【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 制絲生產(chǎn)線的打葉、切片、加料、加香、潤(rùn)葉、潤(rùn)梗、烘絲、烘梗、膨脹、微波松散和摻配等工序，電子皮帶秤不但計(jì)量輸送物料的重量，而且控制流量波動(dòng)，其準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性等性能對(duì)制絲質(zhì)量尤其是重點(diǎn)工序的質(zhì)量有 著重要作用。同時(shí)，電子皮帶秤記錄的有關(guān)數(shù)據(jù)還為內(nèi)部管理和財(cái)務(wù)核算提供了依據(jù)。 1985年以前，國(guó)內(nèi)卷煙制絲生產(chǎn)線所裝備的電子皮帶秤全部依賴進(jìn)口。產(chǎn)品類型主要有德國(guó) Hauni公司的刀口支承式、意大利 Comas公司的十字簧片式和英 Leeg公司的內(nèi)十字簧片式單或雙托輥皮帶秤，其中以 Hauni公司和 Comas公司的產(chǎn)品為主。自 1986年起，我們?cè)趪?guó)內(nèi)首次對(duì) Hauni公司的稱重系統(tǒng)進(jìn)行了國(guó)產(chǎn)化研仿，并進(jìn)行了一些改進(jìn)。例如：將 Hauni公司生產(chǎn)的以模擬電路為主的模擬控制系統(tǒng)改進(jìn)為以 Z80、 8031專用單板機(jī)為主的數(shù)字控 制系統(tǒng)。首臺(tái)設(shè)備于 1986年安裝在曲靖卷煙廠新制絲線中，結(jié)束了我國(guó)不能生產(chǎn)煙草專用皮帶秤生產(chǎn)的歷史。 1987年，首條包括皮帶秤在內(nèi)的國(guó)產(chǎn)制絲生產(chǎn)線在許昌卷煙廠安裝、調(diào)試并投入試生產(chǎn)，標(biāo)志著國(guó)產(chǎn)化煙草專用微機(jī)皮帶秤的研究、開發(fā)和制造技術(shù)已具備了產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)能力，并在我國(guó)煙草行業(yè)“七．五”技術(shù)改造期間幾乎全部使用了國(guó)產(chǎn)的 YT系列電子皮帶秤。 九十年代初期，隨著煙草行業(yè)制絲工藝改進(jìn)和質(zhì)量控制的要求不斷提高和PLC(Programmable Logic Controller)技術(shù)的不斷發(fā)展，微機(jī)皮帶秤可靠性、穩(wěn)定性和維護(hù)性等方面存在的問(wèn)題已滿足不了需要，我們開始了以可編程序控制器為主機(jī)，以變頻器作為調(diào)速功能的電子皮帶秤研制，最早的產(chǎn)品于 1994年制造、安裝和調(diào)試成功。 根據(jù)電子皮帶秤在卷煙制絲工藝生產(chǎn)中所起的作用，結(jié)合卷煙制絲工藝改進(jìn)、設(shè)備更新?lián)Q代和質(zhì)量提升的需要，電子皮帶秤以高可靠、高穩(wěn)定和高精度為發(fā)展目標(biāo)。在秤架結(jié)構(gòu)上，追求設(shè)計(jì)、制造的合理簡(jiǎn)化，力求安裝、調(diào)試和日常維護(hù)的方便。而電控技術(shù)的應(yīng)用正向集控化、多功能、多用途、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。 1． 4 本文研究?jī)?nèi)容 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 9 ⑴ 搞清楚煙機(jī)生產(chǎn)線的設(shè)備組成和工作原理，尤其是煙機(jī)皮帶 秤的控制方法。 ⑵ 充分認(rèn)知控制對(duì)象，提取出被控量，以及控制目標(biāo)，運(yùn)用已學(xué)的知識(shí)提出控制方案，并論證控制方案的正確性。 ⑶ 煙機(jī)皮帶秤電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，包括主電路和控制電路的原理設(shè)計(jì)， PLC 的配置、變頻器的選型以及觸摸屏的設(shè)計(jì)等 。 還包括系統(tǒng)內(nèi)相關(guān)元器件的選型。 ⑷ 電子皮帶秤控制設(shè)計(jì)：包括電子皮帶秤基本計(jì)量原理和動(dòng)態(tài)計(jì)量數(shù)學(xué)模型，控制系統(tǒng)的構(gòu)成、控制程序的設(shè)計(jì)等。 ⑸ PLC控制器的軟件設(shè)計(jì)、變頻器的參數(shù)設(shè)置、觸摸屏的畫面設(shè)計(jì)等。 ⑹ 系統(tǒng) 具有完善的故障診斷功能 。 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 10 第 2章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)題目的確定 設(shè)計(jì)題目要求 1 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的技術(shù)背景和設(shè)計(jì)依據(jù) 煙機(jī)皮帶秤是煙草機(jī)械中用于實(shí)現(xiàn)在線計(jì)量稱重、定量打包、流量配比等功 能的設(shè)備，具有精度要求高、機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜、控制內(nèi)容多等特點(diǎn)。所謂在線計(jì)量就是在物料運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)以下幾個(gè)方面的功能： （ 1） 計(jì)量功能：在線計(jì)量流過(guò)皮帶物料的總累計(jì)量，并實(shí)時(shí)顯示流量。 （ 2） 定量包裝功能：在完成計(jì)量的同時(shí)，根據(jù)預(yù)先設(shè)置的“包重值”自動(dòng)完成定量包裝。 （ 3） 恒流功能：在完成計(jì)量的同時(shí)，根據(jù)預(yù)先設(shè)置的流 量值自動(dòng)調(diào)整皮帶的速度，使流過(guò)皮帶的物料流量受控。 此外，控制系統(tǒng)還應(yīng)具有完善的故障診斷和保護(hù)功能。 2 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的任務(wù) ⑴ 熟悉題目要求，查閱相關(guān)科技文獻(xiàn) ⑵ 熟悉西門子 PLC、 觸摸屏和變頻器 ⑶ 熟悉 電子皮帶秤控制方法 ⑷ 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)（包括理論分析、設(shè)計(jì)計(jì)算、實(shí)驗(yàn)及數(shù)據(jù)處理、設(shè)備及元器件選擇等） ⑸ 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) ⑹ 撰寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書（畢業(yè)論文），繪制圖紙 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 11 ⑺ 指定內(nèi)容的外文資料翻譯 3 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的主要內(nèi)容、功能及技術(shù)指標(biāo) ⑴ 搞清楚煙機(jī)生產(chǎn)線的設(shè)備組成和工作原理，尤其是煙機(jī)皮帶 秤的控制方法。 ⑵ 充分認(rèn)知控制對(duì)象，提取出被控量，以及控制目標(biāo)，運(yùn)用已學(xué)的知識(shí)提出控制方案，并論證控制方案的正確性。 ⑶ 煙機(jī)皮帶秤電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，包括主電路和控制電路的原理設(shè)計(jì) , PLC 的配置、變頻器的選型以及觸摸屏的設(shè)計(jì)等 。 還包括系統(tǒng)內(nèi)相關(guān)元器 件的選型。 ⑷ 電子皮帶秤控制設(shè)計(jì)：包括電子皮帶秤基本計(jì)量原理和動(dòng)態(tài)計(jì)量數(shù)學(xué)模 型，控制系統(tǒng)的構(gòu)成、控制程序的設(shè)計(jì)等。 ⑸ PLC控制器的軟件設(shè)計(jì)、變頻器的參數(shù)設(shè)置、觸摸屏的畫面設(shè)計(jì)等。 ⑹ 系統(tǒng) 具有完善的故障診斷功能 。 4 畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文）提交的成果 ⑴ 開題報(bào)告（不少于 3000 字） ⑵ 設(shè)計(jì)說(shuō)明書（約 3萬(wàn)字左右），或畢業(yè)論文（約 2萬(wàn)字左右） ⑶ 圖紙： ① 系統(tǒng)原理圖；（ 2圖紙） ② 硬件電路圖；（ 1圖紙） ③ 軟件流程圖；（ 2圖紙） ⑷ 中、英文摘要（中文摘要約 200 字， 3~5 個(gè)關(guān)鍵詞） ⑸ 論文簡(jiǎn)介 ⑹ 外文資料翻譯（約 5000 漢字） 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 12 設(shè)計(jì)要求分析 1．系統(tǒng)的可靠性要高 按照工業(yè)控制系統(tǒng)高可靠性的基本要求，考慮到一旦可能發(fā)生的故障，需 配備手動(dòng)控制裝置作為后援；選配硬件時(shí)，要考慮到產(chǎn)品的市場(chǎng)化程度及維護(hù) 人員的素質(zhì)，其安裝位置也要兼顧到易維修性。同時(shí)增加可實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話的漢 化中文人機(jī)界面，方便快速查找故障點(diǎn)。由于卷煙制絲線設(shè)備的技術(shù)改進(jìn)、設(shè) 備的調(diào)整和增減頻繁，系統(tǒng)控制對(duì)象可能要經(jīng)常更新和變更。因此，還要考慮 選配硬件的可擴(kuò)展性，滿足工藝改進(jìn)等不同需書對(duì)工業(yè)控制系統(tǒng)最基本的要求 是高可靠性。應(yīng)在追求高精度和多功能等要求的前提下，選用可靠性及穩(wěn)定性 具佳的硬件產(chǎn)品。一旦系統(tǒng)出現(xiàn)故障將造成整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的混亂，引起嚴(yán)重后 果。所以，通常均應(yīng)考慮后援手段，如配備常規(guī)控制裝置或手動(dòng)控 制裝置作后 備。一旦 PLC控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障，就切換到后援控制裝置，以維持生產(chǎn)過(guò)程的 正常進(jìn)行。 2．可維護(hù)性能要好 系統(tǒng)設(shè)計(jì)不僅要能方便操作人員掌握和使用，還要使操作方便簡(jiǎn)單并有較強(qiáng)的 人機(jī)對(duì)話能力。在人機(jī)會(huì)話中，應(yīng)采用全漢化的中文系統(tǒng)。為了在發(fā)生故障時(shí)， 能盡快排除其故障，軟件的設(shè)計(jì)應(yīng)配置查錯(cuò)和診斷程序。硬件的配置及安裝位 置應(yīng)便于操作人員維修。 3．通用性要好，便于升級(jí) 一個(gè)控制系統(tǒng)的控制對(duì)象往往不是一成不變的，隨著工藝的改進(jìn)，設(shè)備的調(diào)整 和頻繁增減，系統(tǒng)控制對(duì)象可能要 經(jīng)常更新和變更。因此，還要考慮選配硬件 的可擴(kuò)展性，只有當(dāng)系統(tǒng)可擴(kuò)性好時(shí)，才能使控制對(duì)象改變時(shí)不必做大的改動(dòng) 就能滿足工藝改進(jìn)等不同需求。 4．電子皮帶秤系統(tǒng)應(yīng)具有如下功能。 1)．?dāng)?shù)據(jù)采集功能 在中斷時(shí)，能采集物料的重量信號(hào)，皮帶的速度信號(hào)，從而算出物料的瞬時(shí)流 量和累計(jì)量。 2)．控制功能 可通過(guò)觸摸屏對(duì)設(shè)定流量 Qp和其他工藝參數(shù)：流量系數(shù) Ct， PID調(diào)節(jié)系數(shù) Pi， 速度系數(shù) Kv等進(jìn)行修改操作，使瞬時(shí)流量能跟蹤設(shè)定流量，達(dá)到定量給料的目 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 13 的。 3)．打印生產(chǎn)報(bào)表功能 通 過(guò)觸摸屏可打印出相關(guān)的班報(bào)表、日?qǐng)?bào)表和月報(bào)表，并對(duì)同等物料產(chǎn)量進(jìn)行 統(tǒng)計(jì)打印。 4)．圖文信息顯示功能 如工況流程、工藝參數(shù)、生產(chǎn)報(bào)表、過(guò)程趨勢(shì)、故障診斷等，使操作者可方便 直觀地、在操作屏幕上進(jìn)行性能調(diào)節(jié)、故障查詢、比例設(shè)置等操作，以掌握系 統(tǒng)工作的全貌。 5)皮帶自動(dòng)糾偏功能 因維護(hù)人員需要經(jīng)常檢查皮帶的運(yùn)行位置，以保證計(jì)量的精度，而校正工作是 一項(xiàng)該做但很費(fèi)時(shí)費(fèi)力的事情，因此，增加皮帶自動(dòng)糾偏功能，就可給用戶帶 來(lái)極大的方便。 6)．計(jì)量誤差自動(dòng)標(biāo)碼校正功能 5．性 能參數(shù)要求： 精度：計(jì)量精度優(yōu)于 0． 25％ 控制精度優(yōu)于 0． 5％ 流量范圍： 80— 14000Kg／ h 速度范圍： 0． 01— 0． 5rn／ s 皮帶寬度： 600mm、 800mm、 1000mm、 1200mm等 :在完成計(jì)量的同時(shí)，根據(jù)預(yù)先設(shè)置的“包重值”自動(dòng)完成定量 包裝。 ：在線計(jì)量流過(guò)皮帶物料的總累計(jì)量，并實(shí)時(shí)顯示流量。 ：在完成計(jì)量的同時(shí)，根據(jù)預(yù)先設(shè)置的流量值自動(dòng)調(diào)整皮帶的速度， 使流過(guò)皮帶的物料流量受控。 此外，控制系統(tǒng)還應(yīng)具有完善的故障診 斷和保護(hù)功能。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想 1． 用西門子 PLC作為工業(yè)控制主機(jī)，改直流調(diào)速控制器為交流變頻調(diào)速控制器， 改普通電磁測(cè)速發(fā)電機(jī)為旋轉(zhuǎn)編碼器方式對(duì)皮帶進(jìn)行測(cè)速，采用高精度數(shù)據(jù) 放大器和 16 位 A／ D／ A轉(zhuǎn)換模塊對(duì)稱重信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)。從而確保電子秤的 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 14 高精度。 2．采用雙托輥方式，以提高稱量精度，從而減小誤差，提高控制精度。 3． 考慮到煙廠今后要向無(wú)人車間模式轉(zhuǎn)換，要建立集中操作和監(jiān)控系統(tǒng)，因此， 在原有電子秤功能的基礎(chǔ)上增加了網(wǎng)絡(luò)通訊功能，為今后建立車間級(jí)集中操 作和監(jiān)控系 統(tǒng)打下基礎(chǔ)。 4. 加入了動(dòng)態(tài)稱重模塊，從而增加了信號(hào)的獲取強(qiáng)度，更準(zhǔn)確的接收重量信號(hào)。 系統(tǒng)的組成及總體方案設(shè)計(jì) 電子皮帶秤是一種高精度的動(dòng)態(tài)計(jì)量控制系統(tǒng)，由稱重秤架和測(cè)控系統(tǒng)兩部分組成。其中：測(cè)控部分包括硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)。根據(jù)稱重原理、秤架受力及誤差來(lái)源的分析，結(jié)合卷煙制絲線生產(chǎn)工藝的特點(diǎn)和應(yīng)用技術(shù)，采用雙托輥雙傳感秤架結(jié)構(gòu)的皮帶秤，選用皮帶秤制絲線專用的無(wú)接縫皮帶，配置重力式皮帶張緊裝置和連續(xù)式自動(dòng)糾偏裝置。同時(shí)，配備自動(dòng)掛碼校準(zhǔn)裝置，方便計(jì)量誤差的校正。真正做到“機(jī)電一體化”。 硬件配置 系統(tǒng)采用了雙傳感器配置在皮帶兩側(cè)，以減小物料偏載，增強(qiáng)了稱重采樣穩(wěn)定性。配置高精度 A／ D轉(zhuǎn)換模塊，同時(shí)配備自動(dòng)校準(zhǔn)砝碼，克服重量傳感器的疲勞及放大器的溫漂和時(shí)漂，以確保 A／ D轉(zhuǎn)換的精度。將高速旋轉(zhuǎn)編碼器用于皮帶測(cè)速配套使用高速計(jì)數(shù)器模塊，以減小皮帶測(cè)速誤差，降低整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)檢測(cè)誤差。 PLC采用西門子公司高性能的 PLC產(chǎn)品 S7300系列，該模塊上有以太網(wǎng)接口、 MPI接口、遠(yuǎn)程 I／ O接口、串行口等，可根據(jù)不同的需要，串入不同的通信網(wǎng)絡(luò)，通過(guò) Prefibus． DP現(xiàn)場(chǎng)總線可實(shí)現(xiàn)各PLC系統(tǒng)間的可靠通訊。因此在設(shè)計(jì)本控制系統(tǒng)時(shí)，將電控和各檢測(cè)信號(hào)均納入 PLC，充分、合理地共享硬件和軟件資源。通過(guò)檢測(cè)儀表等采集計(jì)量過(guò)程和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的各種數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)備的控制。觸摸屏作為人機(jī)界面，能顯示整個(gè)系統(tǒng)的有關(guān)參數(shù)并能對(duì)主機(jī)發(fā)布相關(guān)命令。觸摸屏和主機(jī)間采用 RS． 232通訊，系統(tǒng)可擴(kuò)展性強(qiáng)，數(shù)據(jù)接口豐富。 軟件設(shè)計(jì) 在系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)方面主要包括兩大部分： PLC控制程序的設(shè)計(jì)、觸摸屏組態(tài)界面的設(shè)計(jì)。在 PLC程序中設(shè)計(jì)兩種控制方式可供自由選擇，即手動(dòng)方式和自動(dòng)方式。采用手蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 15 動(dòng)方式時(shí)，用觸摸 按鈕控制秤的標(biāo)定和起停等。采用自動(dòng)時(shí)，需要先選擇設(shè)置好控制參數(shù)并確認(rèn)無(wú)誤后，運(yùn)行系統(tǒng)即可進(jìn)入自動(dòng)控制運(yùn)行狀態(tài)，這樣設(shè)備就可以自動(dòng)完成稱重過(guò)程。通過(guò)觸摸屏與 PLC之間通過(guò) RS232進(jìn)行通訊，操作人員可以通過(guò)觸摸屏向 PLC發(fā)出各種控制命令，同時(shí)還可將現(xiàn)場(chǎng)的各種數(shù)據(jù)通過(guò) PLC傳送給觸摸屏，在觸摸屏界面上顯示出來(lái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控。最后，通過(guò)對(duì) SIMATIC的硬件組態(tài)，實(shí)現(xiàn)了 PLC與觸摸屏和變頻控制器之間的通信，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)各部分之間信息的高速交換。 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 16 第 3章 電子皮帶秤稱重原理及誤差分析 隨著科學(xué)技術(shù)水平的提高，電子皮帶秤的結(jié)構(gòu)、部件組成及測(cè)控技術(shù)都發(fā)生了顯著變化。主要表現(xiàn)在稱重裝置的結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)化合理，計(jì)算機(jī)技術(shù)與數(shù)據(jù)檢測(cè)和控制過(guò)程結(jié)合得更加緊密。但其基本組成和稱重的基本原理并未發(fā)生根本轉(zhuǎn)變。由電子皮帶秤的組成結(jié)構(gòu)、稱重原理和秤架受力情況的分析可知，其計(jì)量準(zhǔn)確度是由稱重傳感器與測(cè)速傳感器所檢測(cè)到的單位長(zhǎng)度上的物料重量以及皮帶運(yùn)行速度決定的。在實(shí)際稱量過(guò)程中，由于計(jì)量托輥的非準(zhǔn)直度、皮帶張力及皮帶運(yùn)行阻力等被稱為“皮帶效應(yīng)”的因素影響 ，傳感器本身精度、通道設(shè)置及工作方法的影響，校準(zhǔn)方法與實(shí)際工作狀況的差別影響，電磁干擾、振動(dòng)、溫度和濕度變化等因素影響，造成的計(jì)量誤差從而影響計(jì)量精度。同時(shí)，電子皮帶秤的控制誤差受系統(tǒng)計(jì)量精度、控制及執(zhí)行機(jī)構(gòu)的影響，因此分析時(shí)應(yīng)該理清條理，分清主次。 電子皮帶秤稱重原理 稱重裝置 [5][7] 皮帶秤的稱重裝置是皮帶秤稱重負(fù)荷的承受部分，它安裝在輸送機(jī)上，簡(jiǎn)稱為秤臺(tái)。 根據(jù)皮帶秤的組成和稱重原理，稱重裝置在皮帶秤中起直接感應(yīng)皮帶上物料重量的作用，