目錄中文摘要英文摘要1緒論311課題來源及現(xiàn)實(shí)意義3111課題來源3112現(xiàn)實(shí)意義312設(shè)計(jì)任務(wù)與總體方案的確定3121設(shè)計(jì)任務(wù)3122總體設(shè)計(jì)方案的確定32PLC與自動(dòng)化軟件421PLC的發(fā)展歷史422PLC的硬件和軟件4221PLC的硬件構(gòu)成4222PLC的軟件構(gòu)成523PLC系統(tǒng)的輔助設(shè)備624PLC的通訊聯(lián)網(wǎng)625PLC的注意事由626自動(dòng)化軟件發(fā)展歷史及定義727發(fā)展趨勢828監(jiān)控組態(tài)軟件WINCC的簡介和應(yīng)用9281WINCC簡介9282WINCC的特點(diǎn)103自動(dòng)配料系統(tǒng)簡介1231自動(dòng)配料系統(tǒng)的特點(diǎn)1232自動(dòng)配料系統(tǒng)的組成1233配料技術(shù)的最新進(jìn)展124自動(dòng)配料系統(tǒng)設(shè)計(jì)1441配料系統(tǒng)的設(shè)計(jì)14411稱重方式選擇14412給料方式選擇15413生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)1542配料系統(tǒng)的組成1543輸送裝置的設(shè)計(jì)1644計(jì)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)16441稱重元件設(shè)計(jì)16442測速元件的設(shè)計(jì)185控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)2051控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)20511PLC的選配20512稱重儀表的選配21513操作站的選配2252控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)23521稱量儀表參數(shù)設(shè)定23522PLC程序編制236操作站W(wǎng)INCC組態(tài)277總結(jié)31參考文獻(xiàn)32附錄APLC原程序梯形圖331緒論11課題的來源及現(xiàn)實(shí)意義111課題的來源自動(dòng)配料系統(tǒng)是一個(gè)針對各種不同類型的物料（固體或液體）進(jìn)行輸送、配比、加熱、混合以及成品包裝等全生產(chǎn)過程的自動(dòng)化生產(chǎn)線。廣泛應(yīng)用于化工、冶金、建材、食品、飼料加工等行業(yè)。在氧化鋁生產(chǎn)及其它工業(yè)生產(chǎn)中，經(jīng)常會(huì)遇到多種物料配比控制的情況。在手動(dòng)控制狀態(tài)下，需要根據(jù)生產(chǎn)情況，計(jì)算出各物料的配比，再根據(jù)配比，分別計(jì)算出各物料的理想下料量，對各臺設(shè)備分別設(shè)定，來滿足配比的要求。當(dāng)生產(chǎn)情況發(fā)生變化，需要改變下料量時(shí)，則需要再次分別計(jì)算各物料的設(shè)定值，再次分別設(shè)定。這種人工操作方式計(jì)算,操作時(shí)間長，且容易出錯(cuò)，給生產(chǎn)帶來不良因素。而采用PLC控制方式以及新穎的變頻調(diào)速喂料機(jī)構(gòu)，配合配料控制軟件包，實(shí)現(xiàn)物料傳送、配料控制、配方設(shè)計(jì)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)管理等功能。并可以通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)多個(gè)配料系統(tǒng)的集合控制。12設(shè)計(jì)任務(wù)與總體方案的確定121設(shè)計(jì)要求使用SIEMENS公司的可編程序控制器及WINCC組態(tài)軟件。設(shè)計(jì)滿足控制要求的自動(dòng)配料控制系統(tǒng)。并完成1主電路設(shè)計(jì)，并畫出接線示意圖。2分配I/O地址，列出分配表。3設(shè)計(jì)系統(tǒng)控制的程序框圖。4根據(jù)程序框圖設(shè)計(jì)該系統(tǒng)的控制梯形圖。5上機(jī)調(diào)試通過。6利用WINCC組態(tài)軟件對系統(tǒng)進(jìn)行模擬運(yùn)行122控制要求本設(shè)計(jì)針對氧化鋁生產(chǎn)工藝中的自動(dòng)配料系統(tǒng)。1自動(dòng)配料將完成3種物料（石灰石、鋁礦石、無煙煤）的自動(dòng)配比控制；2控制方式為主從比例控制方式；3PLC要實(shí)現(xiàn)各種物料下料量的采集、喂料裝置的啟停、物料下料量的控制；4組態(tài)操作界面能顯示設(shè)備的運(yùn)行、停車、故障；5操作界面要求顯示每種物料的下料設(shè)定值、實(shí)際下料值；通過界面上設(shè)置的啟動(dòng)、停車按鈕實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的開停；2PLC與自動(dòng)化軟件21PLC的發(fā)展歷史在工業(yè)生產(chǎn)過程中，大量的開關(guān)量順序控制，它按照邏輯條件進(jìn)行順序動(dòng)作，并按照邏輯關(guān)系進(jìn)行連鎖保護(hù)動(dòng)作的控制，及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。傳統(tǒng)上，這些功能是通過氣動(dòng)或電氣控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的。1968年美國GM（通用汽車）公司提出取代繼電氣控制裝置的要求，第二年，美國數(shù)字公司研制出了基于集成電路和電子技術(shù)的控制裝置，首次采用程序化的手段應(yīng)用于電氣控制，這就是第一代可編程序控制器，稱PROGRAMMABLECONTROLLER（PC）。個(gè)人計(jì)算機(jī)（簡稱PC）發(fā)展起來后，為了方便，也為了反映可編程控制器的功能特點(diǎn)，可編程序控制器定名為PROGRAMMABLELOGICCONTROLLER（PLC），現(xiàn)在，仍常常將PLC簡稱PC。PLC的定義有許多種。國際電工委員會(huì)（IEC）對PLC的定義是可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存貯器，用來在其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。上世紀(jì)80年代至90年代中期，是PLC發(fā)展最快的時(shí)期，年增長率一直保持為3040。在這時(shí)期，PLC在處理模擬量能力、數(shù)字運(yùn)算能力、人機(jī)接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高，PLC逐漸進(jìn)入過程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的DCS系統(tǒng)。PLC具有通用性強(qiáng)、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡單等特點(diǎn)。PLC在工業(yè)自動(dòng)化控制特別是順序控制中的地位，在可預(yù)見的將來，是無法取代的。22PLC的硬件和軟件221PLC的硬件構(gòu)成從結(jié)構(gòu)上分，PLC分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式PLC包括CPU板、I/O板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個(gè)不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機(jī)架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。CPU的構(gòu)成CPU是PLC的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每套PLC至少有一個(gè)CPU，它按PLC的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時(shí)，診斷電源和PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯(cuò)誤等。進(jìn)入運(yùn)行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號，去指揮有關(guān)的控制電路。CPU主要由運(yùn)算器、控制器、寄存器及實(shí)現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成，CPU單元還包括外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。內(nèi)存主要用于存儲(chǔ)程序及數(shù)據(jù)，是PLC不可缺少的組成單元。在使用者看來，不必要詳細(xì)分析CPU的內(nèi)部電路，但對各部分的工作機(jī)制還是應(yīng)有足夠的理解。CPU的控制器控制CPU工作，由它讀取指令、解釋指令及執(zhí)行指令。但工作節(jié)奏由震蕩信號控制。運(yùn)算器用于進(jìn)行數(shù)字或邏輯運(yùn)算，在控制器指揮下工作。寄存器參與運(yùn)算，并存儲(chǔ)運(yùn)算的中間結(jié)果，它也是在控制器指揮下工作。CPU速度和內(nèi)存容量是PLC的重要參數(shù)，它們決定著PLC的工作速度，IO數(shù)量及軟件容量等，因此限制著控制規(guī)模。I/O模塊PLC與電氣回路的接口，是通過輸入輸出部分（I/O）完成的。I/O模塊集成了PLC的I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號狀態(tài)，輸出點(diǎn)反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號變換成數(shù)字信號進(jìn)入PLC系統(tǒng)，輸出模塊相反。I/O分為開關(guān)量輸入（DI），開關(guān)量輸出（DO），模擬量輸入（AI），模擬量輸出（AO）等模塊。開關(guān)量是指只有開和關(guān)（或1和0）兩種狀態(tài)的信號，模擬量是指連續(xù)變化的量。常用的I/O分類如下開關(guān)量按電壓水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。模擬量按信號類型分，有電流型（420MA,020MA）、電壓型（010V,05V,1010V）等，按精度分，有12BIT,14BIT,16BIT等。除了上述通用IO外，還有特殊IO模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。按I/O點(diǎn)數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量，I/O模塊可多可少，但其最大數(shù)受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機(jī)架槽數(shù)限制。電源模塊PLC電源用于為PLC各模塊的集成電路提供工作電源。同時(shí)，有的還為輸入電路提供24V的工作電源。電源輸入類型有交流電源（220VAC或110VAC），直流電源（常用的為24VAC）。222PLC的軟件構(gòu)成1系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件包含3個(gè)部分（1）系統(tǒng)管理程序。其作用一是運(yùn)行時(shí)間管理，控制可編程控制器何時(shí)輸入，何時(shí)輸出，何時(shí)計(jì)算，何時(shí)自檢，何時(shí)通信。二是存儲(chǔ)空間管理，規(guī)定個(gè)中參數(shù)，程序的存放位置，以生成用戶環(huán)境。三是系統(tǒng)自檢程序，包括各種系統(tǒng)出錯(cuò)檢驗(yàn)，用戶程序語法檢驗(yàn)，句法檢驗(yàn)，警戒時(shí)鐘運(yùn)行。用戶指令解釋程序。用戶指令解釋程序是聯(lián)系高級語言程序和機(jī)器碼的橋梁。標(biāo)準(zhǔn)程序模塊及其調(diào)用程序。這是許多獨(dú)立的程序塊，各程序塊具有不同的功能。（2）用戶程序用戶程序即是應(yīng)用程序，使PLC的使用者針對具體控制要求編制的程序。根據(jù)不同的控制要求編制不同的程序，這相當(dāng)于改變PLC的用途，相當(dāng)于繼電器控制設(shè)備的硬接線線路，也正是所謂“可編程”一詞的基本含義。23PLC系統(tǒng)的輔助設(shè)備1編程設(shè)備編程器是PLC開發(fā)應(yīng)用、監(jiān)測運(yùn)行、檢查維護(hù)不可缺少的器件，用于編程、對系統(tǒng)作一些設(shè)定、監(jiān)控PLC及PLC所控制的系統(tǒng)的工作狀況，但它不直接參與現(xiàn)場控制運(yùn)行。小編程器PLC一般有手持型編程器，目前一般由計(jì)算機(jī)（運(yùn)行編程軟件）充當(dāng)編程器。2機(jī)界面最簡單的人機(jī)界面是指示燈和按鈕，目前液晶屏（或觸摸屏）式的一體式操作員終端應(yīng)用越來越廣泛，由計(jì)算機(jī)（運(yùn)行組態(tài)軟件）充當(dāng)人機(jī)界面非常普及。3輸入輸出設(shè)備用于永久性地存儲(chǔ)用戶數(shù)據(jù)，如EPROM、EEPROM寫入器、條碼閱讀器，輸入模擬量的電位器，打印機(jī)等。24PLC的通信聯(lián)網(wǎng)依靠先進(jìn)的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以迅速有效地收集、傳送生產(chǎn)和管理數(shù)據(jù)。因此，網(wǎng)絡(luò)在自動(dòng)化系統(tǒng)集成工程中的重要性越來越顯著，甚至有人提出“網(wǎng)絡(luò)就是控制器“的觀點(diǎn)說法。PLC具有通信聯(lián)網(wǎng)的功能，它使PLC與PLC之間、PLC與上位計(jì)算機(jī)以及其他智能設(shè)備之間能夠交換信息，形成一個(gè)統(tǒng)一的整體，實(shí)現(xiàn)分散集中控制。多數(shù)PLC具有RS232接口，還有一些內(nèi)置有支持各自通信協(xié)議的接口。25PLC的注意事由保證PLC的正常運(yùn)行，因此在使用中應(yīng)注意以下問題。1工作環(huán)境11溫度PLC要求環(huán)境溫度在055，安裝時(shí)不能放在發(fā)熱量大的元件下面，四周通風(fēng)散熱的空間應(yīng)足夠大，基本單元和擴(kuò)展單元之間要有30MM以上間隔；開關(guān)柜上、下部應(yīng)有通風(fēng)的百葉窗，防止太陽光直接照射；如果周圍環(huán)境超過55，要安裝電風(fēng)扇強(qiáng)迫通風(fēng)。12濕度為了保證PLC的絕緣性能，空氣的相對濕度應(yīng)小于85（無凝露）。13震動(dòng)應(yīng)使PLC遠(yuǎn)離強(qiáng)烈的震動(dòng)源，防止振動(dòng)頻率為1055HZ的頻繁或連續(xù)振動(dòng)。當(dāng)使用環(huán)境不可避免震動(dòng)時(shí)，必須采取減震措施。14空氣避免有腐蝕和易燃的氣體，例如氯化氫、硫化氫等。對于空氣中有較多粉塵或腐蝕性氣體的環(huán)境，可將PLC安裝在封閉性較好的控制室或控制柜中，并安裝空氣凈化裝置。15電源PLC供電電源為50HZ、220（110）V的交流電，對于電源線來的干擾，PLC本身具有足夠的抵制能力。對于可靠性要求很高的場合或電源干擾特別嚴(yán)重的環(huán)境，可以安裝一臺帶屏蔽層的變比為11的隔離變壓器，以減少設(shè)備與地之間的干擾。還可以在電源輸入端串接LC濾波電路。26自動(dòng)化軟件發(fā)展歷史及定義自20世紀(jì)80年代初期誕生至今，自動(dòng)化軟件（組態(tài)軟件）已有20年的發(fā)展歷史。應(yīng)該說組態(tài)軟件作為一種應(yīng)用軟件，是隨著PC機(jī)的興起而不斷發(fā)展的。80年代的組態(tài)軟件，像ONSPEC、PARAGON500、早期的FIX等都運(yùn)行在DOS環(huán)境下，圖形界面的功能不是很強(qiáng)，軟件中包含著大量的控制算法，這是因?yàn)镈OS具有很好的實(shí)時(shí)性。90年代，隨著微軟的WINDOWS30風(fēng)靡全球，以WONDERWARE公司的INTOUCH為代表的人機(jī)界面軟件開創(chuàng)了WINDOWS下運(yùn)行工控軟件的先河，由于WINDOWS30不具備實(shí)時(shí)性，所以當(dāng)時(shí)，80年代已成名的自動(dòng)化軟件公司在對于操作系統(tǒng)的支持上，或按兵不動(dòng)，或?qū)⒔M態(tài)軟件從DOS向OS/2移植，人們這樣做的原因，是大家都認(rèn)為工控軟件必須具有很強(qiáng)的實(shí)時(shí)性和控制能力，必須運(yùn)行在一個(gè)具備實(shí)時(shí)性的操作系統(tǒng)下，像DOS、OS/2、WINNT（1993年才推出）等。歷史證明，在當(dāng)時(shí)的硬件條件下，上位機(jī)做人機(jī)界面切中了用戶的需求，WONDERWARE因而在不長的時(shí)間內(nèi)成為全球最大的獨(dú)立自動(dòng)化軟件廠商，而在80年代靠DOS版組態(tài)軟件起家，后來向OS/2移植的公司后來基本上都沒落了。那么，本文中提到的自動(dòng)化軟件指什么到底什么是自動(dòng)化軟件它應(yīng)該具備哪些功能和特征呢首先，自動(dòng)化軟件主要包括人機(jī)界面軟件（HMI），像INTOUCH、IFIX、組態(tài)王等；基于PC的控制軟件，統(tǒng)稱軟PLC或軟邏輯，像亞控的KINGACT以及即將推出的組態(tài)王嵌入版、西門子的WINAC等；還包括生產(chǎn)執(zhí)行管理軟件，許多專家也將這一類軟件歸為MES（MANUFACTURINGEXECUTIONSYSTEM），像INTELLUTION公司的IBATCH、WONDERWARE公司的INTRACK等，另外，與通用辦公自動(dòng)化軟件相比，自動(dòng)化軟件還應(yīng)包括相應(yīng)的服務(wù)。其次，自動(dòng)化軟件主要具備如下功能及特征工業(yè)過程動(dòng)態(tài)可視化；數(shù)據(jù)采集和管理；過程監(jiān)控報(bào)警；報(bào)表功能；為其他企業(yè)級程序提供數(shù)據(jù)；簡單的回路調(diào)節(jié)；批次處理；SPC過程質(zhì)量控制；符合IEC11313標(biāo)準(zhǔn)。27發(fā)展趨勢在自動(dòng)化軟件賴以普及發(fā)展的諸多因素中，有技術(shù)層面的，也有商業(yè)層面的，但制造業(yè)的需求是決定性的。制造業(yè)的發(fā)展，帶來了對自動(dòng)化軟件需求的提升；也決定了自動(dòng)化軟件將由過去單純的組態(tài)監(jiān)控功能，向著更高和更廣的層面發(fā)展。（1）開放性技術(shù)自動(dòng)化軟件正逐漸成為協(xié)作生產(chǎn)制造過程中不同階段的核心系統(tǒng)，無論是用戶還是硬件供應(yīng)商都將自動(dòng)化軟件作為全廠范圍內(nèi)信息收集和集成的工具，這就要求自動(dòng)化軟件大量采用“標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)”，如OPC、DDE、ACTIVEX控件、COM/DCOM等，這樣使得自動(dòng)化軟件演變成軟件平臺，在軟件功能不能滿足用戶特殊需要時(shí)，用戶可以根據(jù)自己的需要進(jìn)行二次開發(fā)。比如組態(tài)王60中提供了4個(gè)開發(fā)工具包，就是使用戶可以進(jìn)行二次開發(fā)。自動(dòng)化軟件采用標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)還便于將局部的功能進(jìn)行互連。（2）構(gòu)造全廠信息平臺ERP是國內(nèi)炙手可熱的話題，但目前的ERP主要應(yīng)用在商業(yè)企業(yè)的財(cái)務(wù)、銷售、物流等方面。在國內(nèi)外的企業(yè)生產(chǎn)中，還沒有多少企業(yè)能夠?qū)⑸a(chǎn)信息和ERP系統(tǒng)整合到一起，使生產(chǎn)效率和市場效益最大化，也就是說在工業(yè)現(xiàn)場和ERP之間存在著鴻溝，如何使實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)能夠進(jìn)入企業(yè)信息管理系統(tǒng)，是現(xiàn)代信息工廠迫在眉睫的需求。隨著大型數(shù)據(jù)庫技術(shù)的日益成熟，全球主要的自動(dòng)化廠商已發(fā)展了相關(guān)平臺，使自動(dòng)化軟件向著生產(chǎn)制造和管理的信息系統(tǒng)的方向發(fā)展。自動(dòng)化軟件已經(jīng)成為構(gòu)造全廠信息平臺的承上啟下的重要組成部分。在未來企業(yè)的信息化進(jìn)程中，自動(dòng)化軟件將成為中間件，因?yàn)樽詣?dòng)化軟件廠商在既了解企業(yè)工藝、控制、生產(chǎn)制造需求，又能完成現(xiàn)場歷史數(shù)據(jù)的記錄、存儲(chǔ)及為ERP提供生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)方面有著得天獨(dú)厚的優(yōu)勢。（3）無線的人機(jī)界面解決方案數(shù)字終端已具備越來越強(qiáng)的功能和智能化，像現(xiàn)在可以看到的預(yù)裝了WINCE的PDA，具備非常好的圖形能力。藍(lán)牙技術(shù)發(fā)展迅速，據(jù)專家預(yù)測，其未來的傳輸距離可達(dá)100M，另外，以XML為基礎(chǔ)的WML語言標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)建立。這些技術(shù)的發(fā)展為無線的人機(jī)界面解決方案提供了先決條件。和其他技術(shù)相比，無線的人機(jī)界面能夠以更低的費(fèi)用，更快的連接、更容易地獲取重要的生產(chǎn)信息，像緊急報(bào)警、重要事件、生產(chǎn)過程中的重要參數(shù)等等。（4）以客戶為導(dǎo)向的軟件設(shè)計(jì)如何站在客戶的角度來設(shè)計(jì)軟件是所有自動(dòng)化軟件廠商都應(yīng)面對的挑戰(zhàn)，自動(dòng)化軟件涉及從控制、人機(jī)界面到生產(chǎn)管理的多個(gè)層次，相應(yīng)存在著多個(gè)模塊，比如亞控目前有組態(tài)王和軟邏輯兩大產(chǎn)品模塊，保持不同模塊的一致性，能有效地減少用戶學(xué)習(xí)的時(shí)間。相同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)也便于產(chǎn)品在企業(yè)內(nèi)集成。這種一致性不僅表現(xiàn)在外觀和感受上，還表現(xiàn)在兼容性、平臺、編程工具、數(shù)據(jù)訪問、控制引擎、EBUSINESS等諸多方面。例如西門子的WINCC和編程軟件STEP7使用了相同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，這使得用戶只需將系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)點(diǎn)定義一次。28監(jiān)控組態(tài)軟件WINCC簡介和應(yīng)用281WINCC簡介監(jiān)控組態(tài)軟件不僅有監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集SCADA功能，而且有組態(tài)、開發(fā)和開放功能。監(jiān)控組態(tài)軟件是伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、DCS和PLC等工業(yè)控制技術(shù)的突飛猛進(jìn)而發(fā)展起來的。隨著個(gè)人計(jì)算機(jī)PC的普及和開放系統(tǒng)的推廣，基于PC的監(jiān)控組態(tài)軟件在工業(yè)控制領(lǐng)域不斷發(fā)展壯大。監(jiān)控組態(tài)軟件廣泛運(yùn)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、樓宇和辦公等領(lǐng)域的自動(dòng)化系統(tǒng)。伴隨計(jì)算機(jī)硬件和軟件技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)化產(chǎn)品呈現(xiàn)出小型化、網(wǎng)絡(luò)化、PC化、開放式和低成本的發(fā)展趨勢，并逐漸形成了各種標(biāo)準(zhǔn)的硬件、軟件和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。監(jiān)控組態(tài)軟件已經(jīng)成為其中的橋梁和紐帶，是自動(dòng)化系統(tǒng)集成中不可缺少的關(guān)鍵組成部分。西門子公司的WINCC是WINDOWSCONTROLCENTER視窗控制中心的簡稱。它集成了SCADA、組態(tài)、腳本SCRIPT語言和OPC等先進(jìn)技術(shù)，為用戶提供了WINDOWS操作系統(tǒng)W1NDOWS2000或XP環(huán)境下使用各種通用軟件的功能。WINCC繼承了西門子公司的全集成自動(dòng)化TIA產(chǎn)品的技術(shù)先進(jìn)和無縫集成的特點(diǎn)。WINCC運(yùn)行于個(gè)人計(jì)算機(jī)環(huán)境，可以與多種自動(dòng)化設(shè)備及控制軟件集成，具有豐富的設(shè)置項(xiàng)目、可視窗口和菜單選項(xiàng)，使用方式靈活，功能齊全。用戶在其友好的界面下進(jìn)行組態(tài)、編程和數(shù)據(jù)管理，可形成所需的操作畫面、監(jiān)視畫面、控制畫面、報(bào)警畫面、實(shí)時(shí)趨勢曲線、歷史趨勢曲線和打印報(bào)表等。它為操作者提供了圖文并茂、形象直觀的操作環(huán)境，不僅縮短了軟件設(shè)計(jì)周期，而且提高了工作效率。WINCC的另一個(gè)特點(diǎn)在于其整體開放性，它可以方便地與各種軟件和用戶程序組合在一起，建立友好的人機(jī)界面，滿足實(shí)際需要。用戶也可將WINCC作為系統(tǒng)擴(kuò)展的基礎(chǔ)，通過開放式接口，開發(fā)其自身需要的應(yīng)用系統(tǒng)。WINCC因其具有獨(dú)特的設(shè)計(jì)思想而具有廣闊的應(yīng)用前景。借助于模塊化的設(shè)計(jì)，能以靈活的方式對其加以擴(kuò)展。它不僅能用于單用戶系統(tǒng)，而且能構(gòu)成多用戶系統(tǒng)，甚至包括多個(gè)服務(wù)器和客戶機(jī)在內(nèi)的分布式系統(tǒng)。WINCC集生產(chǎn)過程和自動(dòng)化于一體，實(shí)現(xiàn)了相互間的集成。282WINCC的特點(diǎn)縱觀WINCC系統(tǒng)的特點(diǎn)，我們可以看到兩個(gè)明顯的特征。一、WINCC不是孤立的軟件系統(tǒng)，它時(shí)刻與以下系統(tǒng)集成在一起1與自動(dòng)化系統(tǒng)的無縫集成。西門子公司的PLC產(chǎn)品，經(jīng)歷了從早期致力于提高運(yùn)行速度，到增強(qiáng)系統(tǒng)通信和聯(lián)網(wǎng)能力，再到融合了運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)等諸多技術(shù)的T系列產(chǎn)品以及故障安全型的F系統(tǒng)的發(fā)展階段。在這樣的背景下，WINCC與相應(yīng)的硬件系統(tǒng)緊密結(jié)合，通過統(tǒng)一的組態(tài)和編程、統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理及統(tǒng)一的通訊，極大地降低了用戶軟硬件組態(tài)的工程量，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)產(chǎn)品范圍內(nèi)的高度集成。2與自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的集成。從現(xiàn)場總線PROFIBUS到工業(yè)以太網(wǎng)，再到PROFINET技術(shù)和基于組件的自動(dòng)化技術(shù)CBACOMPONENTBASEDAUTOMATION，以及無線通訊解決方案，由于WINCC內(nèi)置了基于S5/S7協(xié)議的通訊系統(tǒng)，并提供了大量面向這些系統(tǒng)和技術(shù)的組件，從而為WINCC和這些系統(tǒng)的最優(yōu)化通訊和良好的互操作性提供了保證。至于在WINCC平臺上實(shí)現(xiàn)基于PROFIBUS的診斷功能，以及基于以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)管理功能等，更是錦上添花之筆。3與制造執(zhí)行系統(tǒng)MESMANUFACTURINGEXECUTIONSYSTEMS的集成。MES系統(tǒng)作為連接企業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)和管理系統(tǒng)的橋梁，包含了生產(chǎn)訂單管理、原材料管理、生產(chǎn)運(yùn)營記錄、設(shè)備管理、工廠信息管理、生產(chǎn)規(guī)范管理系統(tǒng)和實(shí)驗(yàn)室信息管理等系統(tǒng)，代表著現(xiàn)代化智能工廠發(fā)展的最新潮流。來自西門子公司的MES系統(tǒng)SIMATICIT正是代表這一潮流的優(yōu)秀系統(tǒng)。通過適當(dāng)?shù)倪m配系統(tǒng)，WINCC可以輕松地集成在該系統(tǒng)下。換言之，實(shí)施了基于WINCC的HMI/SCADA系統(tǒng)，就為實(shí)施MES系統(tǒng)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。4與相應(yīng)的軟硬件系統(tǒng)一起，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)級的診斷功能。診斷功能包括產(chǎn)品和系統(tǒng)的層次，貫穿于工程實(shí)施階段、調(diào)試階段和運(yùn)行階段。配合適當(dāng)?shù)能浻布到y(tǒng)，如PR。AGENT等，WINCC可以方便地實(shí)現(xiàn)基于不同通訊協(xié)議、從軟件到硬件、從自動(dòng)化站到操作站乃至整個(gè)SCADA網(wǎng)絡(luò)的診斷。二、堅(jiān)持開放性和先進(jìn)性高于一切的理念，開放性和標(biāo)準(zhǔn)化是軟件系統(tǒng)的生命線1整個(gè)系統(tǒng)通過完整和豐富的編程系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了雙向的開放性。借助C腳本，WINCC幾乎可以通過WIN32API無限制地訪問到WINDOWS操作系統(tǒng)及該平臺上各種應(yīng)用的功能，這正是現(xiàn)代SCADA系統(tǒng)的魅力所在；而VB腳本則從易用性和開發(fā)的快速性上相得益彰。反過來，通過ODK，WINCC的整個(gè)組態(tài)和運(yùn)行系統(tǒng)又完全呈現(xiàn)給任何用戶自行開發(fā)的系統(tǒng)，為希望以WINCC作為平臺軟件進(jìn)行工廠管理級軟件和信息系統(tǒng)開發(fā)的用戶提供了絕佳的平臺。2數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)全面開放。數(shù)據(jù)庫是SCADA系統(tǒng)的靈魂。從最基本的單用戶系統(tǒng)開始，WINCC就內(nèi)置了高效的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。它既可與操作站部署在同一臺PC上，又可以緊耦合中央歸檔服務(wù)器或松耦合長期歸檔服務(wù)器的方式獨(dú)立于操作站配置。通過ADO，OI。EDB，SQL等，WINCC的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)完全開放，這就為構(gòu)成靈活而高效的IT和商務(wù)系統(tǒng)做好了充分的準(zhǔn)備。3廣泛采用最新的開放性軟件技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)，面向多種操作系統(tǒng)平臺。WINCC是第一個(gè)完全基于32位內(nèi)核的HMI/SCADA軟件，因而，各種開放和最新的軟件技術(shù)就成為WINCC的代名詞。西門子公司作為OPC規(guī)范的五個(gè)發(fā)起公司之一，在各類產(chǎn)品中廣泛支持OPC，WINCC更是囊括了OPCDA，OPCHDA，OPCASLE和OPCXML等多種規(guī)范。與此同時(shí)，WINCC支持包括WINDOWSC正在內(nèi)的多種WINDOWS平臺，能滿足用戶從移動(dòng)式設(shè)備如PDA到遠(yuǎn)程客戶機(jī)等各種應(yīng)用需求。3自動(dòng)配料系統(tǒng)的設(shè)計(jì)31配料系統(tǒng)簡介全自動(dòng)配料控制系統(tǒng)在各行業(yè)的應(yīng)用已屢見不鮮，如冶金，有色金屬，化工，建材，食品等行業(yè)。它是成品生產(chǎn)的首要環(huán)節(jié)，特別是有連續(xù)供料要求的行業(yè)，其配比的過程控制直接影響了成品的質(zhì)量，它是企業(yè)取得最佳經(jīng)濟(jì)效益的先決條件。雖然行業(yè)各自不同的工藝特點(diǎn)對配料控制要求也不同，但其高可靠性，先進(jìn)性，開方性，免維護(hù)性，可擴(kuò)展性是工廠自動(dòng)化FA所追求的一致目標(biāo)。311自動(dòng)配料系統(tǒng)的特點(diǎn)1配料現(xiàn)場粉塵大,環(huán)境惡劣2各組份在配方中所占比例不同,有時(shí)甚至差異懸殊3配料速度和精度要求高4配方可能經(jīng)常變換、調(diào)整5物料可能受環(huán)境溫度、濕度影響。312自動(dòng)配料系統(tǒng)組成自動(dòng)配料系統(tǒng)是對粉?；蛞后w物料進(jìn)行單秤稱重并按所選配方混合這一工業(yè)過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控管理的自動(dòng)化系統(tǒng),已廣泛應(yīng)用于冶金、建材、化工、醫(yī)藥、糧食及飼料等行業(yè)。一般的工業(yè)自動(dòng)配料系統(tǒng)由以下幾部分組成。1給料部分給料部分是從料倉或儲(chǔ)罐向稱重設(shè)備中加料的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。根據(jù)物料的不同特性,可以選用不同的給料設(shè)備,如電磁振動(dòng)給料機(jī)、螺旋給料機(jī)、單雙速電磁閥等。2稱量部分稱量部分由傳感器、標(biāo)準(zhǔn)連接件、接線盒和稱量斗組成,與稱量儀表一起進(jìn)行物料的稱量以及誤差的檢測。3排料設(shè)備排料可以是稱重設(shè)備減量法或排放設(shè)備增量法、零位法。通常由排空閥門、電磁振動(dòng)給料機(jī)、螺旋給料機(jī)、電氣動(dòng)閥門等組成。所有設(shè)備均應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場的工藝條件和物料的性質(zhì)等進(jìn)行設(shè)計(jì)和選擇。4配料控制系統(tǒng)配料控制系統(tǒng)由稱量儀表、可編程控制器、上位工控機(jī)及其它控制器件等組成。5校秤系統(tǒng)配料系統(tǒng)傳感器應(yīng)進(jìn)行定期調(diào)校,以保證系統(tǒng)配料精度。31配料技術(shù)的最新進(jìn)展目前,稱重配料系統(tǒng)的流程控制幾乎全部由可編程控制器PLC來實(shí)現(xiàn),上位計(jì)算機(jī)主要用于配方管理、屏幕人機(jī)對話和稱重資料的存儲(chǔ)打印等工作。隨著微處理器技術(shù)的發(fā)展,配料系統(tǒng)中的稱量儀表由最初的專用積木式儀表發(fā)展為智能化的工業(yè)控制終端以及專門的配料控制器。配料控制器是用來控制一種或多種物料的配制的微電腦系統(tǒng),可以完全或部分取代可編程控制器,實(shí)現(xiàn)配料的自動(dòng)化。稱量儀表的功能也由最初的資料顯示發(fā)展為具有自診斷、自動(dòng)零位跟蹤、置零去皮、預(yù)置點(diǎn)輸出、動(dòng)態(tài)稱重、數(shù)據(jù)通信等多項(xiàng)功能。近年來,隨著現(xiàn)場總線技術(shù)的推廣,將傳統(tǒng)的配料控制系統(tǒng)改進(jìn)為基于現(xiàn)場總線的控制系統(tǒng)成為科技進(jìn)步的必然趨勢。目前,許多用于配料的稱重儀表已經(jīng)有了PROFIBUS、MODBUS等現(xiàn)場總線接口,使基于現(xiàn)場總線的配料控制系統(tǒng)成為可能,基于現(xiàn)場總線的配料控制系統(tǒng)正在迅速推廣。32自動(dòng)配料系統(tǒng)的設(shè)計(jì)321配料系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在氧化鋁生產(chǎn)工藝中，為滿足生產(chǎn)的需要，設(shè)計(jì)一套自動(dòng)配料系統(tǒng)。此配料系統(tǒng)將完成3種物料（石灰石、鋁礦石、無煙煤）的自動(dòng)配比控制。自動(dòng)配比方式有2種，即總量比例控制和主從比例控制。在總量比例控制方式下，操作員只需設(shè)定幾種物料的下料總量，再設(shè)定這幾種物料的配比要求，系統(tǒng)將自動(dòng)計(jì)算出各物料的下料設(shè)定值，分別送到各喂料設(shè)備，自動(dòng)完成各物料的下料量控制，使各物料的下料量滿足總量和比例的要求。當(dāng)下料總量值或下料比例需要改變時(shí)，操作員只需改變總量值或比例值，系統(tǒng)將立即重新自動(dòng)計(jì)算出各物料新的設(shè)定值，立即更改個(gè)物料的下料量，調(diào)整十分迅速，滿足生產(chǎn)需要。在主從比例控制方式下，操作員只需設(shè)定幾種物料的下料比例，再選取一種物料為主變量，則其他物料的下料量將按比例地跟隨主變量下料量。當(dāng)主變量下料量改變時(shí)，其它物料的下料量立即改變，保證下料比例不變。當(dāng)需要改變物料下料比例時(shí)，操作員只需改變比例值，各物料的下料量立即按照新的比例設(shè)定。為了使操作更方便，適應(yīng)性更強(qiáng)，可以選取一種或多種或全部物料單獨(dú)控制，其下料量由操作員完全控制，不隨其它物料變化。本設(shè)計(jì)采用的使主從比例控制。此配料系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括稱重方式選擇、給料方式選擇、生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)方式選擇、配料控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)等。1稱重方式選擇在氧化鋁生產(chǎn)過程中,常用稱量方式有進(jìn)料式稱量和卸料式稱量2種。進(jìn)料式稱量有2種實(shí)現(xiàn)方法,第1種方式稱為零位法，即在稱量開始時(shí)通過給料設(shè)備向稱量料斗內(nèi)給料,在稱量值達(dá)到設(shè)定值時(shí)停止給料，然后打開閘門將料卸出,再從零位重新稱量下一物料第2種方式稱為增量法，即稱量料斗接收、稱量好一種物料后,不排空料斗,而是只將電子秤內(nèi)部計(jì)數(shù)值清零,再接收另一物料顯然,零位法的稱量精度比增量法的稱量精度高。采用進(jìn)料式稱量,當(dāng)給料設(shè)備停止給料后,還將有一部分物料在空中以自由落體的方式落入稱量料斗,這些余料稱為落差。因?yàn)橛新洳畹挠绊?增量法稱量物料重量的設(shè)定值應(yīng)為要配制的物料標(biāo)準(zhǔn)重量減去落差值。而在氧化鋁生產(chǎn)工業(yè)中，因?yàn)樗湮锪暇鶠楣腆w，又給料機(jī)放料后，在皮帶稱上直接稱量其數(shù)值。在進(jìn)料式稱量中,由于物料本身特性及料斗原因可能造成卸料不凈,從而產(chǎn)生稱量誤差。卸料式稱量只稱量從料斗中取走的物料量并顯示其重量,不存在卸料干凈與否的問題,因而該方式特別適合于稱量難稱的物料,如易粘附的物料等,其缺點(diǎn)是設(shè)備比較復(fù)雜,需要同時(shí)有給料裝置和卸料裝置,要求車間高度較高,并且由于稱量料斗內(nèi)的物料重量值總是高于需要配制的物料的重量值,從而導(dǎo)致傳感器量程增大,造成稱量精度降低。因而一般情況下卸料式稱量的精度比進(jìn)料式稱量的精度低。2給料方式選擇目前,稱重配料系統(tǒng)最常用的給料裝置有電磁振動(dòng)給料機(jī)和螺旋給料機(jī)。電磁振動(dòng)給料機(jī)運(yùn)用機(jī)械振動(dòng)學(xué)的共振原理,雙質(zhì)體在低臨界近共振狀態(tài)下工作,無轉(zhuǎn)動(dòng)部件、耗電少、體積小、重量輕、運(yùn)行費(fèi)用低。在給料過程中,物料在料槽中被連續(xù)拋起,并按拋物線軌跡向前作跳躍運(yùn)動(dòng),因此對料槽的磨損較小。其缺點(diǎn)是安裝后的調(diào)試較復(fù)雜,調(diào)整不當(dāng)會(huì)產(chǎn)生噪聲且運(yùn)行不好。與電磁振動(dòng)給料機(jī)相比,螺旋給料機(jī)給料均勻,受外界影響小,機(jī)械振動(dòng)小,運(yùn)行平穩(wěn),對稱量的干擾也小,可以避免因振動(dòng)造成的粉料分層。但螺旋給料機(jī)上安裝有電動(dòng)機(jī)和減速器,重量大,效率較低。對于液體物料,一般采用閥門控制給料量。而在本設(shè)計(jì)中，由于氧化鋁生產(chǎn)工藝的物料為固體，故我們采用的是螺旋給料機(jī)。3生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)1采用固定式單組份料斗秤的結(jié)構(gòu)每個(gè)料倉對應(yīng)1臺料斗秤,各組份原料在稱量后由溜槽、集料帶或集料小車收集并導(dǎo)入后續(xù)工序。2采用固定式多組份料斗秤的結(jié)構(gòu)幾個(gè)料倉對應(yīng)L臺料斗秤,各組份原料在同一臺料斗秤內(nèi)累加稱量后由集料帶或集料小車收集并導(dǎo)入后續(xù)工序。3采用移動(dòng)式料斗秤的結(jié)構(gòu)通過移動(dòng)帶有稱量料斗的集料小車進(jìn)行各種物料的累加式稱量。采用這種方式進(jìn)行配料需要集料小車有很好的定位精度。4采用稱重帶式輸送機(jī)式的多組份秤的結(jié)構(gòu)料倉的出料機(jī)構(gòu)就是多組份秤的給料機(jī)構(gòu),各種物料在移動(dòng)的配料帶上由皮帶秤進(jìn)行累加稱重。322配料系統(tǒng)的組成一般的自動(dòng)配料系統(tǒng)由以下幾部分組成1給料部分給料部分是從料倉或儲(chǔ)罐向稱重設(shè)備中加料的執(zhí)行機(jī)構(gòu)根據(jù)物料的不同特性,選用不同的給料設(shè)備,如電磁振動(dòng)給料機(jī)、螺旋給料機(jī)、單雙速電磁閥等。2稱量部分稱量部分由傳感器、標(biāo)準(zhǔn)連接件、接線盒和稱量斗組成,與稱量儀表一起進(jìn)行物料的稱量以及誤差的檢測。3排料設(shè)備排料可以是稱重設(shè)備減量法或排放設(shè)備增量法、零位法。通常由排空閥門、電磁振動(dòng)給料機(jī)、螺旋給料機(jī)、電氣動(dòng)閥門等組成。所有設(shè)備均應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場的工藝條件和物料的性質(zhì)等進(jìn)行設(shè)計(jì)和選擇。4控制系統(tǒng)配料控制系統(tǒng)由稱量儀表、上位工控機(jī)、可編程控制器及其他控制器件等組成。典型的配料控制系統(tǒng)在一些比較簡單的稱重配料系統(tǒng)中,也可以采用工業(yè)計(jì)算機(jī)IPC加數(shù)據(jù)采集板卡的形式進(jìn)行配料的控制。5校秤系統(tǒng)配料系統(tǒng)傳感器應(yīng)定期進(jìn)行調(diào)校,以保證系統(tǒng)配料精度。323輸送裝置的設(shè)計(jì)此配料系統(tǒng)所配物料有3種（石灰石、鋁礦石、無煙煤），均為塊狀物料，均采用皮帶運(yùn)輸機(jī)輸送，通過變頻電機(jī)控制皮帶速度，調(diào)整下料量。為了能夠適應(yīng)維修、備用、互換的需求，3種物料的運(yùn)送皮帶都選用相同的規(guī)格，皮帶寬度為800MM，最大下料量為60T/H，在下料口部位做相應(yīng)的設(shè)計(jì)，能夠方便調(diào)整皮帶上物料的厚度，配合皮帶速度的調(diào)整，實(shí)現(xiàn)下料量大范圍的控制。放料門采用氣動(dòng)放料門，結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，適用于對放料速度要求較高的場合。324計(jì)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)根據(jù)下料量的要求，對稱重元件及測速元件進(jìn)行設(shè)計(jì)。1稱重元件設(shè)計(jì)（1）電子秤以自動(dòng)秤量方式將散狀物料按預(yù)定的配比進(jìn)行秤量，該秤可控制物料的秤量、卸料。當(dāng)飼料到規(guī)定的數(shù)值時(shí)，指針移到相應(yīng)的接近開關(guān)處，使電子秤動(dòng)作，再執(zhí)行下一步飼料的送料和秤重，依此類推，直到全部飼料配比完畢。電子秤由秤體、稱重傳感器和放料門組成。稱重傳感器采用高精度稱重傳感器，該鋼制彈性體具有較強(qiáng)的抗過載能力和較長的使用壽命，特別適用于工業(yè)現(xiàn)場惡劣環(huán)境下高準(zhǔn)確度配料的技術(shù)要求。稱重儀表性能穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)，功耗低、可靠性高，而且具有遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通訊功能、設(shè)定預(yù)置功能及落差補(bǔ)償功能，可實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確、高速動(dòng)態(tài)采樣。其最大載荷可達(dá)250KG/M。它的輸出信號驅(qū)動(dòng)其微型輸出繼電器，以開關(guān)量形式將信號送入PLC，它有調(diào)零、去皮重、加皮重和撥碼盤設(shè)定稱量值等功能。（2）皮帶稱的工作原理物料通過給料設(shè)備送至配料皮帶秤，秤體中的稱重傳感器和測速傳感器將稱重和速度信號送至皮帶秤儀表，皮帶秤儀表顯示輸送物料的瞬時(shí)流量、累計(jì)量等數(shù)據(jù)，同時(shí)將瞬時(shí)流量以420MA模擬電流形式送往PID調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器根據(jù)測量值與設(shè)定值的偏差，通過變頻器去調(diào)整皮帶秤驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使之精確地以用戶設(shè)定的給料流量給料，達(dá)到恒定物料瞬時(shí)流量的目的。適用該工作模式的工藝現(xiàn)場必須滿足這樣一個(gè)前提條件，那就是物料給出量必須與給料控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速成正比。圖1皮帶稱結(jié)構(gòu)皮帶秤儀表將測量到的瞬時(shí)流量轉(zhuǎn)化為兩個(gè)420MA模擬輸出信號，一個(gè)作為PID調(diào)節(jié)器的反饋輸入與調(diào)節(jié)器機(jī)內(nèi)設(shè)定植比較參與反饋運(yùn)算，另一個(gè)作為PID調(diào)節(jié)器的前饋輸入乘前饋放大系數(shù)，然后再與反饋運(yùn)算輸出相加輸出420MA模擬調(diào)節(jié)信號控制變頻器的頻率從而及時(shí)改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速。單回路前饋反饋復(fù)合控制系統(tǒng)較為實(shí)用可行的電原理圖如圖2所示。圖2單回路前饋反饋復(fù)合控制系統(tǒng)較為實(shí)用可行的電原理圖2測速元件的設(shè)計(jì)這里采用變頻器進(jìn)行調(diào)速。（1）變頻調(diào)速基本原理三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式為NN11S60F1S/P1式中N電機(jī)的轉(zhuǎn)速，R/MINN1同步轉(zhuǎn)速，R/MINP磁極對數(shù)S轉(zhuǎn)差率，F(xiàn)頻率，HZ由轉(zhuǎn)速公式（1）可知,我們可以通過改變極對數(shù)、轉(zhuǎn)差率和頻率的方法實(shí)現(xiàn)對異步電機(jī)的調(diào)速。前兩種方法轉(zhuǎn)差損耗大，效率低，對電機(jī)特性都有一定的局限性。變頻調(diào)速是通過改變定子電源頻率來改變同步頻率實(shí)現(xiàn)電機(jī)調(diào)速的。在調(diào)速的整個(gè)過程中，從高速到低速可以保持有限的轉(zhuǎn)差率，因而具有高效、調(diào)速范圍寬10100和精度高等性能，節(jié)電效果2030。實(shí)際上僅僅改變電動(dòng)機(jī)的頻率并不能獲得良好的變頻特性。因?yàn)橛僧惒诫姍C(jī)的電勢公式可知，外加電壓近似與頻率和磁通乘積成正比，即UEC1F（2）式（2）中，C1為常數(shù)，因此有E/FU/F（3）若外加電壓不變，則磁通隨頻率而改變，如頻率F下降，磁通會(huì)增加，造成磁路過飽和，勵(lì)磁電流增加，功率因數(shù)下降，鐵心和線圈過熱，顯然這是不允許的。為此，要在降頻的同時(shí)還要降壓，這就要求頻率與電壓協(xié)調(diào)控制。此外，在許多場合，為了保持在調(diào)速時(shí)，電機(jī)產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩不變，需要維持磁通不變，這可由頻率和電壓協(xié)調(diào)控制來實(shí)現(xiàn)，故稱為可變頻率可變電壓調(diào)速VVVF，簡稱變頻調(diào)速。從結(jié)構(gòu)上看，靜止變頻調(diào)速裝置可分為交直交變頻、交交變頻兩種方式。前者適用于高速小容量電機(jī)，后者適用于低速大容量拖動(dòng)系統(tǒng)。只要設(shè)法改變?nèi)嘟涣麟妱?dòng)機(jī)的供電頻率F,就可以十分方便地改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速N,比改變極對數(shù)P和轉(zhuǎn)差率S兩個(gè)參數(shù)簡單得多。（2）變頻器的構(gòu)成異步電機(jī)的變頻調(diào)速是通過變頻器實(shí)現(xiàn)的。變頻器一般由整流器、濾波器、驅(qū)動(dòng)電路、保護(hù)電路以及控制器MCU/DSP等部分組成。圖3給出了PWM型交直交變頻器的控制原理框圖。圖3PWM型交直交變頻器原理框圖由圖2可知，這是一個(gè)VVVF變頻調(diào)速系統(tǒng)。首先是將單相或三相交流電源通過整流器并經(jīng)電容濾波后形成幅值基本穩(wěn)定的直流電壓加在逆變器上，利用逆變器功率元件的通斷控制，使逆變器輸出端獲得一定形狀的矩形脈沖波形。在這里，通過改變矩形脈沖的寬度控制其電壓幅值；通過改變調(diào)制周期控制其輸出頻率，從而在逆變器上同時(shí)進(jìn)行輸出電壓和頻率的控制，而滿足變頻調(diào)速對U/F的協(xié)調(diào)控制的要求。PWM的優(yōu)點(diǎn)是能消除與抑制低次諧波，使負(fù)載電機(jī)在近似正弦波的交變電壓下運(yùn)行，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小，調(diào)速范圍寬。近年來，帶驅(qū)動(dòng)和保護(hù)電路的各種智能功率模塊IPM也相繼應(yīng)用在變頻系統(tǒng)中。IPM模塊是將三相逆變IGBT、驅(qū)動(dòng)電路以及保護(hù)電路集成在一塊芯片上，它的出現(xiàn)推動(dòng)了變頻家電市場的啟動(dòng)和發(fā)展。新型IPM模塊甚至將開關(guān)電源也設(shè)計(jì)在模塊內(nèi)，更加方便用戶使用，用戶只需要了解接口電路和定義，很快便可以組成并運(yùn)行系統(tǒng)，從而大大加快了新產(chǎn)品的開發(fā)周期。為了提高配料精度，給料方式采用快、慢速給料。當(dāng)料斗中料重小于設(shè)定比例的時(shí)，配料皮帶電機(jī)在變頻器調(diào)節(jié)下，轉(zhuǎn)速大于額定轉(zhuǎn)速，即快速給料；在料斗中料重大于設(shè)定比例時(shí)，配料皮帶電機(jī)在變頻器調(diào)節(jié)下，電機(jī)轉(zhuǎn)速低于額定轉(zhuǎn)速，即慢速給料；4控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)41控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)411PLC的選配本設(shè)計(jì)中采用西門子公司的S7200型PLC,其優(yōu)越的性能表現(xiàn)為極高的可靠性極豐富的指令集，易于掌握，便捷的操作，豐富的內(nèi)置集成功能，實(shí)時(shí)特性，強(qiáng)勁的通訊能力，豐富的擴(kuò)展模塊。1S7200的特征1體積小,尺寸1608062MM由于其緊湊的設(shè)計(jì),S7200可以適合于任何機(jī)器控制環(huán)境。2易于使用通過STEP7MICRO/DOS軟件可以非常方便地為S7200編程,而且該軟件能夠在任何一臺IBM兼容個(gè)人計(jì)算機(jī)上使用,哪怕是一臺286的微機(jī),要求MSDOS50以上。3靈活多用S7200的輸入/輸出點(diǎn)可以支持各個(gè)領(lǐng)域的設(shè)備,如光電傳感器,驅(qū)動(dòng)馬達(dá)按鈕開關(guān),燈,泵,攪拌器等。2S7200的主要組成部件1中央處理器CPU是控制系統(tǒng)的大腦,它根據(jù)用戶程序進(jìn)行控制。2輸入和輸出I/O是系統(tǒng)的控制點(diǎn),輸入用于監(jiān)視現(xiàn)場裝置，輸出用于控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)。3編程口用于連接編程設(shè)備,例如,一臺計(jì)算機(jī)或一個(gè)手持編程器。圖4S7200簡易組成連接圖3編程軟件S7200的編程軟件叫做STEP7MICRO/DOS它基于MSDOS50上的版本。STEP7MICRO/DOS的編程語言有兩種表示方法指令表和梯形圖。412稱重儀表的選配稱重儀表即能滿足計(jì)量需要，又能適應(yīng)控制要求，既能接受傳感器的信號，完成計(jì)量計(jì)算，又能接受控制系統(tǒng)的下料量設(shè)定信號，并根據(jù)測量信號與設(shè)定值的偏差，自動(dòng)調(diào)整皮帶機(jī)的轉(zhuǎn)速，將下料量控制在要求范圍內(nèi)。在這里選用電子秤，其工作原理如下秤重物品經(jīng)由裝在機(jī)構(gòu)上的重量傳感器，將重力轉(zhuǎn)換為電壓或電流的模擬訊號，經(jīng)放大及濾波處理后由A/D處理器轉(zhuǎn)換為數(shù)字訊號，數(shù)字訊號由中央處理器CPU運(yùn)算處理，而周邊所須要的功能及各種接口電路也和CPU連接應(yīng)用，最后由顯示屏幕以數(shù)字方式顯示。圖5電子秤的工作原理圖電子秤的主要組成組件1重量傳感器2放大器電路3濾波器電路4模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器5中央處理器6電源供應(yīng)電路7按鍵8外殼9機(jī)構(gòu)10秤盤電子秤的功能特點(diǎn)1電子秤數(shù)字溫度自動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)。采用一個(gè)三積分A/D轉(zhuǎn)換器，對重量、溫度、電池電壓三測量，對傳感器的溫度零漂，溫度滿量程漂移，分二十個(gè)區(qū)間，線性化全自動(dòng)軟件補(bǔ)償，硬件成本增加極少，使電子計(jì)價(jià)秤、計(jì)重秤達(dá)到國際標(biāo)準(zhǔn)。2電子秤多機(jī)總線聯(lián)網(wǎng)（無須接口板），一臺PC機(jī)可遙控幾十臺電子秤鍵盤操作和各種數(shù)據(jù)采集。3電子秤的通訊技術(shù)，電子秤多CPU單總線雙向數(shù)據(jù)通訊。打開進(jìn)口的條碼電子秤，線束數(shù)百根，而三積分條碼電子秤各模塊間只用一根線通訊。4電子秤函數(shù)型線性補(bǔ)償技術(shù)。檢測兩個(gè)加載點(diǎn)，達(dá)到十個(gè)加載點(diǎn)補(bǔ)償?shù)男Ч?，全自?dòng)解方程計(jì)算曲線參數(shù)，輕輕松松達(dá)到高精度線性補(bǔ)償?shù)哪康摹?電子秤抗干擾、高精度稱重濾波技術(shù)，將普通的一臺電子秤讀數(shù)穩(wěn)定度提高五倍以上。6模塊化部件設(shè)計(jì)，加快電子秤的開發(fā)速度和產(chǎn)品的系列化，A/D模塊三種，低阻抗、高阻抗、帶CPU模塊，數(shù)字化CPU模塊多種，現(xiàn)推出一種高性能CPU模塊5329MM，內(nèi)置實(shí)時(shí)時(shí)鐘、RS232、RS485、DA、4MFLASH、多路I/O、單總線通訊、在線可編程模塊。目標(biāo)只用一塊CPU模塊解決所有稱重問題。413操作站的選配1上位組態(tài)監(jiān)控軟件的初始化具體包括變量的初值；初始化命令語言；上下位機(jī)變量網(wǎng)絡(luò)地址的對應(yīng)；設(shè)置報(bào)警條件，所需記錄的歷史數(shù)據(jù)等。2組態(tài)監(jiān)控軟件的各功能模塊及數(shù)據(jù)庫間的關(guān)系圖6組態(tài)監(jiān)控軟件的各功能模塊及數(shù)據(jù)間的關(guān)系42控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)421稱量儀表參數(shù)設(shè)定1電子秤參數(shù)設(shè)定1最高輸入靈敏度08VD。2零點(diǎn)信號范圍112MV。3A/D分辨率1/6萬。4量程信號范圍030MV。5A/D轉(zhuǎn)換速率2030次/秒。6供橋電壓12V。7工作電壓220V10。8適用溫度040。9消耗功率15W。10保險(xiǎn)管1A。11重量單位KG12最大流量根據(jù)實(shí)際需要設(shè)置范圍2皮帶秤參數(shù)設(shè)定重量單位根據(jù)需要設(shè)置成T/KG。流量單位根據(jù)流量范圍合理設(shè)置。最大流量設(shè)置正常顯示的最大流量，根據(jù)各皮帶秤的下料量不同而分別設(shè)置。秤臺長度是物理稱重的有效長度，本設(shè)計(jì)所用皮帶秤有效長度為11M。422PLC程序編制PLC要實(shí)現(xiàn)的功能主要有各物料下料量的采集、各喂料裝置的啟停、各物料下料量的控制、各物料下料量的累計(jì)。各種物料的采集只需在PLC模塊中對各物理量進(jìn)行組態(tài)，按照硬件定義各量的通道，根據(jù)各量的實(shí)際情況定義信號高低位、電流高低位參數(shù)即可。根據(jù)本設(shè)計(jì)的要求，先給出I/O點(diǎn)分配表，然后畫出程序流程圖以及順序功能圖。如下所示1PLCI/O點(diǎn)配置表表1系統(tǒng)PLC輸入輸出配置表輸入端子輸入裝置輸出端子輸出裝置I00啟動(dòng)Q00電子秤顯示I01停止Q01紅色信號燈I02料位倉料位檢測Q02綠色信號燈I03料位滿信號Q03皮帶驅(qū)動(dòng)電機(jī)M1I04皮帶稱稱重傳感器Q04皮帶驅(qū)動(dòng)電機(jī)M2I051號皮帶稱顯示Q05皮帶驅(qū)動(dòng)電機(jī)M3I062號皮帶稱顯示Q05料倉底門氣動(dòng)閥1I073號皮帶稱顯示Q07料倉底門氣動(dòng)閥2I101號稱量料斗料重等于設(shè)定比例Q10料倉底門氣動(dòng)閥3I111號稱量料斗料重大于設(shè)定比例Q111號測速電機(jī)常速轉(zhuǎn)動(dòng)I121號稱量料斗料重小于設(shè)定比例Q121號測速電機(jī)快轉(zhuǎn)I132號稱量料斗料重等于設(shè)定比例Q131號測速電機(jī)慢轉(zhuǎn)I142號稱量料斗料重大于設(shè)定比例Q142號測速電機(jī)常轉(zhuǎn)信號I152號稱量料斗料重小于設(shè)定比例Q152號測速電機(jī)慢轉(zhuǎn)信號I163號稱量料斗料重等于設(shè)定比例Q162號測速電機(jī)快轉(zhuǎn)I173號稱量料斗料重大于設(shè)定比例Q173號測速電機(jī)常轉(zhuǎn)I213號稱量料斗料重小于設(shè)定比例Q203號測速電機(jī)慢轉(zhuǎn)I22達(dá)到要求重量Q213號測速電機(jī)快轉(zhuǎn)2程序流程框圖圖7程序流程框圖3系統(tǒng)程序順序功能圖圖8系統(tǒng)順序功能圖注意由于版面問題Q03、Q04、Q05、Q06、Q07、Q10都是持續(xù)輸出的。根據(jù)所列出的I/O點(diǎn)分配表、程序流程圖以及系統(tǒng)順序功能圖對配料系統(tǒng)進(jìn)行編程，程序見附件A。5操作站W(wǎng)INCC組態(tài)系統(tǒng)1系統(tǒng)的主要特點(diǎn)該系統(tǒng)以標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議通信、模塊化程序設(shè)計(jì)、集中管理、分散控制、操作簡便為基本設(shè)計(jì)思想，它應(yīng)用了計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息處理技術(shù)、測量處理技術(shù)、測量控制技術(shù)、通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和人機(jī)接口技術(shù)。它既不同于單一的儀表控制系統(tǒng)，也不同于單純的計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)，而是吸收了兩者的優(yōu)點(diǎn)。2控制系統(tǒng)原理該控制系統(tǒng)由皮帶秤架、螺旋秤架，稱重傳感器、測速傳感器、信號變送器、工控機(jī)、變頻器及交流電機(jī)組成。圖9操作站配置系統(tǒng)圖3上位組態(tài)軟件WINCC先對上位組態(tài)軟件初始化具體包括變量的初值；初始化命令語言；上下位機(jī)變量網(wǎng)絡(luò)地址的對應(yīng)；設(shè)置報(bào)警條件，所需記錄的歷史數(shù)據(jù)等。圖10WINCC中設(shè)定的部分變量4操作界面設(shè)置根據(jù)生產(chǎn)的需要設(shè)計(jì)操作界面，操作界面上能顯示各主要參數(shù)的實(shí)際情況，顯示各設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，顯示各故障報(bào)警情況，并能實(shí)現(xiàn)操作人員對設(shè)備的有效控制，對配料參數(shù)的輸入及調(diào)整。5操作界面的操作操作界面上畫出了3臺被控設(shè)備的示意圖，每臺被控設(shè)備電機(jī)位置的指示燈以不同的顏色顯示該設(shè)備的運(yùn)行、停機(jī)狀態(tài)。氣動(dòng)閥門位置淺藍(lán)，綠兩色代表閥門的開閉兩種狀態(tài)。I/O域的0、1分別顯示了狀態(tài)的閉、開。圖11WINCC模擬的組態(tài)系統(tǒng)初始圖圖12系統(tǒng)進(jìn)行料位檢測時(shí)顯示的紅燈與料滿時(shí)的綠燈測速電機(jī)在皮帶稱顯示是開始啟動(dòng)根據(jù)不同的比例改變速度，其中的綠色，紅色，藍(lán)色分別表示電機(jī)的常轉(zhuǎn)、慢轉(zhuǎn)、快轉(zhuǎn)。皮帶稱顯示時(shí)由原來的灰色變?yōu)榧t色。圖13運(yùn)行中的配料系統(tǒng)圖14測速電機(jī)快轉(zhuǎn)信號（藍(lán)色）圖15測速電機(jī)慢轉(zhuǎn)信號（紅色）每臺秤由3個(gè)棒圖分別顯示該秤的下料設(shè)定值，實(shí)際下料值。設(shè)定值為PLC計(jì)算出的，送到控制儀表的值。圖16皮帶稱過程顯示圖17電機(jī)速度顯示6總結(jié)配料控制系統(tǒng)應(yīng)用比較廣泛，采用了可編程控制技術(shù)，使整個(gè)控制系統(tǒng)的可靠性和精度大大提高，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制。同時(shí)由于PLC擴(kuò)展容易，可以對它進(jìn)行擴(kuò)展，如只需增加I/O接口模塊就可擴(kuò)展原料系統(tǒng)的輸送控制；也可以與電爐控制系統(tǒng)連接，只需增加通信模塊就可實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)的通信，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)管理。本設(shè)計(jì)將機(jī)械、控制作為一個(gè)整體考慮，使各部分密切配合，協(xié)調(diào)動(dòng)作，共同完成配料任務(wù)。設(shè)計(jì)中的一些參數(shù)是假定參數(shù)，在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。此系統(tǒng)應(yīng)用與生產(chǎn)中，能使操作變得十分簡單，有效地提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本。通過本次設(shè)計(jì)，我的認(rèn)識領(lǐng)域得到了進(jìn)一步的擴(kuò)展，專業(yè)技能得到了進(jìn)一步的提高，同時(shí)增強(qiáng)了分析和解決工程實(shí)際的綜合能力。另外，也培養(yǎng)了自己嚴(yán)肅認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度和嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的工作作風(fēng)。本設(shè)計(jì)還存在一些不足，如給料系統(tǒng)采用的螺旋給料機(jī)上安裝有電動(dòng)機(jī)和減速器,重量大,所以其效率較低。由于本設(shè)計(jì)只用于模擬演示，因此在設(shè)計(jì)時(shí)部分元件并不能如實(shí)際中的自動(dòng)運(yùn)行，需要進(jìn)行手動(dòng)設(shè)置。其中的傳感器信號及部分參數(shù)設(shè)定都是由人為給定的。參考文獻(xiàn)1廖常初可編程序控制器的編程方法與工程應(yīng)用重慶重慶大學(xué)出版社2001年2月第一版2廖常初可編程序控制器應(yīng)用技術(shù)重慶重慶大學(xué)出版社1998年10月第三版3余雷聲電氣控制與PLC應(yīng)用北京機(jī)械工業(yè)出版社1996年10月第一版4鄧則名，鄺穗芳電器與可編程序控制器應(yīng)用技術(shù)機(jī)械工業(yè)出版社1997年3月5崔亞軍可編程序控制器原理及程序設(shè)計(jì)北京電子工業(yè)出版