基于PLC的飼料自動(dòng)配料系統(tǒng) 摘要:自動(dòng)配料系統(tǒng)是一個(gè)針對(duì)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(guò)程的自動(dòng)化生產(chǎn)線。廣泛應(yīng)用于化工、塑料、冶金、建材、食品、飼料等行業(yè)。 本設(shè)計(jì)擬以PLC為核心控制芯片,設(shè)計(jì)一套飼料自動(dòng)配料系統(tǒng)。 關(guān)鍵詞:PLC 變頻器 飼料 配料 Abstract: The automatic batching system is a response to a variety of different types of materials (solid or liquid) for transmission, the ratio, heating, mixing and packaging of finished the whole production process, such as automated production lines. Widely used in chemical, plastics, metallurgy, building materials, food, feed and other industries. The design is intended to control the PLC chip as the core design of a feed, automatic batching system. Key words: PLC converter feed ingredients 目 錄 1 前言 3 1 前言 1.1 課題背景 自動(dòng)配料系統(tǒng)是一個(gè)針對(duì)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(guò)程的自動(dòng)化生產(chǎn)線。廣泛應(yīng)用于化工、塑料、冶金、建材、食品、飼料等行業(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(duì)各臺(tái)設(shè)備分別設(shè)定,來(lái)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。計(jì)算,操作時(shí)間長(zhǎng),且容易出錯(cuò),給生產(chǎn)帶來(lái)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(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)多個(gè)配料系統(tǒng)的集合控制。專利技術(shù)解決物料結(jié)拱、粘稠液體物料傳送、配料過(guò)程中下料沖擊和空中懸料誤差的自動(dòng)校正等問(wèn)題,提高了配料精度。 1.2 設(shè)計(jì)任務(wù)與總體方案的確定 1.2.1 設(shè)計(jì)任務(wù) 使用三菱公司的可編程序控制器,設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)要求: 1.畫出主電路 2. 分配I/O地址,列出元件表; 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,寫出指令表。 1.2.2 控制要求 1. 飼料自動(dòng)配料將完成3種物料的自動(dòng)配比控制; 2. 控制方式為主從比例控制方式; 3. PLC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. 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(guò)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(kāi)停; 2 PLC及變頻調(diào)速技術(shù)概況 2.1 PLC簡(jiǎn)介 2.1.1 PLC的發(fā)展歷史 在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中,大量的開(kāi)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(guò)氣動(dòng)或電氣控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。1968年美國(guó)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(guó)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Programmable Controller(PC)。 2.1.2 PLC的硬件和軟件 2.1.2.1 PLC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(chǎng)輸入裝置送來(lái)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(guò)程中的語(yǔ)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(hào),去指揮有關(guān)的控制電路。 I/O模塊:PLC與電氣回路的接口,是通過(guò)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(hào)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(hào)變換成數(shù)字信號(hào)進(jìn)入PLC系統(tǒng),輸出模塊相反。I/O分為開(kāi)關(guān)量輸入(DI),開(kāi)關(guān)量輸出(DO),模擬量輸入(AI),模擬量輸出(AO)等模塊。 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)。 2.1.2.2 PLC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(yǔ)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(jí)語(yǔ)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(duì)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。 2.1.3 PLC系統(tǒng)的其他設(shè)備 1.編程設(shè)備:編程器是PLC開(kāi)發(fā)應(yīng)用、監(jiān)測(cè)運(yùn)行、檢查維護(hù)不可缺少的器件,用于編程、對(duì)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(chǎng)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(jiǎn)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(lái)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。 2.1.4 PLC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(lái)越顯著,甚至有人提出"網(wǎng)絡(luò)就是控制器"的觀點(diǎn)說(shuō)法。 2.1.5 PLC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(wèn)題。 1. 工作環(huán)境 1.1 溫度 PLC要求環(huán)境溫度在0~55℃,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(kāi)關(guān)柜上、下部應(yīng)有通風(fēng)的百葉窗,防止太陽(yáng)光直接照射;如果周圍環(huán)境超過(guò)55℃,要安裝電風(fēng)扇強(qiáng)迫通風(fēng)。 1.2 濕度 為了保證PLC的絕緣性能,空氣的相對(duì)濕度應(yīng)小于85%(無(wú)凝露)。 1.3 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10~55Hz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。 1.4 空氣 避免有腐蝕和易燃的氣體,例如氯化氫、硫化氫等。對(duì)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。 1.5 電源 PLC供電電源為50Hz、220(1±10%)V的交流電,對(duì)于電源線來(lái)的干擾,PLC本身具有足夠的抵制能力。對(duì)于可靠性要求很高的場(chǎng)合或電源干擾特別嚴(yán)重的環(huán)境,可以安裝一臺(tái)帶屏蔽層的變比為1:1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。 變頻調(diào)速技術(shù)的基本原理是根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速與工作電源輸入頻率成正比的關(guān)系: n =60 f(1-s)/p,(式中n、f、s、p分別表示轉(zhuǎn)速、輸入頻率、電機(jī)轉(zhuǎn)差率、電機(jī)磁極對(duì)數(shù));通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)工作電源頻率達(dá)到改變電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。 三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速公式為:n=60f/p(1-s) 從上式可見(jiàn),改變供電頻率f、電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù)p及轉(zhuǎn)差率s均可太到改變轉(zhuǎn)速的目的。從調(diào)速的本質(zhì)來(lái)看,不同的調(diào)速方式無(wú)非是改變交流電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速或不改變同步轉(zhuǎn)兩種。 在生產(chǎn)機(jī)械中廣泛使用不改變同步轉(zhuǎn)速的調(diào)速方法有繞線式電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速、斬波調(diào)速、串級(jí)調(diào)速以及應(yīng)用電磁轉(zhuǎn)差離合器、液力偶合器、油膜離合器等調(diào)速。改變同步轉(zhuǎn)速的有改變定子極對(duì)數(shù)的多速電動(dòng)機(jī),改變定子電壓、頻率的變頻調(diào)速有能無(wú)換向電動(dòng)機(jī)調(diào)速等。 從調(diào)速時(shí)的能耗觀點(diǎn)來(lái)看,有高效調(diào)速方法與低效調(diào)速方法兩種:高效調(diào)速指時(shí)轉(zhuǎn)差率不變,因此無(wú)轉(zhuǎn)差損耗,如多速電動(dòng)機(jī)、變頻調(diào)速以及能將轉(zhuǎn)差損耗回收的調(diào)速方法(如串級(jí)調(diào)速等)。有轉(zhuǎn)差損耗的調(diào)速方法屬低效調(diào)速,如轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速方法,能量就損耗在轉(zhuǎn)子回路中;電磁離合器的調(diào)速方法,能量損耗在離合器線圈中;液力偶合器調(diào)速,能量損耗在液力偶合器的油中。一般來(lái)說(shuō)轉(zhuǎn)差損耗隨調(diào)速范圍擴(kuò)大而增加,如果調(diào)速范圍不大,能量損耗是很小的。 2.2.2 國(guó)內(nèi)外的技術(shù)發(fā)展情況變頻器是20世紀(jì)中葉發(fā)展起來(lái)的一種交流調(diào)速設(shè)備,是為了解決傳統(tǒng)的交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速困難,交變速設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜且效率和可靠性均不盡人意的缺點(diǎn)而出現(xiàn)的。由于其使交流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速范圍和調(diào)速性能均大為提升,因此交流電動(dòng)機(jī)逐漸代替直流電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)在各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域,甚至包括交流伺服系統(tǒng)控制領(lǐng)域。隨著電力半導(dǎo)體的長(zhǎng)足發(fā)展,變頻器也隨之不斷進(jìn)步。如今變頻器已經(jīng)深入日常生活,隨處可見(jiàn)其服務(wù)的影子。 交流變頻器的主要調(diào)速對(duì)象是交流電感電動(dòng)機(jī)。變頻器在對(duì)交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)實(shí)施調(diào)速的過(guò)程中,輸出電壓和輸出頻率的變化必須遵守一定的規(guī)則。這就是通常所說(shuō)變壓變頻(vvvF)的基本原則。 3 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 3.1 飼料配料系統(tǒng)的系統(tǒng)方案 飼料配料變頻器系統(tǒng),采用三只稱重傳感器,三菱FX2N-485-BD與三菱FR-A540變頻器,四臺(tái)電機(jī),接觸群組,繼電器組構(gòu)成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2-1 圖2-1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖稱重傳感器稱量3種飼料的重量,當(dāng)配料的量達(dá)到一定程度是回饋給PLC控制電動(dòng)機(jī)組的轉(zhuǎn)速和電機(jī)的轉(zhuǎn)換,從而達(dá)到飼料的量的控制。 3.2 系統(tǒng)整體原理架構(gòu)圖 3.3 飼料配料系統(tǒng)的工藝本系統(tǒng)利用PLC的高抗干擾性能和其強(qiáng)大的通訊能力,提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性。同時(shí)利用一臺(tái)變頻器分時(shí)驅(qū)動(dòng)3臺(tái)喂料電機(jī),取代了過(guò)去的點(diǎn)動(dòng)動(dòng)作,減少了干擾源,提高了配料精度和速度,又減少了系統(tǒng)的故障率。利用變頻器不同的速度輸出,取代了過(guò)去喂料電機(jī)的點(diǎn)動(dòng)動(dòng)作,減少了因接觸器頻繁吸合、斷開(kāi)所造成的對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及相關(guān)儀器儀表的電磁干擾。在實(shí)際應(yīng)用中,無(wú)需對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)采取特殊的抗干擾措施,也能保證其正常工作,從而保證了配料的準(zhǔn)確性,提高了產(chǎn)品質(zhì)量。由于減少了接觸器的頻繁動(dòng)作,延長(zhǎng)了其使用壽命。另外,正是由于減少了干擾源,無(wú)需象過(guò)去那樣在系統(tǒng)調(diào)試中不斷地改進(jìn)軟、硬件方面的抗干擾措施,從而大大縮短了系統(tǒng)調(diào)試周期。其各方面的優(yōu)越性是很明顯的! 4 主電路設(shè)計(jì)與分析 4.1 主電路的方案 主電路是系統(tǒng)的主體電路,其余的是圍繞主電路的控制來(lái)設(shè)計(jì),所以主電路的設(shè)計(jì)關(guān)系著控制電路的設(shè)計(jì)。主電路包括保護(hù)電路,功能電路等。飼料配料變頻系統(tǒng)的主電路由斷路器、交流接觸電路器、變頻器、熱繼電器和電動(dòng)機(jī)構(gòu)成。其電路圖如下: 圖3-1 4.2 主電路的元器件的計(jì)算與選型熔斷器的選型:正泰RT28-32熔斷器,其主要參數(shù):額定電流為25A,RT28(RT18)型(又稱HG30)熔斷隔離器適用于額定電壓為交流380V/500V,額定電流至63A的配電裝置中作為過(guò)載和短路保護(hù)之用。氖燈和電阻組成了隔離器的熔斷體熔斷信號(hào)裝置。 斷路器的選型: CM1系列塑殼斷路器CM1-100M,其主要參數(shù):殼架等級(jí)額定電流為100A,額定電流為32A,額定極限短路分?jǐn)嗄芰?0KA,額定運(yùn)行短路分?jǐn)嗄芰?5KA。 交流接觸器的選型:CJ20系列交流接觸器CJ20-16,其主要參數(shù):額定絕緣電壓為660V,額定工作電壓為380V,約定發(fā)熱電流為16A,額定發(fā)熱為16A,定控制功頻率為7.5KW,額定操作頻率為1200/1h, 與SCPD的協(xié)調(diào)配NT00-32/660, 動(dòng)作特性為吸合電壓范圍85%~110%Us,釋放電壓范圍20%~75%Us,線圈控制功率起動(dòng)62/47.8(VA/W),吸特8.5/2.6(VA/W)。 熱繼電器的選型:熱元件的額定電流應(yīng)略大于電動(dòng)機(jī)額定電流。當(dāng)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流為其額定電流的6倍及啟動(dòng)時(shí)間不超過(guò)5S時(shí),熱無(wú)件的整定電流調(diào)節(jié)到等于電動(dòng)機(jī)的額定電流;當(dāng)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)、拖動(dòng)沖擊性負(fù)載或不允許停車時(shí),熱元件整定電流調(diào)節(jié)到電動(dòng)機(jī)額定電流的1.1-1.15倍。選用型號(hào):CDRE17-25 25A;品牌:德力西 速度繼電器的選型:SDJ系列速度繼電器。 5 選用變頻器介紹,系統(tǒng)保護(hù)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì) 5.1 三菱FR-A540變頻器的三相接線圖如下圖所示 5.2 控制回路端子說(shuō)明 5.3 系統(tǒng)的保護(hù)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)飼料配料系統(tǒng)的主電路的保護(hù)環(huán)節(jié),主要在于保護(hù)電動(dòng)機(jī)組和變頻的過(guò)電流和過(guò)熱保護(hù),故采用了熔斷器、斷路器和熱過(guò)載繼電器組進(jìn)行保護(hù),同時(shí)必須保證電路的正常工作,因此要選好保護(hù)環(huán)節(jié)的保護(hù)器件的型號(hào)。主電路的保護(hù)電路圖如圖3-3所示。 短路保護(hù):使用熔斷器和斷路器。熔斷器的熔體串聯(lián)在被保護(hù)的電路中,當(dāng)電路發(fā)生短路或嚴(yán)重過(guò)載時(shí),熔斷器的熔絲自動(dòng)熔斷,或斷路器脫扣器感應(yīng)脫扣,從而切斷電路,達(dá)到保護(hù)的目的。斷路器,有短路、過(guò)載和欠電壓保護(hù)的作用。這種開(kāi)關(guān)能在線路發(fā)生上述故障時(shí)快速地自動(dòng)切斷電源。 過(guò)載保護(hù):過(guò)載保護(hù)元器件是熱繼電器。電動(dòng)機(jī)的負(fù)載突然增大,斷相運(yùn)行或電網(wǎng)降低都會(huì)引起電動(dòng)機(jī)的過(guò)載。電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期過(guò)載運(yùn)行,繞組溫升超過(guò)其允許值,電動(dòng)機(jī)的絕緣材料就要變脆,壽命就會(huì)減少,嚴(yán)重時(shí)損害電動(dòng)機(jī)。過(guò)載電路越大,達(dá)到允許溫升的時(shí)間就越短。熱繼電器可以滿足這樣的要求:當(dāng)電動(dòng)機(jī)為額定電流時(shí),電動(dòng)機(jī)為額定溫升,熱繼電器不動(dòng)作;在過(guò)載電流較小時(shí),熱繼電器要經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間才動(dòng)作,過(guò)載電流較大時(shí),熱繼電器則經(jīng)過(guò)較短時(shí)間就會(huì)動(dòng)作。由于熱慣性的原因,熱繼電器不會(huì)受電動(dòng)機(jī)短時(shí)間過(guò)載沖擊電流或短路電流的影響而瞬時(shí)動(dòng)作,所以在使用熱繼電器作過(guò)載保護(hù)的同時(shí),還必須設(shè)有短路保護(hù)。 圖3-3 6 控制電路與設(shè)計(jì) 6.1 PLC電路設(shè)計(jì) 6.1.1 FX2N系列PLC的外部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介 6.1.2 飼料配料變頻系統(tǒng)中PLC的使用端子功能的定義 <1> 輸入端子 X1:當(dāng)飼料1的重量到達(dá)A1時(shí),稱重傳感器發(fā)出信號(hào)輸入給PLC的X1端口 X2:當(dāng)飼料1的重量到達(dá)A2時(shí),稱重傳感器發(fā)出信號(hào)輸入給PLC的X2端口 X3:當(dāng)飼料1的重量到達(dá)A1時(shí),稱重傳感器發(fā)出信號(hào)輸入給PLC的X3端口 X4:當(dāng)飼料1的重量到達(dá)A2時(shí),稱重傳感器發(fā)出信號(hào)輸入給PLC的X4端口 X5:當(dāng)飼料1的重量到達(dá)A1時(shí),稱重傳感器發(fā)出信號(hào)輸入給PLC的X5端口 X6:當(dāng)飼料1的重量到達(dá)A2時(shí),稱重傳感器發(fā)出信號(hào)輸入給PLC的X6端口 COM端:與變頻器的CND端連接 <2> 輸出端口 Y1:控制電機(jī)M1的啟動(dòng)和停止 Y2:控制電機(jī)M2的啟動(dòng)和停止 Y3:控制電機(jī)M3的啟動(dòng)和停止 Y4:控制變頻器轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換,中速運(yùn)行,與Y1、Y2、Y3一起控制的轉(zhuǎn)速 Y5:控制變頻器轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換,低速運(yùn)行,與Y1、Y2、Y3一起控制的轉(zhuǎn)速 Y6:當(dāng)飼料1、2、3到量時(shí),電機(jī)M4對(duì)飼料進(jìn)行攪拌 6.1.3 PLC的外部接線圖 PLC的外部接線圖如4-1所示 圖4-1 SB為開(kāi)關(guān),KM為交流接觸器,KS為速度繼電器 其中三菱PLC選用FX2N系列中的FX2N-16RM-001,輸入點(diǎn)數(shù)為8,輸出點(diǎn)數(shù)為8,可采用RS-485通訊 6.2 稱重傳感器的構(gòu)成和工作原理電阻應(yīng)變式稱重傳感器是基于這樣一個(gè)原理:彈性體(彈性元件,敏感梁)在外力作用下產(chǎn)生彈性變形,使粘貼在他表面的電阻應(yīng)變片(轉(zhuǎn)換元件)也隨同產(chǎn)生變形,電阻應(yīng)變片變形后,它的阻值將發(fā)生變化(增大或減小),再經(jīng)相應(yīng)的測(cè)量電路把這一電阻變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)(電壓或電流),從而完成了將外力變換為電信號(hào)的過(guò)程。 由此可見(jiàn),電阻應(yīng)變片、彈性體和檢測(cè)電路是電阻應(yīng)變式稱重傳感器中不可缺少的幾個(gè)主要部分。下面就這三方面簡(jiǎn)要論述?! ?/p>6.2.1 電阻應(yīng)變片 電阻應(yīng)變片是把一根電阻絲機(jī)械的分布在一塊有機(jī)材料制成的基底上,即成為一片應(yīng)變片。他的一個(gè)重要參數(shù)是靈敏系數(shù)K。我們來(lái)介紹一下它的意義。 R = ρL/S(Ω) (2—1) 當(dāng)他的兩端受F力作用時(shí),將會(huì)伸長(zhǎng),也就是說(shuō)產(chǎn)生變形。設(shè)其伸長(zhǎng)ΔL,其橫截面積則縮小,即它的截面圓半徑減少Δr。此外,還可用實(shí)驗(yàn)證明,此金屬電阻絲在變形后,電阻率也會(huì)有所改變,記作Δρ。 ΔR = ΔρL/S + ΔLρ/S –ΔSρL/S2 (2—2) 需要說(shuō)明的是:靈敏度系數(shù)K值的大小是由制作金屬電阻絲材料的性質(zhì)決定的一個(gè)常數(shù),它和應(yīng)變片的形狀、尺寸大小無(wú)關(guān),不同的材料的K值一般在1.7—3.6之間;其次K值是一個(gè)無(wú)因次量,即它沒(méi)有量綱。 常常把它的百萬(wàn)分之一作為單位,記作με。這樣,式(2--6)常寫作: 彈性體是一個(gè)有特殊形狀的結(jié)構(gòu)件。它的功能有兩個(gè),首先是它承受稱重傳感器所受的外力,對(duì)外力產(chǎn)生反作用力,達(dá)到相對(duì)靜平衡;其次,它要產(chǎn)生一個(gè)高品質(zhì)的應(yīng)變場(chǎng)(區(qū)),使粘貼在此區(qū)的電阻應(yīng)變片比較理想的完成應(yīng)變棗電信號(hào)的轉(zhuǎn)換任務(wù)。 以托利多公司的SB系列稱重傳感器的彈性體為例,來(lái)介紹一下其中的應(yīng)力分布。 設(shè)有一帶有肓孔的長(zhǎng)方體懸臂梁。肓孔底部中心是承受純剪應(yīng)力,但其上、下部分將會(huì)出現(xiàn)拉伸和壓縮應(yīng)力。主應(yīng)力方向一為拉神,一為壓縮,若把應(yīng)變片貼在這里,則應(yīng)變片上半部將受拉伸而阻值增加,而應(yīng)變片的下半部將受壓縮,阻值減少。下面列出肓孔底部中心點(diǎn)的應(yīng)變表達(dá)式,而不再推導(dǎo)。 需要說(shuō)明的是,上面分析的應(yīng)力狀態(tài)均是“局部”情況,而應(yīng)變片實(shí)際感受的是“平均”狀態(tài)。 6.2.3 檢測(cè)電路檢測(cè)電路的功能是把電阻應(yīng)變片的電阻變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷狠敵?。因?yàn)榛菟沟请姌蚓哂泻芏鄡?yōu)點(diǎn),如可以抑制溫度變化的影響,可以抑制側(cè)向力干擾,可以比較方便的解決稱重傳感器的補(bǔ)償問(wèn)題等,所以惠斯登電橋在稱重傳感器中得到了廣泛的應(yīng)用。 因?yàn)槿珮蚴降缺垭姌虻撵`敏度最高,各臂參數(shù)一致,各種干擾的影響容易相互抵銷,所以稱重傳感器均采用全橋式等臂電橋。 賽特,一個(gè)擁有高效、嚴(yán)謹(jǐn)而和諧的團(tuán)隊(duì),塑造一個(gè)滿客戶需求的團(tuán)隊(duì)和組織,通過(guò)高效的團(tuán)隊(duì)合作、知識(shí)的共享、資源的互補(bǔ)來(lái)創(chuàng)造價(jià)值。在壓力傳感器、稱重傳感器、張力傳感器、液位傳感器、電子秤、溫控表、稱重傳感器接線盒、便攜式汽車軸重儀產(chǎn)品、爆破開(kāi)關(guān)和配套工具、高溫熔體壓力傳感器等自動(dòng)化工業(yè)產(chǎn)品中有很強(qiáng)的技術(shù)實(shí)力! 6.3 變頻器控制電路設(shè)計(jì)變頻器主要是控制電動(dòng)機(jī)組的轉(zhuǎn)速,因此直接接入主電路中,而同時(shí)需要控制轉(zhuǎn)速,因此必須跟控制電路進(jìn)行連接。變頻器外圍接線圖如圖4-2所示。M0是電機(jī)的中速檔,M1為電機(jī)的低速檔,變頻器采用了三菱FR-A540變頻器。 4、變頻器參數(shù)設(shè)置 在飼料配料變頻系統(tǒng)中,變頻器的參數(shù)不需要改變很多,大部分采用了默認(rèn)值,只有改變了幾個(gè)參數(shù)的設(shè)計(jì),因?yàn)槠渲猩婕暗街兴俸偷退贆n的轉(zhuǎn)換,因此在關(guān)系到中速和低速檔的參數(shù)進(jìn)行了重新的設(shè)置。而且變頻器和PLC要進(jìn)行通信,因此也要重新設(shè)置一些參數(shù)。 在主要的控制電路中需要改變的參數(shù)。 3速設(shè)定4:50HZ 3速設(shè)定5:40HZ 3速設(shè)定6:20HZ 用于PLC與變頻器之間進(jìn)行通信時(shí),變頻器的參數(shù)設(shè)置。 Pr.117 站號(hào) 0 設(shè)定變頻器站號(hào)為0 Pr.118 通訊速率 96 設(shè)定波特率為9600bps Pr.119 停止位長(zhǎng)/數(shù)據(jù)位長(zhǎng) 11 設(shè)定停止位2位,數(shù)據(jù)位7位 Pr.120 奇偶校驗(yàn)有/無(wú) 2 設(shè)定為偶校驗(yàn) Pr.121 通訊再試次數(shù) 9999 即使發(fā)生通訊錯(cuò)誤,變頻器也不停止 Pr.122 通訊校驗(yàn)時(shí)間間隔 9999 通訊校驗(yàn)終止 Pr.123 等待時(shí)間設(shè)定 9999 用通訊數(shù)據(jù)設(shè)定 Pr.124 CR,LF有/無(wú)選擇 0 選擇無(wú)CR,LF 對(duì)于122號(hào)參數(shù)一定要設(shè)成9999,否則當(dāng)通訊結(jié)束以后且通訊校驗(yàn)互鎖時(shí)間到時(shí)變頻器會(huì)產(chǎn)生報(bào)警并且停止(E.PUE)。 對(duì)于79號(hào)參數(shù)要設(shè)成1,即PU操作模式。 注:以上的參數(shù)設(shè)置適用于A500、E500、F500、F700系列變頻器。 當(dāng)在F500、F700系列變頻器上要設(shè)定上述通訊參數(shù),首先要將Pr.160設(shè)成0。 7 PLC程序設(shè)計(jì) 7.1 PLC控制程序 PLC控制著電動(dòng)機(jī)組的運(yùn)行情況,每一個(gè)輸入都對(duì)應(yīng)著相應(yīng)的輸出。飼料配料變頻系統(tǒng)的功能是控制著三種飼料的配料情況,從而控制著電動(dòng)機(jī)的快慢和電動(dòng)機(jī)之間的運(yùn)行轉(zhuǎn)換情況。 PLC的程序梯形圖如5-1。 圖5-1 PLC控制著電機(jī)的運(yùn)行情況如下: (1)閉合斷路器QF,使主電路通電;按下SB1,使控制電路通電,電動(dòng)機(jī)M1、M2、M3開(kāi)始運(yùn)行,Y1、Y2、Y3、Y4電機(jī)處于中速運(yùn)行狀態(tài),飼料1、2、3開(kāi)始配料。 (2)當(dāng)飼料1、2、3的量達(dá)到A1時(shí),X1、X3、X5得電,同時(shí)驅(qū)動(dòng)Y1、Y2、Y3和Y5,切斷Y4,驅(qū)使電動(dòng)機(jī)M1、M2、M3處于低速運(yùn)行狀態(tài),飼料1、2、3的配料速度降低。 (3)當(dāng)飼料1、2、3的量達(dá)到A2時(shí),X2、X4、X6得電,Y6得電,電動(dòng)機(jī)M4運(yùn)行,進(jìn)行攪拌。 (4)電動(dòng)機(jī)M4運(yùn)行一分鐘之后,重新開(kāi)始下一次的飼料配料。當(dāng)飼料1、2、3都為A2時(shí),電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。 7.2 PLC與變頻器的通訊設(shè)計(jì)PLC和變頻器之間進(jìn)行通訊,通訊規(guī)格必須在變頻器的初始化中設(shè)定,如果沒(méi)有進(jìn)行初始設(shè)定或有一個(gè)錯(cuò)誤的設(shè)定,數(shù)據(jù)將不能進(jìn)行傳輸。 每次參數(shù)初始化設(shè)定完以后,需要復(fù)位變頻器。如果改變與通訊相關(guān)的參數(shù)后,變頻器沒(méi)有復(fù)位,通訊將不能進(jìn)行。 三菱FX系列PLC在進(jìn)行計(jì)算機(jī)鏈接(專用協(xié)議)和無(wú)協(xié)議通訊(RS指令)時(shí)均需對(duì)通訊格式(D8120)進(jìn)行設(shè)定。其中包含有波特率、數(shù)據(jù)長(zhǎng)度、奇偶校驗(yàn)、停止位和協(xié)議格式等。在修改了D8120的設(shè)置后,確保關(guān)掉PLC的電源,然后再打開(kāi)。 在這里對(duì)D8120設(shè)置如下: RS485 b15 b0 0000 1100 1000 1110 0 C 8 E 即數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為7位,偶校驗(yàn),2位停止位,波特率為9600bps,無(wú)標(biāo)題符和終結(jié)符,沒(méi)有添加和校驗(yàn)碼,采用無(wú)協(xié)議通訊(RS485)。 7.3 稱量?jī)x表參數(shù)設(shè)定 7.3.1 電子秤參數(shù)設(shè)定 1.最高輸入靈敏度:0. 8μv/d。 2.零點(diǎn)信號(hào)范圍:—1~12mV。 3.A/D分辨率:1/ 6 萬(wàn)。 4.量程信號(hào)范圍:0~30mV。 5.A/D轉(zhuǎn)換速率:20~30次 / 秒。 6.供橋電壓:12V。 7.工作電壓:~220V±10%。 8.使用溫度:0~40℃。 9.消耗功率:≤15w。 10.保險(xiǎn)管:≤ 1 A。 11.重量單位:kg 12.最大流量:根據(jù)實(shí)際需要設(shè)置范圍 7.3.2 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(tái)長(zhǎng)度:是物理稱重的有效長(zhǎng)度,本設(shè)計(jì)所用皮帶秤有效長(zhǎng)度為1.1m。 7.4 PLC程序編制PLC要實(shí)現(xiàn)的功能只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(duì)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(hào)高低位、電流高低位參數(shù)即可。 7.4.1 PLC I/O點(diǎn)配置表
表1 系統(tǒng)PLC輸入輸出配置表 7.4.2 程序流程框圖圖7程序流程框圖 7.4.3 系統(tǒng)程序順序功能圖圖8系統(tǒng)程序順序功能圖 7.5 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(duì)設(shè)備的有效控制,對(duì)配料參數(shù)的輸入及調(diào)整。 7.5.1 操作界面的操作操作界面上畫出了3臺(tái)被控設(shè)備的示意圖,每臺(tái)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(kāi)閉兩種狀態(tài)。I/O域的0、1分別顯示了狀態(tài)的閉、開(kāi)。 圖12 系統(tǒng)進(jìn)行料位檢測(cè)時(shí)顯示的紅燈與料滿時(shí)的綠燈 測(cè)速電機(jī)在皮帶稱顯示是開(kāi)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(lái)的灰色變?yōu)榧t色。 圖13 運(yùn)行中的配料系統(tǒng) 圖14 測(cè)速電機(jī)快轉(zhuǎn)信號(hào)(藍(lán)色) 圖15 測(cè)速電機(jī)慢轉(zhuǎn)信號(hào)(紅色) 每臺(tái)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(guò)程顯示 圖17 電機(jī)速度顯示 8 總結(jié)與心得 兩周的課程設(shè)計(jì)迅速結(jié)束了,雖然完成了課題,但從中也暴露出來(lái)許多亟待解決的問(wèn)題。一到動(dòng)手完成課題時(shí),才知道自己的基礎(chǔ)知識(shí)何其匱乏,太多的知識(shí)點(diǎn)得重新學(xué)起。當(dāng)然,這次動(dòng)手的機(jī)會(huì)確實(shí)讓我受益匪淺。這個(gè)課題課題是飼料配料變頻控制系統(tǒng),這是一個(gè)非常貼近于工廠實(shí)際工程的課題,為我們以后參加工作熟悉各種工廠系統(tǒng)打下了一定的基礎(chǔ)。通過(guò)這個(gè)課題,我們加深了對(duì)工科應(yīng)用型人才的更深層次的理解,也為我們以后選擇工作方向提供了良好的啟示。唐老師要求我們綜合有關(guān)的電氣控制知識(shí)、變頻器的應(yīng)用知識(shí),PLC的原理和應(yīng)用以及自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)等學(xué)科知識(shí)來(lái)完成課題。這在一定程度上提高我們的綜合能力水平。由于系統(tǒng)要在綜合各科知識(shí)的前提下才能完成,所以也在資料的查詢和整理上有更高層次的要求,而且由于網(wǎng)上很少有一樣的或者相似的課題供我們參考。我們必須要自己去了解PLC的工作原理以及工作過(guò)程,變頻器是如何實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速的,如何設(shè)置變頻器的參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)變頻控制,如何選擇器件的型號(hào),如何實(shí)現(xiàn)過(guò)載、過(guò)流保護(hù)等等,而且其中任何一個(gè)環(huán)節(jié)出了問(wèn)題,都將是系統(tǒng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)。 在課程設(shè)計(jì)之初,我們對(duì)于我們的課題有點(diǎn)無(wú)從下手的感覺(jué),主要是我們不知道怎么去實(shí)現(xiàn)飼料配料的重量控制,我們最開(kāi)始的想法是用一個(gè)A/D、D/A轉(zhuǎn)換器去實(shí)現(xiàn)重量的控制,但是如果這樣做的話系統(tǒng)將會(huì)非常的復(fù)雜,無(wú)論從設(shè)計(jì)還是從實(shí)際出發(fā)都不理想,所以我們通過(guò)參閱唐老師提供給我們的資料最終選用了稱重傳感器,稱重傳感器能夠設(shè)定重量的值,然后就有了相應(yīng)的輸出,簡(jiǎn)單實(shí)用。 本次課程設(shè)計(jì)我要非常感謝我們的指導(dǎo)老師唐勇奇老師,他為我們提供了豐富的資料,其中包括各個(gè)品牌的變頻器的使用手冊(cè),PLC與變頻器的通訊等等,而且在課程設(shè)計(jì)中,對(duì)我們遇到的問(wèn)題得到了很好的解答,并且還向我們傳授了許多實(shí)用的工廠實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),使我們受益菲淺。通過(guò)課程設(shè)計(jì)讓我懂得了如何發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,解決問(wèn)題。一開(kāi)始接觸這個(gè)課題完成不知道從何處入手,很多東西不知該如何實(shí)現(xiàn),直到不斷的上網(wǎng)瀏覽和借閱書籍之后才有點(diǎn)眉目。這也讓我意識(shí)到其實(shí)我們身邊的資源是很豐富的,應(yīng)該好好珍惜和利用。課程設(shè)計(jì)雖然結(jié)束了,但是我認(rèn)為實(shí)踐應(yīng)該是我們工科生學(xué)習(xí)中不可缺少的環(huán)節(jié),今后的學(xué)習(xí)中,我們還應(yīng)該主動(dòng)為自己創(chuàng)造實(shí)踐動(dòng)手的機(jī)會(huì),理論聯(lián)系實(shí)際才能真正把我們專業(yè)知識(shí)學(xué)到位。 9 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. 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