第1章緒論1.1研究背景、意義及目的1.1.1研究背景稱重混料在化學(xué)工業(yè)、建筑材料等很多領(lǐng)域中都是所需要進行的第一道工序，在這一道工序中需要很多的人力來完成，有些配料的工作環(huán)境對于人體來說強度大且對身體有一定的危害，而對于采用人力來說混料的效率不是很高，且人耐力有限，所生產(chǎn)出來的產(chǎn)品質(zhì)量也是層次不齊，且生產(chǎn)過程中的信息傳遞極差，做不到實時共享，生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)也全都依靠人力來完成，這就會導(dǎo)致整個生產(chǎn)困難程度的增加。而如果運用自動配料的方式來進行這第一道工序，就會解決企業(yè)生產(chǎn)效率低下，混料產(chǎn)品精度不夠以及信息記錄等一系列問題，且生產(chǎn)者只需要輸入自己所需要的各料的數(shù)據(jù)，就能夠高效率的完成一個整個混料過程，對于一個企業(yè)來說更是有諸多好處，自動稱重混料系統(tǒng)能夠用更短的的周期來完成一整個過程，不僅能省區(qū)人力混料的過程，還能夠省去人力搬運，稱重的過程。當(dāng)混料過程只有人參與的情況下，對于產(chǎn)品配方的泄露企業(yè)也會存在一定的風(fēng)險，但對于自動混料稱重系統(tǒng)來說，產(chǎn)品配方的泄露問題企業(yè)也會更加容易的把控，減少外在不確定因素對企業(yè)所產(chǎn)生的風(fēng)險。1.1.2研究意義及目的隨著社會的進步時代的快速發(fā)展，傳統(tǒng)的依靠人力來完成整個混料過程已經(jīng)適應(yīng)不了當(dāng)下，企業(yè)對于產(chǎn)品的生產(chǎn)效率，控制精確度以及設(shè)備的穩(wěn)定性要求更高，而自動混料稱重系統(tǒng)在一些企業(yè)的生產(chǎn)中起到了很重要的作用，隨著社會對產(chǎn)品需求和質(zhì)量要求，企業(yè)需要對產(chǎn)品的質(zhì)量以及生產(chǎn)效率進行提高，但對于人來說我們所擁有的能力是有限的，無法對企業(yè)的物品進行高精度的混合，其次企業(yè)想要依靠人力來提高自身的工作生產(chǎn)效率，就需要更多的人力來完成，但隨著人均工資的提高，這樣就會導(dǎo)致企業(yè)人力成本的增加，也相對于一個自動化設(shè)備來說更加難管理，因此，一個企業(yè)想要自身的生產(chǎn)效率降低生產(chǎn)成本，就需要一個自動稱重混料控制系統(tǒng)來完成。1.1.3國內(nèi)外現(xiàn)狀隨著社會的進步人類的迅速發(fā)展，自動稱重混料系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備也隨著迭代更新，在歷史的長河中，經(jīng)歷了從人工手動調(diào)整操控到機械電氣配合操控再到微型控制器單片機操控等幾個歷程。首先自動混料設(shè)備經(jīng)歷了微機配料過程，其缺點在于，生產(chǎn)過程中設(shè)備比較繁重且各個機械相互之間的交流微乎其微，其操作調(diào)控主要依據(jù)現(xiàn)場操作人員的經(jīng)驗來操控機器，對于操作員也有較高的要求，且人工精力極其有限，導(dǎo)致操控機器的數(shù)量也是有限的，因此需要大量的員工來完成整個稱重混料過程，而人員過多就會導(dǎo)致誤差增大產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量將會很難保證。隨著社會的不斷發(fā)展，各電子器件也迎來了大的更新?lián)Q代，慢慢的出現(xiàn)了較為小巧的微機配料電動組合儀表，但其缺點也較為明顯，首先其工作期間會產(chǎn)生很大的噪音，而噪音會對整個生產(chǎn)過程造成極其不利的影響，為了減少甚至完全消除噪音，就需要增加電子線路，導(dǎo)致線路及其復(fù)雜，對檢修以及后續(xù)維護造成了巨大的影響，且機器工作環(huán)境的原因?qū)е聶C器較容易損壞，致使其穩(wěn)定性不高。接下來，單片機產(chǎn)生，其優(yōu)勢相對于前兩者來說在于電路復(fù)雜程度有了極大的降低，提高了機器運行的穩(wěn)定程度，更好的滿足了用戶的需求，目前為止單片機控制依舊占據(jù)了大量的市場份額REF_Ref29504\r\h[1]。我國長期以來缺少關(guān)鍵技術(shù)，一直是牽制我國工業(yè)生產(chǎn)智能科技的較大因素，伴隨著在我國工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)代化過程的加快，生產(chǎn)產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率越來越滿足不了當(dāng)前社會，技術(shù)的不足產(chǎn)生的影響越來越大，使得我國企業(yè)將生產(chǎn)重心逐漸的向自主研發(fā)所傾斜，近些年，我國也研制出了具有專利權(quán)的稱重配料儀表REF_Ref30268\r\h[2]。1.2研究主要內(nèi)容此設(shè)計是在現(xiàn)有自動稱重混料器械的基礎(chǔ)上，設(shè)計改進一款精細(xì)化度更高，生產(chǎn)效率更快且新能穩(wěn)定的機械設(shè)備，此設(shè)計主要由PLC、電動機、皮帶秤、稱重以及測速傳感器、變頻器組成，其中PLC為主要核心部分，來控制協(xié)調(diào)各部分之間的相互配合，使得產(chǎn)品質(zhì)量更高，生產(chǎn)效率更快，主要設(shè)計原理為皮帶秤上方的物品統(tǒng)通過重量與速率傳感器傳遞至PLC，PLC通過與給定數(shù)據(jù)進行比較來控制得料口的打開與關(guān)閉的狀態(tài)，皮帶秤通過皮帶啊輸送后，將物料運送至混料罐，再通過攪拌器攪拌使物料混合的更均勻，最后通過出料口將產(chǎn)品輸出。在此項目中，主要工作包塊以下幾個部分：1.設(shè)計總體方案，介紹總體架構(gòu)，繪制主要部分結(jié)構(gòu)圖；2.對機械各部分硬件進行選型3.設(shè)計電氣原理圖，PLC電氣接線圖以及各I/O口分配；4.使用STEP_7

MicroWINV4.0SP6版本軟件進行梯形圖程序輸入，再通過S7-200仿真軟件進行仿真；5.在實驗室進行現(xiàn)場接線調(diào)試此系統(tǒng)；6.對此設(shè)計進行分析總結(jié)。

第2章總體方案設(shè)計2.1系統(tǒng)的總體架構(gòu)人工稱重混料的過程有：1、生產(chǎn)工人領(lǐng)取配料表2、根據(jù)配料表信息工人將袋裝或者形態(tài)各異的原料進行稱重3、將稱重之后的原料按照一定的比例搬運進行下一道混料工序4、混料完成之后進行包裝成為產(chǎn)品以上提到工序中，產(chǎn)品的合格率取決于；1、原料的種類；2、在混料之前各種原料的實際質(zhì)量比例與標(biāo)準(zhǔn)之間的誤差；3、各原料到下一工序的先后順序依據(jù)人工稱重混料工藝流程來設(shè)計此項目，將人工稱重，重復(fù)搬運由我們系統(tǒng)來完成。系統(tǒng)工藝流程為工人將原料分別倒入各個原料儲存罐中，原料儲存管下方都設(shè)有啟動截至開關(guān)由控制器來進行控制，啟動機器，原料儲存罐下料口打開，原料經(jīng)過皮帶秤進入混料罐中，原料質(zhì)量達(dá)到配料標(biāo)準(zhǔn)皮帶秤將數(shù)據(jù)傳到控制系統(tǒng)，下料口關(guān)閉。一個完好的自動稱重混料系統(tǒng)其中主要包含有物料傳輸裝置、裝置數(shù)據(jù)檢測設(shè)備、低壓開關(guān)控制器、調(diào)節(jié)頻率的設(shè)備、用于操作的控制臺、微型控制元件以及監(jiān)管設(shè)備運行狀態(tài)的設(shè)備幾個部分組成。具體如下2.1圖所示：圖2.1稱重部分結(jié)構(gòu)示意圖2.2稱重模塊此設(shè)計中，稱重模塊我們運用電子皮帶秤，它能夠?qū)崿F(xiàn)對物品的動態(tài)計量，還能夠?qū)ξ锲返膫鬏斔俾蔬M行有效的控制。在其工作時，重量傳感器會將上方物體的質(zhì)量以電壓信號的方式輸出，經(jīng)過轉(zhuǎn)換器變?yōu)榫唧w數(shù)值，接下來會將這個數(shù)值送往下一處，也就是運算器，同時速度傳感器也會將皮帶運行的速度傳遞至運算器，經(jīng)過運算器對兩個數(shù)值的計算得出上方物品的總質(zhì)量。2.3儀表控制設(shè)備儀表控制設(shè)備主要為電子皮帶秤上的儀表，主要將質(zhì)量信號與皮帶速度信號進行處理，然后將處理的信號與給定值作比較來控制皮帶秤輸送物質(zhì)的流量，從而形成一個閉環(huán)更準(zhǔn)確的來控制機器運作。2.4變頻器變頻器在此設(shè)計中，變頻器的主要作用為控制電子皮帶秤皮帶傳送速率，其通過調(diào)節(jié)輸出電壓來控制皮帶轉(zhuǎn)速，若其功率大，需為其增加一個散熱裝置保證其正常工作。2.5控制臺控制臺是配料系統(tǒng)電機的主要控制部分，其中包括有控制按鈕以及指示燈，可以控制皮帶傳輸設(shè)備以及給料部分在工作中的開始和停止?fàn)顟B(tài)、其次還能夠?qū)LC控制的電機工作狀態(tài)進行指示和命令。

第3章硬件設(shè)計3.1硬件選擇3.1.1電動機的選擇電動機在此設(shè)計中主要負(fù)責(zé)攪拌機的正常運行，在此設(shè)計中我們運用的電機為上海瀚涌電機有限公司生產(chǎn)的YE2-100L-2型電機，以下是此電機的其他具體參數(shù)；額定功率：3KW；滿載時轉(zhuǎn)速：2870r/min；滿載時電流6.31A；滿載時效率：82.6%；滿載時功率因數(shù)：0.87；堵轉(zhuǎn)電流/額定電流：7.5；堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩：2.2；最大轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩：2.3。3.1.2皮帶秤的選擇皮帶秤是一種在運行的過程中不需要工作人員干預(yù)，就能按照給定好的程序自主工作的一種衡器，它能夠在輸送無聊的同時完成上方物料的計量，它通過對上方單位長度內(nèi)的重量，然后乘以當(dāng)時時刻的速度，就會得到在那一時刻瞬間的數(shù)量REF_Ref31489\r\h[6]。物品輸送時在某一時間段內(nèi)所輸送的總質(zhì)量之間的關(guān)系可以用以下式子（3.1）來表示：（3.1）其中W表示為在T時間段中物品所屬送的總質(zhì)量其單位為kg或t；T表示皮帶秤上方物品的傳送時間單位為s或h；q(t)表示皮帶上單位長度內(nèi)物品的質(zhì)量其單位為kg/m；v(t)則表示物品在皮帶上方時的傳輸速度m/s。配料皮帶秤傳感器選型時應(yīng)著重考慮稱重傳感器的量程、靈敏度、結(jié)構(gòu)材質(zhì)等方面1、量程的選擇皮帶秤稱重傳感器的受力包括杠桿結(jié)構(gòu)秤體的自重、物料流量作用力以及稱量段內(nèi)輸送皮帶的自重，因此量程選擇要考慮這幾項內(nèi)容。物料流量作用力的計算方法見式(4.2)。（4.2）式中，—物料額定流量；L—稱量段長度；R—杠桿比，R=傳感器受力/實際稱量段受力(一般取R=0.5)；V（t）—物料在皮帶上的運行速度?？紤]到皮帶秤的使用環(huán)境較惡劣，經(jīng)常遇到震動、沖擊、過載等情況，為提高皮帶秤可靠性，選擇量程時，常取1.5的安全系數(shù)。為解決這些問題，同時還要考慮機械限位的設(shè)計，稱重傳感器的材質(zhì)盡量選用抗沖擊、抗過載能力強且輸出穩(wěn)定的鋼制傳感器，而盡量不選取鋁制材料。2、靈敏度的選擇一臺衡器是否能正常工作，必須考慮這個系統(tǒng)中各個部件的技術(shù)參數(shù)能否匹配。對衡器來講，也就是稱重傳感器所選用最大秤量值，靈敏度值;稱重儀表所選用的供橋電壓值、最高靈敏度值等數(shù)最終必須滿足這個系統(tǒng)的整體指標(biāo)要求。3、稱重傳感器結(jié)構(gòu)類型的選擇電阻應(yīng)變式稱重傳感器的結(jié)構(gòu)類型較多，有懸臂梁式稱重傳感器，剪切梁式稱重傳感器，S型稱重傳感器等，對于皮帶稱重系統(tǒng)S型稱重傳感器最佳。S型稱重器其連接方式采用關(guān)節(jié)軸承，處于受拉狀態(tài)，其抗側(cè)向力的能力可安裝于密封的梁內(nèi)，結(jié)構(gòu)緊湊。根據(jù)以上特點，本設(shè)計采用徐州山特ICS系列ICS-17A型電子皮帶秤。徐州山特ICS系列電子皮帶秤是用于輸送系統(tǒng)中對散狀物料進行連續(xù)計量的理想設(shè)備，具有結(jié)構(gòu)簡單、計量精確、操作方便、維護量小、便于系統(tǒng)管理等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于電力、冶金、煤炭、化工、食品、建材、港口等行業(yè)。ICS-17A型電子皮帶秤的動態(tài)累計誤差為±0.25%，適用于工廠的過程稱重工藝中，監(jiān)測生產(chǎn)量、控制產(chǎn)品裝載及監(jiān)測產(chǎn)品庫存量。其主要技術(shù)參數(shù)如下：系統(tǒng)精度：±0.25﹪稱量范圍：1～6000t/h皮帶寬度：500～2200mm皮帶速度：0.1～4m/s皮帶輸送傾角：≤18°環(huán)境溫度：機械：-20℃～50℃儀表：0℃～40℃電源電壓：220V（±10%、-15%）50HZ±2%此類型稱重傳感器的動態(tài)計量精度1、在皮帶輸送機正常工作時，物料負(fù)載量大于參考下限值且流量在滿量程的20%；100%范圍內(nèi)變化時，動態(tài)累計計量誤差≤±1%，流量定值或配比控制誤差≤±1%。2)對非皮帶輸送機設(shè)備計量與控制誤差≤±2%。2、適用輸送機物料載體寬度200-2000mm，輸送機速度0~5m/s。3、平均無故障工作時間>15000小時。4、探測器到主機最大距離≤500米（超過500米另加設(shè)備）。5、允許物料水份變化范圍≤±10%。6、稱重傳感器稱重部分溫度:-20℃～＋50℃7、供電電源：50Hz(-5%，+5%)220VAC(-15%，+10%)。另外，由于該稱重傳感器所測的重量信號值為電壓信號0～30mV，這樣的信號太弱，無法直接介入PLC中。因此，必須選擇一個放大器對該信號進行放大使得信號輸入范圍為0～10V。3.1.3稱重信號的處理圖3.1稱重處理電路如圖3.1所示該測控系統(tǒng)中，采集的信號是來自各皮帶秤上壓力傳感器輸出的mV級小信號。設(shè)計選用的皮帶秤傳來的動態(tài)稱重信號是0～30mV范圍，不能直接被PLC讀取，需要經(jīng)過外加放大電路處理，將其轉(zhuǎn)化為0～10V的標(biāo)準(zhǔn)電壓信號。如圖4.1，為了實現(xiàn)電壓放大，采用LM324系列器件帶有真差動輸入的四運算放大器，與單電源應(yīng)用場合的標(biāo)準(zhǔn)運算放大器相比，它有一些顯著優(yōu)點：可單電源工作3V-32V、短跑保護輸出、每封裝含四個運算放大器、具有內(nèi)部補償?shù)墓δ?，其引腳圖如下圖3.2所示。其轉(zhuǎn)化后的0～10V的標(biāo)準(zhǔn)電壓信號就可以直接輸入PLC模塊內(nèi)部進行處理了。圖3.2PLC模塊引腳3.1.4測速傳感器的選擇電子皮帶秤所測量物料的瞬時流量的大小取決于兩個參數(shù)，即瞬時流量等于稱重傳感器測量的承載器上物料負(fù)荷值q(kg/m)和測速傳感器測量的皮帶速度值v(m/s)兩個參數(shù)相乘所得，即:W(t)=q*v，由此可見，測速傳感器的測量精確度和穩(wěn)定性與稱重傳感器的測量精確度和穩(wěn)定性是同等重要的。只要保證q(t)*V(t)的乘積不變，就可以保證物料流量的恒定。即隨皮帶上物料重量的變化控制皮帶運行速度做出相應(yīng)的調(diào)整，就可以保證物料流量的恒定。目前稱重傳感器的精確度普遍提高到萬分之幾，而測速傳感器的精確度大多在千分之幾，所以提高測速傳感器精確度是提高電子皮帶秤系統(tǒng)精確度有效的途徑之一。光電編碼器的測速脈沖信號整形后直接作為顯示儀表中累加器的發(fā)信號，每接受一個測速脈沖信號，累加器就對稱重傳感器的輸入信號進行一次采樣，皮帶速度越快，累加器采樣的次數(shù)越多，采樣值不斷累加，測速脈沖信號及稱重信號經(jīng)過處理后直接進行乘法運算，就實現(xiàn)了流量信號的處理。3.1.5變頻器的選擇比較國內(nèi)外許多變頻器，其中包括西門子、施耐德、三菱等世界知名品牌，通過比較這幾種品牌變頻器的控制方式、產(chǎn)品性價比、節(jié)能性能、耐用性、操作界面及操作語言等主要性能，最終選用了富士“FRN18.5G11S-4CX”型變頻器。這種變頻器采用32位CPU作為中央處理器和SPWM型號控制，是一種應(yīng)用廣泛的多功能、高性能的變頻器。它具有開關(guān)頻率高，輸出更接近正弦波或者說可以使電動機的磁場更接近圓形，可以對電動機進行恒轉(zhuǎn)矩和恒功率調(diào)速。根據(jù)電動機的技術(shù)參數(shù)P（額定功率）15KW、T（額定轉(zhuǎn)矩）、I（額定電流）31.6A、U（額定電壓）380V、電動機的過載倍數(shù)λ等進行變頻器選型配置。變頻器最大輸出電流大于電動機最大輸出電流。系統(tǒng)相關(guān)元件系統(tǒng)斷路器、快速熔斷器等的選擇。系統(tǒng)的進線接觸器選用北低的B200（Ie=200A、Ue=600V）分段電流為200A，選擇130A的快速熔斷器。直流系統(tǒng)包括制動單元/制動電阻、快速開關(guān)、平波電抗器等。制動電阻根據(jù)變頻器的容量選用10歐的耐高溫電阻。交流系統(tǒng)包括過壓吸收、交流電抗器、主進線接觸器等。根據(jù)需要選用保定變壓器廠產(chǎn)的0.43mH的平波電抗器，0.3mH的交流進線電抗器。根據(jù)收集的電動機參數(shù)和變頻器的選型原則最終選用了富士FRN18.5G11S-4CX。由于變頻器的輸出功率有25%要消耗在高頻諧波上，所以選變頻器的輸出功率要比電機的實際功率大許多。1、主電路。R、S、T為主回路電源輸入端子，連接三相電源。U、V、W為變頻器的輸出端子，接連改善功率因素的直流電抗器。P+，N—，為制動單元。E（G）為接地端子。2、控制端子。端子11為頻率設(shè)定公共端、端子12為頻率設(shè)定輸入端（輸入0至+10）、端子13為頻率設(shè)定電源（頻率設(shè)定電位器1至5k歐，10V相當(dāng)于最大頻率）、CM為公共端：FWD為正轉(zhuǎn)；斷開，電動機減速停止。HLD為三線運行，停止命令。BX為電動機滑行停止命令，BX—CM接通電動機將滑行停止，變頻器不輸出任何報警信號；THR為外部報警后故障跳閘命令，它是常閉觸點輸入。3、控制輸入。X1，X2，X3為多頻率選擇，X1，X2為輸出上升/下降頻率監(jiān)視輸出。此外，變頻器自身還有過壓，過流，欠壓，過載，缺相，過熱等保護功能。變頻器的選擇與電動機的結(jié)構(gòu)型式及容量有關(guān)，還與電動機所帶負(fù)載的類型有關(guān)。富士“FRN18.5G11S-4CX”型變頻器的額定容量28KW；額定輸出電壓380至400V；額定輸出電流39A；額定過載電流150%，額定輸出電流1分鐘；200%額定電流0.5秒；額定輸出頻率50、60Hz。變頻器功能參數(shù)設(shè)置表3.1所示：表3.1變頻器參數(shù)設(shè)置功能碼名稱設(shè)定數(shù)據(jù)F00數(shù)據(jù)保護0F01頻率設(shè)定1：電壓輸入（0～10V）F02運行操作1：外部接點輸入信號F03最高輸出頻率160HzF04基本頻率50HzF05額定電壓1380VF06最高輸出電壓380VF07加速時間120SF08減速時間110SF09轉(zhuǎn)矩提升10.0：自動轉(zhuǎn)矩F10熱繼電器11：動作F11OL設(shè)定值100%電動機額定電流F12熱常數(shù)t15.010.0F13電子熱繼電器0：11KW以下不動作F14瞬時停電再起動1：不動作F15上限頻率限制70F16下限頻率限制0F17頻率偏置100%F18頻率偏置0.0F20直流制動開始頻率0.0F21直流制動動作值0F22直流動作時間0.0F23啟動頻率0.5F24啟動頻率保持時間0.0F25停止頻率0.2F26電機運行聲音0.2F27電機運行聲音音調(diào)0F30FMA端子電壓100%F31FMA端子功能選擇3：輸入電壓F33FMP端子1440F34FMP端子電壓調(diào)整0F35FMP端子電壓調(diào)整0F3630RY動作模式0：跳閘是激磁動作F40轉(zhuǎn)矩限制1（驅(qū)動）999：不動作F41轉(zhuǎn)矩限制1（制動）999：不動作F42動態(tài)轉(zhuǎn)矩矢量控制10：不動作變頻器的參數(shù)的設(shè)定十分重要，由于參數(shù)設(shè)定不當(dāng)，不能滿足生產(chǎn)的需要，將導(dǎo)致啟動、制動的失敗，或工作時常跳閘，嚴(yán)重時會損換IGBT功率模塊或整流橋等器件。3.1.6PLC的選擇本設(shè)計所需要設(shè)置的功能有：變頻器上電、電機啟動、停止、手動/自動方式轉(zhuǎn)換、點動、手動復(fù)位以及自變頻器報警等功能。根據(jù)第三章輸入輸出量的統(tǒng)計以及設(shè)計方案的功能設(shè)定要求以及通過對西門子S7-200系列CPU常用型號的查詢（如下表3.2所示），本設(shè)計采用西門子公司生產(chǎn)的S7-200系列中的CPU224，外掛EM223(表3.3為S7-200系列PLC輸入/輸出擴展模塊的主要技術(shù)性能)。CPU224集成14輸入/10輸出共24個數(shù)字量I/O點。可連接7個擴展模塊，最大擴展至168路數(shù)字量I/O點或35路模擬量I/O點。13K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲空間。6個獨立的30kHz高速計數(shù)器，2路獨立的20kHz高速脈沖輸出，具有PID控制器。1個RS485通訊/編程口，具有PPI通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。I/O端子可很容易地整體拆卸，是具有較強控制能力的控制器，滿足設(shè)計用量要求。EM223的模擬量輸入點數(shù)為4，輸出點數(shù)為1，現(xiàn)有的輸入輸出點數(shù)不僅完全滿足設(shè)計點數(shù)需要，也為以后的設(shè)計改進留有了余地。通過擴展模塊EM277可利用PROFIBUS-DP協(xié)議實現(xiàn)與上位機的通信功能REF_Ref31590\r\h[6]。表3.2S7-200CPU選型表CPU系列號輸入I/O點輸出I/O點擴展能力程序和數(shù)據(jù)儲存空間獨立30HZ告訴計數(shù)器獨立20HZ高速脈沖輸出其他CPU22164無6K42非常適合于小點數(shù)控制的微型控制器CPU2228626K42CPU2241410713K62最大擴展至168路數(shù)字量I/O點或35路模擬量I/O點，具有較強的控制能力CPU224XP1410720K62除CPU224其他特點外還具有2輸入/1輸出共3個模擬量I/O點CPU2262416713K62最大擴展至248路數(shù)字量I/O點或35路模擬量I/O點，可完全適用于一些復(fù)雜的中小型控制系統(tǒng)表3.3S7-200系列PLC輸入/輸出擴展模塊的主要技術(shù)性能類型數(shù)字量擴展模塊模擬量擴展模塊型號EM221EM222EM223EM231EM232EM235輸入點8無4/8/163無3輸出點無84/8/16無21隔離組點數(shù)824無無無輸入電壓DC24VDC24V輸出電壓DC24V或AC23-230VDC24或AC24-230VA/D轉(zhuǎn)換時間<250μs<250μs分辨率12bitA/D轉(zhuǎn)換電壓：12bit電流:11bit12bitA/D轉(zhuǎn)換3.2硬件接線圖系統(tǒng)的電器原理圖如下圖3.3所示，它基本能夠?qū)崿F(xiàn)配料稱重系統(tǒng)的功能。圖3.3電氣原理圖3.2.1PLC接線圖本設(shè)計所設(shè)置的PLC功能有：變頻器上電、點動控制（檢修反轉(zhuǎn)）、自動控制、停機控制、變頻器故障報警、變頻器故正常運行、故障復(fù)位等功能。1、變頻器上電變頻器電源輸入開關(guān)由PLC控制，這樣可以省去人每次開機都要頻繁的人工操作。變頻器上電主要是由I0.0控制的，當(dāng)SB1閉合后，KM1將吸合，變頻器的電源輸入端KM1將吸合，實現(xiàn)變頻器上電。2、停機控制停機控制由I0.1控制的，SB2來完成。當(dāng)按下SB2時，通過編程的方法，運用中間SB2常閉觸點斷開，來實現(xiàn)對KM1的關(guān)斷。3、自動控制自動控制由I0.2控制的，SB3來完成。自動方式下，主要完成正常的正轉(zhuǎn)運行，其中PID控制的輸入由系統(tǒng)的單閉環(huán)PID控制完成。電機點動主要是檢測電機是否能正常啟動，如果可以正常啟動便可以按啟動按鈕進行生產(chǎn)工作。如果電機啟動不了，報警器就會在限定的時間后開始聲光報警。電動控制主要由SB2控制的，當(dāng)SB2閉合時，KM2將吸合，變頻器的輸入端KM2吸合，電機將起動運行，處在點動狀態(tài)中。3、起動控制電動機的起動由變頻器來執(zhí)行的。變頻器根據(jù)其參數(shù)設(shè)定去執(zhí)行電機的啟動。起動控制由SB3來控制，當(dāng)SB3閉合時，KM3吸合，變頻器變頻器輸入端KM3吸合，電動機開始起動。4、點動控制（檢修反轉(zhuǎn)）點動控制由I0.3控制的，SB4來完成。點動檢修方式下，主要完成故障卡機時的的反轉(zhuǎn)運行，可以通過PLC外部的電位器來輸入，不需要PID調(diào)節(jié)。5、故障復(fù)位故障復(fù)位主要是當(dāng)變頻器故障發(fā)生以后，處理完故障，因剛按下故障復(fù)位，是變頻器的原故障信號發(fā)出點的狀態(tài)復(fù)位。故障復(fù)位由SB5來實現(xiàn)。當(dāng)SB5閉合時，KM4將吸合，變頻器的復(fù)位輸入KM4端將吸合，變頻器內(nèi)部將自動故障復(fù)位。6、變頻器故障、正常運行自變頻器故障的輸入端來自變頻器的故障報警輸出端（30C、30A）。當(dāng)30C、30A閉合時，主電路相應(yīng)的開關(guān)吸合，此時，主電路發(fā)出聲光報警。自變頻器正常運行配合開Y5A、Y5C關(guān)來完成。只有正常運行，且無故障才能保障系統(tǒng)正常運行。7、光電編碼器計數(shù)脈沖當(dāng)光電編碼器A相接I1.2，且令PLC的高速計數(shù)器HSC2工作在模式一下，通過內(nèi)部指令以及對HSC2的初始化就能夠記下光電編碼器的脈沖，然后經(jīng)過換算就能求出電機的轉(zhuǎn)速。綜上所述，PLC的接線圖如下圖3.4所示:圖3.4PLC接線圖

第4章軟件設(shè)計4.1程序流程圖此設(shè)計，系統(tǒng)工作原理為：先給系統(tǒng)通電使設(shè)備開始準(zhǔn)備運行；接下來初始化系統(tǒng)，讓一些數(shù)據(jù)清零；然后就是皮帶配料系統(tǒng)啟動；在這里可以選擇手動配料也可以選擇自動配料；若設(shè)備正常，物料投入準(zhǔn)確，達(dá)到配料系統(tǒng)運行條件，則配料系統(tǒng)開始運行，反之判斷是否存在故障，若存在，報警系統(tǒng)則進行報警提醒工人，等解除故障后從開始項進行，若，判斷為無故障則進入下一環(huán)節(jié)皮帶運行。具體程序流程圖如下圖4.1所示：圖4.1控制流程圖4.2梯形圖將信號送入AIW0中，通過傳送指令，將AW0中的信號送入VW0中。當(dāng)VW0中的數(shù)據(jù)=7000時，比較觸電[2]輔助器觸電M0.0[2]得電，表明儲料罐處于清空得狀態(tài)。當(dāng)VW0中的數(shù)據(jù)等于17066時比較觸點[3]閉合。當(dāng)VW0中的數(shù)據(jù)等于25600時比較觸點[4]閉合。當(dāng)VW0中的數(shù)據(jù)等于27733時比較觸點[5]閉合。當(dāng)從A口進料時質(zhì)量達(dá)到250kg，YV1關(guān)閉。當(dāng)從B口進料時質(zhì)量達(dá)到450kg，YV2關(guān)閉。當(dāng)從C口進料時質(zhì)量達(dá)到500kg，YV3關(guān)閉。當(dāng)VW0中數(shù)據(jù)等于27733時，比較觸點[5]閉合，輔助繼電器M0.3[5]得電，定時器開始延時5min。當(dāng)物料排完，C口YV1關(guān)閉。4.3I/O分配在PLC與上位機的通信環(huán)節(jié)中，可以通過增加EM277擴展模塊的方法實現(xiàn)PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。PROFIBUS-DP是用于分布式的I/O設(shè)備高速通信的一種協(xié)議，該協(xié)議定義了主站和從站，支持單主或多主系統(tǒng)，各主站間為令牌傳遞，主站與從站間為主/從傳送，主站周期地讀取從站的輸入信息并周期地向從站發(fā)送輸出信息。為了將EM277作為一個DP從站使用，用戶必須設(shè)定與主站地址相匹配的DP端口地址。EM277可用DP主站組態(tài)，以接收從主站來的輸出數(shù)據(jù)，并將輸入數(shù)據(jù)返回給主站。輸出和輸入數(shù)據(jù)緩沖區(qū)駐留在S7-200CPU的變量存儲器（V存儲器）內(nèi)。當(dāng)用戶組態(tài)DP主站時，應(yīng)定義V存儲器內(nèi)的字節(jié)位置。從這個位置開始為輸出數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，它應(yīng)作為EM277的參數(shù)賦值信息的一個部分。用戶也要定義I/O組態(tài)，它是寫入到S7-200CPU的輸出數(shù)據(jù)總量和從S7-200CPU返回的輸入數(shù)據(jù)總量。EM277從I/O組態(tài)確定輸入和輸出緩沖區(qū)的大小。本設(shè)計中使用的數(shù)據(jù)交換緩沖區(qū)為VB224-VB228。兩字輸入單字輸出，以VD224作為S7-200的輸入?yún)^(qū)，以VW228作為S7-200的輸出區(qū)。根據(jù)以上介紹可得系統(tǒng)數(shù)字量輸入輸出地址分配如下表3.2以及表3.3：表3.2PLC輸入輸出地址分配序號信號名稱地址說明1啟動I0.0SB12停止I0.1SB23自動運行I0.2SB24檢修運行I0.3SB35復(fù)位I0.4SB46變頻器正轉(zhuǎn)運行I1.0Y5AY5C7變頻器故障I1.130C30A8編碼器脈沖I1.2A相脈沖9就緒Q0.0線圈KM110正轉(zhuǎn)運行信號Q0.1線圈KM211反轉(zhuǎn)運行信號Q0.2線圈KM312就緒信號燈Q0.3指示燈L113自動正轉(zhuǎn)信號燈Q0.4指示燈L114檢修反轉(zhuǎn)信號燈Q0.5指示燈L115故障信號燈Q0.6指示燈L116故障報警Q0.6喇叭LA17復(fù)位信號Q0.7線圈KM4表3.3模擬量輸入輸出地址序號信號名稱地址1給定流量信號AIW02稱重信號AIW23變頻器調(diào)節(jié)信號AIW4

第5章系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析5.1系統(tǒng)調(diào)試及分析5.1.1現(xiàn)場接線圖下圖（圖4.2）為實驗室現(xiàn)場接線圖圖4.2現(xiàn)場接線圖5.1.2系統(tǒng)仿真下圖（圖4.3）為系統(tǒng)仿真調(diào)試圖圖4.3系統(tǒng)仿真調(diào)試圖5.2系統(tǒng)分析在設(shè)計和調(diào)試過程中，我花費了一定的時間來考慮各種情況。這讓我深刻認(rèn)識到系統(tǒng)設(shè)計的不易，需要在明確定義基本功能的前提下，嚴(yán)格預(yù)防有意或無意的設(shè)計漏洞。因此，需要密切思考和設(shè)計，通過特定條件的測試和考驗，查找其中的漏洞。比如調(diào)試中還出現(xiàn)原料A一旦排出無法停止的情況，查找原因得知相應(yīng)定時器啟動部分受到別的閃爍工作元件的影響一直被刷新，定時器剛走幾步又退回來了，起不到延時后切斷排物料A通路的目的。由于實驗室沒有相應(yīng)的實物控制模型，在調(diào)試系統(tǒng)控制程序時，所有的輸入信號均用開關(guān)信號來代替，所有的輸出均用指示燈來表示。程序調(diào)試時，首先將PLC控制程序?qū)懭氲絇LC機器中，再選擇監(jiān)控狀態(tài)，使PLC處于“RUN”狀態(tài)，然后逐一按按鈕，觀察輸出指示燈是否按預(yù)計效果閃滅，并通過監(jiān)控狀態(tài)觀察程序的運行過程及輸入輸出信號、內(nèi)部描述實際出現(xiàn)的問題及解決方案。要對照設(shè)計控制要求，逐一檢驗設(shè)計功能是否能有效的實現(xiàn)，并對程序進行改進和完善。此次設(shè)計中用到了不少PLC常用指令，通過學(xué)習(xí)對它們更熟悉了，當(dāng)然對它們的靈活的運用還需進一步提高，與此同時參照部分西門子系列的PLC了解了其一些用法，拓寬了視野，通過借閱參考書和網(wǎng)上查找知道可以用PLC實現(xiàn)許多小系統(tǒng)設(shè)計，真的感受到自己所知甚少，還有許多知識要學(xué)要了解以增長見識提高水平。它極大地激勵了我們?nèi)プ詫W(xué)、去創(chuàng)新。

結(jié)論電子皮帶秤自動配料系統(tǒng)采用當(dāng)前運用廣泛、技術(shù)成熟先進的單閉環(huán)PID控制理論，有效解決了以往皮帶秤配料系統(tǒng)存在的誤差較大、動態(tài)特性不理想的問題，提高了系統(tǒng)的控制準(zhǔn)確度和可靠性，有效解決了動態(tài)稱重配料系統(tǒng)的兩個重要指標(biāo)——快速性和準(zhǔn)確性難以統(tǒng)一的問題。在整個控制系統(tǒng)中有兩個重要的控制思想在起著關(guān)鍵作用，那就是PID控制思想和變頻控制思想。PID控制思想就是按照偏差的負(fù)反饋控制方法，其最終的控制效果就是排除干擾，將偏差值快速減小到0，使系統(tǒng)穩(wěn)定地以給定值量運行。變頻調(diào)速技術(shù)更是在當(dāng)代調(diào)速理論中日漸成熟，已成為現(xiàn)代工業(yè)調(diào)速領(lǐng)域中不可或缺的一部分。PLC不僅擁有PID控制模塊優(yōu)良的控制性能，還能實現(xiàn)其它豐富的控制功