【正文】 基于 PLC 的水泥自動配料控制系統(tǒng)設(shè)計 33 附錄 1 PLC 接線圖 基于 PLC 的水泥自動配料控制系統(tǒng)設(shè)計 34 附錄 2 自動配料系統(tǒng)程序 系統(tǒng)主程序 基于 PLC 的水泥自動配料控制系統(tǒng)設(shè)計 35 基于 PLC 的水泥自動配料控制系統(tǒng)設(shè)計 36 系統(tǒng)子程序 基于 PLC 的水泥自動配料控制系統(tǒng)設(shè)計 37 基于 PLC 的水泥自動配料控制系統(tǒng)設(shè)計 38 基于 PLC 的水泥自動配料控制系統(tǒng)設(shè)計 39 基于 PLC 的水泥自動配料控制系統(tǒng)設(shè)計 40 基于 PLC 的水泥自動配料控制系統(tǒng)設(shè)計 41 基于 PLC 的水泥自動配料控制系統(tǒng)設(shè)計 42 基于 PLC 的水泥自動配料控制系統(tǒng)設(shè)計 43 。在離開了校園，獨(dú)自步入社會走上工作崗位，讓我徹底體味到了各種酸甜苦辣，我不僅要感謝他們在我做畢業(yè)設(shè)計遇到困難時的幫助，還要感謝他們在工作、生活中所給予我的肯定和幫助，讓我有信心堅持下去。令我感觸最深的是老師對工作和生活的態(tài)度，讓我明白腳踏實地是一切成就的基礎(chǔ)。在整個過程中，處處都凝結(jié)著老師的心血。做出一套這樣的系統(tǒng)，我內(nèi)心的喜悅是無法用言語來表達(dá)的，在這里我要衷心地感謝我的畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)老師王洋老師，是在王老師的悉心指導(dǎo)下我才能夠完成我的畢業(yè)設(shè)計。 由于我的知識水平有限，本系統(tǒng) 的設(shè)計有很多不足之處，望各位評委老師指正。在這半年的實習(xí)和論文設(shè)計過程中，我不僅體會到了那種自己做出東西的喜悅，同時也對自身有了一個更深的認(rèn)識，發(fā)現(xiàn)了自己的許多不足之處。本 系統(tǒng)不僅有效的保證了配料系統(tǒng)的精確度，而且具有工作可靠、施工簡單、全自動控制等優(yōu)點。這樣可以起到一定的節(jié)能作用，還可以讓工作人員對設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況的了解變得相對容易。水泥生產(chǎn)在前期的生料煅燒和后期的熟料加工都需要進(jìn)行配料，所以結(jié)合工廠情況和自身所學(xué)知識，設(shè)計了一套自動配料系統(tǒng)。針對水泥 配 料 系 統(tǒng) ， 設(shè) 計 的 組 態(tài) 監(jiān) 控 畫 面 如 下 圖 所 示 。 畫面設(shè)計 組態(tài)程序可以在 PC 機(jī)上設(shè)計，將做好的畫面下載到 HMI 中，然后用合適的電纜和 PLC 的通信接口相連，這樣 PLC 和 HMI 就可以實現(xiàn)通訊了，下一步進(jìn)行反復(fù)調(diào)試，若沒有問題即可投入使用。 (5)報表功能 可以把設(shè)置和實際的參數(shù)以表格的形式顯示并輸出；但一般來說，普通的組態(tài)軟件不具有表格管理和復(fù)雜數(shù)據(jù)處理的功能。 (3)報警及報警處理 在監(jiān)測系統(tǒng)運(yùn)行過程中，當(dāng)系統(tǒng)故 障或某些測量值與設(shè)定值有差距時， HMI 會自動發(fā)出報警信號提醒工作人員并對這些信息記錄。這個功能是人機(jī)界面所具有的最重要，也是最基本的功能。目前，市場上的組態(tài)軟件種類非常多，但不管它們的功能如何強(qiáng)大，有什么特殊點，一般都是具有下面的一些功 能： (1)組態(tài)畫面對象 軟件中內(nèi)置了許多跟實際物品相似的諸如按鈕、開關(guān)等元素，用戶可以設(shè)置輸入?yún)?shù)來改變系統(tǒng)實時輸入元素的狀態(tài)；還可以在畫面上顯示出輸出值。工程師們能在計算機(jī)上使用這一類軟件設(shè)計出各種他們想要的并且和觸摸屏相匹配的監(jiān)控畫面，這樣人們就能通過觸摸屏去控制生產(chǎn)線，并觀察實時的運(yùn)行數(shù)據(jù)，而不需要工人時時刻刻都守在生產(chǎn)線。我們可以使用組態(tài)軟件來對系統(tǒng)監(jiān)控畫面進(jìn)行設(shè)計。 通過 HMI 可以實現(xiàn)參數(shù)設(shè)定及發(fā)送控制指令、系統(tǒng)運(yùn)行過程動態(tài)顯示、報警、數(shù)據(jù)記錄、信息處理、遠(yuǎn)程通信等功能 [11]。 1. HMI 分類及其功能 目前，在用的 HMI 大致可以分為文本顯示單元、操作員面板和較為先進(jìn)的觸摸屏三類。為了使“人”和“機(jī)器”能夠“交流”，就需要一些設(shè)備來完成兩者之間的數(shù)據(jù)交換。 系統(tǒng)監(jiān)控畫面設(shè)計 人機(jī)界面簡介 隨著科技的進(jìn)步，在現(xiàn)代的工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中，都使用了能夠?qū)崟r監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行 過程的設(shè)備。 圖 報警信號 基于 PLC 的水泥自動配料控制系統(tǒng)設(shè)計 26 子程序設(shè)計 整個系統(tǒng)有了主程序，還需要子程序才能更好地完成控制任務(wù)。 在本設(shè)計中，公用程序包括了初始化、判斷是否下料、系統(tǒng)的工基于 PLC 的水泥自動配料控制系統(tǒng)設(shè)計 23 作方式和報警等部分。 圖 系統(tǒng)控制流程圖 由上圖可知，系統(tǒng)主程序主要包括 ： 1. 調(diào)用初始化子程序，設(shè)定各初始值； 2. 啟動電機(jī)，根據(jù)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)情況決定是否開啟下料閥門； 3. 根據(jù)流量偏差進(jìn)行 PID 調(diào)節(jié)控制； 4. 進(jìn)行自動故障檢測報警和故障處理功能。 系統(tǒng)主程序設(shè)計 本設(shè)計的主程序主要有皮帶電機(jī)啟動程序、檢測是否下料程序、PID 調(diào)節(jié)程序和最后的報警程序等幾部分。 圖 開關(guān)量信號接線圖 圖 是 EM231 和 EM232 的接線圖。 圖 是主機(jī) CPU224 和擴(kuò)展的 EM222 接線 圖，也可以說是開關(guān)量信號的接線圖。 根據(jù)上述要求， PLC 的 I/O 分配表如下： 表 I/O 分配表 輸入 輸出 啟動按鈕 SB1 1皮帶電機(jī) M1 停止按鈕 SB2 2皮帶電機(jī) M2 急停按鈕 SB3 3皮帶電機(jī) M3 1皮帶電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)信號 混料運(yùn)輸機(jī) M4 1皮帶電機(jī)故障信號 1物料閥 Q1 2皮帶 電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)信號 2物料閥 Q2 2皮帶電機(jī)故障信號 3物料閥 Q3 3皮帶電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)信號 電源指示燈 PG1 3皮帶電機(jī)故障信號 送料電機(jī)運(yùn)行信號燈PG2 1變頻器故障信號 皮帶電機(jī)運(yùn)行信號燈PG3 2變頻器故障信號 變頻器故障信號燈PG4 基于 PLC 的水泥自動配料控制系統(tǒng)設(shè)計 20 3變頻器故障信號 蜂鳴器 PB 1測速傳感器 模擬量輸入模塊 1變頻器控制信號 AQW0 2測 速傳感器 2變頻器控制信號 AQW1 3測速傳感器 3變頻器控制信號 AQW3 1稱重傳感器 模擬量輸入模塊 2稱重傳感器 3稱重傳感器 PLC 外部接線圖 從上面的 I/O 點分配可以知道，有 12 個數(shù)字量輸入、 14 個數(shù)字量輸出； AI 點 6 個 、 AO 點 3 個。 (2) 生產(chǎn)過程中，稱重傳感器和測速傳感器將測得的數(shù)據(jù)送到PLC，算出實時流量和累積流量，將經(jīng)計算后的數(shù)據(jù)與設(shè)定值對比，若有偏差則調(diào)節(jié)器根據(jù)系統(tǒng)控制要求，將偏差經(jīng) PID 調(diào)節(jié)來改 變 PLC的輸出信號以控制變頻器對輸送電動機(jī)的速度調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)恒流量控制。稱重傳感器測量物料重量，速度傳感器測量電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。對于水泥的生產(chǎn)，配料和主料都是需要同時加入的，設(shè)定好了進(jìn)料量后，三種物料分別按比例下料，通過恒流量控制，達(dá)到實際下料量跟設(shè)定值相同。本設(shè)計采用的是西門子 MM420 變頻器作為調(diào)速裝置，它具有 一體化的構(gòu)造設(shè)計；控制方法采用了很強(qiáng)大的IGBT 技術(shù)，起動、制動性能更優(yōu)良；還具有強(qiáng)大的通訊能力、準(zhǔn)確基于 PLC 的水泥自動配料控制系統(tǒng)設(shè)計 19 的控制性能、和高牢靠性；智能維護(hù)功能；友好的操作界面等優(yōu)點。測得的數(shù)據(jù)會通過端子盒總線送到 PLC。在這個原件發(fā)生形變以后，它內(nèi)部的電阻值會發(fā)生相應(yīng)的變化（增大或減?。?，然后再通過測量電路把這個電阻的變化量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)大小的電信號（電壓或電流），這樣就可以根據(jù)電信號得出具體重量了 [10]。 （ 2）稱重及測速裝置 稱重傳感 器是自動配料系統(tǒng)檢測物料重量的部件，它的性能指標(biāo)很大程度上決定了自動配料系統(tǒng)的測量精度和運(yùn)行穩(wěn)定性。綜合自動配料系統(tǒng)的控制要求和自身所學(xué)，本設(shè)計選用西門子的 S7200PLC 作為控制器。 （ 1）控制器 由于本設(shè)計是用于水泥生產(chǎn)的自動配料，考慮到系統(tǒng)應(yīng)用的工業(yè) 生產(chǎn)環(huán)境較為惡劣，粉塵、噪聲等外界的干擾有點多，因此本設(shè)計對主控制器的抗干擾性、耐用性和穩(wěn)定性都有比較高的要求。 圖 電機(jī)主電路接線圖 (1) M1 為混料運(yùn)輸電機(jī)， M2M4 為三種物料的皮帶電機(jī)，且這三臺電機(jī)每一臺都有一個變頻器； QA0 是隔離開關(guān)， 通段主電源，對主電路起保護(hù)作用；熱繼電器 BB 對電機(jī)起過載保護(hù)； QA1QA4 為基于 PLC 的水泥自動配料控制系統(tǒng)設(shè)計 18 接觸器。 根據(jù)控制要求， 本系統(tǒng)中總共有四臺電機(jī)：三臺皮帶秤上的電機(jī)，一臺皮帶運(yùn)輸機(jī)上的電機(jī)。反之就是提高電機(jī)轉(zhuǎn)速。 2. 系統(tǒng)正常啟動并運(yùn)行后，便自動按照程序執(zhí)行。這里，須定量給料機(jī)和皮帶運(yùn)輸機(jī)先順序啟動，并由稱重裝置檢測是否有物料，再開啟物料庫下料閥門。三種物料的調(diào)節(jié)需要同步。 系統(tǒng)控制要求分析 自動配料系統(tǒng)主要由 PLC、稱重傳感器、變頻器、皮帶驅(qū)動電機(jī)及低壓電器組成。并且 PLC還具有維修便捷；靈活；通用；功能完善；接線簡單；編程簡單 ；使用方便等眾多優(yōu)點。 圖 PLC 結(jié)構(gòu)框圖 PLC 有很強(qiáng)的耐用性和適應(yīng)性，并且抗抗干擾能力也很強(qiáng)。 2. PLC 的基本組成 可編程邏輯控制器實際上也算是 計算機(jī) 的一種，不過它是專用于工業(yè)控制的，即使如此，它的硬件結(jié)構(gòu)也基本上與微機(jī)相同，主要由CPU、電源、存儲器和專門設(shè)計的輸入輸出接口電路等組成。 從 PLC 的定義中我們還可以知道，它設(shè)計出來是專用在工業(yè)控制系統(tǒng)上的，所以盡管它的種類非常多，并且不同廠商制造的 PLC基于 PLC 的水泥自動配料控制系統(tǒng)設(shè)計 16 在結(jié)構(gòu)、功能上多少有區(qū)別，但是其系統(tǒng)內(nèi)部的組成和它的工作原理基本上都是一致的。定義也指出了 PLC 為“數(shù)字運(yùn)算操作系統(tǒng)”，那也就相當(dāng)于是計算機(jī)的一種，只不過它是專在工業(yè)生產(chǎn)上使用的計算機(jī)，是為工業(yè)生產(chǎn)而特意設(shè)計的?！? 由國際電工委員會給出的對 PLC 的定義我們可以知道，它是一種專門為工業(yè)所設(shè)計的設(shè)備，我們都知道工業(yè)生產(chǎn)的環(huán)境往往比較惡劣，因此它作為工業(yè)生產(chǎn)所用的設(shè)備，必須要有強(qiáng)力的抗干擾能力和高度對不同環(huán)境的適應(yīng)能力，同時也要具有比較廣的應(yīng)用范圍。它采用了可編程序儲存器，用來在其內(nèi)部存儲邏輯運(yùn)算、順序控制、定時、技術(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的基于用戶的指令，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)器或過程。 1. PLC 的定義 國際電工委員會 (IEC)在 1980 年代初就開始了有關(guān)可編程序控制器國際標(biāo)準(zhǔn)的制 定工作，并發(fā)布了數(shù)稿草案。這個時候的可編程邏輯控制器可以說是同時具有了繼電器常規(guī)控制概念和微機(jī)技術(shù)兩者的特點。當(dāng)時開發(fā)這種設(shè)備主要是想用來替代那種更換和維護(hù)都不容易的繼電器邏輯控制系統(tǒng)，所以最開始它也僅僅只是具有跟以前系統(tǒng)相似的等一些比較簡單地功能。這就是世界上第一臺可編程序控制器，型號為 PDP14。由于在當(dāng)時普遍使用繼電器控制，并且線路是硬件電路連接，如果頻繁且大規(guī)模的改動非常麻煩，因此在 1968 年美國通用汽車公司（ GM） 針對上面的問題首次進(jìn)行公開招標(biāo)，并對其所