小型配料攪拌裝置電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文最終完成版本

宜賓職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）小型配料攪拌裝置電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)系部電子信息控制工程系專業(yè)名稱電氣自動(dòng)化技術(shù)班級(jí)電氣11402姓名唐宏飛學(xué)號(hào)201413047指導(dǎo)教師賴華2016年9月13日摘要本文介紹的配料攪拌系統(tǒng)以PLC作為控制核心，結(jié)合變頻器等完成配料攪拌的自動(dòng)控制系統(tǒng)，能夠較好的滿足攪拌系統(tǒng)的要求。本設(shè)計(jì)運(yùn)用了變頻電機(jī)M1,恒速電機(jī)M2,液位傳感器，攪拌電機(jī)M3,皮帶秤等主要器件，以PLC為控制核心，選用了西門(mén)子公司的S7-1200系列機(jī)PLC,西門(mén)子生產(chǎn)的變頻器MM420,ZDSN型電子式電動(dòng)雙調(diào)節(jié)閥，SS.45-HSP-100型靜壓式液位變送器，ICS-ST4型電子皮帶稱，還有斷路器，熔斷器，熱繼電器等多種電路保護(hù)元件，運(yùn)用PLC編程語(yǔ)言，以及人機(jī)界面控制面板，用PLC的S7_200的仿真軟件進(jìn)行仿真，實(shí)現(xiàn)了對(duì)不同的配料按預(yù)先設(shè)定的程序進(jìn)行混合攪拌的功能。關(guān)鍵詞：可編程控制器PLCS7-1200;變頻器MM420;電動(dòng)調(diào)節(jié)閥；配料攪拌系統(tǒng)；PID控制；電動(dòng)調(diào)節(jié)閥ABSTRACTWiththedevelopmentofmodernindustrialtechnology,materialmixingtechnologyhasbeenrapiddevelopment,itiswidelyusedandthechemicaltechnologyandproduction,butintheapplication,thetraditionalmaterialmixingprocessalsoexistsseriousproblemsandcapacityconstraintsComputertechnologyasthecoreofPLCinthegeneralautomaticcontrolequipment,itisakindofprogramtochangecontrolfunctionofthecomputer.Asmicroprocessors,computerandcommunicationtechnology,therapiddevelopmentofPLCprogrammablecontrollerhaswidelyappliedinindustrialcontrol,andtheproportionoftherapidrisein.PLCmainlyconsistsofCPUmodule,inputandoutputmoduleandprogrammingmoduledevice.Itisappliedinindustry,mixingequipmentmixingprocessrealizedautomationcontrol,andimprovedthestability,agitateequipmentworkforthemixingmachinesmoothly,orderly,accurateworkingcreatespowerfulguarantee.Inthispaper,thematerialmixingsystemwithPLCascontrolcore,combinedwithfrequencyconverter,etcmaterialstirringoftheautomaticcontrolsystem.Keywords:PLCprogrammablecontrollerS7-120O;frequencyconverterMM420；materialmixingsystem；PIDcontrol;Electriccontrolvalve1緒論1傳統(tǒng)的配料混合設(shè)備的控制存在的問(wèn)題錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。配料設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)用PLC來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)配料混合設(shè)備控制錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。引入PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)其配料混合設(shè)備的控制功能錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。2整體框架錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽?？傮w方案論證錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)思想錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。系統(tǒng)設(shè)計(jì)錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。3硬件設(shè)計(jì)錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。硬件系統(tǒng)構(gòu)成原理錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。硬件系統(tǒng)器件選型錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。系統(tǒng)安全性，可靠性、實(shí)用性設(shè)計(jì)錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。4程序設(shè)計(jì)錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。PLC編程語(yǔ)言錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。程序梯形圖錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。主程序梯形圖錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。子程序梯形錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。中斷子程序梯形圖錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。程序設(shè)計(jì)語(yǔ)句錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。主程序語(yǔ)句表錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。子程序語(yǔ)句表錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。中斷程序語(yǔ)句表錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。人機(jī)界面設(shè)計(jì)錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。5系統(tǒng)調(diào)試錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。系統(tǒng)模擬調(diào)試錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。系統(tǒng)聯(lián)機(jī)調(diào)試錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。6總結(jié)錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。本設(shè)計(jì)的功能和優(yōu)點(diǎn)錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽本次設(shè)計(jì)的心得體會(huì)錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽致說(shuō)日錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽參考文獻(xiàn)錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。附錄I:程序58II第1章緒論傳統(tǒng)的配料混合設(shè)備的控制存在的問(wèn)題鑒于攪拌設(shè)備的廣泛應(yīng)用，隨著近年來(lái)工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，配料混合技術(shù)在上世紀(jì)60到80年代期間得到了迅猛發(fā)展，其重點(diǎn)主要是對(duì)于常規(guī)攪拌槳在低粘和高粘非牛頓均相體系、固液懸浮和氣液分散等非均相體系中的攪拌功耗、混合時(shí)間等宏觀量進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。長(zhǎng)期以來(lái)，雖然有大量設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和關(guān)聯(lián)式可用于分析和預(yù)測(cè)混合體系，但將攪拌反應(yīng)器從實(shí)驗(yàn)室規(guī)模直接放大到工業(yè)規(guī)模，仍是十分危險(xiǎn)的，至今仍然需要通過(guò)逐級(jí)放大來(lái)達(dá)到攪拌設(shè)備所要求的傳質(zhì)、傳熱和混合。這種方法不但耗費(fèi)巨額的資金和大量的人力物力，而且設(shè)計(jì)周期很長(zhǎng)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在工業(yè)高度發(fā)達(dá)的美國(guó)，化學(xué)工業(yè)由于攪拌反應(yīng)器設(shè)計(jì)不合理所造成的損失每年約為10—100億美元。因此，從更微觀更本質(zhì)的角度，例如采用先進(jìn)的測(cè)試手段和建立合理的數(shù)學(xué)模型，獲取攪拌槽中的速度場(chǎng)、溫度場(chǎng)和濃度場(chǎng)，不僅對(duì)開(kāi)發(fā)新型攪拌設(shè)備，而且對(duì)攪拌設(shè)備的優(yōu)化設(shè)計(jì)具有十分重要的經(jīng)濟(jì)意義，對(duì)放大和混合的基礎(chǔ)研究具有現(xiàn)實(shí)的理論意義。而對(duì)于攪拌設(shè)備的研究，除功率問(wèn)題外，有關(guān)攪拌的流體力學(xué)研究具有重要意義。這方面已做了許多工作，但尚需擴(kuò)大和深入。在液體中進(jìn)行攪拌時(shí)，攪拌器的功能不僅引起液體的整個(gè)運(yùn)動(dòng)，而且要在液體中產(chǎn)生湍動(dòng)，湍動(dòng)程度與攪拌器使液體旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的旋渦現(xiàn)象有密切關(guān)系。這些旋渦因經(jīng)常地互相撞擊和破裂，使液體受到劇烈的攪拌。由此可見(jiàn)在攪拌操作中，對(duì)于流體力學(xué)理論的研究是極其重要的。配料設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)用PLC來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)配料混合設(shè)備控制近代化學(xué)工業(yè)中，流動(dòng)的配料不再只是一些低粘度的牛頓型流體，許多高粘度流體也常常遇到，尤其是各種各樣的高分子溶液以及混有催化劑粒子的漿狀流體等非牛頓型流體的應(yīng)用日益廣泛。它們與通常的牛頓型流體具有不同的流動(dòng)特性，所以對(duì)于非牛頓型液體的研究是當(dāng)今的一個(gè)重要課題。對(duì)高粘度流體，特別是非牛頓型流體的攪拌傳熱的研究，也是近年來(lái)的一個(gè)方向。聚合釜的傳熱特性與其中所用的攪拌器的型式關(guān)系甚大。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。設(shè)備有大型化發(fā)展的趨勢(shì)，也需求攪拌設(shè)備大型化。如國(guó)外聚合釜的容積已由最初的8?40m3擴(kuò)大到60?100m3,最火的已達(dá)到140m3。采用大型聚臺(tái)釜可大大減少操作和檢修人員，有利于自動(dòng)化，減少投資，提高生產(chǎn)率，穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量。隨著容積的大型化，釜型逐漸由細(xì)長(zhǎng)型向矮胖型發(fā)展。而且采用底部攪拌的方式越采越多，多用三葉后掠式攪拌器。三葉后掠式攪拌器是目前大型聚合釜采用的一種較好攪拌器。因它排出量大，釜內(nèi)液相循環(huán)充分，每分鐘可達(dá)5?10次，能促使釜內(nèi)反應(yīng)均勻一致。攪拌也可以在管路中進(jìn)行，采用在管路中安裝裝置的辦法對(duì)氣-液系和液-液系進(jìn)行混合。例如采用噴射泵對(duì)水及醋酸丁酯進(jìn)行混合；在石油精制中，也采用使液體流過(guò)設(shè)置在管路中的銳孔板或擋板，以便使兩種液體進(jìn)行接觸。還有在管道中放入攪拌器的，即所謂管道攪拌?？梢?jiàn)，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展帶動(dòng)了攪拌應(yīng)用面的擴(kuò)大。攪拌技術(shù)的發(fā)展又使得攪拌設(shè)備大型化。為了提高攪拌的全自動(dòng)化和穩(wěn)定性能，就需要一個(gè)功能更強(qiáng)、性能更好的系統(tǒng)做支持。在本設(shè)計(jì)中我將引入PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)其攪拌控制功能。引入PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)其配料混合設(shè)備的控制功能本設(shè)計(jì)基于采用可編程序控制器（PLC）的設(shè)計(jì)方案，實(shí)現(xiàn)對(duì)配料混合攪拌的控制。以PLCS7-1200為主要控制器。根據(jù)攪拌設(shè)備的功能特性、運(yùn)作順序等，設(shè)計(jì)中可選用電磁閥、時(shí)間繼電器來(lái)實(shí)現(xiàn)液體的流入和時(shí)間上的延時(shí)，從而滿足其控制要求。根據(jù)控制要求，可以看出此程序是一個(gè)很典型的順序控制問(wèn)題。這樣就可以先按照攪拌設(shè)備的先后運(yùn)行順序畫(huà)出相應(yīng)的順序功能圖，然后在根據(jù)順序功能圖畫(huà)梯形圖，最后再用仿真軟件對(duì)其進(jìn)行調(diào)試仿真。第2章總體方案設(shè)計(jì)2.1總體方案論證就目前的現(xiàn)狀有以下幾種控制方式滿足系統(tǒng)的要求：繼電器控制系統(tǒng)、單片機(jī)控制、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)控制、可編程序控制器控制。1、繼電器控制系統(tǒng)控制功能是用硬件繼電器實(shí)現(xiàn)的。繼電器用接在控制電路中根據(jù)主電路中的電壓、電流、轉(zhuǎn)速、時(shí)間及溫度等參量變化而動(dòng)作，以實(shí)現(xiàn)電力拖動(dòng)裝置的自動(dòng)控制及保護(hù)。系統(tǒng)復(fù)雜，在控制過(guò)程中，如果某個(gè)繼電器損壞，都會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，查找和排除故障往往非常困難，雖然繼電器本身價(jià)格不太貴，但是控制柜的安裝接線工作量大，因此整個(gè)控制柜價(jià)格非常高，靈活性差，響應(yīng)速度慢。2、單片機(jī)控制單片機(jī)作為一個(gè)超大規(guī)模的集成電路，機(jī)構(gòu)上包括CPU、存儲(chǔ)器、定時(shí)器和多種輸入/輸出接口電路。其低功耗、低電壓和很強(qiáng)的控制功能，成為功控領(lǐng)域、尖端武器、日常生活中最廣泛的計(jì)算機(jī)之一。但是，單片機(jī)是一片集成電路，不能直接將它與外部I/O信號(hào)相連。要將它用于工業(yè)控制還要附加一些配套的集成電路和I/O接口電路，硬件設(shè)計(jì)、制作和程序設(shè)計(jì)的工作量相當(dāng)大。3、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)控制工控機(jī)采用總線結(jié)構(gòu)，各廠家產(chǎn)品兼容性強(qiáng)，有實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的支持，在要求快速、實(shí)用性強(qiáng)、功能復(fù)雜的領(lǐng)域中占優(yōu)勢(shì)。但工控機(jī)價(jià)格較高，將它用于開(kāi)關(guān)量控制有些大材小用。且其外部I/O接線一般都用于多芯扁平電纜和插頭、插座，直接從印刷電路板上引出，不如接線端子可靠。4、可編程序控制器控制可編程序控制器配備各種硬件裝置供用戶選擇，用戶不用自己設(shè)計(jì)和制作硬件裝置，只須確定可編程序控制器的硬件配置和設(shè)計(jì)外部接線圖，同時(shí)采用梯形圖語(yǔ)言編程，用軟件取代繼電器電器系統(tǒng)中的觸點(diǎn)和接線，通過(guò)修改程序適應(yīng)工藝條件的變化?？删幊炭刂破?PLC)從上個(gè)世紀(jì)70年代發(fā)展起來(lái)的一種新型工業(yè)控制系統(tǒng)，起初它主要是針對(duì)開(kāi)關(guān)量進(jìn)行邏輯控制的一種裝置，可以取代中間繼電器、時(shí)間繼電器等構(gòu)成開(kāi)關(guān)量控制系統(tǒng)。隨著30多年來(lái)微電子技術(shù)的不斷發(fā)展，PLC也通過(guò)不斷的升級(jí)換代大大增強(qiáng)了其功能?，F(xiàn)在PLC已經(jīng)發(fā)展成為不但具有邏輯控制功能、還具有過(guò)程控制功能、運(yùn)動(dòng)控制功能和數(shù)據(jù)處理功能、連網(wǎng)通訊功能等多種性能，是名符其實(shí)的多功能控制器。由PLC為主構(gòu)成的控制系統(tǒng)具有可靠性高、控制功能強(qiáng)大、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)，是目前工業(yè)自動(dòng)化的首選控制裝置。故選擇PLC來(lái)實(shí)施本次設(shè)計(jì)。PLC的基本功能：(1)開(kāi)關(guān)量的邏輯控制這是PLC最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺(tái)設(shè)備的控制，也可用于多機(jī)群控及自動(dòng)化流水線。如注塑機(jī)、印刷機(jī)、訂書(shū)機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。(2)運(yùn)動(dòng)控制PLC可以用于圓周運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)的控制，世界上各主要PLC廠家的產(chǎn)品幾乎都有運(yùn)動(dòng)控制功能，廣泛用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、電梯等場(chǎng)合。(3)閉環(huán)過(guò)程控制過(guò)程控制是指對(duì)溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。過(guò)程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場(chǎng)合有非常廣泛的應(yīng)用。(4)數(shù)據(jù)處理現(xiàn)代PLC具有數(shù)學(xué)運(yùn)算(含矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算卜數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。數(shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無(wú)人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過(guò)程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。(5)通信及聯(lián)網(wǎng)PLC通信含PLC間的通信及PLC與其它智能設(shè)備間的通信。隨著計(jì)算機(jī)控制的發(fā)展，工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展得很快，各PLC廠商都十分重視PLC的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的PLC都具有通信接口，通信非常方便。系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)思想1、可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。2、配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng)PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品?？梢杂糜诟鞣N規(guī)模的工業(yè)控制場(chǎng)合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。3、易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎PLC作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易，編程語(yǔ)言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語(yǔ)言的圖形符號(hào)與表達(dá)方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近，只用PLC的少量開(kāi)關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實(shí)現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計(jì)算機(jī)原理和匯編語(yǔ)言的人使用計(jì)算機(jī)從事工業(yè)控制打開(kāi)了方便之門(mén)。4、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造PLC用存儲(chǔ)邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及建造的周期大為縮短，同時(shí)維護(hù)也變得容易起來(lái)。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過(guò)改變程序改變生產(chǎn)過(guò)程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場(chǎng)合。5、體積小，重量輕，能耗低6、硬件配套齊全，擁護(hù)使用方便，適應(yīng)性強(qiáng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)變頻電機(jī)n恒速電機(jī)調(diào)節(jié)閥下料閥變頻電機(jī)n恒速電機(jī)調(diào)節(jié)閥下料閥系統(tǒng)原理圖如圖2,1所示液位

傳感器攪拌電機(jī)M3圖2.1系統(tǒng)原理圖1、固體配料A的給料控制方式與計(jì)量(1)配料A的給料量控制配料A是一種固體狀配料，在給料時(shí)要求給料控制設(shè)備能夠根據(jù)用料量的大小來(lái)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)。給料電機(jī)要求通過(guò)變頻調(diào)速實(shí)時(shí)改變喂料量的大小。變頻調(diào)速原理：變頻器的原理是將固定的交流電變成頻率連續(xù)可調(diào)的三相交流電。通常電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速表示no=6Of/p為：式中no為旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速，通常稱為同步轉(zhuǎn)速f為電流頻率；p為旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁極對(duì)數(shù)。當(dāng)頻率連續(xù)可調(diào)時(shí)，電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速也連續(xù)可調(diào)。又電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速也是連續(xù)可調(diào)的。變頻器就是通過(guò)改變電流的頻率來(lái)使電動(dòng)機(jī)調(diào)速的。(2)、配料A的計(jì)量方式采用壓力傳感器組成的電子皮帶秤的計(jì)量方式進(jìn)行配料A的計(jì)量。電子皮帶秤是一種連續(xù)輸送松散配料進(jìn)行自動(dòng)稱量的專用儀器，在我國(guó)各行

各業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。當(dāng)皮帶輸送配料時(shí)，稱重段上的配料重量通過(guò)皮帶稱量拖輾載臺(tái)作用于稱重傳感器，稱重傳感器將重量裝換成電信號(hào)，送入運(yùn)算器。運(yùn)算器將兩個(gè)電信號(hào)進(jìn)行積分運(yùn)算，從而得出配料重量累計(jì)值并顯示。運(yùn)算器的計(jì)算方法一般有積分法和累加法兩種數(shù)學(xué)模式。(3)、給料與計(jì)量的配合控制當(dāng)配料A下落到電子皮帶秤上時(shí)，通過(guò)給電子皮帶秤上的壓力傳感器確定一個(gè)配料量數(shù)值，然后通過(guò)配料下落到電子皮帶秤上秤得的數(shù)據(jù)與給定數(shù)值進(jìn)行比較得到一個(gè)給料信號(hào)，然后將這個(gè)給料信號(hào)傳送到PLC的A/D模擬量模塊中，通過(guò)PLC的D/A模擬量模塊來(lái)給給料電機(jī)上的變頻器一個(gè)控制信號(hào)，通過(guò)這個(gè)控制信號(hào)來(lái)調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而控制配料A的給了的大小。最后由電子皮帶秤將配料A輸送到攪拌器中。2、液體進(jìn)料量的控制方式與計(jì)量(1)配料B的給定量控制配料B是一種液體狀配料(如水)，在給料時(shí)要求給料控制設(shè)備能夠根據(jù)用料量的多少實(shí)時(shí)地調(diào)節(jié)。對(duì)于調(diào)節(jié)閥要求其可以通過(guò)調(diào)節(jié)閥開(kāi)度的大小，以改變配料B給予的多少。利用電動(dòng)調(diào)節(jié)閥來(lái)控制液體給量的裝置。由檢測(cè)流量的傳感器將檢測(cè)到的流量變化信號(hào)，經(jīng)交流電橋轉(zhuǎn)換成交流電信號(hào)，再經(jīng)過(guò)檢波、比較、調(diào)零、PI放大后，成為一個(gè)線性的液位信號(hào)。此信號(hào)與流量給定信號(hào)、閥位反饋信號(hào)進(jìn)行比較，經(jīng)比例運(yùn)算后輸出一個(gè)三位電信號(hào)(開(kāi)一停一關(guān))，控制調(diào)節(jié)閥上的執(zhí)行器。(2)配料B的計(jì)量常用的液體配料的計(jì)量方式有以下幾種：電磁流量計(jì)、計(jì)量泵、渦街流量計(jì)。鑒于電磁流量計(jì)的眾多優(yōu)點(diǎn)，本設(shè)計(jì)采用電磁流量計(jì)作為配料B的計(jì)量方式。(3)給料與計(jì)量的配合控制打開(kāi)電磁閥，原料B開(kāi)始進(jìn)料到攪拌機(jī)中，其料量的多少通過(guò)電磁流量計(jì)中的流量傳感器來(lái)測(cè)量。在測(cè)量時(shí)通過(guò)給流量計(jì)傳感器一個(gè)給定值(給定值由配料A和配料B的比例來(lái)定)和測(cè)量值進(jìn)行比較，將比較結(jié)果傳輸?shù)絇LC的A/D模擬量模塊中去，再通過(guò)PLC的D/A模擬量模塊將控制信號(hào)傳到電動(dòng)調(diào)節(jié)閥中，通過(guò)控制信號(hào)來(lái)控制電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度，從而達(dá)到控制配料B的進(jìn)量大小。3、混合設(shè)備的控制攪拌裝置中的混合裝置是通過(guò)一個(gè)恒速的三相M3來(lái)帶動(dòng)。配料A和配料B通過(guò)這一裝置達(dá)到混合均勻。4、控制方案(1)工藝流程的分析a.首先根據(jù)混合配料A和配料B的比例給電子皮帶秤中的秤重傳感器和電磁流量計(jì)一個(gè)給料信號(hào)。b.接通各個(gè)電氣設(shè)備電源后，電氣設(shè)備開(kāi)始工作，其中攪拌電機(jī)一直帶動(dòng)攪拌器工作。c.配料A輸送到變頻調(diào)速電機(jī)M1所帶動(dòng)的傳送帶上。通過(guò)M1帶動(dòng)的傳送帶把配料A送到帶有稱重傳感器的電子皮帶秤上，然后由帶有恒速電機(jī)的電子皮帶秤將配料A輸送到攪拌器中去。e.變頻調(diào)速電機(jī)M1的轉(zhuǎn)速大小由電子皮帶秤所帶的秤重傳感器所反饋的4—20mA電流信號(hào)通過(guò)PLC中的A/D和D/A模塊把反饋信號(hào)送到變頻器中去，通過(guò)這一反饋信號(hào)讓變頻器來(lái)調(diào)節(jié)M1電機(jī)的轉(zhuǎn)速，已達(dá)到調(diào)節(jié)配料A的給料量的目的。f.在輸送配料A的同時(shí)打開(kāi)電磁閥，配料B開(kāi)始向攪拌器中輸送。g.通過(guò)電磁流量計(jì)帶有的流量傳感器與給定值比較向PLC反饋一個(gè)4-20mA的電流信號(hào)，通過(guò)PLC中的A/D和D/A模塊把信號(hào)傳送到電動(dòng)調(diào)節(jié)閥中，通過(guò)這一信號(hào)控制調(diào)節(jié)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度，以達(dá)到調(diào)節(jié)配料B進(jìn)料大小的目的。h.將配料A和配料B輸送到攪拌器中后對(duì)其進(jìn)行攪拌。(2)控制流程控制過(guò)程電氣設(shè)備的啟動(dòng)順序?yàn)椋菏紫葐?dòng)攪拌電機(jī)M3;然后打開(kāi)電磁閥，接通配料A的輸送電機(jī)M1、電子皮帶秤、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、電磁流量計(jì)及PLC電源。通過(guò)電子皮帶秤和電磁流量計(jì)的反饋信號(hào)實(shí)時(shí)地調(diào)節(jié)M1電機(jī)和電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，以控制配料A和配料B的輸送量。第3章硬件設(shè)計(jì)3.1硬件系統(tǒng)構(gòu)成原理根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想，可以構(gòu)建如圖3.1所示的硬件系統(tǒng)框圖圖3.1硬件系統(tǒng)框圖其中：(1)控制模塊：控制模塊由各種開(kāi)關(guān)根據(jù)實(shí)際的開(kāi)關(guān)需要發(fā)出開(kāi)關(guān)量信號(hào)，使PLC根據(jù)相關(guān)開(kāi)關(guān)信號(hào)發(fā)出相關(guān)控制指令。本設(shè)計(jì)需要的開(kāi)關(guān)主要有手自動(dòng)裝換開(kāi)關(guān)、急停開(kāi)關(guān)、循環(huán)啟動(dòng)開(kāi)關(guān)、循環(huán)停止開(kāi)關(guān)、手動(dòng)送A配料開(kāi)關(guān)、手動(dòng)送B配料開(kāi)關(guān)、手動(dòng)攪拌開(kāi)關(guān)。(2)傳感器模塊：傳感器模塊主要是采集相關(guān)部位的動(dòng)態(tài)變化信號(hào)，輔助PLC完成相關(guān)過(guò)程的控制。本設(shè)計(jì)所用的傳感器主要有液位傳感器用于顯示攪拌器內(nèi)液位高度；稱重傳感器用于反饋配料A的量，從而控制配料A的量；電磁流量計(jì)用于計(jì)量配料B的量。(3)PLC:PLC是本設(shè)計(jì)中的主要控制元件，也是本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。(4)配料A的控制模塊：配料A的控制模塊主要有幾部分組成，變頻電機(jī)M1主要用于控制配料A的量；包速電機(jī)M2主要用于將配料A送入攪拌器。(5)配料B的控制模塊：配料B的控制模塊也有幾部分組成，下料閥Y1主要是將配料B送入下料管道，電動(dòng)調(diào)節(jié)閥主要用于控制配料B的量。(6)顯示模塊：主要是直觀的顯示攪拌器內(nèi)液位的高度。3.2硬件系統(tǒng)器件選型1、PLC機(jī)型選擇PLC機(jī)型選擇的基本原則是在滿足控制功能要求的前提下，保證系統(tǒng)工作可靠、維護(hù)使用方便及最佳的性能價(jià)格比。具體應(yīng)考慮的因素如下所述。(1)結(jié)構(gòu)合理對(duì)于工藝過(guò)程比較固定、環(huán)境條件較好、維修量較小的場(chǎng)合，選用整體式結(jié)構(gòu)的PLC;否則，選用模塊式結(jié)構(gòu)的PLC,配料混合控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)選用整體式結(jié)構(gòu)的PLC能夠達(dá)到要求。(2)功能強(qiáng)、弱適當(dāng)對(duì)于開(kāi)關(guān)量控制的工程項(xiàng)目，若控制速度要求不高，一般選用低檔的PLC,西門(mén)子公司的S7-1200系列機(jī)。(3)機(jī)型統(tǒng)一PLC的結(jié)構(gòu)分為整體式和模塊式兩種。整體式結(jié)構(gòu)把PLC的I/O和CPU放在一塊印刷電路板上，并封裝在一個(gè)殼體內(nèi)，省去了插接環(huán)節(jié)，因此體積小、價(jià)格便宜。但由于整體式結(jié)構(gòu)的PLC功能有限，只適用于控制要求比較簡(jiǎn)單的系統(tǒng)。一般大型的控制系統(tǒng)都使用模塊式結(jié)構(gòu)，這樣功能易擴(kuò)展，比整體式靈活。一個(gè)大型企業(yè)選用PLC時(shí)，盡量要做到機(jī)型統(tǒng)一。由于同一機(jī)型的PLC,其模塊可互為備用，以便備件的采購(gòu)和管理；另外，功能及編程方法統(tǒng)一，有利于技術(shù)人員的培訓(xùn)；其外部設(shè)備通用也有利于資源共享。若配備了上位計(jì)算機(jī)，可把各獨(dú)立系統(tǒng)的多臺(tái)PLC聯(lián)成一個(gè)多級(jí)分布式控制相互通信，集中協(xié)調(diào)管理。配料混合控制系統(tǒng)控制要求比較簡(jiǎn)單選擇整體式結(jié)構(gòu)的PLC(4)是否在線編程PLC的特點(diǎn)之一是使用靈活。當(dāng)被控設(shè)備的工藝過(guò)程改變時(shí)，只需用編程器重新修改程序，就能滿足新的控制要求，給生產(chǎn)帶來(lái)很大方便。PLC的編程分為離線編程和在線編程兩種。離線編程的PLC,其主機(jī)和編程器共用配料混合控制10系統(tǒng)采用離線編程PLC的環(huán)境適應(yīng)性由于PLC是直接用于工業(yè)控制的工業(yè)控制器，生產(chǎn)廠家都把它設(shè)計(jì)成能在惡劣的環(huán)境條件下可靠地工作。盡管如此，每種PLC都有自己的環(huán)境技術(shù)條件，用戶在選用時(shí)，特別是在設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)，對(duì)環(huán)境條件要進(jìn)行充分的考慮。一般PLC及其外部電路（I/O模塊、輔助電源等）都能在下列環(huán)境條件下可靠工作：溫度工作溫度0?55C,最高為60C儲(chǔ)存溫度-40C?+85C濕度相對(duì)濕度5%?95%（無(wú)凝結(jié)霜）振動(dòng)和沖擊滿足國(guó)際電工委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)電源交流200V,允許變化范圍為-15%?+15%,頻率為47?53Hz瞬間停電保持10ms環(huán)境周圍空氣不能混有可燃性、爆炸性和腐蝕性氣體對(duì)于需要應(yīng)用在特殊環(huán)境下的PLC,要根據(jù)具體的情況進(jìn)行合理的選擇。a.PLC容量選擇PLC容量包括兩個(gè)方面：一是I/O的點(diǎn)數(shù)；二是用戶存儲(chǔ)器的容量（字?jǐn)?shù)）。PLC容量的選擇除滿足控制要求外，還應(yīng)留有適當(dāng)?shù)脑Ａ?，以做備用。根?jù)經(jīng)驗(yàn)，在選擇存儲(chǔ)容量時(shí)，一般按實(shí)際需要的10%?25%考慮裕量。對(duì)于開(kāi)關(guān)量控制系統(tǒng),存儲(chǔ)器字?jǐn)?shù)為開(kāi)關(guān)量I/O乘以8;對(duì)于有模擬量控制功能的PLC,所需存儲(chǔ)器字?jǐn)?shù)為模擬內(nèi)存單元數(shù)乘以100o通常，一條邏輯指令占用存儲(chǔ)器一個(gè)字。計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、移位及算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳輸?shù)戎噶钫加么鎯?chǔ)器兩個(gè)字。各種指令占存儲(chǔ)器的字?jǐn)?shù)可查閱PLC產(chǎn)品使用手冊(cè)。I/O點(diǎn)數(shù)也應(yīng)留有適當(dāng)裕量。由于目前I/O點(diǎn)數(shù)較多的PLC價(jià)格也較高，若備用的I/O點(diǎn)的數(shù)量太多，將使成本增加。根據(jù)被控對(duì)象的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的總點(diǎn)數(shù)，并考慮到今后的調(diào)整和擴(kuò)充，通常I/O點(diǎn)數(shù)按實(shí)際需要的10%?15%考慮備用量。b.I/O模塊的選擇PLC是一種工業(yè)控制系統(tǒng)，它的控制對(duì)象是工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備或工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程，11它的工作環(huán)境是工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)。它與工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的聯(lián)系是通過(guò)I/O接口模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)的。通過(guò)I/O接口模塊可以檢測(cè)被控生產(chǎn)過(guò)程的各種參數(shù)，并以這些現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)作為控制器對(duì)被控制對(duì)象進(jìn)行控制的依據(jù)。同時(shí)控制器又通過(guò)I/O接口模塊將控制器的處理結(jié)果送給工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的被控設(shè)備，驅(qū)動(dòng)各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)控制。外部設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程中的信號(hào)電平各種各樣，各種機(jī)構(gòu)所需的信息電平也是各種各樣的，而PLC的CPU所處理的信息只能是標(biāo)準(zhǔn)電平，所以I/O接口模塊還需實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換。PLC從現(xiàn)場(chǎng)收集的信息及輸出給外部設(shè)備的控制信號(hào)都需經(jīng)過(guò)一定距離。為了確保這些信息的正確無(wú)誤，PLC的I/O接口模塊都具有較好的抗干擾能力。根據(jù)實(shí)際需要，PLC相應(yīng)有許多種I/O接口模塊，包括開(kāi)關(guān)量輸入模塊、開(kāi)關(guān)量輸出模塊、模擬量輸入模塊及模擬量輸出模塊，可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇使用。①確定I/O點(diǎn)數(shù)I/O點(diǎn)數(shù)的確定要充分的考慮到裕量，能方便地對(duì)功能進(jìn)行擴(kuò)展。對(duì)一個(gè)控制對(duì)象，由于采用不同的控制方法或編程水平不一樣，I/O點(diǎn)數(shù)就可能有所不同。②開(kāi)關(guān)量I/O標(biāo)準(zhǔn)的I/O接口用于同傳感器和開(kāi)關(guān)（如按鈕、限位開(kāi)關(guān)等）及控制（開(kāi)/關(guān)）設(shè)備（如指示燈、報(bào)警器、電動(dòng)機(jī)起動(dòng)器等）進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。典型的交流I/O信號(hào)為24?240V（AC）,直流I/O信號(hào)為5?24V（DC）。③選擇開(kāi)關(guān)量輸入模塊主要從下面兩方面考慮：一是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)輸入信號(hào)與PLC輸入模塊距離的遠(yuǎn)近來(lái)選擇電平的高低。一股24V以下屬于低電平，其傳輸距離不宜太遠(yuǎn)。如12V電壓模塊一般不超過(guò)10m,距離較遠(yuǎn)的設(shè)備選用較高電壓模塊比較可靠。二是高密度的輸入模塊，如32點(diǎn)輸入模塊，能允許同時(shí)接通的點(diǎn)數(shù)取決于輸入電壓和環(huán)境溫度。一般同時(shí)接通的點(diǎn)數(shù)不得超過(guò)總輸入點(diǎn)數(shù)的60%o④選擇開(kāi)關(guān)量輸出模塊時(shí)應(yīng)從以下三個(gè)方面來(lái)考慮：一是輸出方式選擇。輸出模塊有三種輸出方式：繼電器輸出、晶閘管輸出、晶體管輸出。其中，繼電器輸出價(jià)格便宜，使用電壓范圍廣，導(dǎo)通壓降小，承受瞬時(shí)過(guò)電壓和過(guò)電流的能力強(qiáng)，且有隔離作用。但繼電器有觸點(diǎn)，壽命較短，且響應(yīng)速度較慢，適用于動(dòng)作不頻繁的交/直流負(fù)載。當(dāng)驅(qū)動(dòng)電感性負(fù)載時(shí)，最大12開(kāi)閉頻率不得超過(guò)1Hz。晶閘管輸出(交流)和晶體管輸出(直流)都屬于無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)輸出，適用于通斷頻繁的感性負(fù)載。感性負(fù)載在斷開(kāi)瞬間會(huì)產(chǎn)生較高反電壓，必須采取抑制措施。二是輸出電流的選擇。模塊的輸出電流必須大于負(fù)載電流的額定值，如果負(fù)載電流較大，輸出模塊不能直接驅(qū)動(dòng)時(shí)，應(yīng)增加中間放大環(huán)節(jié)。對(duì)于電容性負(fù)載、熱敏電阻負(fù)載，考慮到接通時(shí)有沖擊電流，要留有足夠的余量。三是允許同時(shí)接通的輸出點(diǎn)數(shù)。在選用輸出點(diǎn)數(shù)時(shí)，不但要核算一個(gè)輸出點(diǎn)的驅(qū)動(dòng)能力，還要核算整個(gè)輸出模塊的滿負(fù)荷負(fù)載能力，即輸出模塊同時(shí)接通點(diǎn)數(shù)的總電流值不得超過(guò)模塊規(guī)定的最大允許電流值。c.電源模塊的選擇電源模塊的選擇一般只需考慮輸出電流。電源模塊的額定輸出電流必須大于處理器模塊、I/O模塊、專用模塊等消耗電流的總和。以下步驟為選擇電源的一般規(guī)則：⑴確定電源的輸入電壓；⑵將框架中每塊I/O模塊所需的總背板電流相加，計(jì)算出I/O模塊所需的總背板電流值；(3)I/O模塊所需的總背板電流值再加上以下各電流：①框架中帶有處理器時(shí)，則加上處理器的最大電流值；②當(dāng)框架中帶有遠(yuǎn)程適配器模塊或擴(kuò)展本地I/O適配器模塊時(shí)，應(yīng)加上其最大電流值。(4)如果框架中留有空槽用于將來(lái)擴(kuò)展時(shí)，可做以下處理；列出將來(lái)要擴(kuò)展的I/O模塊所需的背板電流；將所有擴(kuò)展的I/O模塊的總背板電流值與步驟(5)在框架中是否有用于電源的空槽，否則將電源裝到框架的外面。(6)根據(jù)確定好的輸入電壓要求和所需的總背板電流值，從用戶手冊(cè)中選擇合適的電源模塊。需要，還要力爭(zhēng)最佳的性價(jià)比。具體應(yīng)考隨著PLC技術(shù)的發(fā)展，PLC產(chǎn)品的種類越來(lái)越多，而且功能也日益完善。PLC的種類繁多，其結(jié)構(gòu)、性能、容量、指令系統(tǒng)、編程方式、價(jià)格等各有不同，當(dāng)然使用場(chǎng)合也有所不同。因此選擇合理的PLC對(duì)提高PLC控制系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)意義重大。13因此在選擇機(jī)型時(shí)不僅要滿足其功能要求及維護(hù)等方面的慮：(1)合理的結(jié)構(gòu)形式(2)安裝方式的選擇(3)相當(dāng)?shù)墓δ芤?4)系統(tǒng)可靠性的要求綜合了輸入輸出(I/O)點(diǎn)數(shù)、存儲(chǔ)器容量、各項(xiàng)控制功能和機(jī)型的考慮以及性價(jià)比等各方面的因素，在此我為該系統(tǒng)設(shè)計(jì)選擇了S7-1200CPU224PLC一臺(tái)。狀態(tài)顯小存儲(chǔ)器k一狀態(tài)顯小存儲(chǔ)器k一通信「頂部端子盅電源及輸出端子前蓋方式開(kāi)關(guān)電位帶，獷屣I/O連接底部端子蓋輸入端子、傳感器電源圖3.2S7-1200PLCCPU的外形模型圖S7-1200有5種CPU模塊、6個(gè)有12種工作方式的高速計(jì)數(shù)器和兩點(diǎn)高速計(jì)數(shù)器/和脈沖寬度調(diào)制器、直接讀寫(xiě)的模擬量I/O模塊、先進(jìn)的程序結(jié)構(gòu)、靈活方便的尋址方式以及程序化的PID編程控制。強(qiáng)大的通訊功能，它支持多種通信協(xié)議。價(jià)格是它在所有品牌在同一功能區(qū)內(nèi)很有競(jìng)爭(zhēng)力的。最重要的是它還提供了完善的的網(wǎng)上支持。這些都為實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供很好的條件和方便。2、變頻器的選擇正確選擇通用型變頻器對(duì)于傳動(dòng)系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行時(shí)至關(guān)重要的，首先要明確使用通用變頻器的目的，按照生產(chǎn)機(jī)械的類型、調(diào)速范圍、速度響應(yīng)和控制精度、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩等要求，充分了解變頻器所驅(qū)動(dòng)負(fù)載特性，決定采用什么功能的通用變頻器構(gòu)成控制系統(tǒng)，然后決定選用哪種控制方式最合適。所選用的通用變頻器應(yīng)是既滿足生產(chǎn)工藝要求，又要在技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)上合理。若對(duì)通用變頻器選型、系統(tǒng)設(shè)計(jì)及使用不當(dāng)，往往會(huì)使通用變頻器不能正常的運(yùn)行、達(dá)不到預(yù)期目標(biāo)，甚至引發(fā)設(shè)備故障，造成不必要的損失。另外，為了確保通用變頻器長(zhǎng)期可靠的運(yùn)行，變頻器的地線的連接也是非常重要的。14變頻器在調(diào)速系統(tǒng)中的優(yōu)點(diǎn)：(1)控制電機(jī)的啟動(dòng)電流；(2)降低電力線路的電壓波動(dòng)；(3)啟動(dòng)時(shí)需要的功率更低；(4)可控的加速功能；(5)可調(diào)的運(yùn)行速度；(6)可調(diào)的轉(zhuǎn)矩極限；(7)受控的停止方式；(8)節(jié)能；(9)可逆運(yùn)行控制；(10)減少機(jī)械傳動(dòng)部件。a.變頻調(diào)速原理變頻調(diào)速是通過(guò)改變電機(jī)定子繞組供電的頻率來(lái)達(dá)到調(diào)速的目的。n=60f(1-s)/p對(duì)于成品電機(jī)，其磁極對(duì)數(shù)p已經(jīng)確定，轉(zhuǎn)差率s變化不大，故電機(jī)的轉(zhuǎn)速n與電源的頻率f成正比，因此改變輸入電源的頻率就可以改變電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速，進(jìn)而達(dá)到異步電機(jī)的調(diào)試目的。b.變頻器的工作原理變頻器的工作原理是把市電(380V、50Hz)通過(guò)整流器變成平滑直流，然后利用半導(dǎo)體器件(GTO、GTR或IGBT)組成的三相逆變器，將直流電變成可變電壓和可變頻率的交流電。在本系統(tǒng)中，選用了由西門(mén)子生產(chǎn)的變頻器MM4200(3)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的選擇電動(dòng)調(diào)節(jié)閥是直接用來(lái)控制流體流量的裝置，主要是由相互隔離的電氣部分和齒輪傳動(dòng)部分組成，電機(jī)作為連接兩個(gè)隔離部分的中間部件。電機(jī)按控制要求輸出轉(zhuǎn)矩，通過(guò)多級(jí)正齒輪傳遞到梯形絲桿上，梯形絲桿通過(guò)螺紋變換轉(zhuǎn)矩為推力。因此梯形螺桿通過(guò)自鎖的輸出軸將直線行程傳遞到閥桿。執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出軸帶有一個(gè)防止傳動(dòng)的止轉(zhuǎn)環(huán)，輸出軸的徑向鎖定裝置也可以做動(dòng)位置指示器。輸出15軸止動(dòng)環(huán)上連有一個(gè)旗桿，旗桿隨輸出軸同步運(yùn)行，通過(guò)與旗桿連接的齒條板將輸出軸位移轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，提供給智能控制板作為比較信號(hào)和閥位反饋輸出。同時(shí)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的行程也可由齒條板上的兩個(gè)主限位開(kāi)關(guān)開(kāi)限制，并由兩機(jī)械限位保護(hù)。執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作原理電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)是以電動(dòng)機(jī)為驅(qū)動(dòng)源、以直流電流為控制及反饋信號(hào)，原理方塊圖如圖3所示。當(dāng)控制器的輸入端有一個(gè)信號(hào)輸入時(shí)，此信號(hào)與位置信號(hào)進(jìn)行比較，當(dāng)兩個(gè)信號(hào)的偏差值大于規(guī)定的死區(qū)時(shí)，控制器產(chǎn)生功率輸出，驅(qū)動(dòng)伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)使減速器的輸出軸朝減小這一偏差的方向轉(zhuǎn)動(dòng)，直到偏差小于死區(qū)為止。此時(shí)輸出軸就穩(wěn)定在與輸入信號(hào)相對(duì)應(yīng)的位置上。位置反饋一圖3.3電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作原理控制器結(jié)構(gòu)控制器由主控電路板、傳感器、帶LED操作按鍵、分相電容、接線端子等組成。智能伺服放大器以專用單片微處理器為基礎(chǔ)，通過(guò)輸入回路把模擬信號(hào)、閥位電阻信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，微處理器根據(jù)采樣結(jié)果通過(guò)人工智能控制軟件后，顯示結(jié)果及輸出控制信號(hào)。16

速狀態(tài)信號(hào)EIA轉(zhuǎn)換A-D轉(zhuǎn)換CPUA8轉(zhuǎn)換光也暗勒一擰制信匕功率驅(qū)動(dòng)速狀態(tài)信號(hào)EIA轉(zhuǎn)換A-D轉(zhuǎn)換CPUA8轉(zhuǎn)換光也暗勒一擰制信匕功率驅(qū)動(dòng)位置反饋_圖3.4智能控制器組成結(jié)構(gòu)本設(shè)計(jì)選用ZDSN型電子式電動(dòng)雙調(diào)節(jié)閥。4、液位傳感器的選擇在攪拌過(guò)稱中對(duì)攪拌器內(nèi)的液位高度要時(shí)刻的關(guān)注，本次設(shè)計(jì)選用靜壓式液位變送器，靜壓投入式液位變送器（液位計(jì)）適用于石油化工、冶金、電力、制藥、供排水、環(huán)保等系統(tǒng)和行業(yè)的各種介質(zhì)的液位測(cè)量。精巧的結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)單的調(diào)校和靈活的安裝方式為用戶輕松地使用提供了方便。4?20mA、0?5v、0?10mA而準(zhǔn)信號(hào)輸出方式由用戶根據(jù)需要任選。n利用流體靜力學(xué)原理測(cè)量液位，是壓力傳感器的一項(xiàng)重要應(yīng)用。采用特種的中間帶有通氣導(dǎo)管的電纜及專門(mén)的密封技術(shù)，既保證了傳感器的水密性，又使得參考?jí)毫η慌c環(huán)境壓力相通，從而保證了測(cè)量的高精度和高穩(wěn)定性。用靜壓測(cè)量原理：當(dāng)液位變送器投入到被測(cè)液體中某一深度時(shí)，傳感器迎液面受到的壓力公式為：P=*g*H+Po式中：P：變送器迎液面所受壓力P：被測(cè)液體密度g:當(dāng)?shù)刂亓铀俣萈o:液面上大氣壓H:變送器投入液體的深度17同時(shí)，通過(guò)導(dǎo)氣不銹鋼將液體的壓力引入到傳感器的正壓腔，再將液面上的大氣壓Po與傳感器的負(fù)壓腔相連，以抵消傳感器背面的Po,使傳感器測(cè)得壓力為：聲g*H,顯然,通過(guò)測(cè)取壓力P,可以得到液位深度。功能特點(diǎn)：穩(wěn)定性好，滿度、零位長(zhǎng)期穩(wěn)定性可達(dá)0.1%FS/年。在補(bǔ)償溫度0?70C范圍內(nèi)，溫度飄移低于0.1%FS,在整個(gè)允許工作溫度范圍內(nèi)低于0.3%FS。具有反向保護(hù)、限流保護(hù)電路，在安裝時(shí)正負(fù)極接反不會(huì)損壞變送器，異常時(shí)送器會(huì)自動(dòng)限流在35MA以內(nèi)。固態(tài)結(jié)構(gòu)，無(wú)可動(dòng)部件，高可靠性，使用壽命長(zhǎng)。安裝方便、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)耐用。本次設(shè)計(jì)可選用SS.45-HSP-100?靜壓式液位變送器。5、電子皮帶秤的選擇電子皮帶秤由承重裝置、稱重傳感器、速度傳感器和稱重顯示器組成。稱重時(shí)，承重裝置將皮帶上配料的重力傳遞到稱重傳感器上，稱重傳感器即輸出正比于配料重力的電壓（mV）信號(hào)，經(jīng)放大器放大后送模/數(shù)轉(zhuǎn)換器變成數(shù)字量A,送到運(yùn)算器；配料速度輸入速度傳感器后，速度傳感器即輸出脈沖數(shù)B,也送到運(yùn)算器；運(yùn)算器對(duì)A、B進(jìn)行運(yùn)算后，即得到這一測(cè)量周期的配料量。對(duì)每一測(cè)量周期進(jìn)行累計(jì)，即可得到皮帶上連續(xù)通過(guò)的配料總量。ICS-ST4型電子皮帶稱使用最廣泛的皮帶秤。電子皮帶秤稱重橋架安裝于輸送機(jī)架上，當(dāng)配料經(jīng)過(guò)時(shí)，計(jì)量托輾檢測(cè)到皮帶機(jī)上的配料重量通過(guò)杠桿作用于稱重傳感器，產(chǎn)生一個(gè)正比于皮帶載荷的電壓信號(hào)。速度傳感器直接連在大直徑測(cè)速滾筒上，提供一系列脈沖，每個(gè)脈沖表示一個(gè)皮帶運(yùn)動(dòng)單元，脈沖的頻率正比于皮帶速度。稱重儀表從稱重傳感器和速度傳感器接收信號(hào)，通過(guò)積分運(yùn)算得出一個(gè)瞬時(shí)流量值和累積重量值，并分別顯示出來(lái)。配料重力的傳遞途經(jīng)為：輸送帶一稱重托輾一托輾支架一稱量臺(tái)一稱重傳感器。而在輸送機(jī)式皮帶秤中，配料重力的傳遞途經(jīng)為：輸送帶一托輾與滾筒一輸送機(jī)架一稱重傳感器。18本次設(shè)計(jì)也可選用常用的ICS-ST4型電子皮帶秤。6、電動(dòng)機(jī)選型(1)變頻電機(jī)M1選型根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，本設(shè)計(jì)選用BPY系列三相交流異步電動(dòng)機(jī)。BPY系列三相交流變頻調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)是我國(guó)吸取國(guó)外產(chǎn)品技術(shù)，在廣泛調(diào)研和收集國(guó)內(nèi)有關(guān)資料的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)成功的最新產(chǎn)品，它具有噪聲小、振動(dòng)小、調(diào)速范圍廣、運(yùn)用可靠、維修方便等優(yōu)點(diǎn)，可與國(guó)內(nèi)外各類變頻器配套使用，有助于節(jié)能和實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。BPY系列三相交流變頻調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)采用我國(guó)研制開(kāi)發(fā)的VVVF變頻調(diào)速電機(jī)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)程序和CAD技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，是電機(jī)在低速運(yùn)行時(shí)具有較高的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，能在1:10范圍內(nèi)做包轉(zhuǎn)矩運(yùn)行，且運(yùn)行平穩(wěn)，無(wú)轉(zhuǎn)矩爬升現(xiàn)象。在高速運(yùn)行時(shí)，具有較高的過(guò)載能力，保證電機(jī)包功率輸出。電機(jī)采用單獨(dú)的軸抽風(fēng)機(jī)強(qiáng)迫通風(fēng)，確保在不同的轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)具有良好的冷卻效果。該電機(jī)絕緣可靠、性能優(yōu)良，對(duì)電磁線、侵漬漆等主要的絕緣材料，采取先進(jìn)的介電分析法進(jìn)行質(zhì)量控制，并在絕緣處理過(guò)程中采用動(dòng)態(tài)介電測(cè)量，控制侵器烘焙過(guò)程，保證了電機(jī)絕緣質(zhì)量穩(wěn)定可靠，并對(duì)變頻器高載波頻率引起的過(guò)電壓具有很強(qiáng)的適應(yīng)能力，同時(shí)還可根據(jù)用戶的需求設(shè)置計(jì)算機(jī)控制接口，有助于實(shí)現(xiàn)調(diào)速系統(tǒng)的自動(dòng)化控制，也可以在非軸伸端裝置制動(dòng)器，便于快速制動(dòng)。BPY系列三相交流變頻調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)，廣泛用于機(jī)床、紡織、化工、冶金、工業(yè)洗衣機(jī)等行業(yè)的恒轉(zhuǎn)矩和恒功率調(diào)速及風(fēng)機(jī)水泵等場(chǎng)合的節(jié)能調(diào)速。本設(shè)計(jì)所用的電機(jī)M1也可選用BPY系列電動(dòng)機(jī)。(2)本設(shè)計(jì)所用電動(dòng)機(jī)M2和M3可選用三相鼠籠異步電動(dòng)機(jī)三相異步電動(dòng)機(jī)。它主要由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成，定、轉(zhuǎn)子之間是氣隙。轉(zhuǎn)子繞組是用作產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)、并產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩的，它分鼠籠式和繞線式兩種。鼠籠式轉(zhuǎn)子繞組是自己短路的繞組，在轉(zhuǎn)子在每個(gè)槽中放有一根導(dǎo)體(材料為銅或鋁)，導(dǎo)體比鐵芯長(zhǎng)，在鐵芯兩端用兩個(gè)端環(huán)將導(dǎo)體短接，形成短路繞組。若將鐵芯去掉，剩下的繞組形狀似松鼠籠子，故稱鼠籠式繞組。鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易、成本低、運(yùn)行維護(hù)方便，它被廣泛地應(yīng)用在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，作為電力拖動(dòng)的原動(dòng)機(jī)。19它的缺點(diǎn)是調(diào)速性能差，啟動(dòng)力矩較小，因此在一些要求平滑調(diào)速和啟動(dòng)力矩很大的場(chǎng)合常用其他類型電動(dòng)機(jī)來(lái)完成。本次設(shè)計(jì)M2、M3電動(dòng)機(jī)可選用型號(hào)：YLZ系列三相鼠籠異步電動(dòng)機(jī)。7、電磁流量計(jì)選型電磁流量計(jì)是根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律進(jìn)行流量測(cè)量的流量計(jì)。電磁流量計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是壓損極小，可測(cè)流量范圍大。最大流量與最小流量的比值一般為20:1以上，適用的工業(yè)管徑范圍寬，最大可達(dá)3m,輸出信號(hào)和被測(cè)流量成線性，精確度較高，可測(cè)量電導(dǎo)率》1ps/cmfi酸、堿、鹽溶液、水、污水、腐蝕性液體以及泥漿、礦漿的流體流量。但它不能測(cè)量氣體、蒸汽以及純凈水的流量。[1]當(dāng)導(dǎo)體在磁場(chǎng)中作切割磁力線運(yùn)動(dòng)時(shí)，在導(dǎo)體中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，感應(yīng)電勢(shì)的大小與導(dǎo)體在磁場(chǎng)中的有效長(zhǎng)度及導(dǎo)體在磁場(chǎng)中作垂直于磁場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng)的速度成正比。同理，導(dǎo)電流體在磁場(chǎng)中作垂直方向流動(dòng)而切割磁感應(yīng)力線時(shí)，也會(huì)在管道兩邊的電極上產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)。感應(yīng)電勢(shì)的方向由右手定則判定，感應(yīng)電勢(shì)的大小由下式確定：Ex=BDv式中Ex—感應(yīng)電勢(shì)，V;B—磁感應(yīng)強(qiáng)度，TD一管道內(nèi)徑，mv一液體的平均流速，m/s然而體積流量qv等于流體的流速v與管道截面積（冗D2）/4乘積，將式（1）代入該式得：Qv=（兀D/4B）*Ex由上式可知，在管道直徑D己定且保持磁感應(yīng)強(qiáng)度B不變時(shí)，被測(cè)體積流量與感應(yīng)電勢(shì)呈線性關(guān)系。若在管道兩側(cè)各插入一根電極，就可引入感應(yīng)電勢(shì)Ex,測(cè)量此電勢(shì)的大小，就可求得體積流量。本次設(shè)計(jì)可以選用LD系列智能電磁流量計(jì)。3.3硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)根據(jù)控制方案的要求配料A和配料B要用到S7-1200的PID控制指令。下面分別對(duì)配料A和配料B的控制方式進(jìn)行設(shè)計(jì)。PID控制就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，20利用比例、積分、微分計(jì)算出控制量來(lái)進(jìn)行控制。當(dāng)被控對(duì)象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時(shí)、控制理論的其他技術(shù)難以采用時(shí)，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試來(lái)確定，這是應(yīng)用PID控制技術(shù)最為方便。即使我們不完全了解一個(gè)系統(tǒng)和被控對(duì)象，或不能不能通過(guò)有效的測(cè)量手段來(lái)獲得系統(tǒng)參數(shù)時(shí)，最適合采用PID控制技術(shù)?？刂葡到y(tǒng)一般包括開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)，開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)是指被控對(duì)象輸出對(duì)控制器的輸出沒(méi)有影響，在這中控制系統(tǒng)不依賴將被控制量反送回來(lái)已形成任何的閉環(huán)回路。閉環(huán)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是系統(tǒng)被控對(duì)象會(huì)反送回來(lái)影響控制器的輸出，形成一個(gè)或多個(gè)閉環(huán)，閉環(huán)控制系統(tǒng)有正反饋和負(fù)反饋，若反饋信號(hào)與系統(tǒng)給定值信號(hào)相反則稱為負(fù)反饋；若極性相同則成為正反饋。一般控制系統(tǒng)均采用負(fù)反饋，又稱為負(fù)反饋控制系統(tǒng)。可見(jiàn)，閉環(huán)控制系統(tǒng)性能遠(yuǎn)優(yōu)于開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)變頻電機(jī)M1的控制可采用閉環(huán)控制系統(tǒng)，其控制框圖如圖3.5所示。PID控制器的參數(shù)整定是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容。他是根據(jù)被控過(guò)程的特性，確定PID控制器的比例參數(shù)、積分時(shí)間和微分時(shí)間的大小。PID控制器參數(shù)整定的方法很多，概括起來(lái)有如下兩類：一理論計(jì)算整定法.它主要依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，經(jīng)過(guò)理論計(jì)算確定控制器參數(shù)。這種方法所得到的的計(jì)算數(shù)據(jù)未必可以直接使用，還必須經(jīng)過(guò)工程實(shí)際進(jìn)行調(diào)整和修改。二是工程整定法。它主要依據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，直接在控制系統(tǒng)試樣中進(jìn)行，且方法簡(jiǎn)單、易于掌握，在工程實(shí)際中被廣泛應(yīng)用。PID控制器的工程整定方法，主要有臨界比例法、反應(yīng)曲線法和衰減法。這三種方法各有其特點(diǎn)，其中共同點(diǎn)都是通過(guò)試驗(yàn)，然后按照工程經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)控制器參數(shù)進(jìn)行整定。但無(wú)論采用哪一種方法所得到的的控制器參數(shù)，都需要在實(shí)際中進(jìn)行最后的整定與完善?，F(xiàn)在一般采用臨界比例法。利用該方法進(jìn)行PID控制器參數(shù)的整定步驟如下：(1)首先與選擇一個(gè)足夠短的采樣周期讓系統(tǒng)工作。(2)僅加入比列控制環(huán)節(jié)，直到系統(tǒng)對(duì)輸入的階躍響應(yīng)出現(xiàn)臨界振蕩，記下這時(shí)的比例放大系數(shù)和臨界振蕩周期。21(3)在一定的控制度下通過(guò)公式計(jì)算得到PID控制器的參數(shù)。PID控制器的主要優(yōu)點(diǎn)PID控制器成為應(yīng)用最廣泛的控制器，它具有以下優(yōu)點(diǎn)：PID算法蘊(yùn)含了動(dòng)態(tài)控制過(guò)程中過(guò)去、現(xiàn)在、將來(lái)的主要信息，而且其配置幾乎最優(yōu)。其中，比列(P)代表了當(dāng)前的信息，起糾正偏差的作用，是過(guò)程反應(yīng)迅速。微分(D)在信號(hào)變化時(shí)有超前控制作用，代表將來(lái)的信息。在過(guò)程開(kāi)始是強(qiáng)迫過(guò)程進(jìn)行，過(guò)稱結(jié)束時(shí)減小超調(diào)，克服振蕩，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，加快系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程。積分(I)代表了過(guò)去積累的信息，他能消除靜差，改善系統(tǒng)的靜態(tài)特性。此三種作用配合得當(dāng)，可是動(dòng)態(tài)過(guò)程快速、平穩(wěn)、準(zhǔn)確，收到良好的效果。PID控制適應(yīng)性好，有較強(qiáng)的魯棒性，對(duì)各種工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)合，都可以在不同的程度上應(yīng)用。特別適于?階慣性環(huán)節(jié)+純滯后”和上階慣性環(huán)節(jié)+純滯后”的過(guò)程控制對(duì)象。PID算法簡(jiǎn)單明了，各控制參數(shù)相對(duì)較為獨(dú)立，參加的選定較為簡(jiǎn)單，形成了完整的設(shè)計(jì)和參數(shù)調(diào)整方法，很容易為工程技術(shù)人員所掌握。PID控制根據(jù)不同的控制要求，針對(duì)自身的缺陷進(jìn)行了不少改進(jìn)，形成了一些列改進(jìn)的PID算法。例如，為了克服微分帶來(lái)的高頻干擾的濾波PID控制，為了克服大偏差是出現(xiàn)飽和超調(diào)的PID積分分離控制，為了補(bǔ)償控制對(duì)象非線性因素的可變?cè)鲆鍼ID控制等。這些改進(jìn)算法在一些應(yīng)用場(chǎng)合取得了很好的效果。同時(shí)當(dāng)今智能控制理論的發(fā)展，又形成了許多智能PID控制方法。PID算法PLC的PID控制器設(shè)計(jì)是以連續(xù)系統(tǒng)PID控制規(guī)律為基礎(chǔ)，經(jīng)采樣將其數(shù)字化寫(xiě)成離散形式PID控制方程，再根據(jù)離散方程進(jìn)行控制程序設(shè)計(jì)。典型的PID算法包括3項(xiàng)，比例項(xiàng)、積分項(xiàng)和微分項(xiàng)。即：輸出=比例項(xiàng)+積分項(xiàng)+微分項(xiàng)。計(jì)算機(jī)在周期性地采樣并離散化后進(jìn)行PID運(yùn)算，算法如下：Mn=Kc*(SPn-PVn)+Kc*(Ts/Ti)*(SPn-PVn)+Mx+Kc*(Td/Ts)*(PVn-1-PVn)比例項(xiàng)Kc*(SPn-PVn):能及時(shí)地產(chǎn)生與偏差(SPn-PVn)成正比的調(diào)節(jié)作用，比例系數(shù)Kc越大，比例調(diào)節(jié)作用越強(qiáng)，系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定精度越高，但Kc過(guò)大會(huì)使系統(tǒng)的輸出量振蕩加劇，穩(wěn)定性降低。22積分項(xiàng)Kc*(Ts/Ti)*(SPn-PVn)+Mx:與偏差有關(guān)，只要偏差不為0,PID控制的輸出就會(huì)因積分作用而不斷變化，直到偏差消失，系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)，所以積分的作用是消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高控制精度，但積分的動(dòng)作較慢，給系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定帶來(lái)不良影響，很少單獨(dú)使用。積分時(shí)間常數(shù)Ti增大，積分作用越強(qiáng)，消除穩(wěn)態(tài)誤差的速度減慢。微分項(xiàng)Kc*(Td/Ts)*(PVn-1-PVn):根據(jù)誤差變化的速度(即誤差的微分)進(jìn)行調(diào)節(jié)，具有超前和預(yù)測(cè)的特點(diǎn)。微分時(shí)間常數(shù)Td增大時(shí)，超調(diào)量減少，動(dòng)態(tài)性能得到改善，但Td過(guò)大，系統(tǒng)輸出量在接近穩(wěn)態(tài)時(shí)可能上升緩慢。許多控制系統(tǒng)內(nèi)，可能只需要P、I、D中的一種或兩種控制類型。如可能只要求比例控制或比例與積分控制，通過(guò)設(shè)置參數(shù)可對(duì)回路進(jìn)行控制類型進(jìn)行選擇。1、配料A的控制方式：配料A是固態(tài)配料，從料斗下來(lái)落到傳送帶1上，傳送帶1是由變頻電機(jī)M1驅(qū)動(dòng)的，當(dāng)配料A下落到電子皮帶秤上時(shí)，通過(guò)給電子皮帶秤上的壓力傳感器確定一個(gè)配料量數(shù)值，然后通過(guò)配料下落到電子皮帶秤上秤得的數(shù)據(jù)與給定數(shù)值進(jìn)行比較得到一個(gè)給料信號(hào)，然后將這個(gè)給料信號(hào)傳送到PLC的A/D模擬量模塊中，通過(guò)PLC的D/A模擬量模塊來(lái)給給料電機(jī)上的變頻器一個(gè)控制信號(hào)，通過(guò)這個(gè)控制信號(hào)來(lái)調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而控制配料A的給了的大小。最后由電子皮帶秤將配料A輸送到攪拌器中。變頻調(diào)速電機(jī)M1的轉(zhuǎn)速大小由電子皮帶秤所帶的秤重傳感器所反饋的4—20mA電流信號(hào)通過(guò)PLC中的A/D和D/A模塊把反饋信號(hào)送到變頻器中去，通過(guò)這一反饋信號(hào)讓變頻器來(lái)調(diào)節(jié)M1電機(jī)的轉(zhuǎn)速，已達(dá)到調(diào)節(jié)配料A的給料量的目的。調(diào)速電機(jī)M1的控制方式可選用閉環(huán)控制方式，控制結(jié)構(gòu)框圖如圖3.5所示：給定量23

圖3.5變頻電機(jī)M1控制框圖其硬件接線圖如圖3.5所示：本系統(tǒng)采用PLC的PID控制功能實(shí)現(xiàn)對(duì)變頻電機(jī)M1轉(zhuǎn)速的實(shí)時(shí)控制。2、配料B的控制方式原料B是液體，打開(kāi)電磁閥，原料B開(kāi)始進(jìn)料到攪拌機(jī)中，具料量的多少通過(guò)電磁流量計(jì)中的流量傳感器Q來(lái)測(cè)量。在測(cè)量時(shí)通過(guò)給流量計(jì)傳感器一個(gè)給定值（給定值由配料A和配料B的比例來(lái)定）和測(cè)量值進(jìn)行比較，將比較結(jié)果傳輸?shù)絇LC的A/D模擬量模塊中去，再通過(guò)PLC的D/A模擬量模塊將控制信號(hào)傳到電動(dòng)調(diào)節(jié)閥中，通過(guò)控制信號(hào)來(lái)控制電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度，從而達(dá)到控制配料B的進(jìn)量大小。24V24VOO0V1M[0.0[0,11L+1M0VDINILIS7-200CPU224L2MM4400V。

24W

peQ-LML+EM232VOMOVOL-EM231MOAIN-AIN-ov24V24VOO0V1M[0.0[0,11L+1M0VDINILIS7-200CPU224L2MM4400V。

24W

peQ-LML+EM232VOMOVOL-EM231MOAIN-AIN-ov圖3.6變頻電機(jī)M1接線圖對(duì)原料B的控制主要通過(guò)對(duì)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)，其控制框圖如圖3.724

in里圖in里圖3.7電動(dòng)調(diào)節(jié)閥控制框圖該控制構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)，同配料A的控制模式一樣也采用PLC的PID控制方式實(shí)現(xiàn)對(duì)配料B量的實(shí)時(shí)控制。電動(dòng)調(diào)節(jié)閥與PLC的連接方式見(jiàn)圖3.8所示：PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)根據(jù)系統(tǒng)的要求，保證操作人員的現(xiàn)場(chǎng)控制能力，設(shè)計(jì)竽動(dòng)”和自動(dòng)”兩種控制方式裝換。本次選用S7-1200CPU224PLC,研制了一套符合攪拌系統(tǒng)生產(chǎn)工藝要求的PLC控制裝置。充分利用PLC本身資源，大大減少設(shè)備故障和設(shè)備的占地面積，充分發(fā)揮系統(tǒng)的高性能。1M10,010.5M_LEM231Ml■CWQ0.4L1L2S7-200CPU224A[\"L+EM232VIAIN-VL電參海*￡1"DIN1J71M10,010.5M_LEM231Ml■CWQ0.4L1L2S7-200CPU224A[\"L+EM232VIAIN-VL電參海*￡1"DIN1J7圖3.8電動(dòng)調(diào)節(jié)閥與PLC的連接按系統(tǒng)的要求，系統(tǒng)控制開(kāi)關(guān)按鈕包括手動(dòng)/自動(dòng)裝換開(kāi)關(guān)、急停按鈕、手25動(dòng)下料和輸送開(kāi)關(guān)等。為便于整個(gè)工藝流程操作管理的集中，在自動(dòng)控制時(shí)，設(shè)計(jì)了即可在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行近地啟動(dòng)“與停止”，共有4個(gè)按鈕。止匕外，還包括手動(dòng)送料A、手動(dòng)送料B、手動(dòng)攪拌等輸入信號(hào)、系統(tǒng)輸入共9個(gè)輸入端子。系統(tǒng)輸出包括下料閥、調(diào)節(jié)閥、變頻電機(jī)等共6個(gè)輸出端子。因此選用S7-1200CPU224PLC,本機(jī)共有14個(gè)輸入/10個(gè)輸出端子，考慮以后技術(shù)升級(jí)或者擴(kuò)展需要，同時(shí)還需要增加A/D、D/A轉(zhuǎn)換模塊，為此選用的EM231是4模擬量輸入模塊，EM232是2模擬量輸出模塊。根據(jù)控制方案及設(shè)備要求，建立所有現(xiàn)場(chǎng)控制元件的地址分配表。輸入/輸出元件端口分配表見(jiàn)表3-1。表3-1輸入/輸出元件端口分配表控制元件編程地址控制元件編程地址手動(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換按鈕I0.0變頻電機(jī)M1Q0.0急停按鈕I0.1恒速電機(jī)M2Q0.1啟動(dòng)循環(huán)按鈕I0.2攪拌電機(jī)M3Q0.2停止循環(huán)按鈕I0.3下料閥Q0.3手動(dòng)送料A按鈕I0.4調(diào)節(jié)閥Q0.4手動(dòng)送料B按鈕I0.5出料閥Q0.5手動(dòng)攪拌按鈕I0.6故障報(bào)警按鈕Q0.6停止按鈕I0.7顯小控制端口A0Q0.7顯小控制端口A1Q1.0顯小控制端口A2Q1.1264、顯示模塊設(shè)計(jì)MAX7219數(shù)字靜態(tài)顯示芯片顯示是人機(jī)界面的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，隨著高集成度PLC的推出，工業(yè)控制過(guò)程越來(lái)越先進(jìn)，越來(lái)越復(fù)雜，因而人們對(duì)了解控制過(guò)程信息的顯示技術(shù)非常關(guān)注，眾多生產(chǎn)廠家相繼推出了專用地顯示器，但其顯示屏小而多為液晶顯示，不適合強(qiáng)光和光線較弱的場(chǎng)合，而且需要串行接口，安裝不便，價(jià)格昂貴。LED顯示器因其價(jià)格低廉，配置容易且可靠，發(fā)光較強(qiáng)，可見(jiàn)度高，因而在PLC控制系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。本次設(shè)計(jì)采用MAX7219數(shù)字靜態(tài)顯示芯片，它是由MAXIM公司最新推出的24腳雙列直插式芯片，具引腳如圖3.10所示。SEGA~SEGG和SEGP為L(zhǎng)ED七段驅(qū)動(dòng)器線和小數(shù)點(diǎn)線，供給顯示器源電流，DIG0~DIG7為8位數(shù)字驅(qū)動(dòng)線，輸出位選信號(hào)，從每位LED共陰極吸入電流，DIN是串行數(shù)據(jù)輸入端，CLK是時(shí)鐘脈沖輸入端，LOAD是數(shù)據(jù)加載信號(hào)輸入端。278CXIsat上■154乞Om—Mls—lwICEIE:nlrd—bwDIN.口IGO.DIG4.□JI.DIG6.DIG3EIG3.D1G7.GND.CIGS.LIG1.L□昌D1242E33EE4215E0619MAX72197IQ317916101511141212KEGDXFGDF￡EGESEGCV+KETSEGG5EGBSEGFSEGACLK圖3.10MAX7219引腳圖MAX7219與PLC的硬件連接圖3.11所示為S7-1200與MAX7219硬件連接，Q0.7作為串行數(shù)據(jù)輸出，連接到MAX7219的DIN腳，Y1.0和Y1.1通過(guò)程序分別模擬MAX7219的時(shí)鐘脈沖CLK及數(shù)據(jù)加載LOAD信號(hào)，MAX7219的SEGA~SEGF、SEGP連接到各LED數(shù)碼管對(duì)應(yīng)的a~f及dp端，DIG0~DIG7分別接到8位LED數(shù)碼管的共陰極，用來(lái)實(shí)現(xiàn)為選，數(shù)碼管的位數(shù)可在1~8之間根據(jù)需要任意選擇，由程序決定。(3)顯示供電電源設(shè)計(jì)MAX7219芯片供電采用5V直流供電，直流供電電路通過(guò)降壓一一整流一一濾波一一穩(wěn)壓，將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姽╇娐肥褂?，本設(shè)計(jì)使用5V直流電，故可用降壓為220/24的變壓器，經(jīng)過(guò)電容濾波，用W7805整流即可得到所需供電電流。電路圖如圖3.12所示。29

□DJ口10etaPLCtertV4"DIGCLKLOAD□DJ口10etaPLCtertV4"DIGCLKLOADNAXTSiqito=I31^I]1^圖3.11MAX7219與PLC接線圖圖3.12供電電路系統(tǒng)安全性，可靠性、實(shí)用性設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)中為了保護(hù)系統(tǒng)中各元器件的安全可靠運(yùn)行需要對(duì)主要器件加保護(hù)裝置。1、斷路器的選擇斷路器是能夠關(guān)合、承載和開(kāi)斷正?；芈窏l件下的電流，并能關(guān)合、在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)承載和開(kāi)斷異?；芈窏l件（包括短路條件）下的電流的開(kāi)關(guān)裝置。斷路器按其使用范圍分為高壓斷路器和低壓斷路器，高低壓界線劃分比較模糊，一般將3kV以上的稱為高壓電器。低壓斷路器又稱自動(dòng)開(kāi)關(guān)，俗稱“空氣開(kāi)關(guān)”也是指低壓斷路器，它是一種既有手動(dòng)開(kāi)關(guān)作用，又能自動(dòng)進(jìn)行失壓、欠壓、過(guò)載、和短路保護(hù)的電器。它可用來(lái)分配電能，不頻繁地啟動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)，對(duì)電源線路及電動(dòng)機(jī)等實(shí)行保護(hù)，當(dāng)它們發(fā)生嚴(yán)重的過(guò)載或者短路及欠壓等故障時(shí)能自動(dòng)切斷電路，其功能相當(dāng)于熔斷器式開(kāi)關(guān)與過(guò)欠熱繼電器等的組合。而且在分?jǐn)喙收想娏骱笠话悴恍枰兏悴考?，已獲得了廣泛的應(yīng)用。30（1）基本參數(shù)特性額定電壓Ue；額定電流In；過(guò)載保護(hù)（Ir或Irth）和短路保護(hù)（Im）的脫扣電流整定范圍；額定短路分?jǐn)嚯娏鳎üI(yè)用斷路器Icu;家用斷路器Icn）等。額定工作電壓（Ue）:這是斷路器在正常（不間斷的）的情況下工作的電壓。額定電流（In）：這是配有專門(mén)的過(guò)電流脫扣繼電器的斷路器在制造廠家規(guī)定的環(huán)境溫度下所能無(wú)限承受的最大電流值，不會(huì)超過(guò)電流承受部件規(guī)定的溫度限值。短路繼電器脫扣電流整定值（Im）短路脫扣繼電器（瞬時(shí)或短延時(shí)）用于高故障電流值出現(xiàn)時(shí)，使斷路器快速跳閘。其跳閘極限Im:額定短路分?jǐn)嗄芰Γ↖cu或Icn）斷路器的額定短路分?jǐn)嚯娏魇菙嗦菲髂軌蚍謹(jǐn)喽槐粨p害的最高（預(yù)期的）電流值。標(biāo)準(zhǔn)中提供的電流值為故障電流交流分量的均方根值，計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)直流暫態(tài)分量（總在最壞的情況短路下出現(xiàn)）假定為零。工業(yè)用斷路器額定值（Icu）和家用斷路器額定值（Icn）通常以kA均方根值的形式給出。（2）斷路器的選擇原則斷路器類型的選擇：應(yīng)根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合和保護(hù)要求來(lái)選擇。如一般一般選用塑殼式；短路電流很大時(shí)選用限流型；額定電流比較大或有選擇性保護(hù)要求時(shí)選用框架式；控制和保護(hù)含有半導(dǎo)體器件的直流電路時(shí)應(yīng)選用直流快速斷路器等。①斷路器額定電壓、額定電流應(yīng)大于或等于線路、設(shè)備的正常工作電壓、工作電流。②斷路器極限通斷能力大于或等于電路最大短路電流。③欠電壓脫扣器額定電壓等于線路額定電壓。④過(guò)電流脫扣器的額定電流大于或等于線路的最大負(fù)載電流。（3）斷路器選型DZ20系列塑料外殼式斷路器適用于交流50hz,額定絕緣電壓660v,額定工作電壓380V（400v）及以下，其額定電流至1250A。一般作為配電用，額定電流200A和400y型的斷路器亦可作為保護(hù)電動(dòng)機(jī)用。在正常情況下，斷路器可分別31作為線路不頻繁轉(zhuǎn)換及電動(dòng)機(jī)的不頻繁起動(dòng)之用。2、熔斷器的選擇熔斷器是當(dāng)電流超過(guò)規(guī)定值時(shí)，以本身產(chǎn)生的熱量使熔體熔斷，斷開(kāi)電路的一種電器。熔斷器也被稱為保險(xiǎn)絲，IEC127標(biāo)準(zhǔn)將它定義為"熔斷體(fuse-link)"。它是一種安裝在電路中，保證電路安全運(yùn)行的電器元件。熔斷器其實(shí)就是一種短路保護(hù)器，廣泛用于配電系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，主要進(jìn)行短路保護(hù)或嚴(yán)重過(guò)載保護(hù)。熔斷器具有反時(shí)延特性，即過(guò)載電流小時(shí)，熔斷時(shí)間長(zhǎng)；過(guò)載電流大時(shí)，熔斷時(shí)間短。所以，在一定過(guò)載電流范圍內(nèi)，當(dāng)電流恢復(fù)正常時(shí)，熔斷器不會(huì)熔斷，可繼續(xù)使用。熔斷器有各種不同的熔斷特性曲線，可以適用于不同類型保護(hù)對(duì)象的需要。(1)熔斷器的主要技術(shù)參數(shù)①額定電壓：指保證熔斷器能長(zhǎng)期正常工作的電壓，具值一般等于或大于電氣設(shè)備的額定電壓。②額定電流：指熔體長(zhǎng)期工作時(shí)，各部件溫升不超過(guò)規(guī)定值所承受的電流。需要說(shuō)明的是，熔斷器的額定電流與熔體的額定電流不是一個(gè)概念。熔斷器的額定電流等級(jí)較少，熔體的電流等級(jí)較多，因此，通常熔體額定電流的幾個(gè)規(guī)格可以使用同一規(guī)格的熔斷器，但熔體額定電流的最大規(guī)格只能小于或等于熔斷器的額定電流。③分?jǐn)嗄芰Γ褐溉蹟嗥髟陬~定電壓等規(guī)定的工作條件下，可以分?jǐn)嗟念A(yù)期短路電流值，也就是熔斷器可以分?jǐn)嗟淖畲箅娏髦?。?dāng)電路發(fā)生短路時(shí)，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，短路電流被切斷。若熔斷器在短路電流達(dá)到其最大值前動(dòng)作，則熔斷器便會(huì)起到通常所說(shuō)的限流作用。因此，熔斷器的限流作用越強(qiáng)，其分?jǐn)嗄芰σ簿驮酱蟆＂苋蹟嗥鞯陌裁胩匦匀蹟嗥饔媒佑诒槐Ｗo(hù)電路中，電流通過(guò)熔體時(shí)產(chǎn)生的熱量與電流通過(guò)的時(shí)間成正比，電流越大，則熔體熔斷時(shí)間越短，這種特性稱為熔斷器的反時(shí)限保護(hù)特性或安秒特性。安秒特性曲線見(jiàn)下圖3.12。320IreIrX他I圖3.13熔斷器的安秒特性曲線(2)熔斷器的選用原則①應(yīng)根據(jù)使用條件確定熔斷器的類型。②選擇熔斷器的規(guī)格時(shí)，應(yīng)首先選定熔體的規(guī)格，然后再根據(jù)熔體去選擇熔斷器的規(guī)格。③熔斷器的保護(hù)特性與被保護(hù)對(duì)象的過(guò)載特性有良好的配合。④在配電系統(tǒng)中，各級(jí)熔斷器應(yīng)相應(yīng)匹配，一般上一級(jí)熔體的額定電流要比下一級(jí)熔體的額定電流大2~3倍。⑤對(duì)于保護(hù)電動(dòng)機(jī)的熔斷器，應(yīng)注意電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流的影響。熔斷器一般只作為電動(dòng)機(jī)的短路保護(hù)，過(guò)載保護(hù)應(yīng)采用熱繼電器。⑥熔斷器的額定電流不應(yīng)小于熔體的額定電流；額定分?jǐn)嗄芰?yīng)大于電路中可能出現(xiàn)的最大短路電流。(3)熔斷器選型綜上設(shè)計(jì)原則及設(shè)計(jì)參數(shù)要求，本設(shè)計(jì)在主電路電壓表的短路保護(hù)中選用熔斷器型號(hào)為RH2其參數(shù)如下：Un:AC500V熔斷器額定電流=630A熔體額定電流/A:125、160、200、250、315、350、400、500、630、700。PLC接線中選用熔斷器型號(hào)為RM10-15其參數(shù)如下：Un:AC220V熔斷器額定電流=15A熔體額定電流/A:6、10、15。3、接觸器能頻繁關(guān)合、承載和開(kāi)斷正常電流及規(guī)定的過(guò)載電流的開(kāi)斷和關(guān)合裝置。33接觸器（Contactor）是指工業(yè)電中利用線圈流過(guò)電流產(chǎn)生磁場(chǎng)，使觸頭閉合，以達(dá)到控制負(fù)載的電器。接觸器由電磁系統(tǒng)（鐵心，靜鐵心，電磁線圈）觸頭系統(tǒng)（常開(kāi)觸頭和常閉觸頭）和滅弧裝置組成。其原理是當(dāng)接觸器的電磁線圈通電后，會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的磁場(chǎng)，使靜鐵心產(chǎn)生電磁吸力吸引銜鐵，并帶動(dòng)觸頭動(dòng)作：常閉觸頭斷開(kāi)；常開(kāi)觸頭閉合，兩者是聯(lián)動(dòng)的。當(dāng)線圈斷電時(shí)，電磁吸力消失，銜鐵在釋放彈簧的作用下釋放，使觸頭復(fù)原：常閉觸頭閉合；常開(kāi)觸頭斷開(kāi)。（1）接觸器的主要技術(shù)參數(shù)①額定電壓：接觸器的額定電壓是指主觸頭的額定電壓。交流220V、380V和660V,在特殊場(chǎng)合應(yīng)用的額定電壓高達(dá)1140V,直流主要有110V、220V和440V。②額定電流：接觸器的額定電流是指主觸頭的額定工作電流。它是在一定的條件（額定電壓、使用類別和操作頻率等）下規(guī)定的，目前常用的電流等級(jí)為10A-800A。③吸引線圈的額定電壓：交流有36V、127V、220V和380V,直流有24V、48V、220V和440V。④機(jī)械壽命和電氣壽命：接觸器是頻繁操作電器，應(yīng)有較高的機(jī)械和電氣壽命，該指標(biāo)是產(chǎn)品質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。⑤額定操作頻率：接觸器的額定操作頻率是指每小時(shí)允許的操作次數(shù)，一般為300次/h、600次/h和1200次/h。⑥動(dòng)作值：動(dòng)作值是指接觸器的吸合電釋放電壓。規(guī)定接觸器的吸合電壓大于線圈額定電壓的85%時(shí)應(yīng)可靠吸合，釋放電壓不高于線圈額定電壓的70%。⑦約定發(fā)熱電流：是指在規(guī)定條件下試驗(yàn)時(shí)，電流在小時(shí)工作制下，各部分溫升不超過(guò)極限值時(shí)所承受的最大電流。⑵接觸器的選用原則①根據(jù)負(fù)載性質(zhì)選擇接觸器類型。接觸器的類型應(yīng)根據(jù)電路中負(fù)載電流的種類來(lái)選擇。也就是說(shuō)，交流負(fù)載應(yīng)使用交流接觸器，直流負(fù)載應(yīng)使用直流接觸器。若整個(gè)控制系統(tǒng)主要是交流負(fù)載，而直流負(fù)載的容量較小，也可全部使用交流接觸器，但觸頭的額定電流應(yīng)適當(dāng)大些。②選擇接觸器主觸頭的額定電流。主觸頭的額定電流應(yīng)大于或等于被控電路34的額定電流，在頻繁起動(dòng)、制動(dòng)和頻繁正反轉(zhuǎn)的場(chǎng)合，主觸頭的額定電流可適當(dāng)降低。③選擇接觸器主觸頭的額定電壓。接觸器的額定工作電壓應(yīng)不小于被控電路的最大工作電壓。④接觸器的額定通斷能力應(yīng)大于通斷時(shí)電路中的實(shí)際電流值；耐受過(guò)載電流能力應(yīng)大于電路中最大工作過(guò)載電流值。⑤應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)控制要求確定主觸頭和輔助觸頭的數(shù)量和類型，同時(shí)要注意其通斷能力和其他額定參數(shù)。⑥如果接觸器用來(lái)控制電動(dòng)機(jī)的頻繁起動(dòng)、正反轉(zhuǎn)或反接制動(dòng)時(shí)，應(yīng)將接觸器的主觸頭額定電流降低使用，通常可降低一個(gè)電流等級(jí)。⑶接觸器選型選擇依據(jù)：接觸器額定電壓》500V接觸器額定電流沖動(dòng)機(jī)In=296.5A綜上設(shè)計(jì)原則及設(shè)計(jì)參數(shù)要求，本設(shè)計(jì)選用接觸器型號(hào)為CJ20-400,其額定電流為400A。4、熱繼電器的選擇熱繼電器主