【正文】 生產(chǎn)企業(yè)的進(jìn)步，具有重大的意義。 此次研究的課題，來源于本人在扶綏新寧海螺水泥有限責(zé)任公司實(shí)習(xí)工作期間，發(fā)現(xiàn)工作區(qū)域的旋轉(zhuǎn)式水泥包裝機(jī)還存在許多缺點(diǎn)，還有很多可以改 善的地方，之后翻閱書籍，查閱資料，在老師的指導(dǎo)下，進(jìn)行本課題的研究。綜合了：給料 — 插袋 — 灌裝 — 計量 —— 掉袋整個系統(tǒng)，提出了所需要研究的問題主要是以下幾個方面： （ 1）了解旋轉(zhuǎn)式水泥包裝機(jī)的工藝流程，熟悉整個進(jìn)程和各個機(jī)構(gòu)部件的動作順序，畫出系統(tǒng)流程圖。 （ 3）對計 量系統(tǒng)的精度控制的研究，并對該系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計。而相對于散裝水泥而言，袋裝水泥容易搬運(yùn)，容易分類，容易計算數(shù)量，因此在實(shí)際應(yīng)用中用得比較多。在水泥行業(yè)，生產(chǎn)企業(yè)通過水泥包裝機(jī)來生產(chǎn)袋裝水泥。固定式 水泥包裝機(jī)的出灰嘴比較少，一般不超過四個 ,因?yàn)闄C(jī)器不能轉(zhuǎn)動，所以掛包裝袋的時候工人需要通過走動才能完成插袋。現(xiàn)階段在我們國家，旋轉(zhuǎn)式水泥包裝機(jī)應(yīng)用得更廣泛，固定式水泥包裝機(jī)相對比較少。 1旋轉(zhuǎn)電機(jī) 2水泥料入口 3計量系統(tǒng) 4壓縮水泥體積系統(tǒng) 5出料噴嘴 6水泥袋支撐座 7料 位控制器 8導(dǎo)氣原件 9立軸 10包裝倉 圖 21 旋轉(zhuǎn)式水泥包裝機(jī)模型圖 廣西科技大學(xué)鹿山學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 旋轉(zhuǎn)式水泥包裝機(jī)有很多動作需要靠氣缸的推力來動作，當(dāng)成品水泥料經(jīng)過振動篩的振動電機(jī)清除雜質(zhì)之后，進(jìn)入包裝機(jī)頂部的下料口，當(dāng)工人把水泥包裝袋掛入插袋口的時候，插袋口處的行程開關(guān)被啟動，隨即把已插袋的信號傳給微機(jī)系統(tǒng)，微機(jī)系統(tǒng)控制地下料口處地電磁閥啟動，氣缸閘板控制機(jī)構(gòu)動作，使出料嘴被打開，此時地葉輪電機(jī)轉(zhuǎn)動，將水泥灌裝到水泥包裝袋重，當(dāng)袋裝地水泥達(dá)到要求地重量時，稱重傳感器把信號送給微機(jī)，微機(jī)再控制電磁閥，通過氣缸動作， 關(guān)閉出料嘴定制灌裝。全部的灌裝系統(tǒng)組成了一個電氣控制系統(tǒng)，在這個過程中只有插水泥袋需要人工操作，水泥包裝袋的壓袋，出灰嘴的開啟和出灰嘴的關(guān)閉，水泥料的裝袋，水泥包的稱重計量，水泥袋自動的掉袋這些功能都在電氣系統(tǒng)的控制下能夠自動的完成。 旋轉(zhuǎn)式包裝機(jī)有多個下料嘴，每個下料嘴又由不同的包裝結(jié)構(gòu)進(jìn)行控 制，而每一個地包裝結(jié)構(gòu)都是由三個部分構(gòu)成：第一個是水泥喂料灌裝系統(tǒng)，由漏斗和葉輪喂料器以及傳動部件組成；第二個是自動計量系統(tǒng)，由電子稱以及包裝部件構(gòu)成；第三個是自動控制系統(tǒng)，由氣動控制箱和電氣控制柜，以及一些氣動元件構(gòu)成。包裝倉里面有一個可以用來調(diào)節(jié)料位高度地料位器，這樣能夠大大地提高包裝精度。整個機(jī)構(gòu)中的電源和電信號的傳遞通過 滑環(huán)體來完成，而氣動裝置所需的氣源有專門的導(dǎo)氣部件進(jìn)行傳遞。當(dāng)工人在水泥袋插袋口處放入水泥包裝袋的時候，微機(jī)系統(tǒng)收到插袋處的光電管發(fā)來的信號，計量系統(tǒng)開始將稱重傳感器處的重量去掉袋重清零，系統(tǒng)靠氣缸的作用力推動裝置壓住空的水泥包裝袋，喂料電機(jī)經(jīng)過幾秒的延時之后自行啟動，喂料閥門隨之打開，系統(tǒng)進(jìn)入喂料階段。到此，一個灌裝的過程結(jié)束。最后，進(jìn)入周期性工作狀態(tài)。它的一整個工作過程如下：輸送皮帶電機(jī) —— 斗式提升機(jī) —— 水泥振動篩 —— 儲料中間倉 —— 可控螺旋閘門 —— 可控下料機(jī) —— 旋轉(zhuǎn)式水泥包裝機(jī) —— 卸包電機(jī) —— 理順電機(jī) —— 清包電機(jī) —— 皮帶傳送電機(jī)。在這有十幾個動作單元組成的一個大的系統(tǒng)中，旋轉(zhuǎn)式水泥包裝機(jī)是其中最主要的部分，被稱為主機(jī)，而其他控制單元都是輔助部分。 功能模塊的分析與設(shè)計 對于旋轉(zhuǎn)式水泥包裝機(jī)來說，這個系統(tǒng)的運(yùn)行方式有兩種：第一種是聯(lián)鎖，第二種是人工手動。 振動篩控制電路的簡介 振動篩控制電路原理圖如下圖 22所示，把萬能開關(guān)向左轉(zhuǎn)到一定角度，處于萬能開關(guān)中的一對觸點(diǎn)馬上閉合，在這個時候系統(tǒng)處在手動控制的狀態(tài)，接著把 SB2 按下，系統(tǒng) 當(dāng)中的接觸器線圈 KM1 得電吸合，此時接觸器 KM1進(jìn)行了自鎖，電動機(jī)開始正常的運(yùn)行，隨后把 SB1 往下按，系統(tǒng)中的接觸器線圈開始斷電，接觸器線圈的觸點(diǎn)打開，運(yùn)行中的電機(jī)因?yàn)閿嚯姸Ｖ惯\(yùn)行。在系統(tǒng)正常運(yùn)行時，有時我們希望能夠檢測到電動機(jī)的運(yùn)行電流，為此，我們需要把一個電流互感器接在電動機(jī)的三相輸入電源前端，最后再把電流互感器的兩根出線與兩個電流表相連。 廣西科技大學(xué)鹿山學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 圖 22 振動 篩的控制電路原理圖 包裝機(jī)控制電路的簡介 下圖 23為旋轉(zhuǎn)式水泥包裝機(jī)的控制電路。把開關(guān) SB2往下按，此時，在系統(tǒng)中的接觸器線圈 KM1 馬上得電，接觸器 KM1 處于自保狀態(tài)，電動機(jī)得電運(yùn)行，把開關(guān) SB1 往下按，接觸器線圈開始斷電，觸點(diǎn)被打開，電動機(jī)斷電，停止了運(yùn)行 [3]。主 軸地轉(zhuǎn)速是通過變頻器來調(diào)節(jié)的。電機(jī)的調(diào)速有很多的方法，在以前，在工業(yè)控制系統(tǒng)中，主要是運(yùn)用調(diào)整電壓、串級等方法。在這個旋轉(zhuǎn)式水泥包裝機(jī)的控制系統(tǒng)中，我們采 用 PID 調(diào)節(jié)的方式，通過可編程序控制器和變頻器來進(jìn)行調(diào)節(jié)。 PID 控制器最早出現(xiàn)在 20世紀(jì)初，因?yàn)樾怨芊€(wěn)定，構(gòu)成也比較簡單，所以問世之后在工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中得到廣泛的應(yīng)用。 廣西科技大學(xué)鹿山學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 圖 24 PID控制器結(jié)構(gòu)圖 水泥包裝機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度是通過變頻器來調(diào)節(jié)的，變頻器向電機(jī)提供驅(qū)動信號。在求出 G（ s）之后，就可以把這個結(jié)果送入變頻器當(dāng)中改變電機(jī)的速度進(jìn)行工作了 [4]。主要是通過整個控制系統(tǒng)地工藝流程和控制特點(diǎn)來確定 PID控制器地比例地大小，積分時間的大小，以及微分時間的大小。在這次的研究中，我們確定 PID 參數(shù)的方法是科學(xué)的計算和仿真。在這里，我們主要去了解變頻器地數(shù)學(xué)模型，還有三相異步電動機(jī)地數(shù)學(xué)模型。 圖 25 變頻器的等效模型 變頻器在有一些特殊的情況下需要三相異步電動 機(jī)進(jìn)行供電，三相異步電動機(jī)的輸入可以看成是定幅值，而輸出可以看成是轉(zhuǎn)速。它的傳遞函數(shù)是 G（ s） =N（ s） /F(s),在這個時候就可以得到了三相異步電動機(jī)的等效的模型圖，如圖 26所示。 圖 27有調(diào)節(jié)器地閉環(huán)控制系統(tǒng)原理圖 因?yàn)樽冾l器的參數(shù)是可知的，三相電機(jī)的參數(shù)也是已知的或者是可以求得出來的，所以我們就可以容易的計算出在等效模型 中不同的參數(shù)地值，由此，我們也就可以知道了系統(tǒng)的傳遞函數(shù)， G（ s） =（ 500/6s+100） *（ +299），求得的反饋值為 [7]。 計量系統(tǒng)的簡介 計量系統(tǒng)在水泥包裝機(jī)的應(yīng)用 在旋轉(zhuǎn)式水泥包裝機(jī)控制系統(tǒng)當(dāng)中，計量系統(tǒng)系統(tǒng)是其中的一個非常核心的部分，它對精度的控制直接影響了出廠的水泥是否達(dá)到了出廠的重量，是否達(dá)到了出廠的要求。如圖 28為計量系統(tǒng)的構(gòu)成框圖， 整個系統(tǒng)基于單片機(jī)信號采集與處理的條件下進(jìn)行控制動作。 sn（ s ）P I 調(diào) 節(jié) 器 變 頻 器三 相 異 步 電 動機(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（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，在水泥生產(chǎn)這一領(lǐng)域，在一些經(jīng)營了很多年的老廠，使用的計量裝置都還是機(jī)械稱以及電子稱。機(jī)械稱靠機(jī)械的位移來控制物料的流入，這種方法太古老，太原始，因?yàn)闄C(jī)械裝置在生產(chǎn)的過程當(dāng)中自身就有很多設(shè)計的缺陷，這肯定多多少少都會影響到稱的精度。而用來檢測杠桿的運(yùn)動的位 置的時候用到的是接近開關(guān)，而在水泥生產(chǎn)的惡劣環(huán)境來說，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。所以我們?yōu)榱嗽鰪?qiáng)包裝機(jī)的計量精度，以及讓整個系統(tǒng)在面對干擾時不那么容易出現(xiàn)錯誤，設(shè)計出此系統(tǒng)。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。在此計量系統(tǒng)中還包含了一個 顯示頻和一個按鈕鍵盤，顯示頻用來顯示數(shù)值，按鈕鍵盤用來修改數(shù)據(jù)，輸入袋重值以及其他標(biāo)準(zhǔn)值等。 影響袋重的因素有：（ 1）稱量機(jī)構(gòu)的彈簧片出現(xiàn)松 動，稱體和包裝機(jī)之間有接觸，或者位置出現(xiàn)不對稱，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，以免在出料時被擠壓的壓力過大，影響精度；（ 3）供料系統(tǒng)要均衡，下料倉內(nèi)的氣壓要保持穩(wěn)定，保證氣動裝置能夠準(zhǔn)確動作，保證精度。如果采樣不夠準(zhǔn)確與迅速，時間過程會影響計量的精度。 在本文的研究中，我們將在最后兩章重點(diǎn)介紹計量系統(tǒng)的設(shè)計。 CPU、存儲器、 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。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，對系統(tǒng)起到有效的控制作用。對模擬的 I/O 接口的輸出部分來說，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。 PLC 經(jīng)過多年的發(fā)展，現(xiàn)在在市場上種類繁多，功能不一。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。為了方便用戶在實(shí)際應(yīng)用時根據(jù)自己的需求來配置，在進(jìn)行具體的功能設(shè)計選擇時，一般采用模板式的結(jié)構(gòu)。而對于大型機(jī)而言，它們的電源、 CPU 都是需要做熱備份的。 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 器系 統(tǒng) 程 序 存儲 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（論文） 12 可編程序控制器的掃描周期分為三個部 分，第一個階段是輸入信號的采樣部分；第二個部分是程序執(zhí)行地讀取部分；第三個部分是輸出信號地刷新部分 [10]。之后就關(guān)掉了輸入地端口，隨后開始程序的執(zhí)行階段。對于程序地輸出刷新階段，它的工作過程是，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，之后通過不同的方式進(jìn)行輸出，驅(qū)動相應(yīng)的輸出設(shè)備進(jìn)行工作。設(shè)計和選型主要是基于一些工藝設(shè)計的要求和系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用來完成。 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。可以按照價格來分析選擇，以滿足性價比的要求。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)來考慮， 以我們以最具性價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)計資料可以知道，這個控制系統(tǒng)需要的 I/O 點(diǎn)有： 38 個開關(guān)量輸入，38 個開關(guān)量輸出， 3個模擬量輸入，兩個模擬量輸出。還需要一個速度調(diào)節(jié)模擬量輸入，一個速度反饋模擬量輸入 [12]。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。我們把實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容分為十一步，分別如下： 第一步：按下綠色啟動按鈕 1，檢查啟動的順序是不是正確，指示燈是否有顯示。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。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。第五步：實(shí)驗(yàn)性的把中間倉的料位降低，使它低于所設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)信號值，查看系統(tǒng)的設(shè)備有沒有按順序正常開機(jī)，檢查低料位信號燈是否正常顯示。啟動順序：首先啟動皮帶輸送電機(jī)，經(jīng)過 6s之后清包機(jī)運(yùn)行，再經(jīng)過 6s 之后理順機(jī)運(yùn)行，再經(jīng)過 6s 之后，卸包機(jī)工作，經(jīng)過 6s 之后，旋轉(zhuǎn)式包裝機(jī)運(yùn)行，再經(jīng)過 6s 之后，下料機(jī)開始下料。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 7s 之后，卸包機(jī)停止工作，再經(jīng)過 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 示運(yùn) 行 指 示料 位 上 限 指 示料 位 下 限 指 示振 動 篩中 間 倉下 料 機(jī)包 裝 機(jī)下 料 機(jī)包 裝 機(jī)