【正文】 動器的料倉，通過振動器的振動，把配料喂進稱料倉；而稱料倉則是帶有稱料傳感器和排料振動器的特殊倉，通過稱料傳感器的信號輸出，從而啟動 1 號傳送帶，停止料倉下料，再延時一段時間，稱料倉的排料振動器就會開啟，進行排料，把配料排到 2 號傳送帶。中間倉門和混合倉門都是采用電磁閥控制閥門開啟關閉的倉門。本系統(tǒng)主要的硬件是 PLC、電機和變頻器，接下來重點介紹。 配料生產(chǎn)線工藝流程圖 可編程控制器 PLC 的選型 輸入輸出（I/O）點數(shù)的確定一個單線圈電磁閥用可編程控制器時需兩個輸入及一個輸出；一個雙線圈電磁閥需三個輸入及兩個輸出；一個比例式電磁閥需三個輸入及五個輸出。一個按鈕需一個輸入；一個光電開關要占用一個或兩個輸入點；一個信號占用一個輸出點；而波段開關，有幾個波段就占用幾個輸入點；一般情況，各種位置開關都要占用兩個輸入點。I/O 點數(shù)估算時應考慮適當?shù)挠嗔?，通常根?jù)統(tǒng)計的輸入輸出點數(shù)，再增加 10%～20%的可擴展余量后，作為輸入輸出點數(shù)估算數(shù)據(jù)。實際訂貨時，還需根據(jù)制造廠商 PLC的產(chǎn)品特點，對輸入輸出點數(shù)進行圓整。 本設計采用 PLC 構成的配料生產(chǎn)線控制系統(tǒng)，按照該系統(tǒng)的組成，本系統(tǒng)設有電磁閥控制的中間倉門和混合倉門共 2 個，這 2 個電磁閥采用單線圈電磁閥每個占用 1個輸出點，各振動器、攪拌機和傳送帶由電機拖動，每個電機占用 1 個輸出點。總體來說設置 1 個自動開始按鈕、1 個單周期循環(huán)按鈕、1 個手動調(diào)節(jié)攪拌機按鈕、1 個停止按鈕、2 個稱料傳感器輸入點、一個熱繼電器輸動開始按鈕、一個手動調(diào)節(jié) 1 號傳送帶按鈕、一個手動調(diào)節(jié) 2 號傳送帶按鈕、一個手入點，一共輸入點 10 個。輸出點就有2 號倉料喂料振動器 2 個、排料振動器 1 個、攪拌機 1 個、中間倉門 1 個、混合倉卸料門 1 個、1 號和 2 號傳送帶 2 個、指示燈 3 個、報警蜂鳴器 1 個，共 12 個。綜上所述，輸入點共有 10 個，輸出點共有 12 個。經(jīng)驗設計法也叫湊試法。在掌握一些典型控制環(huán)節(jié)和電路設計的基礎上，根據(jù)被控對象對控制系統(tǒng)的具體要求，憑經(jīng)驗進行選擇、組合。這種方法對于一些簡單的控制系統(tǒng)的設計是比較湊效的，可以收到快速、簡單的效果。經(jīng)驗設計法的具體步驟如下：（1） 確定輸入/輸出電器；（2） 確定輸入和輸出點的個數(shù)、選擇 PLC 機型、進行 I/O 分配；（3） 做出系統(tǒng)動作工程流程圖；（4） 選擇 PLC 指令并編寫程序； （5） 編寫其它控制控制要求的程序；（6） 將各個環(huán)節(jié)編寫的程序合理地聯(lián)系起來，即得到一個滿足控制要求的程序。17 / 70 內(nèi)存估計存儲器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲單元大小，程序容量是存儲器中用戶應用項目使用的存儲單元的大小，因此程序容量小于存儲器容量。設計階段，由于用戶應用程序還未編制，因此，程序容量在設計階段是未知的，需在程序調(diào)試之后才知道。為了設計選型時能對程序容量有一定估算，通常采用存儲器容量的估算來替代。 存儲器內(nèi)存容量的估算沒有固定的公式，許多文獻資料中給出了不同公式，大體上都是按數(shù)字量 I/O 點數(shù)的 10～15 倍，加上模擬 I/O 點數(shù)的 100 倍，以此數(shù)為內(nèi)存的總字數(shù)（16 位為一個字） ，另外再按此數(shù)的 25%考慮余量。 PLC 的類型PLC 按結構分為整體型和模塊型兩類，按應用環(huán)境分為現(xiàn)場安裝和控制室安裝兩類；按 CPU 字長分為 1 位、 4 位、8 位、16 位、32 位、64 位等。從應用角度出發(fā)，通?？砂纯刂乒δ芑蜉斎胼敵鳇c數(shù)選型。 整體型 PLC 的 I/O 點數(shù)固定，因此用戶選擇的余地較小，用于小型控制系統(tǒng)；模塊型 PLC 提供多種 I/O 卡件或插卡，因此用戶可較合理地選擇和配置控制系統(tǒng)的 I/O點數(shù)，功能擴展方便靈活，一般用于大中型控制系統(tǒng)。 輸入輸出模塊的選擇 可編程控制器輸入模塊是檢測并轉換來自現(xiàn)場設備（按鈕、限位開關、接近開關等）的高電平信號為機器內(nèi)部電平信號，模型類型分直流 12460V 幾種；交流 115V 和 220V 兩種。模塊輸出的任務是將機器內(nèi)部信號電平轉換為外部過程的控制信號。輸出模塊同時接通點數(shù)的電流累計值必須小于公共段所允許通過的電流值。輸出模塊的電流值必須大于負載電流的額定值。 電源的選擇 PLC 的供電電源，除了引進設備時同時引進 PLC 應根據(jù)產(chǎn)品說明書要求設計和選用外，一般 PLC 的供電電源應設計選用 220VAC 電源，與國內(nèi)電網(wǎng)電壓一致。重要的應用場合，應采用不間斷電源或穩(wěn)壓電源供電。 如果 PLC 本身帶有可使用電源時，應核對提供的電流是否滿足應用要求，否則應設計外接供電電源。為防止外部高壓電源因誤操作而引入 PLC，對輸入和輸出信號的隔離是必要的，有時也可采用簡單的二極管或熔絲管隔離。 由于計算機集成芯片技術的發(fā)展，存儲器的價格已下降，因此，為保證應用項目的正常投運，一般要求 PLC 的存儲器容量，按 256 個 I/O 點至少選 8K 存儲器選擇。需要復雜控制功能時，應選擇容量更大，檔次更高的存儲器。 經(jīng)濟性的考慮 選擇 PLC 時，應考慮性能價格比?？紤]經(jīng)濟性時，應同時考慮應用的可擴展性、可操作性、投入產(chǎn)出比等因素，進行比較和兼顧，最終選出較滿意的產(chǎn)品。 輸入輸出點數(shù)對價格有直接影響。每增加一塊輸入輸出卡件就需增加一定的費用。當點數(shù)增加到某一數(shù)值后，相應的存儲器容量、機架、母板等也要相應增加，因此，點數(shù)的增加對 CPU 選用、存儲器容量、控制功能范圍等選擇都有影響。在估算和選用時應充分考慮，使整個控制系統(tǒng)有較合理的性能價格比。 機型的選擇選擇 PLC 時，應考慮性能價格比。考慮經(jīng)濟性時，應同時考慮應用的可擴展性、綜上所述，根據(jù)具體情況，我們選擇 SIMATIC 小型 S7200 系列 PLC。S7 —200 的CPU226CN 輸入，輸出點數(shù)為 24／16，足以滿足要求。它適用于各行各業(yè)，各種場合中的檢測、監(jiān)測及控制的自動化。S7200 系列的強大功能使其無論在獨立運行中，或相連成網(wǎng)絡皆能實現(xiàn)復雜控制功能。S7200 系列出色表現(xiàn)在以下幾個方面：極高的可靠性；極豐富的指令集；易于掌握；便捷的操作；豐富的內(nèi)置集成功能；實時特性；強勁的通訊能力；豐富的擴展模塊等。S7200 系列在集散自動化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強大功能。使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡單控制到更復雜的自動化控制。應用領域極為廣泛，覆蓋所有與自動檢測，自動化控制有關的工業(yè)及民用領域，包括各種機床、機械、電力設施、民用設施、環(huán)境保護設備等等。19 / 70 變頻器的選擇 變頻器的概述變頻技術是電力電子技術的主要組成部分，它主要應用在交流電機的調(diào)速和供電電源兩個領域。過去，調(diào)速傳動方式的主流是晶閘管直流電動機傳動系統(tǒng)，但直流電動機本身存在一些固有的缺點，如受使用環(huán)境的條件限制，需要定期維護最高速度和容量受限制等。而交流調(diào)速傳動系統(tǒng)除了可克服直流高速傳動系統(tǒng)的缺點外，還具有交流電動機結構簡單，可靠性高、節(jié)能、高精度、快響應等優(yōu)點。在交流調(diào)速傳動的各種方式中，變頻調(diào)速就是應用最多的一種，因為在交流電動機的轉差功率中，轉子銅損部分的消耗是不可避免的，采用變頻調(diào)速的方式無論電動機轉速高低，轉差功率的消耗基本不變，系統(tǒng)效率是各種交流調(diào)速方式中最高的，所以采用變頻調(diào)速具有顯著的節(jié)能效果。變頻技術的產(chǎn)生與發(fā)展為交流調(diào)速開拓了廣闊的天地。國外交流調(diào)速在電氣傳動行業(yè)內(nèi)已占絕對優(yōu)勢，雖然國內(nèi)直流調(diào)速還在大量使用，但近年來凡新建的電氣傳動系統(tǒng)均采用交流調(diào)速，其發(fā)展勢頭是迅速的。變頻技術在供電電源方面的應用主要是；(1) 將過去用發(fā)電機變壓器產(chǎn)生交流電源的地方(如中頻電源，不停電電源等)用變頻電源取代；(2)將計算機、電焊機、電子裝置等用直流電源的地方改為變頻技術為核心的開關電源。變頻技術在電源中的應用，極大地減小了電源裝置的體積，提高了效率，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟效益。 傳送帶和攪拌機的電機調(diào)速系統(tǒng)在配料生產(chǎn)線系統(tǒng)上，各振動器、傳送帶和攪拌機由電機拖動，振動器和傳送帶的電機速度直接關系到生產(chǎn)效率，振動器、傳送帶和攪拌機在實際的運行中要根據(jù)實際情況調(diào)速，要配合其它環(huán)節(jié)的時間進行調(diào)速，不能過快也不能過慢。在下料過程中不同的料和不同的量都需要傳送帶和攪拌機速度要合適，所以在配料生產(chǎn)線的系統(tǒng)中經(jīng)常要調(diào)節(jié)傳送帶和攪拌機的速度，考慮到變頻器的調(diào)速系統(tǒng)比較穩(wěn)定，而且精度很高，所以選用了變頻器作為配料生產(chǎn)線的傳送帶和攪拌機的電機調(diào)速系統(tǒng)。在過去，生產(chǎn)線對傳送帶電機的調(diào)速沒有很注重，一般應用變極方式實現(xiàn)電機的調(diào)速。因為這種系統(tǒng)只能實現(xiàn)有級調(diào)速，無法對電機的轉速和加、減速進行準確的控制，所以此方式的舒適感和平層精度都較差。后來又采用交流調(diào)壓調(diào)速控制的電機，進行速度閉環(huán)控制，其舒適感和平層精度都有較大提高，但它卻很難實現(xiàn)精確控制，并且能耗大，輸入功率因數(shù)也低，影響了系統(tǒng)的整體性能。對于高速電電機，過去主要采用晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)，存在維護難等問題，并且調(diào)速系統(tǒng)的功率因數(shù)也不高。與前述方式相比較，變頻調(diào)速則是各種調(diào)速方法中效率、性能均較好的一種。 變頻器型號的選擇根據(jù)具體情況，考慮到電機的速度、負載、變頻的頻率、容量以及電機的功率，我們選擇 MM440。MM440 是西門子公司生產(chǎn)的通用型矢量變頻器，它性能穩(wěn)定，質(zhì)量可靠，功能齊全，在電機行業(yè)首次使用?？删幊绦蚩刂破?PLC 和 MM440 變頻器之間的通訊可有兩種方式，一種是串行通訊,采用串行通訊只需一根雙芯屏蔽電纜西門子專用，它大大減少了布線的數(shù)量，無須重新布線即可更改控制功能，可以通過串行接口設置和修改變頻器的參數(shù)，還可以連續(xù)對變頻器的特性進行監(jiān)視和控制另一種是并行通訊。另外變頻器上還安裝了編碼器模板這使得這種通用型 MM440 可以接成閉環(huán)速度反饋控制方式與無傳感器矢量控制 SLVC 和變壓/變頻 V/F 相比這種控制方式具有以下優(yōu)點： 1 零速時仍然具有額定轉矩的負載能力 2 速度控制的精度 3 速度控制和轉矩控制的動態(tài)性能得到改善 電機的選擇 電機選擇的基本內(nèi)容選擇電動機的內(nèi)容：種類、型式、額定轉速、額定電壓、額定功率（容量）。正確選擇電動機容量的原則：完全滿足生產(chǎn)機械對電動機提出的功率、轉矩、轉速、以及起動、調(diào)速、制動和過載等要求，電動機在工作過程中能充分被利用，而且還不超過國家標準所規(guī)定的溫升。一、電動機種類的選擇21 / 70繞線型電動機鼠籠型電動機 異步電動機同步電動機交流電動機直流電動機電動機種類 電機分類圖選擇依據(jù)：由機械特性、調(diào)速情況與起動性能、 維護以及價格、工作方式（連續(xù)、 短時、斷續(xù)周期工作制）決定。1. 當生產(chǎn)機械對電動機的起動、制動、調(diào)速性能要求不高時，應盡量采用交流電動機。(1) 對于負載平穩(wěn)，且無特殊要求的長期工作制機械，應選用鼠籠型電動機；(2) 若要求電動機具有較好的起動性能，應采用雙鼠籠或深槽式等高起動轉矩的異步電動機；(3) 對于具有有級調(diào)速的生產(chǎn)機械，應采用鼠籠型多速異步電動機；(4) 對于電梯、橋式起重機類機械要求限制起動電流與提高起動轉矩，應采用繞線式異步電動機；(5) 對于功率較大，又不需要調(diào)速的生產(chǎn)機械，且長期工作， 應采用同步電動機。2. 當起動、制動、調(diào)速等性能采用交流電動機無法滿足時， 則采用直流電動機或晶閘管—直流電動機（KZ—D）系統(tǒng)3. 隨著交流調(diào)速系統(tǒng)的不斷發(fā)展，交流調(diào)速性能一定會趕上直流調(diào)速系統(tǒng)，因此，今后可以普遍選用交流電動機了。二、電動機外型結構的選擇1. 開啟式：用于干燥和清潔的環(huán)境中。2. 防護式: 用于干燥和灰塵不多，沒有腐蝕性，爆炸性氣體存在的環(huán)境中。3. 封閉式：適用于潮濕、多灰塵、易受風雨侵蝕等惡劣環(huán)境中。： 電動機密封程度高，可以浸在液體中使用，如潛水電動機。5. 防爆式：適用于有爆炸危險的環(huán)境中。三、電動機額定轉速的選擇1. 電動機連續(xù)工作，很少起動、制動或反轉，可以從設備的初期投資，占地面積和維護費用等方面，就不同的傳動比進行比較來確定合適的額定轉速。2. 電動機經(jīng)常起動、制動及正反轉，但過渡過程的持續(xù)時間對生產(chǎn)率影響不大。除考慮初期投資之外，還要根據(jù)過渡過程能量損耗為最小的條件來確定合適的額定轉速。3. 電動機經(jīng)常起動、制動及正反轉，過渡過程的持續(xù)時間對生產(chǎn)率影響較大。主要根據(jù)過渡過程持續(xù)時間為最短的條件來選擇額定轉速。四、電動機工作制的選擇根據(jù)電動機的工作方式選擇電動機的工作制。國產(chǎn)電動機按發(fā)熱與冷卻情況不同，分為九種工作制。如連續(xù)工作制、短時工作制、斷續(xù)周期工作制等等。五、電動機型號的選擇國產(chǎn)電動機為了滿足生產(chǎn)機械的不同需要，做成許多在結構型式、應用范圍、性能水平等各異、功率按一定比例遞增并成批生產(chǎn)的系列產(chǎn)品，并冠以規(guī)定的產(chǎn)品型號。例如 Y 系列電動機是 20 世紀 80 年代設計的封閉型籠型三相異步電動機； YR 系列為繞線型三相異步電動機；YD 系列為三相多速異步電動機；YB 系列為防爆型三相異步電動機；T 系列為三相同步電動機；Z 系列為直流電動機等等。 連續(xù)工作制的電機容量選擇1. 常值負載下電動機容量的選擇計算出生產(chǎn)機械的常值負載功率，查閱電動機相關產(chǎn)品目錄，選擇電機額定功率等于或略大于生產(chǎn)機械的常值負載功率、轉速合適的電動機即可。一般不需進行發(fā)熱校驗。當環(huán)境溫度與標準環(huán)境溫度(40)相差較大時，為充分利用電動機，進行電動機容量修正。 由于電動機一個周期內(nèi)的溫升不僅與負載的大小有關還與負載的持續(xù)時間有關，生產(chǎn)機械平均功率 PL 只能反映電動機的平均溫升，因此按