泥包裝機(jī)的系統(tǒng)工藝流程和技術(shù)特點(diǎn)來(lái)考慮，以我們以最具性價(jià)比的方式選擇了由西門子公司生產(chǎn)的 S7— 200系列的 PLC，由統(tǒng)計(jì)資料可以知道，這個(gè)控制系統(tǒng)需要的 I/O 點(diǎn)有： 38個(gè)開關(guān)量輸入，38 個(gè)開關(guān)量輸出， 3 個(gè)模擬量輸入，兩個(gè)模擬量輸出。根據(jù) I / O 實(shí)際點(diǎn)，我們可以知道，它需要的模塊如下： 1 個(gè)模擬混合輸入輸出模塊， 3 個(gè)數(shù)字組合繼電器輸出模塊， 38 個(gè)開關(guān)量輸入（包括 料位器信號(hào)輸入，自保運(yùn)行輸入）， 38 個(gè)開關(guān)量輸出（包括系統(tǒng)的信號(hào)報(bào)警和運(yùn)行指示等）。還需要一個(gè)速度調(diào)節(jié)模擬量輸入，一個(gè)速度反饋模擬量輸入 [12]。一個(gè)模擬量輸出，這個(gè)模擬量輸出用于調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)式包裝機(jī)的主軸轉(zhuǎn)速的變頻器。由此，我們可以得出下圖 210，旋轉(zhuǎn)式水泥包裝機(jī) PLC控制系統(tǒng)地主機(jī)硬件組成。 廣西科技大學(xué)鹿山學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 圖 210旋轉(zhuǎn)式水泥包裝機(jī) PC控制系統(tǒng)主硬件組成 控制系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)的目的是為了檢驗(yàn)系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)的功能，以保證它們能像預(yù)期的那樣能夠執(zhí)行指令進(jìn)行正常操作。我們把實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容分為十一步，分別如下： 第一步：按下綠色啟動(dòng)按鈕 1，檢查啟動(dòng)的順序是不是正確，指示燈是否有顯示。啟動(dòng)順序：運(yùn)行振動(dòng)篩，等待 6s之后運(yùn)行斗式提升機(jī)，再經(jīng)過(guò) 6s之后，水泥輸送電機(jī)運(yùn)行。第二步：按下紅色的停止按鈕 1，檢查停止的順序是不是正確，指示燈是否有顯示。停止順序：剛開始是水泥輸送電機(jī)停止運(yùn)行，經(jīng)過(guò) 6s 之后，斗式提升機(jī)停止工作，再經(jīng)過(guò) 6s 之后，振動(dòng)篩也自動(dòng)停止工作。第三步：按下紅色的緊急停止按鈕 1，查看全部設(shè)備是否停止工作。第四部：實(shí)驗(yàn)性的把中間倉(cāng)料位升高，使它超過(guò)設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)值，查看生產(chǎn)系統(tǒng)的設(shè)備有沒(méi)有按順序停止工作，高料位信 號(hào)指示燈是否正常顯示。第五步：實(shí)驗(yàn)性的把中間倉(cāng)的料位降低，使它低于所設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)值，查看系統(tǒng)的設(shè)備有沒(méi)有按順序正常開機(jī)，檢查低料位信號(hào)燈是否正常顯示。第六步：按下綠色啟動(dòng)按鈕 2，檢查啟動(dòng)的順序是不是正確，指示燈是否有顯示。啟動(dòng)順序：首先啟動(dòng)皮帶輸送電機(jī)，經(jīng)過(guò) 6s 之后清包機(jī)運(yùn)行，再經(jīng)過(guò) 6s 之后理順機(jī)運(yùn)行，再經(jīng)過(guò) 6s 之后，卸包機(jī)工作，經(jīng)過(guò) 6s 之后，旋轉(zhuǎn)式包裝機(jī)運(yùn)行，再經(jīng)過(guò) 6s 之后，下料機(jī)開始下料。第七步：按下紅色的停止按鈕 1，檢查停止的順序是不是正確，指示燈是否有顯示。停止順序：停止下料機(jī)，下料機(jī)停止下料， 7s 之后，旋轉(zhuǎn)式包裝機(jī)停止運(yùn)行，再經(jīng)過(guò) 7s 之后，卸包機(jī)停止工作，再經(jīng)過(guò) 7s之后，理順機(jī)停止工作，再聯(lián) 鎖 狀 態(tài)運(yùn) 行 狀 態(tài)聯(lián) 鎖 狀 態(tài)運(yùn) 行 狀 態(tài)運(yùn) 行 狀 態(tài)聯(lián) 鎖 狀 態(tài)料 位 上 限料 位 上 限料 位 下 限料 位 下 限電 機(jī)電 機(jī)電 機(jī)聯(lián) 鎖 指 示聯(lián) 鎖 指 示聯(lián) 鎖 指 示運(yùn) 行 指 示運(yùn) 行 指 示