冶金工業(yè)爐溫度單片機控制系統(tǒng)主要配置的選型分析案例物料自動配比系統(tǒng)主要是由電動機(皮帶驅(qū)動電機、送料電機)、傳感器(稱重傳感器、料位傳感器)、PLC、模擬量輸入、輸出模塊、變頻器。下面就是對這些裝置進行的選型。(1)皮帶驅(qū)動電機選型在充分地考慮滿足各種動態(tài)高速驅(qū)動動力設(shè)備的實際生產(chǎn)使用條件和對自動高速傳動系統(tǒng)的各種靜態(tài)驅(qū)動性能特性的基本要求之一,電動的選型力求其設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、運轉(zhuǎn)可靠、保養(yǎng)安裝便利、價格低廉。鑒于這種考慮涉及到異步電機的正常使用工作環(huán)境條件,可能有時會導(dǎo)致使異步電機內(nèi)部會出現(xiàn)大量的灰塵、水汽、鐵屑等,所以我們選用全封閉型的三相異步電動機,即Y系列異步電動機。Y系列發(fā)電機主要特點是由于它本身具有起動效率高、能源消耗少、噪音低、振動小、重量輕、體積小、性能好、運轉(zhuǎn)可靠、保養(yǎng)和檢修維護方便等諸多重要優(yōu)點。根據(jù)本系統(tǒng)設(shè)計要求,3臺皮帶驅(qū)動電機具體選擇型號如下:①1#皮帶驅(qū)動電機:2.2KW,380V,5A。根據(jù)系統(tǒng)要求則選用Y100L1-4型三相交流電機。②2#、3#皮帶驅(qū)動電機:0.4KW,380V,1.05A,1420r/min,調(diào)速范圍則為120～1200r/min。根據(jù)要求選擇Y系列,Y80M1-4型電機。送料電機選型由本系統(tǒng)要求可知，需要選擇一臺較小電流的電機。所以3臺送料發(fā)動機分別選用L-100-50-S型，100W,1450r/min,220/380V。（1)稱重傳感器的選型稱重式傳感器一直以來被喻為是電子衡器的核心,其性能很大程度上取決于電子衡器測量的準確性與穩(wěn)定。對通用傳感器精度信號等級的精確設(shè)定必須達到能夠完全滿足該通用傳感器的每個輸入和輸出測量到的信號必須能夠是完全大于或者幾乎等于通用儀表所設(shè)定要求的每個輸入信號靈敏度值的數(shù)值,且必須要達到能夠完全滿足該通用儀表的乃至整臺通用電子設(shè)備名稱信號精度的設(shè)定要求。稱重傳感器可以實現(xiàn)對物料的快速、準確地稱量,它們是直接影響電子稱測量精度的一個關(guān)鍵組成部件,目前除特定用途外,90%以上都會選擇電阻應(yīng)變式稱重傳感器。四片電阻式應(yīng)變片均勻地黏附于傳感器橫梁的上下水平面,即將其相互聯(lián)接形成惠思登電橋,稱重傳感器的工作原理結(jié)構(gòu)如圖3.1。其中～為一個用于電橋測定的電阻應(yīng)變板;為初始不平衡時所補償?shù)碾娮?為零點的溫度補償電阻;為輸入靈敏度和溫度互換補償電阻。圖3.1稱重傳感器原理圖例如,當(dāng)被自動檢測的梁體物料的外加重量可以經(jīng)由壓力傳感器直接傳動作用于梁體黏附著在一個內(nèi)部帶有反向電阻和對應(yīng)變片的硬質(zhì)彈性梁上時,使其主梁發(fā)生彎曲和對應(yīng)變形,梁相對應(yīng)變形的程度大小與梁體外加物料載荷量成正比。同時,黏附于梁上、下部和梁平面的其他電阻受力應(yīng)變片與其在梁內(nèi)部的其他電阻受力應(yīng)變片之間同步地運動產(chǎn)生了梁的電阻受力應(yīng)變,且與其在梁內(nèi)部的應(yīng)力變形(或是在梁內(nèi)的應(yīng)力)也形成了正反比。由于此時粘貼在主橋梁平面的、電阻片與應(yīng)變片的電橋阻抗比值逐漸加大加,、電阻片與應(yīng)變片的電橋阻抗比值逐漸增大減小,故可使電橋重量處于失去平衡,對于轉(zhuǎn)角端產(chǎn)生具有不平衡輸出電壓的電流輸出,其不平衡輸出電壓與被動力檢測器受到的電橋重量不成正比。稱重傳感器可以根據(jù)其所受力的位置和大小來輸出一個稱重電壓的信號,輸出一個稱重電壓的信號和其輸入一個稱重電壓的信號之間就是一種線性的關(guān)系,稱重傳感器的接收到位置和輸出的電壓之間關(guān)系表達式如圖3.2所示。圖3.2稱重傳感器受力與輸出電壓關(guān)系圖由上述的對稱重度測量傳感器的系統(tǒng)工作結(jié)構(gòu)原理和本文所需要提供的系統(tǒng)設(shè)計方案要求,考慮在此基礎(chǔ)上可以選擇CX系列稱重傳感器。而北京福特鑫公司為其自主設(shè)計研發(fā)的新型CXH-128型電動懸臂梁式電壓傳感器,在其產(chǎn)品出廠前己經(jīng)將傳感器和電壓變送器直接聯(lián)接在了起來,傳感器主要用于同時輸送符合標準的額定電壓、電流等測量信號。稱重精度傳感器的內(nèi)部電源接線電路框圖及其設(shè)計思路如下圖圖表3.3所示。圖3.3稱重傳感器內(nèi)部接線圖（2）料位傳感器的選型本文在設(shè)計中,需要通過對每個料斗的料位高低進行料位檢測,考慮需要選擇一種料位檢測開關(guān),料位深度高低檢測開關(guān)就是對于填料容器中特定液體高度能夠直接達到特定的物理位置而需要進行料位檢測的一種料位傳感器。按照該控制系統(tǒng)的技術(shù)要求和適應(yīng)射頻范圍,選擇了BS-CFY射頻導(dǎo)納電容式物位開關(guān)變頻器調(diào)速是通過對傳動頻率的額定變化幅度來進行改變,可以直接實現(xiàn)對皮帶電機驅(qū)動的發(fā)電機的額定轉(zhuǎn)速速度進行自動調(diào)節(jié),從而可以改變瞬間的傳動流量。變頻器的選型必須根據(jù)皮帶驅(qū)動電機的功率及輸入電流大小來進行選定,要求它們可以同時監(jiān)控,所以變頻器的選取必須具備通信控制功能。根據(jù)通用控制的各種功能,通用控制變頻器一般可以詳細劃分以下為3種控制類型:一般的分為功能型u/f轉(zhuǎn)矩控制通用變頻器,一般的分為具有向量旋轉(zhuǎn)矩陣和控制兩種功能的特殊高頻率功能u/f轉(zhuǎn)矩控制通用變頻器和具有向量轉(zhuǎn)矩控制特殊高性能型控制變頻器。而且在高壓變頻器這一應(yīng)用類型的電源選擇上主要還是依靠變頻負載所在必需的固定工作頻率原理。傳送帶負載是一種同時屬于恒轉(zhuǎn)矩型的控制負載,既或者可以直接考慮采用普通的一種功能式自動變頻器,又或者可以直接采用考慮增加高速電動機和其他變頻器的負載容量等多種方法,以及通過考慮增加低速轉(zhuǎn)矩的多種方式應(yīng)用來直接實現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩的自動調(diào)速;亦或者可以通過考慮直接采用一種同時具有恒轉(zhuǎn)矩自動控制負載作業(yè)系統(tǒng)功能的高效率型自動變頻器應(yīng)用來直接實現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩控制負載的自動調(diào)速。對于那些需要精確、響應(yīng)迅速的批量生產(chǎn)工業(yè)機械,采用高速矢量信號控制的新型高性能四軸通用數(shù)位變頻器來說就是一個不錯的抉擇選項。根據(jù)要求，三臺皮帶驅(qū)動電機，都需要用變頻器來控制，而選取變頻器需要滿足以下幾個參數(shù)計算公式：按照連續(xù)恒負載下正常頻率運轉(zhuǎn)所可能需要的直流變頻變壓器最大容量（KVA）容量計算公式式來進行容量計算(3.1)(3.2)(3.3)式中—電動機的額定功率;—電動機的效率(一般取0.85);—電動機的功率因數(shù)(一般取0.75);—電動機的額定電壓(V);—電動機額定電流(A);—電流系數(shù),PWM方式時一般取1~1.05;—變頻器的額定容量(KVA);—變頻器的額定電流(A)在選擇變頻器的容量時,應(yīng)同時考慮滿足以上三個參數(shù)計算公式。圖3.4FR-E540-0.4K-CH變頻器接線原理圖三菱公司為廣大客戶量身提供了一系列FR-E540系列的變頻器與三菱公司的各種標準型號點擊計算方法及其相匹配時的所有技術(shù)參數(shù),按照這些點擊方法對其中的所有技術(shù)參數(shù)和以上式子來進行綜合計算所可以獲得的系列變頻變壓器型號容量,可以通過篩選并得出1#料和主料產(chǎn)品名稱系列變頻器的產(chǎn)品型號容量分別為FR-E540-2.2K-CH,2#、3#輔料系列變頻器的產(chǎn)品型號容量分別為FR-E540-0.4K-CH。FR-E540-0.4K-CH類型變頻器的接線工作原理圖如圖3.4所示（1)PLC的選型西門子公司的所有S7-200系列產(chǎn)品已經(jīng)可以滿足實現(xiàn)多種各樣的工業(yè)自動化過程控制的功能需要,由于它們具有緊湊的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計,良好的功能延伸性,低廉的制造成本和優(yōu)惠價格及強大的指令系統(tǒng),S7-200能夠做到近乎完美地能夠?qū)崿F(xiàn)對所有中小型規(guī)模工業(yè)產(chǎn)品的自動控制。另外,豐富的CPU類型和電壓等級,這也使得它們能夠有效解決不同用戶的各種復(fù)雜工業(yè)過程，自動化需求方面也都具備了很強的市場適應(yīng)能力和特點可供用戶選擇。S7-200具有各種不同的功能和模塊，也是的在監(jiān)控的過程中有多個接口可供選擇，更容易形成PLC網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)用戶控制端子系統(tǒng)的實際安全使用情況所需的保護端子剩余數(shù)量,考慮到使用PLC端子的余量數(shù)目一定需要用戶具備一定的安全保護端子余量,因此我選用S7-200CPU226PLC。S7-200CPU226PLC的內(nèi)部接口電路端子結(jié)構(gòu)圖所示如下文本表3.5所示。圖3.5S7-200CPU226PLC端子圖（2）PLC擴展模塊選型由于稱重傳感器輸出的信號為電壓信號,其為模擬信號,要送給PLC需要轉(zhuǎn)變成數(shù)字量信號輸入,其次PLC輸出的信號為數(shù)字量,但從本設(shè)計要求可知,需要模擬量的輸入信號控制變頻器。所以說PLC就非常需要我們通過直接擴展一個數(shù)字模擬量的數(shù)字輸入模塊來實現(xiàn),把這個數(shù)字模擬量的輸入值進行轉(zhuǎn)化而成為一個新的數(shù)字模擬量。在把它轉(zhuǎn)換成成為一個新的數(shù)字模擬量之后,就可能需要一個專門用于控制模擬量進入輸出的控制模塊把經(jīng)過PID相互調(diào)節(jié)的一個數(shù)字輸出量,轉(zhuǎn)換成一個標準的檢測量程的直流電壓或者也就是用于對直流電源電路進行電流控制的數(shù)字變頻器。由于該控制系統(tǒng)選用了德國西門子公司產(chǎn)的S7-200CPU22系列的元件PLC,故在系統(tǒng)設(shè)計中分別選用了具有4模擬量輸入模塊的EM231,其分別有4個作為模擬量信號輸入通道,對于本系統(tǒng)夠用。EM231端子圖如下圖3.6所示。圖3.6EM231端子圖圖3.7EM232端子圖相應(yīng)選用EM232的模擬量輸出信號模塊,其中只需要選用2個模擬量輸出信號通道,明顯一個不夠用,則這時候就需要選用2個EM232的模擬量輸出信號模塊。EM232端子圖如下圖3.7所示。（1）熱繼電器選型熱繼電器的最大額定電流輸出應(yīng)該指的是一個大于或者等于電動機額定電流輸出的最大電流:～，為一臺高壓電動機的額定電流輸出。對于一個回路電動機的一個回路,熱繼電器的最大額定電流輸出應(yīng)該等于一個回路電動機的額定電流輸出。綜上1#主料皮帶驅(qū)動電機熱繼電器用JR20-162S,2#、3#輔料皮帶驅(qū)動電機熱繼電器選用JR20-107R,則送料電機熱繼電器選用JR20-104R。（2）斷路器選型斷路器一般是作為系統(tǒng)的主要電源開關(guān),其中通過主驅(qū)動回路主要控制的驅(qū)動對象一般是具有電流敏感性和過負載的高頻交流穩(wěn)壓電動機,斷路器的過負載電流和自動脫載折扣額度設(shè)定值按交流電動機正常起動時過電流1.7倍設(shè)定進行自動整定。自動式高速配料系統(tǒng)電力自動傳輸控制系統(tǒng)共計裝設(shè)2.2kw送料皮帶驅(qū)動式高速切削送料電動機一臺,0.4kw送料皮帶驅(qū)動式高速切削送料電動機兩臺,送料式皮帶切削機的電動機工作功率一般為以下,啟動時停機電流相對較小,因此我們主要可通過根據(jù)2.2kw切削電動機的性能要求類型來正確選擇自動斷路器QF脫扣式啟動電流:（3.4）由于一個斷路器脫扣短路電流限值應(yīng)該遠遠不要大于實際應(yīng)用計算的限值,因此我們建議選用一個C45AD型脫扣斷路器,其脫扣短路電流限值范圍一般為10A。（3）按鈕選型按鈕有啟動、停止、緊急停止三種按鈕,啟動、停止三種按鈕都是可以對其他按鈕進行加以顏色的區(qū)分,因此,選用的啟動和停止按鈕類型一般為XB2-EA135;該停止按鍵設(shè)置為XB2-EA142。緊急剎車控制按鈕選用施耐德公司生產(chǎn)的XB2-BS542。（4）電磁閥選型在選擇一種電磁閥時,要首先確定該閥時是否能夠控制什么的,根據(jù)其機械結(jié)構(gòu)需要的動作力,再來決定該閥需要有多大功率。根據(jù)本次過程控制管理系統(tǒng)的技術(shù)要求,選用德國亞德客電子公司自主生產(chǎn)的4V210-08A型高壓電磁閥。（5）交流接觸器選型接觸器主觸點額定電流：或（3.5）K為一個實際的設(shè)計經(jīng)驗應(yīng)用系數(shù),取1~1.4,因此,交流接觸器的設(shè)計類型一般是:AC220VDJX2-0910型。（6）信號燈選型該自動信號燈的正確選型處理方法主要可以用于依據(jù)所需要顯示的各種信號來準確表達整個系統(tǒng)中所有的需要持續(xù)工作的各種狀態(tài)以并進行正確選擇。因此,電源故障指示燈、送料電動機的故障運行報警指示燈、皮帶驅(qū)動電動機的故障運行報警指示燈等都同樣是我們可以綜合考慮進行選擇施耐德公司設(shè)計生產(chǎn)的帶有AC220V紅的綠色,型號分別同樣是別為XB2BVM3LC的塑料式電動機運行指示燈;變頻器的起動故障報警指示燈、低粘度材質(zhì)氧化原料位置的指示燈也是可以考慮選擇由施耐德公司設(shè)計生產(chǎn)的帶有AC220V綠的紅色,型號同樣是別為XB2BVM4LC。（7）報警電鈴選型按照該系統(tǒng)的技術(shù)要求,選用的是AC220V,型號上則是選用AD16-22M/k23蜂鳴器。通過上面選型，其低壓元器件清單如下表3.1。表3.1低壓元器件清單名稱型號數(shù)量交流電動機Y100L1-41Y80M1-42L-100-50-S3交流接觸器CJ20-1624熔斷器RC1A-158熱繼電器JR20-162SJR20-107RJR20-104R123低壓斷路器C45AD（脫扣器額定電流10A）1啟動按鈕XB2-EA1351停止按鈕XB2-EA1421急停按鈕XB2-BS5421電磁閥4V210-08A3交流接觸器AC220VDJX2-09103信號燈XB2BVM3LC3報警電鈴AD16-22M/k231物料自動配比系統(tǒng)一共分別設(shè)計了六臺電機:三臺主、輔助送料電機,三臺皮帶驅(qū)動電機。主電路圖見附錄A。其中三臺主、輔電機分別在系統(tǒng)自動檢測得到料位低信號后進行啟動,向料斗輸送物料,送至系統(tǒng)自動檢測得到料位高信號后進行停止。三臺皮帶傳動電機依次按主、輔材料的先后次序進行啟動。一下為主電路設(shè)計圖如圖3.6所示。(2)熱繼電器FR1～FR6對M1～M6的過載電流做出了過載過流保護。(3)QF1為一個電源保護總開關(guān),對于電源主開關(guān)電路保護具有分斷短路電流保護的重要作用,也就是可以直接起到同時分斷三相交流電源的保護功能,便于開關(guān)裝置保護設(shè)備正常進行安全維護和日常檢修。QF2～QF4分別設(shè)計可以用來實現(xiàn)不同的穩(wěn)壓負載和整流回路之間的不同短路電流保護圖3.8送料電機與皮帶驅(qū)動電機連接圖(4)DC24V為PLC的擴展模塊EM231與EM232提供直流電源,如下圖3.9所示。圖3.9直流24V電源(5)AC220V為PLC提供電源,如下圖3.10所示。圖3.10交流220V電源該系統(tǒng)控制的核心設(shè)備是PLC。而合理，可靠，正確的控制電路關(guān)系到該系統(tǒng)能否正常運行。物料自動配比系統(tǒng)的設(shè)計基本原則和要求描述如下:本系統(tǒng)由三臺驅(qū)動電機，分別為1#、2#、3#，其中第一臺為主料驅(qū)動電機。后兩臺為輔料驅(qū)動電機。三臺電機在運行過程中，通過變頻器輸出的模擬信號進行轉(zhuǎn)速的控制，以期達到恒流量控制。每臺料位電子秤和皮帶秤都分別配備了一臺皮帶式電機驅(qū)動的料位電動機,兩個皮帶料位自動傳感器,一個稱重速度自動傳感器,一個自動稱重速度傳感器,一臺自動料位變頻器。變頻器工作是由PID來控制,輸出電源是用交流皮帶電機驅(qū)動的直流電動機。料位控制傳感器可以用來用于檢測一個料斗中內(nèi)部有無任何夾雜物料,速度控制傳感器可以用來用于測量齒輪電動機的橫向旋轉(zhuǎn)和加速度。①在開始進行生產(chǎn)線的準備工作時,首先必須要正確設(shè)置好物料配比,檢查料斗內(nèi)是否存在物料,若無物料，則需要將料斗送滿之后,才可以開始啟動臥式配料電機的生產(chǎn)線。②在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的使用過程中,電子機械皮帶秤一般采用實時稱重并聯(lián)器進行實時溫度測量,PLC實時計算出其輸入的實時累積流量和其他積累計流量,若實時設(shè)置的偏差是實際累積流量和其他實際累積流量之間實際存在量的偏差,調(diào)節(jié)器用戶可以根據(jù)工業(yè)系統(tǒng)控制的實際要求,比較其實時設(shè)置的數(shù)值與其他流量實際累積流量之間的存在偏差,然后通過設(shè)置PID實時調(diào)節(jié)功能來實時改變其送入輸出轉(zhuǎn)矩信號以便于實時控制使用變頻器對其輸送機和電動機的轉(zhuǎn)矩信號進行轉(zhuǎn)動速度和瞬間溫濕度的實時調(diào)節(jié),從而用戶可以輕松實現(xiàn)對系統(tǒng)恒流量的實時控制。③根據(jù)所需的配比各種輔料均按照配方和工藝的要求進行添加,各種配方的輔料可以同時進行混合和計量。④該系統(tǒng)具備了電源指令、工作模式指令、電動機的運行指令。根據(jù)以上的控制要求,系統(tǒng)I/O分配表如下表3.2所示。表3.2系統(tǒng)I/O分配表輸入信號輸出信號編號功能名稱備注編號功能名稱備注1停止按鈕SB2I0.0主機11#送料機M1Q0.0主機2啟動按鈕SB1I0.1主機22#送料電機M3Q0.1主機3急停按鈕SB3I0.3主機33#送料電機M5Q0.2主機41#料位傳感器（高）I0.4主機41#電磁閥YV1Q0.3主機51#料位傳感器（低）I0.5主機52#電磁閥YV2Q0.4主機62#料位傳感器（高）I0.6主機63#電磁閥YV3Q0.5主機72#料位傳感器（低）I0.7主機71#皮帶驅(qū)動電機M2Q0.6主機83#料位傳感器（高）I1.0主機82#皮帶驅(qū)動電機M4Q0.7主機93#料位傳感器（低）I1.2主機93#皮帶驅(qū)動電機M6Q1.0主機101#主料加一按鈕SB4I1.3主機10電源指示燈HL1Q1.1主機112#輔料加一按鈕SB5I1.4主機11低料位信號燈HL2Q1.