【正文】 度和計(jì)量的精準(zhǔn)度。旋轉(zhuǎn)式水泥包裝機(jī)的電氣控制部分，主要是通過(guò)PLC 來(lái)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，通過(guò)高度自動(dòng)化來(lái)節(jié)省勞動(dòng)力和節(jié)省能耗；計(jì)量系統(tǒng)則是通過(guò)單片機(jī)的采樣、計(jì)量來(lái)提高精度 ，加上其他硬件的輔助，大大增強(qiáng)了計(jì)量裝置的可靠性和安全性。 研究范圍與結(jié)構(gòu) 本課題主要是研究了關(guān)于旋轉(zhuǎn)式水泥包裝機(jī)的電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，研究并解決了水泥包裝過(guò)程中存在的一些不足。 （ 2）旋轉(zhuǎn)式水泥包裝機(jī)的整個(gè)系統(tǒng)控制的研究；包含硬件和軟件，畫(huà)出電氣控制原理圖，確定控制方案。 廣西科技大學(xué)鹿山學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 2 旋轉(zhuǎn)式水泥包裝機(jī)電氣控制系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì) 旋轉(zhuǎn)式水泥包裝機(jī)系統(tǒng)工作原理與分析 目前，出廠的水泥主要通過(guò)兩種方式出廠：袋裝和散裝。水泥包裝也自然地成為其中必不可少 地一部分?，F(xiàn)階段在我國(guó)的水泥生產(chǎn)行業(yè)，使用的水泥包裝機(jī)主要有兩類(lèi)，一種是可以旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)式水泥包裝機(jī)；一種是不可轉(zhuǎn)動(dòng)的固定式水泥包裝機(jī)。旋轉(zhuǎn)式水泥包裝機(jī)的出灰嘴比較多 ,普遍的有 8 嘴、12 嘴、 14 嘴，因?yàn)榘b機(jī)可以旋轉(zhuǎn)，所以在插放水泥袋的時(shí)候工人可以不用移動(dòng)，等包裝機(jī)的出灰嘴轉(zhuǎn)到自己前面時(shí)在插入水泥袋，完成灌裝。下圖 21為旋轉(zhuǎn)式水泥包裝機(jī)的模型圖 [1]。同時(shí)在插袋口處的壓袋器也收到單片機(jī)發(fā)來(lái)的信號(hào)進(jìn)行壓袋，當(dāng)水泥包裝袋轉(zhuǎn)到預(yù)定的掉袋位置時(shí)，卸包機(jī)工作，推動(dòng)水泥袋掉到固定位置 [13]。從而減少機(jī)械故障，保證了包裝設(shè)備的高效運(yùn)轉(zhuǎn)，自動(dòng)化程度高，生產(chǎn)能力顯著增大。這些全部的構(gòu)件都將安裝在一個(gè)可以旋轉(zhuǎn)地系統(tǒng)上，而包裝倉(cāng)與每一個(gè)漏斗的上部相連。包裝機(jī)的旋轉(zhuǎn)是通過(guò)旋轉(zhuǎn)電機(jī)來(lái)帶動(dòng)的，而旋轉(zhuǎn)速度是通過(guò)變頻器來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)，旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速一般控制在 5r/min。包裝機(jī)的插袋方式主要有人工手動(dòng)插袋和機(jī)器插袋兩種方式。當(dāng)包裝袋的重量達(dá)到所設(shè)定的重量之后，稱(chēng)重傳感器將信號(hào)傳給微機(jī)系統(tǒng)，微機(jī)系統(tǒng)控制氣缸動(dòng)作將出灰嘴處的閘板關(guān)閉，喂料口停止下料。當(dāng)水泥袋旋轉(zhuǎn)到固定的卸包位置后，微機(jī)系統(tǒng)收到形成開(kāi)關(guān)發(fā)來(lái)的信號(hào)，指示卸包機(jī)工作，將水泥袋推入卸包處的輸送皮帶，卸包過(guò)程完成。 其實(shí)，對(duì)于旋轉(zhuǎn)式水泥自動(dòng)包裝機(jī)來(lái)說(shuō)，它并不是一個(gè)單一的整機(jī)系統(tǒng)，因?yàn)樗喟b的精度控制要求比較高，所以需要很多個(gè)單機(jī)來(lái)配合它進(jìn)行工作，充當(dāng)輔助設(shè)廣西科技大學(xué)鹿山學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 備。振動(dòng)篩的作用是清除掉水泥料中的雜質(zhì)廢物，中間倉(cāng)則是儲(chǔ)料系統(tǒng)，控制物料的流量則需要用到的是螺旋閥門(mén)，下料機(jī)負(fù)責(zé)物料的均勻向下輸送，而包裝好的水泥包則是通過(guò)卸包機(jī)進(jìn)行卸包，調(diào)整水泥包的輸送等方向用到的是理順機(jī)，掃除包裝袋上的水泥用到的是清包機(jī)，而其余的水泥灰塵則是通過(guò)收集之后由螺旋輸送機(jī)再重新運(yùn)到提升機(jī)中。綜合整個(gè)旋轉(zhuǎn)式水泥包裝系統(tǒng)的工作過(guò)程，我們可以把旋轉(zhuǎn)式水泥包裝機(jī)的整個(gè)控制工作過(guò)程分為兩個(gè)部分，從水泥斗式提升機(jī)到振動(dòng)篩下的物料倉(cāng)是一個(gè)部分，從包裝機(jī)到輸送皮帶單機(jī)又是另外一個(gè)部分。手動(dòng)運(yùn)行主要是在檢修時(shí)和發(fā)生故障需要恢復(fù)時(shí)用到，聯(lián)鎖自動(dòng)運(yùn)行應(yīng)用于正常工作狀態(tài)，只需按下啟動(dòng)按鈕，系統(tǒng)即可自動(dòng)聯(lián)鎖運(yùn)行。把萬(wàn)能開(kāi)關(guān)向右轉(zhuǎn)到一定角度，在萬(wàn)能開(kāi)關(guān)中的另外兩對(duì)觸點(diǎn)開(kāi)始閉合，這樣子系統(tǒng)就處于聯(lián)鎖的自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài) [2]。這些，就可以觀察到電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的電流了。把萬(wàn)能開(kāi)關(guān)向右轉(zhuǎn)到一定的角度，在萬(wàn)能開(kāi)關(guān)中的一對(duì)觸點(diǎn)開(kāi)始閉合，在這個(gè)時(shí)候，系統(tǒng)處于手動(dòng)控制的狀態(tài)。當(dāng)把萬(wàn)能開(kāi)關(guān)向左轉(zhuǎn)到一定的位置的時(shí)候，在萬(wàn)能開(kāi)關(guān)中的其余兩對(duì)觸點(diǎn)開(kāi)始閉合，在這個(gè)時(shí)候，整個(gè)系統(tǒng)處在自動(dòng)運(yùn)行的聯(lián)鎖狀態(tài)。 廣西科技大學(xué)鹿山學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 圖 23 旋轉(zhuǎn)式水泥包裝機(jī)電氣原理圖 旋轉(zhuǎn)速度控制的簡(jiǎn)介 PID 控制旋轉(zhuǎn)速度工作原理 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，在工業(yè)生產(chǎn)中，工業(yè)控制技術(shù)進(jìn)行了改進(jìn)，及其相關(guān)的控制技術(shù)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速，主要采用閉環(huán)控制的方法來(lái)提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性?，F(xiàn)在，由于變頻技術(shù)的快速發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)的速度控制，多數(shù)采用變頻器控制。 我們所說(shuō)的 PID 控制，實(shí)際上就是通過(guò)比例和微分，以及積分控制來(lái)調(diào)節(jié)系統(tǒng)誤差的一種調(diào)節(jié)器。下圖 24為 PID 控制器的結(jié)構(gòu)圖。由上圖我們也可以知道，當(dāng)出現(xiàn)誤差 e（ t）之后，最后控制器的輸出 G（ s） =Kp*e + Ki*∫ edt + Kd*（ de/dt） （式中的 t 為時(shí)間，即對(duì)時(shí)間積分、微分）。 PID 控制器參數(shù)分析 在這個(gè)控制系統(tǒng)中，關(guān)鍵的地問(wèn)題是對(duì) PID 控制器地參數(shù)地研究。 PID 控制器參數(shù)的整定主要有兩種方法，第一種是依賴(lài)于實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)地工程整定法；第二種是根據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型計(jì)算而得出地理論計(jì)算整定法。我們要弄懂一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)，就必須要了解構(gòu)成這個(gè)系統(tǒng)的每一個(gè)環(huán)節(jié)，并且了解它的數(shù)學(xué)模型，這樣之后，計(jì)算機(jī)才能夠準(zhǔn)確的分析出來(lái) [5]。對(duì)于在閉環(huán)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的變頻器來(lái)說(shuō)，可以吧它當(dāng)作 一階慣性環(huán)節(jié)來(lái)看待，它的傳遞函數(shù)可以是 G（ s） =F(s） /V(s),在這種情況下的變頻器地等效模型如圖 25所示?？梢源蟾诺陌阉鼈儺?dāng)作一階慣性的K 1 K 2V m+1t 1 sV b廣西科技大學(xué)鹿山學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 環(huán)節(jié)。 圖 26 電動(dòng)機(jī)等效模型框圖 而對(duì)于運(yùn)用了 PI調(diào)節(jié)器構(gòu)成的閉環(huán)控制系統(tǒng)的原理圖 [6]，我 們可以用圖 27表示。這樣也就可以知道了實(shí)際地等效原理圖。我們以單片機(jī) C52 為核心，設(shè)計(jì)出了一個(gè)高精度，抗干擾能力強(qiáng)的計(jì)量系統(tǒng)。 K f A m++fM3 7 5C D 178。經(jīng)過(guò)那么多年的使用，我們也發(fā)現(xiàn)了它們?cè)谏a(chǎn)過(guò)程當(dāng)中的很多的不足。機(jī)械稱(chēng)的工作原理需要用到杠桿原理，但是杠桿工作久了會(huì)引起摩擦，而大大降低了杠桿動(dòng)作的速度。在水泥包裝行業(yè)，生產(chǎn)的環(huán)境不太好，如果使用電子稱(chēng)來(lái)計(jì)量的話，電子稱(chēng)遇到的干擾因數(shù)會(huì)比較多，這樣就有可能導(dǎo)致電子稱(chēng)在計(jì)量時(shí)出現(xiàn)死機(jī)或者計(jì)量達(dá)不到應(yīng)有的精度。 計(jì)量系統(tǒng)在水泥包裝機(jī)系統(tǒng)中是這樣工作的：檢查系統(tǒng)設(shè)備是否正常，是否存在備妥信號(hào)，設(shè)備如無(wú)異常，則可正常開(kāi)機(jī)，旋轉(zhuǎn)式水泥包裝機(jī)開(kāi)機(jī)運(yùn)行，插袋工作靠人工操作，插量系統(tǒng)把原有的皮重?cái)?shù)值清零，這時(shí)下料器下的閘板被打開(kāi)，葉輪電機(jī)開(kāi)始工作旋轉(zhuǎn)，水泥料往下灌裝，在這個(gè)時(shí)候，計(jì)量系統(tǒng)不斷的接收著稱(chēng)重傳感器傳S T C 8 9 C 5 2P 1 . 0 P 1 . 1光 耦 光 耦固 態(tài) 繼 電 器 控 制 輸 出閘 板 葉 輪 電 機(jī)控 制 機(jī) 構(gòu)掉 袋 控 制機(jī) 構(gòu)P3.2P3.3P3.4P3.5鍵 盤(pán) 顯 示 接 口鍵 盤(pán) 6 位 L E DP1.3P1.2P0.7P0.0光 耦? ?A D 轉(zhuǎn) 換 器? ?稱(chēng) 重 傳 感 器第 一 級(jí) 放 大第 二 級(jí) 放 大光 耦 光 耦插 袋 位 信 號(hào) 掉 袋 位 信 號(hào)廣西科技大學(xué)鹿山學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 來(lái)的物料袋的袋重信號(hào)并通過(guò)顯示屏顯示出來(lái)。此 時(shí)旋轉(zhuǎn)式包裝機(jī)處于正常工作狀態(tài)不斷旋轉(zhuǎn)，當(dāng)灌裝好的水泥袋轉(zhuǎn)到預(yù)設(shè)的位置時(shí)，計(jì)量系統(tǒng)收到信號(hào)而驅(qū)動(dòng)掉袋裝置進(jìn)行推包，使包裝袋掉入輸送皮帶，袋裝水泥的包裝過(guò)程到此完成。 計(jì)量精度的分析 老式包裝機(jī)的缺點(diǎn)：（ 1）還采用 8 位的 AD 轉(zhuǎn)換器，測(cè)量精度不夠，顯示精度只能夠達(dá)到 ，計(jì)量精度只能達(dá)到 ；（ 2）零點(diǎn)地調(diào)節(jié)，稱(chēng)重?cái)?shù)值的設(shè)定與改變都是通過(guò)電位器來(lái)調(diào)節(jié)，可是水泥廠粉塵多，污染 大，電位器容易損壞，不夠穩(wěn)定；（ 3）抗干擾能力差，干擾信號(hào)容易通過(guò)檢測(cè)信號(hào)線串入，且大型設(shè)備的開(kāi)停容易產(chǎn)生電壓波動(dòng)，影響計(jì)量系統(tǒng)的穩(wěn)定性。（ 4）滯后時(shí)間產(chǎn)生的影響：當(dāng)達(dá)到袋重時(shí)，傳感器輸送信號(hào)給微機(jī)，微機(jī)再給出關(guān)閉下料閘板需要 一定的時(shí)間。 改進(jìn)策略分析：（ 1）使用分辨率為 12 位的 AD 轉(zhuǎn)換器，這樣顯示分辨率就能達(dá)到 10g，稱(chēng)重漂移值＜ 10g；（ 2）采用電磁鐵控制閘板，當(dāng)袋重達(dá)到 80%時(shí)，關(guān)掉第一個(gè)閘板，降低水泥灌裝速度，這樣當(dāng)達(dá)到袋重關(guān)閉第二塊閘板時(shí)，水泥袋誤差就能最大限度的減小；（ 3）在單片機(jī)設(shè)計(jì)中設(shè)置自動(dòng)清零功能，保證零點(diǎn)的準(zhǔn)確性（ 4）調(diào)整下料機(jī)構(gòu)拉桿的長(zhǎng)度，使閘板卡輪卡塊處在最佳的間隙，這樣可以大大的減少滯后時(shí)間，提高計(jì)量精度；（ 5）要保證閘板的質(zhì)量，經(jīng)常檢查閘板的磨損情 況，保證閘板能夠自由開(kāi)合；（ 6）要確保旋轉(zhuǎn)拐臂軸承轉(zhuǎn)動(dòng)的靈活性，調(diào)整開(kāi)啟拉桿的高度；（ 7）電磁鐵要垂直安裝，不能夠傾斜，傾斜將會(huì)影響電磁鐵的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，延長(zhǎng)滯后時(shí)間，所以電磁鐵的安裝很重要。 廣西科技大學(xué)鹿山學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 包裝機(jī) PLC 的選型 PLC 全名為可編程序控制器，由四個(gè)部分組成：分別是 CPU、存儲(chǔ)器、 I/O 口和部分可選配件。而其他可選的部件主要有：外存儲(chǔ) 器、通訊接口、擴(kuò)展接口等，它們主要的功能是存儲(chǔ)程序、編程、進(jìn)行系統(tǒng)擴(kuò)展和系統(tǒng)功能測(cè)試等等 [8]。而 I/O 口能夠進(jìn)行電平交換、電氣隔離、轉(zhuǎn)換串型和并型數(shù)據(jù)，并能夠?qū)ν馓峁┮恍?qū)動(dòng)能力，它是 CPU 模板和外部的開(kāi)關(guān)量訊號(hào)之間的接口。對(duì)輸入部分來(lái)說(shuō)，它的功能是將來(lái)源于受控對(duì)象的仿真量，變成可編程序控制器能夠識(shí)別和處理地?cái)?shù)字量。按照 PLC 地 I/O 點(diǎn)地?cái)?shù)目，我們可以把可編程序控制器三種，第一種我們稱(chēng)作小型機(jī)， I/O 點(diǎn)的數(shù)量最多為 256 點(diǎn)，沒(méi)有模擬量。第三種我們稱(chēng)作大型機(jī)， I/O 點(diǎn)的數(shù)量為 2048 點(diǎn)以上，模擬量的數(shù)目在 128— 512 之間 [9]。而對(duì)于一些小型機(jī)而言，它們的配置比較固定，一般會(huì)把它們制作 成一體機(jī)，供給成套設(shè)備來(lái)用。下圖 29 是小型的 PLC 的結(jié)構(gòu)框圖。關(guān)于可編程序控制器 PLC 的輸入信號(hào)地采樣，它地整個(gè)采樣地過(guò)程是，將全部地保存在輸入鎖存器當(dāng)中地輸入端子地同斷狀態(tài)，通過(guò) PLC特有的掃描方式按循序來(lái)掃描，讀取程序，把它們分別輸入寄存器，也被稱(chēng)為輸入刷新。對(duì)于 PLC 的程序執(zhí)行階段，它的工作過(guò)程是，對(duì)于 PLC 程序執(zhí)行階段，其工作過(guò)程是，根據(jù)命令，存儲(chǔ)用戶(hù)程序指令，掃描，并執(zhí)行每個(gè)指令后，操作，和后處理，然后，它的輸出寫(xiě)入狀態(tài)寄存器，一步一步的閱讀，輸出狀態(tài)寄存器的內(nèi)容也跟著變化。 要想設(shè)計(jì)一個(gè) PLC 系統(tǒng)，我們首先要做的就是先確定這個(gè)系統(tǒng)的控制方案，第二部要 進(jìn)行的就是 PLC 的選型。所選的 PLC 一般選擇在同行業(yè)當(dāng)中有過(guò)使用經(jīng)歷，比較可靠穩(wěn)定的系統(tǒng)，它應(yīng)該易于與本生產(chǎn)系統(tǒng)形成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的整體?？删幊炭刂破鞯墓δ軋D，了解，并將使用適當(dāng)?shù)木幊陶Z(yǔ)言，可以縮短設(shè)計(jì)時(shí)間，所以我們進(jìn)行設(shè)計(jì)選型，要仔細(xì)的分析系統(tǒng)的工藝流程，了解流程的每一個(gè)點(diǎn)，和控制要求，根據(jù)這些，大概算出輸入輸出的點(diǎn)數(shù)或內(nèi)存需求，確定 PLC 可以實(shí)現(xiàn)的功能，和外部設(shè)備的特點(diǎn)。在選擇 I/O點(diǎn)數(shù)的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)在正常的輸入輸出點(diǎn)數(shù)的基礎(chǔ)上，增加 10%— 20%的余量，作為最終的點(diǎn)數(shù)估算數(shù)據(jù) [11]。根據(jù) I / O 實(shí)際點(diǎn)，我們可以知道，它需要的模塊如下： 1 個(gè)模擬混合輸入輸出模塊， 3 個(gè)數(shù)字組合繼電器輸出模塊， 38 個(gè)開(kāi)關(guān)量輸入（包括 料位器信號(hào)輸入，自保運(yùn)行輸入）， 38 個(gè)開(kāi)關(guān)量輸出（包括系統(tǒng)的信號(hào)報(bào)警和運(yùn)行指示等）。一個(gè)模擬量輸出，這個(gè)模擬量輸出用于調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)式包裝機(jī)的主軸轉(zhuǎn)速的變頻器。 廣西科技大學(xué)鹿山學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 圖 210旋轉(zhuǎn)式水泥包裝機(jī) PC控制系統(tǒng)主硬件組成 控制系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)的目的是為了檢驗(yàn)系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)的功能，以保證它們能像預(yù)期的那樣能夠執(zhí)行指令進(jìn)行正常操作。啟動(dòng)順序：運(yùn)行振動(dòng)篩，等待 6s之后運(yùn)行斗式提升機(jī)，再經(jīng)過(guò) 6s之后，水泥輸送電機(jī)運(yùn)行。停止順序：剛開(kāi)始是水泥輸送電機(jī)停止運(yùn)行，經(jīng)過(guò)