【正文】 需要的控制系統(tǒng)提出了下列要求 :第一個(gè)是 系統(tǒng) 的繼電控制系統(tǒng)短期內(nèi)就可以設(shè)計(jì)，比較容易更改，接線不能太過(guò)繁瑣，并且成本要低； 第二個(gè)是 系統(tǒng)能結(jié)合計(jì)算機(jī)和繼電器控制兩者的特點(diǎn)，但編程又比計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)單易學(xué)、操作方便； 第三個(gè)是 系統(tǒng)通用性強(qiáng) [9]。 PLC簡(jiǎn)介 PLC，是一種可由程序通過(guò)其內(nèi)部的運(yùn)算，并通過(guò)一些數(shù)字量或模擬量去控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程的設(shè)備，它是由美國(guó)的一家公司最先研制開發(fā)出來(lái)的。 圖 為定量給料機(jī)實(shí)物圖。定量給料機(jī)主要用于各種粒狀和粉狀物料等進(jìn)行自動(dòng)喂料和累積物料量，為許多工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程提供自動(dòng)化的運(yùn)行狀態(tài)并能獲得一些用戶想知道的實(shí)時(shí)計(jì)量數(shù)據(jù)。改良后的定量給料機(jī)不僅價(jià)格相對(duì)便宜，而且質(zhì)量也有了很大的提升。 被 廣泛應(yīng)用于水泥、礦山、建材、糧食、化工等行業(yè)。 稱重傳感器是一種將質(zhì)量 信號(hào) 轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓽y(cè)量的電信號(hào)輸出的裝置，本設(shè)計(jì)將這兩個(gè)原件都安 裝在定量給料機(jī)上。一般地，絕對(duì)值編碼器能夠測(cè)量的范圍為一個(gè)圓周，但如果使用的地方有需求的話，也有對(duì)應(yīng)的型號(hào)來(lái)進(jìn)行多周測(cè)量。 絕對(duì)值編碼器的軸跟著電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)時(shí)，不斷會(huì)有二進(jìn)制碼或 BCD 碼輸出，這些輸出的代碼都是與編碼器上刻度位置相對(duì)應(yīng)的，我們可以從代碼大小的變化去獲得電機(jī)此時(shí)旋轉(zhuǎn)的方向和位移在編碼器上刻度的位置，而不需要靠向電路去判斷。它的碼盤上面每個(gè)位置都有數(shù)字碼，并且這些數(shù)字沒(méi)有重復(fù)的，每個(gè)位置的數(shù)字都是唯一的 [7]。電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)，它將所測(cè)得的位移量轉(zhuǎn)變成為具有周期性質(zhì)的模擬量信號(hào)，即電流信號(hào)，再通過(guò)內(nèi)部轉(zhuǎn)換，把電信號(hào)轉(zhuǎn)換成一個(gè)個(gè)的脈沖，再用累計(jì)到的脈沖數(shù)去計(jì)算出位移的大?。唤^對(duì)式編碼器的測(cè)量就相對(duì)簡(jiǎn)單了，它用來(lái)測(cè)量的碼盤上面所有位置都刻上了相應(yīng)的數(shù)字碼，我們只需要知道測(cè)量的開始和結(jié)束的位置就能夠求得結(jié)果，至于它具體是怎么測(cè)量的可以不用過(guò)問(wèn)。 1. 基本簡(jiǎn)介 根據(jù)編碼器的工作 原理去劃分，我們可以將它分為增量式和絕對(duì)式兩個(gè)類別。光電式旋轉(zhuǎn)編碼器的輸出有 單路 和雙基于 PLC 的水泥自動(dòng)配料控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 12 路兩種類型。光電式的旋轉(zhuǎn)編碼器可以通過(guò)光信號(hào)和電信號(hào)的相互轉(zhuǎn)換，將電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸的角位移、角速度等信息轉(zhuǎn)換成與這些信息相對(duì)應(yīng)的電 脈沖 信號(hào)再以數(shù)字量輸出。 稱重及測(cè)速裝置簡(jiǎn)介 在本系統(tǒng)的控 制中，需要知道皮帶電機(jī)的速度和物料的實(shí)時(shí)下料重量來(lái)進(jìn)行計(jì)算，這就需要用到測(cè)速和稱重的器件來(lái)進(jìn)行測(cè)量。 2. 變頻器的優(yōu)點(diǎn) 再來(lái)說(shuō)說(shuō)它的優(yōu)點(diǎn)，變頻器的安裝非常容易，而且調(diào)試比較簡(jiǎn)單易懂，新人也會(huì)很快上手； EMC 設(shè)計(jì)得非常堅(jiān)固；可以用 IT（ 中性點(diǎn)不接地）電源來(lái)對(duì)自身供電；能非常迅速的響應(yīng)接收到的信號(hào)并且可重復(fù)；其內(nèi)部的參數(shù)很多，確保了它可以應(yīng)用的區(qū)域非常廣，能配置多種應(yīng)用對(duì)象。 MM420 是西門子公司的一款性能非常好的變頻器，可以滿足大多數(shù)工廠的生產(chǎn)需求，相應(yīng)的，變頻器對(duì)工作環(huán)境也是有著一定的要求 : 一般來(lái)說(shuō)，它的工作環(huán)境溫度不得低于 10℃ ，高于 60℃ ；空氣的相對(duì)濕度要≤ 95%，沒(méi)有結(jié)露現(xiàn)象，露水使內(nèi)部器件損壞。 MM420 是西門子公司生產(chǎn)的一個(gè)變頻器系列，它功能強(qiáng)大，并且型號(hào)多種，能滿足絕大多數(shù)工廠的使用要求。其中直流環(huán)節(jié)是通過(guò)電容來(lái)進(jìn)行濾波的，因此其屬于電壓型的交 直 交變頻器。 一般來(lái)說(shuō)，變頻器的內(nèi)部電路都有兩個(gè)部分，一是完成電能轉(zhuǎn)換過(guò)程（整流、逆變）的主電路；二是處理信息的收集、變換和傳輸?shù)目刂齐娐贰? MM420 基本組成及特點(diǎn) 對(duì)本系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，電機(jī)帶動(dòng)皮帶運(yùn)作，要使配料準(zhǔn)確、精確度高，因此電機(jī)的轉(zhuǎn)速是需要變化的，需要隨時(shí)按照 PLC 的信號(hào)進(jìn)行調(diào)速，所以變頻器是必不可少的重要元器件。對(duì)每一臺(tái)的控制都是相同的。 PID 的調(diào)節(jié)原理如圖 所示。但是微分作用對(duì)噪聲等的干擾有放大作用，因此太大的微分調(diào)節(jié)，反而不利于 系統(tǒng)的抗干擾。 PI 是最常用的控制方式 。 Ti 越小，積分強(qiáng)度越大；反之則越小。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)誤差時(shí)，積分調(diào)節(jié)就開始作用，直到消除誤差。調(diào)節(jié)時(shí)間跟比例的大小成反比關(guān)系，一個(gè)大一個(gè)就小，但如果比例太大會(huì)造成系統(tǒng)的穩(wěn)定性降低，嚴(yán)重還會(huì)出現(xiàn)系統(tǒng)不穩(wěn)定的情況。 在工業(yè)生產(chǎn)的過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)實(shí)際測(cè)量值和設(shè)定值有偏差，但是這些偏差又是人們不想要的，因此需要想辦法消除或者減少它們，普遍采用的是對(duì)偏差進(jìn)行比例、積分、微分三種控制方式組合的辦法，人們稱之為 PID 調(diào)節(jié)。知道了實(shí)際測(cè)量值和設(shè)定的流量值，就可以作出比對(duì)，來(lái)調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 速度傳感器直接連在大直徑 測(cè)速滾筒上，提供一系列脈沖信號(hào)，每個(gè) 脈沖 表示一個(gè)皮帶運(yùn)動(dòng)單元，脈沖的頻率正比于皮帶速度。簡(jiǎn)單點(diǎn)說(shuō)就是采用流量控制原理。當(dāng)然，實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中不可能是一小時(shí)才累積一次數(shù)據(jù)，這樣萬(wàn)一有誤差就非常大了。 配料系統(tǒng)中，定量給料機(jī)按照 200t/h 的總量來(lái)進(jìn)行給料，三種物料的比例分別為熟料 80%，礦渣 15%，石膏 5%。不同的配料比例所得到的產(chǎn)品就不一樣，不合適的配料比例甚至?xí)股a(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量不合格。它集測(cè)速和稱重，而且三臺(tái)機(jī)器的運(yùn)行狀態(tài)是需要實(shí)時(shí)同步的。其結(jié)構(gòu)如圖 所示。 系統(tǒng)的模型分析 整個(gè)配料系統(tǒng)的模型由物料庫(kù)、定量給料機(jī)、皮帶運(yùn)輸機(jī)三大部分組成。在稱重過(guò)程中所測(cè)量得到的值，也就是流量的累計(jì)量，這個(gè)值跟物料重量和皮帶電機(jī)速度都有關(guān)系。 4. 配料控制系統(tǒng)：這是整個(gè)系統(tǒng)的核心，它主要由稱重和測(cè)速元件、 PLC、上位機(jī)及現(xiàn)場(chǎng)控制箱等組成。 2. 稱重部分：物料下到定量給料機(jī)上，上面的皮帶秤獲取重量后將數(shù)據(jù)反饋給 PLC，通過(guò)與設(shè) 定值對(duì)比，調(diào)節(jié)皮帶電機(jī)的轉(zhuǎn)速。當(dāng)生產(chǎn)工藝發(fā)生改變，需要生產(chǎn)另一種強(qiáng)度的水泥時(shí)，操作員可以直接修改各物料新的下料量，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)計(jì)算出設(shè)定值，非常便捷，能滿足不同的生產(chǎn)需求。該自動(dòng)配料系統(tǒng)由 3 臺(tái) 皮帶秤配料線組成，編號(hào)為 3，其中 1為主料即熟料秤， 2，3分別為礦渣和石灰石秤?；?PLC 的水泥自動(dòng)配料控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 6 2 系統(tǒng)模型及總體設(shè) 計(jì) 本章主要介紹水泥配料系統(tǒng)的工作原理，整個(gè)系統(tǒng)的模型，以及總體設(shè)計(jì)。 這整個(gè)過(guò)程中，在生料的制備和后面的熟料加工都會(huì)有配料這個(gè)過(guò)程，因此它對(duì)于水泥的生產(chǎn)是非常重要的。 5. 水泥粉磨包裝：這是水泥制備的最后一道工序。 4. 水泥熟料的加工：這時(shí)的水泥也可以使用，但成品相對(duì)較高，因此往往還需要加入一些其他便宜的輔料，用來(lái)降低成品。 2. 生料制備均化：由于預(yù)均化的混合達(dá)不到配比需求，還必須將破碎的原料再進(jìn)行一次均化。整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程主要 有原料的破碎及預(yù)均化、生料制備均化、預(yù)熱分解、水泥熟料的加工、水泥粉磨包裝等。 本文設(shè)計(jì) 的是 硅酸鹽水泥 的生產(chǎn)配料系統(tǒng)。 2. 按其主要水硬性物質(zhì)名稱分： （ 1） 硅酸鹽水泥 ，即國(guó)外通稱的波特蘭水泥； （ 2） 硫鋁酸鹽水泥 ； （ 3） 鋁酸鹽水泥 ； （ 4）鐵鋁酸鹽水泥； （ 5）氟鋁酸鹽水泥； （ 6）磷酸鹽水泥； （ 7）以火山灰或潛在具有水硬性的材料及其他活性材料為主要成分的水泥。 基于 PLC 的水泥自動(dòng)配料控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4 （ 3）特性水泥：在水泥生產(chǎn)過(guò)程中添加的輔料不同或者添加量不同，會(huì)讓生產(chǎn)出來(lái)的水泥帶有一定的特性。如： G 級(jí) 油井水泥 ，道路硅酸鹽水泥等。人們?nèi)粘Ｉ钪幸姷阶疃嗟谋闶峭ㄓ盟唷? 水泥的分類 總的來(lái)說(shuō) ，水泥的分類方式可以有以下三大類： 1. 按其用途和性能分： （ 1） 通用水泥 : 這種水泥是土木建筑工程使用最為廣泛的水泥。水泥使用的地方非常廣泛，而且不同的工程對(duì)其的要求也不一樣，因此早在 1952 年我國(guó)就制定了第一個(gè)水泥的全國(guó)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，確定了水泥生產(chǎn)的原則是多品種、多標(biāo)號(hào)，并由波蘭特水泥所含的主要礦物組成將其改名為矽酸鹽水泥，后來(lái)又改成了硅酸鹽水泥直到現(xiàn)在。 近代，由于發(fā)展的需要，對(duì)各類建造的要求不一樣，比如水利設(shè)施所需水泥的強(qiáng)度就很高，因此人們都在不斷地改進(jìn)和提高波特蘭水泥性能，在此過(guò)程中，還成功地發(fā)現(xiàn)并研制了一批可以滿足特殊建筑工程需求的水泥，例如 高鋁水泥 ，特種水泥等等。這種 設(shè)備被不斷地改良，現(xiàn)今被廣泛地應(yīng)用于水泥工業(yè)中煅燒水泥熟料的過(guò)程。波蘭特水泥用在建筑上的效果非常好，它的出現(xiàn)在水泥發(fā)展歷史上有很重大的意義。他把灰石和粘土作為原料，按一定的配比混合后，在類似于燒石灰的立窯內(nèi) 煅燒 成熟料，再將熟料研磨制成水 泥。 1824 年，英國(guó)的 建筑工人 約瑟夫此種水泥的水硬性和快速凝結(jié) 特性都非常不錯(cuò)，非常適合于那些需要跟水接觸的建設(shè)。 1796 年，英國(guó)人 用 泥灰?guī)r 燒制出了一種水泥，它外觀呈棕色，很像古羅馬時(shí)代的石灰和火山灰混合物，因此被命名為羅馬水泥。 水泥的產(chǎn)生和發(fā)展 水泥的產(chǎn)生起源于英國(guó)， 18 世紀(jì) 中期，一名英國(guó)的工程師進(jìn)行石灰在水中硬化特性的研究時(shí)發(fā)現(xiàn)了用含有粘土的石灰石來(lái)燒制，可以獲得水硬性 石灰 ；用于 水下建筑 的砌筑 砂漿 ，最理想 的成分是由水硬性的石灰和火山灰組成。早期人們使用的 石灰 和 火山灰 的 混合物 與現(xiàn)在的石灰火山灰水泥相似度很高，用它和碎石混合制造而成的 混凝土 ，固化以后不僅強(qiáng)度比較高，而且還可以有效地抵抗淡水和含鹽水的侵蝕?；?PLC 的水泥自動(dòng)配料控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2 1 水泥概述 現(xiàn)如今，水泥混凝土與我們的生活息息相關(guān)，不管是房屋建造、公路的修建還是在一些其他的地方，水泥都是隨處可見的。隨著時(shí)代的進(jìn)步和科技的發(fā)展，很多生產(chǎn)制造企業(yè)的生產(chǎn)線都在逐步的變得自動(dòng)化、智能化，這些都離不開自動(dòng)化控制設(shè)備。 在 工業(yè)生產(chǎn)上，由于需求量大，生產(chǎn)量大，所以對(duì)配料的量有很高的要求。發(fā)展到現(xiàn)在，水泥的種類已經(jīng)很多了，并且生產(chǎn)流程也一步步的在趨于自動(dòng)化。 水泥最早產(chǎn)生于 18 世紀(jì)，那個(gè)時(shí)候的水泥制法比較簡(jiǎn)單，并且水泥的種類單一，所涉及到的工藝過(guò)程不像現(xiàn)在那么復(fù)雜。采用固定時(shí)間采集重量和轉(zhuǎn)速，并進(jìn)行 PID 調(diào)節(jié)，能夠?qū)崿F(xiàn)水泥生產(chǎn)的在線動(dòng)態(tài)稱重并調(diào)節(jié)，增強(qiáng)了系統(tǒng)的抗干擾能力，提高了配料精度并減輕了工人的工作負(fù)擔(dān) 。本文針對(duì)水泥制造的環(huán)境惡劣等一系列情況，設(shè)計(jì)了一種基于PLC 的水泥自動(dòng)配料系統(tǒng)。 承諾人（學(xué)生簽名）： 20 年 月 日 注：學(xué)位論文指 向 我校 申請(qǐng)學(xué)士學(xué)位所提交的本科學(xué)生 畢業(yè)實(shí)習(xí)報(bào)告、 畢業(yè)論文 和畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告。 （題目 : ），是在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下獨(dú)立完成，本人對(duì)該論文的真實(shí)性、原創(chuàng)性負(fù)責(zé)。成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 基于 PLC的水泥自動(dòng)配料控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 作者姓名： 邱忠林 專業(yè)名稱： 自動(dòng)化 指導(dǎo)教師： 王 洋 講師 成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院 學(xué)位論文誠(chéng)信承諾書 本人慎重承諾和聲明： 《學(xué)位論文作假行為處理辦法》（ 中華人民共和國(guó)教育部第 34 號(hào) 令）、《成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院學(xué)位論文作假行為處理實(shí)施細(xì)則（試行）》（成理工教發(fā)〔 2020〕 30 號(hào)）文件并已知曉教育