【正文】 作的指令，并通過(guò)數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的生產(chǎn)過(guò)程。同時(shí)可編程序控制器具有可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)，適應(yīng)性強(qiáng)、應(yīng)用靈活，編程方便、易于使用，控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試方便，維修方便、維修工作量小，功能完善等特點(diǎn)。 PLC 相比單片機(jī)具有高可靠性，易于開(kāi)發(fā)，擴(kuò)展性好，通訊簡(jiǎn)單的，這些優(yōu)點(diǎn)促使很多的設(shè)備生產(chǎn)廠家在設(shè)計(jì)時(shí)選用 4 PLC 作為設(shè)備的控制器。在未來(lái)的工業(yè)生產(chǎn)中， PLC 仍然能夠引導(dǎo)自動(dòng)化行業(yè)的發(fā)展。 系統(tǒng)的組成 系統(tǒng)由進(jìn)料電動(dòng)機(jī)、出料電動(dòng)機(jī)、 PLC、稱重傳感器、稱重變送器、電磁鐵、舵機(jī)、指示燈、報(bào)警器、光電開(kāi)關(guān)等組 成。 進(jìn) 料 電 動(dòng) 機(jī)出 料 電 動(dòng) 機(jī)電 磁 鐵指 示 燈舵 機(jī) 閥 門(mén)稱 重 變 送 器上 位 機(jī)稱 重 傳 感 器報(bào) 警 器P L C光 電 開(kāi) 關(guān) 圖 11 系統(tǒng)框圖 稱重系統(tǒng)的功能和工作過(guò)程 1．系統(tǒng)的功能 （ 1）自動(dòng)運(yùn)行功能 5 點(diǎn)擊自動(dòng)運(yùn)行按鈕后，系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行。 （ 3）報(bào)警功能 若實(shí)際重量大于稱重誤差最大值，則報(bào)警器開(kāi)始報(bào)警，系統(tǒng)自動(dòng)停止運(yùn)行。若輔助斗中物料溢出，則安裝在輔助斗上的光電開(kāi)關(guān)會(huì)發(fā)出信號(hào)，系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警。 2．系統(tǒng)的工作過(guò)程 （ 1）大流量進(jìn)料階段 按下相應(yīng)按鈕后，進(jìn)料電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，電磁鐵得電使稱重斗下料門(mén)閉合。實(shí)現(xiàn)大流量進(jìn)給。 （ 2）小流量進(jìn)料階段 當(dāng)數(shù)字量信號(hào)轉(zhuǎn)換的實(shí)際重量等于提前重量值時(shí)， PLC 發(fā)出指令使舵機(jī) 閥門(mén) 迅速旋轉(zhuǎn)到 90 度，并始終保持在這個(gè)角度，小流量指示燈亮，開(kāi)始小流量進(jìn)給階段。 （ 3）放料階段 當(dāng) 實(shí)際重量等于目標(biāo)重量時(shí)， PLC 發(fā)出指令使舵機(jī) 閥門(mén) 迅速旋轉(zhuǎn)到180 度，并始終保持在這個(gè)角度，停止進(jìn)料。在自動(dòng)狀態(tài)下，達(dá)到定時(shí)時(shí)間后，電磁鐵自動(dòng)得電，稱重斗下料門(mén)關(guān)閉，輔助斗下料門(mén)完全開(kāi)啟。在手動(dòng)狀態(tài)下，是否進(jìn)入放料階段由按鈕控制稱重斗下料門(mén)實(shí)現(xiàn)。 6 第 2 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 根據(jù)對(duì)生產(chǎn)線自動(dòng)稱重功能的分析，可以設(shè)計(jì)系統(tǒng)的硬件框圖，如圖21 所示。 PLC 選型的基本原則 PLC 產(chǎn)品的種類也越來(lái)越多。合理選用 PLC，對(duì)于提高 PLC 控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有著重要意義。 工程設(shè)計(jì)選型時(shí)，應(yīng)詳細(xì)分析控制要求，明確控制任務(wù)所需的操作和動(dòng)作，然后根據(jù)控制要求，估算輸入輸出點(diǎn)數(shù) ， 所需存儲(chǔ)器容量 ， 確定 PLC的功能 ， 外部設(shè)備特性等，最后選擇有較高性能價(jià)格比的 PLC 和設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制系統(tǒng)。因此，在設(shè)計(jì) PLC 控制系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)遵循以下基本原則： （ 1）最大限度地滿足被控對(duì)象的控制要求 （ 2）保證 PLC 控制系統(tǒng)安全可靠 （ 3）力求簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、使用及維修方便 （ 4）適應(yīng)發(fā)展的需要 我國(guó)市場(chǎng)上流行的 PLC 有如下幾家產(chǎn)品 : （ 1）施耐德公司，目前有 Quantum、 Premium、 Momentum 等產(chǎn)品 。 （ 3）西門(mén)子公司的產(chǎn)品，目前有 SIMATIC S7400/300/200 系列產(chǎn)品 。 在 此，考慮到西門(mén)子 (Siemens)PLC 在中國(guó)市場(chǎng)的占有率較高，到系統(tǒng)本身規(guī)模不大，本課題選擇西門(mén)子 S7200 系列可編程序控制器作為控制器。它以緊湊的結(jié)構(gòu)、良好的擴(kuò)展性、強(qiáng)大的指令功能、低廉的價(jià)格、已經(jīng)成為當(dāng)代各種小型控制工程的理想控制器。 根據(jù) 對(duì)生產(chǎn)線自動(dòng)稱重功能的分析 ，統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)所需要的輸入輸出 點(diǎn)數(shù)。 （ 2） 進(jìn)料電動(dòng)機(jī)、出料電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)、停止需要 4 路輸入 ,2 路輸出。 （ 4） 光電開(kāi)關(guān)信號(hào)需要 1 路輸入。 （ 6） 報(bào)警器需要 1 路輸出。 （ 8） 手動(dòng)去皮需要 1 路輸入。 系統(tǒng)所需 共 12 路 數(shù)字量 輸入， 10 路 數(shù)字量 輸出。 3．確定相關(guān)模塊 根據(jù)輸入輸出點(diǎn)數(shù)，以及考慮到今后對(duì)系統(tǒng)的維護(hù)和擴(kuò)充使用，要保留 1/8 的裕量， 并且要求具備輸出 PWM 脈沖功能， 因此我們選用 S7200系列的 CPU 模塊為： CPU224XP DC/DC/DC（輸入點(diǎn) 14 點(diǎn)，輸出點(diǎn) 10 點(diǎn)）。 稱重傳感器的選擇 9 稱重傳感器 類型的選擇 稱重傳感器是力傳感器當(dāng)中一個(gè)重要的品種 ,實(shí)際應(yīng)用及其廣泛。稱重傳感器按結(jié)構(gòu)類型分主要有 S 型雙連孔式傳感器，柱式傳感器，輪輻式與橋式傳感，柱環(huán)式傳感器，剪切梁式傳感器和單 S 梁式傳感器 . S 型雙連孔式傳感器量程范圍一般在 2Kg 到 500Kg，這種類型稱重傳感器抗偏， 抗側(cè)能力較強(qiáng)。 輪輻式傳感器由于結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性，所以能夠承受大的側(cè)向力，由于它有較大的滯后誤差，很多場(chǎng)合都被橋式傳感器所取代。橋式傳感器精度高，標(biāo)定方便，普遍應(yīng)用于汽車秤跟平臺(tái)秤等多個(gè)場(chǎng)合。 剪切梁式傳感器運(yùn)用剪切原理制作而成，精度跟穩(wěn)定性都很高，一般都不需要要線性補(bǔ)償都能達(dá)到要求。 測(cè)量范圍在幾十 Kg 的場(chǎng)合一般選用單 S 梁式傳感器，它不適合在振動(dòng)大的時(shí)候使用。 稱重傳感器 選型的 原則 1．穩(wěn)定性的選擇 傳感器使用一段時(shí)間后，其性能保持不變的能力稱 為穩(wěn)定性。因此，要使傳感器具有良好的穩(wěn)定性，必須要有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力。 環(huán)境對(duì)稱重傳感器會(huì)造成如下影響： 10 （ 1）高溫環(huán)境造成傳感器的涂覆材料融化、焊點(diǎn)開(kāi)化、彈性體內(nèi)應(yīng)力發(fā)生結(jié)構(gòu)變化。 （ 3）在腐蝕性較高的環(huán)境下，如潮濕、酸性對(duì)傳感器造成彈性體受損或產(chǎn)生短路等影響。 （ 5）易燃、易爆環(huán)境必須選用特制的防爆傳感器。在某些要求傳感器能長(zhǎng)期使用而又不能輕易更換或標(biāo)定的場(chǎng)合，所選用的傳感器穩(wěn)定性要求更嚴(yán)格，要能經(jīng)受住長(zhǎng)時(shí)間的考驗(yàn)。因?yàn)橹挥徐`敏度高時(shí)，與被測(cè)量對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)值才比較大，有利于信號(hào)處理。因此，要求傳 感器本身應(yīng)具有較高的信噪比，盡量減少?gòu)耐饨缫氲母蓴_信號(hào)。 傳感器量程的選擇可依據(jù)秤的最大稱量值、選用傳感器的個(gè)數(shù)、秤體的自重、可能產(chǎn)生的最大偏載及動(dòng)載等因素綜合評(píng)價(jià)來(lái)確定。 4．精度 的選擇 精度是傳感器的一個(gè)重要的性能指標(biāo)，它是關(guān)系到整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量精度的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。這樣就可以在滿足同一測(cè)量目的的諸多傳感器中選擇比較便宜和簡(jiǎn)單的傳感器。 精度選擇滿足下列兩個(gè)條件： （ 1）滿足稱重變送器輸入的要求。 （ 2）在對(duì)傳感器精度選擇的時(shí)候，應(yīng)使傳感器的精度略高于理論計(jì)算值。 托利多 MTB5 稱重 傳感器 根據(jù) 和 的結(jié)論，選擇 托利多 MTB5 單點(diǎn)式波紋管焊接密封不銹鋼傳感器 。 2． 托利多 MTB5 稱重傳感器 技術(shù)指標(biāo)： 技術(shù)指標(biāo)如表 21 所示。 不重復(fù)性 %. ≤ 滯后 %. ≤177。 蠕變（ 30 分） %. ≤177。 1 溫度補(bǔ)償范圍 ℃ 10～ +40 工作溫度范圍 ℃ 20～ +65 靈敏度溫度系數(shù) %Load/ ℃ ≤177。 輸入阻抗 Ω 387177。 1 絕緣電阻 MΩ ≥ 5000(直流 50V) 建議激 勵(lì)電壓 V(DC/AC) 5～ 15 最大激勵(lì)電壓 V(DC/AC) 20 安全過(guò)載 %. 150 極限過(guò)載 %. 300 防護(hù)等級(jí) IP68 電纜長(zhǎng)度 m 3 稱重變送器的選擇 稱重變送器的用途和特點(diǎn) 1．用途 稱重變送器是一種將物理量變換成電信號(hào)，將毫伏信號(hào)輸出的傳感器經(jīng)隔離放大轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)直流信號(hào)的變送器。 稱重變送器在工業(yè)稱重過(guò)程中常用的一 種變送器，廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)采集、信號(hào)傳輸轉(zhuǎn)換和集散稱重控制系統(tǒng)和配料系統(tǒng)，主要應(yīng)用于水泥、混凝土、玻璃、造紙、塑膠、化工、冶金、有色、棉紡、試驗(yàn)機(jī)等行業(yè)稱重式料位、重量負(fù)荷、張力、拉壓力信號(hào)的變送、顯示、檢測(cè)等。 AT10 模擬型稱重變送器 根據(jù)工程的實(shí)際情況和傳感器的數(shù)量，我們 選擇 AT10 模擬型稱重變送器 。 表 22 AT10 稱重變送器規(guī)格 電源 24Vdc177。C 工作溫度 10 至 +40 176。C 零點(diǎn)標(biāo)定 使用 4 個(gè)撥碼開(kāi)關(guān)簡(jiǎn)單調(diào)整 零點(diǎn)標(biāo)定 使用 20 圈微調(diào)筒精確調(diào)整 滿刻度標(biāo)定 使用 4 個(gè)撥碼開(kāi)關(guān)簡(jiǎn)單調(diào)整 滿刻度標(biāo)定 使用 20 圈微調(diào)筒精確調(diào)整 模擬濾波器 通過(guò) 270176。 14 表 23 AT10 各端子功能 20 極 MA 6 極 MB 1. 傳感器 1 激勵(lì)電壓 21. 模擬輸出 0/420mA+ 2. 傳感器 1 激勵(lì)電壓 + 22. 模擬輸出 010V+ 3. 傳感器 1 信號(hào) – 23. 模擬輸出 4. 傳感器 1 信號(hào) + 24. 電源 (24V) 5. 屏蔽 25. 電源 (24V)+ 6. 傳感器 2 激勵(lì)電壓 26. 接地 7. 傳感器 2 激勵(lì)電壓 + 8. 傳感器 2 信號(hào) – 9. 傳感器 2 信號(hào) + 10. 屏蔽 11. 傳感器 3 激勵(lì)電壓 12. 傳感器 3 激勵(lì)電壓 + 13. 傳感器 3 信號(hào) – 14. 傳感器 3 信 號(hào) + 15. 屏蔽 16. 傳感器 4 激勵(lì)電壓 17. 傳感器 4 激勵(lì)電壓 + 18. 傳感器 4 信號(hào) – 19. 傳感器 4 信號(hào) + 20. 屏蔽 3． AT10 總則 本變送器必須安裝在 DIN 導(dǎo)軌上，端子塊 “ MA”的位置必須垂直處于下方。 當(dāng)使用可選的其他電源時(shí)，必須就近與變送器安裝。 4． AT 10 輸入電壓 （ 1） 輸入電壓必須和端子塊“ MB”相連接。 15%)。 （ 2） 如果傳感器電纜為 6 芯導(dǎo)線 (含 +/ sense)，則“ + Sense”必須和“ +Exc”的端子連接在一起；“ Sense”必須和“ – Exc”的端子連接在一起。 （ 4） 激勵(lì)電壓為 10Vdc。 （ 6） 稱重傳感器必須和端子塊“ MA”相連接。 （ 2） 電壓輸出為 010Vdc；電流輸出為 020mA 或 420 mA。 （ 4） 模擬輸出的電纜連接必須遵循其自身的路徑。J1 關(guān) ： 420mA； J1 開(kāi) ： 020mA/ 0 10V。 J2 關(guān) : 濾波器可用 ； J2 開(kāi) :濾波器不可用 。 （ 3） 當(dāng)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)微調(diào)筒時(shí)，會(huì)影響到濾波值的減少。能夠利用簡(jiǎn)單的輸入信號(hào)比較精確的轉(zhuǎn)動(dòng)給定角度的電機(jī)系統(tǒng)。這樣的直流電機(jī)控制方式叫閉環(huán)控制，所以舵機(jī)更準(zhǔn)確的說(shuō)是伺服馬達(dá) 。在做舵機(jī)的選型時(shí)要對(duì)以上幾個(gè)方面進(jìn)行綜合考慮。角所需時(shí)間來(lái)衡量，常見(jiàn)舵機(jī)的速度一般在 176。之間?？梢岳斫鉃樵诙姹P(pán)上距舵機(jī)軸中心水平距離 1CM 處，舵機(jī)能夠帶動(dòng)的物體重量。以 90176。和 360176。 （ 3）尺寸、重量和材質(zhì) 舵機(jī)的功率（速度轉(zhuǎn)矩）和舵機(jī)的尺寸比值可以理解為該舵機(jī) 的功率密度，一般同樣品牌的舵機(jī)，功率密度大的價(jià)格高。所以材質(zhì)的選擇并沒(méi)有絕對(duì)的傾向，關(guān)鍵是將舵機(jī)使用在設(shè)計(jì)規(guī)格之內(nèi)。但需要注意的是，金屬齒輪箱在長(zhǎng)時(shí)間過(guò)載下也不會(huì)損毀，最后 導(dǎo)致 電機(jī)過(guò)熱損壞或外殼變形，而這樣的損壞是致命的，不可修復(fù)的。 綜上，選擇舵機(jī)需要在計(jì)算自己所需扭矩和速度，并確定使用電壓的條件下，選擇有 150%左右甚至更大扭矩富余的舵機(jī)。 MG955 舵機(jī) MG955 參數(shù)： （ 1）產(chǎn)品尺寸： ** 17 （ 2）產(chǎn)品重量： 55g （ 3）工作扭矩： 13Kg/cm （ 4）反應(yīng)速度： 5362R/M （ 5）轉(zhuǎn)動(dòng)角度：最大 180 度 （ 6）結(jié)構(gòu)材質(zhì) :金屬銅齒、空心杯電動(dòng)機(jī)、雙滾珠軸承 電動(dòng)機(jī) 的選擇 本方案 對(duì) 用到的電動(dòng)機(jī)沒(méi)有特 殊的要求，根據(jù)功率和轉(zhuǎn)速選擇合適的電動(dòng)機(jī)。 產(chǎn)品說(shuō)明： Y 系列三相異步電動(dòng)機(jī)是一般用途鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)基本系列，全國(guó)統(tǒng)一設(shè)計(jì)。產(chǎn)品可以和國(guó)內(nèi)外各類機(jī)械設(shè)備配套。絕緣等級(jí)為 B 級(jí)，外殼防護(hù)等級(jí) IP44，冷卻方式 IC411。工作方式： S1 連續(xù)工作制，環(huán)境溫度－ 15— +40℃，海拔 1000 米以下。接法： 3KW 及以下為 Y 接， 4KW 及以上為△接。廣泛用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、建筑、采礦行業(yè)的各種無(wú)特殊要求的機(jī)械設(shè)備。 本方案選擇兩臺(tái) Y90L2 型號(hào)電動(dòng)機(jī)。 表 24 Y90L2 型號(hào) 電動(dòng)機(jī)參數(shù) 型號(hào) 功率 (kW) 馬力 hp 電流 (A) 轉(zhuǎn)速 (r/min) 效率 η（％） 功率 因數(shù)(cosφ ) 堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩 堵轉(zhuǎn)電流額定電流 重量 (kg) Y90L2 3 2840 27 18 電磁鐵的選擇 電磁鐵在通電狀態(tài)下可產(chǎn)生強(qiáng)勁吸附力，把它安裝在自動(dòng)化設(shè)備中可對(duì)被吸附物體起到停止或移動(dòng)作用。 控制簡(jiǎn)單，省力省電，安全可靠，并可進(jìn)行遠(yuǎn)程操作。 ZYE1P 圓形吸盤(pán)電磁鐵的參數(shù) 如表 25 所示。 電磁鐵使用 時(shí)， 被吸附物體表面應(yīng)盡可能平整，且吸附面積不宜小于電磁鐵吸合面。 19 光電