【正文】 線的控制系統(tǒng)跟著汽車型號的更新而去不斷更新，并且還要針對不同的需求 去重新設(shè)計或大量更改已有的生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)?；谏显V要求， 美國數(shù)字設(shè)備公司（ EDC）在第二年就研制開發(fā)出了一臺設(shè)備 ，并在 GM公司 汽車生產(chǎn)線上應(yīng)用成功。 人們根據(jù)它的特性和所能實現(xiàn)的功能，把這臺設(shè)備叫做可編程序邏輯控制器（ Programmable Logic Controller） ,簡稱PLC。 隨著科技的飛速進步，在 20 世紀 中后 期發(fā)明制造出了微處理器基于 PLC 的水泥自動配料控制系統(tǒng)設(shè)計 15 和微型計算機，人們將其和可編程邏輯控制器相結(jié)合，使可編程序邏輯控制器在原有的基礎(chǔ)上 增加了微機所具有的運算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，這使它進一步升級，成為了比較完善、功能全面的工業(yè)控制裝置。在家用電腦越來越多的走進人們生活中后，就將可編程邏輯控制器正式定名為 Programmable Logic Controller（ PLC），這樣不僅比較方便，能夠反映出可編程控制器的功能特點，而且還不會和計算機（ PC）相沖突。在 2020 年發(fā)布的可編程序控制器國際標(biāo)準 IEC611311(通用信息 )中對可編程序控制器有一個標(biāo)準定義：“可編程序邏輯控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境而設(shè)計。 PLC 及其相關(guān)的外圍設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)集成，易于實現(xiàn)其語氣功能的原則設(shè)計。這是把 可編程序控制器 和一般的微機控制系統(tǒng)加以區(qū)分的重要特性。對用戶來說， PLC 的程序編寫非常的方便，通過程序的運行，它可以完成邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)等操作，輸入和輸出可以是開關(guān)量，也可以是模擬量 ，而且還能很輕松的跟工廠現(xiàn)有的控制系統(tǒng)相結(jié)合，易于實現(xiàn)對 PLC 在工業(yè)上的要求，滿足用戶的各種需求?？傮w來說， PLC 系統(tǒng)都是由硬件和軟件兩個部分相結(jié)合起來的，工作方式采用的都是集中采樣和集中輸出的周期性循環(huán)掃描。 PLC 的結(jié)構(gòu)框圖如圖 所示。使用期間，不出故障的時間平均下來差不多可以有 35 萬小時。針對水泥生產(chǎn)的環(huán)境和自身所學(xué)，本設(shè)計的主控制器選用的是西門子 S7200 系列的 PLC。系統(tǒng)的主要任務(wù)是在收到了實際測量值后，上位機通過程序，把這個測量值跟設(shè)定值比對，若出現(xiàn)偏差則按照程序進行PID 調(diào)節(jié)，再把調(diào)節(jié)以后的信號送入變頻器，來實時動態(tài)的控制電機基于 PLC 的水泥自動配料控制系統(tǒng)設(shè)計 17 轉(zhuǎn)速，達到一個平衡的狀態(tài)；若沒有偏差則直接輸出。 系統(tǒng)運行流程如下： 1. 系統(tǒng)通電，按下啟動按鈕 SB1， 皮帶運輸機和定量給料機先后啟動，檢測四臺電機是否正常運轉(zhuǎn)，若正常，開啟物料庫閥門下料；若有電機故障，則停止。如果先開啟下料閥門而皮帶沒有運作，容易造成物料將皮帶坐死。若物料量大于設(shè)定值，稱重傳感器送入上位機的信號會增大，經(jīng) PID 調(diào)節(jié)后， 控制器 輸出給變頻器的信號變小，相應(yīng)的降低電機轉(zhuǎn)速，使實際值和設(shè)定值一致。達到實時穩(wěn)態(tài)恒流量控制。其接線如圖 所示。 硬件介紹及信號傳遞 1. 控制結(jié)構(gòu) 在系統(tǒng)運行的狀態(tài)下，自動配料系統(tǒng)利用定量給料機上的稱重傳感器和旋轉(zhuǎn)編碼器把皮帶上通過的物料重量與皮帶速度轉(zhuǎn)換成 420毫安的電信號，轉(zhuǎn)換得到 的兩組信號由現(xiàn)場端子盒送到主控制器進行計算、調(diào)節(jié)，最后輸出一個合適的控制值到變頻器。 PLC 是專用在工業(yè)生產(chǎn)上的控制器，對上訴要求都能夠滿足。三臺皮帶秤電機需要三臺變頻器進行調(diào)速，因此還需要 PLC 添加擴展模塊。本設(shè)計采用了電阻應(yīng)變式傳感器作為稱重裝置，它的工作方式為：當(dāng) s 有重物經(jīng)過其表面時，它內(nèi)部的彈性體（彈性元件，敏感梁）會由于外部物品的重力而發(fā)生形變，這就會使它表面的一個轉(zhuǎn)換原件，電阻應(yīng)變片也跟著一起發(fā)生形變。采用絕對值旋轉(zhuǎn)編 碼器作為測速裝置。 （ 3）調(diào)速裝置 皮帶電機的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的精準度，決定了配料的精確度，且現(xiàn)場外部工作環(huán)境惡劣，粉塵多。 2. 信號傳遞的 I/O 點分配 本系統(tǒng)中，共有四臺驅(qū)動電機，分別為 3定量給料機上的皮帶電機，外加一個混料后的運輸皮帶電機， 4。 變頻器由 PLC 進行控制，輸出驅(qū)動皮帶電動機。 (1) 系統(tǒng)啟動五秒后，檢測是否所有電機都正常運轉(zhuǎn)，若有故障則停車，正常就開啟閥門下料，系統(tǒng)運行。 (3) 整個系統(tǒng)有電源指示、電機運行指示、故障報警等。由此參照 S7200 產(chǎn)品目錄，選用主機為 CPU224（ 14 輸入 /10 輸出），加上 擴展模塊， EM222（ 4 點繼電器輸出）、 EM231（ 8AI）和 EM232（ 4AO），這樣配置是最合適的。 整體接線圖詳見附錄 2。 基于 PLC 的水泥自動配料控制系統(tǒng)設(shè)計 21 圖 模擬量接線圖基于 PLC 的水泥自動配料控制系統(tǒng)設(shè)計 22 5 程序和組態(tài) 在上一個章節(jié)介紹了 PLC 的端口分配及外部接線，本章主要做程序和系統(tǒng)組態(tài)畫面的設(shè)計，完成論文。 系統(tǒng)流程如圖 所示。 經(jīng)過對本系統(tǒng)的反復(fù)思考，結(jié)合實際情況，可將程序分為公用程序、子程序調(diào)用、信息采集和 PID 調(diào)節(jié)幾個部分。 下面是根據(jù)系統(tǒng)運行流程對主程序的一個簡單描述： (1) 按下啟動按鈕，皮帶電機啟動，并檢測有無故障； 圖 電機啟動條件 (2) 全部正常運行 作用； 圖 作用條件 (3) 檢測無故障后，下料閥門開啟； 基于 PLC 的水泥自動配料控制系統(tǒng)設(shè)計 24 圖 物料閥控制 (4) 生產(chǎn)線正常運行指示； 基于 PLC 的水泥自動配料控制系統(tǒng)設(shè)計 25 圖 正常運行指示 (5) 若有故障則蜂鳴器報警。在本程序中，子程序主要完成的是 PID 調(diào)節(jié)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等功能，整個程序詳見附錄 2。在系統(tǒng)運行過程中，通常操作人員需要修改一些參數(shù)來改變生產(chǎn)線動態(tài)，達到生產(chǎn)需求，并且也需要了解和掌握系統(tǒng)運行的一些信息，比如系統(tǒng)當(dāng)前溫度、設(shè)備運轉(zhuǎn)情況等等。我們把這些設(shè)備稱作 HMI，即人機界面或人機接口。第一種不能顯示畫面，只能進行最基本的參數(shù)設(shè)定和文字信息顯示，可以處理的信息量比較小，它是一種小型的HMI，主要用于對 人機界面要求不是太高的場合；第二種是具有液晶顯示屏和按鍵，因此它可以顯示一些簡單地畫面，而且每個按鍵都有上百萬次的使用壽命，非常的可靠；第三種是近代發(fā)展迅速的 HMI，它基本已經(jīng)成為了人機界面的代名詞，它沒有外部按鍵，由一塊觸摸屏組成，對參數(shù)的設(shè)定只需要觸摸屏幕相應(yīng)位置即可完成，觸摸屏美觀，小巧，使用方便，隨著現(xiàn)代觸摸屏技術(shù)的不斷進步，使之成為了現(xiàn)在 HMI 的主流產(chǎn)品。 2. 組態(tài)軟件簡介 有了人 機交互的硬件，還必須要有軟件才能實現(xiàn)相應(yīng)的功能。組態(tài)軟件，又可以基于 PLC 的水泥自動配料控制系統(tǒng)設(shè)計 27 叫做組態(tài)監(jiān)控軟件。這些軟件的開發(fā)和使用都處在同一個層次，并且它們的組態(tài)方式十分便捷，適用的范圍非常廣，使用起來較為簡單 [12]。也可以根據(jù)各元素的狀態(tài)，去改變它們的顏色、形狀等，這樣看起來非常直觀，清楚易懂。 (2)用戶管理 這個功能是非常實用的，對于在實際生產(chǎn)中，技術(shù)人員可以具有較高的權(quán)限，可以查看并設(shè)置一些重要參數(shù)，而普通員工只能觀看畫面，這樣會起到防止誤操作的作用。 (4)數(shù)據(jù)記錄 HMI 還具有數(shù)據(jù)記錄存儲的功能，上述提到的報警信號記錄也屬于數(shù)據(jù)記錄的一種，但因為它的存儲能力有限，無法保存大量的數(shù)據(jù)，一般都是定期保存，定期進行數(shù)據(jù)清理。 (6)其他功能 隨著科技的發(fā)展和生產(chǎn)的需求，一些比較高端的HMI 還具備了打印、參數(shù)配方及管理、 OPC 數(shù)據(jù)交換等功能。這樣的一套系統(tǒng)，是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)上使用非常廣泛的自動控制系統(tǒng)?；?PLC 的水泥自動配料控制系統(tǒng)設(shè)計 28 1. 主界面監(jiān)控圖 圖 水泥配料系統(tǒng)監(jiān)控圖 2. 報警信息收集界面 圖 系統(tǒng)報警信息監(jiān)控 基于 PLC 的水泥自動配料控制系統(tǒng)設(shè)計 29 3. 運行曲線圖 圖 系統(tǒng)運行曲線圖基于 PLC 的水泥自動配料控制系統(tǒng)設(shè)計 30 總結(jié) 在水泥廠實習(xí)期間，我發(fā) 現(xiàn)水泥生產(chǎn)的環(huán)境比較惡劣，在設(shè)備運轉(zhuǎn)起來后噪聲大，粉塵嚴重，對觀察設(shè)備運轉(zhuǎn)情況的人員健康危害較大，而且其對能源的消耗也非常大。本系統(tǒng)用三臺變頻器拖動皮帶電機， PLC作為控制器，同時還用組態(tài)軟件做了系統(tǒng)運行監(jiān)測畫面。系統(tǒng)啟動且正常運行后，由測速傳感器和稱重傳感器將電機轉(zhuǎn)速信號、物料重量信號送入 PLC，經(jīng)控制器的 PID 處理后 傳給變頻器，變頻器根據(jù)流量偏差調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速，以此實現(xiàn)配料系統(tǒng)皮帶秤的恒流量控制。 通過本次畢業(yè)設(shè)計，不僅加深了我對原有只是的掌握，還讓我學(xué)到了許多知識，同時也深深體會到了工程設(shè)計的困難和復(fù)雜。在以后的工作和生活中，我會不斷地去學(xué)習(xí)，去提高自己，爭取獲得更加優(yōu)秀的成績?；?PLC 的水泥自動配料控制系統(tǒng)設(shè)計 31 參考文獻 [1] 駱中釗，張儀彬，楊志鴻 . 材料與五金 [M]. 化學(xué)工業(yè)出版社， 2020. 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